Kapitel 8

Lunker beim Guß

Als Lunker werden beim Gußteil größere Hohlräume bezeichnet die zwei verschiedene Ursachen haben können:

1. Hohlräume die durch die Kristallisation und den Schwund des Metalls entstanden sind.

2. Hohlräume, die durch Verunreinigungen der Metallschmelze und mitgewirbelte Einbettmassenfragmente entstehen.

1. Hohlräume die durch den Metallschwund entstehen.

Legierungen, z.b. aus Gold, Kupfer und Silber sind im flüssigen Zustand über der Liquidustemperatur, völlig regelmäßig gemischt. Die Metallatome sind statistisch gleichmäßig verteilt.

Unterhalb der Liquidustemperatur beginnt die Kristallbildung der Kristalle mit dem höchsten Schmelzpunkt, danach bilden sich die Kristalle mit niedrigeren Schmelzpunkten bis alles flüssige Material verbraucht ist.

Die Kristalle haben jeweils feste Verhältnisse der Legierungsbestandteile. Daher wird das Kornwachstum beendet wenn die Umgebung des Korns nicht mehr ausreichend Metallatome in der benötigten Konzentration zur Verfügung stellt, die Umgebung verarmt.

In dieser verarmten Umgebung können sich dann z.b. nach goldreichen nun goldarme Kristalle bilden, danach kupferreiche u.s.w.

Danach ist die Schmelze erstarrt, die Solidustemperatur ist erreicht.

Für den Gießer unangenehm ist die Tatsache, daß die Kristalle eine dichtere Molekülpackung darstellen, also kleiner werden.

Da die Aussenform in dem Temperaturbereich von ca. 30 -40° C

zwischen Solidus und Liquidus vernachlässigbar kleiner Volumenänderung unterworfen ist, die Volumenabnahme des Metalles jedoch durch den Aggregatswechsel von flüssig zu festem Kristall wesentlich größer ist, entsteht ein erhebliches Volumendefizit in der Form.

Dies ist der Grund für die Entstehung von Lunkern im Guß.

Es gibt Metallegierungen z.b. mit Wismut und Indium die beim Auskristallisieren ihr Volumen vergrößern. Solche Legierungen mit Gold oder Silber herzustellen würde wahrscheinlich das Lunkerproblem wesentlich reduzieren. Allerdings müssen dazu noch viele Versuche gemacht werden. Bis jetzt ist der niedrige Schmelzpunkt der Metalle das größte Problem.

So lange man mit dem Lunkerproblem leben muß, gibt es jedoch andere Methoden es zumindest meist einzugrenzen.

Nachschieben von flüssigem Metall

in die Form während der Kristallisation.

Speiser können bei günstiger Position, noch im Augenblick des Festwerdens des Metalls, flüssiges Metall nachschieben und so die Entstehung von Lunkern im Gußstück mindern, da die Fehlstellen sich dann bevorzugt im Speiser ansiedeln.

Speiser sollten dazu immer einen größeren Kugeldurchmesser als die dickste Stelle der Gußform haben, damit sie mehr Wärme speichern als das Gußstück. Wenn sie vor der Form angebracht werden, heizen sie sich durch den Durchlauf des Metalls zusätzlich auf und werden besser wirksam. Dieser Effekt wird stärker, wenn Ein- und Ausguß des Speisers in der Nähe liegen, da die Wände besser umspült werden.

Bei sehr kleiner Kornstruktur

wird nicht nur das Metall weicher, sondern auch die Lunker zwischen den Korngrenzen sind kleiner und regelmäßiger verteilt. Kleine Lunker sind kaum zu sehen und beim Polieren gut zu verschmieren.

Kleine, regelmäßig verteilte Lunker erhält man bei kleinen Kristallkörnern. Diese wiederum erhält man wenn das Kristallwachstum nur kurze Zeit zur Verfügung hat und die flüssige Legierung ganz gleichmäßig gemischt ist.

Das bedeutet, daß die Schmelze nicht schon im Tiegel Gelegenheit haben darf, Kristalle zu bilden. Sie muß also über den Liquiduspunkt erhitzt sein.

Der Vorgang des Einfließens des Metalls in die Form muß rasch gehen, da hier schon Abkühlen erfolgt.

Sofort nachdem die Form gefüllt ist, muß das Metall abkühlen um das Anwachsen der Kristalle zu unterbrechen.

Ideal wären hier heiße Haupt- und Seitenkanäle und kalte Gußformen.

Heiße, oder besser gegen Wärmeverlust gesicherte Kanäle, sind aber in der Praxis noch nicht erfolgreich erprobt.

Kalte Gußformen sind, da wir ja immer mit einer Gesamtform arbeiten auch nicht ohne weiteres darstellbar. Jedoch gibt es eine Möglichkeit über die Verwendung von Kühlplatten eine schnellere Abkühlung im Modell als im Kanal zu erreichen. Hierbei nutzt man, die bessere Wärmeleitfähigkeit von Metallen gegenüber der, der keramischen Gußform aus.

Da die Küvetten deutlich unter den Schmelzpunkt der Metalle gekühlt werden, somit die miteingebetteten Kühlplatten auch entsprechend kühler sind, wird durch deren Kühlwirkung im Idealfall schichtartiges erstarren der Schmelze erreicht. Beim Guß von Turbinenschaufeln wird ein patentiertes Verfahren z.b. zum Monokristallinen Guß verwandt.

Durch geeigneten Aufbau

lassen sich die stärksten Beeinflussungen der Lunkerbildung erzielen.

Da die Temperatur entscheidend ist und der Eingießvorgang immer eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt, in der schon Abkühlung erfolgt, ergeben sich daraus weite Steuerungsmöglichkeiten.

Grundsätzlich neigt das Metall bei glattem und gleichdickem Hauptkanal zur unteren Spitze zu fließen. Die ist zwar der weiteste Weg aber da er schnell ist, findet kaum Abkühlung statt.

Hier sollten also alle dünnen Teile und solche die schwer ausfließen aufgebaut werden.

Wenn die Spitze gefüllt ist fließt das Metall schon kühler und mit fallendem Druck in die Seitenkanäle bis auch am Eingußkegel alles gefüllt ist.

Hier sollte man die massiveren Teile die zur Lunkerbildung stärker neigen, aufbauen.

Zusätzlich kann man durch den Neigungswinkel der Seitenkanäle die Fließgeschwindigkeit steuern.

Steil aufgebaut die feinen Teile, flach, die Dickeren.

Besonders dicke Teile sollten zur Vermeidung starker Fließbewegungen, während des Füllens als beruhigte Gußformen konstruiert werden. Dabei ist entscheidend daß sich ein Raum unterhalb der Form zuerst füllt und bei weiterer Füllung der Flüssigkeitsspiegel langsam steigt bis die Form voll ist. So werden hohe Spülwirkungen an den Wänden vermieden.

Als weitere Steuerungsmöglichkeit zur Erstellung unterschiedlichster Güsse in einem Gußbaum ist die Länge und Stärke der Angußkanäle zu erwähnen.

Lange, dünne Kanäle kühlen stark, sie können aus Platzgründen auch gebogen oder spiralig sein.

Kurze dicke Kanäle kühlen kaum.

Ebenso wichtig wie der Aufbau ist das Ansetzen der Angußstifte. Generell gilt daß die Stifte an der dicksten Stelle angesetzt werden sollen, damit sie die Funktion des Speisers mit übernehmen. Falls sie jedoch glatt und ohne Verengung angesetzt werden, entsteht eine massive Stelle die zu besonders starker Lunkerbildung neigt.

2. Hohlräume, die durch Verunreinigungen entstehen

Um Verunreinigungen der Metallschmelze fernzuhalten genügt es meist zügig einzugießen damit der Gußkegel immer bedeckt bleibt.

So schwimmen die leichteren Verunreinigungen meist oben auf dem Gußkegel.

Beim Guß mit viel Verunreinigungen, ist es günstig den Eingußkegel länglich auszuformen, damit die leichteren Stoffe mehr Zeit zum aufschwimmen haben.