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Warmrisse sind Defekte, die in metallischen Gussteilen entstehen können, wenn das Material beim Erstarren und Abkühlen Risse entwickelt.

Ursachen von Warmrissen

Warmrisse treten typischerweise auf, wenn thermische Spannung im Gussteil zu groß wird. Diese Spannungen entstehen durch unterschiedliche Abkühlraten in verschiedenen Bereichen des Gussstücks, insbesondere in Bereichen, die aufgrund einer komplexen Geometrie oder ungleichmäßigen Wandstärken betroffen sind. Zusätzliche Faktoren wie die chemische Zusammensetzung des Metalls und das Gießverfahren beeinflussen ebenfalls die Entstehung von Warmrissen.

Vermeidung von Warmrissen

Um Warmrisse zu vermeiden, ist es wichtig, den Gießprozess sorgfältig zu steuern. Dazu gehört die Optimierung der Gießtemperatur und das Design von Speisern und Kühleinsätzen, um eine gleichmäßige Abkühlung zu gewährleisten. Auch die Wahl einer geeigneten Legierung kann die Wahrscheinlichkeit von Warmrissen minimieren, da Legierungen mit einer guten Duktilität weniger anfällig für Rissbildung sind.

Erkennung und Analyse von Warmrissen

Die Erkennung von Warmrissen erfolgt häufig durch visuelle Inspektion oder mithilfe zerstörungsfreier Prüfverfahren wie Ultraschall- oder Röntgenuntersuchungen oder auch eines Farbeindringverfahrens. Eine gründliche Analyse der gefundenen Risse kann helfen, die Ursachen zu identifizieren und zukünftige Gussfehler zu vermeiden.

Trockeneis ist festes Kohlendioxid (CO₂) mit einer Temperatur von ca. -78,5 °C, das in der Industrie zur Reinigung und zur Oberflächenbehandlung verwendet wird.

Herstellung und Eigenschaften von Trockeneis

Trockeneis entsteht, indem flüssiges Kohlendioxid unter hohem Druck in sogenanntes CO₂-Schnee verwandelt und anschließend in komprimierte Blöcke oder Pellets gepresst wird. Die extrem niedrige Temperatur und die Eigenschaft, ohne flüssige Phase direkt vom festen in den gasförmigen Zustand überzugehen – die sogenannte Sublimation – machen Trockeneis ideal für Anwendungen, die rückstandsfreie Reinigung und hohe Effizienz erfordern. Zudem ist Trockeneis ungiftig, chemisch inert und nicht stromleitend.

Anwendungsbereiche in der Gießereiindustrie

In der Gießerei eignet sich Trockeneis hervorragend zur Oberflächenreinigung von Formen, Geräten und Werkzeugen. Besonders beim Entfernen von Harzrückständen, Bindemitteln oder Trennmittelresten sorgt die Reinigung mit Trockeneisstrahlen für eine schnelle und sichere Säuberung, ohne dass Oberflächen durch Abrasion beschädigt werden. Dies verlängert die Lebensdauer der Gießformen erheblich und verringert Wartungs- und Stillstandszeiten innerhalb der Produktion.

Vorteile der Trockeneisreinigung

Durch den Einsatz von Trockeneis entfällt der Einsatz chemischer Reinigungsmittel, was sowohl aus ökologischer als auch sicherheitstechnischer Sicht vorteilhaft ist. Das Trockeneisstrahlverfahren erzeugt keine sekundären Abfälle wie Wasser oder Reinigerreste; einzig verbleibender Rückstand ist der entfernte Schmutz selbst. Da Trockeneis nach der Anwendung restlos verdampft, müssen keine zusätzlichen Reinigungsprozesse oder Entsorgungsmaßnahmen eingeplant werden. Daraus ergeben sich Kostenvorteile und ökologische Vorteile gleichermaßen.

Die interkristalline Korrosion beschreibt eine Form der Korrosion, bei der ein Werkstoff bevorzugt entlang der Korngrenzen eines metallischen Gefüges angegriffen wird, was zu einer Schwächung der mechanischen Eigenschaften und letztlich zu einem frühzeitigen Materialversagen führen kann.

Ursachen interkristalliner Korrosion

Interkristalline Korrosion tritt typischerweise bei Edelstahllegierungen auf, wenn bestimmte Legierungselemente wie Chrom an den Korngrenzen in ihrer Konzentration reduziert werden. Häufig geschieht dies durch ungünstige thermische Einflüsse wie Schweißen oder Wärmebehandlungen im kritischen Temperaturbereich (etwa 500 bis 800 Grad Celsius). Dabei entsteht an den Korngrenzen eine Chromverarmung, was lokal zu verminderter Korrosionsbeständigkeit führt und Angriffsflächen bildet.

Typische Anzeichen und Risiken der interkristallinen Korrosion

Bei dieser Korrosionsform sind die Schäden in der Anfangsphase häufig nur schwer durch bloße Sichtprüfung erkennbar, da die Oberfläche intakt erscheinen kann. Erst bei fortgeschrittenem Angriff zeigen sich deutlich sichtbare Risse oder Brüche entlang der Korngrenzen. Bauteile, die interkristalliner Korrosion ausgesetzt sind, verlieren erheblich an Festigkeit, wodurch sich Sicherheitsrisiken besonders in kritischen Industrieanwendungen wie Anlagenbau, chemischer Industrie oder Energietechnik ergeben.

Vorbeugung und Maßnahmen gegen interkristalline Korrosion

Zur Vermeidung interkristalliner Korrosion eignen sich gezielte Wärmebehandlungen, die eine homogene Verteilung der Legierungselemente wiederherstellen (Lösungswärmebehandlung). Alternativ kommen Werkstoffe mit geringem Risikopotenzial zum Einsatz, beispielsweise stabilisierte Edelstähle, denen Titan oder Niob hinzugefügt wurde, um die Bildung korngrenzennaher Chromverarmung zu verhindern. Zusätzlich sollten Verarbeitungs- und Schweißverfahren streng kontrolliert durchgeführt werden, um thermische Einflüsse zu minimieren.

NE-Metalle (Nichteisenmetalle) sind Metalle und Legierungen, die entweder gar kein Eisen enthalten oder bei denen Eisen nur in Spuren vorhanden ist.

Was sind Nichteisenmetalle und ihre Eigenschaften?

NE-Metalle umfassen eine Vielzahl unterschiedlicher Werkstoffe, darunter Aluminium, Kupfer, Zink, Zinn, Blei, Nickel und deren Legierungen. Im Gegensatz zu Eisen und Stahl besitzen sie meist geringere Dichten, eine hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie gute Korrosionsbeständigkeit. Diese Eigenschaften machen sie ideal für Anwendungen, bei denen Gewichtseinsparungen und Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen ausschlaggebend sind, etwa in der Automobilindustrie, Elektrotechnik und im Bauwesen.

Einsatzgebiete und Beispiele von NE-Metallen

Aluminium wird beispielsweise häufig im Fahrzeugbau, Flugzeugbau und bei der Herstellung von Verpackungen verwendet, da es leicht, robust und korrosionsbeständig ist. Kupfer findet man in elektrischen Leitungen, Rohrleitungen und elektronischen Komponenten, da es ausgezeichnete elektrische und thermische Leitfähigkeiten besitzt. Messing und Bronze, zwei Kupferlegierungen, kommen oft bei Schmuckstücken, Kunstobjekten und technischen Anwendungen zum Einsatz. Zink wird hauptsächlich für Korrosionsschutzbeschichtungen und Legierungen eingesetzt, während Nickel und seine Legierungen bei besonders korrosionsbeständigen oder hitzebeständigen Anwendungen Verwendung finden.

Bedeutung von NE-Metallen in der Gießereiindustrie

Gerade in der Gießereitechnik spielen NE-Metalle eine zentrale Rolle, da hiermit komplex geformte, oft spezifisch anwendungsgerechte Bauteile gefertigt werden können. Der Präzisionsguss oder Druckguss von Aluminium ermöglicht beispielsweise besonders feine und detaillierte Strukturen bei trotzdem hoher Festigkeit und geringem Gewicht. NE-Metallgussteile zeichnen sich außerdem durch gute mechanische Bearbeitbarkeit und Oberflächenqualität aus, was ihre Weiterverarbeitung sowie Integration in unterschiedliche Produkte einfacher macht. Ihre Flexibilität und ihre vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten machen Nichteisenmetalle unverzichtbar in der modernen Fertigungstechnik.

Desoxidieren bezeichnet in der Gießereitechnik den Vorgang der Entfernung von gelöstem Sauerstoff aus flüssigen Metallen, um Qualitätsdefekte in Gussstücken zu verhindern.

Was bedeutet Desoxidieren in der Gießereitechnik?

Unter Desoxidieren versteht man die gezielte Reduzierung des Sauerstoffgehaltes in geschmolzenen Metallen, insbesondere bei Stahl- und Eisenlegierungen. Sauerstoff gelangt in die Schmelze normalerweise durch den Kontakt mit der Atmosphäre oder durch Oxide in eingesetzten Rohstoffen. Ein hoher Sauerstoffgehalt kann während des Erstarrens Unsicherheiten in Form von Porenbildungen und oxidischen Einschlüssen verursachen. Das Ziel des Desoxidierens ist es, eine homogene Schmelzequalität sicherzustellen und die mechanischen Eigenschaften des Endproduktes deutlich zu verbessern.

Verfahren zur Desoxidation

Um Sauerstoff effektiv zu entfernen, werden der Schmelze sogenannte Desoxidationsmittel zugesetzt. Häufig verwendete Mittel sind Aluminium, Silizium, Mangan und Kalzium, entweder einzeln oder in Kombination als Legierungen. Diese Elemente haben eine höhere Affinität zu Sauerstoff und reagieren schnell damit zu stabilen Oxiden. Diese Oxide setzen sich entweder als Schlacke an der Oberfläche ab oder werden über andere technologische Verfahren aus der Schmelze entfernt. Wahl und Menge der eingesetzten Desoxidationsmittel richten sich nach dem Ausgangswerkstoff und den Anforderungen an das Gussteil.

Bedeutung des Desoxidierens für die Gussqualität

Das erfolgreiche Desoxidieren erhöht maßgeblich die Qualität des Endproduktes, besonders in der industriellen Produktion hochwertiger Bauteile wie Automobilkomponenten, Maschinengehäuse oder Anlagenkomponenten. Poren und Oxideinschlüsse beeinflussen die Festigkeit und Langlebigkeit eines Werkstückes negativ und erhöhen zugleich die Ausschussrate. Daher ist der Desoxidationsprozess ein essentieller Schritt in der modernen Gießereitechnik, um besonderen Anforderungen bezüglich Qualität, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit optimal zu entsprechen.

Das Boudouard-Gleichgewicht beschreibt das chemische Gleichgewicht zwischen Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Kohlenstoffmonoxid (CO) in Gegenwart von festem Kohlenstoff.

Bedeutung des Boudouard-Gleichgewichts in der Gießereiindustrie

Das Boudouard-Gleichgewicht, benannt nach dem französischen Chemiker Octave Leopold Boudouard, ist eine chemische Reaktion, bei der Kohlenstoffdioxid (CO₂) mit festem Kohlenstoff zu Kohlenstoffmonoxid (CO) reagiert, und umgekehrt. Dieses Gleichgewicht lässt sich durch die Formel C + CO₂ ⇌ 2 CO beschreiben. Speziell in der Gießereiindustrie beeinflusst dieses Gleichgewicht maßgeblich das Verhalten von kohlenstoffhaltigen Schmelzen sowie die Zusammensetzung und Qualität der erzeugten Gussteile.

Boudouard-Reaktion: Einfluss von Temperatur und Druck

Eine relevante Eigenschaft des Boudouard-Gleichgewichts liegt in seiner starken Temperaturabhängigkeit. Bei niedrigen Temperaturen ist das Gleichgewicht auf der Seite des CO₂ und festen Kohlenstoffs, bei höheren Temperaturen hingegen verschiebt es sich zugunsten von CO. Diese Tatsache ist von großer praktischer Bedeutung für Gießereien, da eine gezielte Steuerung der Temperatur und des Partialdrucks von CO und CO₂ helfen kann, unerwünschte Oxidationsprozesse zu begrenzen und somit die Qualität und Oberflächenbeschaffenheit der Gussteile entscheidend zu verbessern.

Anwendung und Bedeutung in der Praxis

In der Praxis unterstützt das Wissen über das Boudouard-Gleichgewicht Gießereien dabei, optimale Bedingungen für Schmelzprozesse zu schaffen. Dabei werden gezielt Atmosphären geschaffen, die dem Auftreten von Fehlern wie Gasblasen, Porositäten oder Oxideinschlüssen entgegenwirken. Somit leistet das Verständnis und die richtige Einstellung des Boudouard-Gleichgewichts einen wertvollen Beitrag zu einer erhöhten Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Qualität bei der Herstellung von Gussprodukten.

Alpha Fe pder Alpha Eisen, auch α-Eisen genannt, bezeichnet die kubisch-raumzentrierte kristalline Struktur von Eisen, die bei Temperaturen unterhalb von 912 °C stabil ist.

Eigenschaften und Struktur von Alpha Fe

Alpha Fe stellt die kubisch-raumzentrierte (krz) Modifikation von reinem Eisen dar und existiert im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis ca. 912 °C. Diese Modifikation zeichnet sich durch vergleichsweise gute magnetische Eigenschaften und hohe Festigkeit aus. Aufgrund der Struktur ergeben sich spezifische physikalische und mechanische Eigenschaften, die in technischen Anwendungen gezielt genutzt werden. Beispielsweise zeigt Alpha Fe eine nützliche Kombination von guter Verformbarkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit, weshalb diese Eisenform entscheidend für viele konstruktive und magnetische Anwendungen ist.

Bedeutung von Alpha Eisen in der Werkstofftechnik

In der Werkstofftechnik besitzt Alpha Fe eine herausragende Rolle, da es bei üblichen Temperaturen die Basis vieler technisch genutzter Stähle bildet. Die Änderung von Ferrit zu Austenit und anschließend zu anderen Modifikationen bei Temperaturerhöhung oder chemischer Zusammensetzung erlaubt gezielte Anpassungen der Eigenschaften des Stahls. Damit ist Alpha Fe entscheidend für die Wärmebehandlung und das Härten sowie Glühen von Eisenwerkstoffen, um die geforderte technischen Eigenschaften entsprechend dem jeweiligen Anwendungszweck sicherzustellen.

Thermische Übergänge und Phasenumwandlungen von Alpha Fe

Die thermischen Übergänge von Alpha Fe zur nächsthöheren Eisenmodifikation, dem γ-Eisen (Gamma-Eisen), erfolgen bei ca. 912 °C. Dieser Übergangspunkt wird auch als A3-Punkt bezeichnet. Durch das Verständnis dieser Phasenumwandlungen können gezieltere Verfahren für die Metallverarbeitung eingesetzt werden, wodurch hochwertige Bauteile und Komponenten speziell auf ihre späteren Anwendungen zugeschnitten herstellbar sind. Die Kenntnis dieser thermischen Grenzen ist für jede Wärmebehandlung und somit auch für die Gießerei- und Stahlindustrie von wesentlicher Bedeutung.

Temperguss bezeichnet eine besondere Art von Gusseisen, das durch temperaturgesteuerte Wärmebehandlung seine charakteristische Zähigkeit und Verformbarkeit erhält und vor allem in Anwendungen eingesetzt wird, bei denen Festigkeit und Schlagzähigkeit benötigt werden.

Herstellungsverfahren beim Temperguss

Die Herstellung von Temperguss erfolgt in zwei klar definierten Schritten. Zunächst entsteht ein weißes Gusseisen, das äußerst hart, dabei jedoch spröde und spröde-brüchig ist. In einem zweiten Prozessschritt findet dann die Wärmebehandlung statt – auch „Tempern“ genannt. Hierbei wird das Material bei Temperaturen zwischen 900 und 1000 Grad Celsius für mehrere Stunden geglüht. Während dieses Prozesses verwandelt sich der im Gusseisen eingelagerte Zementit in Temperkohle (Flockengraphit). Dadurch erhält der Temperguss seine typische Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit, was ihn in der Produktion und Verarbeitung besonders wertvoll macht.

Unterschiedliche Arten von Temperguss

Man unterscheidet im Wesentlichen zwischen schwarzem und weißem Temperguss. Schwarzer Temperguss entsteht durch eine Glühbehandlung unter sauerstoffarmen Bedingungen, was dazu führt, dass sich Kohlenstoff unmittelbar auf der Oberfläche des Materials ablagert. Dadurch entsteht eine schwarze Oberfläche mit besonderem Korrosionsschutz. Weißer Temperguss hingegen wird in einer oxidierenden Atmosphäre behandelt, wodurch es wenige Kohlenstoffablagerungen an der Oberfläche gibt. Weißer Temperguss zeichnet sich durch besondere Zähigkeit und Plastizität aus und eignet sich ideal für feinmechanische Bauteile.

Anwendungsbereiche und Vorteile von Temperguss

Dank seiner robusten und zugleich verformbaren Eigenschaften eignet sich Temperguss besonders für Anwendungen in der Automobilindustrie, im Maschinenbau sowie für Armaturen und Rohrverbindungen in der Sanitärtechnik. Der wesentliche Vorteil liegt darin, dass Tempergussprodukte eine sehr hohe mechanische Festigkeit besitzen, gleichzeitig aber auch den Belastungen durch Vibrationen und Schläge dauerhaft standhalten können. Somit erfüllen sie optimal die Anforderungen an stabile, zuverlässige und langlebige Bauteile.

Ein Eluat bezeichnet die Flüssigkeit, die beim Auswaschen eines Stoffes mithilfe eines Lösungsmittels erhalten wird und in der Gießereiindustrie oft zur Untersuchung von Materialeigenschaften dient.

Was ist ein Eluat und wo kommt es zum Einsatz?

Ein Eluat entsteht durch den Prozess der Elution, wobei ein Lösungsmittel (Eluent) über einen festen Stoff wie etwa eine Sandprobe oder ein Metallgemisch geleitet wird. Dabei lösen sich spezifische Bestandteile heraus und können anschließend analysiert werden. In der Gießereiindustrie werden beispielsweise Proben von Formsanden, Schlacken oder metallurgischen Zusätzen mittels Elution untersucht, um die chemische Zusammensetzung, potenzielle Schadstoffe oder lösliche Substanzen zu identifizieren. Diese Analyse hilft dabei, Materialqualität sicherzustellen und Umweltauflagen einzuhalten.

Bedeutung der Eluat-Untersuchung für Qualität und Umwelt

Eine genaue Definition und Unterscheidung von Eluaten ist wichtig, da in der Praxis oft komplizierte chemische Prozesse auf Materialproben angewendet werden, die weitreichende Auswirkungen auf Produktionsabläufe und Nachhaltigkeit haben können. Die Untersuchung des Eluats erlaubt es, problematische Stoffe wie Schwermetalle oder Salze frühzeitig zu erkennen. Damit sind vor allem Gießereien in der Lage, ökologische Risiken zu minimieren, Vorschriften zum Gewässerschutz zu erfüllen, und langfristige Schäden für Umwelt und Anlagen zu vermeiden.

Typische Verfahren zur Gewinnung eines Eluats in der Gießerei

Zur Bestimmung des Eluats wird meist das standardisierte Säulen- oder Schüttelverfahren angewendet. Im Säulenverfahren durchläuft das Lösemittel eine gepackte Säule mit Probenmaterial und extrahiert dabei lösliche Komponenten kontinuierlich. Beim Schüttelverfahren wird das Probenmaterial mit einem Lösungsmittel gemischt und für eine definierte Zeit geschüttelt, danach wird die Flüssigkeit als Eluat separiert und analysiert. Beide Verfahren sind übliche Praxisin der Gießereiindustrie, wobei die Wahl abhängig von der jeweiligen Fragestellung sowie von nationalen und internationalen Normen oder Standards ist.

Martensit ist ein metastabiles, extrem hartes und sprödes Gefüge, das sich beim schnellen Abkühlen (Abschrecken) von Stahl aus dem Austenit heraus bildet.

Bildung und Eigenschaften von Martensit

Martensit entsteht durch eine diffusionslose Umwandlung, wenn Stahl nach einem Erhitzen bis in den Austenit-Bereich sehr schnell abgekühlt wird. Diese rasche Abschreckung verhindert, dass Kohlenstoffatome ausreichend Zeit haben, um aus dem Austenitgitter zu diffundieren. Stattdessen wird Kohlenstoff zwangsweise im kubisch-raumzentrierten Kristallgitter eingeschlossen, wodurch eine tetragonale Verzerrung entsteht. Diese verzerrte Gitterstruktur verleiht Martensit seine außergewöhnliche Härte und Sprödigkeit, die es für bestimmte industrielle Anwendungen ideal macht.

Bedeutung von Martensit für die Mechano-technologischen Eigenschaften von Stählen

Dank seiner extrem hohen Härte und Verschleißfestigkeit wird Martensit typischerweise in Anwendungen verwendet, bei denen Härte und Stabilität wichtig sind. Dazu zählen Schneidwerkzeuge, Messer, Industrieanlagen, Verschleißschutzteile und andere hochbeanspruchte metallische Bauteile. Ein Nachteil des Martensitgefüges ist jedoch seine charakteristische Versprödung. Daher wird Martensit häufig einer anschließenden Wärmebehandlung (Anlassen) unterzogen, um die Zähigkeit gezielt zu verbessern.

Martensitbildung gezielt steuern: Wärmebehandlungsprozesse

Die Bildung des Martensits und seine Eigenschaften können gezielt über die Wärmebehandlung gesteuert werden. Je schneller die Abkühlung erfolgt, desto höher ist der Anteil des Martensitgefüges. Indem die Parameter des Abschreckvorgangs variiert werden, wie etwa Abschreckmedium, Temperatur und Abschreckgeschwindigkeit, können produzierende Betriebe spezifisch auf die gewünschten mechanischen und technologischen Anforderungen hin optimieren und anpassen. Diese sorgfältige Steuerung der Martensitbildung ist ein Schlüsselelement in der Wärmebehandlungstechnik technologisch anspruchsvoller Stahlkomponenten.