Schritte des Casting-Prozesses:Die 4 wichtigsten Schritte | Fertigungswissenschaft

Die folgenden Punkte heben die vier Hauptschritte des Gießprozesses hervor. Die Schritte sind:1. Vorbereitung des Modells und der Form 2. Schmelzen und Gießen des verflüssigten Metalls 3. Abkühlen und Erstarren des flüssigen Metalls 4. Fehler und deren Prüfung.

Schritte des Casting-Prozesses # 1. Vorbereitung von Muster und Form :

Ein Modell ist die Nachbildung des zu gießenden Teils und wird verwendet, um den Formhohlraum vorzubereiten. Muster sind entweder aus Holz oder Metall. Eine Form ist eine Anordnung aus zwei oder mehr Metallblöcken oder gebundenen feuerfesten Partikeln (Sand), die aus einer primären Kavität bestehen.

Der Formhohlraum enthält das flüssige Material und fungiert im Wesentlichen als Negativ des gewünschten Produkts. Die Form enthält auch sekundäre Kavitäten zum Eingießen und Kanalisieren des flüssigen Materials in die primäre Kavität und, falls erforderlich, als Reservoir.

Ein vierseitiger Rahmen, in dem eine Sandform hergestellt wird, wird als Formkasten bezeichnet. Wenn die Form aus mehr als einem Teil besteht, wird der obere Teil als Oberkasten und der untere als Widerstand bezeichnet.

Bei der Herstellung von Hohlprofilen wird das Eindringen des flüssigen Metalls durch einen Kern im entsprechenden Bereich des Formhohlraums verhindert. Die Vorsprünge auf dem Muster zum Anordnen des Kerns in der Form werden Kerndrucke genannt. Je nach Material, Aufgabe und Anzahl der benötigten Gussteile gibt es verschiedene Arten von Modellen und Formen.

Musterzulassungen:

Ein Muster wird immer etwas größer als der fertig zu produzierende Job gemacht. Diese Überschreitung der Abmessungen wird als Musterzugabe bezeichnet. Es gibt zwei Kategorien von Musterzugaben, nämlich die Schrumpfzugabe und die Bearbeitungszugabe.

Die Schwindungszugabe ist vorgesehen, um die Kontraktionen eines Gussstücks auszugleichen.

Die vollständige Kontraktion eines Castings erfolgt in drei Phasen und besteht aus:

(i) Die Kontraktion der Flüssigkeit von der Gießtemperatur auf die Gefriertemperatur,

(ii) Die mit dem Phasenwechsel von flüssig zu fest verbundene Kontraktion,

(iii) Die Kontraktion des festen Gussstücks von der Gefriertemperatur auf die Raumtemperatur.

Es ist jedoch zu beachten, dass nur die letzte Stufe der Kontraktion durch die Schrumpfzugabe abgedeckt wird. Offensichtlich hängt die Schrumpfzugabe vom linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten α_l . ab des Materials. Je höher der Wert dieses Koeffizienten ist, desto höher ist der Wert der Schrumpfzugabe.

Für ein Maß l eines Gussstücks ergibt sich das Schwindmaß durch das Produkt α_l l(θ_f – θ₀ ), wobei θ_f ist der Gefrierpunkt des Materials und θ₀ ist die Raumtemperatur. Dies wird normalerweise pro Längeneinheit für ein gegebenes Material ausgedrückt. Tabelle 2.1 gibt einen quantitativen Überblick über die Schrumpfzugabe beim Gießen verschiedener Materialien.

Normalerweise ist eine gegossene Oberfläche zu rau, um wie die Oberfläche des Endprodukts verwendet zu werden. Als Ergebnis sind Bearbeitungsvorgänge erforderlich, um die fertige Oberfläche zu erzeugen. Die Überschreitung der Abmessungen des Gussstücks (und folglich der Abmessungen des Modells) gegenüber denen des endgültigen Auftrags zur Bearbeitung wird als Bearbeitungszugabe bezeichnet.

Die Gesamtbearbeitungszugabe hängt ebenfalls vom Material und der Gesamtabmessung der Arbeit ab, jedoch nicht linear wie die Schrumpfzugabe. Tabelle 2.1 gibt auch eine Vorstellung von der Bearbeitungszugabe für verschiedene Materialien. Für Innenflächen sollten die angegebenen Aufmaße natürlich negativ sein, und normalerweise sind die Bearbeitungsaufmaße 1 mm mehr als in der Tabelle aufgeführt.

Es gibt eine weitere Abweichung von den Original-Auftragsmaßen und ist im Schnitt absichtlich vorgesehen; das nennt man Entwurf. Es bezieht sich auf eine Verjüngung, die parallel zur Richtung des Herausziehens des Modells aus dem Formhohlraum auf die Oberfläche gelegt wird. Ein Entwurf erleichtert das einfache Zurückziehen des Musters. Der Durchschnittswert des Tiefgangs liegt zwischen 1/2° und 2°.

Vorbereitung der Form:

Formen werden von Hand hergestellt, wenn die Anzahl der herzustellenden Formen gering ist. Werden viele einfache Formen benötigt, kommen dann Formmaschinen zum Einsatz.

In diesem Artikel werden wir kurz einige wichtige Merkmale des Formenbaus besprechen; außerdem werden einige typische Formmaschinen beschrieben.

Um ein leichtes Entfernen des Musters zu erleichtern, wird das Muster mit einer Trennmasse, z. B. nicht benetzender Talkum, bestäubt. Zur Erzielung einer guten Oberfläche auf dem Gussstück wird feinkörniger Vorsatzsand verwendet. Normalerweise wird ein Eigengewicht auf den Oberkasten gelegt, um ein Aufschwimmen des Oberkastens aufgrund der hydrodynamischen Kräfte des flüssigen Metalls zu verhindern.

Bei einer großen Form sollte darauf geachtet werden, dass der Sand nicht vom Oberkasten fällt, wenn dieser angehoben wird, um das Muster zu entfernen. Dies kann durch Bereitstellung zusätzlicher Stützen, sogenannter Knebel, innerhalb des Oberkastens erfolgen. Für einen Guss mit einspringenden Oberflächen, z. B. ein Rad mit einer Rille an der Felge, kann die Form dreiteilig ausgeführt werden (Abb. 2.3). Der Teil zwischen dem Oberteil und der Bremse wird als Wange bezeichnet. Für ein leichtes Entweichen der Gase sind im Oberkasten Entlüftungslöcher vorgesehen.

Die Formmaschinen arbeiten nach einem oder einer Kombination der in Abb. 2.4 erläuterten Prinzipien. Beim Stoßrammen wird die Form über eine Höhe von ca. 5 cm angehoben und 50-100 Mal mit einer Geschwindigkeit von 200 Mal pro Minute fallen gelassen. Dies führt zu etwas ungleichmäßigem Rammen, ist aber für horizontale Flächen durchaus geeignet. Andererseits wird das Zusammendrücken für flache Kolben als zufriedenstellend befunden. Auch der Sandschleudervorgang ist sehr schnell und führt zu einem gleichmäßigen Rammen. Dies verursacht jedoch hohe Anschaffungskosten.

Schritte des Casting-Prozesses # 2. Schmelzen und Gießen des verflüssigten Metalls:

Schmelzen :

Eine richtige Pflege beim Schmelzen ist für einen guten, fehlerfreien Guss unerlässlich. Zu den beim Schmelzen zu berücksichtigenden Faktoren gehören Gase in Metallen, Auswahl und Kontrolle von Schrott, Flussmittel, Ofen und Temperatur. Auf diese werden wir nun eine kurze Diskussion geben.

Gase in Metallen :

Die Gase in Metallen führen normalerweise zu fehlerhaften Gussteilen. Die Anwesenheit einer kontrollierten Menge spezifischer Gase kann jedoch vorteilhaft sein, um den Gussstücken bestimmte wünschenswerte Eigenschaften zu verleihen.

In Metallgussteilen sind die Gase-

(i) Kann mechanisch eingeschlossen werden (in solchen Situationen verhindern geeignete Entlüftungsanordnungen in der Form deren Auftreten),

(ii) Kann aufgrund der unterschiedlichen Löslichkeit bei verschiedenen Temperaturen und Phasen entstehen und

(iii) Kann aufgrund chemischer Reaktionen entstehen.

Die am häufigsten vorkommenden Gase sind Wasserstoff und Stickstoff. Metalle werden hinsichtlich der Löslichkeit von Wasserstoff in zwei Gruppen eingeteilt. Eine Gruppe wird als endotherm bezeichnet; dazu gehören gängige Metalle wie Aluminium, Magnesium, Kupfer, Eisen und Nickel.

Die andere Gruppe, die als exotherm bezeichnet wird, umfasst unter anderem Titan und Zirkonium. Endotherme Metalle absorbieren weniger Wasserstoff als exotherme Metalle. Außerdem nimmt bei endothermen Metallen die Löslichkeit von Wasserstoff mit der Temperatur zu. Bei exothermen Metallen ist es umgekehrt.

In beiden Fällen kann die Löslichkeit (5) ausgedrückt werden als-

S =C exp [-E_s /(k θ)], (2.1)

wobei E_s (positiv für endotherm) ist die Lösungswärme von 1 mol Wasserstoff und 6 ist die absolute Temperatur mit C und k als Konstanten. Gleichung (2.1) zeigt deutlich, dass in exothermen Metallen, für die E_s ist negativ.

Es wird angenommen, dass Wasserstoff sich interstitiell in exothermen Metallen auflöst und so eine Gitterverzerrung verursacht. In endothermen Metallen löst sich Wasserstoff in Gitterfehlern und erzeugt keinen Verzug. Tabelle 2.2 zeigt die Löslichkeit von Wasserstoff in fester und flüssiger Phase bei Solidustemperatur für verschiedene Metalle. Der Unterschied dieser Löslichkeiten ist für die Entwicklung der Gase verantwortlich.

Es sollte beachtet werden, dass die Wasserstofflöslichkeit beim Eisenguss ein akutes Problem ist. Obwohl die Gewichtsmenge an Wasserstoff vernachlässigbar erscheint, ist hier das Volumen, das während der Erstarrung entwickelt wird, ziemlich groß. Das Sievert-Gesetz besagt, dass die Menge an gelöstem Wasserstoff in einer Schmelze variiert zu –

Die Hauptquellen für Wasserstoff in einer Schmelze sind Ofenfeuchtigkeit, Luft, Öl und Fett. Es gibt keine einfache dehydrierende Zugabe, um Wasserstoff in Form von Schlacke zu entfernen. Es sollte daher darauf geachtet werden, den Wasserstoffgehalt auf einem Minimum zu halten.

Die meisten Techniken zur Entfernung von Wasserstoff basieren auf Gleichung (2.2), d. h. Verringern des Partialdrucks von Wasserstoff durch Blasen eines anderen trockenen unlöslichen Gases durch die Schmelze. Für Nichteisenmetalle werden Chlor, Stickstoff, Helium oder Argon verwendet. Stickstoff kann nicht für Eisen- und Nickelbasislegierungen verwendet werden, da er in diesen löslich ist und auch Nitride bilden kann, die die Korngröße beeinflussen; daher ist insbesondere bei Eisenlegierungen eine genaue Stickstoffkontrolle erforderlich. In solchen Situationen werden Kohlenmonoxidblasen verwendet. Dadurch wird nicht nur Wasserstoff, sondern auch Stickstoff entfernt; der Kohlenstoffgehalt wird durch nachfolgende Oxidation und Wiederaufkohlung kontrolliert.

Bei Eisenmetallen kann eine deutliche Abnahme der Stickstofflöslichkeit während des Phasenwechsels zu Porosität im Gussstück führen. Der Wiedereintritt von Stickstoff aus der Luft wird durch die undurchlässige Schlacke am oberen Ende der Schmelze verhindert.

Derzeit wird das Vakuumschmelzen zunehmend eingesetzt, um die Lösung von Gasen in Metallen und die Verbindung reaktiver Elemente in der Schmelze zu verhindern. Es hat sich herausgestellt, dass Zugaben in der Pfanne und nicht in der Schmelze wirksamer sind, um die Gase und chemischen Zusammensetzungen zu kontrollieren.

Öfen:

Die zum Schmelzen von Metallen verwendeten Öfen unterscheiden sich stark voneinander. Die Auswahl eines Ofens hängt hauptsächlich von der Metallchemie, der erforderlichen Höchsttemperatur sowie der Metallfördermenge und -art ab. Weitere wichtige Faktoren bei der Auswahl sind die Größe und Form der verfügbaren Rohstoffe.

Die Metallchemie entscheidet nicht nur über die Kontrolle von Standardelementen, sondern auch über einige wichtige mechanische Eigenschaften, z. B. die Bearbeitbarkeit.

Die optimale Temperatur nach dem Schmelzen wird durch eine Eigenschaft des Metalls bestimmt, die als Fließfähigkeit bezeichnet wird. Die Fließfähigkeit bezieht sich auf die relative Fähigkeit des flüssigen Metalls, die Form bei einer bestimmten Temperatur zu füllen. Normalerweise ist die Fließfähigkeit umso höher, je niedriger die Viskosität ist. Die Fließfähigkeit eines Metalls kann wie folgt überprüft werden.

Eine Spirale mit Standardabmessungen wird mit dem flüssigen Metall bei verschiedenen Temperaturen gegossen. Die Länge der auf diese Weise zuführbaren Spirale vor Beginn der Erstarrung gibt das Maß für die Fließfähigkeit an. Wenn wir die Temperatur-Fließfähigkeits-Kurven für verschiedene Metalle untersuchen, stellen wir fest, dass je höher die Fließfähigkeit eines Metalls ist, desto geringer ist die erforderliche Differenz zwischen der Gießtemperatur (Ofentemperatur) und der Schmelztemperatur.

Um die komplizierten, dünnen Bereiche der Form vollständig auszufüllen, sollte dieser Unterschied minimal sein. Ein großer Unterschied impliziert höhere Kosten und mehr Gaslöslichkeit.

Geschwindigkeit und Art der Flüssigmetallzufuhr werden weitgehend durch den Prozess bestimmt – Chargen- oder kontinuierliches Schmelzen.

Gießen (Angussdesign) :

Nach dem Schmelzen wird das Metall in den Formhohlraum gegossen oder eingespritzt. Ein gutes Angussdesign gewährleistet die richtige Verteilung des Metalls im Formhohlraum ohne übermäßigen Temperaturverlust, Turbulenzen und Einschließen von Gasen und Schlacken.

Wenn das flüssige Metall sehr langsam gegossen wird, dauert das Füllen der Form ziemlich lange und die Erstarrung kann beginnen, noch bevor die Form vollständig gefüllt ist. Dies kann vermieden werden, indem zu viel Überhitzung verwendet wird, aber dann kann die Gaslöslichkeit ein Problem verursachen. Wenn andererseits das flüssige Metall mit zu hoher Geschwindigkeit auf den Formhohlraum auftrifft, kann die Formoberfläche erodiert werden. Daher muss beim Erreichen einer optimalen Geschwindigkeit ein Kompromiss eingegangen werden.

Schritte des Casting-Prozesses # 3. Kühlung und Verfestigung von Liquid Metal :

Ein klares Verständnis des Mechanismus der Erstarrung und Abkühlung flüssiger Metalle und Legierungen ist für die Herstellung erfolgreicher Gussteile unerlässlich. Während der Erstarrung werden viele wichtige Eigenschaften wie Kristallstruktur und Legierungszusammensetzung an verschiedenen Teilen des Gussstücks bestimmt. Darüber hinaus treten, wenn keine angemessene Sorgfalt aufgewendet wird, auch andere Defekte auf, z. B. Schrumpfhohlraum, Kaltverschluss, Fehllauf und Heißriss.

Riser-Design und -Platzierung:

Die Erstarrungszeit hängt hauptsächlich vom Verhältnis VIA ab, wobei V das Volumen des Gussstücks und A die Oberfläche der Wärmeableitung (d. h. des Gussstücks) ist. Dies ist auch intuitiv zu erwarten, da der Wärmeinhalt proportional zum Volumen ist und die Wärmeabfuhrgeschwindigkeit von der Oberfläche abhängt. Diese Informationen werden beim Konstruieren eines Steigrohrs verwendet, um sicherzustellen, dass das Steigrohr nach dem Gießen erstarrt.

Die Information über die benötigte Flüssigmetallmenge aus dem Steigrohr dient jedoch nur dazu, die von der Gießtemperatur bis zur Erstarrung auftretende Schwindung zu kompensieren. Je nach Metall variiert der Prozentsatz dieser Schrumpfung zwischen 2,5 und 7,5. Somit ist die Verwendung eines großen Steigrohrvolumens (um eine lange Erstarrungszeit sicherzustellen) unwirtschaftlich. Daher sollte ein Steigrohr mit dem kleinstmöglichen Volumen konstruiert werden, während eine langsamere Abkühlgeschwindigkeit als die des Gussteils beibehalten wird.

Es ist anzumerken, dass ein Gussteil mit einem hohen Oberflächen/Volumen-Verhältnis ein größeres Steigrohr erfordert, als es nur unter Berücksichtigung der Abkühlgeschwindigkeit bestimmt wird. Dies zeigt das folgende Beispiel anschaulich.

Betrachten wir eine Stahlplatte mit den Maßen 25 cm x 25 cm x 0,25 cm. Das Casting hat dann das A/V-Verhältnis als –

Der von uns betrachtete Riser hat das Volumen von 1,95 cm ³ nur. Daher ist eine viel größere Steigleitung erforderlich.

Bei einer gegebenen Form des Steigrohrs sollten die Abmessungen des Steigrohrs jedoch so gewählt werden, dass ein minimales A/V-Verhältnis erreicht wird, und das minimale Volumen sollte unter Schrumpfungsgesichtspunkten sichergestellt werden. Es ist zu beachten, dass nur zu Beginn des Erstarrungsprozesses flüssiges Metall aus dem Steigrohr in die Kokille fließt. Dies erfordert, dass das minimale Volumen des Steigrohrs ungefähr dreimal so groß ist wie das allein durch die Schrumpfungsbetrachtung diktierte.

Um die Angemessenheit der Steigrohrgröße für einen Stahlguss zu überprüfen, wird normalerweise die Beziehung von Caine verwendet. Die Erstarrungszeit ist proportional zum Quadrat des Verhältnisses Volumen/Oberfläche. Caines Beziehung basiert jedoch auf der Annahme, dass die Abkühlgeschwindigkeit linear proportional zum Verhältnis Oberfläche/Volumen ist.

Dabei zeigt die Ordinate eines Punktes der Kurve das Volumenverhältnis und die Abszisse das Gefrierverhältnis; auch beziehen sich die Indizes c und r auf das Gießen bzw. das Steigrohr. Fällt der Punkt in Abb. 2.31 bei einer gegebenen Kombination aus Guss und Steigrohr rechts von der Kurve, ist die Eignung des Steigrohrs gewährleistet. Die Gleichung für eine Steigungsringkurve hat die Form

Wenn a die Gefrierkonstante für das Metall ist, ist b das Kontraktionsverhältnis von flüssig zu fest und c ist eine Konstante, die von den unterschiedlichen Medien um das Steigrohr und das Gussstück herum abhängt. Der Wert von c ist eins, wenn das Formmaterial um das Gussstück und das Steigrohr gleich ist. Für Stahl sind die typischen Werte a =0,1 und b =0,03.

Die mühsame Berechnung von (A/V)_c für ein komplexes Gussstück ist ein weiteres Verfahren entstanden, bei dem eine Steigringkurve der in Abb. 2.32 gezeigten Art verwendet wird. Bei dieser Methode wird der Formfaktor (l + w)/h anstelle von (A/V)_c , ist entlang der x-Achse aufgetragen, wobei l, w bzw. h die maximale Länge, die maximale Breite und die maximale Dicke des Gussstücks bezeichnen. Diese Methode und Caines Beziehung liefern fast identische Ergebnisse für einen Guss einfacher Form. Wenn die Anhängsel am Grundkörper (einfacher, regelmäßiger Form) eines Gussstücks dünn sind, ändert sich die Erstarrungszeit nicht wesentlich.

Als Ergebnis erfüllt eine geringfügige Erhöhung des berechneten Volumens (auf der Grundlage des Hauptkörpers) der Steigleitung die Aufgabe zufriedenstellend. Da die Anhängsel schwerer werden, wird das erforderliche Steigrohrvolumen auf Basis eines modifizierten Gesamtvolumens des Gussstücks berechnet. Das Gesamtvolumen des Abgusses wird als Volumen des Hauptteils plus dem effektiven Prozentsatz des Volumens der Anhängsel, dem so genannten parasitären Volumen, angenommen.

Der effektive Prozentsatz wird aus Kurven des in Abb. 2.33 gezeigten Typs geschätzt. Eine Form wird als plattenförmig oder stabförmig bezeichnet, je nachdem, ob die Breite des Querschnitts mehr oder weniger als das Dreifache der Tiefe beträgt.

Keine besonderen Mittel zur Steuerung der Abkühlgeschwindigkeit (und damit der Erstarrungszeit) weder des Gussstücks noch des Steigrohrs. In der Praxis werden jedoch Kühlblöcke oder dünne Rippen am Gussstück verwendet, um seine Abkühlgeschwindigkeit zu erhöhen. Das Abkühlen ist für ein Metall mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als die des Abschreckens weniger wirksam. Um die Erstarrungszeit des Steigrohrs zu verlängern, werden in ähnlicher Weise einige exotherme Verbindungen in das Steigrohr gegeben, um es über einen längeren Zeitraum geschmolzen zu halten.

Bisher haben wir unsere Diskussion auf die Angemessenheit der Steigrohrgröße im Hinblick auf Schrumpfung und Abkühlgeschwindigkeit beschränkt. Ein weiterer wichtiger Aspekt des Steigrings besteht darin, sicherzustellen, dass das im Steigrohr verfügbare flüssige Metall an die gewünschten Stellen innerhalb des Gussstücks zugeführt werden kann.

Tatsächlich ist der Temperaturgradient innerhalb des Gussstücks während der letzten Abkühlungsphase der wichtigste Faktor. Die minimal zulässige Steigung hängt von der Form und Größe des Querschnitts ab. Normalerweise kann bei einem Gussteil mit niedrigem (A/V)-Verhältnis (z. B. Würfel und Kugel) ein zentrales Steigrohr das gesamte Gussstück versorgen. Andererseits ist für einen Guss mit einem hohen (A/V)-Verhältnis (z. B. für eine Stange und eine Platte) normalerweise mehr als ein Steigrohr erforderlich. In einem solchen Fall muss eine geeignete Position der Steigleitung festgelegt werden.

Für ein Stahlblech bis 100 mm Dicke ist eine zentrale Steigleitung ausreichend, wenn der maximale Einzugsabstand weniger als das 4,5-fache der Blechdicke beträgt. Der Einzugsabstand sollte von der Kante der Steigleitung gemessen werden, wie in Abb. 2.34a erläutert. Zu beachten ist, dass von der Gesamtstrecke 4,5 t bis zu einer Strecke 2 t die Steigung überwiegt, während in der restlichen Strecke 2,5 t die Stirnwandneigung vorherrscht. Somit beträgt der maximale Abstand zwischen den Kanten zweier aufeinanderfolgender Steigleitungen 4t und nicht 9t (siehe Abb. 2.34b).

Ein Stab mit quadratischem Querschnitt und einer Seitenlänge von 50-200 mm kann zufriedenstellend von einer einzelnen Steigleitung bis zu einer maximalen Entfernung von 30 s zugeführt werden, wobei s die Seite des Quadrats in mm ist. Der maximale Abstand zwischen den Kanten zweier aufeinanderfolgender Tragegurte beträgt 1,2 s (und nicht 60 s).

Das Vorhandensein einer Kälte in der Form erhöht die Zuführstrecke des Steigrohrs. Dies wird erreicht, indem ein scharfer thermischer Gradient mit einer daraus resultierenden Abnahme des Zuführungswiderstands bereitgestellt wird. Es liegt auf der Hand, dass die Kühlbox an den Enden platziert werden sollte, wenn ein einzelnes Steigrohr verwendet wird. Bei mehr als einem Riser sollte die Kühlbox in der Mitte zwischen den beiden Risern platziert werden. Abbildung 2.35 erläutert schematisch die richtige Platzierung von Risern und Kühlern. In dieser Abbildung sind auch die maximal zulässigen Abstände für verschiedene Fälle angegeben.

Schritte des Casting-Prozesses # 4. Mängel und ihre Inspektion :

Mängel beim Casting:

Die Behandlung beschränkt sich im Wesentlichen auf den Sandformguss.

Die Fehler in einem Gussstück können auf Fehler in einem oder mehreren der folgenden Bereiche zurückzuführen sein:

(i) Gestaltung von Gussteilen und Mustern.

(ii) Formsand und Gestaltung von Form und Kern.

(iii) Metallzusammensetzung.

(iv) Schmelzen und Gießen.

(v) Anguss- und Steigring.

Die folgenden Fehler treten am häufigsten bei Sandformgussteilen auf:

(i) Blow – Dies ist ein ziemlich großer, gut abgerundeter Hohlraum, der durch die Gase erzeugt wird, die das geschmolzene Metall an der Oberkante eines Gussteils verdrängen. Schläge treten normalerweise auf einer konvexen Gussoberfläche auf und können durch eine geeignete Belüftung und eine ausreichende Durchlässigkeit vermieden werden. Ein kontrollierter Gehalt an Feuchtigkeit und flüchtigen Bestandteilen in der Sandmischung hilft auch, die Lunker zu vermeiden.

(ii) Narbe – Ein flacher Schlag, der normalerweise auf einer flachen Gussoberfläche zu finden ist, wird als Narbe bezeichnet.

(iii) Blase – Dies ist eine Narbe, die von dünnen Metallschichten bedeckt ist.

(iv) Gaslöcher – Diese beziehen sich auf eingeschlossene Gasblasen mit einer nahezu kugelförmigen Form und treten auf, wenn eine übermäßige Menge an Gasen im flüssigen Metall gelöst wird.

(v) Nadellöcher – Dies sind nichts anderes als winzige Blaslöcher und treten entweder an oder direkt unter der Gussoberfläche auf. Diese kommen normalerweise in großer Zahl vor und sind nahezu gleichmäßig über die gesamte Gussfläche verteilt.

(vi) Porosität – Dies weist auf sehr kleine Löcher hin, die gleichmäßig über ein Gussstück verteilt sind. Es entsteht, wenn die Gaslöslichkeit während der Erstarrung abnimmt.

(vii) Tropfen – Ein unregelmäßig geformter Vorsprung auf der Oberkante eines Gussteils wird Tropfen genannt. Dies wird durch das Herabfallen von Sand vom Oberkasten oder anderen überhängenden Vorsprüngen in die Form verursacht. Eine ausreichende Stärke des Sandes und die Verwendung von Knebeln können helfen, die Tropfen zu vermeiden.

(viii) Einschluss – Bezieht sich auf ein nichtmetallisches Partikel in der Metallmatrix. Es wird sehr unerwünscht, wenn es getrennt wird.

(ix) Schlacke – Leichtere Verunreinigungen, die auf der Oberfläche eines Gussstücks erscheinen, werden Schlacke genannt. Es kann in der Gießphase mit Gegenständen wie einem Sieb und einem Abschäumer behandelt werden.

(x) Schmutz – Manchmal werden Sandpartikel, die aus dem Oberteil fallen, auf der Oberseite eines Gussstücks eingebettet. Beim Entfernen hinterlassen diese kleine, eckige Löcher, die als Schmutz bezeichnet werden. Mängel wie Tropfen und Schmutz legen nahe, dass ein gut gestaltetes Muster so wenig wie möglich am Oberteil beteiligt sein sollte. Außerdem sollte die kritischste Oberfläche im Widerstand platziert werden.

(xi) Wash – Ein niedriger Vorsprung auf der Widerstandsfläche eines Gussteils, der in der Nähe des Angusses beginnt, wird als Wash bezeichnet. Dies wird durch die Erosion von Sand aufgrund des Hochgeschwindigkeitsstrahls von flüssigem Metall in der Bodenanspritzung verursacht.

(xii) Schnalle – Dies bezieht sich auf eine lange, ziemlich flache, breite, v-förmige Vertiefung, die in der Oberfläche eines flachen Gussteils eines Hochtemperaturmetalls auftritt. At this high temperature, an expansion of the thin layer of sand at the mould face takes place before the liquid metal at the mould face solidifies. As this expansion is obstructed by the flask, the mould face tends to bulge out, forming the vee shape. A proper amount of volatile additives in the sand-mix is therefore essential to make room for this expansion and to avoid the buckles.

(xiii) Scab- This refers to the rough, thin layer of a metal, protruding above the casting surface, on top of a thin layer of sand. The layer is held on to the casting by a metal stringer through the sand. A scab results when the upheaved sand is separated from the mould surface and the liquid metal flows into the space between the mould and the displaced sand.

(xiv) Rat tail- It is a long, shallow, angular depression normally found in a thin casting. The reason for its formation is the same as that for a buckle. Here, instead of the expanding sand upheaving, the compressed layer fails by one layer, gliding over the other.

(xv) Penetration- If the mould surface is too soft and porous, the liquid metal may flow between the sand particles up to a distance, into the mould. This causes rough porous projections and this defect is called penetration. The fusion of sand on a casting surface produces a rough, glossy appearance.

(xvi) Swell- This defect is found on the vertical surfaces of a casting if the moulding sand is deformed by the hydrostatic pressure caused by the high moisture content in the sand.

(xvii) Misrun- Many a time, the liquid metal may, due to insufficient superheat, start freezing before reaching the farthest point of the mould cavity. The defect that thus results is termed as a misrun.

(xviii) Cold shut- For a casting with gates at its two sides, the misrun may show up at the centre of the casting. When this happens, the defect is called a cold shut.

(xix) Hot tear- A crack that develops in a casting due to high residual stresses is called a hot tear.

(xx) Shrinkage cavity- An improper riser may give rise to a defect called shrinkage cavity, as already detailed.

(xxi) Shift- A misalignment between two halves of a mould or of a core may give rise to a defective casting. Accordingly, this defect is called a mould shift or a core shift.

Inspection of Castings :

Nondestructive inspection techniques are essential for creating a confidence when using a cast product. In this article, we shall briefly outline some of these techniques for testing the various kinds of defects.

1. Visual Inspection:

Common defects such as rough surfaces (fused sand), obvious shifts, omission of cores, and surface cracks can be detected by a visual inspection of the casting. Cracks may also be detected by hitting the casting with a mallet and listening to the quality of the tone.

2. Pressure Test:

The pressure test is conducted on a casting to be used as a pressure vessel. In this, first all the flanges and ports are blocked. Then, the casting is filled with water, oil, or compressed air. Thereafter, the casting is submerged in a soap solution when any leak will be evident by the bubbles that come out.

3. Magnetic Particle Inspection:

The magnetic particle test is conducted to check for very small voids and cracks at or just below the surface of a casting of a ferromagnetic material.This done, the powdered ferromagnetic material is spread out onto the surface.

The presence of voids or cracks in the section results in an abrupt change in the permeability of the surface; this, in turn, causes a leakage in the magnetic field. The powdered particles offer a low resistance path to the leakage. Thus, the particles accumulate on the disrupted magnetic field, outlining the boundary of a discontinuity.

4. Dye-Penetrant Inspection:

The dye-penetrant method is used to detect invisible surface defects in a nonmagnetic casting. The casting is brushed with, sprayed with, or dipped into a dye containing a fluorescent material. The surface to be inspected is then wiped, dried, and viewed in darkness. The discontinuities in the surface will then be readily discernible.

5. Radiographic Examination:

The radiographic method is expensive and is used only for subsurface exploration. In this, both X- and y-rays are used. With y-rays, more than one film can be exposed simultaneously; however, X-ray pictures are more distinct. Various defects, e.g., voids, non-metallic inclusions, porosity, cracks, and tears, can be detected by this method. On the exposed film, the defects, being less dense, appear darker in contrast to the surrounding.

6. Ultrasonic Inspection:

In the ultrasonic method, an oscillator is used to send an ultrasonic signal through the casting. Such a signal is readily transmitted through a homogeneous medium. However, on encountering a discontinuity, the signal is reflected back. This reflected signal is then detected by an ultrasonic detector. The time interval between sending the signal and receiving its reflection determines the location of the discontinuity.

The method is not very suitable for a material with a high damping capacity (e.g., cast iron) because in such a case the signal gets considerably weakened over some distance.