Was ist das Vakuumfeingussverfahren?

Vakuum-Feinguss ergibt extrem hochwertige Metallteile mit feinen Details und hervorragender Oberflächengüte. Es ist auch komplexer als herkömmlicher Feinguss und erfordert hochentwickelte Schmelz- und Formfüllgeräte. Daher ist es Gussteilen vorbehalten, die ein sehr hohes Maß an struktureller Integrität erfordern und bei denen Defekte teuer sind.

Warum Vakuum verwenden?

Flüssiges Metall neigt dazu, zu „verwirbeln“, wenn es in eine Form fließt. Diese Turbulenz führt zu zwei Arten von Defekten:Oxide und Porosität.

Oxide entstehen, wenn sich Metallatome mit Sauerstoff verbinden. Dies geschieht an der Metall-Luft, wo es eine Oxidschicht bildet. Bei einigen Metallen wie Aluminium ist die Oberflächenoxidation vorteilhaft, da sie eine korrosionsbeständige Schicht erzeugt. Es ist jedoch ein Problem während des Castings.

Denn beim Walken des flüssigen Metalls bilden sich an der Oberfläche Oxide, die in den Körper des Gussteils eingebaut werden. Sobald das Metall erstarrt, bilden diese Diskontinuitäten Schwachstellen.

Porosität ist die Bildung von Blasen innerhalb des Metallkörpers. Wie Oxide verringern diese die Festigkeit, insbesondere in Bereichen mit hoher Belastung, wenn sie durch die Bearbeitung freigelegt werden.

Eine Möglichkeit, Turbulenzen, Oxidation und Porosität zu minimieren, besteht darin, langsam vom Boden der Form zu füllen. Die meisten Gießereien versuchen dies, aber Teiledesign und Zykluszeitbeschränkungen schränken oft die Möglichkeiten ein. Eine andere Methode besteht darin, der Form Luft zu entziehen, bevor das Metall einströmt.

Das Vakuum-Feingussverfahren

Feinguss wird verwendet, um komplexe Metallteile herzustellen, die wenig sekundäre Bearbeitung erfordern. Die Form wird gebildet, indem ein Wachsmodell mit einer Keramikaufschlämmung beschichtet wird. Nachdem die Aufschlämmung zu einer harten Schale getrocknet ist, wird das Wachs ausgeschmolzen, um einen Hohlraum zu hinterlassen, den das Metall füllen kann.

Beim Vakuumfeinguss wird die Form auf die gleiche Weise hergestellt, aber dann wird Luft aus dem Formhohlraum gepumpt, bevor er mit Metall gefüllt wird. Da das Ziel darin besteht, die Oxidation des flüssigen Metalls zu verhindern, erfolgen sowohl das Schmelzen als auch das Gießen unter Vakuum. Dies geschieht in einer Vakuuminduktionsschmelzmaschine (VIM).

In einer VIM-Konfiguration besteht die Maschine aus zwei vertikal angeordneten Kammern. Eine weitere VIM-Konfiguration enthält ein effizientes horizontales Dreikammer-Vakuumansaugsystem. Die vertikale Zweikammerkonfiguration hat eine obere Kammer und eine untere Kammer, die unter Vakuum stehen. Die keramische Feingussschale wird in die untere Kammer platziert und dann auf ein niedriges Mikrometerniveau abgepumpt. Als nächstes wird ein Absperrventil geöffnet und die Form zum Gießen in eine Position nahe dem Schmelztiegel angehoben. Sobald die Schale mit Metall gefüllt ist, wird sie aus der Formvakuumkammer entfernt. Wenn die Erstarrung abgeschlossen ist, wird die Keramik weggebrochen, um die Gussteile freizulegen. Das horizontale VIM-System mit drei Kammern verfügt über Absperrventile, die eine Konsistenz des Vakuumniveaus zwischen den Kammern ermöglichen. Die Effizienz wird durch Tiegelstampfen und -schmelzen erhöht, die in den Gießzyklus integriert sind, wodurch mehr Schmelzen/mehr Pfund pro Stunde gegossen werden, während ein hohes Vakuumniveau und eine hervorragende Gussqualität aufrechterhalten werden.

In einer Variation dieses Prozesses kann die Tiegelkammer unter Druck gesetzt werden. (Die Verwendung eines Inertgases vermeidet Oxidation.) Der Druck erhöht die Formfüllgeschwindigkeit und trägt dazu bei, dass jeder Teil des Formhohlraums gefüllt wird.

Vorteile des Vakuumfeingusses

Der Hauptvorteil dieses Verfahrens ist die nahezu vollständige Eliminierung von Oxidations- und Porositätsdefekten und Fehlern innerhalb des Gussteils. (Nur „fast“, weil es unmöglich ist, jedes Sauerstoffmolekül aus der Form zu extrahieren.) Außerdem verhindert es durch Lufteinschlüsse verursachte Nichtfüllungen.

Weitere Vorteile sind, dass der Prozess sehr feine Merkmale und außergewöhnlich dünnwandige Abschnitte bilden kann, da das Vakuum sicherstellt, dass die Kavität vollständig gefüllt ist. Außerdem ist die Oberflächenqualität hervorragend.

Metalle für Vakuumfeinguss

Jedes für Feinguss geeignete Metall kann unter Vakuum verarbeitet werden. Das Verfahren wird jedoch am häufigsten mit Nickel, Superlegierungen auf Kobaltbasis und Titanlegierungen verwendet, da diese Metalle eine außergewöhnlich hohe Affinität zu Sauerstoff haben und leicht Oxide bilden. Darüber hinaus macht es der hohe Wert dieser Metalle und ihre Verwendung in komplexen, hochwertigen Produkten vorteilhaft, Ausschuss zu minimieren.

Sollten Sie Vakuum-Feinguss verwenden?

Das Anlegen eines Vakuums an Formwerkzeugen, bevor Metall gegossen wird, verhindert, dass Luft Defekte im Körper eines Gussstücks verursacht. In Kombination mit Feinguss ermöglicht diese Technik die Herstellung hochwertiger Teile, die für Anwendungen mit hoher Belastung und hoher Beanspruchung geeignet sind. Prozessökonomie macht Vakuumfeinguss besonders attraktiv für hochwertige Metalle wie Nickel, Superlegierungen auf Kobaltbasis und Titanlegierungen.

Gussspezialisten von Impro können Ihnen bei der Entscheidung helfen, ob Vakuumfeinguss für die von Ihnen hergestellten Teile geeignet ist. Kontaktieren Sie uns, um diese Diskussion zu beginnen.