Erklärung der Metallverfestigung:Vom Schmelzen zum Gießen

Metallerstarrung ist der umfassende Umwandlungsprozess einer Flüssigkeit in einen Feststoff und die Grundlage der Gusstechnologie, einschließlich des Schmelzens, Gießens und Wiederverfestigens eines Metalls oder einer Metalllegierung in einer Form, um das gewünschte Endprodukt herzustellen.  

1. Schmelzen

Der Gießprozess beginnt mit dem Erhitzen einer Metalllegierung in einem Tiegel, bis sie schmilzt. Erhitztes Metall wird flüssig, wenn es seinen Schmelzpunkt erreicht. Der Schmelzpunkt von Metall hängt von der Art des Metalls oder der Legierung ab. Beispielsweise schmelzen Zinklegierungen bei etwa 900 Grad Fahrenheit, während einige der Bronzelegierungen bei über 2000 Grad Fahrenheit schmelzen. Reine Metalle schmelzen bei der gleichen konstanten Temperatur. Umgekehrt schmelzen Metalllegierungen je nach Zusammensetzung der Materialien innerhalb eines Temperaturbereichs. Im geschmolzenen Zustand enthält ein Metall eine hohe Energiemenge. Die über ihren Schmelzpunkt erhitzte Legierung lässt dem Metall genügend Zeit, in die Form zu gießen, bevor es abkühlt.

2. Entgasung und Modifikation

Zinklegierungen und Aluminiumlegierungen müssen vor dem Gießen entgast werden. Die Entgasung erfolgt durch Einführen einer Graphitlanze in die Schmelze. Die Lanze dreht sich sehr schnell, und dann wird Argon oder Stickstoff durch die Lanze injiziert und in der geschmolzenen Legierung verteilt. Das Argon oder der Stickstoff transportieren gelösten Wasserstoff und andere Verunreinigungen an die Oberfläche der Schmelze. Anschließend entfernen wir diese Verunreinigungen von der Oberfläche, bevor wir die Legierung in die Form gießen.

Viele Legierungen müssen vor dem Gießen modifiziert werden. Diese Modifikationen erhöhen die Fließfähigkeit des Metalls, verbessern die Kornstruktur, entfernen Verunreinigungen usw. Einige der Materialien, die wir hierfür verwenden, sind Titan-Bor, Kupfer-Phosphor, Strontium, Mangan usw.

3. Gießen

Nach dem Entgasen und Modifizieren testen wir die Metalltemperatur, um sicherzustellen, dass sie etwa 50–150 Grad Fahrenheit über der gewünschten Gießtemperatur liegt. Die zusätzlichen 50–150 Grad geben dem Metall genügend Zeit, durch das Teil zu fließen, bevor es während des Gießvorgangs erstarrt. Wir transportieren den Tiegel oder die Pfanne zu den Gießlinien und gießen das flüssige Metall in vorbereitete Formen. Der Hohlraum der Form ist die Form des gewünschten Endprodukts. Manchmal besteht dieser Hohlraum aus einem Teil und manchmal aus mehreren Einzelteilen. Es ist unbedingt erforderlich, den Tiegelrand so nah wie möglich an der Sandform zu halten, um die Geschwindigkeit des Metalls beim Eintritt in den Formhohlraum zu verringern.

4. Einfrieren

Sobald die geschmolzene Flüssigkeit in die Form gegossen wird, kühlt sie schnell ab. Wenn die Temperatur des flüssigen Metalls unter den Schmelzpunkt des jeweiligen Metalls oder der jeweiligen Legierung sinkt, beginnt der Erstarrungsprozess. Der Gefriervorgang dauert normalerweise weniger als ein paar Minuten.

5. Erstarrung

Wenn die Temperatur weiter sinkt, verliert das geschmolzene Metall Energie und es beginnen sich Kristalle zu bilden. Dieser Prozess beginnt in der Nähe der Formwände, wo es zuerst abkühlt. Diese Kristalle werden schließlich zu Körnern innerhalb der endgültigen Struktur. Wenn das Metall langsam erstarrt, sind die Körner länger. Bei schnellem Abkühlen werden die Körner sichtbar kürzer. Die Kristalle (oder Dendriten) bilden sich weiter und härten aus, bis die gesamte Schmelze erstarrt.

Während des Erstarrungsprozesses schrumpft das Metall. Schrumpfung tritt auf, weil die meisten Metalle in flüssiger Form eine geringere Dichte haben als in festem Zustand. Durch die Schrumpfung kann am letzten Punkt der Verfestigung ein Hohlraum entstehen. Schrumpffehler können durch den Einsatz von Steigern und anderen Techniken vermieden werden. Steigrohre, auch Speiser genannt, sind in eine Gussform aus Metall eingebaute Behälter, die dazu beitragen, Hohlräume im Gussstück zu verhindern.

6. Casting

Nach dem Aushärten wird das abgekühlte Metallprodukt aus der Sandform entnommen oder losgeschüttelt, um den Erstarrungsprozess abzuschließen. Das fertige Stück wird als Gussstück bezeichnet. 

Obwohl bei den verschiedenen Gussmethoden unterschiedliche Geräte und Techniken zum Einsatz kommen, wird bei allen der Erstarrungsprozess des Metalls beobachtet. Es bedarf einer erfahrenen und kompetenten Gießerei, um diesen Prozess zu kontrollieren und Gussfehler zu vermeiden, die auf eine unsachgemäße Handhabung des Erstarrungsprozesses zurückzuführen sind.

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