Was sind die metallurgischen Mängel bei Gussteilen aus legiertem Stahl und ihre Ursachen?

Gussteile aus legiertem Stahl werden aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften wie hoher Festigkeit, guter Zähigkeit und Verschleißfestigkeit häufig in verschiedenen Branchen eingesetzt. Während des Gussprozesses können jedoch metallurgische Mängel auftreten, die die Qualität und Leistung der Gussstücke erheblich beeinträchtigen können. Als professioneller Lieferant von Gussteilen aus legiertem Stahl verfügen wir über umfangreiche Erfahrung im Umgang mit diesen Problemen. In diesem Blog besprechen wir die häufigsten metallurgischen Mängel bei Gussteilen aus legiertem Stahl und ihre Ursachen.

1. Porosität

Porosität ist einer der häufigsten metallurgischen Mängel bei Gussteilen aus legiertem Stahl. Es bezieht sich auf das Vorhandensein kleiner Löcher oder Hohlräume im Gussstück. Es gibt zwei Haupttypen von Porosität: Gasporosität und Schrumpfporosität.

Gasporosität

Gasporosität wird durch den Einschluss von Gas während des Erstarrungsprozesses verursacht. Wenn der geschmolzene legierte Stahl in die Form gegossen wird, können sich Gase wie Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff im flüssigen Metall lösen. Wenn das Metall abkühlt und erstarrt, nimmt die Löslichkeit dieser Gase ab und sie neigen zur Blasenbildung. Wenn diese Blasen nicht vor dem Erstarren des geschmolzenen Metalls entweichen können, werden sie im Gussstück eingeschlossen, was zu Gasporosität führt.

Zu den Hauptursachen für Gasporosität gehören:

• Feuchtigkeit in der Form oder im Kern: Beim Erhitzen durch die Metallschmelze kann sich Feuchtigkeit in Wasserstoff und Sauerstoff zersetzen, wodurch der Gasgehalt im Gussstück zunimmt.
• Kontaminierte Rohstoffe: Verunreinigungen in den Rohmaterialien des legierten Stahls, wie Rost oder Öl, können beim Schmelzen Gase freisetzen.
• Unzureichende Entlüftung: Wenn die Form nicht über geeignete Entlüftungskanäle verfügt, können die Gase nicht leicht entweichen, was zu Gaseinschlüssen führt.

Schrumpfungsporosität

Schrumpfporosität entsteht aufgrund der Volumenschrumpfung des legierten Stahls während der Erstarrung. Wenn das geschmolzene Metall abkühlt, zieht es sich zusammen, und wenn nicht genügend flüssiges Metall vorhanden ist, um den durch die Schrumpfung entstandenen Raum zu füllen, bilden sich Hohlräume.

Zu den Hauptursachen für Schrumpfporosität gehören:

• Schlechtes Fütterungsdesign: Wenn das Anguss- und Steigrohrsystem nicht richtig ausgelegt ist, kann es nicht genügend geschmolzenes Metall liefern, um die Schrumpfung auszugleichen, was zu Schrumpfungsporosität führt.
• Hohe Gießtemperatur: Eine hohe Gießtemperatur kann die Volumenschrumpfung des legierten Stahls verstärken, was die Zufuhr des Gussstücks erschwert.
• Schnelle Abkühlrate: Eine schnelle Abkühlungsgeschwindigkeit kann dazu führen, dass die äußere Schicht des Gussstücks schnell erstarrt, wodurch verhindert wird, dass das flüssige Metall in die Mitte des Gussstücks fließt, um die Schrumpfung auszugleichen.

2. Risse

Risse sind ein weiterer schwerwiegender metallurgischer Defekt bei Gussstücken aus legiertem Stahl. Sie können die Festigkeit und Haltbarkeit des Gussteils verringern und sogar zu dessen Versagen führen. Es gibt zwei Hauptarten von Rissen: Heißrisse und Kaltrisse.

Heiße Risse

Während des Erstarrungsprozesses treten Heißrisse auf, wenn sich der legierte Stahl in einem halbfesten Zustand befindet. Sie werden meist durch die hohe thermische Belastung und die geringe Duktilität des legierten Stahls bei hohen Temperaturen verursacht.

Zu den Hauptursachen für Heißrisse gehören:

• Hoher Schwefel- und Phosphorgehalt: Schwefel und Phosphor können im legierten Stahl Verbindungen mit niedrigem Schmelzpunkt bilden, die die Korngrenzen schwächen und das Gussstück anfälliger für Heißrisse machen können.
• Schnelle Abkühlrate: Eine schnelle Abkühlungsgeschwindigkeit kann im Gussstück zu hohen thermischen Spannungen führen und das Risiko von Heißrissen erhöhen.
• Schlechtes Design des Gussteils und der Form: Scharfe Ecken, plötzliche Änderungen der Profildicke und eine unsachgemäße Anschnitt- und Steigleitungskonstruktion können zu Spannungskonzentrationen führen, die zu Heißrissen führen.

Kalte Risse

Kalte Risse treten auf, nachdem das Gussstück vollständig erstarrt und auf Raumtemperatur abgekühlt ist. Sie werden meist durch die Eigenspannung im Gussstück und die Anwesenheit von Wasserstoff verursacht.

Zu den Hauptursachen für Kälterisse gehören:

• Reststress: Während des Gießvorgangs können aufgrund ungleichmäßiger Abkühlung, Phasenumwandlung oder mechanischer Verformung Restspannungen entstehen. Hohe Eigenspannungen können die Streckgrenze des legierten Stahls überschreiten und Kaltrisse verursachen.
• Wasserstoffversprödung: Während des Gießvorgangs kann Wasserstoff in den legierten Stahl diffundieren, insbesondere wenn Feuchtigkeit in der Form oder im Kern vorhanden ist. Wasserstoff kann die Duktilität des legierten Stahls verringern und ihn anfälliger für Risse unter Spannung machen.

3. Einschlüsse

Einschlüsse sind Fremdpartikel, die im legierten Stahlguss vorhanden sind. Sie können in zwei Typen eingeteilt werden: endogene Einschlüsse und exogene Einschlüsse.

Endogene Einschlüsse

Während des Schmelz- und Erstarrungsprozesses bilden sich im geschmolzenen legierten Stahl körpereigene Einschlüsse. Dabei handelt es sich in der Regel um Oxide, Sulfide oder Silikate, die durch die Reaktion zwischen den Legierungselementen und den Verunreinigungen in den Rohstoffen entstehen.

Zu den Hauptursachen endogener Einschlüsse zählen:

• Oxidation des geschmolzenen Metalls: Wenn der geschmolzene legierte Stahl Luft ausgesetzt wird, kann er mit Sauerstoff reagieren und Oxide bilden.
• Reaktion zwischen Legierungselementen und Verunreinigungen: Beispielsweise kann Schwefel in den Rohstoffen mit Mangan reagieren und Mangansulfid-Einschlüsse bilden.

Exogene Einschlüsse

Exogene Einschlüsse sind Fremdpartikel, die von außen in die Stahlschmelze eingebracht werden. Dies können Sandpartikel aus der Form oder dem Kern, feuerfeste Materialien aus der Ofenauskleidung oder Ablagerungen aus der Handhabungsausrüstung sein.

Zu den Hauptursachen für exogene Einschlüsse zählen:

• Schlechte Form- und Kernqualität: Wenn die Form oder der Kern nicht ordnungsgemäß hergestellt oder gereinigt ist, können beim Gießen Sandpartikel in die Metallschmelze gespült werden.
• Kontaminierte Ofenauskleidung: Feuerfeste Materialien aus der Ofenauskleidung können abbrechen und in den geschmolzenen legierten Stahl gelangen.
• Unsachgemäßer Umgang mit geschmolzenem Metall: Während des Transports des geschmolzenen Metalls vom Ofen zur Form können Rückstände aus der Pfanne oder anderen Handhabungsgeräten in das Metall fallen.

4. Segregation

Unter Segregation versteht man die ungleichmäßige Verteilung der Legierungselemente im legierten Stahlguss. Es gibt zwei Haupttypen der Segregation: Makro-Segregation und Mikro-Segregation.

Makro - Segregation

Makroseigerung ist die großflächige ungleichmäßige Verteilung von Legierungselementen im Gussstück. Dies kann durch die Bewegung des geschmolzenen Metalls während der Erstarrung verursacht werden, beispielsweise durch Konvektion und Schwerkraftseigerung.

Zu den Hauptursachen der Makrosegregation gehören:

• Konvektion in der Metallschmelze: Konvektionsströme im geschmolzenen legierten Stahl können dazu führen, dass die Legierungselemente in verschiedene Teile des Gussstücks transportiert werden, was zu einer ungleichmäßigen Verteilung führt.
• Schwerkrafttrennung: Aufgrund des Dichteunterschieds zwischen den Legierungselementen und dem Grundmetall können die schwereren Elemente auf den Boden des Gussstücks sinken, während die leichteren Elemente nach oben schwimmen können.

Mikro - Segregation

Mikroseigerung ist die ungleichmäßige Verteilung von Legierungselementen in kleinem Maßstab innerhalb der Körner oder an den Korngrenzen des Gussstücks. Sie wird hauptsächlich durch die unterschiedlichen Erstarrungsgeschwindigkeiten der Legierungselemente während des Erstarrungsprozesses verursacht.

Zu den Hauptursachen für Mikrosegregation gehören:

• Nichtgleichgewichtserstarrung: Während der schnellen Erstarrung des legierten Stahls haben die Legierungselemente möglicherweise nicht genügend Zeit, um gleichmäßig zu diffundieren, was zu Mikroseigerung führt.
• Phasentransformation: Phasenumwandlungen während der Erstarrung können auch zu einer Umverteilung von Legierungselementen führen, was zu Mikroseigerungen führt.

Lösungen und unsere Dienstleistungen

Als Lieferant von Gussteilen aus legiertem Stahl haben wir eine Reihe wirksamer Maßnahmen entwickelt, um diese metallurgischen Mängel zu verhindern und zu kontrollieren. Beispielsweise verwenden wir hochwertige Rohstoffe, um den Gehalt an Verunreinigungen zu reduzieren, optimieren das Anschnitt- und Steigrohrdesign, um die Zuführung des Gussstücks zu verbessern, und steuern die Gießtemperatur und Abkühlgeschwindigkeit, um die thermische Belastung zu minimieren.

Wir bieten eine breite Palette an Gussteilen aus legiertem Stahl an, darunterKurbelwellengussteile aus legiertem Marinestahl,Korrosionsbeständige Pumpengussteile aus legiertem Stahl, UndVerschleißfeste Getriebegussteile aus legiertem Stahl. Unsere Gussteile werden unter strenger Qualitätskontrolle hergestellt, um hohe Leistung und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Wenn Sie an unseren Gussteilen aus legiertem Stahl interessiert sind oder Fragen zu metallurgischen Mängeln haben, können Sie sich gerne für die Beschaffung und Verhandlung an uns wenden. Wir sind bestrebt, Ihnen die besten Produkte und Dienstleistungen anzubieten.

Referenzen

• Campbell, J. (2003). Castings. Butterworth-Heinemann.
• Flemings, MC (1974). Erstarrungsverarbeitung. McGraw - Hill.
• Kalpakjian, S. & Schmid, SR (2014). Fertigungstechnik und Technologie. Pearson.