Castability

Støpbarhet er egnetheten til et metall eller en legering som skal behandles ved støping . Støpbarhet består av et antall såkalte støpeegenskaper som har betydning for støpeprosessen eller kvaliteten på støpegodset. Dette inkluderer strømnings- og formfyllingskapasitet , strømforsyningskapasitet , krymping og krymping , varmesprengningstendens , gassabsorpsjon , penetrasjon og segregering .

Castability er derfor en samlebetegnelse for ulike materialegenskaper som spiller en rolle i støping. Imidlertid kan de avhenge av støpeprosessen som brukes. Sandstøpe legeringer er egnet for eksempel bare litt for støpegods . Analogt med støpbarhet, bearbeidbarhet , formbarhet og egnethet for sveising forstås egnetheten til et materiale for bearbeiding , forming eller sveising .

Flytende

Flytbarheten indikerer hvor langt smelten kan strømme inn i støpeformen før den stivner. For å måle det bruker man stort sett horisontale takrenner som er rullet opp i en spiral. God flytbarhet er spesielt viktig for tynnveggede komponenter for å sikre fullstendig fylling av formen og unngå avslag . Smelten i støpespiralen eller støpeformen avkjøles sakte. Hvis det er en glattvegget, grovvegget eller skjelldannende størkning , reduserer dette tverrsnittet som er tilgjengelig for smelten å strømme, og strømningshastigheten synker til den dør når solidustemperaturen er nådd . I tilfelle av en pastalignende eller svamplignende størkning, på den annen side, den viskositeten av de smeltede øker meget kraftig etter at likvidustemperaturen er nådd, slik at materialstrømmen kan stoppe til og med før solidus temperatur er nådd. Typiske støpefeil med utilstrekkelig flytbarhet er kalde sveiser og ufylte områder.

Varmebalansen har en viktig innflytelse på fluiditeten. Det er vanligvis bedre, jo høyere temperaturen på smelten. Alternativt er det også mulig å bruke former eller former laget av et materiale som ikke leder temperaturen godt. Av denne grunn er flytbarheten i en sandform bedre enn i en grafittform som er en god varmeleder. De hypereutektiske aluminium-silisiumlegeringene med et Si-innhold på rundt 20% genererer varme når de stivner, noe som forbedrer flytbarheten. Å øke støpehastigheten forbedrer også flytbarheten. En lav overflatespenning eller viskositet har en positiv effekt på flytbarheten. Begge kan påvirkes av temperaturen og sammensetningen av smelten. Oksydlag på smelteoverflaten svekker flytbarheten.

Flytbarheten til rene metaller er vanligvis veldig god fordi de stivner med glatte vegger. Når andelen legeringselementer øker, avtar den når grovvegget eller svampete størkning oppstår. I eutektikken er det derimot veldig bra igjen på grunn av den skjelldannende størkning.

Formfyllingskapasitet

Kvalitativ progresjon av formfyllingskapasiteten til en aluminiumslegering som en funksjon av trykknivået ved forskjellige temperaturer sammenlignet med den beregnede formfyllingskapasiteten

Bolttest for å bestemme formens fyllingskapasitet til en smelte under støping. Utsikt ovenfra.

Formfyllingskapasiteten beskriver hvor godt geometrien til formen overføres til støpingen. Kanter og hjørner er av spesiell interesse her. Når det gjelder den utelukkende flytende smelten, avhenger det av overflatespenningen , det metallostatiske trykket som hersker i smelten og tettheten av smelten. En delvis størknet smelte har dårligere formfyllingskapasitet. Hvis formfyllingskapasiteten er for lav, vises skarpe konturer av støpeformen bare avrundet. Formfyllingskapasiteten kan økes ved å øke støptemperaturen, oppvarmede former, varmeisolasjon av formene for å holde smeltevæsken til slutten av formfyllingen og en økning i trykk enten gjennom et høyere trykkhode under tyngdekraftsstøp eller et høyere stempeltrykk under støping . Overflatespenningen synker vanligvis med økende temperatur, noe som har en positiv effekt på formfyllingskapasiteten - unntakene er kobber og støpejern . Ytterligere muligheter er tilsetning av elementer som senker overflatespenningen eller påvirker størkningsmorfologien . Oksidasjoner har en negativ innvirkning på formfyllingskapasiteten.

Hvis smelten utelukkende er flytende, kan dens fyllingskapasitet beregnes ut fra tettheten til smelten , det metallostatiske trykkhodet , overflatespenningen og akselerasjonen på grunn av tyngdekraften . ${\ displaystyle F}$${\ displaystyle \ rho}$${\ displaystyle h}$${\ displaystyle \ sigma}$ ${\ displaystyle g}$

${\ displaystyle F = {\ frac {\ rho \ cdot g \ cdot h} {2 \ cdot \ sigma}}}$

I praksis skiller den virkelige formfyllingskapasiteten seg fra den beregnede teoretiske. Jo høyere smeltetemperatur og jo lavere trykkhode, jo bedre er resultatene enige. Ved høyere smeltetemperaturer er sannsynligheten høyere for at den faktisk bare er i flytende form, noe som også kan forklare avvikene. Temperaturen har derfor bare innflytelse under en viss overgangstemperatur. Fra denne overgangstemperaturen og fremover er smelten til stede som en væske gjennom hele formfyllingsprosessen. Formelen for beregningen viser imidlertid de grunnleggende mulighetene for å påvirke formen: Jo høyere tetthet og trykkhøyde, jo bedre formfyllingskapasitet og jo lavere overflatespenning. Sistnevnte kan reduseres via smeltesammensetningen og vanligvis ved å øke temperaturen. Imidlertid fører en økning i temperatur også til en større tendens til å oksidere og absorbere gass. På grunn av høyere overflatefukting, gir bedre formfyllingskapasitet en høyere kontaktflate mellom smelten og formen, noe som fører til større varmetap, noe som reduserer flytbarheten.

For måling av formfyllingskapasitet som i praksis har blitt vist, er prøven påvist. Den består av to sylindriske, stående bolter som berører hverandre. De helles over med smelten. Jo lenger den har trengt inn i spalten mellom boltene, jo bedre er kapasiteten til å fylle formen. Smelten danner en kurve i dette gapet, som peker i retning av gapet. Denne avrundingen kan tildeles en radius og dermed også en diameter. Formfyllingskapasiteten tilsvarer så den såkalte gjensidige diameteren (1 / D). Den har derfor enheten 1 / mm.

Fôringskapasitet, svinn og svinn

Senest etter at formen er fylt med væskesmeltingen, vil den avkjøles. Med nesten alle støpte materialer øker tettheten og arbeidsstykkets volum reduseres. Denne prosessen er kjent som flytende krymping . Derfor må flytende smelte være i stand til å strømme inn i formen. For dette er såkalte matere festet til arbeidsstykket i formen , hvorfra smelte kan strømme inn til den har størknet. Størkingskrymping oppstår under størkning. Dette følges av krymping av det faste stoffet, som i likhet med størkningskrympingen ikke lenger kan kompenseres av bønder. Det totale volumunderskuddet for de fleste materialer er rundt 11–13%, for støpejern er det rundt 3 til 6%. Når det gjelder spesielle støpejernlegeringer med silisium, kan utvidelse til og med forekomme.

Hot crack tendens

Varm sprekkadferd av aluminium: Kvalitativt forløp av sprekkelengden avhengig av silisiuminnholdet ved forskjellige temperaturer over den respektive likvidustemperaturen (endres også med silisiuminnholdet)

Stjerneform for å måle tendensen til varme sprekker.

Krymping og krymping av arbeidsstykket kan forårsake sprekker hvis det hindres, for eksempel av formen eller selve støpingen. Hvis smelten ennå ikke har størknet helt, kan den strømme inn i sprekkene og lukke dem igjen . Varme sprekker kan gjenkjennes av det faktum at bruddflaten deres er skalert og plettet. Noen dendritter kan sees og bruddoverflaten er intergranular, dvs. den går langs korngrensene. Når det gjelder kalde sprekker, kan man derimot se en bar, finkornet bruddflate som går gjennom selve kornene, dvs. er transkrystallinsk. Tendensen til varme sprekker er sterkt avhengig av materialet. Når det gjelder materialer som har en tendens til å danne dendritter i strukturen , kan disse fange den gjenværende smelten inne i støpegodset og dermed forhindre at den strømmer inn i sprekkene. Tendensen til varme sprekker kan undersøkes med ringtesten. Her produseres en ringformet støping som forhindres i å krympe av en keramisk kjerne i midten av formen. En annen mulighet er bruk av stjerneformer . Flere stenger av forskjellige lengder, som er arrangert i stjerneform, strekker seg fra gran. I endene har de fortykninger slik at de ikke kan trekke seg sammen. De mekaniske spenningene som oppstår i stengene er da proporsjonale med lengden på stengene. Den lengste ikke-sprukne stangen kan deretter brukes til å utlede tendensen til varme sprekker. Tendensen til varm sprekkdannelse av stål og formbart støpejern er relativt dårlig, for støpejern og eutektisk aluminium-silisiumlegeringer er veldig god.

Bensininntak

Støpt stykke laget av AlMg 3 med porer

I prinsippet kan gasser oppløses i væskesmeltingen . Forholdet mellom trykk og løselighet ved konstant temperatur er beskrevet av Sieverts lov . Når smelten avkjøles, reduseres også løseligheten for gasser som vandrer fra smelten til overflaten. Hvis støpegodset allerede har stivnet i kantene, kan ikke gassen som slipper ut fra smelten som fortsatt er flytende inne, forlate støpegodset og danner hulrom som kan gjenkjennes som porer eller blåsehull og redusere styrken. Spesielt hydrogen er problematisk, siden det oppløses godt på grunn av sin lille atomstørrelse. I smelten er den til stede som en monoatomisk løsning. Når den rømmer, monteres den igjen i diatomiske molekyler som krever mer volum slik at den kan strekke seg. Imidlertid kan disse i utgangspunktet også kompensere for svinn og svinn.

Oksidasjonstendens

Tendensen til å oksidere beskriver tendensen til den varme smelten til å danne oksider med oksygen i luften . Aluminium danner et oksydlag på overflaten som forhindrer ytterligere oksidasjon (såkalt passivering ). Magnesium, derimot, må støpes i en beskyttende gassatmosfære , da ellers ville oksidene bli trukket inn i det indre av støpegodset. Der ville harde oksyder ha en hakkeffekt som ville redusere styrken. I tillegg svekker flytende oksider flytbarheten og formfyllingskapasiteten og reduserer duktiliteten , noe som øker tendensen til varmrivning. Oksidasjon kan motvirkes ved å bruke beskyttende gasser som svoveldioksid , som imidlertid ikke er miljøvennlige. Andre alternativer er filtre i skjenkeskinnen eller rengjøring av smelten ved gassspyling , avgassingstabletter eller tildekking av salter .

Tendens til å trenge gjennom

Ved sandstøping er penetrasjon smeltenes penetrasjon (penetrasjon) i støpesanden. Det merkes på støpingen gjennom klebende sandkorn og dårlig overflatekvalitet (ruhet). Gjennomtrengning brukes hvis kornene til støpematerialet ikke har reagert kjemisk med smelten, ellers er det mineralisering eller svie. Et mål på tendensen til å trenge gjennom er kontaktvinkelen , som indikerer vinkelen mellom en flytende overflate og et fast stoff. Ideelt sett er det 180 °. For sand, kvarts , zirkoniumsand , leire , leire og grafitt er det nær 180 °.

litteratur

• Stephan Hasse (red.): Giesserei-Lexikon 2008 . 19. utgave, Fachverlag Schiele & Schön, Berlin 2007, ISBN 978-3-7949-0753-3 .
• Alfred Herbert Fritz (red.): Produksjonsteknologi . 11. utgave, Springer Fachmedien, Berlin Heidelberg 2015, ISBN 978-3-662-46554-7 .

weblenker

• Castability på Ingenieurkurse.de - med en illustrasjon av en casting spiral, tilgjengelig 1. april 2016
• Druckguss In: gta.htw-aalen.de , åpnet 1. april 2016

Individuelle bevis

1. ↑ Stephan Hasse (red.): Foundry Lexicon , Schiele & Schön, Berlin, 18. utgave, 2001, s. 504 (nøkkelord "castability").
2. ↑ Matthias bunck: Støping egenskaper i: Andreas Bührig-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur (ed.): Handbuch Spanen , Hanser, Munich, 2014, side 28..
3. ^ ^{A b} Alfred Herbert Fritz (red.): Produksjonsteknologi . 11. utgave, Springer Fachmedien, Berlin, Heidelberg, 2015, s. 46.
4. ↑ ^{en b} Matthias bunck: Støping egenskaper i: Andreas Bührig-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur (ed.): Handbuch Spanen , Hanser, Munich, 2014, s 28F..
5. ^ Matthias bunck: Støping egenskaper i: (red.) Andreas Bührig-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur: Handbuch Spanen , Hanser, Munchen, 2014, s 30..
6. ^ ^{A b} Matthias bunck: Støping egenskaper i: (red.) Andreas Bührig-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur: Handbuch Spanen , Hanser, Munchen, 2014, sidene 32-34..
7. ^ Alfred Herbert Fritz (red.): Produksjonsteknologi. 11. utgave, Springer Fachmedien, Berlin, Heidelberg, 2015, s.51.
8. ↑ ^{en b} Matthias bunck: Støping egenskaper i: (red.) Andreas Bührig-Polaczek, Walter Michaeli, Günter Spur: Handbuch Spanen , Hanser, Munchen, 2014, s 36..
9. ↑ Stephan Hasse (red.): Foundry Lexicon , Schiele & Schön, Berlin, 18. utgave, 2001, s. 939 (nøkkelord "penetration")
10. ^ Alfred Herbert Fritz (red.): Produksjonsteknologi. 11. utgave, Springer Fachmedien, Berlin, Heidelberg, 2015, s. 54.