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Werkstofftechnik 2 - Lunkerbildung

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Werkstofftechnik 2

Lunkerbildung

Reinmetallische Werkstoffe haben die Eigenschaft, dass sich ihr Volumen von der Gießtemperatur hin zur Raumtemperatur reduziert. Dieser Vorgang kann in drei Bereiche unterteilt werden:

  1. Volumenschwindung im flüssigen Zustand [Gießtemperatur] $\Longrightarrow \triangle V_1 $
  2. Volumenschwindung im erstarrenden Zustand [Solidustemperatur] $\Longrightarrow \triangle_{e} = \triangle V_{1/s} $
  3. Volumenschwindung im festen Zustand [Raumtemperatur] $\Longrightarrow \triangle V_{s} $.

In der nachfolgenden Abbildung ist die Volumenänderung in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt.

Volumenänderung
Volumenänderung

Negative Effekte der Schwindung

Die Schwindung kann gerade bei größeren Gussstücken ernorm sein, weshalb man in der Modellierung das Schwindmaß berücksichtigen sollte. Das Schwindmaß besagt, wie viel größer das Modell sein muss, damit das Gussstück später die gewünschte Größe aufweist. Neben dem Effekt, dass sich die Größe im Abkühlungsvorgang reduziert, nehmen die Eigenspannungen hin zur Raumtemperatur zu. Erreichen die Eigenspannungen ein besonders hohes Niveau, so kann es sogar zu Rissen in der Werkstoffstruktur kommen.  Ein weiterer Nebeneffekt der Erstarrungsschwindung ist die Ausbildung von Lunkern. Lunker sind makroskopische Hohlräume, die sich im Übergang vom flüssigen in den festen Zustand bilden und daher nur schwer unterbinden lassen. 

Möglichkeiten zur Vermeidung von Lunkern

Um die Anzahl von Lunker weitestgehend zu reduzieren, gestaltet man den Gießvorgang derart, dass die Lunkerbildung nicht innerhalb des Gussstücks, sondern außerhalb stattfindet. Dazu versucht man durch das Speisen, also dem lunkerfüllenden Nachgießen, die sich enventuell gebildeten Lunker direkt wieder zu verfüllen. 

In der nachfolgenden Abbildung sieht man, dass die Nutzung eines Speisers und Steigers diesen Vorgang unterstützt, 

Steiger und Speiser beim Formguss
Steiger und Speiser beim Formguss

Eine weitere Möglichkeit zur Vermeindung von Lunkern, ist das Einlegen von Kernen an lunkergefährdeten Stellen. Somit kann es an diesen Stellen nicht zur Materialschwindung kommen. 

Lunkervermeidung durch Kerneinsatz
Lunkervermeidung durch Kerneinsatz