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Werkstofftechnik 2 - Gieß- und Formungsvorgänge

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Werkstofftechnik 2

Gieß- und Formungsvorgänge

Nachdem der flüssige metallische Werkstoff in der gewünschten Zusammensetzung vorliegt, kann er zuerst gegossen und anschließend in eine gewünschte Form gebracht werden. Beide Verfahrensschritte erfolgen getrennt voneinander oder in einem fließenden Übergang.

Geschmolzenes Eisen
Geschmolzenes Eisen

Gießvorgang

Das schmelzflüssige Metall kann auf zweierlei Weisen abgegossen werden:

1. Blockguss

2. Strangguss

Merke

Die beim Gießvorgang verwendete Temperatur liegt ca. 50°C über der Liquidustemperatur (Schmelztemperatur), also der Temperatur, bei das Metall flüssig vorliegt. Beginnt sich das Metall zu verfestigen spricht man hingegen von der Solidustemperatur. 

Beim Blockguss wird die Schmelze in Kokillen [Schalen] gegossen und anschließend kann diese bei einer Auslagerungstemperatur, die der Umgebungstemperatur entspricht, abkühlen.  Da sich während der Abkühlphase Lunker [Lufträume] bilden können und diese tendenziell nach oben steigen, versucht man durch eine Haube den Kopflunker zu minimieren. Diese Haube wird dabei zusätzlich wärme isoliert. 

Beim Strangguss wird die Schmelze kontinuierlich abgelassen.

Beispiel

Man stelle sich hierzu eine Softeismaschine vor, aus der permanent Eis über einen offenen Zapfhahn abläuft.

So ähnlich verhält sich das auch beim Strangguss einer Schmelze, nur das hierbei eine rasche Abkühlung stattfindet, damit die Schmelze sich verfestigt und schließlich einen stationär unendlichen Strang bildet. Damit die Schmelze auch eine gewünschte Strangform erhält, verwendet man auch hier eine Kokille, welche jedoch nach oben und unten offen ist und permanent mit Hilfe eines Wasserkreislaufs gekühlt wird. In neueren Entwicklungen ist sogar eine Justierung der Kokille möglich, womit auch die Abmessungen des Strangs beeinflusst werden können. Hat der Strang eine gewisse Länge erreicht und ist vollständig ausgekühlt, wird er zu einem gewünschten Strangstück geschnitten. Dieser Vorgang wiederholt sich immer wieder. 

Beide Verfahrensarten sind in der folgenden Grafik noch einmal ausführlich dargestellt:

Schema Strangguss (links) und Blockguss (rechts)
Schema Strangguss (links) und Blockguss (rechts)

In den vergangenen Jahren hat der Strangguss den Blockguss in vielen Werkstoffbereichen verdrängt, da sowohl aus technologischer als auch ökonomischer Sicht der Strangguss dem Blockguss überlegen ist. 

Strangguss
Strangguss

Vorteile des Strangguss:

Technologisch:

  • Feineres Gussgefüge,
  • homogeneres Gussgefüge,
  • einheitlichere Erstarrungsbedingungen.

Ökonomisch:

  • Weniger Personal,
  • teilautonomer Ablauf,
  • durch Vorgabe der Form mit offener Kokille, weniger Nachverformungsaufwand,
  • weniger Betriebskosten,
  • weniger Anlagekosten,
  • keine bis sehr wenig Lunkerbildung.

Formungs-/Verformungsvorgänge

Unabhängig von der Wahl der Gießart, muss das Metall nachträglich geformt werden. Man unterscheidet hier zwischen der

Uns interessiert zuerst ein Mal die Warmverformung, die auch als Primärverformung benannt ist, da sie sich direkt an den Gussvorgang anschließt, also im "warmen Zustand". Fälschlicherweise könnte man meinen, dass dieser Vorgang der Formgebung dient, dabei liegt der Zweck in der Erzeugung eines gleichmäßigen und homogenen Kristallgefüges durch Rekristallisation aus einem groben und heterogenen Gussgefüge. Letzteres wird bei der Verformung zerstört und anschließend kann dann die besagte Rekristallisation einsetzen. Zusätzlich dient die Warmverformung der Reduktion letzter Poren oder Lunker.

Unter der Kaltverformung versteht man Vorgänge, die ohne Temperatureinflüsse auskommen und sich lediglich auf Kraft setzen. Dabei werden häufig Walzen oder Strangpressen eingesetzt.  

Für eine bessere Handhabung der Blöcke/Brammen werden diese mit Hilfe eines Laser geschnitten, wie im nächsten Bild dargestellt:

Schneiden einer Bramme
Schneiden einer Bramme