Gasporosität

Castings
Ungänzen durch Gaseinschlüsse in Gussstücken. Vor allem bei Aluminium-, Magnesium- und Kupferlegierungen, aber auch bei Stahlguss, ist dieser Fehler unabhängig vom Form- und Gießverfahren anzutreffen. Gussteile aus Eisenguss neigen dagegen infolge der grundsätzlichen anderen Metallurgie dieses Werkstoffes eher zu Gasblasen. Die Fehler treten bevorzugt bei Metalllegierungen mit großem Erstarrungsintervall, abhängig von der Erstarrungscharakteristik, auf und sind oft mit Porosität, Mikrolunkern, Schwindungsporosität, Oberflächenporosität, Oxideinschlüssen vergesellschaftet. Auch Metalllegierungen mit schlechtem Fließvermögen sind diesbezüglich gefährdet. Gussteilpartien mit Werkstoffanhäufungen, Wanddickenübergänge und Bereiche in Anschnittnähe sind dabei besonders betroffen.

Gasporosität stellt sich in über einen großen Querschnitt gleichmäßig verteilte, nahezu kreisrunde Poren, welche glattwandige, glänzende, metallisch blanke oder oxydierte auch blau gefärbte Innenflächen haben, dar (Bilder 1 bis 6). Sie dürfen nicht mit rauwandigen Lunkerporen verwechselt werden. Das Aussehen der Innenflächen lässt Schlussfolgerungen zum Entstehungsmechanismus zu. Gasporosität wird häufig erst nach der Prüfung des Gussstückes auf Dichtheit, der Computertomographie oder nach der mechanischen Bearbeitung bemerkt. Der Fehler führt, da sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch die Gebrauchseigenschaften des Gussstückes negativ beeinträchtigt werden, in der Regel zum Ausschuss.

Wichtigste Entstehungsmechanismen: Werden gashaltige Schmelzen zum Gießen verwendet, scheiden sich während der Abkühlung und Erstarrung die gelösten Gase aus, da die Löslichkeit mit sinkender Temperatur abnimmt. Obwohl ein großer Teil der Gase zu entweichen vermag, bleiben dennoch Gasreste, vor allem bei der Gussstückerstarrung, eingeschlossen, die dann im Gefüge Poren bilden. Die Gasbeladung der Schmelze (vor allem AlSi- und Kupferlegierungen) geschieht durch eine Gasaufnahme beim Schmelzprozess durch die Luft- oder Ofenatmosphäre, den Einsatz von vergasten, feuchten oder oxidierten Einsatzmaterialien, Feuchtigkeit des Ofenfutters, des Tiegel- oder Pfannenmaterials und der Werkzeuge, durch unsachgemäßes Umfüllen und fehlerhaften Transport vom Schmelzofen zum Warmhalteofen sowie durch fehlende Entgasungsbehandlung nach dem Umfüllen in den Warmhalteofen.

Hinsichtlich der Gasaufnahme beim Gießprozess sind folgende Einflussfaktoren maßgebend:

Mitreißen von Luft während des Gießprozesses infolge ungenügendem Vollhalten des Eingusses, zu starker Metallströmung im Lauf und Anschnitt, ungenügender Entlüftung der Kokille beziehungsweise des Formhohlraumes, zu starker und zu vieler Ecken und Kanten im Anschnittsystem und im Gussteil vorhandener (gilt vor allem für Druckguss), zu geringer Wanddicken (Druck- und Kokillenguss). Weiterhin kann beim Druckguss die Kolbengeschwindigkeit in der ersten Phase zu hoch sein. Dadurch kann Metall aus der Füllöffnung der Gießkammer herausgeschleudert werden, was Verwirbelungen mit Luft zur Folge hätte, ebenso wie schlecht aufeinander abgestimmter Ablauf der hydraulischen Phasenfolge während der Formfüllung.

Gasporosität kann auch durch Formreaktionen bedingt sein (Gasblasen). Dabei kann zum Beispiel die Schmelze beim Gießen mit dem in Sandformen enthaltenen Wasser reagieren. Die Gießhitze verursacht primär eine Wasserdampfbildung; dieser Wasserdampf kann durch das flüssige Metall reduziert werden, wobei als Reaktionsprodukte Wasserstoff und Metalloxide (deshalb tritt Gasporosität oft gemeinsam mit Oxiden auf) nach der Gleichung

Metall + H2O ↔ H2 + Metalloxid



entstehen. Der entstandene Wasserstoff bildet Blaseneinschlüsse im Gussstück oder auch bevorzugt an der Gussstückoberfläche (Randzonenporosität).
Bild 5: Gasporosität an einem Druckgussteil (GD-AlSi9Cu3), welche bei der Bearbeitung freigelegt wurde und zum Ausschuss des Teiles führte, (V = 10 : 1)<IMAGESOURCE ac_groupseparator="/" ac_cstyle="StandardLexikon/bildquelle"> (</IMAGESOURCE><IMAGESOURCE ac_groupseparator="/" ac_cstyle="StandardLexikon/bildquelle" ac_pstyle="StandardLexikon/Bildunterschrift" cols="1">GIESSEREI LEXIKON</IMAGESOURCE>)
Bild 3: Wie Bild 1, jedoch mit einer Stickstoffspülung 3 Minuten mit 5 l N /min, (V = 10 : 1)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 4: Wie Bild 1, jedoch mit einer Stickstoffspülung 5 Minuten mit 5 l N /min, (V = 10 : 1)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 6: Porosität im Schliff quer zur Bruchfläche aus einem Gussteil aus GD-AlSi9Cu3, (V = 10 : 1)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 1: Gasporosität an einem Kokillengussteil, (V = 10 : 1)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 2: Wie Bild 1, jedoch mit einer Stickstoffspülung 1 Minute mit 5 l N /min, (V = 10 : 1)© GIESSEREI LEXIKON

Zum Thema

Taschenbuch der Gießerei-Praxis

Jährlich aktualisierte Ausgabe des Nachschlagewerks für das Gießereiwesen.