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Pinholes

Gussstücke

Porenartiger Gussfehler an der Gussteiloberfläche oder direkt unter der Gusshaut. Oft zu sehende nadelstichartige, kleinste Öffnungen der Gusshaut (Bild  1), die vereinzelt oder auch großflächig auftreten, sind mit der Bezeichnung Pinholes (engl.) und auch Nadelstichporosität oder Randblasen beschrieben. Bei der mechanischen Bearbeitung dieser Gussflächen werden dann meist die kleinen Randblasen deutlich sichtbar. Die Fehlererscheinung ist an Gussstücken aus Gusseisen mit Lamellen-, Kugel- und Vermiculargraphit, Temperguss und Stahlguss zu finden.

Die Erscheinungsformen der Pinholes reichen von kugeligen, metallisch blanken oder mit Graphithäutchen belegten Bläschen bis zu größeren, unregelmäßig gestalteten und mit Schlacken oder Oxidationserscheinungen vergesellschafteten Hohlräumen.

Es wird zwischen Wasserstoffpinholes, Wasserstoff-Stickstoff-Pinholes und CO-Schlackenreaktions-Pinholes unterschieden. Die nicht mit der Oberfläche in Verbindung stehenden Bläschen enthalten häufig einen dünnen Graphitfilm (Bild 2).

 

Bild 1: Pinholes an der Oberfläche eines Gussstücks aus Gusseisen mit Kugelgraphit© GIESSEREI LEXIKON
Bild 2: Wasserstoff-Pinhole mit glatter, graphitbeschichteter Innenfläche (V = 250 : 1)© GIESSEREI LEXIKON

Mögliche Bildungsmechanismen:

1. Reaktion des Wasserdampfs mit den Eisenbegleitern. Es bilden sich Metalloxide und atomarer Wasserstoff, der in das flüssige Metall diffundiert. In ähnlicher Weise werden Stickstoff-Wasserstoff-Verbindungen aufgespalten und können ebenfalls in das flüssige Metall (Me) diffundieren.

Me + H2O → MeO + H2

2 Me + 2N → 2MeO + N2

2. Metalloxide reagieren mit dem Kohlenstoff der Schmelze unter Bildung von CO-Mikrogasblasen.

MeO + C → Me + CO

3. Diffusion von Wasserstoff und eventuell Stickstoff in die Mikrogasblasen und Vergrößerung der Blasen.

Ursachen, Vermeidung:

Die Bildung von Pinholes wird in den meisten Fällen nicht durch eine einzige Ursache bedingt. Mehrere sich überlagernde metallurgisch bedingte und formstoffbedingte Ursachen sind für das Fehlerbild verantwortlich.

Metallurgische Ursachen der Fehlerentstehung sind im Wasserstoff- und/oder Stickstoffgehalt der Schmelze zu sehen:

Der Wasserstoffeintrag kann durch Feuchtigkeit der Einsatzstoffe, insbesondere von feinkörnigen Ferrolegierungen, die vielfach Wasser anlagern, von stark rostigen Einsatzmaterialien (angelagerte OH-Gruppen), Ölen und Emulsionen, die Kohlenwasserstoffe abgeben, und letztlich von einer erhöhten Luftfeuchtigkeit begründet sein.

Überhöhte Stickstoffwerte der Schmelze können meist auf die Einsatzmaterialien wie Stahlschrott (bis 130 ppm N, max. 200 ppm N), Schienenstahl (bis 170 ppm N), Roheisen (10 bis 60 ppm N), Aufkohlungsmittel (von 104 ppm bis 104 ppm N) zurückgeführt werden. Im Gusseisen bewegt sich der Stickstoffgehalt im Bereich zwischen 40 und 140 ppm. Die kritische Grenze zur Bildung von Pinholes wird vielfach mit 80 bis 100 ppm angegeben, obwohl auch niedrigere Gehalte in Verbindung mit CO-Ausscheidungen bereits kritisch sein können. Chrom, Molybdän, Mangan, Vanadium und Titan erhöhen die Löslichkeit von Wasserstoff und Stickstoff, während sie durch Aluminium, Phosphor, Silizium und Kohlenstoff vermindert wird.

Die CO-Schlackenreaktions-Pinholes entstehen durch Reaktion stark oxidierender, flüssiger Schlacken mit dem Kohlenstoff der Schmelze unter CO-Bildung, die nun wiederum Blasen hinterlassen. Besonders bei MnO-MnS reichen Schlacken ist dieser Vorgang beobachtet wurden. Im weiteren Verlauf der Pinholes-Bildung diffundiert Wasserstoff in die Blasen und vergrößert sie.

Bei Gusseisen mit Kugelgraphit tritt Pinholes-Bildung vorzugsweise dann auf, wenn die Schmelze nach erfolgter Magnesiumbehandlung mit Wasserdampf in Berührung kommt. Ähnliches gilt auch für den Kontakt mit Stickstoff, der beim Gießen aus stickstoffhaltigen Formbindern freigesetzt wird.

Die wichtigsten formstoffbedingten Ursachen sind:

  • Zu hohe Stickstoffgehalte im Formstoff. Insbesondere ein hoher Stickstoffgehalt in Kernformstoffen, zu hohe Stickstoff-Wasserstoff-Verbindungen in Kernformstoffbindern und Pyrolyseprodukte vom Maskenformstoff führen zu hohen Gasmengen, die freigesetzt werden.
  • Zu hoher Feuchtigkeitsgehalt des Formstoffs, hervorgerufen durch hohe inerte Anteile und zu hohem Bentonitgehalt im Formstoff. Oft mit ungenügender Aufbereitung verbunden, sodass freies Wasser im Formstoff enthalten ist.
  • Zu geringe Glanzkohlenstoffbildung.