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Warmriss

Metallurgy
Werkstofftrennung im flüssig-festen Zustand einer in einem Temperaturintervall erstarrenden Legierung. Bei der Abkühlung einer derartigen Schmelze scheiden sich nach Unterschreiten der Liquidustemperatur die ersten Kristalle aus. Mit zunehmender Annährung an die Solidustemperatur überwiegt allmählich der Anteil der entstandenen Kristalle, die dann ein zusammenhängendes Netzwerk von nur geringer Festigkeit bilden. Das Metall wird kohärent. In diesem Zustand, also noch vor Erreichen der Solidustemperatur, ist der Zusammenhang der miteinander verwachsenen Kristalle noch vielfach von dünnen Schichten flüssiger Restschmelze unterbrochen. Falls nun gleichzeitig Spannungen auftreten, bewirken sie die Bildung von Spannungsrissen, die als Warmrisse bezeichnet werden und auch im festen Zustand erhalten bleiben. Solche Spannungen können entstehen, wenn sich bestimmte Gussstückbereiche gegenseitig an der mit der Erstarrung verbundenen Schwindung des Gussstücks behindern oder wenn diese Schwindung durch Kerne oder Formteile gehemmt wird (Bild 1).

Bild  2 zeigt einen Warmriss in natürlicher Größe. Mikroskopisch ist an der Oberfläche des Warmrisses die erstarrte Kristallisationsfront sichtbar.

Die Warmrissbildung beginnt somit vor Erreichen der Solidustemperatur. Bei ungenügender Nachspeisung der erstarrenden Schmelze, zum Beispiel infolge zu klein bemessener Speiser, beginnt die Warmrissbildung bei einer höheren Temperaturlage im Erstarrungsintervall. Ist dagegen eine ausreichende Dichtspeisung gewährleistet, treten die Warmrisse erst knapp vor Erreichen der Solidustemperatur auf.

Warmrissempfindlich sind vor allem jene Legierungen, die ein relativ großes Erstarrungsintervall aufweisen oder aber Beimengungen enthalten, die niedrigerschmelzende Phasen bilden und damit praktisch den Bereich des kohärenten Zustandes in das Gebiet unterhalb der eigentlichen Solidustemperatur ausdehnen. Demgegenüber sind jene Werkstoffe am unempfindlichsten, bei denen gegen Ende der Erstarrung reichlich eutektische, also bei konstanter Temperatur erstarrende Schmelze vorhanden ist, weil bei konstanter Temperatur keine Kontraktion und somit auch keine Spannung auftreten kann. Abgesehen von diesen Voraussetzungen, die allein von der chemischen Zusammensetzung des Gusswerkstoffes abhängen, kann eine Warmrissbildung nur zustande kommen, wenn im kohärenten Zustand Spannungen entstehen. Ein an sich warmrissempfindlicher Werkstoff vermag ohne Warmrissbildung zu erstarren, wenn das Gussstück und der Aufbau der Gießform so gestaltet sind, dass keine Spannungen zustande kommen.

Bild  3 zeigt einige Beispiele der Warmrissbildung. Im Fall (a) entstehen Warmrisse in Anschnittnähe eines zylindrischen Gussstückes als Folge einer zu geringen Nachgiebigkeit des Kerns. Solche Risse treten vorwiegend in Bereichen langsamer Erstarrung auf, also in Anschnittnähe, wo durch das Einströmen der gesamten Metallmenge eine starke Aufheizung stattfindet. Im Fall (b) wird die Kontraktion des dickwandigen Gussstückabschnittes durch den schnell erstarrenden Gießlauf behindert, sodass es zu Warmrissen kommt. Im Fall (c) schließlich behindert wiederum der Formstoff zwischen den beiden außenliegenden Speisern die Gussstückschwindung, sodass sich im Bereich des zuletzt erstarrenden Gussstückabschnittes ein Warmriss bildet.

Bild 1: Aluminium-Kokillengussstück mit Warmrissen© GIESSEREI LEXIKON
Bild 2: Warmriss in einem Aluminium-Kokillengussstück (natürliche Größe)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 3: Beispiele für die Warmrissbildung an Gussstücken© GIESSEREI LEXIKON

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