Wechselwirkungen zwischen Metall und keramischer Formschale beim Feingießverfahren

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GP 10/2012
Forschung

Wechselwirkungen zwischen flüssigem Stahl und vorgewärmten keramischen Schalenformen können zu Verschlechterungen der Oberflächenqualität von Feingussteilen führen, was wiederum den Putz- und Bearbeitungsaufwand erhöht. Dieses Phänomen wurde anhand einer speziellen würfelförmigen Probegeometrie mit einer tiefen Tasche untersucht. Zur Simulation der Temperaturverteilung im Probegussteil und in der Schalenform nutzte man das Simulationsprogramm MAGMAsoft. Zur Herstellung der Schalenformen an der Missouri University of Science and Technology verwendete man ein Schaumstoffmodell, als Primärschlicker kamen drei verschiedene Typen zur Anwendung: Auf Quarz-, Zirkon- und Aluminiumoxidbasis. Zur besseren Vergleichbarkeit produzierte man die Formen mit der Probegeometrie in drei verschiedenen Gießereien. Nach der Entfernung der Schaumstoffmodelle wurden die Formen auf 800 °C (1471 F) vorgewärmt und mit HY130-Stahl abgegossen. Zur Untersuchung der Wechselwirkungen trennte man Formwandteile aus dem Bereich der Tasche heraus, polierte diese und untersuchte sie mittels der Rasterelektronenmikroskopie und der EDX-Analyse. Dabei wurden vielfältige Reaktionsprodukte in Form von komplexen Mn-Si-O-, Al-Si-Mn-O- und Fe-Si-Mn-Al-O-Oxiden festgestellt. Zur Voraussage der Entstehung der Reaktionsprodukte konnte das thermodynamische Phasengleichgewicht des Systems flüssiger Stahl-Keramik-Schlacke-Gas genutzt werden. Die ermittelten Ergebnisse werden im Zusammenhang mit den thermodynamischen Voraussagen diskutiert. Die Ergebnisse können bei der Auswahl der Formschalenmaterialien verwendet werden. Das Feingießverfahren wird zur Herstellung von kleinen und mittelgroßen Präzisionsstahlgussteilen mit komplexen Geometrien für verschiedene Einsatzbereiche angewendet. Der Fertigungsprozess beginnt mit dem Tauchen eines Schaumstoff - oder Wachsmodelles in einen Schlicker aus Binder und Feuerfestmehl (Fused Silica, Zirkon, Aluminiumoxid u. a.). Auf jede Schlickerschicht wird dann weiteres Feuerfestmaterial aufgebracht. Jede so entstandene Überzugsschicht muss über einen Zeitraum von drei bis vier Stunden getrocknet werden, wobei die Trocknungszeit von der Luftfeuchtigkeit der Umgebung abhängig ist…

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