Welche Werkstoffe werden beim Feinguss von legiertem Stahl für den Schalenaufbau verwendet?

Hallo! Als Lieferant von Feinguss aus legiertem Stahl werde ich oft nach den Materialien gefragt, die für den Schalenbau in diesem Prozess verwendet werden. Lassen Sie uns also direkt eintauchen und erkunden, was zur Herstellung dieser entscheidenden Hüllen nötig ist.

Feinguss aus legiertem Stahl ist ein ziemlich cooles Herstellungsverfahren. Dadurch können wir komplexe Teile mit hoher Präzision herstellen. Und die Hülle spielt bei dieser ganzen Operation eine Schlüsselrolle. Es bildet eine Form, die den geschmolzenen legierten Stahl hält, bis er in die gewünschte Form erstarrt.

1. Silica – Die Grundlage

Eines der am häufigsten für den Schalenbau verwendeten Materialien ist Kieselsäure. Kieselsäure ist sozusagen der Baustein dieser Muscheln. Es kommt in verschiedenen Formen vor, beispielsweise als Quarzglas und kristallines Siliciumdioxid.

Quarzglas ist sehr beliebt, da es eine geringe Wärmeausdehnungsrate aufweist. Dies bedeutet, dass sich die Schale beim Eingießen des heißen geschmolzenen legierten Stahls in die Schale nicht zu stark ausdehnt und reißt. Es hält den hohen Temperaturen stand, ohne seine Form zu verlieren, was für präzise Gussteile von entscheidender Bedeutung ist.

Andererseits wird auch kristallines Siliciumdioxid verwendet, insbesondere in den Anfangsschichten der Schale. Es bietet eine gute Festigkeit und ist relativ kostengünstig. Im Vergleich zu Quarzglas weist es jedoch eine höhere Wärmeausdehnung auf, weshalb es in späteren Schichten meist mit anderen Materialien kombiniert wird.

2. Zirkon – Der Verstärker

Zirkon ist ein weiteres wichtiges Material. Es wird häufig in der Deckschicht verwendet, also der Schicht, die in direkten Kontakt mit dem geschmolzenen legierten Stahl kommt. Zirkon hat ausgezeichnete feuerfeste Eigenschaften, was bedeutet, dass es sehr hohen Temperaturen standhält, ohne zu schmelzen oder mit dem Stahl zu reagieren.

Das Tolle an Zirkon ist, dass es dem Gussstück eine glatte Oberfläche verleiht. Wenn sich der Stahl gegen eine mit Zirkon ausgekleidete Deckschicht verfestigt, erhält das resultierende Teil ein schöneres Aussehen und eine bessere Maßhaltigkeit. Es trägt auch dazu bei, das Eindringen von Metall in die Schale zu verhindern, was zu Gussfehlern führen kann.

Mehr zu unseren Feingussverfahren finden Sie unterTeile aus Feingussstahl.

3. Aluminiumoxid – für zusätzliche Stabilität

Der Schalenmischung wird Aluminiumoxid zugesetzt, um ihre Festigkeit und Steifigkeit zu erhöhen. Es hält hohen mechanischen Belastungen während des Gießvorgangs stand. Wenn der geschmolzene legierte Stahl gegossen wird, entsteht im Inneren der Hülle ein großer Druck. Mit Aluminiumoxid verstärkte Schalen halten diesem Druck stand, ohne sich zu verformen.

Aluminiumoxid weist außerdem eine gute Temperaturwechselbeständigkeit auf. Wenn die Schale während des Abkühlprozesses des Stahls schnellen Temperaturänderungen ausgesetzt ist, hilft Aluminiumoxid, Risse zu verhindern. Es wird normalerweise in den Stützschichten der Schale verwendet, wo es die notwendige strukturelle Unterstützung bietet.

4. Ordner – alles zusammenhalten

Nun, all diese Materialien fügen sich nicht einfach von alleine zusammen. Wir brauchen Ordner, um sie an Ort und Stelle zu halten. Es werden verschiedene Arten von Bindemitteln verwendet. Die gebräuchlichsten sind kolloidale Kieselsäure und Ethylsilikat.

Kolloidale Kieselsäure ist ein Bindemittel auf Wasserbasis. Es ist einfach zu verarbeiten und umweltfreundlich. Es bildet eine starke Bindung zwischen den Siliciumdioxid-, Zirkon- und Aluminiumoxidpartikeln in der Hülle. Wenn die Hülle getrocknet ist, hinterlässt die kolloidale Kieselsäure eine feste Matrix, die die Hülle zusammenhält.

Ethylsilikat ist ein Bindemittel auf organischer Basis. Es entsteht eine hochwertige Schale mit hervorragender Oberflächenbeschaffenheit. Während des Rohbauprozesses ist jedoch eine kontrolliertere Umgebung erforderlich, da diese durch Feuchtigkeit und Temperatur beeinflusst werden kann.

5. Andere Zusatzstoffe

Zusätzlich zu den Hauptmaterialien und Bindemitteln verwenden wir manchmal weitere Zusatzstoffe. Beispielsweise kann durch Zusätze die Abbindezeit der Schale gesteuert werden. Wenn die Schale zu schnell aushärtet, kann es schwierig sein, das Wachsmodell gleichmäßig zu beschichten. Wenn es hingegen zu langsam abbindet, kann es den Produktionsprozess verzögern.

Einige Zusatzstoffe werden auch verwendet, um die Durchlässigkeit der Hülle zu verbessern. Die Durchlässigkeit ist wichtig, da sie das Entweichen der Gase ermöglicht, wenn der geschmolzene legierte Stahl in die Hülle gegossen wird. Wenn die Gase nicht entweichen können, können sie im Gussstück eingeschlossen werden und Defekte wie Porosität verursachen.

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Der Shell-Bauprozess

Der Rohbauprozess ist ein mehrstufiger Vorgang. Zunächst erstellen wir zunächst ein Wachsmodell des Teils, das wir gießen möchten. Wir tauchen dieses Wachsmodell in eine Aufschlämmung aus den Deckschichtmaterialien (normalerweise eine Mischung aus Zirkon und einem Bindemittel). Dies bildet die erste Schicht der Schale.

Nachdem die erste Schicht getrocknet ist, tauchen wir das Muster in ein Stuckmaterial, bei dem es sich normalerweise um grobes Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid handelt. Der Stuck bildet eine raue Oberfläche, auf der die nächste Schicht Schlicker haften kann. Wir wiederholen diesen Tauch- und Stuckiervorgang mehrmals, um die Dicke der Schale zu erhöhen.

Sobald die Schale die gewünschte Dicke erreicht hat, erhitzen wir sie, um das Wachsmuster zu entfernen. Dadurch bleibt eine hohle Hülle zurück, die bereit ist, den geschmolzenen legierten Stahl aufzunehmen.

Warum die richtigen Schalenmaterialien wichtig sind

Die Verwendung der richtigen Materialien für den Rohbau ist entscheidend für die Qualität des endgültigen Gussstücks. Wenn die Hülle den hohen Temperaturen der Stahlschmelze nicht standhält, kann sie reißen und der Guss wird fehlerhaft sein. Eine Schale mit schlechter Oberflächenbeschaffenheit kann diese Rauheit auf das Gussstück übertragen und dessen Aussehen und Funktionalität beeinträchtigen.

Auch die richtige Materialkombination kann die Effizienz des Gussprozesses verbessern. Beispielsweise kann eine Hülle mit guter Durchlässigkeit die Wahrscheinlichkeit gasbedingter Defekte verringern, was weniger Nacharbeit und höhere Produktionsausbeuten bedeutet.

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Referenzen

• „Feinguss: Prozesse, Materialien und Design“ von John Campbell
• „Handbook of Metal Casting“, herausgegeben von John A. Schey