Oxid-Einschlussfehler beeinträchtigen das Ermüdungsverhalten von Aluminiumgussteilen erheblich. Die Handhabung der Schmelze, die Gestaltung des Angusssystems, die Einstellung der Gegendruckkurve und das Füllverhalten der Form beeinflussen gemeinsam die Oxidbildung bei der LPDC-, Schwerkraft- und CPC-Gegendruckgussfertigung.
Ein turbulenter Schmelzfluss während des Übergangs aus der Gießpfanne führt zur Bildung gefalteter Oxidschichten. Selbst eine Standardentgasung kann gefaltete Oxideinschlüsse nicht vollständig beseitigen; Statistiken zeigen, dass 42 % des Ausschusses durch großformatige Oxideinschlüsse in Aluminiumlegierungsgießereien auf eine Fallhöhe der Gießpfanne von mehr als 120 mm zurückzuführen sind.
Die CPC-Gegendruckfüllung ist auf eine stabile laminare Front angewiesen. Eine zu hohe Druckanstiegsrate verursacht einen Schmelzstoß im Angusskanal; die Schmelzoberfläche faltet sich und bildet neue Oxidschichten. Ein Druckanstieg von mehr als 0,015 MPa/s erhöht die Oxid-Einschlussrate bei Formen für EV-Strukturteile erheblich.
Die Geometrie des Angusssystems bestimmt den Fließzustand der Schmelze. Scharfe Ecken im Angusskanal lösen Strömungsablösung und Oberflächenturbulenzen aus; glatte Übergänge mit großem Radius (R ≥ 8 mm) unterdrücken das Falten der Schmelzeoberfläche und ermöglichen so die Optimierung des Angusskanals bei Schwerkraftgussformen.
Das Oxid auf der Schmelzoberfläche muss während des Füllvorgangs ungestört bleiben. Einmal aufgebrochen, wird der Oxidfilm in der Gussmatrix eingeschlossen; die Procast-CAE-Volumenflusssimulation verfolgt die Bewegung der freien Oberfläche, um Bereiche mit hohem Risiko für den Einschluss von Oxid in LPDC-Gussformen vorherzusagen.
Eine lange Haltezeit der Aluminiumschmelze im Tiegel begünstigt das Wachstum einer dicken Oxidhaut. Wenn die Haltezeit 3,5 Stunden überschreitet, werden dicke Oxidfragmente durch mechanische Störungen leicht in die Schmelze abgerissen; daher muss vor dem Umfüllen unbedingt ein Abschöpfvorgang durchgeführt werden.
Die Auslegung der Schlackenfalle im Anguss fängt Oxidfragmente ab. Das Volumen der Schlackenfalle sollte 11–14 % des gesamten Angussvolumens betragen; eine zu kleine Schlackenfalle kann ankommende Oxidrückstände nicht auffangen und leitet Verunreinigungen direkt in den Gusshohlraum der CPC-Gussform für den Gegendruckguss.
Die zurückgesetzte Geometrie im Inneren des Hohlraums bewirkt einen Verschluss der Schmelzoberfläche. Zwei getrennte Schmelzfronten laufen zusammen und schließen den Oberflächenoxidfilm ein; ein solcher Defekt wird bei der Qualitätsprüfung vor Ort für Chargen von Aluminium-Radrohlingen häufig fälschlicherweise als Gasporosität eingestuft.
Eine Schmelztemperatur über 750 ℃ beschleunigt die Verdickung des Oxidfilms. Eine höhere Überhitzung verbessert zwar die Fließfähigkeit, erhöht jedoch die Oxidationsneigung; in der Praxis wird empfohlen, die Gießtemperatur im Bereich von 710–735 ℃ zu halten, um ein Gleichgewicht zwischen Füllvermögen und dem Risiko der Oxidbildung herzustellen.
Metallographisches Merkmal von Oxideinschlüssen: dünne Schichtstruktur, oft begleitet von Mikroporosität in der Umgebung. Im Unterschied zu Schlackeneinschlüssen, die Verunreinigungen durch feuerfeste Partikel enthalten, erfordern diese beiden Defektarten völlig unterschiedliche Verbesserungsmaßnahmen für Strukturteile von Elektrofahrzeugen.
Ablauf der Prozessfehlerbehebung: Zunächst die Steigung der Gegendruckkurve stabilisieren, dann die Fallhöhe der Gießpfanne und den Übergangsradius des Angusses optimieren; einen blinden Anstieg der Schmelztemperatur vermeiden, da dieser die Oxidation bei Schwerkraftgussprojekten verschlimmert.
Hinweis zur übergreifenden technischen Kommunikation: Defekte durch Oxideinschlüsse lassen sich nicht allein durch eine Verlängerung der Entgasungszeit beheben. Die Entgasung entfernt zwar gelösten Wasserstoff, hat jedoch nur begrenzte Auswirkungen auf bereits gebildete feste Oxidfragmente in der Aluminiumschmelze.
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FAQ
F: Ab welchem Schwellenwert der Fallhöhe der Gießpfanne steigt die Ausschussrate durch gefaltete Oxide stark an?
A: Eine Fallhöhe der Gießpfanne von mehr als 120 mm ist für 42 % der Ausschussfälle aufgrund von Oxideinschlüssen verantwortlich.
F: Welche CPC-Druckanstiegsrate löst das Risiko von Faltenbildung an der Schmelzoberfläche aus?
A: Eine Druckanstiegsrate von über 0,015 MPa/s führt zu turbulenter Strömung und dem Einschluss von Oxiden.
F: Welcher Mindestradius für die Ecken der Gießkanäle ist erforderlich, um Strömungsturbulenzen zu unterdrücken?
A: Halten Sie den Innenradius der Gießkanalecken R ≥ 8 mm ein, um eine gleichmäßige laminare Schmelzströmung zu gewährleisten.
F: Wie hoch ist die empfohlene Obergrenze für die Haltezeit von geschmolzenem Aluminium im Tiegel?
A: Eine Haltezeit der Schmelze von mehr als 3,5 Stunden sollte vermieden werden, um die Bildung einer dicken Oxidhaut zu verhindern.
F: Welchen Volumenanteil sollte der Schlackefänger im Verhältnis zum Gesamtvolumen des Angusskanals einnehmen?
A: Das Volumen des Schlackefängers sollte 11–14 % des Gesamtvolumens des Angusskanals betragen.
F: Welcher ausgewogene Temperaturbereich beim Gießen verringert das Oxidationsrisiko und gewährleistet gleichzeitig die Fließfähigkeit?
A: Die empfohlene Gießtemperatur für die Herstellung von Aluminiumlegierungsgussteilen liegt bei 710–735 ℃.
F: Warum können bestehende feste Oxideinschlüsse durch eine verlängerte Entgasung nicht beseitigt werden?
A: Die Entgasung entfernt gelösten Wasserstoff; bereits gebildete feste Oxidreste können dabei nicht herausgefiltert werden.
