Schrumpfporosität und Gasporosität werden bei der Qualitätsprüfung von Aluminiumgussteilen häufig verwechselt. Die Porenmorphologie, die Verteilung, die CAE-Vorhersage und die metallografische Untersuchung unterstützen die Ermittlung der Grundursachen bei der Fehlerbehebung im LPDC-, Schwerkraft- und CPC-Gegendruckguss.
Schrumpfporosität entsteht durch Volumenschrumpfung während der Erstarrung der Legierung. Sie tritt meist in den von der Procast-Erstarrungssimulation vorhergesagten „Hot-Spot“-Zonen des Gussteils auf, wo das zuletzt erstarrende Metall bei EV-Strukturteilformen keine ausreichende Zufuhr aus dem angrenzenden geschmolzenen Aluminium erhalten kann.
Typische Morphologie der Schrumpfporosität: unregelmäßige Poren mit dendritischer Struktur, raue Innenwand. Porencluster konzentrieren sich an den Schnittstellen dicker Wandungen des Gussteils; isolierte, kugelförmige Poren sind bei Schwerkraftgussteilen selten auf reine Schrumpfungsursachen zurückzuführen.
Mehrere auslösende Faktoren für Schrumpfporosität: unzureichende Zufuhrwege, vorzeitige Erstarrung des Angusssystems, lokale Hotspots in der Form und eine ungeeignete Gegendruck-Haltezeit bei der Serienfertigung im CPC-Gegendruckguss.
Gasporosität entsteht hauptsächlich durch gelösten Wasserstoff, Zersetzungsgase des Trennmittels oder eingedrungene Ansaugluft. Gasporosität weist meist eine runde oder nahezu runde Porenform auf; der Zustand der Innenwand variiert je nach Gasquelle bei LPDC-Aluminium-Radrohlingen.
Gasporosität auf Wasserstoffbasis weist eine glatte, helle Poreninnenwand auf; Poren, die auf angesaugte Luft zurückzuführen sind, weisen einen Oxidfilm auf der Innenfläche auf; Poren, die durch die Zersetzung von Trennmitteln entstehen, enthalten kohlenstoffreiche Rückstände im Porenhohlraum – dies ist für die Qualitätsanalyse von Aluminiumlegierungsgussteilen von Bedeutung.
Porosität gemischter Art kommt in realen Werkstattleistungen häufig vor: Gas sammelt sich in bereits vorhandenen Schrumpfhohlräumen an und bildet einen kombinierten Schrumpf-Gas-Defekt. Bei der einfachen Sichtprüfung werden solche Verbundfehler bei Gussteilen für EV-Strukturbauteile häufig fälschlicherweise als reine Gasporosität eingestuft.
Unterscheidung durch Procast-Simulation: Der Gradient der Erstarrungszeit prognostiziert das Schrumpfungsrisiko; die Simulation der Wasserstoffdiffusion oder der Unterdruckbefüllung sagt das Risiko von Gasporosität voraus. Diese beiden Arten von Fehlern erfordern völlig unterschiedliche Optimierungsansätze für Projekte mit Schwerkraftgussformen.
Methode zur Unterscheidung im Prozessversuch: Erhöhung der Kühlintensität der Gussform. Verringert sich der Schweregrad des Defekts, deutet dies auf einen Schrumpfungsursprung hin; bleibt die Porenmenge unverändert oder verschlechtert sie sich sogar, besteht bei CPC-Gegendruckgussformen ein hoher Verdacht auf ein Problem mit der Gasquelle.
Eine unsachgemäße externe Sprühkühlung kann beide Defekte hervorrufen: Unzureichendes Sprühen führt zu Schrumpfporosität an Hotspots; zu intensives Sprühen verursacht eine schnelle Erstarrung der Oberflächenhülle und blockiert den Zuführkanal, was die innere Schrumpfung trotz sinkender Oberflächentemperatur bei LPDC-Gussformen verschlimmert.
Reihenfolge der Fehlerbehebung: Zuerst die metallografischen Merkmale des Defekts bestätigen. Zwischen Schrumpfung, Gas oder einer Mischform unterscheiden, dann die Formstruktur, die Kühlung, die Druckkurve oder die Schmelzqualität untersuchen; blinde Parameteranpassungen bei Chargen von Aluminiumgussformen vermeiden.
Grenzüberschreitende Fallstricke im After-Sales-Bereich: Kunden aus Übersee führen häufig alle Porenfehler auf Wasserstoff zurück. In vielen Fällen von Schrumpfungsfehlern wird Produktionskapazität verschwendet, indem die Entgasungszeit der Schmelze wiederholt verlängert wird, ohne die eigentliche Ursache auf Formseite zu beheben.
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FAQ
F: Wo treten reine Schrumpfporen bei Aluminiumgussteilen bevorzugt auf?
A: Sie konzentrieren sich auf die durch Erstarrungssimulationen vorhergesagten Schnittzonen zwischen Hotspots und dickwandigen Bereichen.
F: Welches typische morphologische Merkmal zeichnet das Erscheinungsbild von Schrumpfporosität aus?
A: Unregelmäßige Poren mit dendritischer Struktur, rauer Innenwand und charakteristischer clusterartiger Verteilung.
F: Welches Merkmal der Poreninnenwand weist auf eine durch Wasserstoffauflösung entstandene Gasporosität hin?
A: Glatte und glänzende Poreninnenwände ohne Verunreinigungen durch Oxid- oder Kohlenstoffrückstände.
F: Welche Art von Defekt entsteht, wenn sich Gas in einem bereits vorhandenen Schrumpfhohlraum ansammelt?
A: Eine gemischte Porosität aus Schrumpf- und Gasporosität, die leicht mit reiner Gasporosität verwechselt werden kann.
F: Welcher einfache Test hilft dabei, zwischen Schrumpf- und gasbedingter Porosität zu unterscheiden?
A: Erhöhen Sie die Kühlintensität der Form; eine Verringerung der Defekte deutet auf einen vorwiegend durch Schrumpfung bedingten Defekt hin.
F: Wie kann eine zu starke Kühlung durch Außensprühkühlung die innere Schrumpfporosität verschlimmern?
A: Eine schnell entstehende Oberflächenhülle blockiert den Zufuhrkanal und schließt den Schrumpfhohlraum im Gussteil ein.
F: Warum ist der Entgasungsprozess bei reiner Schrumpfporosität unwirksam?
A: Schrumpfung entsteht durch Volumenkontraktion beim Erstarren und nicht durch gelöstes Wasserstoffgas.
