3/4 - VÖG - Verein österreichischer Gießereifachleute

GIESSEREI-RUNDSCHAU 51 (2004) HEFT 3/4
Bild 3
kühlung der Schmelze auf Kokillentemperatur (ca. 410°C, also deutlich
niedriger als der Schmelzpunkt) rasch.
Bei der Sandform ist die Formtemperatur deutlich niedriger (RT), jedoch
ist der Formsand ein schlechter Wärmeleiter, deswegen kühlt
sich die Schmelze in der Sandform langsamer ab. Bei dieser langsamen
Abkühlung hat die Gießspanne einen größeren Einfluss, weil im
Fall einer hohen Gießtemperatur eine zusätzliche Menge an Wärme
unter gegenüber der Kokille erschwerten Bedingungen aus der Form
entweichen muss, so dass die Schmelze später zum Stocken und zur
Erstarrung kommt. Bei der Kokille überlagert der Einfluss des Wärmeentzuges
den der erhöhten Temperatur. Dem raschen Wärmeentzug
ist hier nicht allein durch Erhöhung der Gießspanne entgegenzuwirken.
Es wurden zusätzlich auch die „Nullpunkte“ bestimmt, also die virtuellen
Punkte auf dem Diagramm, an welchen die Geraden den Wert
0 cm Fließlänge annehmen. Bei der Sandform liegt dieser Punkt bei
einer Gießtemperatur von 606°C, die mit guter Näherung der Liquidustemperatur
(602°C) entspricht. Im Fall der Kokille liegt dieser
„Nullpunkt“ bei Tgieß= 540°C. Es kann aufgrund dieser Punkte gezeigt
werden, dass die Fließlänge der Sandproben in guter Näherung
durch die Gerade darstellbar ist, was bei der Kokille nicht der Fall ist.
Dort würde ein Polynom benötigt, um eine gute Näherung darzustellen.
Für die eindeutige Bestimmung der Parameter dieses Polynoms
reicht aber die Anzahl der Messwerte nicht aus, weshalb künftig
noch weitere Versuche durchgeführt werden sollten.
Legierung AZ31
Die einzelnen Ergebnisse und die aus diesen abgeleitete (Regressions-)
Gerade sind in Bild 4dargestellt. Auf dem Diagramm ist deutlich
zu erkennen, dass die Fließlänge mit steigender Gießtemperatur
zunimmt. Die Steigung der Geraden (dL/dT = 0,92cm/°C) ist im
Vergleich zu AZ91 (dL/dT = 0,375cm/°C) stärker ausgeprägt. Dies
bedeutet, dass im Fall von AZ31 die Fließlänge von der Gießtemperatur
stärker beeinflusst wird. Ursache hierfür ist, dass die Legierung
AZ31 ausgeprägt endogen schwammartig erstarrt, also schon beim
Auftreten weniger endogener Dendriten der Fluss der Schmelze zum
Bild 4
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Stocken kommt. Wenn aber die Schmelze mit höherer Temperatur
gegossen wird, treten die ersten Dendriten erst später auf, so dass
die Schmelze bis zu diesem Zeitpunkt frei fließen kann.
Im Fall von AZ91 ist die Erstarrung endogen schalenbildend und es
erstarren zunächst eine stabile Randschale (bei höherer Gießtemperatur
auch durch die exogenen Einflüsse der Wärmeabfuhr verstärkt)
sowie wenige feine endogene Körner im Inneren des Schmelzflusses.
Dies führt dazu, dass die Schmelze auch bei fortschreitender Erstarrung
noch weiter fließen kann.
Der „Nullpunkt“ für AZ31, also die Gießtemperatur, bei der die Gerade
auf Bild 4 für die Fließlänge einen Wert von 0 cm annimmt,
liegt bei 674°C. Dieser entspricht nicht der Realität, weil der
Schmelzpunkt von AZ31 bei etwa 600°C liegt. Dieses Ergebnis weist
darauf hin, dass die Fließlänge nicht direkt zur Gießtemperatur proportional
ist, das Verhalten dieser beiden Faktoren also nicht durch eine
Gerade vollständig beschrieben werden kann. Zur Bestimmung eines
polynomartigen Zusammenhangs genügt die Anzahl an Messungen
nicht. Es müssen also künftig weitere Messungen durchgeführt
werden, wenn man im ganzen Temperaturbereich über der Solidustemperatur
einen mathematischen Zusammenhang herleiten möchte.
Fließeigenschaften von Mg-Legierungen im
teilflüssigen Zustand
Für die Durchführung dieser Versuche wurde das Material im Thixogießverfahren
verarbeitet. Dafür wurde das Vormaterial intern mittels
des RSCT-Verfahrens (Rapid-Slug-Cooling-Technology) hergestellt
und induktiv in den teilflüssigen Zustand erwärmt [5]. Die Formgebung
erfolgte anschließend bei einem Feststoffanteil von rund 50%,
wodurch gute thixotrope Eigenschaften erzielt werden konnten.
Bild 5
Für die Untersuchung des Fließverhaltes teilflüssiger Werkstoffe wurde
am Gießerei-Institut der RWTH Aachen eine Mäanderform konstruiert
und gebaut [6, 7]. In Bild 5 ist der Aufbau der Form dargestellt.
Durch die Konstruktion des Fließkanals in Form eines Mäanders
wird das einströmende teilflüssige Material einem ständigen Richtungswechsel
unterworfen, wodurch einseitige Entmischungen, wie
sie beispielsweise bei einer Spiralform infolge der Zentrifugalkraft auftreten
können, vermieden werden. Der Fließkanal hat eine Gesamtlänge
von drei Metern und ist trapezförmig ausgebildet, um eine einfache
Entnahme des Gussteils zu ermöglichen. Die Dicke beträgt
7mm bei einer Breite von oben 14 und unten 10 mm. Zur Überwachung
der Werkzeugtemperatur wurden an drei verschiedenen Stellen
in der Form oberhalb des Kanals Temperatursensoren angebracht
und die Meßergebnisse mit einem Messrechner aufgezeichnet.
Der Temperaturhaushalt der Formwerkzeuge wurde mittels Wärmeträgerölkanäle
auf rund 250°C geregelt. Zwischen allen Versuchen
wurde die Formoberfläche zur besseren Bauteilentnahme mit dem
Trennmittel Ftw11 besprüht. Generell konnten die Gussteile jedoch
vollkommen problemlos aus der Form entnommen werden. Bild 6
zeigt eine Mäanderprobe der Legierung AZ91 mit einer Fließlänge
von 2420 mm.