{{else if Image}}
{{else if Image}}
{{/if}}
{{/if}}
Die Potenziale der heute verwendeten halbfesten Metallgießverfahren
Kaltkammer-, Heißkammer- und Vakuum-Druckguss sind Verfahren, die die Qualität- und Sicherheitsanforderung sowie die Umweltprobleme in der Druckgussindustrie nicht lösen. Die halbfeste Metallumformung hingegen ist eine Variante mit nahezu fertiger Form und hervorragender Bauteilintegrität. Vier Verfahren werden heutzutage verwendet: Thixomolding®, Thixocasting, Rheocasting und dehnungsinduzierte Schmelzaktivierung (SIMA).
Die halbfeste Metallumformung (SSM semisolid metallurgy) vereint die Vorteile des Gießens und Schmiedens und ist nach seiner fließfähigen thixotropen Eigenschaft benannt. Nur durch dieses Phänomen, ist der Prozess überhaupt möglich. Einfach ausgedrückt fließen thixotrope Flüssigkeiten, wenn mechanische Kräfte auf sie einwirken, und verdicken sich, wenn sie stehen. Im Temperaturbereich zwischen fest und flüssig ähnelt dieses SSM einer Mischung aus Eis und thixotroper Flüssigkeit, also wie wenn Wasser und Eis gemischt werden.
Das Potenzial des Verfahrens wurde in den frühen 1970er Jahren erstmals von MIT-Forschern erkannt. Es gibt heute vier halbfeste Metallgießverfahren: Thixomolding®, Thixocasting, Rheocasting und Stress induzierte Schmelzaktivierung (SIMA).
Bauteile mit höherer Integrität durch Thixomolding®
Thixomolding® ist ein Verfahren, bei dem die Magnesiumlegierung in Form von Metallgranulaten in eine speziell modifizierte Kunststoff-Spritzgießmaschine eingespeist wird. Es ähnelt der Verarbeitung von Kunststoffharz. Thixomolding® hat mehrere Vorteile im Vergleich zum konventionellen Druckguss. Beispielsweise lassen sich Bauteile mit höherer Integrität herstellen, der Betrieb ist auch ohne Schmelzofen sicher und es hat keine negativen Auswirkungen auf die Umwelt.
Ein Schmelztiegel oder umweltschädliches Schutzgas sind nicht erforderlich. Thixomolding® ermöglicht es, Magnesiumlegierungsschlämme in einem halbfesten Zustand zu formen. Das Ergebnis sind Produkte mit wenigen Fehlern und hoher Maßhaltigkeit. Beim Thixomolding®-Spritzgussverfahren scheint die Mikrostruktur eine neue Ebene der Prozesskontrolle und einen wesentlich geringeren Energieaufwand pro Teil im Vergleich zum Druckguss zu bieten. Außerdem müssen keine negativen Umweltkosten gezahlt werden.
Thixomolding®-Maschinen sind komplex und teuer im Betrieb
Derzeit gibt es nur wenige Hersteller von Thixomolding®-Spritzgussmaschinen. Die Maschinen sind sehr komplex und erfordern eine intensive sowie sehr teure Wartung Instandhaltung aufgrund der vielen komplexen beweglichen Teile, die in direkten Kontakt mit geschmolzenem Magnesium kommen. Das teuerste Maschinenteil ist der Extruder aus Spezialstahllegierungen, der für den Betrieb bei hohen Temperaturen und hohem Druck notwendig ist.Die Schnecke mit dem vorderseitig angebrachten Rückschlagventil ist jedoch notorisch anfällig für Leckagen und unregelmäßigen Betrieb. Die Wartung dieser Einheiten, die bereits nach 500 000 Zyklen wichtig ist, erfordert den Einsatz von Spezialwerkzeugen sowie ein Reinigungsverfahren, bei dem umweltschädliche Salz- oder Phosphorsäure verwendet wird. Dieses Verfahren stellt zwar einen Fortschritt bei der Produktion hochwertiger Teile dar, ist aber sehr komplex und teuer.
Verbesserte mechanische Eigenschaften durch Thixocasting
Als eine der wichtigsten SSM-Verarbeitungsoptionen ermöglicht das Thixocasting die Formung von Legierungen zu endkonturnahen Produkten mit verbesserten mechanischen und ästhetischen Eigenschaften. Bei diesem Formgebungsverfahren wird eine teilweise geschmolzene, nicht dritthaltige Legierung verwendet, die speziell für das Gießen vorbereitet wird. Bei diesem Gießverfahren wird ein vorgefertigter Knüppel mit einer kugelförmigen Mikrostruktur verwendet, der dann auf eine Temperatur knapp über der Solidustemperatur erhitzt und in eine geschlossene Form gedrückt wird, um Teile mit hoher Integrität herzustellen.Obwohl dieses Verfahren inzwischen weit verbreitet ist, müssen zur Gewährleistung der Qualität der Endprodukte wichtige Anforderungen wie Flüssigkeitsanteil, Halbfeststofftemperatur, Einspritzgeschwindigkeit, Einspritzdruck und Formtemperatur streng eingehalten werden. Thixocasting bietet eine Reihe von Vorteilen, beispielsweise verbesserte mechanische Eigenschaften, gute Oberflächenbeschaffenheit und eine endkonturnahe Form.
Thixocasting erfordert ein spezielles Ausgangsmaterial
Es hat jedoch auch einige Nachteile, wie die Notwendigkeit eines speziellen Rohmaterials mit nahezu kugelförmigem Mikrogefüge. Für das Gießen solcher speziellen Knüppel begrenzter Größe für das Thixocasting muss man einen überdurchschnittlich hohen Aufpreis zahlen. Der Wegfall dieses zusätzlichen speziellen Rohmaterials mit nahezu kugelförmigem Gefüge in einer neuen halbfesten Gießmaschine würde sowohl zu Kosten- als auch zu Zeiteinsparungen führen, ohne sich negativ auf unsere Umwelt auszuwirken.Im Vergleich zu konventionellen Gießverfahren zeichnet sich das Thixocasting durch eine niedrigere Umformtemperatur, eine deutlich längere Formlebensdauer, eine hohe Teilegenauigkeit, effiziente Produktionsprozesse und umfassende mechanische Eigenschaften aus. Im Vergleich zu Warmschmiedetechnologien hat das Thixocasting eine relativ niedrige Streckgrenze, eine hohe Fließfähigkeit, eine geringe Umformbelastung sowie Oberflächenrauheit.
Durch das Verfahren kann ein komplexes geometrisches Produkt durch eine einstufige Umformung erzielt werden. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass Defekte wie Mikroporosität, Mikroschrumpfung, dendritische Erstarrung im Flüssigkeitsbecken, Heißriss in der flüssigen Phase, Mikroseigerung an Korngrenzen und Flüssigkeitsseigerung in der scharfen Ecke der Form beobachtet wurden. Um diese Gussfehler zu vermeiden, müssen die Parameter des Thixocasting-Prozesses (Flüssigkeitsanteil, Halbfeststofftemperatur, Einspritzgeschwindigkeit, Einspritzdruck und Formtemperatur) genau kontrolliert werden.
Rheocasting: Thixocasting, aber mit fluidisierter Schmelze
Beim Rheocasting wird ein Produkt mit Thixocasting-Eigenschaften hergestellt, indem aus der in einem typischen Druckgussofen erzeugten Metallschmelze ein halbfester Schlamm entwickelt wird, anstatt Knüppel erneut zu erhitzen. Das resultierende Ausgangsmaterial (in Form typischer Druckgusslegierungen) ist weniger teuer und direkt recycelbar.Feines kugelförmiges Gefüge mit SIMA
Die dehnungsinduzierte Schmelzaktivierung (SIMA) eignet sich für industrielle Anwendungen, da sie relativ kostengünstig ist und eine einfache Möglichkeit bietet, nicht-dendritisches Ausgangsmaterial durch einfaches Erhitzen des hochbelasteten Ausgangsmaterials bis zum halbfesten Zustand zu erhalten.Der SIMA-Zyklus beginnt mit einem konventionell gegossenen Barren. Das Ausgangsmaterial ist ein warmverarbeitetes Material, beispielsweise gewalzt, geschmiedet oder stranggepresst im festen Zustand oberhalb der Rekristallisationstemperatur und dann abkühlt; ein solches Ausgangsmaterial entwickelt ein feines kugelförmiges Gefüge, nachdem es bis zum halbfesten Zustand erhitzt wurde.
Sie wollen mehr Wissen?
Dies ist der dritte Teil einer Artikelserie von Ashley Stone und Edo Meyer, die Sie durch die Entwicklung der digitalen Gießerei führt und Ihnen einen Überblick über den Stand der Magnesiumdruckgussindustrie gibt. Im vierten Teil werden Sie alles über eine neue halbfeste Gießmaschine erfahren, die die Erwartungen der Endverbraucher besser erfüllt als die gerade vorgestellten Maschinen.Haben Sie den vorherigen Teil verpasst? Diesen Artikel finden Sie hier.
