Dies sind die gängigsten Nachbehandlungsmethoden
06.12.2019 Technologien & Prozesse Grundlagenwissen

Dies sind die gängigsten Nachbehandlungsmethoden

Gussteile werden vor allem in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie, aber auch im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Medizintechnik eingesetzt. Um die Eigenschaften des Metalls gezielt auf die Anwendung abzustimmen, kommt man um eine Nachbehandlung der Gussteile nicht herum.

Bild von Druckguss-Material. Nach dem Gießen sind weitere Verarbeitungsschritte erforderlich, um den Bauteilen spezifische Eigenschaften zu verleihen.
Durch die Nachbehandlung von Gussteilen können verschiedene mechanische und chemische Werkstoffeigenschaften erzielt werden, die das unbehandelte Metall nicht aufweist. Die Verfahren unterscheiden sich zwischen solchen, die lediglich die Oberflächenstruktur der Bauteile beeinflussen, und solchen, die deren innere Struktur optimieren. Je nach Branche und Einsatzgebiet des Endprodukts können zum Beispiel elektrische Leitfähigkeit, Härte oder Optik eine besondere Rolle spielen. Doch was sind die gängigsten Nachbehandlungsverfahren für Gussteile und wie funktionieren sie?

Wärmebehandlung

Bei der Wärmebehandlung werden Gussstücke einer Reihe von extremen Temperaturen und Temperaturschwankungen (oder deren Fehlen) ausgesetzt, wodurch metallurgische Eigenschaften wie Duktilität, Abriebfestigkeit und Steifigkeit verbessert werden können. Je nach den gewünschten Eigenschaften und der Zusammensetzung des Metalls werden verschiedene Verfahren mit unterschiedlichen Temperaturen eingesetzt. Eines der gängigsten Verfahren ist:
  • Abschrecken: Das heiße Material wird sehr schnell durch Druckluft, Wasser oder Öl abgekühlt. Auf diese Weise wird das Metall sehr hart und abriebfest.
  • Aushärtung: Die Fähigkeit des Moleküls, sich frei zu versetzen, wird blockiert, indem es bis zu 20 Stunden bei relativ niedrigen Temperaturen erhitzt wird. Dadurch wird die Streckgrenze erhöht und die Duktilität verringert.
  • Ausglühen: Um das Material zu erweichen, wird es fast bis zu seinem Schmelzpunkt erhitzt. Dann wird es auf natürliche Weise abgekühlt, so dass sich das Gefüge entspannt und weniger spröde wird. Dadurch werden auch die Verformbarkeit und die Bearbeitbarkeit verbessert, während die Härte durch vorheriges Abschrecken erhalten bleibt.
  • Normalisieren: Das Material wird ähnlich wie beim Glühen erwärmt, kühlt dann aber schneller ab. Dadurch werden innere und äußere Spannungen abgebaut, aber auch das Korngefüge verfeinert.
  • Lösungsglühen: Die Elemente werden durch Erhitzen in eine feste Lösung gebracht und durch schnelles Abkühlen verfestigt. Dadurch wird die Legierung weicher und eignet sich für weitere Fertigungsanwendungen.
  • Spannungsarmglühen: Durch Erhitzen bei niedrigen Temperaturen und langsames Abkühlen werden Spannungen im Gefüge abgebaut. Dadurch wird das Risiko von Maßabweichungen bei der Weiterverarbeitung minimiert.

Da die Wärmebehandlung ein kostspieliger Prozess ist, hat Alcoa neue NHT-Legierungen entwickelt, die in Bezug auf Dehnung, Zugfestigkeit und Streckgrenze mit herkömmlichen Gusslegierungen konkurrieren können. Damit eignen sie sich für das Gießen komplexer und dünnwandiger Gussteile für Karosseriestrukturen sowohl in konventionellen Verbrennungsmotoren als auch in Elektrofahrzeugen.

Vakuum-Imprägnierung

Aufgrund seines geringen Gewichts ist Aluminium ein beliebtes Material für den Leichtbau und daher ein wesentlicher Werkstoff in der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Aluminiumbauteile können jedoch eine poröse innere Struktur aufweisen, die die ordnungsgemäße Funktion der Bauteile gefährdet. Die Porosität kann dazu führen, dass Flüssigkeiten oder Gase unter Druck aus dem Teil entweichen, und das Teil muss verschrottet werden, was die Kosten erhöht und Produktionsverzögerungen verursacht. Diesem Problem wird durch die Vakuumimprägnierung entgegengewirkt, die die Porosität des Metalls wirksam abdichtet, ohne dass sich dies auf andere Merkmale des hergestellten Teils auswirkt. Bei diesem Verfahren wird das Teil in eine Imprägnierkammer gelegt. Dort wird die Luft aus dem Leckpfad mit Hilfe eines tiefen Vakuums evakuiert. Der evakuierte Leckagepfad wird dann unter Druck mit einem Dichtmittel gefüllt. Im nächsten Schritt wird die verbleibende Dichtung von inneren Durchgängen, Zapfen, Taschen und anderen Stellen, an denen Dichtmittel unerwünscht ist, entfernt. Anschließend muss das Teil aushärten, wobei die Dichtung im Leckagekanal mit heißem Wasser polymerisiert.

Eine Fallstudie zeigt, dass moderne Vakuumimprägniersysteme die Effizienz von Fertigungsunternehmen steigern können. So erzielte ein Hersteller von Druckluftbrems- und Zugsteuerungssystemen mit dem High Value Low Volume (HVLV)-System von Godfrey & Wing in nur einem Monat positive Ergebnisse. Das System arbeitet nach dem Dry Vacuum and Pressure (DVP)-Verfahren und führte dazu, dass der Ausschuss durch Porosität mittels HVLV mit einer FTT-Rate von mehr als 99 % praktisch eliminiert wurde. Darüber hinaus konserviert die Zentrifuge des Systems überschüssiges Dichtungsmittel und verhindert, dass es in die Waschanlage geschleppt wird, was den Wasserverbrauch um 40 % reduziert. Durch die Integration des Systems mit der Dichtheitsprüfung werden die Fix-on-Fail-Teile von der Dichtheitsprüfung über ein Förderband angeliefert. Anschließend werden sie über ein Ausgangsförderband zum nächsten Bearbeitungsschritt weitergeleitet.

Oberflächenbehandlung

Bei der Oberflächenqualität von Gussteilen stellt die Beständigkeit gegen äußere Einflüsse wie Korrosion und Verschleiß eine besondere Herausforderung dar. Je nach Art des Metalls können verschiedene Verfahren eingesetzt werden, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern und das Aussehen der Oberfläche zu verfeinern. Dazu gehören Entgratungsverfahren, bei denen scharfe Kanten, Ausfransungen oder Absplitterungen entfernt werden. Der Trend geht zu speziellen Bürsten, die die Verfahren optimieren. So bietet der Hersteller Kullen-Koti gedrehte Innenbürsten und Alpha-Honbürsten zum Entgraten, Verrunden und Glätten von schwer zugänglichen Stellen bei der Innenbearbeitung von Bauteilen an. Erstere ermöglicht die Bearbeitung von Bohrungen und Innengewinden, das Entgraten und Glätten von Kanten an O-Ring-Nuten, Querbohrungen sowie das Reinigen, Entrosten und Entzundern von Rohren. Die zweite Bürstenvariante ist ebenfalls für viele Entgratungsaufgaben geeignet und bietet ein elastisches Werkzeug, dessen Schleifbesatz mit in Kunstharz eingebetteten Schleifkugeln an den Borstenspitzen gute Ergebnisse liefern kann.

Um bei Gussteilen eine glatte Oberfläche zu erreichen, wird häufig ein Verfahren eingesetzt, das als leichtes Schleifen bezeichnet wird. Die Teile werden in einem mit Schleifspänen gefüllten Rütteltank geschüttelt. Auf diese Weise schleifen, entgraten und verrunden sich die Teile gegenseitig. So entsteht in kurzer Zeit eine hohe Oberflächenqualität.

Weitere Techniken, die optimalen Korrosionsschutz bieten und Farb- und Glanzeffekte erzeugen, sind das Eloxieren, Galvanisieren oder Pulverbeschichten von Metall. Lesen Sie hier mehr über Beschichtungs- und Oberflächentechniken.

Autoren

Nicole Kareta