Der Schwerkraftdruckguss ist ein weit verbreitetes Verfahren im Gussbereich. Vor Beginn eines Gussprojekts stellt die Materialauswahl oft eine der ersten Herausforderungen dar. Welche Werkstoffe eignen sich für den Schwerkraftdruckguss?
Heute werden wir uns mit den Materialeigenschaften und Anwendungsbereichen verschiedener Aluminiumlegierungen befassen, die für den Schwerkraftdruckguss geeignet sind.
Aluminium-Silizium-Legierungen für den Schwerkraftdruckguss
Die meisten Aluminiumlegierungen, die üblicherweise im Schwerkraftdruckguss verwendet werden, gehören zur Familie der Aluminium-Silizium-Gusslegierungen. Der Grund dafür, dass sich diese Werkstoffe für den Schwerkraftdruckguss eignen, liegt vor allem in den durch Silizium bedingten Guss-Eigenschaften.
Silizium kann die Fließfähigkeit von geschmolzenem Aluminium verbessern, wodurch das flüssige Metall die Metallform leichter ausfüllen kann. Beim Schwerkraftdruckguss, bei dem das Gewicht des geschmolzenen Metalls selbst für die Formfüllung sorgt, ist die Fließfähigkeit von großer Bedeutung. Verfügt das Material nicht über eine ausreichende Fließfähigkeit, kommt es in dünnwandigen Bereichen, an Stegen, in Ecken oder an den äußeren Enden der Form häufiger zu Läufern, Kaltstellen oder unvollständigen Profilen.
Obwohl Aluminium-Silizium-Legierungen eine gute Fließfähigkeit und Gießformbarkeit aufweisen, kann es bei Bauteilen mit deutlichen Wanddickenunterschieden oder höheren Anforderungen an die anschließende Bearbeitung dennoch zu einer unzureichenden Zufuhr während der Erstarrung, zu innerer Schrumpfporosität oder zu nach der Bearbeitung sichtbar werdenden Fehlern kommen.
Unter den Aluminium-Silizium-Legierungen enthalten einige Sorten auch Magnesium, wodurch Aluminium-Silizium-Magnesium-Aluminiumgusslegierungen entstehen, wie beispielsweise A356, A357, LM25, ZL101A und ZL104. Magnesium dient nicht dazu, die Fließfähigkeit zu verbessern, sondern das Verhalten des Werkstoffs bei der Wärmebehandlung zu optimieren. Nach einer ordnungsgemäßen Wärmebehandlung weisen diese Aluminiumlegierungen eine höhere Festigkeit, Härte und Maßhaltigkeit auf.
Eigenschaften und Anwendungen von Gesteinsarten
Die Auswahl von Aluminiumlegierungen für den Schwerkraftdruckguss hängt in der Regel von der Festigkeit, der Zähigkeit, der Druckdichtheit, der Maßhaltigkeit, den Anforderungen an die Bearbeitbarkeit und dem Kostenziel des Bauteils ab. Verschiedene Legierungssorten eignen sich für unterschiedliche Einsatzbedingungen, und es gibt kein absolut universelles Material.
Entsprechend den Leistungsanforderungen und Anwendungsszenarien gängiger Industrieteile lassen sich die üblicherweise für den Schwerkraftdruckguss verwendeten Aluminiumlegierungen in die folgenden Kategorien einteilen.
A356 / A357: Gängige Aluminiumlegierungen für Hochleistungs-Schwerkraftdruckgussteile
Für Schwerkraftdruckgussteile, die eine relativ hohe Festigkeit, Zähigkeit und Stabilität erfordern, sind A356 und A357 typische Werkstoffe unter den Aluminium-Silizium-Magnesium-Legierungen.
A356 Es zeichnet sich durch gute Gießeigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und ein gutes Verhalten bei der Wärmebehandlung aus. Nach einer T6-Wärmebehandlung erreicht seine Zugfestigkeit in der Regel mehr als 240 MPa, die Streckgrenze mehr als 180 MPa und die Dehnung 8%–9%. Es eignet sich für Automobilräder, Teile des Fahrwerks, Motorgehäuse für Elektrofahrzeuge, Strukturteile für Roboterarme, Hochdruckventilkörper und andere Produkte.
A357 kann als Hochleistungsvariante von A356 angesehen werden. Es weist eine höhere Materialreinheit auf, und seine Zugfestigkeit im T6-Zustand kann mehr als 350 MPa erreichen. Es eignet sich besser für Strukturbauteile in der Luft- und Raumfahrt sowie für andere Industriebauteile, an die höhere Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, Zähigkeit und Zuverlässigkeit gestellt werden.
Es ist zu beachten, dass für die Werkstoffe A356 und A357 höhere Anforderungen an den Wärmebehandlungsprozess gestellt werden. Die Parameter für die Lösungsglühung, das Abschrecken und das Auslagern müssen streng kontrolliert werden. Bei Rädern, dickwandigen Bauteilen oder Konstruktionen mit offensichtlichen lokalen Heißstellen müssen zudem Schrumpfhohlräume, Schrumpfporosität und andere innere Fehler während des Schwerkraftdruckgussverfahrens kontrolliert werden.
ZL104: Eine Aluminiumlegierung, die Maßhaltigkeit und Festigkeit in Einklang bringt
Für Schwerkraftdruckgussteile mit komplexen Formen und hohen Anforderungen an Maßgenauigkeit und Druckdichtheit ist ZL104 eine in Betracht zu ziehende Werkstoffwahl.
ZL104, auch bekannt als ZAlSi9Mg, ist eine Aluminium-Silizium-Magnesium-Mangan-Aluminiumgusslegierung gemäß der chinesischen Norm. Sie zeichnet sich durch gute Gießeigenschaften, geringe lineare Schrumpfung, geringe Neigung zu Heißrissen und gute Druckdichtheit aus. Sie eignet sich für dünnwandige Teile, komplexe Strukturteile sowie mittelgroße bis große Gussteile aus Aluminiumlegierungen.
Was die Festigkeit betrifft, lässt sich ZL104 durch Wärmebehandlung verstärken, und seine Festigkeit ist in der Regel höher als die gängiger Aluminium-Silizium-Legierungen wie ZL101 und ZL102. Nach einer T6-Wärmebehandlung erreicht seine Zugfestigkeit in der Regel mehr als 230–240 MPa, und seine Härte kann mehr als 70 HB betragen.
Der Vorteil von ZL104 liegt in seiner guten Formstabilität. Die Teile neigen weniger dazu, bei langfristigem Einsatz oder unter Temperatureinflüssen deutliche Verformungen aufzuweisen. Daher wird es häufig für Hydraulikpumpengehäuse, Motoransaugrohre, Kurbelgehäuse, Zylinderköpfe, Zylinderblöcke, große Kastenformgussteile, Schiffsbauteile, Baumaschinenkomponenten und andere Produkte verwendet.
Es ist zu beachten, dass ZL104 nicht für den Langzeitbetrieb bei Betriebstemperaturen über 200 °C geeignet ist. Gleichzeitig neigt diese Legierung deutlich dazu, Gas aufzunehmen, und ist anfällig für Nadellochfehler. Während des Schmelz- und Gießvorgangs sollten Raffinierung und Entgasung ordnungsgemäß durchgeführt und ein gleichmäßiger Fluss der Schmelze gewährleistet werden.
LM25 / ZL101A: Bewährte Lösungen für konventionelle industrielle Schwerkraftgussteile
Für industrielle Schwerkraftgussteile, bei denen keine extremen Leistungsanforderungen bestehen, sondern ausgereifte, zuverlässige Werkstoffe und kontrollierbare Kosten gefragt sind, sind LM25 und ZL101A relativ sichere Wahlmöglichkeiten.
LM25 ist eine gängige Aluminiumgusslegierung gemäß der britischen Norm BS 1490, während ZL101A eine verbesserte Aluminium-Silizium-Magnesium-Legierung ist, die in der chinesischen Norm weit verbreitet ist. Beide gehören zu den wärmebehandelbaren Al-Si-Mg-Legierungen und vereinen gute Gießeigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und technische Eignung.
Die Vorteile von LM25 liegen in seinem ausgereiften Herstellungsverfahren, seiner guten Korrosionsbeständigkeit und seiner stabilen Anwendbarkeit. Es wird häufig für Gehäuse in der Automobilindustrie, Pumpengehäuse, Gussteile für die Schifffahrt, Teile für Lebensmittelanlagen und allgemeine Konstruktionsteile verwendet. ZL101A kann als hochwertige, verbesserte Version von ZL101 angesehen werden. Seine Zusammensetzung und seine Eigenschaften entsprechen weitgehend denen von A356, und es zeichnet sich durch gute Gießeigenschaften, Bearbeitbarkeit und Druckdichtheit aus. Es eignet sich für Automobilräder, Pumpengehäuse, Gehäuse, Schiffsgussteile und Strukturteile für Fahrzeuge mit alternativen Antrieben.
Bei der Werkstoffauswahl eignet sich LM25 besser für herkömmliche Industrieteile, bei denen Korrosionsbeständigkeit, Prozessstabilität und Kostenkontrolle gefragt sind. ZL101A eignet sich besser für Gussteile aus Aluminiumlegierungen, bei denen höhere Anforderungen an Festigkeit, Druckdichtheit, Mikrostrukturqualität und Stabilität bei der anschließenden Bearbeitung gestellt werden.
Es ist zu beachten, dass die Gießtemperatur von LM25 beim Schwerkraftguss kontrolliert werden sollte, um eine erhöhte Porosität und verminderte mechanische Eigenschaften zu vermeiden. Bei ZL101A müssen Schrumpfporen, Nadellöcher und Oxideinschlüsse kontrolliert werden. Während des Schmelzvorgangs sollten das Läutern und die Entgasung ordnungsgemäß durchgeführt und ein gleichmäßiger Fluss der Schmelze gewährleistet werden.
ADC12 / A380: Alternative Aluminiumlegierungen, die ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Kosten und Gießbarkeit bieten
Bei Bauteilen aus Aluminiumlegierungen, bei denen der Schwerpunkt verstärkt auf Kostenkontrolle, komplexen Formen und Umformeffizienz liegt, können ADC12 und A380 als alternative Werkstoffe zur Bewertung herangezogen werden. Sie werden jedoch häufiger im Hochdruckguss eingesetzt. Bei der Verwendung im Schwerkraftguss muss ihre Eignung anhand der Leistungsanforderungen und des Fehlerrisikos geprüft werden.
ADC12 und A380 gehören beide zur Familie der Al-Si-Cu-Aluminiumgusslegierungen. Sie zeichnen sich durch gute Fließfähigkeit und Gießformbarkeit aus und eignen sich für Bauteile aus Aluminiumlegierungen mit komplexen Strukturen und großen Wanddickenunterschieden. Sie werden häufig in der Automobil- und Motorradindustrie, in der Elektronik- und Elektroindustrie, bei Kommunikationsgeräten, Beleuchtungszubehör sowie bei allgemeinen mechanischen Gehäusen eingesetzt.
Es ist zu beachten, dass ADC12 und A380 einen relativ hohen Kupfergehalt und eine relativ geringe Dehnung aufweisen. Ihre Formbarkeit, Druckdichtheit und Korrosionsbeständigkeit in bestimmten Umgebungen sind nicht so gut wie die von Al-Si-Mg-Legierungen wie A356, ZL101A und ZL104. Für druckbeaufschlagte Bauteile, sicherheitskritische Strukturteile oder Schwerkraftdruckgussteile, die in komplexen Umgebungen mit langfristiger Beanspruchung eingesetzt werden, sollten zunächst Werkstoffe geprüft werden, die für den Schwerkraftdruckguss besser geeignet sind.
MinHe Casting hilft Ihnen dabei, einen besser geeigneten Werkstoff zu finden
Von Hochleistungsvarianten wie A356 / A357 über die bewährten Anwendungen von ZL104 und ZL101A bis hin zu kostengünstigen Optionen wie ADC12 / A380 – verschiedene Aluminiumlegierungen eignen sich jeweils für bestimmte Bauteilkonstruktionen und Anwendungsbereiche.
MinHe Casting bietet Dienstleistungen im Bereich des Schwerkraft-Druckgusses von Aluminiumlegierungen an. Darüber hinaus können wir anhand von Kundenzeichnungen, Betriebsbedingungen und Kostenzielen Faktoren wie die Belastung der Bauteile, die Betriebstemperatur, die Druckdichtheit, die Maßgenauigkeit, die Wärmebehandlung sowie die anschließende CNC-Bearbeitung analysieren. Dies hilft Ihnen dabei, einen besser geeigneten Aluminiumlegierungswerkstoff auszuwählen und Risiken hinsichtlich Fehlern und Leistung zu minimieren, die durch eine ungeeignete Werkstoffauswahl entstehen können.
