Gusseisen, Stahlguss, Aluminiumlegierungen und Kupferlegierungen gehören zu den Metallen, die beim Sandguss am häufigsten verwendet werden. Jedes dieser Metalle bietet unterschiedliche Eigenschaften für Bauteile wie Maschinenfundamente, Pumpengehäuse, Ventilkörper und Leichtbauhalterungen. Neben dem Metall selbst sind für das Verfahren auch Sand, Bindemittel und andere Formmaterialien erforderlich, um das Bauteil zu formen und dem Gießvorgang standzuhalten.
Gängige Metalle im Sandgussverfahren
Das Sandgussverfahren eignet sich für eine Vielzahl von Eisen- und Nichteisenmetallen, darunter Gusseisen, Stahlguss, Aluminiumlegierungen und Kupferlegierungen. Auch Magnesium, Zink sowie bestimmte Nickel- und Titanlegierungen können im Sandgussverfahren gegossen werden, wobei für einige davon spezielle Formmaterialien, Schmelzanlagen und Prozesssteuerungen erforderlich sind.
Gusseisen
Gusseisen wird aufgrund seiner Gießbarkeit, Schwingungsdämpfung und Bearbeitbarkeit häufig im Sandgussverfahren eingesetzt. Zu den typischen Anwendungsbereichen zählen Maschinenfundamente, Pumpengehäuse, Getriebegehäuse und mechanische Halterungen. Gängige Sorten sind Grauguss, duktiler Guss, Temperguss und Kompaktgraphitguss. Zu den repräsentativen Güteklassen gehören ASTM A48 Klasse 30 und ASTM A536 65-45-12.
Stahlguss
Stahlguss bietet Festigkeit und Zähigkeit für mechanische Bauteile, die hohen Belastungen und Stößen ausgesetzt sind. Das Sandgussverfahren wird zur Herstellung von industriellen Ventilkörpern, Halterungen für Schwermaschinen, tragenden Verbindungselementen und großen Strukturgussteilen eingesetzt. Zu den gängigen Werkstoffklassen zählen Kohlenstoffstahl, niedriglegierter Stahl, Edelstahl und hitzebeständiger Stahl. Zu den repräsentativen Güteklassen gehören ASTM A216 WCB und ASTM A27 Grade 70-36.
Aluminium-Legierungen
Aluminiumlegierungen verbinden eine geringe Dichte mit guter Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit, wodurch sie sich für leichte Industriekomponenten eignen. Im Sandgussverfahren lassen sich Gerätegehäuse, Pumpengehäuse, Konstruktionshalterungen und Teile mit komplexen inneren Kanälen herstellen. Zu den gängigen Legierungsgruppen zählen Aluminium-Silizium-, Aluminium-Kupfer- und Aluminium-Magnesium-Legierungen. Zu den repräsentativen Güteklassen gehören A356.0, 319.0 und 356.0.
Kupfer-Legierungen
Kupferlegierungen zeichnen sich durch eine gute Korrosionsbeständigkeit aus, während ausgewählte Sorten zudem Verschleißfestigkeit, Wärmeleitfähigkeit und nützliche mechanische Eigenschaften bieten. Zu den typischen Sandgussprodukten zählen Ventilkörper, Pumpengehäuse, Buchsen, Lager und andere Industriekomponenten. Zu den gängigen Kategorien zählen Zinnbronze, Aluminiumbronze und Messing. Zu den repräsentativen Sorten gehören C83600, C95400 und C87500.
Magnesium-Legierungen
Magnesiumlegierungen zeichnen sich durch eine geringe Dichte und ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis aus, wodurch sie sich für leichte Gehäuse und Strukturbauteile eignen. Das Sandgussverfahren wird für Gehäuse von Luft- und Raumfahrtgeräten, mechanische Halterungen und andere gewichtskritische Teile verwendet, erfordert jedoch spezielle Maßnahmen zum Schutz der Schmelze. Zu den gängigen Legierungsgruppen zählen Magnesium-Aluminium-Zink-, Magnesium-Zink-Seltenerd- sowie Magnesium-Seltenerd-Legierungen. Zu den repräsentativen Sorten gehören AZ91E, ZE41A und WE43.
Zink-Legierungen
Zinklegierungen zeichnen sich durch relativ niedrige Schmelztemperaturen, gute Fließfähigkeit und gute Zerspanbarkeit aus. Obwohl sie hauptsächlich im Druckgussverfahren eingesetzt werden, können ausgewählte Legierungen auch im Sandgussverfahren zur Herstellung von mechanischen Bauteilen, Zierteilen und Kleinserien verwendet werden. Zu den gängigen Kategorien zählen Zink-Aluminium- und Zink-Aluminium-Kupfer-Legierungen. Bestimmte ZA-Legierungen, darunter ZA-12 und ZA-27, eignen sich für den Sandguss.
Nickelbasislegierungen
Legierungen auf Nickelbasis bieten Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit für die chemische Verarbeitung, Energieanlagen und andere anspruchsvolle industrielle Anwendungen. Ausgewählte Legierungen können im Sandgussverfahren zu Pumpengehäusen, Ventilgehäusen und hitzebeständigen Bauteilen gegossen werden, erfordern jedoch eine sorgfältige Kontrolle der Schmelzbedingungen und der Formmaterialien. Zu den gängigen Gruppen zählen Nickel-Chrom-, Nickel-Chrom-Molybdän- und Nickel-Kupfer-Legierungen. ASTM A494 CW-12MW ist eine repräsentative Gusssorte.
Titanlegierungen
Titanlegierungen zeichnen sich durch ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht sowie eine gute Korrosionsbeständigkeit aus und finden Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, der chemischen Verarbeitung sowie bei Spezialindustrieanlagen. Ausgewählte Legierungen können mithilfe spezieller Sandformverfahren zu Pumpengehäusen, Ventilgehäusen und komplexen Strukturbauteilen gegossen werden. Hierfür sind spezielle feuerfeste Formmaterialien sowie Schmelzanlagen mit Vakuum- oder kontrollierter Atmosphäre erforderlich. Zu den gängigen Kategorien zählen Alpha-, Alpha-Beta- und Beta-Titanlegierungen, wobei Ti-6Al-4V eine repräsentative Sorte darstellt.
Welche Materialien werden für den Sandguss benötigt?
Neben dem zu gießenden Metall werden beim Sandguss Modelle, Formsand, Bindemittel, Zusatzstoffe und Gießereibeschichtungen benötigt. Die Modelle legen die äußere Form des Gussteils fest, während Sandformen und Sandkerne den Hohlraum bilden, in den das geschmolzene Metall eingefüllt wird. Bindemittel, Zusatzstoffe und Beschichtungen tragen dazu bei, das Formverhalten und die Gussqualität zu steuern.
Muster und Kerne
Die Modelle bilden den äußeren Formhohlraum im Sand und bestehen in der Regel aus Holz, Kunststoff oder Metall. Holzmodelle eignen sich für Einzelgussstücke und kleine Serien, Kunststoffmodelle bieten eine gute Maßhaltigkeit, und Metallmodelle sind für die Serienfertigung geeignet. Teile mit inneren Durchgängen oder komplexen Hohlräumen erfordern zudem Sandkerne, die in der Regel aus Sand und einem Bindemittel unter Verwendung von Kernkästen hergestellt werden. Sobald die Modelle und Kerne fertig sind, wird der Herstellung von Sandgussformen Dazu gehören das Einfüllen und Verdichten des Sandes, das Entfernen des Modells, das Einsetzen der Kerne und der Zusammenbau der Form.
Basissand
Basissand ist das Hauptmaterial für die Herstellung von Formen und Kernen. Er muss geeignete Feuerfestigkeit, Durchlässigkeit und Korneigenschaften aufweisen. Quarzsand ist die am häufigsten verwendete Variante, da er leicht verfügbar und relativ kostengünstig ist. Chromit-, Zirkon- und Olivinsand kommen zum Einsatz, wenn spezifische Anforderungen an Feuerfestigkeit, Wärmeausdehnung oder Beständigkeit gegen das Eindringen von Metall deren Verwendung rechtfertigen.
Ordner
Bindemittel halten die Sandkörner zusammen, damit Formen und Kerne während des Formens, der Handhabung und des Gießens eine ausreichende Festigkeit behalten. Zu den gängigen Bindemitteln zählen Bentonit, Furanharz, Phenolharz und Natriumsilikat. Bentonit wird hauptsächlich in Grünsand verwendet, während Harze und Natriumsilikat üblicherweise in chemisch gebundenen Formen und Kernen zum Einsatz kommen. Diese unterschiedlichen Bindeverfahren bilden die Grundlage für Drei gängige Sandformverfahren: Grünsand, Natriumsilikatsand und Furanharzsand.
Zusatzstoffe
Zusatzstoffe verändern bestimmte Eigenschaften des Sandes, um das Anhaften zu verringern, die Gussoberflächen zu verbessern oder das Formverhalten anzupassen. Zu den gängigen Beispielen zählen Kohlenstaub, Stärke und Materialien auf Zellulosebasis. Kohlenstaub wird hauptsächlich zur Verbesserung der Oberflächenqualität von Eisengussteilen eingesetzt, während Additive auf Stärke- und Zellulosebasis je nach Rezeptur Eigenschaften wie Zähigkeit, Formbarkeit und Zusammenfallbarkeit verbessern können.
Gießereibeschichtungen
Gießereibeschichtungen werden auf Form- oder Kernoberflächen aufgetragen, um eine feuerfeste Barriere zu schaffen, die dazu beiträgt, das Eindringen von Metall, das Anhaften sowie andere Oberflächenfehler zu reduzieren. Zu den gängigen feuerfesten Füllstoffen zählen Zirkonmehl, Aluminiumoxid und Graphit. Zirkonmehl und Aluminiumoxid bieten feuerfesten Schutz, während Graphit nützliche Trenneigenschaften aufweist und in ausgewählten Formbeschichtungen für Eisengussstücke verwendet wird.
Anwendungsbereiche des Sandgusses
Beim Sandguss werden Bauteile aus Gusseisen, Stahlguss, Aluminiumlegierungen und anderen Metallen hergestellt. Zu den gängigen Produkten zählen Motorblöcke, Pumpengehäuse, Ventilkörper und Maschinenbetten. Das Verfahren eignet sich besonders für große Bauteile, komplexe Innengeometrien und kleinere Serien.
- Automobil- und Transportwesen: Zu den typischen Bauteilen zählen Motorblöcke, Zylinderköpfe, Getriebegehäuse und Bremstrommeln. Sandkerne bilden Kühlkanäle, Ölkanäle und andere innere Hohlräume.
- Industriemaschinen: Zu den gängigen Produkten zählen Maschinenbetten, Gerätefundamente, Getriebegehäuse und Lagergehäuse. Große Maschinenbetten und Fundamente aus Gusseisen nutzen die schwingungsdämpfenden Eigenschaften des Materials, um eine stabile Abstützung der Anlagen zu gewährleisten.
- Pumpen und Ventile: Das Sandgussverfahren wird für Pumpengehäuse, Pumpendeckel, Ventilgehäuse und Laufräder verwendet. Es eignet sich für interne Strömungskanäle und komplexe Gehäuse, wobei Dichtflächen und Anschlussvorrichtungen nachträglich bearbeitet werden.
- Energie- und Stromversorgungsanlagen: Zu den Anwendungsbereichen zählen Turbinengehäuse, Gehäuse für Stromerzeugungsanlagen und große Tragkomponenten. Die Materialauswahl hängt von der Betriebstemperatur, den Belastungen und dem Einsatzmedium ab.
- Landwirtschafts- und Baumaschinen: Zu den typischen Bauteilen zählen Getriebegehäuse, Radnaben, Ausgleichsgewichte und Halterungen, wobei die Werkstoffe so ausgewählt werden, dass sie den Anforderungen hinsichtlich Tragfähigkeit, Verschleißfestigkeit und Maßhaltigkeit entsprechen.
Schlussfolgerung
Beim Sandguss werden Sandformen und -kerne verwendet, um die äußere Form und die inneren Hohlräume von Bauteilen wie Motorblöcken, Pumpengehäusen, Ventilkörpern und Maschinenbetten zu formen. Dieses Verfahren eignet sich für verschiedene Metalle, Bauteilgrößen und Produktionsmengen, wobei die Gussqualität von der Kontrolle während des gesamten Prozesses – vom Formen über die Kernherstellung bis hin zum Gießen und Abkühlen – abhängt. Bauteile mit engeren Maßanforderungen benötigen entsprechende Bearbeitungszugaben, damit sie gemäß den Zeichnungsvorgaben fertigbearbeitet werden können.
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