Porosität in Aluminiumgussteilen: Ursachen, Erkennung und Tipps zur Vorbeugung

Schwindungsporosität entsteht beim Erstarren und Zusammenziehen von Aluminiumlegierungen, wodurch Material aus dickeren Bereichen herausgezogen wird:

• Unzureichende Speisung : Fehlende oder unzureichende Steigrohrkonstruktion oder zu geringer Druck während der Erstarrung
• Ungleichmäßige Wandstärke : Dickere Bereiche kühlen langsamer ab als dünnere, wodurch innere Hohlräume entstehen.
• Niedriger Metalldruck : Unzureichender Verdichtungsdruck kann die Volumenschrumpfung nicht ausgleichen.
• Vorzeitige Angussverfestigung : Angüsse, die vor dem Gussteil erstarren, verhindern eine ordnungsgemäße Druckbeaufschlagung.

• Mangelhafte Temperaturkontrolle : Sowohl die Werkzeugtemperatur als auch die Temperatur des geschmolzenen Metalls beeinflussen die Porosität erheblich.
• Suboptimales Angussdesign : Ungeeignete Kanal- und Angusskonfigurationen erzeugen Totzonen und Turbulenzen.
• Legierungszusammensetzung : Bestimmte Aluminiumlegierungen, insbesondere solche mit hohem Siliziumgehalt, weisen unterschiedliche Schrumpfungseigenschaften auf.

Das Verständnis der spezifischen Defektmorphologie hilft bei der Ursachenanalyse:

• Makroporosität : Mit bloßem Auge sichtbar, typischerweise >0,5 mm Durchmesser
• Mikroporosität : Mikroskopische Hohlräume unter der Oberfläche, die nur mittels Röntgen- oder Computertomographie nachweisbar sind.
• Blindporosität : Nur auf einer Seite zur Oberfläche hin offen
• Durch Porosität : Schafft einen vollständigen Durchgang durch die Gusswand
• Wasserstoffporosität : Runde, glattwandige Poren aus gelöstem Wasserstoff

• Querschnittsanalyse : Metallographische Präparation und mikroskopische Untersuchung
• Dichtemessung : Der Vergleich der tatsächlichen mit der theoretischen Dichte gibt den Gesamtporositätsanteil an.
• Zugversuch : Porosität verringert die Zugfestigkeit und Dehnung.

• Querschnittsanalyse : Metallographische Präparation und mikroskopische Untersuchung
• Dichtemessung : Der Vergleich der tatsächlichen mit der theoretischen Dichte gibt den Gesamtporositätsanteil an.
• Zugversuch : Porosität verringert die Zugfestigkeit und Dehnung.

Erweiterte Qualitätssicherung

• Prozessüberwachungssysteme : Echtzeit-Schusskurvenanalyse und Wärmebildgebung
• Gießsimulationssoftware : MAGMASOFT®, FLOW-3D® sagen Porositätsstellen vor der Produktion voraus.
• Statistische Prozesskontrolle (SPC) : Verfolgung von Porositätstrends über Produktionschargen hinweg

Optimierung in der Entwurfsphase

• Gleichmäßige Wandstärke : Gleichmäßige Querschnitte beibehalten (idealerweise 2-4 mm für die meisten Anwendungen).
• Strategische Rippenplatzierung : Rippen zur Verstärkung nutzen, ohne dicke, zum Schrumpfen neigende Abschnitte zu erzeugen.
• Richtiger Entformungswinkel : Für ein problemloses Auswerfen und eine geringere Schmiermittelansammlung einen Entformungswinkel von 1-3° gewährleisten.
• Scharfe Ecken minimieren : Abgerundete Ecken fördern einen besseren Metallfluss und reduzieren Turbulenzen.

Prozessparametersteuerung

• Vakuumunterstütztes Druckgießen : Reduziert den Kavitätsdruck auf 50-100 mbar und beseitigt so die Gasporosität.
• Druckgießen : Wendet während der Erstarrung hohen Druck an, um Schwindungsporosität zu eliminieren.
• Optimierte Spritzprofile : Mehrphasen-Injektion mit kontrollierten Geschwindigkeiten (langsamer Schuss 0,3-0,5 m/s, schneller Schuss 2-5 m/s)
• Temperaturmanagement : Die Werkzeugtemperatur sollte zwischen 200 und 250 °C liegen, die Gießtemperatur des Metalls ist abhängig von der Legierung.
• Ordnungsgemäße Entlüftung : Entlüftungsblöcke, Vakuumventile und Überlaufrillen mit einer Dicke von 0,1–0,3 mm

Material- und Ausrüstungsüberlegungen

• Entgasungsbehandlung : Rotationsentgasung mit Argon/Stickstoff reduziert den Wasserstoffgehalt auf <0,2 cm³/100 g Al
• Legierungsauswahl : A380, ADC12 und ALSi10Mg bieten gute Gießbarkeit mit kontrollierter Erstarrung
• Beschichtung von Werkzeugen : Automatisierte Sprühsysteme gewährleisten eine gleichmäßige und minimale Beschichtungsdicke.
• Regelmäßige Werkzeugwartung : Saubere Entlüftungsöffnungen und Hohlräume verhindern Gaseinschlüsse.

Fortschrittliche Fertigungslösungen

• Halbfestes Gießen (Thixocasting) : Reduzierte Schmelztemperatur verringert die Gaslöslichkeit und die Schrumpfung
• Hochvakuumsysteme : Erreichen von Hohlraumdrücken unter 50 mbar für Strukturbauteile
  
• Echtzeit-Röntgenrückmeldung : Geschlossene Regelsysteme passen Parameter anhand von Echtzeit-Porositätsdaten an.

Die Porosität beeinflusst kritische Eigenschaften direkt:

• Strukturbauteile für Kraftfahrzeuge : Erfordern gemäß ASTM E505-Normen eine Porosität von <2 %; entscheidend für die Crashsicherheit
• Komponenten für die Luft- und Raumfahrt : Erfordern häufig eine 100%ige Röntgenprüfung mit strengen Akzeptanzkriterien gemäß AMS 2175.
• Medizinprodukte : Erfordern Dichtheit und Biokompatibilität; typischerweise wird Vakuumgussverfahren vorgeschrieben.
• Elektronikgehäuse : Für Schutzart IP67 sind druckdichte Gehäuse erforderlich; Gasdichtheitsprüfung zwingend vorgeschrieben.

Die Beseitigung von Porosität in Aluminiumgussteilen erfordert umfassendes Fachwissen in den Bereichen Werkzeugkonstruktion, Verfahrenstechnik, Materialwissenschaft und Qualitätssicherung. Das Verständnis der Ursachen und Präventionsmethoden ist zwar entscheidend, doch die konsistente Umsetzung dieser Lösungen über verschiedene Produktionschargen hinweg erfordert Spezialausrüstung, strenge Prozesskontrolle und fundierte Fertigungserfahrung.

Für Unternehmen, die kundenspezifische Aluminium-Druckgussdienstleistungen von ausländischen Anbietern beziehen, sollte die Bewertung der Porositätskontrolle eines Partners ein vorrangiges Auswahlkriterium sein. Achten Sie auf Hersteller, die in Vakuum-Druckgusstechnologie, Echtzeit-Prozessüberwachung, umfassende zerstörungsfreie Prüfverfahren und robuste Qualitätsmanagementsysteme investieren, die nach IATF 16949 oder ISO 9001 zertifiziert sind.

Als ISO-zertifizierter Hersteller von Präzisions-Aluminiumgussteilen für den nordamerikanischen, europäischen und australischen Markt sind wir auf Lösungen mit geringer Porosität für anspruchsvolle Anwendungen spezialisiert. Unsere Produktionsstätte verfügt über Hochvakuum-Druckgussanlagen, eine hauseigene Röntgenprüfung und die Prozesssimulationssoftware MAGMASOFT®, um höchste Qualität zu gewährleisten.

Porenfreie Aluminiumgussteile, die höchsten Ansprüchen genügen. Von der Prototypenentwicklung bis zur Serienfertigung bieten wir umfassende , kundenspezifische Aluminiumgusslösungen mit vollständiger Materialrückverfolgbarkeit und PPAP-Dokumentation.

Kontaktieren Sie noch heute unser Ingenieurteam, um Ihre Anforderungen an Ihr Aluminiumgussprojekt zu besprechen und zu erfahren, wie unsere fortschrittlichen Methoden zur Porositätskontrolle die Qualität und Leistungsfähigkeit Ihrer Bauteile sicherstellen können.