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Druckguss

Druckguss

Druckguss ist ein industrielles Gussverfahren zur Herstellung von Teilen und Produkten. Beim Druckguss wird die flüssige Schmelze einer Nichteisenmetall-Legierung unter hohem Druck von circa 10 bis 200 MPa und mit einer sehr hohen Geschwindigkeit von bis zu 120 m/s in eine Druckgussform (Gussform) gedrückt, wo sie dann erkaltet. Das Besondere am Druckgussverfahren ist, dass mit einer Dauerform, d.h. ohne Modell, gearbeitet wird. Dadurch fällt bei einer Serie gleicher Bauteile der Aufwand der Formherstellung nur einmal an und es wird eine hohe Mengenleistung erzielt, insbesondere bei einer Warmkammer-Druckgießmaschine (WKM), bei der sich der Schubzylinder ständig in der Schmelze befindet (nur bei sehr niedrigschmelzenden Metallen möglich). Die am häufigsten verwendeten Werkstoffe sind
- Aluminium (Aluminiumdruckguss),
- Zink (Zinkdruckguss) und
- Magnesium (Magnesiumdruckguss). Die im Druckgussverfahren benötigten Werkzeuge werden im Werkzeugbau respektive im Formenbau hergestellt. Als Werkstoff für die Gussformen verwendet man meistens Sonderwerkstoffe oder hochfeste Warmarbeitsstähle nach DIN EN ISO 4957, wie z. B.

Eigenschaften

Druckgießteile besitzen glatte, saubere Flächen und Kanten. Des Weiteren erlaubt dieses Verfahren geringere Wandstärken als andere Verfahren. Bei Zink zum Beispiel können die Teile eine Wandstärke von 1 mm und bei Aluminium von 1,4 mm, in Außnahmefällen sogar unter 1 mm haben. Die erreichbaren Toleranzen liegen bei ± 0,05 bis ± 0,15 mm, so dass auch von einem Genau- oder auch Fertigguss gesprochen wird. Bei großen Gussteilen benötigt man jedoch etwas größere Toleranzen. Dabei ist es möglich Teile aus anderen Werkstoffen, wie z.B. Buchsen, Gewindebolzen oder Stifte mit einzugießen. Innengewinde werden unmittelbar mit drehbaren Stahlkernen hergestellt, welche dann später wieder entfernt werden können. Im Gegensatz zu anderen Verfahren nennt man den Abguss hier „Schuss“. Es ist möglich bis zu 300 Schüsse pro Stunde durchzuführen. Je nach Gießwerkstoff beträgt die Standmenge der Formen bis 500 000 Schüsse. Bei Aluminium werden Standzeiten von ca. 100.000 Schuß erreicht. Lange galt Aluminium-Druckguss als nicht schweißgeeignet und nicht wärmebehandelbar. Inzwischen ist es in aufwendigen Untersuchungen gelungen, Aluminium-Druckguss jedoch schweißgeeignet und wärmebehandelbar herzustellen. Jedoch ist es für diese Eigenschaften notwendig, bei der Konstruktion die Anforderungen des Verfahrens zu berücksichtigen.

Geschichte

Das Druckgiessverfahren wurde Anfang des 20. Jahrhunderts in den USA unter dem Namen "Spritzguss" bekannt. Auch die Begriffe "Pressguss" und "Fertigguss" waren gebräuchlich. Heute wird nur noch die zutreffendste Bezeichnung "Druckguss" angewendet. Bekannte europäische Firmen, welche Druckgussmaschinen herstellen sind unter anderem die Müller Weingarten AG, Oskar Frech GmbH oder Bühler AG. Druckgussteile für Kunden werden zum Beispiel von DGS Druckguss Systeme AG hergestellt. Verchromungsfähiger Guss wird unter anderen von der Fa. Druckguss Westfalen Hergestellt.

Druckgießmaschine

Druckgießmaschinen bestehen aus einer Formschließeinheit, welche dem Öffnen und Schließen der Druckgießform dient. Weitere Bestandeile sind eine feste Maschinenplatte zur Aufnahme der feststehenden Eingießformhälfte und der Gießgarnitur, eine bewegliche Maschinenplatte zur Aufnahme der Auswerferformhälfte und einer Führungssäule, welche die Formschließeinheit auf nimmt, die Zuhaltekraft erzeugt und für die Führung der beweglichen Maschinenplatte sorgt. Das vakuumunterstützte Druckgießverfahren ermöglicht Werkstücke mit geringen oder keinen Gaseinschlüssen. Bei diesem Verfahren wird die Aluminium- oder Magnesiumschmelze mit Hilfe eines Vakuums, welches in der Form und Füllkammer erzeugt wird, dosiert. Die Dosierung wird hierbei über eine definierte Zeit bestimmt.

Schwindungsverhalten von Aluminium-Silizium-Schmelzen

Wenn man flüssiges Aluminium von etwa 700°C so in einen Formhohlraum gießt, dass die Form genau ausgefüllt ist, dann verringert sich das Volumen des Metalls bis auf Raumtemperatur aufgrund seiner Kontraktion um insgesamt etwa 13%. Von diesem Gesamtwert entfallen 0,5% auf die Flüssigkeits-, 7.5% auf die Erstarrungs- und 5% auf die Festkörperkonzentration. Dieses Volumendefizit von 13%, das bei Aluminium-Legierungen nicht viel geringer ist als bei Reinst-Metall, macht sich am erstarrenden Gussteil in Form vom Volumenfehlern bemerkbar. Diese Fehler treten neben der normalen Schwindung teils als Einfallstellen, teils als Makro-Lunker oder als Schwindungsporen auf. Die Schwindung kann sich in einer Druckgießform nicht so ungehindert vollziehen wie z. B. in einer Sandgussform. Der Ausdruck „Schwindung“ bedeutet in der Gießereitechnik außer einem Vorgang eine Maßgröße und zwar die prozentuale Maßabweichung des erkalteten Gussteils von den Abmessungen der Formfasson bei Betriebstemperatur. Die Schwindung kann sich in einer Druckgießform nicht so ungehindert vollziehen wie z. B. in einer Sandgussform. Ob nun eine Schwindung frei oder behindert erfolgen kann, hängt fast ausschließlich von der geometrischen Gestalt des Gussteiles ab. Es ist also möglich, Dass man an ein und dem selben Gussteil für viele Maße das heute allgemein übliche Schwindmaß von 0,5% anwenden kann, während für andere Bereiche 0,4% noch zuviel sein könnte. Die Formabmessungen sind unter Berücksichtigung anhand einer Schwindmaßzeichnung der betreffenden Druckgießlegierungen festzulegen. Schwindmaße für Druckguss

Einfluss der Legierungselemente in Aluminium-Gusslegierungen

Silizium (Si)

Gefüge

Aluminium bildet mit 12,5 % Silizium ein Eutektikum1, das bei 577 ° C schmilzt. Im Zweistoffsystem gibt es keine Verbindung zwischen Aluminium und Silizium. Die Löslichkeit von Silizium im festen Aluminium beträgt im Gleichgewicht bei 577 ° C 1,65 %, fällt bei 300 ° C auf 0,22 % und bei tieferen Temperaturen noch weiter ab. Hat eine Legierung mehr Silizium als der Löslichkeit entspricht, so enthält das Gefüge neben Aluminium-Mischkristallen auch Silizium-Kristalle. Wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit nicht besonders groß ist, erstarrt das Silizium im eutektischen Gemisch in Form von kantigen Kristallen, Nadeln und Platten. Diese Ausbildungsformen werden durch kleine Beimengungen von z. B.: Natrium, Strontium, Antimon oder Phosphor beeinflusst. Ähnliche Effekte bewirkt das Druckgießen aufgrund der schnellen Erstarrung. Eutektikum1 ist ein Gemisch von Legierungselementen, welches von allen möglichen Zusammensetzungen den niedrigsten Schmelzpunkt besitzt. Der eutektische Punkt, z. B.: einer Al-Si-Legierung, liegt bei 12,5 % und 577 ° C.

Gießeigenschaften

Je höher der Si-Gehalt, desto vorteilhafter wirkt er sich auf das Fließ- und Formfüllungsvermögen aus. Mit sinkendem Si-Gehalt wird das Fließvermögen schlechter.

Einfluss von Silizium auf das Speisungsverhalten

Mit steigendem Si-Gehalt, über 11 %, nimmt das Makro-Lunkervolumen stark zu. Das Einfallvolumen verläuft zum Makro-Lunkervolumen entgegengesetzt. Unter 9 % Si kommt es bei starkwandigen Teilen bevorzugt zu Sauglunkern. Die Speisungsmöglichkeiten von Makro-Lunkern sind bei Druckguss beschränkt (Vom Anschnitt liegende, dickwandige Gussteilbereiche bereiten einige Probleme, da Materialanhäufungen beim Schuss zuletzt gefüllt und zuletzt erstarren). Bei untereutektischen Legierungen macht sich Grobkorn infolge von Überhitzung durch Saugstellen bemerkbar. Eine naheutektische Schmelze (um ca. 11 % Si) verursacht stärkere Makro-Lunker. Eutektische und naheutektische Al Si-Schmelzen, die zu einem “körnigen“ oder “veredelten" Gefüge führen, erstarren unter Bildung einer Randschale (exogene Erstarrung), so dass diese Schmelzen nicht für Sauglunker anfällig sind.

Eisen (Fe)

Bei Druckguss wirkt sich ein höherer Fe-Gehalt positiv aus (z. B, Leg. EN AC-AlSi9Cu3(Fe) max. 1,2%), da es die Klebeneigung des Metalls an der Formoberfläche vermindert. Innerhalb der Toleranzgrenzen hat Eisen normalerweise keinen Einfluss auf die Gießeigenschaften. Unbeabsichtigte Erhöhung durch unsachgemäße Schmelz- oder Arbeitsweise in der Gießerei können zu Versprödung der Gussteile sowie zu unerwünschter Lunker-, Warmriss- oder Einfallstellenbildung führen. Bei niedrigen Warmhalte- und Gießtemperaturen treten oftmals Schwereseigerungen auf, die sich auf dem Boden des Ofens sammeln. Die Seigerungsprodukte bestehen aus Eisen, Mangan und Silizium. Die Härte von Seigerungsprodukten beträgt 500 - 1000 Vickers.

Kupfer (Cu)

Kupferzusätze vermindern die Erstarrungsschrumpfung. Dies hat zur Folge, dass kupferhaltige Al-Legierungen leichter druckdichte Gussstücke erlauben. Positiven Einfluss haben Cu-Zusätze auf Festigkeit und Bearbeitbarkeit. Kupfer vermindert die Korrosionsbeständigkeit.

Mangan (Mn)

Mangan-Zusatz von einigen zehntel % vermindert den nachteiligen Einfluss des Eisens auf Dehnung und Schlagfestigkeit. Treten jedoch Eisen und Mangan in höherem Gehalt auf, so können diese bei ungünstigen Schmelzbedingungen, z. B.: durch niedrige Warmhaltetemperaturen, zu harten Ausseigerungen führen.

Magnesium (Mg)

Bei gleichzeitiger Anwesenheit von Silizium, Kupfer oder Zink führt Magnesium zu einer Verbesserung der Bearbeitbarkeit infolge von Härtesteigerung. Magnesium hat keinen nachteiligen Einfluss auf das Korrosionsverhalten.

Nickel (Ni)

Wichtigster Vorteil der Nickel-Zusätze ist die Erhöhung der Warmfestigkeit. Insbesondere Kolben und Zylinderköpfe sind die Haupteinsatzgebiete der nickelhaltigen Al-Legierungen.

Zink (Zn)

Unterschiedlicher Gehalt an Zink im Rahmen der Toleranzgrenzen sind im allgemeinen ohne Einfluss. Im Druckguss wird der Zn-Gehalt zusammen mit Magnesium bei warmrissanfälligen Teilen gelegentlich eingeengt.

Titan (Ti)

Titan wird den Al-Legierungen hauptsächlich als Kornfeinungsmittel bis max. 0,15 % zugesetzt. Bei Sand- und Kokillengusslegierungen ist es kornfeinender Legierungsbestandteil.

Blei (Pb)

Blei liegt im festen Zustand ungelöst in Form feiner Tropfen vor. Innerhalb der Toleranzgrenzen (< 0,1 %) beeinflusst Pb die Legierungseigenschaften nicht merklich.

Zinn (Sn)

Sn scheidet sich bei einem Gehalt über 0,02 % entlang der Korngrenzen aus und hat bei Überschreitung der Normaltoleranz eine sehr nachteilige Auswirkung auf das Warmrissverhalten - vor allem bei Druckguss.

Siehe auch

- Spritzguss
- Thixo

Weblinks

- [http://www.alu-laufen.ch/index.php?lang=de&id=10 Aluminium Laufen AG] (Animation: Druckguss-Verfahren) Kategorie:Urformen

Industrie

Die Industrie (lat. industria - Betriebsamkeit, Fleiß) ist mit der größte Wirtschaftszweig in Deutschland und anderen deutschsprachigen Gebieten. Hier erfolgt die gewerbliche Verarbeitung von Materialien, deren ursprüngliche Form zur Bedarfsdeckung ungeeignet ist, zu Produktions- oder Konsumgütern. Allerdings ist im Sprachgebrauch inzwischen die genaue Abgrenzung verschwommen. So spricht man, obwohl eigentlich zum Dienstleistungsgewerbe gehörig, vielfach auch von der Fremdenverkehrsindustrie. Industrie ist
- neben Handwerk, Handel, Dienstleistung und Landwirtschaft die wichtigste Beschäftigungsform und ein bedeutender Wirtschaftssektor in modernen Zivilisationen.
- eine Bezeichnung für eine differenzierte Produktionsform (siehe auch: Industriezweige) mit einem hohen Grad an Mechanisierung und Automatisierung im Gegensatz zur handwerklichen Produktion
- eine populäre Bezeichnung für jede Art beruflicher Beschäftigung, die nicht vom Staat getragen ist.

Wichtige Industriezweige

Industrielle Fertigung geschieht weltweit in verschiedenartigen Industriezweigen. Nach der International Standard Industrial Classification (ISIC) der UNO werden Industriebetriebe gleicher oder ähnlicher Produktionsrichtungen wie folgt nach Industriezweigen gegliedert:

Andere vorhandene Industriezweige

- Bergbauindustrie
- Elektroindustrie
- Glasindustrie
- Pharmazeutische Industrie
- Schwerindustrie
- Filmindustrie und Musikindustrie

Siehe auch

- Organisationen:
- Industrie- und Handelskammer (IHK)
- Bundesverband der Deutschen Industrie (BDI)
- Bundesvereinigung der Deutschen Arbeitgeberverbände (BDA)
- (Industrie-)Gewerkschaften
- Stichworte:
- Industrialisierung
- Wirtschaft
- Altindustrie

Weblinks

- [http://www.destatis.de/themen/d/thm_prodgew.php Statistiken zur Industrie in Deutschland] ja:産業 simple:Industry Kategorie:Technik Kategorie:Wirtschaft Kategorie:Industrie

Gießen (Verfahren)

Gießen ist das vermutlich älteste Formgebungsverfahren Urformung. Dabei entsteht aus flüssigem metallischem Werkstoff nach dem Erstarren ein fester Körper bestimmter Form. Werkstücke werden gegossen, wenn ihre Herstellung durch andere Fertigungsverfahren unwirtschaftlich ist, nicht möglich ist oder besondere Eigenschaften des Gusswerkstoffs genutzt werden sollen. Gießverfahren sind besonders vorteilhaft einsetzbar für die Massenproduktion von Bauteilen aller Art sowohl einfacher wie auch komplizierter Gestalt; Die erreichbare Maßgenauigkeit der Gussstücke hängt wesentlich vom Gießverfahren ab. Passungen, Bohrungen, planebene Flächen und Gewinde müssen in der Regel durch spanende Nachbearbeitung hergestellt werden. Die Kosten für Modell- und Formenbau sind vergleichsweise hoch, die Herstellung der Gussstücke dagegen, abhängig von Gießverfahren und Stückzahlen, niedrig. Den Arbeitsort nennt man Gießerei, den/die Arbeiter/in Gießer/in, offiziell Gießereimechaniker/in. Die Ausbildungszeit beträgt 3,5 Jahre. Es werden hohe körperliche Anforderungen an die Arbeiter gestellt. Durch hohe Umweltauflagen werde viele Gießereien in z. B. Deutschland geschlossen und in Richtung Osten verlagert.

Gusswerkstoffe

Gusswerkstoffe sind im wesentlichen Eisen-Kohlenstoff-Verbindungen, Nichteisenmetalle wie Blei, Zinn, Zink, Nickel und ihren Legierungen und Leichtmetalle wie Aluminium, Magnesium und Titan und ihren Legierungen. Des weiteren können auch Formteile aus anderen giessbaren Werkstoffen bzw. Materialien, wie z.B. aus Kunststoffen und Keramiken, durch Gießen hergestellt werden. .

Schmelztechnik

Zur Herstellung des flüssigen Zustandes werden verschiedene Schmelz aggregate verwendet, z.B. Kupolöfen, Siemens-Martin-Öfen, Flamm- und Elektroöfen usw., die mit Gas, Öl oder elektrisch beheizt werden.

Form- und Gießtechnik

Beim Gießen werden die Gussformen thermisch und mechanisch so stark beansprucht, daß Gestalt- und Maßänderungen auftreten können, die bei der Form- und Gießtechnik vorausschauend zu berücksichtigen sind. Des weiteren ist bei Herstellung von Gießmodellen und metallischen Gussformen die spezifische Schwindung des vorgesehenen Gusswerkstoffes zu berücksichtigen, die bei der Gusskörperbildung beim Übergang von der flüssigen in die feste Werkstoffphase eintritt. Die Werkstoffeigenschaften der Gussstücke sind abhängig von der chemischen Zusammensetzung einerseites und des Gefüges im festen Zustand andererseits. Das entstehende Gefüge hängt ab von der Abkühlungsgeschwindigkeit und den während des Erstarrens herrschenden Bedingungen für Keimbildung und Kristallwachstum. Unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten in einem Werkstück sind abhängig von der Gestalt, insbesondere den Wanddicken. Um ein homogenes Gusskörpergefüge mit bestmöglichen mechanischen Eigenschaften sicherstellen zu können, muss eine gerichtete Erstarrung vom Kokillenende zum Einguss, dem Ort der letzten Erstarrung, sichergestellt sein. Dies wird in der Praxis mit einer Reihe sich ergänzender, erstarrungslenkender Maßnahmen erreicht, wie z.B. Zwangskühlung oder Heizung von Formpartien. Große Bedeutung kommt in diesem Zusammenhang einer sogenannten gießgerechten Konstruktion des Gussstückes zu. Deshalb ist im Vorfeld eine enge Zusammenarbeit zwischen Bauteilkonstrukteur und Gussfachmann erforderlich. Die Fertigungsverfahren des Gießens werden unterschieden nach der Modelleinrichtung, den Formstoffen, der Formherstellung und der Gießmethode. Hier wird das Gießen in zwei Gruppen unterteilt:

Guss in verlorener Form

Verlorene Formen werden meist aus Sand mit geeigneten Bindemitteln hergestellt. Zur Formgebung ist ein Modell erforderlich, ein Muster des herzustellenden Gussstücks, das zur Kompensation der Schwindung des Gusswerkstoffes bei Erstarrung und Abkühlung mit einem Aufmaß (Schwindmaß) hergestellt sein muss (siehe oben). Wie bei Formen unterscheidet man auch Dauermodelle und verlorene Modelle. Dauermodelle werden je nach Anforderung aus Kunststoff, Holz oder Metall hergestellt. Sie enthalten nicht nur das Abbild des Gussstücks, das gegossen werden soll, sondern auch den sog. "Anschnitt", das sind die Kanäle, durch die der Gusswerkstoff in die Form gefüllt und verteilt sowie durch die in der Form enthaltene Luft und beim Abguss entstehenden Gase abgeführt werden. Dauermodelle werden vom Formsand umgeben, der dann durch Rütteln und Pressen so verdichtet wird, dass er eigenstabil ist. In der Regel werden Gussstücke beidseitig geformt. Deshalb ist die Form geteilt in Unter- und Oberkasten, damit das Modell vor dem Abguss wieder entnommen werden kann. Das Modell darf deshalb keine Hinterschneidungen und muss sog. "Aushebeschrägen" (Formschrägen) haben, damit die Form bei der Entnahme des Modells nicht verletzt wird. Danach werden Ober- und Unterkasten wieder passgenau zusammengefügt und der flüssige Gusswerkstoff wird in die so entstandene Form gegossen. Die "Teilfuge" der Form kann man am fertigen Gussteil oft erkennen, da es dort entweder nachträglich bearbeitet wurde oder noch den Rest des "Grates" enthält. Die Bindemittel des Formsandes sind so ausgewählt, dass sie nach Möglichkeit durch die "Gießhitze" zerstört werden und die Form dadurch von selbst zerfällt, anderenfalls muss die Form mechanisch zerstört werden, um das Gussstück entnehmen zu können. Formstoffe mit ihren Bindemitteln sind heute so weit entwickelt, dass sie auch für höherschmelzende Metalle eingesetzt und wiederverwendet werden können. Verlorene Modelle dagegen werden vor dem Abguss der Form nicht entnommen, sie kann deshalb einteilig sein. Auch können hier Hinterschneidungen eingearbeitet sein und Aushebeschrägen sind nicht erforderlich. Die Modelle werden nach dem Eingießen des Gusswerkstoffs zerstört, indem sie entweder verdampfen, ausschmelzen oder sich anderweitig zersetzen (z. B. Polystyrol, Wachs etc.). Sie benötigen allerdings ein Vormodell oder einen Bearbeitungsschritt, da sie ebenfalls durch ein Formgebungsverfahren hergestellt werden. Nach der Art der Modelle wird das Gießen in verlorene Formen unterteilt in: - Gießen mit Dauermodellen
- Handformen,
- Maschinenformen
- Maskenformen
- Vakuumformen - Gießen mit verlorenen Modellen
- Feingießen
- Vollformgießen - Sondertechnologie mit verlorenen Modellen
- Bildgießerei

Gießen in Dauerformen

Mit den Dauerformen kann eine größere Anzahl an Gussteilen gefertigt werden, d.h. es wird nicht für jeden einzelnen Abguss eine Form erzeugt. Diese Formen bestehen meist aus metallischen, selten aus nichtmetallischen Werkstoffen. Hier unterteilt man nicht in die Art der Formen und deren Herstellungsvarianten, sondern in die Art der Formfüllung, wobei diese durch das Einwirken unterschiedlicher Kräfte (z.B. Schwerkraft, Druckkraft, Zentrifugalkraft, o.ä.) realisiert werden kann. Durch die ständig wiederkehrenden thermischen und mechanischen Beanspruchungen beim Abgießen muss der Werkstoff der Kokillen folgende Eigenschaften haben:
- ausreichend hoher Schmelzpunkt
- Temperaturbeständigkeit
- Geringe Wärmedehnung
- Hohe Temperaturwechselbeständigkeit
- Maximale Verschleißfestigkeit
- Gute Temperatur- und Wärmeleitfähigkeit
- Gute mechanische Bearbeitbarkeit
- anlassbeständig
- nicht warmrissanfällig Deswegen verwendet man dazu Gusseisen, Stahlguss, Stahl oder Kupferlegierungen. Auch hier werden Kerne eingesetzt. Bei einfachen Gussstückinnenkonturen werden Dauerkerne und bei komplizierteren Konturen verlorene Kerne verwendet (außer beim Druckgießverfahren). Gegenüber den Fertigungsverfahren mit verlorenen Formen haben die Gießverfahren mit Dauerformen folgende Vorteile:
- geringere Produktionsflächen
- erhöhte Arbeitsproduktivität
- erhöhtes Ausbringen
- weniger Kernformstoff und Wegfall des Formstoffs
- reproduzierbare Maßgenauigkeit und somit niedrigerer Putzaufwand, niedrigerer Ausschussanteil und geringere Zugaben für die mechanische Bearbeitung
- verbesserte Oberflächengüte
- rasche Abkühlung und bessere mechanische Eigenschaften des Gussteils Dem gegenüber stehen folgende Nachteile:
- teuere Formen, weil diese meist aus Metall bestehen
- geringe Nachgiebigkeit und Gasdurchlässigkeit
- Gussteile mit hoher Eigenspannungs- und Warmrisswahrscheinlichkeit
- Gussoberflächen mit hohen Härtewerten Deswegen wird das Gießen in Dauerformen für Großserien genutzt, damit sich die hohen Herstellkosten für die metallischen Formen amortisieren. Zu den Gießverfahren mit Dauerformen gehören der Druckguss, das Kokillengießen, der Spritzguss (nur für Kunststoffe), das Schleudergießen und das Stranggießen. Sonderverfahren sind das Niederdruck-Kokillengießverfahren, der Verbundguss, das Glockengussverfahren und der Kunstguss. Ein spezielles Gießverfahren für die Herstellung von Kleinserien aus Kunststoffen oder niedrigschmelzenden Legierungen ist das Vakuumgießen.

Guss in Stein

Der Guss in Stein ist eine prähistorische Art Gegenstände aus Metall herzustellen. Schon vor Jahrtausenden entwickelten die Menschen darin eine beeindruckende Geschicklichkeit und waren in der Lage feinste Gegenstände zu produzieren. Die Materialien für Steinformen waren überwiegend gut zu bearbeitende Steinarten, wie Sand- oder Speckstein. Formen aus Granit sind äußert selten zu finden. Das Negativ wird durch Meißeln, Schaben oder Schnitzen in den Stein eingearbeitet. Das flüssige Metall wird in die Form gefüllt und erstarrt dort. Beim Gießen in Steinformen existieren vier Arten. Die erste ist der offene Herdguss. Hierbei verwendet man nur eine Formhälfte. Durch die offene Seite tritt eine starke Reaktion mit Sauerstoff ein, welche zu Bläschenbildungen auf dem Metall führt und dieses rau und porös werden lässt. Eine zweite Variante ist der verdeckte Herdguss, welcher in zwei Formhälften gegossen wird. Diese Gussart erkennt man an Passlöchern, Dübeln oder Dübellöchern, welche ein Verschieben der beiden Formen verhindern sollen. Diese Gussstücke erkennt man auch an den Gussnähten. Eine weitere Variante nennt sich Kernguss, welcher zum Anfertigen von Gegenständen mit Hohlräumen verwendet wird. Die vierte und letzte Art ist der Überfang- bzw. Verbundguss. Dabei handelt es sich um einen zweiten Aufguss auf ein halbfertiges Fabrikat. Diese Technik wird auch zur Reparatur oder Ausbesserung defekter oder misslungener Stücke genutzt.

Geschichtliche Entwicklung

Im Gegensatz zu Umformverfahren wie dem Schmieden, werden bei allen Gussverfahren Gussformen benötigt. Diese waren im Altertum aus Ton oder Holz, sofern sie nicht sogar in den Boden der Gießerei gegraben wurden. Später wurden Modelle des gewünschten Objekts geformt und als "verlorene Formen" in Sand eingebracht. Diese waren meist aus Wachs, welches beim Gießprozess durch das flüssige Metall ausgetrieben wurde (Wachsausschmelzverfahren). Im Zuge der Serienfertigung entstanden produktivere Verfahren. Zum Einen die Verwendung von Modellen aus Holz, deren Konturen in teilbare Form(-Sand)kästen (durch Einpressen mit hohem Druck) übertragen wurden, zum Anderen durch Dauerformen aus Formstahl. Diese im Formenbau hergestellten Stahlformen werden vor allem beim Spritzguss (Kunststoffverarbeitung), Kokillenguss und Druckguss (Leichtmetall wie Aluminium, Magnesium und Zink) verwendet. Entsprechend dem Aufbau der Druckgussmaschinen unterscheidet man bei diesen zwischen Warmkammer- und Kaltkammermaschinen. Die Warmkammermaschinen sind meist größer und erreichen heutzutage (2002) eine Presskraft bis 50.000 k N. Beim Kokillenguss wird das flüssige Metall in der Regel nur durch Schwerkrafteinwirkung in die Form eingebracht.Eine Ausnahme stellt das Niederdruck-Kokillengiessverfahren dar, bei dem das Metall aus einem geschlossenen Warmhalteofen mittels Überdruck direkt in die darüber befindliche Kokille gedrückt wird. Das Verfahren ist für automatisches Gießen qualitativ hochwertiger Gussstücke in Serienfertigung geeignet. Im Kokillenguss werden nahezu alle gießbaren Metalle verarbeitet. Kategorie:Metallurgie, Kategorie:Urformen, Kategorie:Fertigungstechnik, ja:鋳造

Nichteisenmetall

Als Nichteisenmetall werden Metalle oder Legierungen bezeichnet, die kein Eisen enthalten (Beispiele Kupfer, Zink, Bronze, Messing). Meist wird dafür die Abkürzung "NE-Metall" verwendet. Ihrer oft auffälligen Farbe wegen werden sie auch als Buntmetall bezeichnet.

Einteilung und Benennung

Technisch verwendete NE-Metalle werden folgendermaßen unterteilt:
- Reinmetalle
- Edelmetalle
- Schwermetalle (ρ ≥ 4,5 g/cm³)
- Leichtmetalle (ρ < 4,5 g/cm³)
- NE-Legierungen
- Knetlegierungen
- Gusslegierungen Reinmetalle werden mit ihrem chemischen Symbol und ihrem Metallgehalt in Prozent gekennzeichnet. Bei Edelmetallen, die zu Schmuck oder Münzen verarbeitet werden, gibt es zudem eine historisch begründete Kennzeichnung in Karat oder Feingehalt. Bei NE-Legierungen ist die Kennzeichnung nach DIN 1700 geregelt. Angegeben werden die chemischen Symbole des Basismetalls und des Haupt-Legierungselements, dem sein Legierungsgehalt in Prozent folgt (ab einem Gehalt von über 1%). Die Legierung AlMn ist dem zufolge eine Aluminium-Legierung mit 1% Mangan und die Legierung CuNi25Zn15 ist eine Kupferlegierung mit 25% Nickel und 15% Zink.

Anwendungen

Nichteisen-Metalle finden in vielen Bereichen der Technik und des Alltags Anwendung:
- als Konstruktionswerkstoff für Flugzeuge und den Leichtbau (Aluminium, Magnesium, Titan)
- als elektrische Leiter (Kabel, Stromschienen, Kontakte)
- als Lagerwerkstoffe für Fahrzeugmotoren (Kurbelwellenlager, Pleuellager), Elektromotoren, Schiffsantriebe, als Getriebelager allgemein
- als Beschichtungswerkstoff zum Korrosionsschutz (Verzinken, Verzinnen)
- zur Stromspeicherung (Akkumulatoren, Auto-Batterien)
- als Werkstoff zum Bedachen (Blei-, und Kupferdächer)
- als Fertigteile beim Hausbau (Dachrinnenen, Fallrohre)
- für Behälter jeder Größe im Zusammenhang mit Lebens- und Genussmitteln (Trinkbecher aus Zinn, kupferne Braukessel u.v.a.)
- als Schmuck- und Münzwerkstoff

Literatur

- Alfred Böge: Das Techniker Handbuch, Vieweg Verlag, ISBN 3-528-14053-4 Kategorie:Metall

Legierung

In der Metallurgie ist eine Legierung eine feste Lösung von zwei oder mehr chemischen Elementen, von denen mindestens eines ein Metall ist und die einen metallischen Charakter hat. Die Legierungselemente werden dem Basismetall im schmelzflüssigen Zustand mit der Absicht zugefügt, die Werkstoffeigenschaften (Beispiele Härte, Korrosionsbeständigkeit) auf die gewünschte Weise zu ändern. Im Gegensatz dazu stehen die Fremdstoffe. Legierungselemente und Basismetall werden auch Komponenten einer Legierung genannt. Siehe auch Liste der Legierungselemente.

Wortherkunft

Das Verb legieren stammt ursprünglich aus dem lateinischen ligare und bedeutet zusammen - binden, verbinden oder auch vereinigen. Im 17. Jahrhundert wurde das inzwischen leicht abgewandelte legare (von gleicher Bedeutung) ins Deutsche übernommen.

Einteilung

Je nach Anzahl der Komponenten in der Legierung spricht man von einer Zwei-, Drei-, Vier- oder Mehrstofflegierung, wobei nur diejenigen Komponenten gezählt werden, die die charakteristischen Eigenschaften bestimmen. Da Eisen und Stahl in der Technik von besonderer Bedeutung sind, werden Legierungen in Eisen- und Nichteisen-Legierungen unterteilt. Weitere Einteilungen ergeben sich durch die Art der Legierungsbildung, da diese nicht nur durch Zusammenschmelzen der Komponenten entstehen oder auch durch besondere Fähigkeiten von Legierungen.
- Natürliche Legierungen entstehen durch Hitzeeinwirkung und Aufschmelzen von Elementen zum Beispiel im Inneren von Himmelskörpern. Da diese Legierungen natürlich nicht von Menschen gesteuert wurden, unterliegen sie auch nicht deren definierten Zusammensetzungen und Eigenschaften.
- Eisenlegierungen werden in Gusseisen und Stahl unterteilt. Die Unterscheidung beruht auf dem Gehalt an Kohlenstoff. Siehe Hauptartikel Eisen-Kohlenstoff-Diagramm.
- Nichteisen-Legierungen (NE-Legierungen; Beispiel Bronze, Messing, Amalgame) sind Legierungen auf der Basis von Nichteisenmetallen ohne Eisen.
- Diffusionslegierungen entstehen durch die Diffusion von Atomen ins Kristallgitter der Basismetalle. Besonders die ersten Elemente im Periodensystem sind wegen der Kleinheit ihrer Atome gegenüber dem Basismetall in der Lage, in dessen Kristallgitter einzuwandern. Das beste Beispiel für eine Diffusionslegierung ist das Aufkohlen von Werkstücken, um sie härten zu können.
- Heuslersche Legierungen sind magnetische Legierungen, die kein Eisen, Kobalt oder Nickel enthalten (Beispiel Ni₂MnGa, Cu₂AlMn).
- Formgedächtnis-Legierungen sind Metalle, die nach einer Verformung durch Hitzeeinwirkung zur ihrer Ursprungsform zurückkehren.
- Pseudolegierungen nennt man die durch Sintern (Zusammenpressen verschiedener, innig vermengter Metallpulver) entstandenen Werkstücke. Mit diesem Verfahren lassen sich auch Elemente mischen, die sich im schmelzflüssigen Zustand nicht ineinander lösen würden. Viele Wolfram-Legierungen werden z. B. so hergestellt.

Geschichte

Wolfram Kupfer ist eines der ersten vom Menschen genutzten Metalle; es wurde wohl vor etwa 6000 - 10000 Jahren per Zufall in besonders heiß brennenden Holzkohlefeuern entdeckt, wo es in reiner Form aus kupferhaltigen Gesteinen austreten kann. Auch Zinn wurde früh entdeckt, vor ca. 5000 Jahren. Von der Entdeckung dieser beiden Metalle bis zur Herstellung erster Legierungen (CuSn = Bronze) daraus war es dann nur noch ein kurzer Weg, was einer ganzen Kulturepoche (Bronzezeit) ihren Namen gab. Waffen, Gebrauchsgegenstände und Schmuck wurden aus Bronze hergestellt. Bronzezeit Zinkerz (Zinkcarbonat, ein Zinksalz) ist seit der Bronzezeit bekannt und wurde in der Antike mit Kupfer zu Messing (CuZn) legiert. Bereits etwa 3000 vor Christus wurde es in Babylon und Assyrien verwendet, in Palästina etwa 1400 - 1000 vor Christus. Messing fand vor allem als Münzlegierung Verwendung. Eisen-Legierungen wurden bereits in der Antike verwendet, allerdings nur aus Meteoriten, in denen sich häufig die Legierung Eisen-Nickel (Fe-Ni) befindet. Da Meteoriten selten gefunden wurden, waren Gegenstände aus Eisen entsprechend wertvoll. Die Sumerer nannten es „Himmelsmetall“, die Ägypter „schwarzes Kupfer vom Himmel“. Verhüttetes Eisen (Erkennung durch Fehlen von Nickel) wurde in Mesopotamien, Anatolien und Ägypten gefunden und ist etwa 3000 bis 2000 vor Christus entstanden. Es war wertvoller als Gold und wurde vor allem für zeremonielle Zwecke verwendet. Siehe auch Eisenzeit.

Legierungsformel

Um eine Legierung zu beschreiben, gibt man üblicherweise die prozentualen Massenanteile ihrer Komponenten an. Die Legierung CuZn 37 (frühere Bezeichnung Messing 63) besteht zum Beispiel aus 37% Zink und 63% Kupfer, d.h. in 100 kg CuZn 37 sind 37 kg Zink und 63 kg Kupfer enthalten. Die Angabe von Legierungsanteilen ist unter anderem durch die DIN 1310 Zusammensetzung von Mischphasen (Gasgemisch, Lösungen, Mischkristall); Grundbegriffe geregelt.

Zustandsschaubild (Zustandsdiagramm, Phasendiagramm)

Wie sich Legierungselemente innerhalb einer Legierung verhalten, hängt von mehreren Faktoren ab:
- Kristallsystem von Basismetall und Legierungselement
- Menge und Massenanteil der Legierungselemente
- Temperatur. Durch Kristallisations-Versuchsreihen mit verschiedenen Legierungen unterschiedlicher Zusammensetzung bei der Thermischen Analyse werden die Kristallisations- bzw. Kristallumwandlungspunkte aufgezeichnet und in ein Temperatur-Zusammensetzungs-Diagramm eingetragen, wobei die Temperatur in Abhängigkeit zur Legierungszusammensetzung steht. Für Zweistoffsysteme haben sich dabei vor allem in Hinsicht auf das Kristallsystem drei typische Formen von Zustandsschaubildern ergeben:

Mischkristalle mit vollständiger Löslichkeit im festen Zustand

Es gibt zwei Möglichkeiten der Bildung von Mischkristallen (MK), Einlagerungs- und Substitutionsmischkristall. Typische Substitutions-MK-Bildner sind Eisen-Chrom, Eisen-Nickel, Gold-Kupfer, Gold-Siber und Kupfer-Nickel. Ein wichtiger Vertreter von Einlagerungs-MK ist Austenit (γ-Eisen-Kohlenstoff). Damit eine Legierung in jeder Zusammensetzung Mischkristalle mit vollkommener Löslichkeit im festen Zustand bilden kann, sind folgende Voraussetzungen nötig: #Beide Metalle müssen das gleiche Kristallsystem aufweisen (beispielsweise kubisch). #Die Gitterkonstanten dürfen sich um maximal etwa 15% unterscheiden. #Die beiden Metalle müssen eine „gewisse chemische Ähnlichkeit“ haben. #Die Elektronegativitätsdifferenz darf „nicht zu groß“ sein. Durch die Mischkristallbildung wird auch bei noch so großer Ähnlichkeit der Legierungselemente immer das Kristallgitter verzerrt, da die verschiedenen Elemente auch verschiedene Atomdurchmesser besitzen. Dadurch entstehen Spannungen; die Gleitebenen der Kristallite werden dabei behindert, Verformungen nachzugeben. Die Gitterverzerrung erhöht also die Härte. Ein beliebtes Beispiel für eine Legierung mit vollkommener Löslichkeit im festen Zustand ist das Zweistoffsystem Cu-Ni. Die Legierungen (Kurven 2-5) erstarren im Gegensatz zu den Basismetallen (Kurven 1,6) nicht bei einer festen Temperatur, sondern in einem Haltebereich. Die Temperatur bleibt also nicht konstant, sondern sinkt langsam. Die Haltebereiche verschiedener Zusammensetzungen einer Legierung liegen jedoch immer zwischen den jeweiligen Erstarrungstemperaturen ihrer reinen Komponenten. Ursache dafür ist die „Behinderung“ der Kristallisation in einer Legierung durch Komponente A (Kurve 1), die, wenn sie könnte, bei noch tieferer Temperatur erstarren würde. Komponente B dagegen „drängt“ auf Erstarrung, die eigentlich schon eher hätte beginnen müssen. Diese Tatsache ist auch der Grund dafür, dass die während der Erstarrung entstehenden Kristalle ihr Mischungsverhältnis ändern und erst bei genügend langsamer Abkühlung (thermisches Gleichgewicht) bis zum Ende der Erstarrung das gewünschte Mischungsverhältnis durch Diffusion erreicht wird. Ablesen lassen sich diese Zusammensetzungen am Zustandsschaubild, indem man durch jeden beliebigen Punkt an der ausgewählten Legierung (Bild W_L) eine Waagerechte zur Soliduslinie zieht. Bei der Temperatur T_Li (Beginn der Erstarrung) besitzen die ersten Kristalle also eine Zusammensetzung von W_MLi. Auch die jeweilige Zusammensetzung der Restschmelze lässt sich auf diese Weise ermitteln, indem man zum Beispiel bei T_m die Waagerechte bis zur Liquiduslinie durchzieht. Die Schmelze hätte also an diesem Punkt die Zusammensetzung W_Sm und die Mischkristalle die Zusammensetzung W_Mm. Mit Hilfe des Zustandsschaubildes lässt sich auch berechnen, wie hoch bei jeder Zwischentemperatur der Anteil an Schmelze bzw. der Anteil an Mischkristallen ist:

Mischkristalle mit vollständiger Unlöslichkeit im festen Zustand

Legierungen dieser Art sind zwar in der Schmelze ineinander gelöst, entmischen sich jedoch während der Kristallisation vollständig. Es entsteht ein Kristallgemisch der reinen Komponenten. (siehe Gefügeschliffbilder-Eutektikum) Auch bei getrennter Kristallbildung erstarren die Legierungen 2, 4 und 5 zunächst in einem Haltebereich. Gegen Ende der Erstarrung beschreiben die Temperaturkurven allerdings einen Haltepunkt ähnlich dem eines reinen Metalls. Legierung 3 erstarrt sogar ausschließlich in einem Haltepunkt. Der Grund für dieses Verhalten liegt in der starken, gegenseitigen Behinderung der beiden Komponenten, die sich während der Kristallisation entmischen, um Kristalle der eigenen Art bilden zu können. Das Maximum an gegenseitiger Störung liegt demnach bei Legierung 3, bei der sich im Erstarrungspunkt gleichzeitig Kristalle der Komponenten A und B bilden. Bedingt durch die anhaltende, gegenseitige Behinderung beim Entmischen und der tiefen Temperatur sind die Wege der Atome allerdings sehr klein und das Kristallgemisch daher sehr feinkörnig. Dieser Besonderheit wegen erhält Legierung 3 den Namen Eutektische Legierung (= Das Feine ; Das Wohlgebaute). Die allen Legierungen gemeinsame Soliduslinie wird entsprechend Eutektikale genannt und die dazu gehörige Temperatur eutektische Temperatur (T_Eu). Ein herausragendes Beispiel für eine eutektische Legierung mit besonders tiefem Schmelzpunkt ist die Wood'sche Legierung, deren Schmelzpunkt bei 70 °C liegt. Bei Legierungen, die entweder links (= untereutektisch) oder rechts (= übereutektisch) vom Eutektikum liegen, erstarren zunächst Primärkristalle der Komponente A bzw. Primärkristalle der Komponente B. Der Anteil an Primärkristallen in einer Legierung lässt sich mithilfe des Zustandsschaubildes errechnen. Die Berechnung setzt dabei am Punkt T_Eu an, also an der Stelle, an der die Legierung gerade eben die eutektische Zusammensetzung erreicht:

Mischkristalle mit begrenzter Löslichkeit im festen Zustand

Legierungen dieser Art können, wie der Titel schon andeutet, zwar Mischkristalle bilden, jedoch nicht in jeder Zusammensetzung. Im Gegensatz zu Legierungen mit vollkommener Löslichkeit unterscheiden sich hier die Atomgrößen stärker, was bedeutet, dass die Gitterverzerrungen ab einer gewissen Zusammensetzung unerträglich werden. Auch das Kristallsystem kann ein Hindernis sein, wenn sich die Legierungselemente im Kristallsystem zwar ähnlich, aber nicht gleich sind. So kann zum Beispiel jede Komponente in der Legierung Blei (kubisch-flächenzentriert) - Zinn (tetragonal-raumzentriert) mit der anderen in begrenztem Maße Austausch-Mischkristalle bilden. Typische MK-Bildner begrenzter Löslichkeit: Aluminium-Magnesium, Blei-Zinn, Kupfer-Aluminium, Kupfer-Zink, Kupfer-Zinn, Zink-Aluminium Begrenzte Löslichkeit im festen Zustand heißt aber nicht nur, dass die eine Komponente beim Kristallisieren bis zu einem gewissen Prozentsatz Atome der anderen Komponente aufnehmen kann, sondern auch, dass die Löslichkeit bei sinkender Temperatur abnimmt. Da die Bewegungsenergie der Atome geringer wird, schrumpft natürlich auch entsprechend die Gitterkonstante des vorliegenden Kristallsystems, und es bietet Fremdatomen weniger Platz. Die Folge davon ist, dass die Mischkristalle ab der Übergangstemperatur T_Ü beginnen, sich zu entmischen. Genau diese Eigenschaft - teilweise Entmischung der Komponenten durch abnehmende Löslichkeit bei tieferen Temperaturen - wird beim Härten einer solchen Legierung ausgenutzt. Man spricht hierbei auch von der Ausscheidungshärtung. Legierung 1 erstarrt somit von T_{Li 1} bis T_{Sol 1} zu Mischkristallen mit dem Kristallsystem von A, genannt α-Kristalle. Bis T_Ü bleibt der homogene Zustand erhalten. Die Mischkristalle sind gesättigt, was bedeutet, dass Komponente A bis zur, für diese Legierung, maximalen Löslichkeit die Komponente B aufgenommen hat. Bei T_Ü wandern die Atome von B entsprechend der maximalen Löslichkeit für diese Temperatur zu den Korngrenzen und bilden dort Sekundär-Mischkristalle mit dem Kristallsystem von B, genannt β-Mischkristalle. Zum Ausgleich diffundieren entsprechend A-Atome ins Korninnere. Der Anteil der Sekundär-Mischkristalle lässt sich nach folgender Formel berechnen: Legierung 2 kristallisiert zunächst genau wie Legierung 1. Bei Erreichen der Eutektikalen erstarrt die Restschmelze jedoch in einem Haltepunkt und es bildet sich ein feinkörniges Gemisch aus α- und β-Mischkristallen, welches, wie bei getrennter Kristallbildung, Eutektikum genannt wird. Die zuvor entstandenen α-Mischkristalle entsprechen den Primärkristallen. Unterhalb der Eutektikalen scheiden auch bei dieser Legierung aus den Primär-α-Mischkristallen B-Atome aus. Um hier den Anteil der Sekundär-β-Mischkristalle aus den Primär-Kristallen berechnen zu können, muss zuerst der Anteil an Primärkristallen an der Gesamtlegierung berechnet werden. Die Berechnung entspricht derjenigen bei getrennter Kristallisation. Anschließend wird der Anteil Sekundär-β-Mischkristalle aus den Primärkristallen berechnet und mit dem Anteil der Primärkristalle multipliziert : Die Anteile der Sekundär-Kristalle im Eutektikum zu berechnen macht keinen Sinn, da sie hier keine neue Phase bilden. Es werden lediglich Atome, unter Erhaltung des Kristallsystems, umgruppiert. Weder im Gefügeschliffbild noch in den technischen Eigenschaften lassen sich deshalb Unterschiede feststellen.

Intermediäre Kristalle

Eine weitere Möglichkeit zur Legierungsbildung besteht darin, dass die beteiligten Elemente zwar einen gemeinsamen Kristall bilden, der jedoch keinem Kristallsystem der Basiselemente ähnelt. Es entsteht ein eigenes Kristallsystem, dass im Gegensatz zu denen von reinen Metallen sehr kompliziert aufgebaut ist und zudem sehr hart und spröde ist. Außerdem erfordern diese Kristalle ein festes Atomzahlenverhältnis. Eine Legierung mit intermediärer Kristallbildung, deren Legierungselemente ausschließlich Metalle sind, nennt man intermetallische Verbindung oder auch Intermetallische Phase. Beispiele für intermediäre Kristallisation sind Al₂Cu, Mg₂Si, Cu₄Sn, Fe₃C (Zementit) und WC (Wolframkarbid). Die Kristallisationsformel gleicht der Formel für chemische Verbindungen, welche aber im Gegensatz zu Legierungen eine völlig andere Verbindungsart aufweisen.

Literatur

- Erwin Riedel, Anorganische Chemie. de Gruyter, Berlin, 2002, ISBN 3-11-017439-1
- A. F. Holleman, Egon Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie. de Gruyter, Berlin, 1995, ISBN 3-11-012641-9
- Alfred Böge: Das Techniker Handbuch, Vieweg Verlag, ISBN 3-528-14053-4
- Wilhelm Domke: Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung, Cornelsen Verlag, ISBN 3-590-81220-6
- Dieter Kohtz: Einführung in die Werkstoffkunde für Metallschweißer, der praktiker 83/84, DVS-Verlag [http://www.dvs-verlag.de/de/zeit/prak/]

Weblinks

- [http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw1_ge/kap_4/advanced/t4_1_1.html Uni Kiel - Geschichte des Stahls]
- [http://www-user.tu-chemnitz.de/~bfri/geschichte.htm Techn. Uni Chemnitz - Geschichte]
- [http://www.kupfer-institut.de/front_frame/frameset.php3?client=1&lang=1&idcat=27&parent=14 Kupfer-Institut - Kupfer]
- [http://www.rheinzink.de/127.aspx Rheinzink - Geschichte des Zink]
- [http://www.formteile.ch/eisen.htm Eisen - Geschichte] Kategorie:Legierung Kategorie:Stoffgemisch ja:合金 ko:합금 ms:Aloi simple:Alloy

Gussform

Der Formenbau ist ein Spezialgebiet des Werkzeugbaus und stellt Werkzeuge (Formen) für die Massenproduktion her. In der Massenproduktion hergestellte Gegenstände werden in der Technik, im Haushalt usw. verwendet. Mit Hilfe von Formen ist ab einer gewissen Mindeststückzahl eine kostengünstige und schnelle Teileherstellung gewährleistet. Der Formenbau beschäftigt sich hautpsächlich mit der Herstellung von dreidimensionalen, aber auch zweidimensionalen Formen. Die eigentliche Form besteht in der Regel aus gehärtetem oder vergütetem Werkzeugstahl oder aus Hartmetall. Die meistens sehr genauen Formkonturen werden mit Hilfe von verschiedenen Werkzeugmaschinen eingearbeitet.

Verfahren

Der Formenbau dient der Herstellung von Werkzeugen (Formen) für verschiedenste Verfahren:
- Spritzgießen (Verarbeitung von Kunststoff) (Thermoplast - Duroplast - Elastomer)
- Druckgießen (Verarbeitung von Nichteisen-Legierungen, z. B. Aluminium, Magnesium und Zink)
- Spritzpressen
- Formpressen
- Strangpressen
- Gesenkschmieden (Verarbeitung von Metall) Diese Verarbeitungsverfahren können wiederum in Kombination miteinander verwendet werden. Auch können komplett verschiedene oder ähnliche Materialien in nacheinender folgenden Prozessen kombiniert verarbeitet werden. Konstruktionszeichnung eines Kunststoff-Spritzgießwerkzeuges Image:Spritzgießwerkzeug1.jpg|Auswerferseite (links) und Düsenseite (rechts) Bild:Spritzgießwerkzeug2.jpg|Längsschnitt durch's Werkzeug Bild:Spritzgießwerkzeug3.jpg|Querschnitt durch's Werkzeug Fotos eines Druckgußwerkzeuges Bild:Werkzeug_ds.jpg|Druckgußwerkzeug für Aluminium, hier sieht man die Düsenseite Bild:Werkzeug_as.jpg|Druckgußwerkzeug für Aluminium, hier sieht man die Auswerferseite

Formbestandteile

Der Formenbau hat unter anderem die Aufgabe, die verschiedensten Werkstücke nach Konstruktionszeichnung und NC-Daten herzustellen, die zusammen mit eingekauften Normteilen und Normalien ein komplettes Werkzeug ergeben. Insgesamt kann eine fertig montierte Form aus bis zu mehreren hundert Einzelteilen Formbestandteilen bestehen. Eine Form (Werkzeug) besteht mindestens aus einer Matrize, welche das Negativ der Außenform für das herzustellende Massenteil bildet. Um die Innenform dieses Teils zu bilden wird der so genannte Kern benötigt. Der Formaufbau besteht aus mehreren Teilen und dient verschiedensten Funktionen. Matrize und Kern werden darin in abgestimmter Position zu einander festgehalten. Das Werkzeug kann mit Hilfe von Aufspannplatten einfacher auf der Verarbeitungsmaschine befestigt werden. Auch ein Angusssystem (Heißkanal) und die Ausstoßerei befindet sich im Aufbau. Daneben erfüllt der Formaufbau aber noch weitere Funktionen.

Entformung

Je nach Verfahren wird ein herzustellendes Massenteil anders entformt. Zum Teil werden komplizierte Mechanismen angewendet, um ein Teil aus dieser Form wieder herauslösen zu können. Die kompliziertesten Mechanismen werden beim Spritzgießen und beim Druckgießen angewendet. Neben ganz gewöhnlichen Ausstoßern oder Abstreifern werden Schieber, Schrägausstoßer oder sogar Zusammenfallkerne verwendet, um Hinterschnitte entformen zu können. Diese Entformungsvarianten können auch miteinander kombiniert werden.

Schwindung

Damit die verschiedenen Materialien (Werkstoffe) in der Massenfertigung verarbeitet werden können, müssen diese erwärmt werden oder es entsteht bei der Verarbeitung Wärme. Beim Abkühlen wird dabei das endgültige Werkstück etwas kleiner. Diese Verkleinerung nennt man Schwindung (Schwund). Die Schwindung hängt hauptsächlich vom verwendeten Material, aber auch vom angewendeten Verfahren, dessen Verarbeitung und weiteren Faktoren ab. Die Schwindung muss bei der Herstellung einer Form berücksichtigt werden. Das heißt, dass eine Kontur (jedes Maß) um einen bestimmten Prozentsatz vergrößert werden muss. Dies wird in der Konstruktion berücksichtigt. Bei stark formunterschiedlichen und unsymmetrischen Konturen wird oftmals auch ein so genanntes Puschen der Kontur notwendig. Damit wird die Maßhaltigkeit bei unterschiedlicher Längs- und Quer-Schwindung verbessert.

Oberflächenbeschaffenheit

Ein Massenteil weist immer eine ganz bestimmte Oberflächenbeschaffenheit und Rauheit auf. Diese Oberflächenbeschaffenheit muss beim Herstellen einer Form berücksichtigt werden. Je nach Bedürfnis des Endkunden wird die Oberfläche einer Form poliert, nach einem bestimmten Muster strukturiert (z. B. ätzen oder sandstrahlen) oder im angewendeten Herstellungsverfahren der entsprechenden Werkzeugmaschine belassen. Wichtige Funktionen in einer Form:

Angusssystem

Der Anguss dient der Materialzuführung an das zu gießende Werkstück und kann unterschiedlich ausgestaltet sein. Das Werkstück wird entsprechend dem Kundenwunsch entweder über eine "Rübe", einen Tunnel (Tunnelanguss), evtl. mit Kaltkanal oder durch ein ganzes Heißkanalsystem (Hotrunner) angegossen. Der Preis einer Form wird wesentlich von der Angussart mitbestimmt. Dafür können bei der Verarbeitung je nach Angussart wieder Kosten eingespart werden.

Ausstoßer (Auswerfer)

Die Ausstoßer- oder Auswerfereinheit dient der Entformung eines gespritzten oder gegossenen Teiles. Es besteht im Wesentlichen aus einer Ausstoßerplatte und einer Halteplatte sowie von der Teilekontur abhängigen Anzahl, in der Regel runden Auswerfern. Die von der Halteplatte durch einen Bund festgehaltenen Auswerfer werden via Ausstoßbolzen und Ausstoßerplatte nach vorne geschoben, um das Teil aus der Form auszuwerfen respektive auszustoßen. Bei komplexeren Formteilkonturen kann der Ausstoßer auch aufwändigere Funktionen wie Schrägausstoßer, Konturausstoßer, Hülsenauswerfer oder Flachauswerfer beinhalten. Der Ausstoßer ist in der Regel durch Endschalter abgesichert um Fehlern im Programmablauf und damit einer Beschädigung der teuren Formpartien vorzubeugen.

Schieber

Schieber dienen dazu, Partien zu entformen, die nicht in normaler Entformungsrichtung entformt werden können. Das heißt, dass das gespritzte oder gegossene Teil nicht durch das alleinige Öffnen der Form in der so genannten Trennebene entformt werden kann. Diese Partien nennt man Hinterschnitte. Solche Hinterschnitte am Formteil können eine Form massiv verteuern, auch wenn diese nur sehr klein sind. Die Lage des Hinterschnittes, welche die Richtung der Entformung angibt, ist mitbestimmend für den Aufwand zur Herstellung eines Werkzeuges. Schieber werden entweder mechanisch durch Schrägzugbolzen während des Öffnens der Form oder hydraulisch betätigt, um das Spritzteil oder Gussteil bei den Hinterschnitten zu befreien.

Kühlung oder Heizung (Temperierung)

Die Kühlung einer Form bestimmt wesentlich die Zykluszeit in der Produktion und damit die Kosten des herzustellenden Serienteiles. Je besser die Kühlung, desto kürzer ist die Zykluszeit. Auch der Teileverzug und damit die Qualität des gespritzten oder gegossenen Teiles kann damit beeinflusst werden. In bestimmten Situationen ist auch eine Heizung notwendig, um zum Beispiel eine Form auf eine gewisse Temperatur für das Giessen zu bringen.

Aufspannung

Um eine Form in der Gießmaschine zu befestigen dient in der Regel beidseitig eine Aufspannplatte. Diese wird meistens mit Spannnuten versehen, die auf den entsprechenden Maschinentyp abgestimmt sind. Die heutige Fertigung verlangt immer schnellere Wechsel der Produkte und damit kleinere Serien, die hergestellt werden (Just-in-Time). Bei den damit verbundenen häufigen Wechseln der Form auf der Produktionsmaschine kann ein Schnellspannsystem sinnvoll sein. Dieses vereinfacht die Aufspannung und den schnellen Anschluss von Kühlung, Hydraulik oder Pneumatik.

Mikroformenbau [http://www.ipt.fraunhofer.de/cms.php?id=1299]

Die Mikrosystemtechnologie ist ein Markt mit einer der größten Wachstumsraten weltweit und hat inzwischen den Weg aus den Laboren in die Serienfertigung gefunden. Diese fortschreitende Miniaturisierung von Bauteilen stellt neue Herausforderungen an den Werkzeug- und Formenbau. Das Fräsen nimmt in der Herstellung von Mikroformen und -werkzeugen eine Schlüsselposition ein. Im Vergleich zu anderen Verfahren, wie z.B. dem Schleifen, Erodieren, Lasern oder den Fertigungsverfahren aus der Halbleitertechnik weist es verschiedene Vorteile auf:
- Bearbeitung von Werkzeugstählen
- hohe Geometriefreiheit
- Nutzung vorhandener CAD/CAM-Infrastrukturen
- geringe Umweltbelastung durch Betriebsmittel
- relativ geringe Investitionen

Zusatzfunktionen

Immer öfter werden vom Kunden Zusatzfunktionen erwartet, die nur indirekt mit dem eigentlichen Werkzeug (Form) in Verbindung stehen:

Zufuhr- oder Handlingssystem

Zur Entnahme der gespritzten oder gegossenen Teile oder für die Zuführung von Einlegeteilen wird ein Handlingssystem benötigt. Es dient der Automatisierung in der Produktion, unter anderem auch für den Schichtbetrieb.

Entgratwerkzeug

An der Trennung der beiden Fromhälften entsteht unter Umständen ein Grat (Formtrenngrat). Dieser wird gegebenenfalls zusammen mit dem Angusssystem und den allfälligen Überlauf per Stanzentgraten entfernt.

Engineering

Die heutige Entwicklung von Produkten verlangt nach parallelem Arbeiten zwischen Kunde und Werkzeughersteller. Man nennt dies Simultaneous Engineering, welche die Entwicklungszeit für Produkte verkürzt. Ein Teil oder die gesamte Engineeringarbeit kann dabei auch durch den Formenbau ausgeführt werden.

Beschriftung

Eine eindeutige Beschriftung der hergestellten Formbestandteile vereinfacht die Ersatzteilbestellung.

Weblinks

- [http://www.pwz.vdma.org Homepage des VDMA Werkzeugbaus mit weiteren Informationen zur Branche]
- [http://www.vdwf.de Homepage des VDWF (Verband Deutscher Werkzeug- und Formenbauer)] Kategorie:Werkzeugmaschine

Bauteil

Als Bauteil bezeichnet man...
- in der Technik Einzelteile von technischen Komplexen (Mechanismen, Maschinen, Apparaten etc.). Siehe Bauteil (Technik)
- in der Architektur oder im Bauwesen einen Teil eines Bauwerks oder eines Gebäudes. Siehe Bauteil (Bauwesen) !

Aluminium

Aluminium (von lat. alumen = Alaun) ist ein chemisches Element des Periodensystems mit der Ordnungszahl 13. Das Elementsymbol ist Al. Es gehört zur Borgruppe (früher auch als Gruppe der Erdmetalle bezeichnet). Aluminium ist das dritthäufigste Element und häufigste Metall in der Erdkruste und tritt nur in chemisch-gebundenem Zustand auf.

Eigenschaften

Das Leichtmetall Aluminium hat aufgrund einer sich sehr schnell an der Luft bildenden dünnen Oxidschicht ein stumpfes, silbergraues Aussehen. Die Oxidschicht macht Aluminium sehr korrosionsbeständig. Durch elektrische Oxydation (eloxieren) oder auf chemischem Weg kann die schützende Oxydschicht verstärkt werden. Aluminium ist ein sehr weiches, zähes Metall, es ist dehnbar und kann durch Auswalzen zu dünner Folie verarbeitet werden. Es lässt sich gut gießen, verformen, biegen, pressen, schmieden und spanabhebend bearbeiten. Entstandene Spannungen durch Kaltverformen können durch weichglühen (bis 250°C) beseitigt werden. Aluminium ist ein guter elektrischer Leiter (60% von Kupfer).

Geschichte

Aluminium ist im Vergleich zu anderen Metallen noch nicht lange bekannt. Es wurde erst im Jahr 1808 durch Sir Humphry Davy entdeckt und benannt. Friedrich Wöhler gelang die Herstellung von Aluminium im Jahr 1827 basierend auf einer unreinen Form, die Hans Christian Ørsted zwei Jahre zuvor hergestellt hatte. Der Preis von Aluminium war zu jener Zeit höher als der von Gold. Durch Henri Sainte-Claire Deville wurde der Wöhler-Prozess im Jahr 1846 weiter verfeinert und 1859 in einem Buch publiziert. Dadurch fiel der Aluminiumpreis innerhalb von zehn Jahren um 90 Prozent. 1886 wurde unabhängig voneinander durch Charles Martin Hall und Paul Héroult das jetzt nach ihnen benannte Verfahren zur Herstellung von Aluminium entwickelt: der Hall-Héroult-Prozess. Nach diesem Prinzip erfolgt noch heute die großtechnische Aluminiumherstellung. Im Jahr 1889 wurde das Verfahren durch Carl Josef Bayer weiter verbessert.

Vorkommen

Aluminium ist das Metall, welches in der Erdkruste am häufigsten vorkommt (7,57 Prozent des Gesamtgewichts der Erdkruste). Es tritt allerdings nirgends rein auf, sondern nur in chemischen Verbindungen. Aluminium findet man in der Natur häufig als Aluminiumsilikat in Ton, Gneis, Granit und Basalt. Eine wirtschaftliche Gewinnung von Aluminium ist nur aus Bauxit möglich. Bauxit enthält ca. 60% Aluminiumoxyd (Al₂O₃), ca. 30% Eisenoxyd (Fe₂O₃), Siliziumoxyd (SiO₂) und Wasser. In seltener Form ist Aluminiumoxid in Korund, bekannt als Rubin und Saphir, vorhanden. Die rote bzw. blaue Farbe der Steine entstehen durch Verunreinigungen. Bauxitvorkommen befinden sich in Südfrankreich (Les Baux), Ungarn, Russland, Indien und USA.

Gewinnung und Darstellung

Nach dem Verfahren von Ørsted (1825) wird Aluminium aus Aluminiumchlorid und Kaliumamalgam hergestellt, wobei Kalium als Reduktionsmittel dient:

\mathrm

Nach Wöhler wird metallisches Kalium zur Reduktion verwendet. Technisch gelingt die Herstellung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse (Kryolith-Tonerde-Verfahren, Bayer-Verfahren). Dieser Prozess ist sehr energieaufwändig. Der Energieaufwand beträgt etwa 13–16 kWh/kg. Wegen der geringen Dichte von Aluminium wird dieses Metall gerne da verwendet, wo Masse bewegt werden muss, vor allem in der Verpackungsindustrie und der Luft- und Raumfahrt; Aus diesem Grund gewinnt der Werkstoff Aluminium im Fahrzeugbau zunehmend an Bedeutung. In Legierungen mit Magnesium, Silizium und anderen Metallen werden Festigkeiten in Strangpressprofilen erreicht, die denen von Stahl nur wenig nachstehen. Daher ist die Verwendung von Aluminium für die Gewichtsreduzierung sehr beliebt. Insbesondere im Flugzeugbau und in der Weltraumtechnik ist Aluminium der Werkstoff der Wahl. Kraftfahrzeughersteller nutzen den Werbeeffekt des Werkstoffes. Im Haushalt trifft man Aluminium in Form von Getränkedosen und Aluminiumfolie an, zuweilen auch als Kochtöpfe. Umweltverbände kritisieren den Einsatz von Aluminium wegen des hohen Ressourcenverbrauchs bei der Herstellung. In der Lebensmittel-Herstellung findet es Verwendung als Lebensmittelfarbe (E 173) bei Überzügen von Zuckerwaren zur Dekoration von Kuchen und Feinen Backwaren. In Pulverform (Partikelgröße < 500 µm) ist es vor allem, wenn es nicht phlegmatisiert ist, aufgrund seiner großen Oberfläche sehr reaktiv. So reagiert Aluminium beispielsweise mit Wasser unter Abgabe von Wasserstoff zu Aluminiumoxid. Ebenso ist es für die stark exotherme (bis zu 2500 °C) Thermit-Reaktion unerlässlich. Vorsicht: Nicht phlegmatisierter Aluminiumstaub entzündet sich bei Luftkontakt explosionsartig von selbst, er hat das Gefahrenzeichen [F+]. Aluminium wird häufig durch eine Eloxalschicht geschützt. Die Aluminiumverarbeitung geschieht oft mit Hilfe von Gußverfahren (Aluminiumgießerei). Urformen:
- Sandguss
- Strangguss
- Druckguss
- Kokillenguss
- Strangpressen
- Sprühkompaktieren

Sicherheitshinweise

Aluminium ist eines der wenigen reichlich vorhandenen Elemente, das keine vorteilhafte Funktion in lebenden Zellen zu haben scheint, aber einige Prozent der Bevölkerung reagieren allergisch — sie erleiden Ausschläge in jeder möglichen Form durch Verwenden von Antitranspirationsprodukten, Verdauungsstörungen und Unfähigkeit, Nährstoffe aus der Nahrung aufzunehmen, die in Aluminiumtöpfen gekocht wurde, oder Erbrechen und anderen Vergiftungserscheinungen durch Einnehmen aluminiumhaltiger Medikamente. Aluminium ist nicht so giftig wie Schwermetalle, aber vieles spricht für eine geringe Giftigkeit, wenn es in übermäßigen Mengen gebraucht wird. Jedoch ist der Gebrauch von Aluminiumgeschirr, das sehr populär wegen seiner Korrosionsbeständigkeit und guten Hitzeübertragung ist, unbedenklich. Übermäßiger Verbrauch von Mitteln gegen Sodbrennen und Deodorants, die Aluminium enthalten, sind wahrscheinlichere Ursachen von Vergiftungserscheinungen. Es wurde eine Zeit lang vermutet, dass Aluminium Alzheimer hervorrufen kann. Diese Vermutung konnte nicht bewiesen werden. Ferner besteht jedoch der Verdacht, dass Aluminium Brustkrebs fördern könnte. Auch diese Vermutung ist noch nicht wissenschaftlich bestätigt.

Ökologie

Hinsichtlich der Umweltbelastung ist die gute Recyclierbarkeit von Aluminium hervorzuheben. Außerdem wird durch Leichtbau mit Aluminiumwerkstoffen (beispielsweise Aluminiumschaum, Strangpressprofile) Masse von beweglichen Teilen und Fahrzeugen gespart, was zur Energieeinsparung bei der Anwendung führt. Andererseits wird für die Elektrolyse von Aluminium sehr viel Elektroenergie benötigt. Der Abbau von Bauxit führt zu Umweltzerstörungen. Aluminium ist physiologisch unbedenklich und hat deshalb seine berechtigte Anwendung in der Nahrungsmittelindustrie.

Aluminiumlegierungen

Die erste hochfeste, aushärtbare Aluminiumlegierung bekam 1907 den Markennamen Duraluminium. Aluminium kann im schmelzflüssigen Zustand mit Kupfer, Magnesium, Silizium, Eisen, Titan, Beryllium, Chrom, Zink, Zirkon und Molybdän legiert werden, um bestimmte Eigenschaften zu fördern oder andere, ungewünschte Eigenschaften zu unterdrücken.
- Aluminiumgusslegierungen - Herstellung von Motoren- und Getriebegehäusen. Typische Aluminiumgusslegierungen sind: AlSi, AlSiCu, AlSiMg, AlCuTi, AlMg
- Aluminiumknetlegierungen - Platten und Bandproduktion durch Warmumformen (Walzen, Strangpressen). Typische Aluminiumknetlegierungen sind: AlMgSi, AlCuMg, AlMg, AlSi, AlZnMg, AlZnMgCu, AlMn
- Aushärtung von Aluminiumlegierungen - Gitterverspannung durch Abschrecken Es gibt Aluminiumknetlegierungen (AW, engl. wrought), zum Beispiel AlMg4,5Mn, und Aluminiumgusslegierungen (AC). Aluminiumgusslegierungen werden z.B. für Leichtmetallfelgen verwendet.

Verbindungen

- Aluminiumoxid Al₂O₃, auch als Tonerde oder Korund bekannt, liegt als weißes Pulver oder in Form sehr harter Kristalle vor und wird als Schleif- oder Poliermittel verwendet.
- Kaliumaluminiumsulfat KAl(SO₄)₂, bekannt als "Alaun" zum Blutstillen.
- Aluminiumacetat Al(CH₃-COO)₃, bekannt als essigsaure Tonerde für entzündungshemmende Umschläge.
- Aluminiumorganische Verbindungen - Triethylaluminium u.v.m. - werden im großtechnischen Maßstab als Katalysatoren in der Polyethylen-Herstellung eingesetzt. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Halbleitertechnik. Hier werden flüchtige Aluminiumalkyle (Trimethylaluminium, Triethylaluminium etc.) als Vorstufen zur CVD (Chemical-Vapor-Deposition)- Abscheidung von Alumiumoxid verwendet, das man als Isolator und Ersatz für das nicht ausreichend isolierende Siliziumdioxid einsetzt.
- Bei der Aluminothermie wird Aluminium zur Gewinnung anderer Metalle und Halbmetalle verwendet (siehe auch Thermitverfahren).

Siehe auch

- Liste der größten Aluminiumproduzenten
- Aluminiummarkt

Weblinks

- [http://www.taprofessional.de/charts/Aluminium-Line-Chart.htm Charts: Kurs-Entwicklung Aluminium in Dollar]
- [http://www.aluinfo.de/index.html www.aluinfo.de]
- [http://www.kalzip.com/de/produkte/aluminium_home.htm Aluminum als Werkstoff in der Architektur] Kategorie:Chemisches Element Kategorie:Erdmetall Kategorie:Periode-3-Element Kategorie:Metall ja:アルミニウム ko:알루미늄 simple:Aluminium th:อะลูมิเนียม

Aluminiumdruckguss

Unter Aluminiumdruckguss versteht man ein Druckgussverfahren, bei dem Aluminium im flüssigen oder teigigen Zustand unter hohem Druck in eine vorgewärmte Stahlform gepresst wird. Es verdrängt die der Form vorhandene Luft und wird während des Erstarrungsvorganges unter Druck gehalten. Die Dauerform aus Stahl ist um das Schwindmaß vergrößerte genaue Negativ des herzustellenden Abgusses. Die Form besteht aus zwei Hälften, so dass sie nach dem Füllvorgang und Erstarren des Metalls geöffnet und der Abguss aus ihr entfernt werden kann. Aluminiumdruckguss kann grundsätzlich nur auf Kaltkammer-Druckgießmaschinen produziert werden.

Vorwärmung der Form

Zur Vorwärmung werden Heiz- und Kühlgeräte verwendet. Ungeeignet sind Gasbrenner, weil sie vorstehende Formteile und Kerne stärker anheizen. Hier besteht die Gefahr örtlicher Überhitzung des wärmebehandelten Formstahls, welcher die Festigkeit vermindern können.

Verlauf des Gießvorganges

- Eingießen des Metalls in die Füllkammer ohne Druck mittels Dosierautomaten oder von Hand mittels eines Schöpflöffels
- Füllen der Form durch den Strömungsdruck
- Während der Formfüllung füllt das flüssige Metall durch den hydrodynamischen Druck die Form genau aus. Das ist eine Charakteristik des Druckgießens.
- Nach der Füllung wirkt der hydrostatische Druck auf den Abguss Schon beim Dosieren ist darauf zu achten, dass die Metallmenge gut dosiert wird. Es ist sehr wichtig, dass der Pressrest weder zu klein noch zu groß wird. Bei zu kleinen Pressrest ist nicht genügend flüssiges Metall vorhanden um die Form einwandfrei zu füllen. Bei zu großen Pressrest platzt er beim Öffnen der Form. Zudem verschiebt sich der Umschaltpunkt der 2. Phase, was zu Ausschuss führt.

Strömungsvorgänge

Der eigentliche Gießvorgang beginnt mit dem Vorlaufen des Kolbens, der sich zunächst langsam bewegt, damit kein flüssiges Metall aus der Presskammeröffnung herausgeschleudert wird (1.Phase). Diese langsame Bewegung soll solange erfolgen, bis die Presskammer gefüllt ist und das Metall bis zum Anschnitt angekommen ist. Die in der Presskammer anwesende Luft wird dabei in den Formhohlraum verdrängt. Die Presskammer sollte immer zu 50-60% gefüllt sein, damit es keine Überschlagswelle gibt und nicht zu viel Luft verdrängt werden muss. Eine überschlagende Stoßwelle würde bereits in der Presskammer zu Lufteinschlüssen führen, die in den Formhohlraum gelangen und auch durch Entlüftungsmaßnahmen nicht mehr entfernt werden können, weil die Luft bereits im flüssigen Metall eingeschlossen ist. Von der Presskammer aus gelangt das Metall in den Lauf (2. Phase), der in seinem Querschnitt entweder konstant sein oder sich in Richtung auf den Ausschnitt verjüngen soll. Dies bedeutet, dass eine gleichbleibende oder geringfügig zunehmende Strömungsgeschwindigkeit erreicht werden soll. Sind mehrere Anschnitte vorhanden, so muss jeweils hinter der Abzweigung eine Verengung des Laufquerschnittes stattfinden. Der eigentliche Anschnitt soll dann unter einer Schräge an den Lauf herangeführt werden. Kurz vor dem Abguss soll der Anschnittquerschnitt planparallel sein, damit das Metall nicht düsenartig in den Formhohlraum eintritt. Die Festlegung der Anschnitte erfolgt in den meisten Fällen nach den Gesichtspunkten des Strömungsverlaufes in der Form. Der Anschnitt muss so gelegt werden, dass das Metall ohne Turbulenz, nach Möglichkeit als Freistrahl, den Formhohlraum füllen kann. Gleichzeitig soll darauf geachtet werden, dass es nur in eine Richtung fließt und das ein guter Wärmeaustausch und eine gleichmäßige Wärmeverteilung geschaffen wird. Der statische Nachdruck (3. Phase), der größer ist als der Strömungsdruck, soll das Metall des ganzen Abgusses während der Erstarrung verdichten und die Formausfüllung verbessern. Daraus ergibt sich, dass der Gießdruck schlagartig rasch anwachsen muss. Ein allmählicher Druckanstieg während der Formfüllung kann kaum wirksam werden, da die Form in Hunderstel- und oft Tausendstel-Sekunden gefüllt wird.

Form Füllzeit

Die Füllzeit steht in enger Beziehung zu den Wärme- und Temperaturverhältnissen in der Form. Die längste Füllzeit, mit der eine Form ohne beginnende Erstarrung gefüllt werden kann ist die beste für das Gussteil. Die Füllzeit soll einerseits so kurz sein, dass während des Giessens keine Erstarrung eintritt. Anderseits soll sie so lang wie möglich sein, um die Trennmittel-Dämpfe über die Entlüftungskanäle zu entfernen. Voraussetzung für die Herstellung von guten Druckgussteilen ist die richtige Anlage einer Form in Bezug auf Teilungen, Schieber usw., richtige Bemessung des Angusssystems und der Entlüftung und optimale Einstellung der Maschine.

Aluminium- Gusslegierungen

Reines Aluminium wird als Gusswerkstoff kaum eingesetzt, da seine Festigkeitseigenschaften für viele Verwendungszwecke ungenügend sind. Erst durch seine Legierungen hat Aluminium besondere technische Bedeutung als Gusswerkstoff erlangt, da der Zusatz nur einiger Prozente an Legierungselementen in vielen Fällen eine wesentliche Verbesserung der Gieß- und Festigkeitseigenschaften bewirkt. Aluminium-Gusslegierungen für die allgemeine Anwendungen im Druckguss sind die Hauptvertreter:
- AlSi9Cu3(Fe),
- AlSi12Cu1(Fe),
- AlSi12(Fe),
- AlSi10Mg(Cu). Ebenso werden unter- und übereutektische Al-Si-Legierungen mit abweichenden mechanischen Eigenschaften verarbeitet. Auch Legierungen mit Kalt- und Warmauslagerung werden zunehmend vergossen, wobei die warmauslagernden Legierungen eine Vakuumabsaugung des Gießwerkzeuges erfordern. Kategorie:Urformen

Zink

Zink ist ein chemisches Element. Es ist ein bläulich-weißes Metall und wird unter anderem zum Verzinken von Eisen und Stahlteilen sowie für Regenrinnen verwendet. Der Name Zink kommt von Zinke, Zind „Zahn, Zacke“, da Zink zackenförmig erstarrt. Weit verbreitet ist auch Titanzink.

Vorkommen

Zink kommt in folgenden Erzen vor:
- Zinkblende (ZnS): Zink-Schwefel-Verbindung mit ca. 65% Zinkanteil.
- Zinkspat (ZnCO₃): Zinkkarbonat, auch Galmei mit ca. 50% Zinkanteil Zinkerze werden hauptsächlich in den folgenden Ländern abgebaut: Australien, Peru, Kanada, USA und Volksrepublik China. In Europa sind noch einige Zinkminen in Irland, Spanien und Schweden aktiv. Auch in Deutschland gab es Zinkerzlagerstätten z. B. bei Eschweiler im Rheinland oder am Rammelsberg im Harz. Oberirdisch kann man in diesen Gebieten seltene Pflanzen finden, die auf zinkhaltigen Böden besonders gut wachsen – z. B. das gelbe Galmeiveilchen, das nach dem alten Namen für Zinkerz Galmei benannt ist. Drei Zinkhütten standen im 19. Jahrhundert in Eschweiler.

Gewinnung

Zinkblende wird im Flammofen, Zinkspat im Schachtofen in Zinkoxyd umgewandelt. Mit Kohle vermischt wird in einem Muffelofen bei ca. 1.400°C reduziert, dabei entsteht das dampfförmige Hütten- oder Rohzink (98%). Nach der Kondensation wird es in Formen gegossen. Durch nochmaliges Umschmelzen wird das Zinkoxyd mit Schwefelsäure zu Zinksulfat umgewandelt. Im Elektrolyseverfahren wird daraus Feinzink (99,99%) gewonnen.

Eigenschaften

An der Luft bildet Zink eine witterungsbeständige Schutzschicht aus Zinkkarbonat. Am Bruch ist es silberweiß. Zink ist bei Zimmertemperatur und oberhalb 200°C spröde, es lässt sich nur zwischen 100°C und 200°C spanlos verformen. In der Regel liegt Zink in seinen Verbindungen in der Oxidationsstufe +II vor, in den Salzen liegt es als Zn²⁺ vor. Mehrere Salze binden Kristallwasser. Chemisch zählt Zink zu den unedlen Metallen. Dies kann beispielsweise dafür ausgenutzt werden, edlere Metalle aus ihren Salzen durch Reduktion elementar abzuscheiden:

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Dabei gibt Zn zwei Elektronen ab und wird zu Zn²⁺ oxidiert (Redoxpotential -0,763 Volt). Cu²⁺ nimmt diese Elektronen auf und wird zu elementarem Kupfer (Cu) reduziert. In Einzelfällen kommt der Begriff „Zink“ auch in Eigennamen vor. Ursprünglich stammt dieser Nachname von Zink-verarbeitenden Faktoreien zu Beginn des späten Mittelalters. Laut Studien ist der Name verbunden mit psychischer Labilität, da die Dämpfe der Faktoreien des frühen Mittelalters den Zinks zu Kopf gestiegen ist.

Verwendung

Zink wird häufig zur Produktion von kostengünstigen Gussteilen verwendet, da der Zinkdruckguss die schnelle Fertigung von großen Stückzahlen unterschiedlichster Produkte erlaubt. Weitere Vorteile dieses Werkstoffes im Zinkdruckgussverfahren sind hohe Maßhaltigkeit, Eignung zu unterschiedlichen Oberflächenbehandlungen sowie die hohe mechanische Belastbarkeit. Das Spektrum der Anwendungen reicht von der Kfz–Industrie, dem Maschinen- und Apparatebau, Baubeschlag, Sanitärindustrie, der Feingeräte- und Elektrotechnik bis hin zu Gebrauchsgegenständen und Spielzeugen. Im Dachdecker- und Klempnerhandwerk wird in der Regel Titanzink verwendet, welches mechanisch deutlich stabiler ist.

Rostschutz

Titanzink Der unedle Charakter des Zinks wird auch beim Rostschutz durch Verzinken ausgenutzt. Der Zinküberzug bildet mit dem Eisen ein elektrochemisches Lokalelement. Da Zink ein niedrigeres Redoxpotential als Eisen hat, wird es unter oxidierenden Bedingungen (meistens O₂ und H₂O) leichter oxidiert als Eisen. Bei diesem Rostschutz wird das Zink langsam zu Zn²⁺-Ionen oxidiert und damit verbraucht. Für die Rostschutzwirkung ist es nicht nötig, dass das gesamte Eisenstück verzinkt ist. Es reicht eine so genannte Opferanode, die allerdings regelmäßig ausgetauscht werden muss.

Zink-Kohlebatterie

Aufgrund des niedrigen Redoxpotentials und der einfachen Formbarkeit wird Zink auch als negative Elektrode in galvanischen Zellen, beispielsweise Zink-Kohle-Monozellen eingesetzt, aus denen auch Trockenbatterien aufgebaut sind.

Biologische Bedeutung

Trockenbatterie Zink zählt zu den essentiellen Spurenelementen für den Stoffwechsel von Lebewesen. Es ist Bestandteil mehrerer Enzyme, beispielsweise der RNA-Polymerase und der Glutathionperoxidase. Zink erfüllt im Körper viele verschiedene Funktionen. So nimmt es Schlüsselrollen im Zucker-, Fett- und Eiweißstoffwechsel ein und ist beteiligt am Aufbau der Erbsubstanz und beim Zellwachstum. Sowohl das Immunsystem als auch viele Hormone benötigen Zink für ihre Funktion. Eine bedeutende Rolle spielt es bei der Wundheilung. Das Spurenelement kann im Körper nicht gespeichert werden, es muss regelmäßig von außen zugeführt werden. Aufgrund von falschen Ernährungsgewohnheiten ist Zinkmangel auch in westlichen Ländern nicht selten, insbesondere bei Jugendlichen, die aufgrund des Wachstums besonders viel Zink benötigen. Eine 2005 auf einer Konferenz der amerikanischen Gesellschaft für Ernährungswissenschaften in San Diego vorgestellte Studie deutet darauf hin, dass Kinder, die täglich ausreichend Zink erhalten (20 Milligramm), eine deutliche Verbesserung der geistigen Leistungsfähigkeit erfahren. Zink verbesserte das visuelle Gedächtnis, die Leistungen in einem Wortfindungstest und die Konzentrationsfähigkeit. Zink ist neben Vitamin C auch ein wichtiges Grippemittel, dessen krankheitslindernde und -verkürzende Wirkung in Studien nachgewiesen werden konnte. Zinkmangel führt zu einer Unterfunktion der Keimdrüsen, Wachstumstörungen und Blutarmut. Folgende Nahrungsmittel sind gute Zinkquellen:
- rote Fleischsorten
- Fisch und Meeresfrüchte
- Kuhmilch und wässrige Milchprodukte
- Vollkornprodukte, speziell sauerteiggeführtes Brot (siehe Phytinsäure)
- Weizenkeime (Weizen)
- Ölsaaten (z. B. Sesam, Mohn, Kürbiskerne, Sonnenblumenkerne)
- Erdnüsse und Pekannüsse
- Pilze und Hefen Siehe auch: Hereditäres Zinkmangelsyndrom

Wichtige Verbindungen

- Zamak
- Zinkchlorid (ZnCl₂)
- Zinkoxid (ZnO)
- Zinksulfid (ZnS) hat gute Eigenschaften im Bereich der Phosphoreszenz.

Weblinks

- http://www.initiative-zink.de/ Kategorie:Chemisches Element Kategorie:Periode-4-Element Kategorie:Gruppe-12-Element Kategorie:Übergangsmetall Kategorie: Schwermetall ja:亜鉛 simple:Zinc

Magnesium

Magnesium ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Mg und der Ordnungszahl 12. Als acht-häufigstes Element ist es zu etwa zwei Prozent am Aufbau der Erdkruste beteiligt.

Geschichte

Die Herkunft der Elementbezeichnung wird in der Literatur unterschiedlich dargestellt: # von altgriech. μαγνητις λυθος in der Bedeutung Magnetstein # von Magnesia (Griechenland), einem Gebiet im östlichen Griechenland # von Magnesia, einer Stadt in Kleinasien, auf dem Gebiet der heutigen Türkei.
1755 erkannte Joseph Black in England Magnesium als ein Element. 1808 isolierte Sir Humphry Davy reines Metall durch Elektrolyse einer Mischung aus Magnesia und Quecksilberoxid. AA Bussy stellte es 1831 in massiver Form dar.

Vorkommen

Magnesium kommt nicht in elementarer Form vor, als Verbindungen überwiegen Carbonate, Silicate, Chloride und Sulfate. Es ist ein sehr häufig vorkommendes Element, so bestehen ganze Gebirgszüge, wie die Dolomiten, aus einem magnesiumhaltigen Mineral, dem Dolomit. In Wässern ist es ebenfalls meistens vorhanden und verursacht zusammen mit dem Calcium die Härte des Wassers. Im Meerwasser ist es mit mehr als 1 kg/m³ enthalten.

Mineralien

- Dolomit CaMg(CO₃)₂
- Magnesit (Bitterspat) MgCO₃
- Enstatit MgSiO₃
- Olivin (Mg, Fe)₂ [SiO₄]
- Serpentin Mg₃[Si₂O₅] (OH)₄
- Talk Mg₃[Si₄O₁₀] (OH)₂
- Meerschaum Mg₄[Si₆O₁₅] (OH)₂
- Kieserit MgSO₄
- H₂O
- Schönit K₂Mg(SO₄)₂
- 6 H₂O
- Carnallit KMgCl₃
- 6 H₂O
- Spinell MgAl₂O₄

Eigenschaften

Das feste, silbrig-glänzende Leichtmetall Magnesium, das circa ein Drittel leichter als Aluminium ist, überzieht sich an Luft mit einer schützenden Oxidhaut, in Wasser mit einer schwerlöslichen Magnesiumhydroxidschicht, welche bei höheren Temperaturen aber unbeständig ist. Schwache Säuren und Ammoniumsalze greifen die Hydroxidschicht ebenfalls an. Gegen Fluorwasserstoffsäure und Alkalien ist es im Gegensatz zum Aluminium relativ beständig. Frisch hergestelltes Magnesiumpulver erwärmt sich an der Luft bis zur Selbstentzündung. Dünnes Band oder Folien lassen sich leicht entzünden. Es verbrennt mit einer grellweißen Flamme zu Magnesiumoxid MgO und Magnesiumnitrid Mg₃N₂. Auch in vielen Oxiden wie Kohlenmonoxid, Stickoxid und Schwefeldioxid verbrennt Magnesium. Reinmagnesium ist schlecht gießbar und hat eine geringe Festigkeit und Härte.

Verwendung

Metallisches Magnesium

Schwefeldioxid Reines Magnesium hat technisch wenig Bedeutung. Magnesiumband und -draht wird in (Foto-)Blitzbirnen, beziehungsweise früher als Blitzlichtpulver verwendet, Magnesiumpulver in Brandsätzen, -bomben und Leuchtmunition, aber auch als Zusatz in Feuersteinen für Feuerzeuge. In der Metallurgie dient es als vielseitiges Reduktionsmittel :
- Kroll-Prozess zur Herstellung von Titan
- Reduktionsmittel zur Herstellung von Uran, Kupfer, Nickel, Chrom und Zirconium
- Magnesiumgranulat zur Entschwefelung von Eisen und Stahl
- Zuschlagstoff für Kugelgrafitguss In der organischen Chemie wird es zur Herstellung von Grignard-Verbindungen genutzt. Grignard-Verbindung Weil sich Magnesium sehr leicht entzündet wird es auch als sehr robustes Feuerzeug verwendet. Diese, als Fire Starter Kits vertriebenen, Magnesiumblöcke haben auf einer Seite einen langen Stab dessen Abrieb, wie der Feuerstein beim Feuerzeug, sich mit dem Luftsauerstoff entzündet. Die Prozedur ähnelt stark der in der Steinzeit üblichen Methode, durch Feuerstein und Zunder Feuer zu machen, wobei das Magnesium die Rolle des Zunders übernimmt. Zuerst werden, mit einem Messer, vom Metallblock möglichst lange und dünne Spähne abgeschabt und auf dem eigentlichen Brennmaterial plaziert. Anschließend werden, durch schaben an der Rückseite Funken möglichst nahe an den Magnesiumspänen erzeugt, die sich daraufhin entzünden. Der gleiche Effekt lässt sich auch mit Anspitzern erzielen, da sie häufig aus einer Magnesium Legierung gefertigt werden, jedoch müssen die, zur Zündung notwendigen Funken, anderweitig erzeugt werden.

Magnesiumlegierungen

Werkstofftechnisch sind Mg-Al-, Mg-Mn-, Mg-Si-, Mg-Zn- und vor allem Mg-Al-Zn-Legierungen von Bedeutung. Wichtigste Anwendung ist aber wohl die Härtung von Aluminiumlegierungen durch einen Mg-Zusatz bis zu fünf Prozent. Zusätzlich verbessert sich die Schweißbarkeit. Sie finden Anwendung als Verpackungsmaterial, zum Beispiel in Getränkedosen. In den letzten Jahrzehnten hat man wegen der möglichen Gewichtseinsparung versucht, Aluminium durch Magnesium zu ersetzen. Bei gleicher Belastbarkeit sind Bauteile aus Magnesiumlegierungen leichter als solche aus Kunststoff. Das machte Magnesium schon früh für mobile Anwendungen interessant. 1909 stellte man Anwendungen auf einer Luftschiffausstellung vor. In Kraftfahrzeugen nutzte man Magnesiumlegierungen zur Herstellung von Gehäuseteilen sowie zur Herstellung von Felgen für Großfahrzeuge. Ab den 1930ern verwendete man sie massiv im deutschen Flugzeugbau. Die möglichen Gewichtseinsparungen, gerade im Flugmotorenbau, führten zu einem schnellen Ausbau der Magnesiumgewinnung in den USA Anfang der 1940er. Heute werden auch Fahrgestelle und Rumpfteile von Flugzeugen und Fahrradteile aus Magnesiumlegierungen hergestellt. Die Kurbelgehäuse der Motoren des VW-Käfers bestanden aus Mg-Si-Legierungen. Heute werden im Maschinenbau überwiegend Mg-Al-Zn-Legierungen verwendet. Durch Druckgiessen lassen sich viele Bauteile endabmessungsnah und ohne kostenintensive Nachbearbeitung herstellen:
- Felgen
- Profile
- Gehäuse
- Motorhauben
- Motordeckel
- Handbremshebel Teile des 3-Liter-Lupos und zunehmend Teile anderer Automarken werden aus Magnesiumlegierungen gefertigt. Magnesiumlegierungen zeichnen sich durch hohe Dämpfung aus. Dies führt bei Schwingungsbelastung zu einer Verringerung der Vibration und Geräuschemission. Auch aus diesem Grund sind Magnesiumlegierungen interessante Werkstoffe.

Magnesiumverbindungen

- Totgebranntes Magnesiumoxid zur Auskleidung von Hochtemperaturanlagen wie Schmelzöfen, Gießpfannen und so weiter
- Magnesia (Magnesiumcarbonat) zur Verbesserung des Griffs durch Aufsaugen des Schweißes im Bereich des Turnens, Gewichthebens und der Leichtathletik
Medizinische Anwendungen
- Magnesiumhydroxid zur Bindung von überschüssiger Magensäure.

Physiologie

Magnesium ist als Mineralstoff für Mensch, Tier und Pflanze unentbehrlich. Im Blattgrün der Pflanzen (Chlorophyll) ist es etwa zu zwei Prozent enthalten. Pflanzen verwelken bei Magnesiummangel. Der Mensch benötigt Magnesium für das Zusammenspiel von Muskel und Nerv sowie für die Muskelkkontraktion. Magnesiummangel löst beim Menschen Herzrhythmusstörungen und Muskelkrämpfe aus. Im Bereich von Psyche und Stoffwechsel wird vermutet, dass auch Depression durch einen Magnesiummangel verstärkt wird. Auch kann es durch Mangel zum Herzinfarkt kommen. Der Körper enthält 20 g Magnesium. Die erforderliche Tagesdosis von ca. 300 mg wird in der Regel durch eine ausgewogene Ernährung mit Vollkornbrot, Nüssen, Gemüse (Blattspinat, Kohlrabi) erreicht. Erhöhter Bedarf kann über Nahrungsergänzungsmittel gedeckt werden. Gefahr von Magnesiummangel besteht beispielsweise
- bei kohlehydratarmer Ernährung oder Diäten,
- in der Schwangerschaft und Stillzeit,
- in der Wachstumsphase bei Jugendlichen,
- bei Alkoholmissbrauch,
- bei Stress,
- bei Sportlern,
- bei Abführmittelmissbrauch, Erbrechen, oder bei langanhaltendem Durchfall. Bei Magnesiumpräparaten als Tabletten, Kau- oder Lutschtabletten, Granulat oder Injektionslösungen ist die Dosierung wichtig. Verschiedene Studien (z. B. J. Clin. Invest. 88 (1991) 396-402) kommen zu dem Ergebnis, dass bei einer Einnahme von 120 mg ca. 35% resorbiert werden, jedoch bei Einnahme einer kompletten Tagesdosis von 360 mg nur noch ca. 18%.

Herstellung

Die Herstellung von Magnesium erfolgt vorwiegend über zwei Wege:
- Schmelzelektrolyse von geschmolzenem Magnesiumchlorid in DOW-Zellen.
Sie bestehen aus großen eisernen Trögen, die von unten beheizt werden. Als Anoden dienen von oben eingelassene Graphitstäbe, die an den Spitzen von einer ringförmigen Kathode umgeben sind. Das metallische Magnesium sammelt sich auf der Salzschmelze und wird abgeschöpft. Das entstehende Chlorgas sammelt sich im oberen Teil der Zelle und wird wieder verwendet zur Herstellung von Magnesiumchlorid aus Magnesiumoxid. Zur Schmelzpunkterniedrigung des Magnesiumchlorids wird der Salzschmelze noch Calcium- und Natriumchlorid zugesetzt.
- Thermische Reduktion von Magnesiumoxid (Pidgeon Prozess)
In einem Behälter aus Chrom-Nickel-Stahl wird gebrannter Dolomit, Schwerspat und ein Reduktionsmittel wie Ferrosilicium, Koks oder Calciumcarbid eingefüllt. Anschließend wird evakuiert (Abpumpen des Gases) und auf 1160 °C erhitzt. Das dampfförmige Magnesium kondensiert am wassergekühlten Kopfstutzen außerhalb des Ofens. Das chargenweise gewonnene Magnesium wird durch Vakuumdestillation weiter gereinigt. Der Pidgeon Prozess sowie einige andere Herstellverfahren spielen eine untergeordnete Rolle.

Verbindungen

- Magnesiumcarbonat MgCO₃
- Magnesiumchlorid MgCl₂
- Magnesiumdiborid MgB₂, ein Supraleiter
- Magnesiumfluorid MgF₂
- Magnesiumhydrid MgH₂
- Magnesiumhydroxid (Brucit) Mg(OH)₂
- Magnesiumoxid MgO
- Magnesiumsulfat MgSO₄
- Spinell MgAl₂O₄

Vorsichtsmaßnahmen

Magnesiumschmelzen und Magnesiumpulver sind leicht brennbar. Mit Luft und Wasser reagieren sie sehr heftig.
Magnesiumbrände dürfen nicht mit Wasser gelöscht werden. Im Allgemeinen wird trockener Sand, trockene Gusseisenspäne oder Feuerlöschmittel der Klasse D empfohlen.
Magnesium reagiert zudem mit Wasser und reduziert dieses zu Wasserstoff und Sauerstoff. Das gleißend helle Licht von brennendem Magnesium kann die Augen schädigen, deswegen sollte niemals direkt in die Flamme gesehen werden.

Weblinks

- [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Mg/index.html WebElements.com - Magnesium]
- [http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Mg.html EnvironmentalChemistry.com - Magnesium]
- [http://www.pniok.de/mg.htm Abbildung in der Elementansammlung von Heinrich Pniok auf www.Pniok.de] Kategorie:Erdalkalimetall Kategorie:Periode-3-Element Kategorie:Nahrungsergänzung ja:マグネシウム ko:마그네슘 th:แมกนีเซียม

Magnesiumdruckguss

Bei Magnesium-Druckgießen werden vorgewärmter Barren in dem Schmelz- und Warmhalteofen chargiert, die mit Stahl-Tiegeln bei jeder Druckgießmaschine ausgestattet sind. Elektrisch oder Gas feuerte Schmelzofen werden in der Regel benutzt. Aus Sicherheit Gründen müssen die Barren vor Eintauchen im geschmolzenen Metall vorgewärmt werden. Wegen der starken oxydierenden Tendenz des geschmolzenen Magnesiums zu Luftsauerstoff ist es Vor-bedingung, dass eine schützende Gas-Atmosphäre das geschmolzene Metall abdeckt. Für diesen Zweck wird eine Mischung von 0,2% SF6 in trockener Luft oder einer Mischung von 0,5-2% SO2 in trockener Luft verwendet. Das Schutzgas muss so zugeführt werden, dass beim Schmelzen das Brennen und die Oxidation verhindert wird. Die Metalloberfläche muss glatt und sauber sein. SO2 wird gegenüber SF6 wegen der Ozon schädigen Wirkung bevorzugt. SO2 ist ein giftiges Gas und bei entsprechenden Vorkehrungen ist dieses Schutzgas ohne weiteres zu empfehlen. Weil flüssige Magnesium-Legierungen in beheizten Nickel freien Stahl-Rohren transportiert werden können, sind eine Vielfalt von Dosiereinrichtungen im Einsatz. In Warmkammer-Druckgießmaschinen können auch saubere Magnesiumteile eingeschmolzen werden. Flüssiges Magnesium hat eine niedrige Löslichkeit gegen Eisen, aus diesem Grunde können verschiedene Arten von Pumpen über beheizte Stahlrohre geschmolzenes Magnesium zur Dosierung dem Schuss-Zylinder zu geführt werden. Die Gießtemperatur variiert von einer Legierung zu andern und hat Einfluss auf den Gießprozess. Typisch ist die Gießtemperatur für AZ91 (MgAl9Z1) im Bereich von 650 -680°C für Kaltkammerdruckgießmaschinen und 620-640°C für Warmkammer-Druckgießmaschinen. Legierungen mit niedrigeren Gehalten von Aluminium, werden mit etwas höhere Temperaturen so um 660-690°C gegossen. Im Allgemeinen können Kaltkammerdruckgießmaschinen, die für Aluminium eingesetzt werden, auch für Magnesium benutzt werden. Wichtige Unterschiede zwischen Aluminium und Magnesium sind die Dichte, die etwa nur 2/3 des Aluminiums beträgt. Die niedrigere Dichte von Magnesium gegenüber Aluminium bedeutet, dass die Trägheit geringer ist und für die gleiche Menge Metall wird eine höhere Strömungs-Geschwindigkeit unter Druck erzielt. Es wird also mit kürzerer Zeit eine Form mit Magnesium gefüllt als mit Aluminium. Auch für Gussteile mit dünnen Wandstärken mit großen Strömungswegen wird die Füllzeit für Magnesium kürzer sein. Aus diesem Grund arbeiten einige Magnesium-Druckgießer mit Schusskolben Geschwindigkeiten, die 10 m/s übersteigen. Die spez. Gießdrücke sind im allgemeinen im Bereich von 30-70 MPa.. Kaltkammer-Druckgießmaschinen mit Schließkräften bis über 4000 Tonnen sind kommerziell verfügbar. Auf Warmkammerdruckgießmaschinen werden hauptsächlich kleinere Teilen mit Schuss-Gewichten von 2 bis3 kg produziert. Der spez. Gießdruck ist geringer als bei Kaltkammermaschinen, typisch im Bereich von 20 bis 30 MPa.

Exemplarische Bauteile

Kaltkammerdruckguss: Getriebegehäuse,Kupplungsgehäuse, Motorengehäuse, Zylinderkopfhauben, Karosserie- Bauteile, Bohrmaschinengehäuse, Lenkräder. Warmkammerguss: PC-Gehäuse, Träger, Gehäuse für Mobiltelefone. Kategorie:Urformen

Formenbau

Verfahren

Der Formenbau dient der Herstellung von Werkzeugen (Formen) für verschiedenste Verfahren:
- Spritzgießen (