Elemente der Gießtraube
Die Modelle werden direkt über ihre Anschnitte oder über Läufe an einen Wachseinguss gesetzt. In den meisten industriellen Trauben ist der zentrale Einguss sowohl Verteilerkanal als auch Speisemetallreservoir. Die Traubengestaltung bestimmt, wie viele Teile je Form gegossen werden, und beeinflusst damit die Kosten stark.
Formfüllung
Das Metall soll schnell genug einströmen, um dünne Querschnitte vor dem Erstarren zu füllen, jedoch ohne Turbulenz, die Luft und Oxidhäute einschleppt. Maßnahmen sind der Anschnitt in dickere Querschnitte, das Vermeiden frei fallender Ströme bei oxidhautbildenden Legierungen, die Bemessung von Trichter und Einguss, sodass sie gefüllt bleiben, sowie gegebenenfalls Filter. Die Gasdurchlässigkeit der Schale lässt Luft entweichen; Sackkonturen, in denen sich Luft fangen kann, benötigen unter Umständen Entlüftungen.
Speisung und gelenkte Erstarrung
Die meisten Legierungen verringern beim Übergang von flüssig zu fest ihr Volumen. Kann kein flüssiges Metall nachfließen, zeigt sich das Defizit als Lunker oder verteilte Porosität. Leitprinzip ist die gelenkte Erstarrung: Sie soll in den vom Speiser entferntesten Bereichen beginnen und stetig zum Anschnitt fortschreiten, sodass ein flüssiger Pfad offen bleibt, bis das Gussteil erstarrt ist.
Praktisch bedeutet das:
- Anschnitte werden am dicksten Querschnitt des Teils angesetzt;
- Anschnitt und Einguss müssen länger flüssig bleiben als der gespeiste Querschnitt, bewertet über den Erstarrungsmodul (Volumen geteilt durch wärmeabführende Oberfläche);
- isolierte Materialanhäufungen, durch dünne Wände vom Anschnitt getrennt, sind der klassische Ort für Lunker und sollten konstruktiv vermieden oder zusätzlich angeschnitten werden;
- Isolierung der Schale oder örtliche Kühlung können den Temperaturgradienten steuern.
Legierungen mit breitem Erstarrungsintervall, etwa viele Nickellegierungen und manche Bronzen, bilden eher fein verteilte Mikroporosität als einen konzentrierten Lunker und sind anspruchsvoller zu speisen.
Erstarrungsgefüge und Abkühlgeschwindigkeit
Die heiße Keramikschale führt Wärme im Vergleich zur Metallkokille langsam ab. Feingussteile erstarren daher relativ langsam, was die vollständige Füllung begünstigt, aber ein gröberes Korn ergibt als Kokillenguss. Korngröße, Dendritenarmabstand und Seigerung hängen von örtlicher Wanddicke, Schalen- und Gießtemperatur ab. Wird ein feines globulitisches Korn verlangt, insbesondere bei Nickel- und Kobaltlegierungen, werden keimbildende Zusätze in der Frontschicht und geringe Überhitzung eingesetzt. Die Abkühlung nach der Erstarrung beeinflusst Eigenspannungen und bei härtbaren Stählen das Gussgefüge.
Simulation
Formfüll- und Erstarrungssimulation dient dazu, Varianten des Gießsystems vor der Werkzeugfreigabe zu vergleichen, die zuletzt erstarrenden Bereiche zu lokalisieren und das Porositätsrisiko abzuschätzen. Sie unterstützt Trennschnitte und Durchstrahlung von Erstmustern, ersetzt sie aber nicht.