Die sehr guten Festigkeitseigenschaften von Druckgusslegierungen werden in Bauteilen nicht voll ausgeschöpft, da sich Poren, Lunker sowie Oxidhäute beim Druckgießen kaum vermeiden lassen. Für den Anwender ist es von enormer Bedeutung, den Einfluss solcher Inhomogenitäten zuverlässig einschätzen zu können. Bei Druckgussbauteilen war man bisher auf das Nennspannungskonzept beschränkt, da es bisher nicht möglich war, innere Fehler mit ausreichender Sicherheit zerstörungsfrei zu detektieren.
Durch den Einsatz der Computertomographie (CT) ermöglicht eine zerstörungsfreie Untersuchung von Bauteilen bei einer optischen Auflösung bis zu 5 µm, so können Lunker und Poren hinsichtlich ihrer Lage und Größe sicher lokalisiert werden. Die dreidimensionale Abbildung innerer Strukturen ermöglicht eine Unterscheidung zwischen rissartigen und runden Poren. Damit kann eine Bewertung von Einschlüssen wie Lunker, Gasporen und eingeschlossene Oxidhäute in ihrer Wirkung auf die mechanischen Eigenschaften ais innere Mikrorisse (bruchmechanisches Konzept), ais innere Kerben (örtliches Konzept) oder als Bereiche mit verminderten mechanischen Eigenschaften (Fehlstellenmodell) erfolgen.
Die vorliegenden Untersuchungen wurden an den bei-den Magnesiumlegierungen AZ91 und AM50 durchgeführt. Zur Variation der Abkühlbedingungen wurde die Probendicken (Dicke 2 und 6 mm) variiert. Neben fertig gegossenen Prüfstäben wurden mit demselben Werkzeugeinsatz plattenförmige Probekörper für Biegeversuche hergestellt.
Die dünnwandigen Proben (2 mm Dicke) enthalten geringste Porositäten bei Anwendung des VacuralVerfahrens. Bei gleicher Dicke konnten durch konventionelles Druckgießen vorwiegend Luftporositäten erzeugt werden. Bei der dickwandigen Probe (6 mm Wanddicke) waren fast immer schwindungsbedingte Poren (Lunker) aufgrund der deutlichen längeren Erstarrungszeit vorhanden.
Die Gießverfahren - vacural und konventionell - beeinflussten das Verhältnis von Luftporen zu Lunkern.
Da die Bildung innerer Fehler erheblich von den Fertigungsparametern abhängt, wurde für die Wahl der Gießbedingungen die statistische Versuchsplanung DOE (Design of Experiments) eingesetzt, um die Anzahl an Gießversuchen gering zu halten. Bei den Gießversuchen wurde ein fraktioneller faktorieller Versuchsplan (2K-P- Plan) mit folgenden Prozessgrößen verwendet: Geschwindigkeit in der 1. und 2. Phase V1 und V2, Nachdruck P3, Umschaltpunkt UP, Formtemperatur und Vacural- bzw. konventionelle Gießtechnik.
Deutlicher noch als die statischen Festigkeitseigenschaften zeigte bei den hier durchgeführten Untersuchungen die Schwingfestigkeit das Vorhandensein innerer Fehler auf, da Kerbwirkungen und lokale Spannungsüberhöhungen die Rissinitiierung und den Rissfortschritt begünstigen. Da die Vacural®-Technik in entscheidender Weise dazu beiträgt, Anzahl und Größe innerer Defekte zu verringern, übte das Druckgießverfahren den stärksten Einfluss auf die Schwingfestigkeit druckgegossener Magnesiumlegierungen auf. Darüber hinaus wird beim Einsatz des Vacural®-Verfahrens die Streuung innerhalb der Messwerte erheblich geringer, was auf eine höhere Prozesssicherheit hinweist. Zusammen mit der geringeren Streuung der Messwerte wurde für die Legierung AZ91 beim Vacural-Druckgießen eine deutlich höhere Spannungsamplitude bei geringerer Neigung der Wöhlerlinie erreicht. Der Übergang von der Zeitfestigkeit in die Dauerfestigkeit liegt beim Vacural-Verfahren im Bereich 70 MPa gegenüber 40 MPa bei konventioneller Gießtechnik. Bei einer Biegewechselbeanspruchung liegen Werte im Vergleich zur axialen Belastung ca. 20 % niedriger. Beim statischen Zugversuch lagen die mechanischen Eigenschaften vacural gegossener Proben dagegen nur ca. 10% über den Werten konventionell druckgegossener Proben.
Große Gießereitechnische Tagung 2008 Aachen
