Gasporosität

Über einem großen Querschnitt gleichmäßig verteilte, nahezu kreisrunde Poren, welche glattwandige und blanke Innenflächen haben (Bild 1).

Gasporen dürfen nicht mit den rauhwandigen Poren in Folge Lunkerung (s. Lunker) verwechselt werden. Die Fehler treten bevorzugt bei Metalllegierungen mit großem Erstarrungsintervall, abhängig von der Erstarrungscharakteristik (s. Erstarrungsmorphologie), auf und sind sehr oft mit Porosität, Mikrolunkern, Schwindungsporosität, Oberflächenporosität, Oxideinschlüssen u. ä. vergesellschaftet.

Auch Metalllegierungen mit schlechtem Fließvermögen sind diesbezüglich gefährdet. Stellen mit Werkstoffanhäufungen, Wanddickenübergänge und Bereiche in Anschnittnähe sind dabei besonders betroffen. Vor allem bei Aluminium-, Magnesium- und Kupferlegierungen, aber auch bei Stahlguss, ist dieser Fehler, unabhängig vom Formverfahren, anzutreffen.

Gussteile aus Eisenguss neigen dagegen infolge der grundsätzlich anderen Metallurgie dieses Werkstoffes eher zu Gasblasen.

Bei Gussteilen aus dem Druckgussverfahren, unabhängig vom Werkstoff, findet man kleine Hohlräume, die in Tiefe und Größe unterschiedlich sind. Die Porosität kann ohne sichtbare äußere Anzeichen vorliegen (Bild 2). Die Hohlräume haben meist glatte Wände und abgerundete Form.

Für konventionellen Druckguss, der bekanntlich derzeit kaum porositätsfrei hergestellt werden kann, sollten zwischen Hersteller und Kunden Vereinbarungen (z. B. gemeinsame Einigung über eine Porositätsrichtreihe nach Bild 3) getroffen werden. Sind die Auswirkungen unterschiedlicher Porositäten auf die mechanischen Eigenschaften bekannt (Bild 4), können die geforderten Qualitätskriterien besser auf die an die Gussteile gestellten Anforderungen abgestimmt werden. Bei Druckguss wird mit Hilfe der Porositätsrichtreihe der Einfluss unterschiedlicher Porosität auf die mechanischen Eigenschaften deutlich sichtbar und quantifizierbar.

Wichtigste Entstehungsmechanismen:

Werden gashaltige Schmelzen zum Gießen verwendet, scheiden sich während der Abkühlung und Erstarrung die gelösten Gase aus, da die Löslichkeit mit sinkender Temperatur abnimmt. Obwohl ein großer Teil der Gase zu entweichen vermag, bleiben dennoch Gasreste, vor allem bei der Gussstückerstarrung, eingeschlossen, die dann im Gefüge Poren bilden. Die Gasbeladung der Schmelze (betr. vor allem AlSi- und Kupferlegierungen) geschieht durch eine Gasaufnahme beim Schmelzprozess durch die Luft- oder Ofenatmosphäre, den Einsatz von vergasten, feuchten oder oxidierten Einsatzmaterialien, Feuchtigkeit des Ofenfutters, des Tiegel- oder Pfannenmaterials und der Werkzeuge, durch unsachgemäßes Umfüllen und fehlerhaften Transport vom Schmelzofen zum Warmhalteofen sowie durch fehlende Entgasungsbehandlung nach dem Umfüllen in den Warmhalteofen.

Ursache der Gasporosität in Druckgussteilen ist hauptsächlich Luft, die während der ersten und zweiten Phase in den Formhohlraum gepresst wurde (s. Vorlaufphase, Umschaltpunkt). Die unter Druck eingeschlossene Luft dehnt sich während der Erstarrung des Gussteiles aus, indem sie die Volumenschwindungen der jeweiligen Legierung ausgleicht. Außerdem können als mögliche Ursachen angesehen werden: Gießkolbengeschwindigkeit in der ersten Phase zu hoch, dadurch kann Metall aus der Füllöffnung der Gießkammer herausgeschleudert werden, was Verwirbelungen mit Luft zur Folge hätte, ebenso wie schlecht aufeinander abgestimmter zeitlicher Ablauf der hydraulische Phasenfolge während der Formfüllung (früher Umschaltpunkt auf zweite Phase und lange Druckanstiegszeit der dritten Phase), unzulänglich wirkende Überläufe und zu starke und ungleichmäßige Kolbenschmierung.

Weitere Ursachen können eine hohe Schmelzegeschwindigkeit im Anschnitt (s. Strömungsgeschwindigkeit im Anschnitt) , zu kurze Formfüllzeiten, ein geringer Erstarrungsdruck, niedrige Formtemperaturen im Anschnittbereich, ungeeignete Trennstoffe bei falschen Mischungsverhältnissen und zu hohe Trennmitteldosierung sein. Natürlich ist auch ein zu hoher Gasgehalt (s. Wasserstoffgehalt, Wasserstofflöslichkeit) der Schmelze als Ursache anzusehen.

Gasporosität kann auch durch Formreaktionen bedingt sein (s. a. Gasblasen). Dabei kann z. B. die Schmelze beim Gießen mit dem in Sandformen enthaltenen Wasser reagieren. Die Gießhitze verursacht primär eine Wasserdampfbildung; dieser Wasserdampf kann durch das flüssige Metall reduziert werden, wobei als Reaktionsprodukte Wasserdampf und Metalloxide (deshalb tritt Gasporosität oft gemeinsam mit Oxiden auf) nach der Gleichung (Glg. 1) entstehen.

Glg.1
Metall + H_2OÂ leftrightarrow H_2 + Metalloxid

Der entstandene Wasserdampf bildet Blaseneinschlüsse im Gussstück bzw. bevorzugt an der Gussstückoberfläche (Randzonenporosität).

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