Warmriss

Gussfehler (auch oft als Heißriss bezeichnet) welche entstehen können, wenn in einem weitgehend erstarrten Gusskörper noch geringe Reste flüssiger Phase vorliegen.

Sie bilden sich also bei hohen Temperaturen, entsprechend ist ihre Oberfläche meist oxidiert. Die Warmrissbildung beginnt somit vor Erreichen der Solidustemperatur. Bei ungenügender Nachspeisung der erstarrenden Schmelze, z. B. infolge zu klein bemessener Speiser, beginnt die Warmrissbildung bei einer höheren Temperaturlage im Erstarrungsintervall; ist dagegen eine ausreichende Dichtspeisung gewährleistet, treten die Warmrisse erst knapp vor Erreichen der Solidustemperatur auf.

Ferner verlaufen sie im Gegensatz zu Kaltrissen oder Spannungsrissen interkristallin (Bilder 1 bis 3).

Die physikalische Ursache der Warmrissentstehung ist die Volumenkontraktion (siehe Schwindung) der meisten metallischen Werkstoffe beim Erstarren und Abkühlen. Wenn die Kontraktion durch Reibung zwischen Gießmetall und Form, durch Kerne oder vorspringende Teile eines Gusskörpers oder auch durch schnellere Erstarrung dünnerer Querschnitte behindert wird, besteht grundsätzlich Warmrissgefahr.

Warmrissempfindlich sind vor allem jene Legierungen, die ein relativ großes Erstarrungsintervall aufweisen oder aber Beimengungen enthalten, die niedriger schmelzende Phasen bilden und damit praktisch den Bereich des kohärenten Zustandes in das Gebiet unterhalb der eigentlichen Solidustemperatur ausdehnen.

So sind im Allgemeinen die Legierungen warmrissempfindlich, die ein großes Temperaturintervall der Erstarrung und eine anfänglich hohe Kristallisationsgeschwindigkeit aufweisen.

Demgegenüber sind jene Werkstoffe am unempfindlichsten, bei denen gegen Ende der Erstarrung reichlich eutektische, also bei konstanter Temperatur erstarrende Schmelze vorhanden ist, weil bei konstanter Temperatur keine Kontraktion und somit auch keine Spannung auftreten kann.

Für den Vorgang der Warmrissbildung sind also mehrere Stadien zu unterscheiden:

  • Der Formänderungsprozess der einzelnen Gussstückpartien hat einen solchen Zustand erreicht, dass durch einen Schmelzefilm lokal getrennte Dendriten sich relativ voneinander wegbewegen. Ständig nachfließende Schmelze verhindert die Ausbildung eines Risses oder ein dennoch entstehender Riss kann ausheilen, wenn die Restschmelze in den Materialtrennungsbereich nachfließen kann. Hierbei spielt das Speisungsvermögen des Gusswerkstoffes neben der Morphologie der Erstarrungsfront eine entscheidende Rolle.
  • Der einmal gebildete Primärriss kann durch Kerbwirkung und Spannungskonzentration weiter anwachsen, selbst in das Gebiet unter Solidustemperatur hinein.
  • Ein ausgeheilter Riss kann nachträglich erneut reißen (Sekundärriss), weil die nachgeflossene Restschmelze auf Grund von Seigerungen und möglichen Einschlüssen schlechte Festigkeitseigenschaften aufweisen kann.

Auf den Erstarrungstyp bezogen, kann mit einer zunehmenden Warmrissneigung in der Folge exogen glattwandig – exogen rauwandig – endogen schalenbildend – endogen breiartig – exogen schwammartig gerechnet werden. In diese Zusammenhänge sind die Abhängigkeiten und Wirkungen des Speisungsvermögens der Legierungen eingebunden.

Bei den Eisen-Kohlenstoff-Legierungen sind Stahl -und Temperguss wesentlich warmrissempfindlicher als die grau erstarrenden Gusseisen-Legierungen. Ein Maximum der Warmrissneigung wird bei Stahlguss bei etwa 0,4 % Kohlenstoff erwartet, eine relativ geringe Neigung tritt unterhalb 0,2 % auf. Schwefel und Phosphor wirken durch auftretende Restschmelzefilme besonders negativ. Mangan vermag die schädliche Wirkung des Schwefels etwas zu kompensieren.

In Bezug auf die Wirkung des Formstoffes lassen sich folgende Aussagen ableiten:

  • Die Warmrissneigung steigt mit dem Umfang und der Geschwindigkeit der Formstoffausdehnung (siehe Sandausdehnung).
  • Sie nimmt zu, wenn das Wärmediffusionsvermögen des Formstoffes fällt.
  • Sie steigt mit der Erhöhung der Gießtemperatur und des Sauerstoffgehaltes in der Schmelze.
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