Weißer Belag

Diese Fehler kommen bei allen Eisengusswerkstoffen vor, wobei Gusseisen mit Kugelgrafit am anfälligsten sein dürfte. Sie treten ausschließlich bei dickwandigen Teilen auf, also an mittleren bis schweren Gussstücken, sind jedoch auch schon an leichteren, aber sehr kompakten Gussstücken mit großem Gussstückmodul vorgekommen. Am stärksten sind immer thermisch hoch belastete Formpartien wie Sandkanten, "Hot Spots" usw. befallen, also die Stellen, an denen der Werkstoff lange flüssig bleibt und somit lange Reaktionszeiten und hohe Formstoffaufheizung gegeben sind.

Sowohl bei Furanharzformstoffen (PTS- und auch phosphorsäuregehärtet) und synthetischen bentonitgebundenen Formstoffen als auch bei Trockenguss ist dieser Fehler aufgetreten. Die häufigste Fehleranfälligkeit wurde bei regenerierten Furanharzsanden mit hohem Glühverlust festgestellt, wobei Phosphorsäurehärtung die stärkste Fehleranfälligkeit ergab.

Praxisberichten zufolge tritt der Fehler bei bentonitgebundenen Formstoffen dann verstärkt auf, wenn eine starke Anreicherung an exothermen Speiserrückständen im Formstoff festgestellt wurde, und hier besonders der von diesen Speisern herrührende erhöhte Fluorgehalt. Ob der Fluorgehalt die eigentliche Ursache oder lediglich der Indikator ist, ist bis heute noch nicht klar.

Die Fehler sind flächenhaft auftretende, pockennarbenartige Aufrauungen und Vertiefungen an der Gussoberfläche bzw. in der Gusshaut. Sie sind mit einem weiß/bläulich erscheinenden Belag belegt, der aus faserförmigen SiO2 besteht und der durch das Strahlen der Gussteile entfernt wird, so dass nur noch die narbige Gussoberfläche erhalten bleibt (Bilder 1 bis 4).

Bemerkenswert ist die Tatsache, dass in dem SiO2-Belag, je nach Werkstoff, Lamellen-, Vermicular- oder Kugelgrafit, deutlich in seiner ursprünglichen Form und Anordnung erhalten, eingelagert ist (Bild 5). Das heißt, die Fehlerentstehung ist nicht ausschließlich eine Schmelze-/Formstoffreaktion, sondern sie erstreckt sich auch in den Solidusbereich der Erstarrung.

Faseriges SiO2 entsteht zwischen 1200 und 1400 °C aus SiO (das durch Reduktion von SiO2 entsteht) entweder durch vorsichtige Oxidation oder durch Disproportionierung nach den Gleichungen 1 bis 3:

Glg. 1:
SiO_2 + Reduktionsmittel (z.B. Kohlenstof!f, Silizium...) ightarrow SiO_{gasf"ormig}

Glg. 2:
2SiO_{gasf"ormig} + O_2 ightarrow SiO_2 _{faserig} (R"uckoxidation)

Glg. 3:
2SiO_{gasf"ormig} ightarrow SiO_2 _{faserig} + Si (Disproportionierung)

Es ist unbeständig und geht beim tempern in Cristobalit oder an der Luft in amorphes SiO2 über, behält dabei aber in jedem Fall seine faserförmige Struktur. Für das System Gusseisen/Formstoff kommen als Reduktionsmittel neben dem Quarzsand selbst möglicherweise auch noch SiO2-reiche Oberflächenoxide und Schlacken, zusätzlich aber auch noch Magnesium im Eisen und Kohlenwasserstoffe im Formstoff in Frage (starke Fehleranfälligkeit von Gusseisen mit Kugelgrafit in harzgebundenen Formstoffen!). Dabei ist noch nicht bekannt, welche "Schadstoffe" im Formstoff ursächlich als Reduktionsmittel oder nur begünstigend als Flussmittel, wirken, z. B. zur Sinterpunkterniedrigung.

Eine weitere Deutungsmöglichkeit wäre die, dass zu Beginn der Erstarrung mit dem vorhandenen Sauerstoff zunächst eine Oberflächenoxidation des Eisens erfolgt. Dabei kommt es bekanntlich sowohl bei der Bildung flüssiger Oxidationsprodukte (Schlacken) als auch von festen Zunderschichten zur Ausbildung von SiO2–reichen Oxidphasen (z. B. Fayalit). Diese Silikate können dann, nachdem der ursprünglich vorhandene Sauerstoff bei deren Bildung verbraucht wurde, unter reduzierenden Bedingungen, die in der Form durch die Pyrolyse der Formstoffzusätze vorherrschen, zu SiO reduziert werden, aus dem dann schließlich bei der Rückoxidation das faserige SiO2 entsteht.

Eine andere Erklärung findet G. Levelink: Der weiße Belag bildet sich durch Oxidation leicht oxidierbarer Elemente (Aluminium, Magnesium, Silizium), und ihre Entstehung wird daraus erklärt, dass das Gasmilieu in der Grenzfläche zwischen Gussstück und Form (Furanharzform) von Natur aus leicht oxidierend ist. Die aus dem Furanharz ausgeschiedenen Gase enthalten zwar nur sehr wenig Sauerstoff, doch ist dieser bereits eine Oxidationsmöglichkeit für Elemente mit hoher Sauerstoffaffinität; dem Eisen bietet er sich nicht an.

Wegen des geringen Sauerstoffangebotes läuft der Oxidationsvorgang nur sehr langsam ab, was den betreffenden Elementen Gelegenheit gibt, aus dem Gussstück an die Grenzfläche zu diffundieren. Bei dickwandigen Gussteilen kann dann der daraus entstehende Belag bis zu mehreren Millimetern wachsen.

Bei dieser Erscheinung spielt die geringe Dichte der Oxidationsprodukte eine Rolle. Dadurch bleibt nämlich die Schicht für den Sauerstoff aus dem Formstoff durchlässig und kann somit ungehindert weiterwachsen, solange Sauerstoff angeboten wird und oxidierbare Elemente aus dem noch flüssigen Eisen zur Grenzfläche wandern. Die niedrige Dichte bringt außerdem ein großes Volumen der gebildeten Oxidschicht mit sich, die sich dann in dicken Lagen absetzten kann. Das Wachsen der Oxidationsprodukte findet von "Keimen" aus statt, wobei sich zuerst Pocken bilden, die nun wiederum Vertiefungen im Gussstück verursachen. Nach dem Strahlen des Gusssttückes ist der weiße Belag aus den Pocken entfernt und es sind nur noch Vertiefungen im Teil ersichtlich.

Nach M. Schrod und H. J. Wojtas hat die Lochbildung in der Oberfläche der Gusskörper hat ihre eindeutige Ursache in der Reaktionsschicht. In dieser Reaktionsschicht bilden sich offenbar zähviskose Phasen, die aus dem freigesetzten Kristallwasser der beteiligten Gemenge oder CO-CO2-Gemische aus sowohl Oxidations- als auch Reduktionsvorgängen der beteiligten Mineralgemenge aufgeblasen werden. Aufgrund einer offensichtlich hohen Zähigkeit dieser Phasen kann der Innendruck der "Schäume" respektive der sich bildenden Reaktionsschichten um die Quarzkörner massiv ansteigen und Bestandteile der Reaktionsschicht oder den Schaum/die Reaktionsschicht in den erstarrenden Gusskörper hinein drücken. Nach dem Ausleeren bzw. Strahlen sind diese Reaktionsschichten entfernt und es verbleiben die auf der Oberfläche der gestrahlten Probe erkennbaren Vertiefungen/Löcher, in denen Oxide und Mineralgemenge enthalten sind.

Aber auch nach dieser Theorie sind jedoch die stellenweise beobachteten Grafiteinlagerungen in den SiO2-Faserschichten nicht erklärbar. Denkbar wäre hier eine Verdrängung des Eisens an der Formoberfläche durch hineinwachsendes SiO2, da faseriges SiO2 ein höheres Volumen als Quarz beansprucht.

Maßnahmen zur Vermeidung:

Obwohl, wie eben beschrieben, die Entstehungsursachen noch nicht vollständig geklärt sind, führen in der Praxis folgende Maßnahmen in der Regel zur Vermeidung des Gussfehlers:

1. Absenken der Gießtemperatur, soweit mit dem Gießprogramm und dem Auftreten von Schlackenfehlern (siehe Schlackeneinschlüsse) vereinbar.

2. Verstärkte Neusandzugabe (siehe Neusandzusatz) vor allem bei Verwendung von regenerierten Furanharzsanden bzw. Verbesserung der Regeneratqualität.

3. Kontrolle des Regenerates auf Glühverlust (< 1,0 %), elektrische Leitfähigkeit, (< 200 mS/cm) Stickstoffgehalt (< 0,02 %) und bei Phosphatsäurehärtung auch auf Phosphatgehalt (< 0,5 %).

4. Erhöhung der Gasdurchlässigkeit.

5. Minimieren des Zulaufes nicht abgegossener, harzgebundener Kernreste.

6. Ersatz von exothermen Speiserhilfen durch isolierende Speiser.

7. Verringern der Härterzugabe bei furanharzgebundenen Formen und Verwendung von PTS-Säurehärtern anstelle von phosphorsäurehältigen Härtern.

8. Verwendung von Schlichten, möglichst von "plastischen" Schlichten, zur Erzeugung einer Trennschicht zwischen Eisen und Formstoff.

9. Minimierung sauerstoffaffiner Elemente, Kontrolle der Schmelzzusätze.

10. Gegebenenfalls Reduzierung des Siliziumgehaltes unter 3,0 %.

11. Möglichst optimale Kühlung der gefährdeten Gussstückbereiche ermöglichen, vor allem bei dickwandigen Teilen.

Weiterführende Stichworte:

Formsandbedingte Gussfehler, Gussfehler
Gießkeilprobe
Kaltharzverfahren 

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