Wasserstoffporosität

Porositäten, welche in Gussstücken aus nahezu allen Werkstoffen durch Wasserstoff verursacht werden können. Dabei wird eine wasserstoffhaltige Schmelze in Gegenwart reduktionsfähiger Oxide durch Wasserstoff unter Bildung von Wasserdampf reduziert (Glg. 1).

Glg. 1:
Metalloxid + H_2 ightarrow Metall + H_2O

Somit ist auch eine Desoxidation bestimmter Metalle und Legierungen vor dem Gießen unbedingt notwendig um den an den Metalloxiden gebundenen Sauerstoff zu entfernen und damit wasserdampfbildende Reaktion zu verhindern.

Außerdem kann Wasserstoffporosität auch allein durch das Ausscheiden gelösten Wasserstoffs bei der Erstarrung einer Schmelze entstehen (s. Gasporosität).

Wasserstoff ist in der Schmelze atomar gelöst, die Löslichkeit ist temperaturabhängig (s. Wasserstofflöslichkeit) und durch einen großen Löslichkeitssprung bei der Erstarrungstemperatur (Solidustemperatur) gekennzeichnet. Der mit sinkender Temperatur in molekularer Form in der Schmelze frei werdende Wasserstoff führt zur Blasenbildung. Menge und Verteilung der Gasporen sind abhängig von der gelösten Gasmenge, von den Abkühlungsbedingungen und von den Möglichkeiten der Blasenkeimbildung (die wiederum von der Reinheit der Schmelze abhängt) sowie dem Entweichen des Gases.

Die Wasserstofflöslichkeit wird unter Gleichgewichtsbedingungen von der Legierungszusammensetzung und von der Temperatur bestimmt. So verringern beispielsweise die Legierungselemente Silizium, Kupfer und Zink die Löslichkeit, Magnesium und Natrium erhöhen sie. Unter erhöhten Abkühlungsgeschwindigkeiten werden größere Wasserstoffmengen zwangsweise in Lösung gehalten, so dass Porositätserscheinungen in Sandgussteilen stärker ausgeprägt sind als bei denen, die in metallischen Dauerformen hergestellt werden. Die Neigung zu solchen Formreaktionen nimmt mit steigender Gießtemperatur und mit steigenden Gehalten besonders stark reduzierend wirkender Legierungsbestandteile zu.

Bei Kupfergusswerkstoffen fördern vor allem Phosphorgehalte das Zustandekommen von Formreaktionen, daher sollte die Desoxidation mit Phosphorkupfer stets so geführt werden, dass die gießfertige Schmelze keinen zu hohen Restphosphorgehalt aufweist.

Weiterführende Stichworte:
Wasserstoffbestimmung
Heißextraktionsverfahren

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