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Dendrit (Kristallographie)

Als Dendriten (von griechisch déndron „Baum“) bezeichnet man in der Metallo- und Kristallographie baum- oder strauchartige Kristallstrukturen.

Dendriten entstehen bei der Kristallisation einer übersättigten Gasphase oder Schmelze, wenn die Kristallstruktur bevorzugte Wachstumsrichtungen aufweist.

siehe Bild!

Beseitigung von Oberflächenunebenheiten durch Formteilung, Anschnitte, Kerne, Formstoffe

-> Konstruktion sollte putzgerecht sein 

              -> möglichst Maschinen-Putzen

                           - Schleuderstrahlputzmaschine

                           - Druckwasserstrahl

siehe Bild!

Alle Metalle und deren Legierungen erfahren bei der Abkühlung eine Temperaturabhängige Volumenverminderung, die Schwindung.

Man unterscheidet drei verschiedene Schwindungsbereiche:

- Flüßige Schwindung (Flüßig bis zum Erstarrungsbeginn)

- Erstarrungsschwindung (Beginn bis Ende der Erstarrung // kann zu Lunkerbildung führen)

- Feste Schwindung (muss durch Schwindmaße ausgeglichen werden)

Seigerungen (veraltet auch Saigerungen, zu seigern ‚reinigen, abtrennen‘, verwandt mit seihen; es seigert „trennt sich vom übrigen Schmelzgut“) sind Entmischungen einer Schmelze bei der Metallherstellung, die unmittelbar zu einer örtlichen Zu- oder auch Abnahme von bestimmten Elementen innerhalb des Mischkristalls führen. Sie entstehen beim Übergang der Schmelze in den festen Zustand. Dabei spielen die unterschiedliche Löslichkeit derLegierungselemente in flüssiger und fester Phase und unter anderem die unterschiedliche Dichte der Legierungselemente eine Rolle. Durch Seigerungen ergeben sich unterschiedliche Werkstoffeigenschafteninnerhalb eines Gussstückes.

Man unterscheidet Mikroseigerung (auf Kristallebene) und Makroseigerung in der Größenordnung des Gussstücks.

Seigerungen sind Entmischungen der Legierungselemente im Gussstück mit vom Gusswerkstoff und vom Gießverfahren abhängigen typischen Konzetrationsunterschieden. Sie entstehen bei der Erstarrung durch beschleunigtes abkühlen d.h. bei Abweichen vom Gleichgewichtszustand.

man unterscheidet zwischen Makro- und Mikroseigerungen

Warmrisse sind Werkstofftrennungen, die wärent der Erstarrung der Schmelze zwischen Liquidus- und Soliduslinie auftreten. Sie entstehen kurz vor dem Ende der Erstarrung.

Ursache der Warmrissbildung ist eine große Erstarrungsschwindung des Gusswerkstoffes in Verbindung mit unterschiedlichen Wanddicken des Bauteils. Hierdurch wird die freie Kontraktion behindert und es entstehen Spannungen, die zur Überschreitung der relativ niedrigen Warmstreckgrenze des Gusswerkstoffs und damit zu Werkstofftrennung fürhen können. Neben unterschiedlichen Wanddicken können auch die Gussform sowie Kerne das freie Schwinden verhindern. Auch eine hohe Abkühlgeschwindigkeit begünstigt eine Warmrissbildung. 

-die Negativform des fertigen Bauteils und

-ein fließfähiger Werkstoff (Schmelze)

- Fähigkeit, Bauteile fast beliebig komplizierter Form wirtschaftlich herzustellen
- Hohe Maßgenauigkeit
- Hohe Stückzahlen

UP: lange Nähte, große Stückzahl, große Blechdicke

Schweißpositionen: PA, PB und mit Sondervorrichtung PC

Hohe Abschmelzleistung (5-25kg/h), hoher thermischer Wirkungsgrad, hohe Stromstärken (500 – 1500A) aufgrund der geringen Drahtlänge, hohe Einbrandtiefe, vollmechanische Durchführung, 100% höhere Einschaltdauer gegenüber E-Schweißen (35%)

-Formtechnische Maßnahmen:

• ausreichende Dimensionierung des Eingusstrichters
• im Einguss befindlliche Schmelze sollte zuletzt erstarren --> Speiser mit starkem Querschnitt
• steigende Formfüllung von unten nach oben durch doppelte Eingusstrichter, Ringläufe rund um das Gussstück, mit mehreren Anschnitten

-Gießtechnische Maßnahmen:

• Rasche Erstarrung (Abschreckung) --> verhindert Groblunker und ersetzt sie durch ins Gefüge eingelagerte Mikrolunker
• langsame Erstarrung ---> Verlagerung der lunker in z.B. offene Speiser

-Blockseigerungen

--> beruhigtes Gießen --> zugabe von Desoxidationmitteln wie Si und Mn bzw. Al

-Schwerkraftseigerungen

-->Verkürzung der Erstarrungszeit --> zusätliche Kühlung

Ionisierung der Lichtbogenstrecke zur Verbesserung der Zündeigenschaften und der Lichtbogenstabilität

Einstellen einer bestimmten Abschmelzcharakteristik

Ausgleich des Ausbrands der Legierungsbestandteile durch entsprechende Beigaben

Metallurgische Beeinflussung des Schweißgutes, d.h. Desoxidation und Abbinden schädlicher Begleitelemente im Stahl (Schwefel, Phosphor), aber auch Zubrand von Legierungselementen

Erhöhung der Abschmelzleistung (Ausbringung) in den sogenannten „Hochleistungselektroden“ durch Eisenpulverzusätze

Schlackenbildung zum Schutz der erkaltenden Naht hinter dem Lichtbogen gegen Luftzutritt und zur Verzögerung der Abkühlung sowie zur Stützung bzw. Formung der Naht

Schutzgasbildung gegen den schädigenden Einfluss der Luftatmosphäre

Kraftschluss

Formschluss

Stoffschluss

Einteilung nach Art der Formherstellung

Formverfahren: - Dauermodell und verlohrene Form

                      - Verlohrenes Modell und verlohrene Form

                      - Dauerform

- eine saubere glatte Oberfläche

- Maßhaltigkeit

- Freiheit von Lunkern, Einschlüssen und Poren

- Freiheit von Rissen und Spannungen

Gießbarkeit ist ein Sammelbegriff für Gießeigenschaften

Fließ- und Formfüllungsvermögen: Nichauslaufen, Kaltschweißen, Lunker

Gasaufnahme: Gasporosität

Schwindung, Schrumpfung: Lunker, Kaltriss, nicht maßhaltig

Warmrissneigung: Warmrisse, Lunker

Penetrationen: Rauhigkeit, Schülpen

Seigerungen: nicht maßhaltig bearbeitbar, Korrosion

-Eutektischer Graphit (kleine Unterkühlung)

-Rosettengraphit (leichte Unterkühlung)

-Übereutektischer Graphit (Gasschaumgraphit)

-Graphiteutektikum (starke Unterkühlung)

-Lamellengraphit => GJL

-Kugelgraphit => GJS

-Temperkohle => GJMBW

-Vermiculargraphit => GJV

-Viele Verfhrensvarianten mit indiviuellen Grenzen und Möglichkeiten

-das Gießverfahren muss nach den Bauteilanforderungen ausgewählt werden

-und Gießen erfordert anforderungsorientiertes Design

Herausforderungen: Hohe Ts / Erstarrungsintervall; Erstarrungsschwindung; Dendritische

Struktur; Mikroporen und grobe Körner; Normalglühen notwendig

1) Walzenständer: GS-52

2) Ofentragroste: G-X40NiCrSi3818

3) Turbinenschaufeln: G-X12Cr13

- Werkstoffanhäufungen vermeiden => Ringrippe
- Konischen Übergang anstreben (5-8°)
- Vermeidung von spitzen Winkeln
- Verhältnis Rippendicke zu Wanddicke 0,7
- Gleichmäßiges Kristallwachstum

- Werkzeugkosten / Herstellungskosten
- Produkt - Rohteil oder Fertigteil
- Eignung für Stücke oder Serien mit folgenden Eigenschaften => Maßgenauigkeit,
Oberflächengüte, Wanddicke, Stückzahl

Legierungen, deren Begleitelemente niedrigschmelzende eutektische Systeme bilden, so dass die Korngrenzen im vollständig erstarrten Zusatand filmartig von noch schmelzflüßigen Phasen bedeckt werden.

- oftmals hoher Aufwand an Nacharbeit und Fehlerprüfung

- in ungünstigen Fällen (Stahlguss) kann das Gewicht des gegossenen Rohteils einschließlich Angussteilen, Speisern etc. doppelt bis dreimal höher liegene als das des Fertigteils 

Die Festlegung der Nahtqualitäten erfolgt durch den Konstrukteur. Die Grundlagen sind Normen, technische Regeln, vertragliche Bedingungen, etc.

Schlechte Wärmeleiteigenschaften

Starke Wärmedehnung (dadurch hohe Spannungen und Ermüdung)

- PA (Wannenposition)
    - PB (horizontal/vertikal)
    - PC (Querposition)
    - PD (horizontal/überkopf)
    - PE (überkopf)
    - PF (steigend)
    - PG (fallend)
    - H-L045 (geneigt)

siehe Bild!

- auch die koplizierteste Geometrie lässt sich realisieren

- endkonturnah - geringer Aufwand zur Fertigbearbeitung

- alle technisch bedeutenden Werkstoffe sind gießbar: Blei, Zinn, Kupfer, Gold, Aluminium, Magnesium, Eisen und Stahl - aber nicht alle Werstoffe sind umformbar

- Werkstoff-Vielfalt = maßgeschneiderte Eigenschaften

- Wirtschaftlichkeit

- 100% Recyclebarkeit = Umweltverträglichkeit

Stahlguss: Normalglühen, Vergütug

NE: Homogenisierung, Aushärtung

Kugelgraphit: div. Verfahren

Temperguss: div. Verfahren

Lamellengraphit: WB eher selten 

Sie hat Einfluß auf die Länge des Lichtbogens und damit auf Lichtbogenleistung und Tropfenübergang. Der Widerstand steigt und die Abschmelzleistung erhöht sich aufgrund der gesteigerten Drahterwärmung. Dies hat zur Folge, dass der Grundwerkstoff nicht mehr vollständig aufgeschmolzen wird. Eine weitere Folge sind Bindefehler.

(Fügetechnik S.120)

- Die notwendige Gasdurchlässigkeit des Sandes nimmt mit steigendem Tongehalt und kleiner
werdenden Korn ab!
- Geschwindigkeit (sinkt) = Tongehlt (steigt) + Korngröße (sinkt)

- Feingießverfahren: Geringe Menge gießbar; günstiger Toleranzbereich
- Fertigteil Eigenschaften: Einzelteil; Paßgenauigkeit; Maßgenauigkeit

=> Modell aus Wachs
=> Tauchbad aus Keramik / Sand
=> Form (Modell verloren) wird getrocknet und gebrannt
=> Abgießen