Charakterisierung der Heißrissempfindlichkeit von Aluminium-Gusslegierungen

Heißrisse in Al-Gusslegierungen stellen in der Gießereipraxis ein großes Problem dar. Dieser Artikel soll einen Überblick über die Einflussgrößen auf die Heißrissempfindlichkeit von Legierungen geben und zeigt Strategien auf, um die Heißrissempfindlichkeit zu bestimmen. Es werden zwei unterschiedliche Methoden vorgestellt: Zum Einen die Bestimmung der Heißrissempfindlichkeit durch die theoretische Berechnung der Terminal Freezing Range TFR (letzter Bereich der Erstarrung) mittels der Software Thermo-Calc. Zum Anderen die Ermittlung des Heißrissneigungskoeffizienten CSC nach Davies und Clyne, einer semi-empirischen Bestimmung mittels des Simulationsprogrammes Thermo-Calc und thermischen Analysen. Es wurden die zwei Al-Legierungstypen AlSiMgCu und AlZnMgCu untersucht, da aus der Praxis bekannt ist, dass diese stark unterschiedliche Heißrissempfindlichkeiten aufweisen. Die Versuche wurden unter zwei Abkühlungsbedingungen, Sand und Kokille, durchgeführt. Zuletzt wurden die Ergebnisse der beiden Untersuchungsmethoden für die beiden Legierungstypen miteinander verglichen. Es zeigte sich, dass eine ausgezeichnete Korrelation zwischen den Ergebnissen der beiden Methoden, theoretischen Bestimmung der TFR und semi-empirischen Bestimmung des CSC besteht. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass chemische Zusammensetzung und Abkühlbedingung die Haupteinflussfaktoren auf die Heißrissempfindlichkeit darstellen. AlSiMgCu-Legierungen waren deutlich weniger anfällig auf Heißrisse als die gegenübergestellten AlZnMgCu-Legierungen. Al-Gusslegierungen, insbesondere AlSi- und AlZn-Basislegierungen, finden breite Anwendung in der Fahrzeug- und Luftfahrtindustrie. Auf Grund der heute geforderten Leichtbauweise sind immer komplexere Geometrien und dünnere Wandstärken zu realisieren. Dabei ist ein alltägliches, aber bislang zu wenig erforschtes Problem bei Al-Gusslegierungen das Auftreten von Heißrissen. Da Heißrisse in Bauteilen den Ausschuss erhöhen und somit Kosten verursachen, liegt es im Interesse der Gießereien, die Bildung von Heißrissen besser zu verstehen und zukünftig zu verhindern. Auch können derzeit einige, als heißrissempfindlich geltende Legierungen, nicht oder nur mit erhöhten Kosten vergossen werden. Das Vermeiden von Heißrissen durch geeignete Legierungszusammensetzungen würde somit auch das Spektrum der praktisch nutzbaren Al-Gusslegierungen erweitern...