32 Fehlerbeschreibungen: Glanzkohlenstoffeinschlüsse 33 Fehlerbeschreibungen: Glanzkohlenstoffeinschlüsse Glanzkohlenstoffeinschlüsse Entscheidungshilfe ➝ S. 133 Sandsteuerung ➝ S. 178 Beschreibung der Merkmale Mögliche Ursachen Bildung von Schlieren, Einschlüssen, Metalltrennungen durch nicht benetzte Kohlenstoffhäutchen. Die Häutchen sind häufig nicht sichtbar, da sie senkrecht zur Gußwand liegen können. Kunstharzgebundene Formstoffe • zu hohe Glanzkohlenstoffbildung des Kernbinders • keine genügende Abfuhr der Kerngase Vorkommen des Fehlers Tongebundene Formstoffe • zu hohe Glanzkohlenstoffbildung im Formsand • zu hohe oder schnelle Freisetzung von Glanzkohlenstoff aus dem Kohlenstoffträger Glanzkohlenstoffeinschlüsse treten bei einem Überschuß an Glanzkohlenstoffbildnern im Form- und Kernsand auf. Häufig werden sie in Gußpartien, in denen höhere Turbulenzen auftreten, aufgrund der Dichteunterschiede abgeschieden. Sie kommen bei GGG häufiger in Verbindung mit Oxid- und Schlackenfehlern vor. Erläuterungen Glanzkohlenstoff bildet sich durch thermische Zersetzung von kohlenwasserstoffhaltigen Gasen in reduzierender Atmosphäre oberhalb von 650°C an inerten Oberflächen. Glanzkohlenstoff wird in Form von Häutchen auf den Quarzkörnern der Formteile abgeschieden. Vor allem bei Abscheidung auf Kernpartien können durch den auftretenden Gasdruck größere Schichten der Glanzkohlenstoffhäutchen abgelöst werden. Abb.12: Gehäuse aus GGL. Flächenartige, sehr große Glanzkohlenstoffeinschlüsse im Oberteil des Gußstückes. Vergrößerung: 10 mm Bild = 33 mm Abb.13: Gehäuse aus GGL. Flächenartige, sehr große Glanzkohlenstoffeinschlüsse im Oberteil des Gußstückes. Glanzkohlenstoff faltig ausgebildet. Vergrößerung: 10 mm Bild = 8 mm Formanlage • zu geringe Gasdurchlässigkeit der Formoberfläche Anschnitt- und Gießtechnik • zu hohe Turbulenzen, die zu Glanzkohlenstoff-Einschlüssen führen • zu niedrige Gießtemperatur Bei der Ablösung dickerer Häute spielt auch die unterschiedliche Wärmeausdehnung Quarz / Glanzkohlenstoffhaut eine Rolle. 34 Fehlerbeschreibungen: Glanzkohlenstoffeinschlüsse Abhilfen Hintergrundinformation Kunstharzgebundene Formstoffe • Cold-Box-Bindermenge reduzieren, evtl. auf Binder mit geringerem Glanzkohlenstoffbildungsvermögen umstellen • Cold-Box-Kerne erwärmen, um so den Anteil an Lösemittel zu reduzieren • Gasabführung bei den Kernen verbessern. Kernmarken auf Schlichtereste überprüfen, grobe Sandkörnung einsetzen. • den Kernen Oxidationsmittel zusetzen • Kerne schlichten, Schlichteschicht dicker einstellen Der Gehalt an unverbrauchtem Glanzkohlenstoffbildner im Formsand ist entscheidend für das Entstehen des Fehlers. Da die Glanzkohlenstoffbildung im Sand wegen der Oxidationsvorgänge durch Kristallwasser des Bentonits nicht durch die festgelegten Bestimmungsmethode für Glanzkohlenstoff erfaßt werden kann, bestimmt man den »aktiven Kohlenstoff«. Der Grenzwert, der im Normalfall nicht überschritten werden sollte, liegt bei 0,6 % im Formsand. Beckerer und Spatz1 haben den Entstehungsmechanismus von Glanzkohlenstoffschichten untersucht. Weitere Untersuchugen zum Pyrolyseverhalten organischer Stoffe sind durch Wörmann et al.2 durchgeführt worden. Sie haben eindeutige Zusammenhänge zwischen chemischer Struktur und Glanzkohlenstoffbildung gefunden. So wurde die höchste prozentuale Ausbeute an Glanzkohlenstoff bei der Pyrolyse von Anthracen erhalten. Sie weisen nach, daß durch den Einsatz festgelegter Stoffe das Verhältnis Glanzkohlenstoffbildung zur Koksbildung festgelegt werden kann. Bereits Bindernagel et al.3 wiesen in ihrer Arbeit auf Fehler durch Glanzkohlenstoffeinschlüsse hin. Sie empfehlen, die geringstmögliche Menge an Glanzkohlenstoffbildner einzusetzen und glauben, daß ein Glanzkohlenstoffbildungsvermögen von 0,4 % im Formsand ausreichend ist. Neben Glanzkohlenstoff kann auch Ruß bei der thermischen Zersetzung abgeschieden werden. Die Bedingungen, die zur verstärkten Rußbildung führen, sind bisher nicht untersucht worden. Abgeschiedene Ruße haben keine ausgeprägte Trennwirkung auf die Grenze Metall / Sandform. Auf Grund seiner hohen spezifischen Oberfläche wird Ruß schnell von flüssigem Eisen gelöst. Tongebundener Formsand • Glanzkohlenstoff-Bildung im Formsand entweder durch Herabsenken der Zugabe oder durch Einsatz anderer Kohlenstoffträger mit geringerem Glanzkohlenstoffbildungsvermögen und langsamerer Freisetzung der Gase reduzieren. • Gasdurchlässigkeit des Formstoffs verbessern Formanlage • Verdichtungsdruck an der Formanlage reduzieren. Gasdurchlässigkeit der Form erhöhen. Anschnitt- und Gießtechnik • Turbulenzen vermeiden, für laminares Einströmen des Metalls sorgen • Gießtemperatur erhöhen 35 Fehlerbeschreibungen: Glanzkohlenstoffeinschlüsse Literatur Die Erhöhung der Gasdurchlässigkeit von Formsanden vermindert die Gefahr von Glanzkohlenstoffeinschlüssen. Jedoch muß zum Erreichen der gleichen Oberflächenrauhheit ein höherer Gehalt an Glanzkohlenstoffbildner eingestellt werden. Der Einfluß von Feinanteilen und der Menge an Glanzkohlenstoffbildner ist im Abschlußbericht des AIF-Forschungsvorhabens 540535 4,5 beschrieben. Aus den eingesetzten Kernen (hauptsächlich Croning- und ColdBox-Kerne) können erhebliche Mengen Glanzkohlenstoff entstehen. Die Ableitung der Kerngase ist deshalb von großer Wichtigkeit. Verschiedentlich ist das Nachtrocknen solcher Kerne zur Vermeidung von Glanzkohlenstoffeinschlüssen durchgeführt worden. Vor allem der in den bentonitgebundenen Sand einlaufende Kernsand kann die Glanzkohlenstoffbildung erhöhen. Dies ist vor allem beim Einsatz von Cold-Box-Kernen zu berücksichtigen. Bei Cold-Box-Kernen werden grobe Sande eingesetzt, die ein Schlichten der Formteile erfordern können. Naro6 empfiehlt den Einsatz sehr dichter Schlichten mit geringen Anteilen an flüchtigen Bestandteilen. In Deutschland werden zum Verschließen der Kerne verstärkt Wasserschlichten eingesetzt. Ebenfalls sollte bei Glanzkohlenstoffeinschlüssen geprüft werden, ob die Gießtemperatur erhöht werden kann. Naro6 hat eine Abnahme der Glanzkohlenstoffeinschlüsse bei steigender Gießtemperatur gefunden. Ein schnelles Gießen vermindert ebenfalls die Gefahr von Einschlüssen, solange eine laminare Strömung auftritt. Bei der Entstehung von Turbulenzen können Graphithäutchen von der Quarzoberfläche abgerissen werden und zu Einschlüssen führen. 1 Beckerer, G., Spatz I. Untersuchungen an Glanzkohlenstoffschlichten, Entstehungsbedingungen Forschungsbericht des Phys. Inst. der Univ. Rostock 1962 2 Wörmann, H.; Winterhalter, J.; Orths, K. Zum Pyrolyseverhalten organischer Formstoffbestandteile Gießereiforschung 34, 1982, S. 153 – 159 3 Bindernagel, I.; Kolorz, A.; Orths, K. Ausschuß durch kohlenwasserstoffhaltige Gase im Formhohlraum Gießerei 55, 1968, S. 97 – 100 4 AIF-Abschlußbericht Nr. 5405 IfG-Institut für Gießereitechnik GmbH Wirkung von Sorption und Glanzkohlenstoffbildung tongebundener Formstoffe auf Gußstückeigenschaften Düsseldorf, 1985 5 Winterhalter, J.; Siefer, W. Zur Wirkung von Feinanteilen und Glanzkohlenstoffbildnern im Formstoff auf die Gußstückeigenschaften Gießerei 74, 1987, S. 633 – 639 6 Naro, R. L., et al. Entstehung und Regulierung von durch Bildung von Glanzkohlenstoff bedingten Oberflächenfehlern bei nicht rostendem Stahlguß und Nickelgußlegierungen Trans. Amer. Foundrym. Soc. 85, 1977, S. 65 – 74
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