Die Beständigkeit, Zuverlässigkeit und Beweglichkeit der Konstruktionen und Maschinen hängen weitgehend von den Materialien, aus denen sie hergestellt wurden, und von ihren Eigenschaften ab. Die Wahl des Werkstoffes, aus dem die potentiellen Abgüsse entstehen werden, ist einer der ersten Schritte zur Gewährleistung der höchsten Qualität der einzelnen Elemente, der ganzen Anlage und schließlich – eines zufriedenstellenden Endergebnisses. Möchten Sie wissen, wie man das Gussmaterial wählen soll?
Um ein Gussprodukt gestalten zu können, sollte man vorher seine Gebrauchsfunktionen definieren. Zu diesem Zweck lohnt es sich, die Spezifität des Produktes möglichst konkret und präzise zu bestimmen.
Folgende Fragen können dabei behilflich sein:
Bereits in der Projektphase sollte man erwägen, aus welchem Material das Objekt hergestellt werden soll, damit seine optimalen Parameter erhalten werden können.
Die oben genannten Fragen sollte man mithilfe weiterer Kriterien, nach denen man die Entscheidung bezüglich des Materials trifft, präzisieren. Das sind die:
Nicht immer treffen all diese Kriterien zu und nicht immer lässt sich deren Berücksichtigung „im Gesamtpaket“ begründen. Nehmen wir an, dass der Abguss ein inneres Konstruktionselement einer Baumaschine sein soll. Eine einheitliche Farbe oder andere Eigenschaften, dank denen man dieses Element als „angenehm fürs Auge“ bezeichnen könnte, werden hier nicht von großer Bedeutung sein. Was aber in diesem Fall weiterhin zählt, ist die Präzision und die Genauigkeit der Ausführung.
Nehmen wir diese Kriterien genauer unter die Lupe.
Unter dem Konstruktionskriterium versteht man die Gewährleistung erforderlicher Eigenschaften des fertigen Abgusses und die Sicherstellung seiner Funktionalität und Dauerhaftigkeit.
Das technologische Kriterium ermöglicht uns, den Abguss aus solch einem Material anzufertigen, das über die gewünschten Eigenschaften verfügen wird, und gleichzeitig den zeit- und arbeitsaufwändigen, aber auch energieintensiven Produktionsprozess zu vermeiden.
Das ökonomische Kriterium läuft auf die Nutzung des billigsten und des am leichtesten zugänglichen Materials hinaus (unter den Materialien, die die erforderlichen Kriterien erfüllen).
Das ökologische Kriterium ist ein Kriterium, nach dem man das Material auswählt, das sich durch die längste Nutzungsdauer auszeichnet. Dabei ist jede Phase des Produktlebenszyklus zu berücksichtigen (von der Herstellung über die Distribution bis hin zu der Nutzung), einschließlich der Möglichkeit der Verwertung, der Abfallbewirtschaftung und der Wiederverwendung des entstandenen Metallabfalls.
Das ästhetische Kriterium, das beispielsweise für das Industriedesign relevant ist, berücksichtigt ästhetische Aspekte, wie z. B. Form, Farbe, Oberflächentextur, Proportion, Ausführungsstil, Formbarkeit und Resistenz gegen äußere Faktoren.
Nach der Klarstellung unserer Bedürfnisse und Berücksichtigung einzelner Kriterien kommen wir zu der letzten und zugleich der wichtigsten Etappe der Wahl der Gussmaterialien, nämlich zu ihren Eigenschaften. Es lassen sich folgende Auswahlparameter der Gussmaterialien unterscheiden:
Welche Eigenschaften sind das genau?
| physikalische Eigenschaften | chemische Eigenschaften | mechanische und technologische Eigenschaften | technische Eigenschaften (Nutzungseigenschaften) |
Zu den physikalischen Eigenschaften gehören zum Beispiel:
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Chemische Eigenschaften das sind unter anderem:
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technologische Eigenschaften | Nutzungseigenschaften das sind unter anderem:
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| Festigkeitseigenschaften | |||
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Es lohnt sich, die Eigenschaften einiger Gusswerkstoffe zu skizzieren:
Die Dichte ist das Verhältnis der Masse eines homogenen Körpers zu seinem Volumen, ausgedrückt in kg/m3 oder g/cm3 . Leichte Legierungen und Metalle wie Lithium, Natrium, Magnesium, Aluminium und ihre Legierungen haben eine geringe Dichte. Andererseits haben Schwermetalle wie Eisen, Nickel, Kupfer, Wolfram, Platin und ihre Legierungen eine hohe Dichte.
Der Schmelzpunkt von Metallen und ihren Legierungen wird in Grad Celsius (°C) angegeben. Alle Metalle sind schmelzbar, aber ihre Schmelzpunkte variieren in sehr weiten Grenzen. Aus diesem Grund werden sie in leicht schmelzbar, schwer schmelzbar und sehr schwer schmelzbar eingeteilt. Metalle haben einen konstanten Schmelzpunkt, während der Schmelzpunkt der meisten Legierungen innerhalb bestimmter Temperaturbereiche liegt.
Die spezifische Wärmekapazität (kurz spezifische Wärme) ist ein Maß für diejenige Energie, die man benötigt, um 1 g bzw. 1 kg eines Stoffes um 1 K bzw. 1ºC zu erwärmen oder die bei dessen Abkühlung freigesetzt wird. Die spezifische Wärme hängt von der Art der Substanz, der Temperatur und der Art der Erhitzung ab.
Die Wärmeleitfähigkeit ist eine der charakteristischen Eigenschaften von Metallen und ihren Legierungen. Sie bemisst die Fähigkeit, Wärme innerhalb eines Stoffes zu transportieren. Ihre Einheit (W/mK) gibt an, welche Wärmemenge in Watt pro Stunde oder J/s durch 1m2 eines einen Meter dicken Materials, bei einem Temperaturunterschied von einem Kelvin bzw. Grad Celsius übertragen wird.
Mit dem Begriff der elektrischen Leitfähigkeit der Metalle und deren Legierungen bezeichnet man ihre Fähigkeit, den elektrischen Strom zu leiten.
Die magnetischen Eigenschaften von Metallen und deren Legierungen beruhen auf ihrer Fähigkeit zu magnetisieren und Magnetismus zu leiten.
Die thermische Ausdehnung von Metallen und Legierungen äußert sich in einer Vergrößerung der linearen Abmessungen und des Volumens, wenn sie steigenden Temperaturen ausgesetzt werden, sowie in einer Schrumpfung beim Abkühlen. Das Phänomen der Wärmeausdehnung ist von großer praktischer Bedeutung und muss bei der Konstruktion von Brücken, Geräten, die bei unterschiedlichen Temperaturen arbeiten, und Wärmekraftmaschinen berücksichtigt werden.
Die mechanischen Eigenschaften bezeichnen die Resistenz des Metalls gegenüber äußeren Faktoren. Die technologischen Eigenschaften von Metallen dienen zur Bestimmung ihrer Verarbeitungseignung.
Nachdem wir die theoretische Seite des Themas kennen, lohnt sich ein Blick auf die praktische Seite. In diesem Teil unseres kleinen Leitfadens zeigen wir Ihnen am Beispiel von Gusseisen und Stahlguss die Eigenschaften und Anwendungen von beispielhaften Kunststoffen für die Gießereiindustrie auf.
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Quellenverzeichnis
