Matthies Druckguss
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Matthies Druckguss GmbH & Co. KG
Bredstedter Straße 29 - 31
24768 Rendsburg
Telefon: +49 4331 71253
E-Mail: info@druckgiesser.com
Matthies Druckguss GmbH & Co. KG
Bredstedter Straße 29-31
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Wenn Werkstoffe mit extremen mechanischen und chemischen Eigenschaften gewünscht sind und diese mit den Vorzügen von Druckguss verschmelzen, dann ist es Messing-Druckguss. Speziell die hohe Festigkeit und die sehr gute Korrosionsbeständigkeit sind ideal für stark beanspruchte Gussteile, die trotzdem im Druckgießverfahren wirtschaftlich und präzise hergestellt werden sollen.
Gerade bei Messing als Werkstoff herrscht meist Verwunderung über die Eignung im Druckgießprozess - ausgelöst durch die besonders hohe Schmelz- bzw. Gießtemperatur der Legierung im Zusammenspiel mit dem Einsatz einer metallischen Dauerform.
Dabei darf nicht vergessen werden: Kupfer gehört zu den ältesten Werkstoffen der Erde.
Schon früh erkannten die Menschen, dass sich durch das geschickte Mischen von verschiedenen Metallen, Legierungen herstellen lassen, die dann verbesserte Eigenschaften als die jeweiligen Ausgangsmaterialien aufweisen. In Palästina entstanden, bereits um ca. 1400 vor Christus, die ersten Kupfer-Zink-Legierungen, indem Zinkkarbonat beim Schmelzen von Kupfer hinzugefügt wurde. So liegt der Ursprung von Messing über 3000 Jahre zurück.
Um 150 nach Christus wurde nach dem gleichen Verfahren auch auf deutschem Boden Kupfer-Zink-Legierungen hergestellt. Die industrielle Herstellung dieser Legierung läßt sich in Deutschland bis in das 15. und 16. Jahrhundert zurückverfolgen.
Einhergehend mit den Entwicklungen von verschiedenen Legierungen entstanden im Laufe der Zeit auch verschiedene Gießverfahren. Im Bereich der Nichteisen-Metalle ist heutzutage das Druckgießverfahren das bedeutenste. Klassischerweise werden dabei Legierungen auf Basis der Elemente Aluminium oder Zink verwendet.
Dagegen ist auch prinzipiell nichts einzuwenden außer, dass diese Aussage leider unvollständig ist:
Denn Messinglegierungen haben einen hohen Stellenwert im Druckguss und dienen hierbei als Werkstoffe mit signifikanten und einmaligen Eigenschaften.
Damit Legierungen überhaupt verarbeitet werden können, ist es unabdingbar sie vor dem beabsichtigten Einsatz zu verflüssigen. Dies geschieht in einem speziell dafür ausgestatteten Tiegelofen unter Zuhilfenahme von großer Hitze.
Die zu Beginn als Masseln, meistens Blöcke mit trapezförmigen Querschnitt, vorliegenden Legierungsblöcke werden in den Tiegelofen chargiert und dort derart stark erhitzt, dass eine Schmelze entsteht. Die erforderlichen Temperaturen, die zum Schmelzen der jeweiligen Legierung erforderlich sind, hängen maßgeblich von dem Grundmaterial (oder auch dem Hauptbestandteil der Legierung) ab. Nachdem der Schmelzprozess abgeschlossen ist, wird die Schmelze entsprechend einer definierten Gießtemperatur warmgehalten, um nun im Gießprozess verarbeitet werden zu können.
Während die Gießtemperatur im Druckgießverfahren bei Aluminiumlegierungen in einem Bereich von 640° C – 710° C und bei Zinklegierungen zwischen 410° C – 430° C liegt, lassen sich Messinglegierungen im Druckguss erst ab einem Temperaturintervall von 960° C – 1050° C vergießen. Durch die hohen Temperaturen bei der Verarbeitung von Messinglegierungen werden besondere Anforderungen an den Prozess gestellt.
Die für das Druckgießverfahren eingesetzten metallischen Dauerformen, in deren Kavitäten die Gussteile ausgeformt werden, sind aus einem speziellen Stahl, der eine hohe Widerstandsfähigkeit und Zähigkeit besitzt. Dies garantiert eine Langlebigkeit, die wichtig ist für den typischen Serienprozess, den das Druckgießverfahren auszeichnet.
Zudem hängt die Festigkeit bei Legierungen nicht selten von der Schmelztemperatur ab. Mit zunehmender Temperatur steigt in solchen Fällen die Festigkeit des Werkstoffs.
Auch bei den im Druckguss verwendeten Messinglegierungen verhält es sich dementsprechend. Sie weisen hervorragende Festigkeitseigenschaften auf und können damit für Gussteile eingesetzt werden, an die spezielle und hohe Anforderungen an die Festigkeit gestellt werden.
Geht man von den erreichbaren Werten für die Zugfestigkeit ohne Wärmebehandlungs-Maßnahmen im Druckgießverfahren aus, so werden im Durchschnitt ca. 240 N/mm² bei gängigem Aluminium- und ca. 300 N/mm² bei Zinklegierungen erreicht. Im Vergleich dazu sind bei Messinglegierungen ohne Probleme Festigkeiten bis 350 N/mm² und bei Sondermessinglegierungen bis 500 N/mm² erreichbar. Es ist also möglich, die im Druckguss vorteilhaften dünnen Wandstärken des Bauteils mit gesteigerten Anforderungen an die Festigkeit zu kombinieren und schlussendlich zu realisieren. Gepaart mit der bereits erwähnten guten Korrosionsbeständigkeit von Messinglegierungen bei Trink- und Brauchwässern und einer sehr guten Beständigkeit gegenüber Salzwasser bei Sondermessinglegierungen beschränken sich die Einsatzgebiete dieser Legierungen nicht mehr nur auf den sanitären Sektor.
Vielmehr finden sich Druckgussteile aus Messinglegierungen in Offshore-Anlagen und im maritimen Sektor wieder, denn komplexe dünnwandige Bauteile, die ohne, meist aufwendige, Oberflächenveredelungen auskommen, führen zu enormen Einsparungspotenzialen. Ist das nicht ein echter Gewinn?
Auf jeden Fall. Und damit nicht genug.
Sogar der Einsatz unter Wasser ist ohne weitere Beschichtungen durchaus möglich. Auch nach Jahren sehen die Gussteile fast unverändert so aus wie im ursprünglichen Zustand. Vergleichbare Materialien, die ähnlich
gepaarte Eigenschaften aufweisen, erreichen diese fast ausschließlich durch enorme Zusatzaufwendungen.
Entweder ist der Werkstoff von der Festigkeit sehr vorteilhaft, dann ist es häufig erforderlich, eine entsprechende Oberflächenbeschichtung oder Passivierung vorzunehmen. Oder die Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffes entspricht der gewünschten Vorstellung, dafür sind die Eigenschaften der Festigkeit unzureichend.
Im Druckgießverfahren verarbeitete Messinglegierungen schließen diese Kluft und verbinden beide Eigenschaften in einem guten Verhältnis miteinander.
Wie bereits erwähnt, bildet eine metallische Dauerform das Herzstück des Druckgießprozesses, denn nur so lassen sich aus dem flüssigen Metall überhaupt Gussstücke herstellen. Die heute etablierten Herstellungsverfahren ermöglichen es, die Kavitäten (konturgebende Formhohlräume) vollautomatisch zu fertigen. Entweder mit Fräsmaschinen oder in besonderen Fällen mit speziellen Funkenerosionsanlagen.
Die Oberflächen der hergestellten Konturen sind sehr glatt und frei von jeglichen Spuren, die Rückschlüsse auf das Fertigungsverfahren geben.
Aufgrund der hohen Gießtemperaturen bei Messinglegierungen findet ein Verschleiß der Formgravuren-Oberfläche bereits früher statt als bei anderen Legierungen im Druckguss. Daraus resultiert eine Vergrößerung der mittleren zu erwartenden Oberflächenrauheit, die bei Messing-Gussteilen im Bereich von Rz 40 μm – 63 μm liegt.
Im Laufe der Zeit verändert sich die Rauheit der Formengravur Stück für Stück. Das klingt auch logisch, wird der Formhohlraum doch bei jedem Zyklus mit flüssigen Metall gefüllt , welches am Ende des Gießprozesses unter einem hohen Druck erstarrt. Eine einsetzende Erosion der zuvor glatten Oberfläche ist die normale Folge. Um es aber klar zu formulieren, die Zunahme findet in ganz kleinen Schritten statt, so dass die Herstellung von Serienteilen nicht weiter beeinträchtigt ist.
Es gibt jedoch noch eine zweite Ursache für die erhöhte Rauheit: Die Schmelze an sich erstarrt zu einem gröberen Gefüge als bei Aluminium- oder Zinklegierungen, jedoch trotzdem in einem feineren Gefüge im Vergleich zu anderen Gießverfahren wie zum Beispiel Sandguss (Rz 100 μm – 150 μm).
Wenn die Wahl auf Messing-Druckguss fällt, ist jedoch meistens diese kleine Einschränkung in der Oberflächengüte nicht das heikle Thema. Hier kommt es dann auf abbildungstreue Serienteile an, die möglichst endkonturnah gefertigt werden und ohne großen mechanischen Zerspanungs- oder Nachbearbeitungsaufwand eingesetzt werden können. Ein klarer Vorteil für Messing-Druckguss!
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