- Gusseisen
- Grauguss verfügt über eine hohe Dämpfungsfähigkeit und eine geringere Wärmeausdehnung als Stahl, was zu seiner Dimensionsstabilität unter thermischen Zyklen beiträgt. Ein Spannungsarmglühen bei 550–650 °C ist üblich, um die durch das Gießen entstandenen inneren Spannungen zu verringern, ohne dabei Festigkeit und Härte zu beeinträchtigen. Die gängigen Graugussqualitäten sind GG-15, GG-20 und GG-25.
- Nodularer (duktiler) Gusseisen kann ebenfalls eine gute Stabilität aufweisen. Darüber hinaus zeigen duktile Gusseisensorten mit niedriger Wärmeausdehnung (z. B. B1, B2, B3), die einen hohen Nickel- und Kobaltgehalt besitzen, dimensionsbezogene Änderungsraten von lediglich 0,005–0,026% bzw. 0–0,044% entlang der Quer- und Längsachse; dies ist deutlich geringer als bei herkömmlichem duktilem Gusseisen (0,086% und 0,485%) oder Edelstahl (0,188% und 0,682%).
- Gussstähle
Obwohl Verformungen bei Gussstählen aufgrund der Phasenumwandlung im Allgemeinen höher ausfallen, wurden bestimmte flammgehärtete Gussstähle mit geringer Verformung entwickelt. Das Flammhärten wird eingesetzt, da die niedrigere Umwandlungstemperatur dieser speziellen Legierungen hilft, erhebliche Verformungen zu vermeiden und Risse beim Abschrecken zu verhindern.
- Aluminiumlegierungen
- Aluminiumlegierungen erfordern aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit, ihres niedrigen Schmelzpunkts (~660 °C) sowie ihrer Neigung zum Durchhängen unter Schwerkraft bei erhöhten Temperaturen eine sorgfältige Prozesskontrolle.
- ADC12 (Al-Si-Cu) ist eine Druckgusslegierung, die eine gute Dimensionsstabilität bietet. Ihre Wärmebehandlung muss streng kontrolliert werden, da sie durch die Ausscheidung von Elementen wie Silizium zu Ausdehnungsdehnungen führen kann.
- A356 und A365 sind Legierungen mit guter Gießbarkeit und Wärmebehandlungsfähigkeit. Ihre Verformung lässt sich durch optimierte Erwärmungs- und Abschreckprozesse minimieren, um Rissbildung zu vermeiden und die Präzision aufrechtzuerhalten.
- Niedrigausdehnungslegierungen
Diese Speziallegierungen sind für Anwendungen konzipiert, die nahezu null Wärmeausdehnung und hohe Dimensionsstabilität über einen weiten Temperaturbereich erfordern.
- Invar 36 (Fe-36% Ni) weist einen extrem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) auf, wodurch seine Abmessungen von kryogenen Temperaturen bis hin zu 260 °C nahezu konstant bleiben.
- Super-Invar (Fe-32% Ni-5% Co) bietet einen noch niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als herkömmliches Invar und eignet sich daher für besonders anspruchsvolle Anwendungen.
- Kovar (Fe-Ni-Co) ist eine weitere Legierung mit niedrigem CTE, die bei Temperaturschwankungen nur minimale Dimensionsänderungen aufweist.
- Andere Legierungen
- Die Zamak (Zn-Al)-Legierung besitzt einen niedrigen Schmelzpunkt (ca. 390 °C), wodurch thermische Belastungen auf Formen und Werkzeuge minimiert werden und so langfristig eine hohe Maßhaltigkeit gewährleistet wird.
- Einige Superlegierungen wie GH242 (Ni-Mo-Cr) verfügen von Natur aus über niedrige Wärmeausdehnungskoeffizienten in Kombination mit hoher Hochtemperaturfestigkeit, was ihre Stabilität sicherstellt.
Allgemeine Grundsätze für eine verformungsarme Wärmebehandlung
Zusätzlich zur Materialauswahl gibt es allgemeine Prinzipien, die Sie in Ihrem Prozess beachten sollten, um Verformungen während der Wärmebehandlung zu minimieren:
- Führen Sie vor jeder Hochtemperatur-Wärmebehandlung stets einen Spannungsarmglühprozess durch, um restliche Gussspannungen zu beseitigen.
- Optimieren Sie die Legierungszusammensetzung, um den Ms-Punkt zu senken, sodass sich der Phasenübergang langsamer vollzieht und sich das Volumen sowie die Spannungen beim Abschrecken verringern.
- Regeln Sie die Abschreckgeschwindigkeit, um hohe thermische Temperaturgradienten zu vermeiden (z. B. durch Auswahl der Luftkühlung, wenn dies möglich ist), da schnelles Abkühlen eine Hauptursache für Verformungen darstellt.