Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Hybride Technologien und Werkstoffe für die Herstellung von Feingussformen und Tiegeln zum Feinguss von hochschmelzenden und hochreaktiven Legierungen

Feinguss ist ein industriell sehr etabliertes Fertigungsverfahren für die endformnahe Herstellung von komplexen Bauteilen mit niedriger bis mittlerer Stückzahl. Zahlreiche Werkstoffe lassen sich damit erfolgreich verarbeiten, aber insbesondere hochschmelzende und hochreaktive Legierungen lassen sich bislang kaum wirtschaftlich herstellen. In einem laufenden IGF-Vorhaben (IGF 18598BG) werden neue Werkstoffe für Tiegel und Formschalen erfolgreich erprobt. Eine generelle Schwäche der bisherigen Formschalentechnologie liegt in der geringen Reproduzierbarkeit feiner Details der Wachsformen. Das Hauptziel des hier beantragten Nachfolgeprojekts ist die Entwicklung einer neuen Technologie zur Herstellung endkonturnaher, dünner und hochfester Formschalen für besonders filigrane Gussteile mittels der Replica- und Alignat-Technologie. Die Korrosions- und Thermoschockbeständigkeit der vielversprechenden Ca-Zirkonatkeramik soll durch Additive weiter verbessert werden, um längere Standzeiten zu erreichen, was aus Gründen der Wirtschaftlichkeit von zentraler Bedeutung ist. Der PA wird aus KMU entlang der gesamten Wertschöpfungskette (Material- und Anlagenherstellern, Feingießereien und Endanwendern aus versch. Branchen) gebildet. Dadurch und durch die Teilnahme der Forschungsvereinigung Feuerfest ist eine breite Streuung der Projektergebnisse in der Industrie und ein direkter Transfer zur schnellen industriellen Umsetzung der Forschungsergebnisse gewährleistet. Die Forschungsstellen besitzen langjährige Erfahrung in der erfolgreichen Durchführung von IGF-Vorhaben. Die Fortführung der Arbeiten im beantragten Nachfolgeprojekt wäre nahtlos möglich. Die Projektteams bei beiden Forschungsstellen arbeiten eingespielt zusammen. Von Seiten der KMU wird der Nachfolgeantrag unterstützt.

Ergebniszusammenfassung:

Mit einer Weiterentwicklung des bereits evaluierten Werkstoffes CaZrO3 durch die Mischung mit CaTiO3 konnte eine Reduzierung des ZrO2 –Verbrauchs bei der Herstellung von Tiegeln erreicht werden. Somit senken sich die Rohstoffkosten in Bezug auf das teure ZrO2, welches momentan eine erhöhte Nachfrage erfährt. Die Tiegel zeigten eine höhere Stabilität gegenüber Thermoschock und konnten für vier Abgüsse eingesetzt werden. Die neuen Technologien zur Formschalenherstellung (Replica, Alginat) stellen eine Innovation gegenüber der klassischen Formschalenherstellung dar, da sie nicht über das Tauchverfahren funktionieren, sondern über Spritzen aufgetragen werden. Dadurch entstehen dünne funktionale Arbeitsschichten, die in Kontakt mit der Schmelze stehen und eine Verbesserung der Abbildbarkeit feiner Konturen erzeugen. Durch die sehr feinen Schlicker, die dafür verwendet werden, können sehr filigrane Details der Wachsteile auf die Gussteile übertragen werden. Zusätzlich ist es nun auch möglich, bisher, aus geometrischen Gründen, ungeeignete Teile zu beschichten, was das Anwendungsspektrum des Feingusses mittels Formschalentechnik zusätzlich erhöht. Anschaulich gezeigt wurde dies an Abgüssen von Turbinenrädern (Wachsteile wurden vom PA-Mitglied NRU zur Verfügung gestellt) und Brillenscharnierteilen (Wachsteile wurden vom PA-Mitglied OBE zur Verfügung gestellt). Mit dem neuen Spritzverfahren konnte Schlicker auch in feine Konturen und Hinterschneidungen eingebracht werden, welche beim Tauchen Lufteinschlüsse gebildet hätten.

Durch den sehr beständigen Werkstoff CaZrO3 können auch völlig neue Bereiche für den Feinguss erschlossen werden. Es können auch andere hochschmelzende und hochreaktive Legierungen in Tiegeln aus CaZrO3 erschmolzen werden. Durch die Reduzierung der Reaktion des verwendeten Titans (TiAl6V4) mit der Formschale und die dadurch erreichte hohe Reinheit der Abgüsse rückt die Anwendung von Feinguss für die Herstellung von anspruchsvollen Bauteilen näher.