Einschlüsse sind die häufigsten Fehler in der Gussproduktion. Die Industrie setzt seit Langem verschiedene traditionelle Verfahren zur Vermeidung von Verunreinigungen ein, darunter die Auswahl hochwertiger Ofenbeschickung, das Abschöpfen der Schlacke vor dem Gießen, Schlackenauffangwannen über den Gießpfannen, Bodengießpfannen oder Teekannengießpfannen, geschlossene Gießsysteme und Schlackenfallen/-kanäle an horizontalen Gießkanälen. Diese Methoden bieten jedoch nur eine begrenzte Abscheideleistung gegenüber feinen Einschlüssen im Mikrometerbereich.

Die Technologie zur Filtration von Metallschmelzen wurde in den 1970er Jahren entwickelt und durchlief drei Produktgenerationen: gewebte Filtersiebe, extrudierte Keramikfilter mit geraden Löchern und die dritte Generation.Keramikschaumfilter (CFF)Dank seiner hervorragenden Reinigungsleistung hat sich das CFF-Verfahren in der globalen Gießereiindustrie weit verbreitet und dient als Kernprozess zur Steigerung der Gussqualität, zur Senkung der Produktionskosten und zur Stärkung der internationalen Wettbewerbsfähigkeit von Gussprodukten.

I. Herstellungsprinzip und Produktvorteile von Keramikschaumfiltern

Keramische Schaumfilter, kurz CFF (Keramikschaumfilter), werden hergestellt, indem Polyurethanschaumträger in eine Keramikschlämme getaucht, überschüssige Schlämme herausgepresst und anschließend bei hoher Temperatur gesintert werden. Das Polyurethangerüst zersetzt sich unter der hohen Hitze vollständig und bildet eine dreidimensional vernetzte, poröse Keramikstruktur.

Die CFF-Technologie ist mit allen Gusslegierungen wie Sphäroguss, Grauguss, Stahlguss und Aluminiumlegierungen kompatibel und hat sich in der standardisierten und kommerziellen Produktion etabliert. In den Industrieländern Europas und Amerikas hat sich die Filtrationstechnologie als einfachste und effizienteste Standardlösung zur Beseitigung von Lunker und Schlackeneinschlüssen sowie zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Gussteilen durchgesetzt.

II. Fünf zentrale Anwendungsvorteile von Keramikschaumfiltern

1. Deutlich weniger flüssiges Metall einsparen und die Prozessausbeute verbessern

   Bei herkömmlichen Schlackenrückhaltesystemen werden vergrößerte und verlängerte horizontale Kanäle sowie erweiterte Schlackenfallen eingesetzt, um Verunreinigungen aufzufangen. Dies verbraucht große Mengen an geschmolzenem Metall im Gießsystem und reduziert die Gießausbeute.

   Am Beispiel von Gussteilen für die Vorderradnabe aus duktilem Gusseisen einer Gießerei lässt sich zeigen: Die Prozessausbeute lag ohne Filter bei 65,3 % und stieg nach Einführung des CFF-Verfahrens auf 71,5 %, wodurch der Verbrauch an flüssigem Gusseisen um 6 Prozentpunkte gesenkt wurde. Bei einer Jahresproduktion von 80.000 Tonnen Gussteilen aus duktilem Gusseisen kann die Gießerei den Verbrauch an flüssigem Gusseisen jährlich um 5.000 Tonnen reduzieren und so den Rohstoff- und Energieverbrauch senken, ohne die volle Produktionskapazität zu beeinträchtigen.

2. Reduzierung des Bearbeitungszuschlags und Optimierung der Bearbeitbarkeit

   Beim Gießen sammeln sich Einschlüsse tendenziell im oberen Bereich der Formen an. Herkömmliche Verfahren erfordern einen besonders großen Bearbeitungszugabe von 6–8 mm für die nach oben gerichteten Bearbeitungsflächen, was die Gesamtbearbeitungskosten in die Höhe treibt.

   Durch Keramikschaumfilter gereinigtes, geschmolzenes Metall zeichnet sich durch eine deutlich verbesserte Reinheit aus, wodurch der Bedarf an übermäßigem Bearbeitungszuschlag entfällt. Die Filter fangen unvollständig geschmolzene Impfmittel auf und entfernen so harte Stellen im Inneren der Gussteile. Dadurch wird die Härteabweichung eines einzelnen Gussteils um 50 % reduziert.

   Wesentliche Vorteile für die Zerspanung: Bei ungefilterten Gussteilen müssen die Werkzeuge alle 4 Stunden, höchstens alle 8 Stunden ausgetauscht werden; nach der Filtration können die Werkzeuge 8–16 Stunden lang betrieben werden, bevor sie ausgetauscht werden müssen. Dadurch verlängert sich die Werkzeuglebensdauer um das 2- bis 4-fache und die Kosten für Zerspanungsmaterialien werden erheblich gesenkt.

3. Verbesserung der Fließfähigkeit von geschmolzenem Metall und drastische Reduzierung der Ausschussquote

   (1) Verbesserung der Schmelzefließfähigkeit und der Formqualität

   Filter entfernen nichtmetallische Einschlüsse und gelöste Gase, um die Viskosität der Schmelze zu senken. Gereinigte Metallschmelze benötigt eine höhere Unterkühlung für die Keimbildung, was die Kristallisation beschleunigt und die Erstarrungszeit um 10 % verkürzt. Dies verbessert die Formfüllung und die Speisung und reduziert Fehlanläufe und Kaltfließstellen drastisch. Bei der Anwendung auf Vorderradnaben aus duktilem Gusseisen im Automobilbereich können Schlackenfallen vermieden, Angusskanäle verkürzt und die Steigerhöhe halbiert werden.

   (2) Kontrolle von Schlacke-, Sand- und Lunkerfehlern zur Reduzierung von Schrottverlusten

   Zylinderköpfe weisen komplexe, dünnwandige Strukturen mit hohen Dichtungsanforderungen auf und erfordern höhere Gießtemperaturen. Trotz des Einsatzes mehrerer herkömmlicher Schlackenblockiersysteme, darunter geschlossene Anschnitte und Durchflussbegrenzer, lag die Ausschussquote aufgrund von Einschlüssen weiterhin bei etwa 12 %. Nach dem Einbau von Keramikschaumfiltern reduzierten stabile Gießbedingungen die Leckage deutlich und senkten die Ausschussquote aufgrund von Einschlüssen unter 3 %. In einem Versuch mit 4.000 hinteren Halterungsgussteilen und 1.000 Gießvorgängen minimierte die Filtration Schlackenfehler grundlegend und veränderte die Fehlerarten.

   (3) Produktionsvergleich zwischen Filtern der 2. und 3. Generation

   Unter identischen Produktionsbedingungen lag die Gesamtausschussrate bei extrudierten Keramikfiltern der 2. Generation bei 6,58 % und sank bei Keramikschaumfiltern der 3. Generation auf 3,58 %. Der Ausschuss aufgrund von Filtrationsdefekten verringerte sich von 3,62 % auf 1,79 %, was die überlegene Reinigungsleistung von CFF belegt.

4. Verfeinerung der metallographischen Struktur und vollständige Verbesserung der mechanischen Eigenschaften

   Nichtmetallische Einschlüsse unterbrechen die Kontinuität der Metallmatrix und verursachen Spannungskonzentrationen an den Einschlussgrenzen, was leicht zu interkristallinem Bruch führen kann. Keramische Schaumfilter fangen Mikro-Einschlüsse mit einer Größe von weniger als 2 μm auf und entfernen gelöste Gase, wodurch die Schmelzreinheit grundlegend erhöht wird.

   Untersuchungen an HT150-Grauguss zeigen, dass gefilterte Schmelze Graphit bei niedrigeren Temperaturen ausbildet. Dies führt zu feinerem, dichterem und gleichmäßiger verteiltem Graphit, dessen Matrixschneidende Wirkung abnimmt, sowie zu verfeinertem und gleichmäßigem Perlit. Unter identischen Bedingungen steigt die Zugfestigkeit um 16 %, die Biegefestigkeit um 5,4 % und die Härte um 10 %. Besonders deutlich verbessert sich die Dehnung.

5. Vereinfachung der Anguss-Systeme und Steigerung der Ausnutzung der Musterplatten

   Bei der Herstellung von duktilem Gusseisen führt eine ungleichmäßige Verteilung des Sphäroidisators/Impfmittels oder eine niedrige Schmelztemperatur zu Partikelsegregation, wodurch harte Stellen und inverse Erstarrungsfehler entstehen. Herkömmliche Gegenmaßnahmen verwenden komplexe, überdimensionierte geschlossene Angussanlagen, die viel Platz auf den Modellierplatten beanspruchen.

   Keramische Schaumstofffilter fangen feinste Schlackenpartikel effizient auf und vereinfachen die Angussführung erheblich, wodurch der Platzbedarf der Angusskanäle auf den Modellplatten reduziert wird. Eine Platte, die ursprünglich vier Gussformen aufnahm, kann nun ein bis zwei zusätzliche Kavitäten aufnehmen, was die Ausnutzung der Modellplatte und die Effizienz der Einzelchargenproduktion steigert.

III. Bedeutung der Industrieförderung: Stärkung der heimischen Gießereien zur Qualitätsverbesserung und Erschließung neuer Auslandsmärkte

Praxisdaten belegen die vielfältigen Vorteile der Keramikschaumfiltrationstechnologie: Die Ausschussrate von Gussteilen mit Schlacke-, Sand- und Lunkerfehlern sinkt um ca. 70 %, die Prozessausbeute steigt um 10 % und die Gesamtproduktionskosten reduzieren sich um 6 %. Gleichzeitig werden die Bearbeitbarkeit und die mechanischen Eigenschaften optimiert, was bemerkenswerte wirtschaftliche und ökologische Vorteile mit sich bringt. Dank geringer Investitionskosten und sofortiger Qualitätsverbesserung sind Keramikschaumfilter eine essenzielle Technologie für Gießereien, um die Produktqualität zu steigern, Produktionsverluste zu reduzieren und die Wettbewerbsfähigkeit im Exportgeschäft zu stärken – mit einem extrem hohen industriellen Wert.

Da die nachgelagerten Industrien immer höhere Anforderungen an die Qualität und Zuverlässigkeit von Gussmaterialien stellen, ist die Reinigung von flüssigem Metall zu einem obligatorischen Prozess für die Herstellung hochwertiger Gussteile geworden.

XINDA Keramikschaumfilter werden mit ausgereifter Sintertechnologie und einer stabilen 3D-Porenstruktur hergestellt und sind mit allen Produktionslinien für duktiles Gusseisen, Grauguss, Stahlguss und Aluminiumlegierungen kompatibel. Durch die Integration hocheffizienter Funktionen zur Schlackenentfernung, Entgasung und metallografischen Veredelung erzielen die XINDA CFF-Filter eine deutliche Reduzierung des Ausschusses, eine höhere Gussausbeute, einen geringeren Werkzeugverbrauch und umfassende Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften bei niedrigen Investitionskosten.

Entscheiden Sie sich für XINDA Keramikschaumfilter, um Schlackeneinschlüsse, Lunker und harte Stellen in Gussteilen vollständig zu eliminieren. Wir unterstützen Gießereien im Inland bei der Herstellung von Premium-Gussteilen nach internationalen Standards, beim Ausbau globaler Vertriebskanäle und fördern die nachhaltige, verlustarme und umweltfreundliche Entwicklung der gesamten Gießereiindustrie.