Verständnis der Oberflächenbehandlungsprozesse von Metallgussstücken

Das Gießen von Metallen ist ein wesentlicher Bestandteil der modernen Industrie. Ob in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Bau- oder Konsumgüterindustrie, die neu hergestellten Teile und Komponenten, die aus den Formen kommen, enthalten Fehler wie überschüssigen Sand, Oxidschichten, Zunder, Grate und Poren. Diese Teile müssen oberflächenbehandelt werden, damit sie für anspruchsvolle Aufgaben geeignet und ästhetisch ansprechend sind.

Die meisten Käufer, die nach “Gussteilen” suchen, wollen keine einfachen Formen. Sie wollen Formen, die behandelt werden können, um Korrosion, Verschleiß und extremen Temperaturen standzuhalten. Oberflächenbehandlungsverfahren erhöhen den Wert solcher Gussstücke und helfen auch dabei, frühzeitige Ausfälle zu vermeiden.

Dieser umfassende Leitfaden hilft Ihnen, die Gründe, die gängigen Techniken und die Arbeitsabläufe bei oberflächenbehandelten Gussstücken zu verstehen. Ingenieure, Einkäufer und Hersteller werden in der Lage sein, bessere Gussteile zu erwerben.

1. Warum eine Oberflächenbehandlung von Metallgussstücken?

Die Oberflächenbehandlung verbessert die Qualität von Gussstücken, die mit Oberflächenfehlern und Unregelmäßigkeiten hergestellt wurden, die ihre Funktionsfähigkeit beeinträchtigen. Gussstücke aus Eisen oder Stahl können Sandrückstände aufweisen, und Aluminiumdruckgussstücke können eine geringe Menge an Porosität oder Graten aufweisen.

Unbehandelte Eisen- und Stahlgussteile korrodieren in feuchter und chemischer Umgebung schneller. Unbehandelte Gussteile korrodieren schneller in feuchten oder salzhaltigen Umgebungen.

Gleichmäßige und verunreinigungsfreie Oberflächen sind eine Notwendigkeit. Verunreinigungen wie Kesselstein, Oxide und eingekapselte Partikel sind Substanzen, die Beschichtungen schwächen und vorzeitig versagen lassen können.

In einigen Fällen sind die Anforderungen sehr spezifisch. Bauteile in der Automobilindustrie benötigen eine sehr hohe Abriebfestigkeit, und Armaturen in der Schifffahrtsindustrie müssen eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber Salzwasser aufweisen.

Oberflächenbehandlungen verbessern auch die Haftung von Beschichtungen und Verkleidungen. Stress kann dazu führen, dass Beschichtungen abblättern, reißen oder Blasen werfen, und die Ursache dafür liegt oft in einer unzureichenden Oberflächenvorbereitung.

Normen und Garantien nehmen zu, und die Industrie sieht sich zunehmend gezwungen, sich an diese Normen zu halten, um Ausschuss, Nacharbeit und Ausfälle in der Praxis zu vermeiden.

Ingenieure legen oft Wert auf Oberflächenbehandlungen, wenn sie die Lebensdauer eines Produkts verlängern wollen. Ein richtig behandeltes Gussteil kann die Langlebigkeit eines Produkts selbst unter sehr anspruchsvollen Bedingungen erheblich verbessern.

Es gibt auch ästhetische Gründe für die Notwendigkeit von Oberflächenbehandlungen bei bestimmten Bauteilen. Architektonische Beschläge, Haushaltsgeräte und Möbelrahmen benötigen allesamt attraktive Oberflächen.

Die gestiegenen Anforderungen an die Oberflächenbehandlung schließen die Lücke zwischen dem exzellenten Guss und der minderwertigen Realität der Endnutzungszuverlässigkeit.

2. Was sind einige gängige Oberflächenbehandlungsverfahren?

Unter den vielen verschiedenen Oberflächenvorbereitungstechniken sind Strahlen und Sandstrahlen zwei der gängigsten Verfahren. Ein abrasives Hochgeschwindigkeitsmedium wie Stahlkies oder Sand wird auf die Oberfläche gerichtet, um Sand, Oxide und verschiedene andere Oberflächenverunreinigungen zu entfernen.

Bei Großserien ist das Strahlen deutlich leistungsfähiger, und durch das Einbringen von Druckspannungen kann die Ermüdungslebensdauer des Produkts verbessert werden. Aus diesem Grund wird das Strahlen in großem Umfang für Eisen- und Stahlgussteile von Automobilfahrgestellen und Sockeln verschiedener Maschinen eingesetzt.

Sandstrahlen kann bei einer Vielzahl von Geometrien eingesetzt werden, insbesondere bei solchen, die tief sind und Vertiefungen haben. Durch Sandstrahlen kann die Oberfläche des Materials vorbereitet werden, so dass die Oberfläche für die nachfolgende Beschichtung richtig haftet.

Zuerst wird poliert, danach wird geschliffen. Polieren und Schleifen werden nach einer ersten Reinigung durchgeführt. Dies geschieht mit Schleifbändern oder -rädern, die den Grat, den Grat und kleine Defekte abschleifen.

Dadurch wird eine glattere Oberfläche erzielt, die entweder eine endgültige Oberfläche oder eine Oberfläche ist, die versiegelt werden kann. Dies trägt dazu bei, Spannungserhöhungen zu verringern, die durch die mehrfache Belastung eines Materials zu Rissen führen können.

Bei der Phosphatbeschichtung wird eine Phosphatschicht chemisch aufgebracht, die dazu beiträgt, die Farbe zu binden und mäßig vor Korrosion zu schützen.

Die Phosphatbeschichtung ist auch für Stahl- und Zinkdruckguss geeignet. Sie ist eine gute Grundierung für die Pulverbeschichtung oder Lackierung von Industriemaschinen.

Eloxieren ist ein Verfahren für Aluminium und Aluminiumlegierungen. Es ist ein elektrochemischer Prozess, der eine poröse Aluminiumoxidschicht bildet und verdickt.

Das Aluminiumoxid ist unglaublich hart und sehr abriebfest. Es kann auch Farben liefern, die für das Aussehen und das Design von Elektronikgehäusen oder Gebäuden von Vorteil sein können.

Die Galvanisierung ist ein Verfahren, bei dem unter Verwendung von elektrischem Strom eine Metallschicht gebildet wird. Es wird mit Zink, Nickel, Chrom und Kupfer durchgeführt.

Die Verzinkung schützt Stahlgussteile vor Korrosion. Die Verchromung verleiht der Oberfläche von Sanitärarmaturen ein glänzendes Aussehen und erhöht die Verschleißfestigkeit der Armaturen.

Die stromlose Beschichtung ermöglicht gleichmäßige Abscheidungen ohne den Einsatz von Elektrizität. Die Nickel-Phosphor-Beschichtung eignet sich für komplexe Geometrien und bietet eine gleichmäßige Schichtdicke, anders als die Breadboard-Plating-Methode.

Diese Beschichtungsmethode eignet sich am besten für schwierige Geometrien wie Sacklöcher oder Gewindelöcher. Sie erhöht auch die Härte und chemische Beständigkeit des zu beschichtenden Teils.

Bei der Pulverbeschichtung wird ein trockenes Polymerpulver aufgetragen, das anschließend in einem Ofen ausgehärtet wird. Dadurch entsteht eine gleichmäßige Schicht mit hoher Widerstandsfähigkeit gegen Absplittern und Zerkratzen, die eine widerstandsfähige Schicht zum Schutz des Teils bildet.

Die Pulverbeschichtung ist in einer nahezu unendlichen Palette von Farben und Strukturen erhältlich und eignet sich besonders für den Schutz von Gussteilen für den Außenbereich, z. B. von Laternenpfählen, Gittern oder Maschinengehäusen mit einer Nutzungsdauer von 10 bis 20 Jahren.

Die Flüssiglackierung (Nasslackierung) bietet die größte Flexibilität für die Bereitstellung maßgeschneiderter Farben, insbesondere bei Anwendungen mit geringem Volumen, und umfasst die Verwendung von Grundierungen, Decklacken und Spezialfarben.

In den extremen industriellen Umgebungen sind wasserfeste (Epoxid- oder Polyurethan-) Anstriche nützlich, um vor ultraviolettem Licht (UV), Chemikalien und Abrieb zu schützen.

Die Feuerverzinkung ist ein kostengünstiges Verfahren, um Gussteile mit einem lebenslangen Korrosionsschutz zu versehen. Durch das Tauchverfahren entsteht eine dicke Zinkschicht, die metallurgisch mit der Oberfläche verbunden wird. Die Zinkschicht ist ein Opfer für den Korrosionsschutz des Stahls.

Das Verfahren eignet sich am besten für Gussteile von Strukturen, die in Küstengebieten oder in der Industrie eingesetzt werden sollen, und kann mit der richtigen Technik 50 Jahre lang korrosionsbeständig sein, selbst bei sehr geringer Wartung.

Die Passivierung ist ein Verfahren zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von rostfreiem Stahl oder Aluminium, bei dem freies Eisen entfernt wird und ein passives Oxid zurückbleibt.

Es handelt sich um ein sehr einfaches Verfahren, bei dem die Gussteile in ein chemisches Tauchbad getaucht werden, um Lochfraß zu verhindern und gleichzeitig einen hygienischen Zustand der Gussteile für die Lebensmittelverarbeitung oder medizinische Anwendungen zu erhalten.

Laserbehandlung und PVD (Physical Vapor Deposition) sind die fortschrittlichsten Behandlungsmöglichkeiten. Die PVD-Hartkeramikbeschichtung bietet extreme Verschleißfestigkeit.

Das Laserhärten ist ein Verfahren zur Verfestigung von Verzahnungen oder Verschleißflächen ohne Verformung des gesamten Teils.

Diese verschiedenen Behandlungen hängen von den Legierungen, der Geometrie und der gewünschten Leistung des Endprodukts ab. Außerdem ist die Kombination verschiedener Behandlungen (z. B. Kugelstrahlen und anschließende Pulverbeschichtung) oft am vorteilhaftesten.

3. Flussdiagramm des Oberflächenbehandlungsverfahrens für Metallgussstücke

Die Oberflächenbehandlung wird in einer Reihenfolge durchgeführt, die Qualität und Effizienz gewährleistet.

Schritt 1. Die Gussteile werden entgegengenommen und geprüft. Die Gussteile werden visuell und mechanisch geprüft, um festzustellen, ob es größere Abweichungen von den Abmessungen gibt.

Schritt 2. Die Gussteile werden einem Reinigungs- oder Sandstrahlverfahren unterzogen, um Schimmel, Sand, Zunder oder Ablagerungen zu entfernen. Das Ergebnis ist eine Oberfläche mit gleichmäßig rauer Textur.

Schritt 3. Entgraten und Schleifen. Manuelle oder maschinelle Werkzeuge entfernen Grat, Anschnitte, Steigungen und scharfe Kanten.

Schritt 4. Vorbehandlung. Fett und Öl werden durch ein Verfahren entfernt, das als Entfetten bezeichnet wird. Die zu verklebende Oberfläche wird durch saures Beizen chemisch vorbereitet.

Schritt 5. Primäre Oberflächenbehandlungen. Je nach den verwendeten Materialien und den Anforderungen werden Kernschutzbehandlungen (z. B. Eloxieren (Aluminium), Verzinken (Stahl) oder Galvanisieren) für die Oberfläche der Materialien verwendet.

Schritt 6. Sekundäre Oberflächenbehandlungen. Zusätzliche Beschichtungen mit Pulver- oder Nasslacken dienen der Farbgebung, einer zusätzlichen Behandlung zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit oder einer zusätzlichen Behandlung zur Verbesserung des UV-Schutzes.

Schritt 7: Aushärten/Trocknen - Das Aushärten von Pulver oder Farbe erfolgt durch Einbrennen im Ofen. Empfindliche Komponenten können an der Luft oder bei niedrigen Temperaturen getrocknet werden.

Schritt 8: Endkontrolle und Prüfung - Messung der Beschichtungsdicke, der Haftungsqualität (Kreuzschraffur oder Abziehversuche) und der Salzsprühnebelbeständigkeit. Einige der Tests können subjektiv sein.

Schritt 9: Verpackung und Versand - Um die fertigen Gussteile vor Transportschäden zu schützen, können sie eingewickelt, verpackt und mit Trockenmitteln versehen werden.

Die Gussart bestimmt die genaue Reihenfolge. Während bei Aluminiumdruckguss eine intensive mechanische Reinigung entfallen kann, ist bei Sandguss ein aggressives Vorstrahlen erforderlich.

Eigene oder integrierte Zulieferer verbessern die Effizienz dieses Flusses und verringern Handhabungsschäden und Vorlaufzeiten. Die richtige Reihenfolge trägt dazu bei, potenzielle Probleme wie Blasenbildung oder schlechte Haftung zu vermeiden.

4. Was sind die Vorteile der Oberflächenbehandlung von Metallgussstücken?

Der Hauptvorteil ist die verbesserte Korrosionsbeständigkeit. Oberflächenbehandlungen schaffen eine Barriere, die Korrosion verhindert.

Wenn Gussteile mit Zink- oder dicken Pulverbeschichtungen behandelt werden, können sie viele Jahrzehnte lang ohne nennenswerten Verfall halten.

Behandelte Automobil- oder Schiffsteile können zwei- bis fünfmal länger halten als unbehandelte.

Teile, die häufig ausgetauscht werden müssen, verringern die Ausfallzeiten einer Produktionslinie und senken die Kosten.

Bestimmte Oberflächenbehandlungen erhöhen die Verschleiß- und Abriebfestigkeit von Materialien. Das Kugelstrahlen erzeugt eine komprimierte Oberfläche, die die Schlagfläche der Behandlung erhöht.

Durch Millionen von Zyklen werden die Masse und die Reibung von Konstruktionsmaterialien in Gegenständen wie Pumpen, Ventilen und Zahnrädern reduziert.

Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die Oberflächenhärtung und die Entspannungsbehandlung Oberflächen schaffen, die die Entstehung von Rissen minimieren, so dass die Behandlungen die Leistung verbessern.

Dies gilt insbesondere für Gegenstände, die in der Schwerindustrie und in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden, um den zyklischen Belastungen durch Vibrationen standzuhalten.

Glatte Oberflächenbehandlungen oder dekorative Beschichtungen, die ein Produkt für den Verbraucher sichtbar machen, können die Wahrnehmung des Wertes des Produkts verbessern. Dies erhöht auch den Preis, der für beschichtete oder plattierte Artikel angesetzt werden kann.

Wenn die Oberflächen vorbereitet sind, haften Beschichtungen stärker als die zu beschichtenden Oberflächen. Das bedeutet, dass selbst bei Stößen oder Temperaturänderungen, die eine Ausdehnung bewirken, die Haftung auf der beschichteten Oberfläche erhalten bleibt.

Wenn Oberflächen behandelt werden, sind die Beschichtungen der Oberflächen so ausgelegt, dass sie dem Verschleiß widerstehen, so dass die Wartungsintervalle für die Oberflächen weit über denen liegen, die unbehandelt sind.

Die Teile behalten ihre Struktur beim Zusammenbau von Merkmalen und Komponenten mit engen Toleranzen und höherer Dimensionsstabilität und Durchbiegung aufgrund der Spannungsentlastung während der Sekundärbearbeitung.

Bei behandelten Gussteilen muss der Hersteller die Basislegierungen nicht ändern, um Flexibilität zu erreichen.

Die Behandlungskosten sind eine Investition, da die Kosten für Ausschuss, nachbearbeitete Teile, Rücksendungen vor Ort, Garantierückgaben und/oder Qualitätsmängel entfallen. Die Behandlung trägt dazu bei, dass die aus behandeltem Metall hergestellten Gussteile, die normalerweise behandelt wurden, übertroffen werden.

5. Wo kann ich Metallgussteile mit Oberflächenbehandlung kaufen?

Integrierte Gießereien vereinfachen den Einkaufsprozess und bieten fertige Metallgussteile mit Oberflächenbehandlung, Endbearbeitung und maschineller Bearbeitung an.

Suchen Sie nach ISO 9001, IATF 16949 und/oder AS9100 zertifizierten Qualitätsprozessen.

Websites wie Alibaba, ThomasNet oder made-in-china enthalten viele Lieferantenangebote; filtern Sie diejenigen heraus, die in ihrem Angebot Angaben zur Oberflächenbehandlung aufführen.

Aufgrund ihrer Präzision, der schnellen Bearbeitung und der strengen Qualitätsstandards sind Metallgießereien in Nordamerika und Europa teurer und eignen sich eher für spezielle, regulierte oder hochwertige Anwendungen. Im Gegensatz dazu sind Metallgießereien in Asien (China, Indien und Vietnam) erschwinglicher und eher auf die Massenproduktion ausgerichtet. Sie haben auch in eine den internationalen Normen entsprechende Behandlung investiert.

Geben Sie Ihre Behandlungsspezifikationen, den Legierungstyp, die Behandlungsdicke und die Ergebnisse der Salzsprühnebeltests an, um ein Angebot zu erhalten.

Fordern Sie Musterteile und Prüfberichte von Dritten an. Zuverlässige Lieferanten stellen unaufgefordert Fotos ihrer Verfahren, Ausrüstungslisten und Referenzen von Kunden zur Verfügung.

Denken Sie an eine hybride Beschaffung mit lokalen Vertretern und/oder Importeuren. Sie kümmern sich um die Übersetzung und die Logistik und leiten Sie an bestimmte Gießereien in Übersee weiter.

Gibt es unter diesen Importeuren besonders prominente Namen? Fuchun-Gießerei Unternehmen.

Legen Sie als Erster die Anforderungen fest, z. B. an die Materialqualität, die erwartete Umwelteinwirkung, die Farbstandards, das Volumen und das Budget. Dies hilft bei der Auswahl der Lieferanten.

Viele der führenden Unternehmen bieten maßgeschneiderte Behandlungslösungen mit Kombinationen aus Strahlen + Phosphatieren + Pulverbeschichten + usw. an.

Nehmen Sie mit möglichst vielen Unternehmen Gespräche auf. Beurteilen und vergleichen Sie deren Vorlaufzeit, Angebote, Kommunikation und Anpassungsfähigkeit.

Oberflächenbehandelte Gussteile werden komplett montiert oder einbaufertig geliefert. Sie verringern den Grad der erforderlichen internen Bearbeitung und bieten eine zuverlässige Qualitätskonstanz von Charge zu Charge.

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