Kaltes Druckgussmaterial ist ein häufiger, aber zerstörerischer Fehler, der die Qualität beeinträchtigt, Leistung, und Aussehen von Gussteilen. Es entsteht, wenn geschmolzenes Metall beim Abfüllen zu viel Wärme verliert, Dies führt zu einer verringerten Fließfähigkeit und einer unvollständigen Füllung des Formhohlraums. Dieser Mangel führt nicht nur zu einem Anstieg der Ausschussraten (bis zu 20% in schweren Fällen) sondern birgt auch Sicherheitsrisiken für kritische Komponenten wie Motorteile von Kraftfahrzeugen oder Strukturelemente für die Luft- und Raumfahrt. Um Herstellern bei der Identifizierung zu helfen, verhindern, und dieses Problem beheben, In diesem Artikel wird die Beschaffenheit des Kaltgussmaterials systematisch aufgeschlüsselt, seine Grundursachen, und ein schrittweises Verbesserungsrahmenwerk – gestützt auf praktische Daten und Best Practices der Branche.
1. Grundlegendes zum Druckguss-Kaltmaterial: Definition, Manifestationen, und Risiken
Bevor das Problem gelöst wird, Es ist wichtig, klar zu definieren, was Kaltdruckgussmaterial ist und wie es sich auf die Produktion auswirkt. In diesem Abschnitt wird a verwendet Struktur der Gesamtpunktzahl Kernkonzepte abzudecken, Zur besseren Übersichtlichkeit sind die wichtigsten Begriffe hervorgehoben.
1.1 Grundlegende Definition
Kaltes Druckgussmaterial bezieht sich auf einen Defekt, bei dem geschmolzenes Metall auftritt übermäßige Kühlung (entweder in der Schmelzphase, Transfervorgang, oder Formenfüllung) bevor der Formhohlraum vollständig gefüllt wird. Durch diese Abkühlung verringert sich die Fließfähigkeit des Metalls, Dadurch verfestigt es sich vorzeitig oder bildet unregelmäßige Strukturen, die sich nicht mit dem umgebenden Metall verbinden. Im Gegensatz zu Oberflächenfehlern (Z.B., Kratzer), Kaltes Material ist oft ein “versteckte Bedrohung”– es kann als kleine Oberflächenmarkierung erscheinen, aber innere Fehler wie Schrumpfung oder Porenansammlungen verbergen.
1.2 Typische Manifestationen
Kaltes Material erkennen Sie an vier erkennbaren Zeichen, sowohl an der Oberfläche als auch im Inneren des Gussstücks:
| Beobachtungsdimension | Spezifische Eigenschaften | Erkennungsmethode |
| Oberflächenmerkmale | – Rauh, stumpfe Stellen (kein metallischer Glanz)- Offensichtliche Fließlinien oder geschichtet “Streifen”- Lokaler Materialmangel (kleine ungefüllte Lücken) | Inspektion mit bloßem Auge (nach dem Sandstrahlen) oder Objektiv mit 5-facher Vergrößerung |
| Interne Mängel | – Konzentrierte Schrumpfhohlräume (0.1-0.5mm Durchmesser)- Aggregierte Poren (oft in der Nähe von Bereichen mit kaltem Material)- Ungeschmolzene feste Partikel (Rückstände aus unvollständigem Schmelzen) | Röntgeninspektion oder metallografische Analyse (Probeätzung mit 5% Salpetersäure) |
1.3 Hauptrisikobereiche
Kaltes Material ist nicht zufällig – es neigt dazu, sich an bestimmten Stellen des Gussteils zu bilden, dort, wo der Wärmeverlust am stärksten ist:
- Dünnwandige Bereiche weit vom Tor entfernt: Diese Abschnitte haben ein großes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, Beschleunigung der Wärmeableitung. Zum Beispiel, Bei einer 1 mm dicken Aluminiumschale 100 mm vom Tor entfernt ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich kaltes Material entwickelt, dreimal höher als bei einem 5 mm dicken Abschnitt in der Nähe des Tors.
- Tiefe Hohlraumböden: Es dauert länger, bis geschmolzenes Metall diese Bereiche erreicht, und die Wärme wird an der Formwand eingeschlossen – die Abkühlung erfolgt vor dem vollständigen Füllen.
- Formzonen mit niedriger Temperatur: Bereiche ohne ausreichende Vorheizung (Z.B., Schimmelecken, Abschnitte in der Nähe von Kühlwasserkanälen) handeln als “Kühlkörper,” schnelles Abkühlen des Metalls.
2. Ursachen für kaltes Druckgussmaterial: Eine umfassende Analyse
Kaltes Material entsteht aufgrund einer Kombination von Fehlern bei der Temperaturregelung, Schimmeldesign, Prozessparameter, und Materialmanagement. In der folgenden Tabelle wird a verwendet Faktor-Ursache-Mechanismus Struktur, um die Ursache des Problems zu identifizieren, mit konkreten Beispielen zur Verdeutlichung.
| Ursache Kategorie | Spezifische Fehler | Defektbildungsmechanismus | Beispiel für reale Welt |
| Temperaturregelung für geschmolzenes Metall | 1. Unvollständiges Schmelzen (Legierung nicht auf Prozesstemperatur erhitzt)2. Strommangel im Warmhalteofen (Die Temperatur sinkt um 20-30°C)3. Nicht vorgeheizte Druckkammer (Raumtemperatur vs. erforderlich 150-200°C) | 1. Ungeschmolzene Partikel verbleiben im Metall, handeln als “kalte Kerne” die die Gesamtfließfähigkeit verringern.2. Abgekühltes Metall erstarrt an der Vorderseite der Strömung, Sperrung der nachfolgenden Befüllung.3. Die Kältekammer nimmt die Wärme des geschmolzenen Metalls auf, was zu einer Erstarrung am vorderen Ende führt 2-3 Sekunden. | Eine ADC12-Gießanlage für Aluminiumlegierungen verwendete einen fehlerhaften Warmhalteofen – die Metalltemperatur sank von 700 °C auf 650 °C. Kalte Materialfehler nehmen zu 3% Zu 18% In 1 Woche. |
| Schimmeldesign & Zustand | 1. Schlechtes Läuferdesign (plötzliche Querschnittsänderungen, scharfe Kurven)2. Ungleichmäßige Formtemperatur (Kühlwasser zu nah am Hohlraum: <5mm)3. Zu viel Trennmittel (dicker Film >0.1mm) | 1. Unregelmäßigkeiten im Läufer erhöhen den Strömungswiderstand, Verlängerung der Füllzeit und Wärmeverlust.2. Cold mold areas cool the metal to below its liquidus temperature, stopping flow.3. A thick release agent film acts as an insulator, preventing heat transfer from the mold to the metal (worsening cooling). | A zinc alloy toy manufacturer used a mold with a 90° sharp bend in the runner. Cold material formed at the bend in 25% of castings—redesigning to a 15mm radius reduced defects to 2%. |
| Process Parameter Mismatch | 1. Langsame Einspritzgeschwindigkeit (<2 m/s for aluminum)2. Incorrect pressure holding timing (too early, compressing cold metal)3. Excessive pouring volume (Restkältematerial sammelt sich in der Kammer) | 1. Langsames Fließen verlängert die Kontaktzeit des Metalls mit der kalten Form, Beschleunigung der Abkühlung.2. Früher Druck komprimiert teilweise erstarrtes Metall, Erstellen von geschichtetem Kaltmaterial.3. Restliches kaltes Material aus früheren Zyklen vermischt sich mit neuem geschmolzenem Metall, Reduzierung der Gesamttemperatur. | Ein Automobilteilewerk wird genutzt 1.5 m/s-Einspritzgeschwindigkeit für eine 2 mm dicke Aluminiumhalterung. 30% der Teile hatten kaltes Material – zunehmende Geschwindigkeit 4 m/s hat den Defekt behoben. |
| Materialeigenschaften & Management | 1. Abweichung der Legierungszusammensetzung (geringer Siliziumgehalt im Aluminium: <9% vs. erforderlich 11-13%)2. Ungeprüftes Rücksendematerial (gemischt mit Oxidschuppen, Verunreinigungen) | 1. Ein geringer Siliziumgehalt verringert die Fließfähigkeit von Aluminium (Silizium fungiert als “Fließverstärker”), wodurch es anfälliger für eine durch Abkühlung verursachte Erstarrung wird.2. Verunreinigungen und Oxide dienen als Keimbildungsstellen für die Erstarrung, eine vorzeitige Abkühlung auslösen. | Eine Magnesiumlegierungsanlage gemischt 50% ungesiebtes Rücklaufmaterial mit neuen Barren. Kalte Materialfehler stiegen um 12 %, was zu einer Reduzierung des Materialrücklaufs führte 30% und Hinzufügen eines 50μm-Filters zum Ausschneiden von Defekten 4%. |
3. Systematischer Verbesserungsplan: Von der Prävention zur Lösung
Die Beseitigung von kaltem Material erfordert a “Vollständiger Prozess” approach—addressing temperature control, Schimmeldesign, Prozessparameter, und Materialmanagement. In diesem Abschnitt wird a verwendet step-by-step framework with actionable measures and measurable targets.
3.1 Schritt 1: Bauen Sie ein präzises Temperaturkontrollsystem auf
Temperature is the root of cold material—stabilizing it across all stages is critical. Key measures include:
- Melting Stage:
- Adoptiere a double-furnace process: Use a main furnace (720-750° C) for full melting and an auxiliary furnace (680-710° C) for precise temperature adjustment to the upper limit of the process window.
- Installieren online infrared thermometers (accuracy ±2°C) um die Metalltemperatur in Echtzeit zu überwachen – lösen Sie einen Alarm aus, wenn sie unter den unteren Grenzwert fällt (Z.B., 670°C für ADC12).
- Überweisen & Injektionsphase:
- Verwenden beheizte Transferpfannen (Ausgestattet mit 5 kW Elektroheizungen) um die Metalltemperatur während des Transports aufrechtzuerhalten und den Wärmeverlust zu reduzieren <5° C.
- Heizen Sie die Druckkammer auf vor 150-200° C (Aluminium) oder 180-220° C (Magnesium) Verwenden Sie elektrische Heizmäntel – beginnen Sie die Injektion niemals mit einer Kammer mit Raumtemperatur.
- Formvorwärmphase:
- Satz Gradienten-Vorwärmtemperaturen basierend auf der Art der Legierung: Aluminiumformen → 200-250°C; Magnesiumformen → 220-280°C.
- Verwenden zonenspezifische Erwärmung (Z.B., install additional heaters in cold spots like deep cavities) to ensure temperature uniformity (deviation ≤±10°C).
3.2 Schritt 2: Optimieren Sie das Formendesign für die Wärmespeicherung & Fließen
A well-designed mold minimizes heat loss and ensures smooth metal flow. Focus on these improvements:
- Runner Redesign:
- Replace sudden cross-sectional changes with gradual transitions (taper angle 1-3°) to reduce flow resistance.
- Verwenden smooth curved runners (radius ≥10mm) instead of sharp bends—cut filling time by 30% and heat loss by 25%.
- Hinzufügen buffer grooves (volume 1.2x runner volume) at the entrance of thin-walled areas to stabilize flow and prevent front-end cooling.
- Thermal Balance Adjustment:
- Embed ceramic heat-insulating inserts (Wärmeleitfähigkeit 0.5 W/m · k) in thin-walled or deep cavity parts—slow heat dissipation by 50%.
- Adjust cooling water channel spacing: Keep channels ≥8mm from the cavity surface (vs. common 5mm) to avoid over-cooling.
- Mold Surface Maintenance:
- Polish the cavity surface to Ra ≤0,8 μm (using diamond grinding wheels) to reduce friction and heat loss from metal-mold contact.
- Control release agent application: Verwenden Sie a mist sprayer to apply a thin, uniform film (Dicke 5-10μm)—avoid excessive spraying that insulates the metal.
3.3 Schritt 3: Passen Sie Prozessparameter dynamisch an
Process parameters must match the mold and material to avoid cold material. Key optimizations:
| Parameter | Adjustment Measures | Target Value (Aluminum ADC12) |
| Einspritzgeschwindigkeit | Adoptieren “fast-slow-fast” three-stage speed: 1. Initial fast (4-6 MS) to reach the cavity quickly.2. Middle slow (2-3 MS) for thick areas.3. Final fast (3-5 MS) for thin walls. | Filling time ≤2 seconds for parts <200mm in Länge. |
| Druckhaltung | Start pressure holding 0.2-0.3 Sekunden after cavity filling (not earlier)—use cavity pressure sensors to trigger timing. | Druck halten: 80-120MPA; Haltezeit: 70-80% of total solidification time. |
| Pouring Volume | Calculate the exact single pouring volume using the formula: Volume = (Casting Volume + Runner Volume) × 1.05 (Sicherheitsfaktor). | Avoid residual cold material in the chamber—clean the chamber after every 50 Schüsse. |
3.4 Schritt 4: Strenges Material & Zutatenmanagement
Poor material quality exacerbates cold material—tighten control with these steps:
- Alloy Composition Control:
- Establish an alloy database and conduct spectral analysis for each batch of raw materials—ensure silicon content in ADC12 is 11-13%, magnesium in AZ91D is 0.7-1.0%.
- Hinzufügen flow-enhancing elements bei Bedarf: Für Aluminium, hinzufügen 0.1-0.2% rare earth elements (Cer, lanthanum) to improve fluidity by 15-20%.
- Return Material Management:
- Screen return material with a 1mm mesh sieve to remove oxide scales and impurities.
- Limit return material proportion to ≤30% (mix with 70% new ingots)—higher ratios reduce fluidity and increase cold material risk.
- Verfeinerung & Degasieren:
- Verwenden argon rotary degassing (15 Minuten, 2L/min argon flow) to reduce hydrogen content to <0.15ml/100g Al—this also removes small oxide inclusions.
- Let the molten metal stand for ≥15 minutes after refining to allow slag to float—skim off slag before pouring.
4. Diagnose vor Ort & Notfallbehandlung
Even with preventive measures, cold material may occur. This section provides quick-response steps to minimize production loss.
4.1 Schnelle Diagnose
Follow this 3-step process to confirm cold material and identify the root cause:
- Visuelle Inspektion: Check for rough, dull patches or flow lines—tap the area with a small hammer: a dull sound indicates internal cold material (vs. a clear ring for normal metal).
- Microscopic Check: Take a small sample from the defective area and polish it—if unmelted particles or layered structures are visible under 100x magnification, it’s confirmed cold material.
- Parameter Review: Check recent data logs:
- Did molten metal temperature drop below the process range?
- Was injection speed slower than usual?
- Did mold temperature in the defect area fall below the target?
4.2 Notfall-Gegenmaßnahmen
If cold material is detected, take these immediate actions to restore production:
- Temperature Adjustment: Increase molten metal temperature by 10-15° C (Z.B., from 680°C to 695°C for ADC12)—test 10-20 samples to verify improvement.
- Chamber Cleaning: Stop production and clean the pressure chamber with a steel brush to remove residual cold material—preheat the chamber to 200°C before restarting.
- Parameter Tweak: Increase injection speed by 0.5-1 MS (within the safe range) to reduce filling time—avoid exceeding 8 MS (which causes turbulence).
- Mold Touch-Up: Apply a small amount of high-temperature release agent (graphite-based) to cold mold zones—this temporarily reduces heat loss until full mold maintenance is possible.
5. Die Perspektive von Yigu Technology zum Druckguss-Kaltmaterial
Bei Yigu Technology, we believe cold material is not just a “production defect” aber a “system warning”—it signals failures in temperature control, Schimmeldesign, or process management. Many manufacturers only treat the symptom (Z.B., increasing metal temperature) without addressing the root cause (Z.B., a faulty holding furnace), leading to recurring defects.
Wir empfehlen a data-driven prevention strategy: Install IoT sensors to monitor temperature, injection speed, and mold condition in real time—build a “cold material risk model” that predicts defects 1-2 hours in advance. Zum Beispiel, our system alerts operators if mold temperature in a deep cavity drops by 15°C, allowing adjustment before defects form.
We also advocate DFM (Design für die Herstellung) reviews: Our engineers work with clients to optimize casting design (Z.B., thickening thin-walled areas near cold spots) and mold structure (Z.B., adding buffer grooves) before production—this cuts cold material defects by 60-70% in the first batch. By combining real-time monitoring with proactive design, cold material can be controlled to a rate of <2%.
6. FAQ: Häufige Fragen zum Kaltdruckgussmaterial
Q1: Können kalte Materialfehler repariert werden?, Oder der Guss muss verschrottet werden?
Minor cold material (surface-only, no internal voids) can be repaired via argon arc welding (use matching alloy filler, current 80-100A) followed by grinding to restore surface smoothness. Jedoch, castings with internal cold material (Schwindung, Poren) or cold material in load-bearing areas should be scrapped—repairs cannot restore structural integrity, and these parts may fail under stress.
Q2: So unterscheiden Sie kaltes Material von anderen ähnlichen Mängeln wie Kaltabschlüssen?
Cold material and cold shuts both involve premature cooling, but they differ in three key ways: 1. Standort: In dünnwandigen/angussfernen Bereichen bildet sich kaltes Material; Am Treffpunkt zweier Metallströme bilden sich Kaltschleusen. 2. Struktur: Kaltes Material weist ungeschmolzene Partikel oder Schichten auf; Cold Shuts haben eine klare “Naht” ohne Partikel. 3. Auswirkungen: Kaltes Material verursacht innere Schwäche; Kaltabschlüsse wirken sich hauptsächlich auf das Erscheinungsbild der Oberfläche aus (wenn keine interne Trennung).
Q3: Beeinflusst kaltes Material die mechanischen Eigenschaften des Gussstücks??
Ja – kaltes Material verringert die mechanische Leistung erheblich. Zum Beispiel, ein Aluminium-ADC12-Guss mit kaltem Material hat: 1. Zugfestigkeit reduziert um 20-30% (von 310 MPa bis 220 MPa). 2. Verlängerung kam vorbei 50% (aus 3% Zu 1.5%). 3. Ermüdungsleben gekürzt um 60-70% (scheitert danach 50,000 Zyklen vs. 150,000 cycles for normal castings). This makes cold material parts unsuitable for critical applications like automotive engine components or aerospace brackets.