1. Impf- und Modifikationsbehandlung
Unter Impfbehandlung versteht man den Prozess, bei dem dem geschmolzenen Metall während der Erstarrung eine kleine Menge anderer Substanzen zugesetzt wird, um die Keimbildung zu fördern und das Wachstum zu hemmen, wodurch die Körner verfeinert und die Struktur verbessert werden. Herkömmlicherweise wird die Zugabe von Zusatzstoffen zu Gusseisen als Impfbehandlung bezeichnet; Das Hinzufügen von Additiven zu Gussstahl und Aluminiumlegierungen wird als Modifizierungsbehandlung bezeichnet. Im Wesentlichen beeinflusst die Impfbehandlung hauptsächlich die Keimbildung, während die Modifikationsbehandlung den Kristallwachstumsmechanismus verändert (Wachstumshemmung) und somit die Kristallmorphologie beeinflusst.
Derzeit gibt es eine große Vielfalt an Impfmitteln für Gusseisen. Impfmittel, die Barium, Wismut und Seltenerdelemente enthalten, können das Nachlassen der Impfwirkung verlangsamen. Zu den Impfmethoden (d. h. die Methode der Zugabe des Impfmittels) gehören hauptsächlich Pfannenimpfung, Strahlimpfung, Sofortimpfung (Gießbecherimpfung, Fülldrahtimpfung, Strahlimpfung) und In-{4}}-Formimpfung. Sofortimpfung und In-Form-Impfung können ein Ausbleichen der Impfung verhindern, erfordern eine geringe Menge an Impfmittel und erzielen gute Impfeffekte, was zu ihrer zunehmend verbreiteten Anwendung in der Gusseisenproduktion führt.
Der Entwicklungstrend bei der Modifizierungsbehandlung geht in Richtung kostengünstiger, hoch-effizienter, nicht-umweltfreundlicher und multi-funktionaler Verbundmodifikationen. Gussstahl wird einer Modifizierungsbehandlung mit Legierungsmodifikatoren unterzogen, die Seltenerdelemente enthalten, die die Körner verfeinern und gleichzeitig den geschmolzenen Stahl reinigen. Die ZL109-Legierung, modifiziert mit einem Verbund aus Cu-P und Al-Ti-B, führt zu gut-verfeinertem Primärsilizium und eutektischem Silizium in seiner Struktur. Sr-Salze können die Siliziumphase in Aluminium-Siliziumlegierungen von nadelartig zu kurzen Stäbchen (mit einer Länge unter 100 μm) oder gebogenen faserigen Formen verändern.
2. Dynamische Kristallisation
Neben Impf- und Modifizierungsbehandlungen zur Kornverfeinerung und Verbesserung der Mikrostruktur kann das Ziel der Kornverfeinerung und Verbesserung der Gussqualität auch durch Ultraschallvibrationsbehandlung oder elektromagnetisches Rühren von geschmolzenem Metall erreicht werden. Durch die Ultraschallbehandlung kann die Gussstruktur der AS41-Magnesiumlegierung verfeinert werden, wodurch die MgSi-Phase feiner und kugeliger wird und die Korngröße nur 30 % bis 50 % derjenigen ohne Ultraschallbehandlung beträgt. Derzeit entwickelt sich die Kornverfeinerungstechnologie zu Kombinationsmethoden und bildet kombinierte Prozesse wie die Impfbehandlung in Verbindung mit elektromagnetischem Rühren. Wenn beispielsweise reines Aluminium einem gepulsten Gleichstrom-Magnetfeld in Kombination mit einer Impfbehandlung mit 0,05 % Al-5Ti-B ausgesetzt wird, ist die resultierende Korngröße noch feiner und gleichmäßiger verteilt als bei alleiniger Anwendung des gepulsten Gleichstrom-Magnetfelds.
3. Gerichtete Erstarrung
Die gerichtete Erstarrung, auch gerichtete Kristallisation genannt, ist eine Prozessmethode, die es Metallen oder Legierungen ermöglicht, Kristalle innerhalb der Schmelze gerichtet wachsen zu lassen. Zu den Hauptmethoden für die gerichtete Erstarrung gehören die exotherme Formmethode, die Leistungsreduzierungsmethode, die schnelle Erstarrungsmethode und die Flüssigmetallkühlungsmethode. Die gerichtete Erstarrung wird hauptsächlich zur Herstellung säulenförmiger Körner und Einkristalle verwendet und wurde erfolgreich bei der Herstellung von Triebwerksschaufeln mit säulenförmigen Körnern und Einkristallen auf Nickelbasis eingesetzt. Säulenförmige Kornstrukturen eliminieren Querkorngrenzen, während Einkristalle überhaupt keine Korngrenzen aufweisen, was die Hochtemperaturfestigkeit, Kriechfestigkeit, Spannungsbrucheigenschaften und thermische Ermüdungsleistung der Schaufeln erheblich verbessert.
Einkristallblätter, die durch gerichtete Erstarrung hergestellt werden, werden durch das spiralförmige Selektionswachstum aus Polykristallen gebildet. Ob für das Wachstum von Einkristallen oder für säulenförmige Kornwachstumsstrukturen, die<100>Richtung ist die bevorzugte Wachstumsrichtung. Durch jahrelange intensive Forschung und Entwicklung hat die Branche die Kerntechnologie für einkristalline Triebwerksblätter beherrscht und damit Monopole gebrochen. Umfangreiche Daten und Erfahrungen wurden in Bereichen wie Keramikkerntechnologie, Korundschalenformtechnologie, Einkristallauswahl und gerichtete Erstarrungsprozesse, Rekristallisationskontrolle für Einkristallklingen, Brenntemperaturkontrolle, Gießprozessparameter, Ziehgeschwindigkeit, Prozessroutenanpassungen und Formverbesserungen gesammelt. Die Präzisionsgusstechnologie für hohle Einkristallklingen wird immer ausgefeilter.
