DPMA - Erfinderaktivitäten 2006/2007

Thixogießen – ein Urform- oder ein Umformverfahren?
Martina Hensel, Abt. 1.24
Seit mehr als 30 Jahren sind neben den klassischen Urformverfahren „Gießen“ und den klassischen
Umformverfahren wie dem „Pressen“ Herstellungsverfahren für metallische Bauteile bekannt, genannt
„Thixocasting“ und „Squeeze-Casting“, die als Gießverfahren bezeichnet werden, aber mit denen sich
Bauteile herstellen lassen, deren Eigenschaften denen der klassischen Umformverfahren näher kommen
als denen der Gusswerkstoffe ( „wie geschmiedet“).
1. Der Unterschied zwischen Gießen,
Thixocasting und Squeeze-Casting
Zum Urformen gehören nach [1] die Verfahren, die einer
formlosen Materie, wie Gasen, Flüssigkeiten, Fasern,
Granulaten oder Spänen, Zusammenhalt und eine erste,
feste Gestalt geben. Zu diesen Verfahren gehört damit
neben der Pulvermetallurgie auch das Gießen, bei dem
ein flüssiger oder breiiger Stoff in eine geometrische und
feste Form gebracht wird. Das Umformen dagegen ist
nach [1] das plastische Formen eines Körpers im festen
Zustand. Masse und Volumen bleiben dabei konstant. Am
bekanntesten sei neben dem Walzen, das Schmieden,
Pressen, Ziehen und Biegen genannt.
Die Phasenzusammensetzung eines Materials
(fest/flüssig) wird in einem Zustandsdiagramm in
Abhängigkeit von Temperatur und Zusammensetzung
dargestellt. Für Metalle und Legierungen ergibt sich in der
Regel dabei ein Bereich zwischen Solidus- und
Liquiduslinie (Erstarrungsintervall), in dem flüssige neben
festen Phasen vorhanden sind (Metallphase+Liquid), vgl.
Figur 1. Dieser Bereich, der in Figur 1 schraffiert
dargestellt ist, wird in der Urform- und Umformtechnik
Thixo- oder Semi-Solid-Bereich genannt.
Wird in diesem Bereich der koexistierenden Flüssig-/Fest-
Phasen umgeformt, spricht man von Thixoforming und es
wurden die verschiedensten Ur- und Umformverfahren
weiterentwickelt, um Materialien in diesem Bereich zu
verarbeiten und zwar sowohl ausgehend von den
Urformverfahren, wie Gießen, Thixocasting und Squeeze-
Casting, als auch von den Umformverfahren ausgehend,
wie Heißisostatisches Pressen (HIP), Thixoforging
(Schmieden thixotropen Materials) oder Thixomolding
(Extrudieren thixotropen Materials). Eine genaue
Zuordnung der Verfahren zu Ur- oder Umformverfahren ist
daher allein nach dem Aggregatzustand der vorliegenden
Phasen (flüssig, fest oder halbfest) nicht mehr möglich.
Figur 1: Schematisches eutektisches Phasendiagramm einer
Zweistofflegierung, WO 01/52323 A2.
Auch wird den Metallen und Legierungen nicht
zwangsläufig eine erste feste Gestalt verliehen, wie in [1]
als Kennzeichen des Urformens definiert, wenn sie durch
Thixocasting oder Squeeze-Casting hergestellt werden.
Vielmehr kann das thixotrope Ausgangsmaterial einerseits
zwar durch Abkühlen aus der Schmelze (Urformen), aber
auch durch Wiedererwärmen eines bereits durch ein
anderes Urformverfahren hergestellten Materials
bereitgestellt werden, z.B durch Wiedererwärmen eines
Strangpressbolzens (Umformen). Somit ist bei der
Verarbeitung halbfesten/halbflüssigen Materials eine
Unterscheidung nach Urformtechnik und Umformtechnik
im herkömmlichen Sinne nicht möglich.
Da thixotropes Material aber mit herkömmlichen Verfahren
und Vorrichtungen verarbeitet werden kann, ist eine
Unterscheidung nach diesen herkömmlichen Verfahren
möglich. Hierbei ist beispielsweise das Thixocasting ein
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