Ein technischer Leitfaden zu Druckgussmetallen und deren Auswahl

Druckgussmetalle

Magnesium, Aluminium und Zink sind die wichtigsten Metalle für den Druckguss, während Bronze, Kupfer und einige andere Werkstoffe ebenfalls Verwendung finden. Magnesium-Druckguss ist vorteilhaft für geringes Gewicht und Schwingungsdämpfung; Aluminiumlegierungen werden aufgrund ihrer guten Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit bevorzugt; und Zink eignet sich besonders für den Guss kleiner, detaillierter und dünnwandiger Bauteile.

Druckguss Das Druckgießen ermöglicht die Fertigung komplexer Bauteile in großen Stückzahlen bei gleichzeitiger Wiederholgenauigkeit und Kosteneffizienz. Allerdings kann das Druckgießen von Eisenmetallen aufgrund ihrer hohen Schmelzpunkte, die zu schnellem Werkzeugverschleiß führen, eine Herausforderung darstellen.

Elektronikgehäuse, Instrumententafeln, Radkästen und Werkzeuggehäuse werden aus Magnesiumlegierungen gegossen, da sie ein geringes Gewicht und eine hohe Stabilität erfordern. Aluminium-Druckguss wird zur Herstellung von Motorblöcken, Motorgehäusen, Kühlkörpern, Getriebegehäusen und vielen anderen Bauteilen eingesetzt. Zink wird für Türgriffe, Sanitärarmaturen, Ventilteile, Automobilteile usw. verwendet.

Lassen Sie uns die Eigenschaften von Druckgussmetallen genauer betrachten und dabei auf ihre Gusseigenschaften, Grenzen, Anwendungsbereiche und die Möglichkeiten zur Auswahl des richtigen Druckgussmaterials eingehen.

Magnesiumlegierungen für den Druckguss 

Magnesium-Druckgusslegierungen

Magnesium ist ein Konstruktionsmetall, das für sein geringes Gewicht und seine Langlebigkeit bekannt ist. Es hat eine Dichte von 1.74 g/cm³, was 35 % leichter ist als Aluminium.1Daher werden Magnesiumlegierungen beim Druckgießen von Metallteilen eingesetzt, die ein hohes Steifigkeits-Gewichts-Verhältnis und eine hohe Schwingungsdämpfung erfordern. 

Die niedrigen Schmelzpunkte und die gute Fließfähigkeit machen Magnesiumlegierungen leicht gießbar, aber ihre Reaktivität mit Sauerstoff erfordert eine strenge Prozesskontrolle. 

Magnesium AZ91D

AZ91D ist die gebräuchlichste Legierung in Magnesium-Druckguss, das aus ca. 90 % Mg, 8.3 bis 9.7 % Aluminium, bis zu 1 % Zink sowie anderen Metallen (Mn, Si, Cu) in geringen Mengen besteht. 

Das Warmkammer-Druckgussverfahren eignet sich für AZ91D. Es weist eine geringe Heißrissneigung auf und ermöglicht kurze Zykluszeiten. Darüber hinaus sind AZ91D-Gussteile im Vergleich zu anderen Magnesiumlegierungen korrosionsbeständiger.

Anwendungen: Getriebegehäuse für Kraftfahrzeuge, Nockenwellenabdeckungen, Lenksäulenhalterungen, Laptop-Gehäuse, interne Smartphone-Rahmen.

Magnesium AM60

Der Hauptunterschied zwischen AM60 und AZ1D liegt im Aluminiumgehalt. AM60 enthält weniger als 6 % Aluminium, was üblicherweise bei HPDC-Verfahren verwendet wird, und kann auch durch Druckgießen verarbeitet werden, um spezifische Leistungsanforderungen zu erfüllen.2Der geringere Aluminiumgehalt verbessert die Duktilität, die Schlagzähigkeit und die Dehnung.

Anwendungen: IP-Träger, Autositzrahmen, Instrumententafeln und Fahrzeuginnenausstattungen.

Spezialisierte Magnesiumlegierungen 

Zu den weiteren Magnesiumlegierungen für den Druckguss gehören: AS41B, AE42 und ZK60A. Einige dieser Werkstoffe enthalten Seltenerdelemente und sind für spezifische Leistungsanforderungen ausgelegt. So enthält beispielsweise AE42 Cer, Neodym und Lanthan in geringen Mengen (ca. 2–2.5 %). Dadurch werden die Temperaturbeständigkeit und die Kriechfestigkeit deutlich erhöht. 

Anwendungen: AS41-Motorteile, Komponenten für das Automatikgetriebe, vordere Motorhalterung, Flugzeugbremsgehäuse und Fahrwerksteile sowie Raketenrahmen.

Aluminium-Druckgusslegierungen

Aluminium-Druckgusslegierungen

Aluminiumlegierungen gehören zu den Leichtmetall-Druckguss, bietet Festigkeit, Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und gute EMI- und RFI-Abschirmung. Obwohl seine Legierungen einen relativ hohen Schmelzpunkt aufweisen (~ 660 ° C.) als solche aus Mg und Zn können komplexe Bauteile mit Hilfe der Kaltkammer-Gießtechnik hergestellt werden. 

Wenn geschmolzenes Aluminium in die Form fließt und erstarrt, bilden sich dendritische Strukturen, die die Festigkeit und Duktilität der Gussteile verbessern.

Als nächstes wollen wir die gängigen Aluminium-Druckgusslegierungen besprechen. ASTM, EN AC und JIS Standards.

• ASTM: A380, A360, A383 
• EN AC: RK 46100, RK 46500
• JIS: ADC 10 und ADC 12 

Aluminium 380 (A380)

A380 ist eine universell einsetzbare Aluminiumgusslegierung, die ein ausgewogenes Verhältnis von Gießbarkeit, Festigkeit und Duktilität sowie hervorragende Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Schweißbarkeit bietet. Sie eignet sich gut für den Guss präziser Bauteile, die in anspruchsvollen Umgebungen eingesetzt werden.

Anwendungen: Gehäuse für Elektrowerkzeuge, Elektronikgehäuse, Getriebegehäuse, Motorhalterungen und -befestigungen sowie Teile für Haushaltsgeräte.

Aluminium 360 (A360)

Der höhere Silizium- und der sehr niedrige Kupfergehalt der Legierung A 360 verbessern die Fließfähigkeit und reduzieren die Heißrissneigung. Sie bietet Korrosionsbeständigkeit im Außenbereich und in maritimen Umgebungen. Allerdings ist A 360 teurer als die Legierung A 380. Darüber hinaus lässt sich die Legierung A 360 zu komplexen, dünnwandigen Formen gießen, die weniger anfällig für Heißrisse sind.

Anwendungen: Gehäuse für Hydrauliksysteme, Schiffsausrüstung, Aufhängungskomponenten und Verteiler für die Automobilindustrie, Ventile für die chemische Verfahrenstechnik und Gehäuse für Radargeräte.

Aluminium 413 (A 413)

Aluminium 413 weist einen höheren Siliziumgehalt (ca. 12 %) als A380 und A360 auf. Es bietet optimale Fließfähigkeit und Formfüllung und eignet sich daher ideal für den Guss von Maschinenteilen, die Druckdichtheit und ultradünne Wände erfordern. Allerdings ist die mechanische Festigkeit geringer. 

Anwendungen: Hydraulikzylinder, pneumatische Komponenten, Druckbehälter, Hochleistungs-Kühlkörper, kompakte Gehäuse und Lebensmittelverarbeitungsanlagen. 

Aluminium 383 (A 383)

Aluminium A 383 enthält 9.5–11.5 % Si, 2–3 % Cu und ≤ 1.3 % Fe sowie weitere Legierungselemente in geringen Mengen. Es bietet hervorragende Formfüllung, Beständigkeit gegen Heißrisse, Dimensionsstabilität und eine bessere Korrosionsbeständigkeit als A380. Es eignet sich für Gussteile mit einem hohen Längen-Dicken-Verhältnis.

Anwendungen: Gehäuse für Elektronik- und Kommunikationsgeräte, Kfz-Halterungen, Zylinderkopfdeckel, Sensorgehäuse und allgemeine industrielle Gussteile.

AC 46100

AC 46100-Guss bietet ein ausgewogenes Verhältnis von Härte, Festigkeit und Schweißbarkeit. Die Zusammensetzung besteht hauptsächlich aus ca. 12 % Silizium und ca. 1.5–2.5 % Kupfer als Legierungselemente. Es findet Anwendung im Automobil- und Maschinenbau. 

Niedrigere Schmelzpunkte begünstigen kürzere Gießzyklen, sind aber für korrosive und Hochtemperaturbedingungen, insbesondere über 200°C, nicht geeignet. 

Anwendungen: Antriebskomponenten, Zylinderköpfe und industrielle Fluidleitungen.

AC 46500

Diese europäische Standard-Aluminiumlegierung ist ähnlich wie der A380 und wird häufig für den Druckguss von robusten und leichten Teilen verwendet, einschließlich Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt sowie die Elektroindustrie.

ADC 10 

ADC steht für Aluminium-Druckguss, und ADC 10 ist in der Fertigungsindustrie Asiens weit verbreitet. Es gilt als ein nahezu gleichwertiges Äquivalent zu A380 (ASTM) und AC-46500 (EN AC ) Standards [3ADC enthält bis zu 9.5 % Silizium und bietet ausgewogene mechanische Eigenschaften, strukturelle Festigkeit und Bearbeitbarkeit.

ADC 12 

ADC 12 (weitgehend identisch mit A 383Diese Legierung weist einen etwas höheren Siliziumgehalt (bis zu 12 %) auf. Sie besitzt einen höheren Schmelzpunkt und eine höhere Rissbeständigkeit. Sie eignet sich zum Gießen dünnwandiger und komplexer Bauteile. 

ADC 12 ist die bessere Wahl, wenn eine etwas höhere Festigkeit erforderlich ist, während ADC 10 bei der Feinfüllung von Chips überlegen ist.

Zinkdruckgusslegierungen 

Teile aus Zinkdruckguss

Zink ist ein weiteres Metall mit niedrigem Schmelzpunkt (420°C) mit hoher Fließfähigkeit im geschmolzenen Zustand, wodurch es sich mittels Druckguss in komplizierte Geometrien formen lässt. Zinklegierungen, darunter Zamak 2, 3, 5 und 7, werden zur Herstellung von Industriebauteilen verwendet, die ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit, Zähigkeit und Leitfähigkeit erfordern. Allerdings gelten Zinklegierungen als ungeeignete Druckgussmetalle (ρ = 6.6–7.0 g/cm³) und behalten ihre ursprünglichen mechanischen Eigenschaften oberhalb dieser Temperatur nicht mehr. 100 ° C 

Zamak 2 

Die Zamak-2-Legierung besteht hauptsächlich aus Aluminium (3.7–4.3 %) und Kupfer (2.7–3.3 %) sowie Magnesium, Eisen und anderen Elementen in geringen Mengen. Sie zeichnet sich durch hohe Festigkeit, Duktilität, gute Härte und Dehnung aus. Allerdings sind Langzeitsprödigkeit und Schwindung beeinträchtigt.

Anwendungen: Kleinformatige und detaillierte Teile mit hoher Oberflächengüte und Präzision, wie z. B. kleine Zahnräder, Nocken, Motorendkappen, Prototypen für Stanzwerkzeuge, Werkzeugeinsätze, Leuchten und Handwerkzeugkomponenten. 

Zamak 3 

Der Hauptunterschied zu Zamak 2 besteht im geringeren Kupfergehalt (Cu ≤ 0.25 %) von Zamak 3, was sich auf sein Verhalten bei Langzeitanwendung auswirkt. Zamak 3 ist eine in der Industrie bewährte Legierung und zeichnet sich durch Dimensionsstabilität, hervorragende Gießfähigkeit, einfache Oberflächenbearbeitung und geringere Kosten aus.

Anwendungen: Gehäuse für Haushaltsgeräte, Befestigungsmaterial, Deckenventilatoren, Dekorationsartikel, Sanitärteile und elektrische Bauteile.

Zamak 4 

Zamak 4 ist eine Zinkdruckgusslegierung, die als Brücke zwischen Zamak 3 und 5 dient und einen geringen Kupferanteil (~0.3 bis 0.5 %) enthält.4Es behält seine Duktilität und verbessert die Härte leicht, ohne die Festigkeit zu beeinträchtigen. Darüber hinaus weist Zamak 4 im Vergleich zu Zamak 3 ein geringeres Risiko des Anhaftens der Matrize auf.

Anwendungen: Bekleidungszubehör, Fensterverriegelungsmechanismen, kleine elektrische Schalter und dekorative Beschläge. 

Zamak 5 

Zamak 5 besteht aus ca. 4 % Aluminium, ca. 1 % Kupfer und bis zu 0.08 % Mangan sowie einigen weiteren Legierungsbestandteilen in geringen Mengen. Es ist vielseitig einsetzbar und bietet eine höhere Zugfestigkeit und Härte als Zamak 3, weist jedoch eine etwas geringere Gießfließfähigkeit auf. 

Anwendungen: Zahnräder, Sicherheitsgurtmechanismen für Autos, Scharniere und Halterungen, Kippriegel und elektrische Steckverbinder.

Zamak 7

Zamak 7 ist eine Legierung mit strenger Reinheitskontrolle, bestehend aus 3.5–4.3 % Al, ca. 0.1 % Cu, < 0.02 % Mg und einer geringen Menge Nickel. Sie zeichnet sich durch hohe mechanische Festigkeit, geringe Porosität und beste Fließfähigkeit aus. Zamak 7 lässt sich mit hoher Präzision zu dünnwandigen, komplexen Bauteilen gießen.

Anwendungen: Elektronische Gehäuse, Smartphone-Chassis, SFP- und QSFP-Gehäuse, Uhrenlünetten, elektrische Leitungsverschraubungen und Miniatur-Pneumatikventile.

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Andere Druckgussmetalle

Druckguss aus Messing

Neben Zink, Aluminium und Magnesium können auch einige andere Legierungen als Druckgussmetalle verwendet werden, darunter Messing, Bronze, Bleilegierungen und Zinnlegierungen. Sie sind jedoch in der Druckgussfertigung weniger verbreitet. 

Kupferlegierungen (Messing & Bronze)

Messing enthält 60–85 % Kupfer und Zink als Hauptlegierungselemente. Man kann auch Silizium- und Manganbronze im Druckgussverfahren herstellen.

Bleilegierungen

Diese Legierungen enthalten Zinn und Antimon als Hauptlegierungselemente und können zu fein detaillierten Bauteilen gegossen werden, wie z. B. Strahlungsschutzkomponenten, Dekorationsgegenständen und schalldämpfenden Einsätzen.

Zinnlegierungen

Zinnbasierte Legierungen zählen zu den niedrigschmelzenden Druckgussmetallen und ermöglichen das Gießen mit feinen Details und Oberflächen. Sie eignen sich beispielsweise für Dekorationsartikel und Ornamente.

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Wie wähle ich das richtige Druckgussmetall für mein Projekt aus?

Vergleich von Druckgussmetallen

Die Wahl des richtigen Druckgussmetalls bzw. der richtigen Legierung hängt maßgeblich vom jeweiligen Bauteil bzw. Produkt und den Endanforderungen ab. Auch der Schmelzpunkt, die Gießbarkeit und die verwendeten Werkzeuge spielen eine wichtige Rolle bei der Materialauswahl.

Betrachten wir nun die wichtigsten Kriterien für die Auswahl des richtigen Druckgussmetalls für Ihr Projekt. 

1. Ermitteln Sie Ihre Anforderungen

Definieren Sie zunächst die Eigenschaften des zu gießenden Teils oder Produkts. Dazu gehören Gewicht, mechanische Festigkeit, Dehnung, Zähigkeit, Härte sowie elektrische und thermische Leitfähigkeit. 

2. Betriebsbedingungen

Berücksichtigen Sie die Betriebsbedingungen, unter denen die Druckgussteile eingesetzt werden, wie z. B. thermische Belastung, Feuchtigkeit, korrosive Umgebungen und hohe Lasten. 

3. Beurteilung der Designkomplexität

Beurteilen Sie die Bauteilkomplexität, einschließlich Wandstärke, scharfer Kanten, Hohlräume, Wandübergänge und Toleranzen. Einige Legierungen weisen eine ausgezeichnete Fließfähigkeit auf und lassen sich in komplexe Formen mit feinen Details gießen.

4. Werkzeuge und Verfahren des Druckgießens

Die Berücksichtigung der Werkzeugausstattung hilft zu verstehen, ob das gewählte Metall mit dem Formmaterial kompatibel ist und wie viele Zyklen es aushält. Außerdem müssen Sie berücksichtigen, ob Sie über Kalt- oder Warmkammer-Druckgussanlagen und Niederdruck- oder Hochdruck-Druckgussanlagen verfügen.

5. Materialkosten

Rechtfertigt Ihr Budget die Rohmaterialkosten des von Ihnen gewählten Metalls? Oftmals spielt auch das Produktionsvolumen eine Rolle. Sie können die Stückpreise für die in die engere Wahl gekommenen Materialien analysieren. 

6. Anforderungen an Fertigstellung und Nachbearbeitung 

Berücksichtigen Sie die Oberflächenbeschaffenheit im Gusszustand und die Anforderungen an die Nachbearbeitung. Aluminiumlegierungen benötigen unter korrosionsgefährdeten Bedingungen möglicherweise eine Chromatierung oder andere Beschichtung, während Kupfer ohne zusätzliche Beschichtung eine höhere Beständigkeit bietet.

Anschließend können Sie das folgende Flussdiagramm als grundlegende Referenz bei der Auswahl des Druckgussmaterials verwenden.

Auswahl des Druckgussmetalls

Das obige Entscheidungsdiagramm dient als Referenz für die Auswahl eines Druckgussmetalls durch Priorisierung der Teileanforderungen.

• Wenn das Gewicht entscheidend ist (dünne Wände, minimale Masse ist am wichtigsten) → Magnesium
• Großserienfertigung von Teilen mit hoher Präzision → Zink- oder ZA-Legierungen
• Wenn Verschleißfestigkeit, Härte oder elektrische/thermische Leitfähigkeit Priorität haben→ Kupfer oder Kupferlegierungen. 
• Andernfalls (Standardeinstellung) → Aluminiumlegierungen

Senden Sie uns Ihre Druckgusskonstruktion für ein von einem Ingenieur geprüftes Angebot. 

Der Erfolg Ihres Druckgussprojekts hängt maßgeblich davon ab, ob das gewählte Material optimal zu den Konstruktionsteilen und den Endanforderungen passt. Deshalb fertigen wir bei ProleanTech nicht nur einbaufertige oder montagefertige Teile, sondern unsere Ingenieure unterstützen Sie auch bei der Materialauswahl. 

Für den Druckguss verfügen wir über eine eigene Produktionslinie und eine eigene Qualitätskontrolleinrichtung. Druckgussservice Übernimmt alles, von der Werkzeugherstellung über die Nachbearbeitung des Gussteils bis hin zu Oberflächenbehandlungen. 

Wenn Ihr Entwurf fertig ist, laden Sie Ihre CAD-Datei hoch und erhalten Sie ein von einem Ingenieur geprüftes Angebot inklusive DFM-Feedback.