Seminarinhalte

Seminar Giesstechnik

Vorwort

Der heutige Schmuckguss nach dem Wachsausschmelzverfahren ist bereits vor ca. 6000 Jahren in China angewandt worden und vor 4000 Jahren in Ägypten wiedererfunden worden. So ist es nicht verwunderlich wenn dieses Verfahren auf der ganzen Welt in unterschiedlichen Anwendungsweisen und mit sehr unterschiedlichen Materialien angewandt wird.
Alle Möglichkeiten dieses Gussverfahrens darzustellen müsste den Rahmen eines Seminars unweigerlich sprengen.
Daher beschränkt sich dieses Seminar darauf in der modernen Fabrikationspraxis auftretende Probleme, zu untersuchen und zu analysieren. Diese Analyse soll dem Fachmann in erster Linie, helfen Fehler, die zum sogenannten „schlechten Guss“ führen, auf bestimmte Ursachen zurückzuführen. So ist dann beim nächsten Mal durch spezifische Veränderung der Prozessparameter eine Verbesserung der Güsse zu erzielen.
Zusätzlich befasst sich das Seminar mit Einflüssen anderer Gießverfahren auf das Wachsausschmelzverfahren und deren Einbindung.
Auch wenn die ersten Kapitel über die Modellherstellung in Wachs nicht so interessant erscheinen, sind sie doch sehr wichtig, da oft schon hier die Voraussetzungen für gute oder schlechte Güsse gesetzt werden.

Kapitel 1

Wachsmodellspritzen

Beim Erkalten der üblichen Spritzwachse, entstehen folgende Arten von Schwindungen:

1. Wachsschwund Typ I

I. Konsolidierung der Kettenmoleküle in eine engere, teilweise geordnete Struktur. Hierbei legen sich meist die Moleküle Filamentartig aneinander. Dadurch sinkt das Volumen sehr stark.
Im häufigsten Fall vollzieht sich dieser Vorgang im Temperaturbereich des Schmelzintervalls. Das Schmelzintervall ist der Bereich, in dem die Erweichung nach Verlust aller Elastizitätsmerkmale beginnt, bis zum Beginn des vollständigen Fließens.

In der Praxis macht sich dieser Schwund durch Verziehen der Oberfläche bei unterschiedlichen Materialstärken bemerkbar. Ein in den Oberflächen planer Würfel würde ausgespritzt in Wachs und ausgekühlt jeweils nach innen gezogene Flächen erhalten.

Die Oberfläche, insbesondere die Ecken des Würfels kühlen zuerst und rasch ab. Später kühlt und schrumpft der Kern. Dabei zieht er die Flächen nach innen.

Beim Schmuckguss ist dieses Verziehen besonders lästig, da die Formen nach dem Guss oft nur noch durch aufwendige Handarbeit wieder in die gewünschte Form gebracht werden können.
Insbesondere bei Uhrengehäusen und technischen Formen die geometrisch klare Flächen und stark unterschiedliche Materialstärken haben ist eine Verringerung dieser Fehlerquelle von hoher Bedeutung.

Der erste Gedanke schien eine Lösung durch Verlegen der unteren Fließgrenze unter den Temperaturpunkt des Beginns der Entordnung aufzuzeigen.
D.h. es wurde nach Wachsen gesucht, die im geordneten Zustand fließfähig sind.
Tatsächlich zeichnen sich Wachse ja durch Fließverhalten in Zeitlupe, auch bei geringen Kräften aus. Da lag es nahe durch geeignete Modifikationen von plastischen Wachsen dem gewünschten Resultat näher zu kommen.
Leider sind diese Versuche noch nicht zu einem generell verwendbaren Spritzwachs gediehen. Jedoch konnte der Schwund vom Typ 1 fast vollständig eliminiert werden.

Diese Wachse sind Paraffine, die bei relativ hohem Druck von 2-4 atü gespritzt werden müssen. In diesem Bereich, sind sie zum Ausspritzen von Metall- oder Kunststoffformen gut geeignet und konkurrieren mit synthetischen Thermoplasten.

Da für den Schmuckguss jedoch unterschnittene Formen verwendet werden, kommt für die Negativform nur eine gummielastische Form in Frage.
Die derzeit entwickelten Wachse dieses Typs scheiden daher für Schmuckguss, aus oben genannten Gründen aus.

Gummielastische Formen dürfen jedoch nicht zu hart sein (sonst würde die Wachsform bei der Entnahme zerbrechen) und stellen daher, bei gleichzeitig niedrigen Spritzdrücken, hohe Anforderungen an die Fließfähigkeit, sowie nach dem Abkühlen an die Festigkeit der Wachse.
Zwei andere Wege zur Reduktion des Schwundes durch den Ordnungsvorgang zeigen sich:

A. Durch Zusatz von geeigneten Inhibitoren
B. Durch Verwendung von wachsfremden Thermoplasten

A. Zusatz von Inhibitoren

Die Zusätze sollten folgende Eigenschaften haben:

Vollständige Aufnahme durch das Wachs.
Geringe oder keine Erhöhung der Fließzähigkeit.
Vollständige, rußfreie Verbrennung bei niedrigen Temperaturen
und natürlich die Verminderung des Verziehens der Wachsform

Aus Gründen der vollständigen Verbrennung habe ich mich auf die Untersuchung von einigen metall- und schwefelfreien Kohlenwasserstoffen beschränkt.
Die bisher besten Ergebnisse haben Zusätze von schmelzbaren Harzen ergeben.

Harze

Harze sind hervorragende Klebstoffe, da sie sich langsam mit hoher Genauigkeit an Oberflächen anlegen und eine hohe Oberflächenhaftung aufweisen. Beim Abkühlen verziehen sie sich nicht und werden kalt sehr fest.
Den Klebeeffekt muss man vermeiden damit die Entformung gewährleistet wird. Als Trennmittel stehen Öl- und Vaselinsprays zur Verfügung.
Harze fließen etwas zäh und langsam, eignen sich daher nicht für filigrane Teile sondern für massive Stücke.
Da sie eine breite Temperaturspanne zwischen fest und flüssig haben erfordern sie eine lange Abkühlzeit . Schnelles arbeiten wird dadurch erschwert.

Die Aufnahme durch das Wachs ist vollständig. Auch im kalten Zustand ergeben sich keine Entmischungen. Die Festigkeit wird sogar gesteigert ( und dadurch leichtere Bearbeitbarkeit erzielt).
Organische Harze brennen vollständig aus der Form aus.
Das Verziehen der Wachsform wird bereits bei geringen prozentuellen Zusatzmengen merklich gemindert.

Lediglich die Fließzähigkeit und das Schmelzintervall nehmen zu.
Bei größeren Formen kann dies aber hingenommen werden.

Verwendung von anderen Thermoplasten

1.Polypropylene
2.Polglycole

a Polypropylens

sind für Formenspritzverfahren in Metallformen am weitesten verbreitet. Sie fließen zäh, benötigen hohe Drücke und haben eine hohe Festigkeit. Für den Schmuckguss sind unvernetzte Polypropylens mit Molgewichten zwischen 1000 und 10.000 interessant, da deren Schmelzbereich zwischen 50°C und 100 °C liegt. Die Fließfähigkeit ist ebenfalls deutlich besser. Die Entformung erfordert größere Sorgfalt als bei Spritzwachsen da diese Materialien etwas weicher sind.

b Polyglykole

Für Polyglykole gilt im wesentlichen das Gleiche wie für die Polypropylens. Lediglich die Härte und die Fließfähigkeit variieren.
Die Erstarrungsschrumpfung ist nicht so gut vermieden wie bei Polypropylens.

c UV härtende Polymere

Neuentwickelte Polymere, lassen sich in transparenten Silikonformen nach dem Spritzvorgang und einiger Ruhezeit, in der durch Gasresorbtion und Adhäsive Kriechvorgänge selbst kleinste Strukturen gefüllt werden, durch UV-bestrahlung aushärten.

Druckausgleich
In der Praxis hat sich aber noch ein Weg eröffnet, um zumindest den größten Teil der Verwindung von unterschiedlich starken Formteilen zu reduzieren.
Wir haben beobachtet dass die Verwindung geringer wird wenn die Wachstemperatur beim Spritzen sich der „Erstarrungstemperatur“ des Wachses nähert.

Dieser Effekt war bei Wachsen mit unterschiedlichem Schmelzpunkt zu beobachten. Leider werden die Spritzwachse bei der Annäherung an den „Erstarrungstemperaturpunkt“ leider schnell sehr zähfließend.

Lediglich homogene Hartwachse mit den niedrigsten Schmelzpunkten zeigen einen knickförmigen Verlauf, der durch Umstrukturierung der Moleküle noch verstärkt werden kann. Das gewünschte Wachs ist dann bei nur geringer Temperaturerhöhung sofort dünnflüssig und wird bei nur geringer Abkühlung und nur wenige Celsiusgrade hart.

Bei einem Wachs mit kleinem Schmelzintervall kann man nun nahe (z.b.2°C) an die sogenannte Erstarrungstemperatur gehen und nur noch geringfügige Verwindungen erhalten.

Zusätzlich ergibt ein dickerer Spritzkanal mit längerem Einspritzvorgang ein gewisses Nachschieben in dem Bereich des Spritzkanals.
Hervorragende Ergebnisse zeigen, die jetzt am Markt üblichen Spannvorrichtungen unter 4 Voraussetzungen:

  • a) Der Spritzkanal ist dicker oder zumindest nicht dünner als das Formteil
  • b) Der Kanal wird konsequent an der dicksten Stelle angesetzt (eventuell an mehreren Stellen).
  • c) Die Spritz- oder Haltezeit ist länger als die Abkühlzeit.
  • d) Der Spritzdruck ist auf den Plattendruck abgestimmt (je steifer die Gummiform umso besser sind diesbezüglich die Ergebnisse).

2. Wachsschwund Typ II

II. Die zweite Art Schwindung, die nach dem Festwerden des Wachses einsetzt, ist für den Schmuckguss unproblematisch, da es sich um eine proportionskonstante Wärmeausdehnung oder besser hier Abkühlschwindung handelt.
So wie Metalle sich im festen Zustand linear und ohne Verwindungen bei Wärme ausdehnen und bei Kälte kleiner werden, verhalten sich Wachse in diesem Bereich auch linear.
Lediglich für die Berechnung des Gesamtschwundes ist dieses Schwinden entscheidend.

Daneben gibt es andere Probleme des Wachsspritzens die in der Praxis oft viel lästiger sind:

I. Abbildungsfehler der Oberfläche
II. Unvollständiges Ausspritzen der Form

3. Abbildungsfehler der Oberfläche,

können unterschliedlichste Ursachen haben und werden oft an den Wachsen nicht erkannt sondern für Fehler des Gusses gehalten.

Zuerst beschreiben wir den idealen Fließvorgang der Wachsspritzens:
Das Wachs soll im gesamten Querschnitt nicht zu schnell in die evakuierte Form rollend fließen.

Dann legt es sich glatt an die Gummiwände an und ergibt das perfekteste Modell. Dies gilt insbesonders für alle Wachse mit Harzzusätzen aufgrund deren hoher Adhäsion.
Beispiel einer Gewebekopie in MAX-WAX rot:

Der bekannteste Fehler dürfte die Elefantenhaut sein:

Hier ist Abhilfe einfach, das Wachs ist nur zu kalt und erstarrt bevor es sich an die Gummiwand glatt anlegen konnte. Falls Sie aus die Mischung Ihres Wachse Einfluß nehmen wollen könnten Sie auf Hartwachszusätze verzichten, da diese durch Ihre Kohäsionswikung die Neigung zur Bildung der Elefantenhaut wesentlich beeinflussen.

Schon seltener ist eine mit Ringen gesprenkelte Oberfläche:

Diese entsteht durch einsprühen des ersten Wachses in die Form und erst anschließendes ausfüllen mit Wachs.

Hier können mehrere Ursachen zusammenspielen:

  • a) zu kleiner Spritzkanal
  • b) zu dünnfließendes Wachs für eine zu große Form.

Abhilfe kann hier eine andere Wachssorte oder niedrigere Spritztemperatur oder manchmal auch nur niedrigerer Spritzdruck schaffen.
Minikrateroberfläche

Ein weiterer Fehler, der meist erst beim Guss erkannt wird und daher auch für einen Gussfehler gehalten wird, ist die Minikrateroberfläche.

Da Wachse keine stark reflektierende Oberfläche (wie Metalle) besitzen, erkennt man die Minikrateroberfläche oder gesprenkelte Oberfläche meist erst beim Anschleifen oder Anpolieren der Güsse. Sie ist aber, an den glatten und unregelmäßigen Rändern der Krater, die keine kristalline Oberfläche haben, eindeutig von anderen Gussfehlern zu unterscheiden.
Im Wachsmodell läßt sich dieser Fehler als Mattigkeit der Oberfläche beim Polieren der Wachse, nach einiger Übung erkennen.
Beheben läßt er sich manchmal nicht einmal durch starke Erhöhung der Wachstemperatur sondern oft nur durch vorheizen der Gummiform, was die Haltezeit drastisch erhöht. Theoretisch kann dieser Fehler bei einwandfreier Evakuierung nicht mehr auftauchen. Manchmal hat aber alles reinigen der Gummiform und erhöhen des Anpressdruckes nichts genützt, so dass auf ein vorwärmen und lange Haltezeit nicht verzichtet werden konnte.

4. Unvollständiges ausspritzen der Form

Ein Fehler, der schon bei den ersten Spritzversuchen auftaucht und sich ärgerlicherweise selten 100%-ig vermeiden läßt. Gerade besonders einfache Formen verursachen am häufigsten Probleme. Formen mit runden oder oval-glatte Querschnitten haben bei geringer Oberfläche relativ hohes Volumen. Gerade diese Formen, lassen sich bei sauber hergestellten Gummiformen, schwer vollständig ausspritzen. Dünnwandige und vielfach verwinkelte Modelle, sind dagegen oft erstaunlich leicht auszuspritzen. Das liegt daran dass Restluft in der runden Form keinen Weg findet in die Schnittflächen zu entweichen.

Als schnellste Lösung bietet sich das Pudern der Form an, um Restluft besser herauspressen zu können. Allerdings sollte dann das erste Wachsmodell verworfen werden, da dies den Puder, der an dem Gummi haftet, aufgenommen hat und eine rauhe Oberfläche erhält. Diese Oberfläche erzeugt nach dem Guss und Trommelpolitur die bekannte Orangenhaut. Nach der Entnahme des ersten Wachsmodells ist aber der Hohlteil der Gummiform Puderfrei und es kann normal weitergearbeit werden.

Alternativen mit besseren Ergebnissen stellen Silbergraphitpuder oder am besten „Super-Dust“ ein silbrig reflektierendes Puder in feinster Form, das in die Gummioberfläche eingepinselt werden kann. Das Wachs fließ nicht nur glatter und exakter in die Form sondern nimmt auch etwas Puder auf und enthält eine stark silbrig reflektierende Oberfläche. So können nicht ausgelaufene Teile durch ihre dunklere Wachsfarbe sofort und ohne Vergleich mit dem Original erkannt werden.

Besser ist es jedoch für vollständiges evakuieren der Gummiform zu sorgen.
Mit Naturkautschukformen ist dies meist nur durch ölen der Schnittfläche zu erreichen. Leider verziehen sich diese Formen durch den Öleinsatz nach einiger Zeit und schließen dann überhaupt nicht mehr. Zur Abhilfe kann man die Gummiformhälften geöffnet für 24 Stunden auf einer Heizung oder Warmhalteplatte (bis 100 Grad Celsius) liegen lassen. Dann schließen sie wieder.

Mit Synthesekautschuk oder Siliconformen kann man nach immer wieder notwendiger Reinigung mit Wasser und Spülmittel, wesentlich bessere Ergebnisse in Bezug auf Abdichtung der Schnittflächen erzielen.

Falls es trotzdem auch hier in kleinen Kanten und Ecken zu unvollständig ausgeflossenen Modellen kommt, kann man sich mit zusätzlichen Schnitten in die Gummiform behelfen, die dann gepudert werden. So kann Restluft in diese Schnittflächen entweichen.

5. Forderungen an Spritzwachse

Für die Zukunft müssen Materialien entwickelt werden, die im festen Zustand:

Hohen Druck- und Zugbelastungen widerstehen, damit sie nicht verquetscht werden und beim Herausnehmen aus der Gummiform nicht brechen oder reißen.
Hier sind schon Entwicklungen in dieser Richtung gemacht worden wie sich an Testergebnissen nach DIN (DGF M III 9b) ablesen lässt.
Bei der Nadelpenetration wird der Widerstand eines Festkörpers gegen die Verformung durch das Eindringen eines genormten Spitzkegels bei definierter Temperatur in Zehntelmillimeter Eindringtiefe nach den Bedingungen der Prüfmethode gemessen. Sie ist ein empirisches Maß für die Härte des Wachses.

Verglichen wurde:
Wachs hellblau Aqua super
Wachs rot MAX-WAX rot extrem dünnfließend
Wachs grün MAX-WAX grün neues Allgemeinwachs

Das Ergebnis zeigt deutlich dass die Entwicklung der 80 er Jahre, MAX-WAX rot, bei dreifach besserer Fließfähigkeit schon gut doppelt so fest ist wie das Standardwachs Aqua Super.
Mit völlig neuem chemischen Aufbau Anfang der neunziger Jahre gelang es eine Vervierfachung des Festigkeitswertes bei MAX-WAX grün zu erreichen.

KAPITEL 2

Wachsfeilen mit Werkzeugkunde

Unabhängig davon, ob man ein Einzelmodell aus Wachs schnitzt, oder ein gespritztes Teil verändert werden soll ist es in fast allen Fällen günstiger die Bearbeitung der Oberfläche schon am Wachsmodell durchzuführen und nicht erst nach dem Guss.
In einer modernen Fabrikation mit guter Gusstechnik, ersetzt eine Stunde Wachsbearbeitung 3-5 Stunden Goldschmiedearbeit.

Wachsmodellbearbeitung kann in wesentlich kürzerer Zeit und mit weniger Kraftaufwand durchgeführt werden, als dies in Metall möglich ist. Neben der Zeitersparnis entfällt auch der Materialverlust der Edelmetallbearbeitung.

Die Bearbeitungsvorgänge gleichen denen im Metall.

Grob feilen oder raspeln
Fein feilen
Schmirgeln
Polieren

1. Grob feilen oder raspeln

Dieser Vorgang bereitet bei fast keinem der gebräuchlichen Wachse Schwierigkeiten. Bei gleichmäßiger Arbeitsweise und geringem Andruck der Raspel wird viel Material abgetragen. Härtere Wachse lassen sich staubend, weichere spanend abtragen.
Verkleben der Raspel ist nicht zu befürchten. Falls dies doch geschieht ist sie normalerweise leicht mit einer Drahtbürste zu reinigen.

Mit einer Karosseriefeile oder Feilen mit nur einem Paralellhieb kann man schon bei der groben Bearbeitung glatte Oberflächen erhalten, die das nachfolgende Feinfeilen überflüssig machen.

2. Fein feilen

Feines feilen stellt in aller Regel das erste Problem der Oberflächenbearbeitung dar.
Sicherlich gibt es Feilwachse am Markt die besonders hart und zum Feilen geeignet sind. Allerdings verschmieren bei schnellerer Bearbeitung auch hierbei die feinen Feilen.

Feilen verschmieren nicht wenn die Späne:

  1. kurz abbrechen
  2. aus der Feilriefe herausgewaschen werden.

Späne kurz abbrechen
Generell gilt für alle Wachse dass sie leichter brechen wenn,

  • a: die Knickgeschwindigkeit hoch ist
  • b: die Temperaturen niedriger sind.
    • a. Hohe Knickgeschwindigkeiten erreicht man sehr einfach durch rasche Bewegungen bei geringem Andruck.
  • b. Niedrige Temperaturen sind während der Bearbeitung nur mit Hilfe einiger Maßnahmen zu erreichen.:

Beleuchtung des Arbeitsplatzes nur mit Leuchtstofflampen da diese die geringste Wärmeabstrahlung haben.

Ständiger Luftumsatz am Arbeitsplatz damit die Wärme der Hände abgeführt wird.

Kühlung der Wachse und der Arbeitsgeräte.

Insbesondere die Kühlung der Wachse und der Arbeitsgeräte kann unterschiedlich mit gutem Erfolg durchgeführt werden. Dabei sollte man weichere Wachse kühler und härtere weniger kühl halten, da sie sonst verspröden. Für weiche Wachse ist eine Schale Eiswasser am Arbeitsplatz, in die die Wachse hin und wieder gelegt werden, geeignet. Bei harten Wachsen genügt es, sie kurz im leichten Luftstrom liegen lassen bis man sie weiterbearbeitet. Bei der Kühlung der Arbeitsgeräte hingegen muss man auf härtere Wachse kaum Rücksicht nehmen. Da gilt die Devise je kälter desto besser.
Die einfachste Methode ist das Ansprühen der Feilen mit Kältespray das unter dem Begriff Kältetest im Fachhandel für Elektronik vertrieben wird.
Funktioneller ist eine Kältebox in die die Feilen von oben eingesteckt werden.
Am billigsten ist sicherlich die Verdunstungskühlung von Wasser oder besser Alkohohl (benebelt bei langem Arbeiten) oder mit noch stärkerer Kühlleistung Aceton (nur bei guter Lüftung) zu nutzen. Für die meisten der harten Spritzwachse ist diese Kühlung sicherlich ausreichend.

Herauswaschen der Späne aus den Riefen der Feile

Falls die zu bearbeitenden Wachse nicht in Aceton oder Alkohol löslich sind, (vorher testen) verbessert man die Feilwirkung enorm wenn die Feilen immer wieder in Aceton oder Alkohohl oder eine Mischung zur Hälfte jeweils mit Wasser getaucht werden.

Sobald eine Feile mit Wachs behaftet ist, wird sie bei jedem weiteren Hieb stärker zuschmieren und hässliche Oberflächen hinterlassen.
Diese Feile muss gereinigt werden. Fast alle Wachse sind in Testbenzin gut löslich. Daher genügt es sie ca. 5 Minuten in ein Glas mit Benzin zu stellen und dann kurz abzubürsten.

Empfehlenswert ist es von jeder Feilenform die man benötigt bei Hieb 4 jeweils 3 Stück und Hieb 8 jeweils 5 Stück zu halten, die nach Beginn des Zuschmierens ins Benzinbad und danach fortlaufend in die Kühlbox oder ins Acetonbad gesteckt werden.
Bei der Arbeit mit der Kühlbox ist am Arbeitsplatz ein Pressluftventil zum Ausblasen nötig.

Schmirgeln

Nach dem feinen Feilen bleiben Riefen im Wachs übrig wie man sie auch von der Metallbearbeitung kennt.
Diese Oberflächenfehler zu glätten kann man Schleifpapier mit Wasser und Aceton oder Watte oder ein nicht fusselndes Gewebe benutzen. Dies kann man mit der Hand bearbeiten oder mit einem Motor.

Das Wasser dient hier in erster Linie zum Abtransport der Materialstücke und das Aceton zum Kühlen.

Zum Glätten größerer Unebenheiten kann man auch mit den oben genannten Materialien mit Benzin arbeiten. Dies löst die Wachsoberfläche leicht an und glättet viel stärker.
Allerdings muss das Wachsteil danach einige Zeit trocknen damit man es weiter bearbeiten kann.
Bei der zügigen Bearbeitung von Stückzahlen ist diese Ruhepause aber leicht einzurichten. Für Schmuckstücke die geschwungene Übergänge haben sollen ist diese Bearbeitung besonders günstig.

Eine weitere Glättungsmethode für Wachse insbesondere zum erreichen gleichmäßiger nach außen gewölbter Flächen ist das Anschmelzen. Bei der Herstellung von Originalmodellen kann man sich damit viel Arbeit sparen.
Anschmelzen der Oberfläche kann man mit einer Flamme oder durch Nähern eines glühenden Lötkolbens. Die Strahlungswärme ist besser dosierbar als eine Flamme. Daher ist die Gefahr nicht so groß das Modell zusammenzuschmelzen.

3. Polieren der Wachse

In vielen Fällen hält man eine Politur der Wachsmodelle für überflüssig, da die Güsse diese Oberfläche ja sowieso nicht wiedergeben.
Das mochte in den meisten Fällen auch zutreffen und bei schlechten Güssen wirtschaftlich auch die richtige Entscheidung sein, aber zur Entwicklung von noch höherer Gussqualität mussten wir diesen Weg erst einmal versuchen. Das Gussprodukt kann nämlich in keinem Fall besser ausfallen als das Wachs.

Gute Polierergebnisse erhält man mit feinen Marderhaar- oder ähnlich feinen Kunststoffhaarbürsten.
Rationeller ist jedoch Tauchlacken in Zaponlack. Dies hat zusätzlich den Vorteil dass man Glanz auch an unzugänglichen Stellen erzielt.
Die Güsse danken es Ihnen zweifach.

Vorteil:
Lässt sich die Einbettmasse von solchen Güssen leicht mit Wasser und Bürste entfernen (durch die glatte Oberfläche verzahnt sich die Einbettmasse mit der Gussoberfläche nicht mehr).

Vorteil:
Die Gussoberflächen brauchen oft nicht mehr geschmirgelt und getripelt werden (einfaches polieren genügt meist).

KAPITEL 3

Wachssägen mit Werkzeugkunde

Im Grunde gilt für das Sägen von Wachsen das gleiche wie für das Feilen.
Kühlen der Wachse bereitet allerdings Schwierigkeiten, da nicht nur die Oberfläche kurzfristig gekühlt werden muss sondern das Wachs durch und durch kühl sein soll.
Wachse sind aber sehr schlechte Wärmeleiter. Bei stärkeren Teilen dauert solche Kühlung daher lange. Allerdings sollte man sich diese Zeit nehmen, das nachfolgende Arbeitsergebnis lohnt diese Zeit.

Da die Sägeblätter dünn sind und wenig Kälte speichern können lohnt eine Kühlung der Sägen nicht.

Nun muss man darauf achten jede Erwärmung durch das Sägeblatt zu vermeiden.

1. Möglichst mit geringem Druck
und weit ausholenden Bewegungen das Sägeblatt führen.

2. Zum Abführen der Späne
und zum vermindern der Flankenreibung eignet sich ein Gemisch aus Wasser, Netzmittel und Spiritus. Dieses wird auf die zu sägende Platte aufgebracht und von der Säge mitgerissen.
Bei der Verwendung von hartem oder ersatzweise sehr kaltem Wachs kann auf die Flüssigkeit verzichtet werden. Dann sollte aber der Wachsstaub ständig ausgeblasen werden um die Zahnung freizuhalten.

3. Die Sägezahnung
muss mit zunehmender Wachsdicke gröber werden. So vermeidet man dass die Späne in den Zahnzwischenräumen zusammengepresst werden. Sehr gut haben sich auch geglühte und um die Längsachse verdrillte Sägeblätter bewährt. Sie haben den Vorteil dass allseitig nur die Sägezähne das Wachs berühren und daher keine unnötige Reibungswärme an den Seitenflanken des Sägeblattes entsteht.

Als Alternative bietet es sich auch an dünnere Wachsteile mit einem Wachskolben mit messerförmigem Aufsatz zu zerschneiden.

KAPITEL 4

Wachsbohren und Fräsen mit Werkzeugkunde

Wie beim Feilen und Sägen, ist auch das Bohren eine spanende Bearbeitung die beim Wachs Härte, damit der Span bricht, voraussetzt.
Viel mehr als bei Metallen ist auf großzügig dimensionierte Felder zur Spanabführung zu achten.
Bohrer, die für die Aluminiumbearbeitung geeignet sind, haben die größten Felder zur Spanabführung. Falls man diese nicht in den geeigneten Größen erhält kann man Sie sich auch selbst zurichten. Dazu fräst man mit einer Trennscheibe oder Diamantscheibe spiralig die Felder tiefer.

Danach schleift man die Spitze mit einem Winkel von 40° von der Horizontalen und einem möglichst hohen Schneidwinkel an.

Als Fräser sind Weichmetallfräser mit glatten Schneidkanten und großen Feldern geeignet. Auch für die Holzbearbeitung zugerichtete Fräser sind oft geeignet.

Bei nicht zu forscher Bearbeitung, reicht bei Hartwachsen, Kühlung durch Aceton/Wasser meist aus. Falls dies nicht reicht, entstehen beim Bohren häßliche Wülste und im Bohrkanal Erweiterungen.

schlechter Bohrkanal sauberer Bohrkanal

Hier kann Abhilfe geschaffen werden indem mann immer wieder den Bohrvorgang unterbricht und den laufenden Bohrer in die Lösung taucht. Durch kurzes Anblasen danach wird die Kühlwirkung verstärkt.

Eine wesentliche Verbesserung stellt hier jedoch die Kühlung mit Kältetestspray dar. Damit kann bis auf minus 42° C gekühlt und ( abhängig von der Masse des Bohrers ) wesentlich länger gearbeitet werden.
Insbesonders die weichen Knetwachse lassen sich damit auch mit sauberen Kanten bearbeiten. Hier ist es auch hilfreich die Wachse mit Kältetestspray zu besprühen.

KAPITEL 5

AUFWACHSEN UND WACHSMONTAGEARBEITEN

1. Werkzeug

Unabhängig davon, ob man mit einer Flamme und kleinen Messerchen oder einer elektrischen Wachslötstation arbeitet, sollte man sich ein Sortiment an unterschiedlichen Formen zulegen, da mit jeder Art etwas anderes erprobt werden kann.

Wichtig ist dass der Rücken nicht zu schmal wird da das Messerchen sonst zu schnell abkühlt oder nicht genug Wärme nachziehen kann.
Diese Form eignet sich zum Schneiden, Trennen und Zusammenfügen.

Hier ist ein gut wärmeleitendes Material wie Kupfer oder besser Silber Voraussetzung da die Form hohe Wärmeverluste hat und die Nadelspitze sonst nicht warm genug bleibt.

Geeignet zum Ausstechen von Luftblasen und für die Versäuberung von montierten Verbindungen.

Diese Form ist geeignet Wachstropfen aufzunehmen um Formen mit Wachs aufzufüllen.

Zusammenfügen von Wachsteilen mit dem Wachskolben erspart Lötarbeiten und gibt Güsse ohne Lotstellen. Die Nachverarbeitung wird leichter.

2. Freihandmontage

Das dies zügig vor sich gehen soll ist hier ein Verfahren anzuwenden bei dem man keine Haltevorrichtung während des Erkaltens des Wachses braucht.
Dazu ist wichtig dass der Kolben nicht zu heiß eingestellt wird. Dann werden beide Teile an der Lötfläche kurz mit dem Kolben bestrichen, die Teile sofort zusammengefügt und können danach sofort losgelassen werden.
Die Zeit ist ein wichtiger Faktor weil man hierbei die schlechte Wärmeleitfähigkeit der Wachse nutzt.

Beim Anschmelzen entstehen kurzfristig zwei getrennte Bereiche von festem und flüssigem Wachs.

Beim Zusammenfügen entsteht durch das Aufeinandertreffen der flüssigen Teile eine blasenfreie und feste Verbindung. Die flüssigen Teile werden zur Seite gedrückt, die festen Teile treffen aufeinander, ergeben einen spürbaren Widerstand und durch rasches Abkühlen in diesem Bereich sofort eine tragfeste Verbindung. Später kühlen langsamer die heißeren Randbereiche ab.

Falls man diesen Vorgang nicht zügig vorgenommen hat entsteht durch Wärmeleitung im Wachs ein breiter Temperaturverlauf mit einem breiten Bereich erweichtem Materials.
Wenn man dann das in der Hand gehaltene Stück loslässt, bricht es durch das Eigengewicht ab.
Längeres zusammenhalten der Verbindungsstelle ist auch selten zu empfehlen, da die Hand sich fast immer bewegt und Versetzungen und Gleitstellen im Gefüge entstehen können. Dieses würde schlecht aussehen und die Haltbarkeit verringern.

Falls eine Verbindung nicht gelungen ist, ist es günstiger abkühlen zu lassen und den Vorgang danach neu zu versuchen.

Nach der Freihandmontage soll die Verbindungsstelle versäubert werden. Neben dem Feilen gibt es auch die Möglichkeit die Wülste wegzuschmelzen. Eine gekehlte Wachslötspitze, die trockengewischt wurde nimmt bei Berührung mit dem zu entfernenden Wulst das Wachs auf und glättet die Verbindungsstelle. Durch erhöhen der Temperatur des Kolbens oder durch längere Einwirkzeit wird die Verbindungsstelle tiefer und breiträumiger abgetragen.

Mit einer heißen, trockengewischten Nadel kann man sogar den Eindruck von leicht angefressen Hartlotstellen erzeugen.

Massivere Verbindungen wird man in aller Regel nicht Freihand sondern mit einer Fixation der Teile vornehmen. Dadurch ist Verschieben aus einer gewünschten Position ausgeschlossen.

Hierbei ist zu Beachten, dass wie beim Schweißen eine V-förmige Fuge von Grund auf blasenfrei gefüllt wird.

Erhöhen durch dosierte Zugabe von neuem Wachs

Falls etwas zerbricht, kann man die Teile erst auf einer Seite oberflächlich anschmelzen, um sie zu fixieren und dann von der anderen Seite den Riss in voller Tiefe mit dem Wachskolben anschmelzen und auffüllen.

Für den Fall dass an einer Stelle zuviel weggefeilt wurde oder beim Spritzmodell eine Krappe nicht in voller Länge vorhanden ist, kann man Wachs mit dem Kolben aufbauen.
Der Kolben muss dazu auf die niedrigste Temperatur, bei der das Wachs flüssig, ist eingestellt werden. Danach wird er in einen Wachsklotz ( gut ist ein zäheres Schnitzwachs ) getaucht. Mit diesem Wachstropfen wir die zu verstärkende Stelle berührt. Das Wachs hat nun die Eigenschaft durch den Kontakt und die Abkühlung die Oberflächenspannung zu erhöhen und zum kalten Teil hinzuziehen. Die Oberflächenspannung am warmen Lötkolben ist niedriger, von ihm wird das Wachs weggezogen.
Wenn man beschädigte oder zu kurze Krappen aufbauen möchte ist es günstig den Kolben beim Wegziehen etwas anzublasen. Man erhält so, lange Buckel, die mehrfach aufgebaut Stifte darstellen.

KAPITEL 6

Freies Wachsmodellieren

Dieses Kapitel ist bei gründlicher Bearbeitung so umfangreich dass man sich allein damit mehrere Tage beschäftigen könnte.
Ich will hier jedoch die wichtigsten Verfahren anreißen.

Schnitzen aus dem vollen Block

Modellieren von Knetwachsen und mit der Wachspistole

Montagen mit Profilstangen und Fertigteilen

1. Schnitzen aus dem vollen Block

Die Herstellung eines Originals aus einem massiven Wachsblock ist nach einiger Zeit der Übung gar nicht so schwierig.

Voraussetzung ist, dass man sich vor Beginn der Arbeit lange mit dem gewünschten Ergebnis auseinandersetzt. D.h. sich mit Proportionen, Wölbungen und Außenmaßen vertraut macht. Dies tut man am Besten, indem man Zeichnungen von verschiedenen Ansichten und eventuell, auch Querschnittszeichnungen anfertigt.
Bei Arbeiten sollte man diese Zeichnungen ständig vor sich haben.
Danach sollte man um das Modell einen oder zwei einfach herzustellende Kästen zeichnen. ( z.B. Rechteckige Kästen )
Bei der Herstellung von Ringen kann man auch von dem Ringinnenmaß ausgehen, über das man einen Kasten stülpt.

Bei der Herstellung sägt und feilt man nun erst den Kasten zurecht, feilt dann die Ringgröße auf das gewünschte Maß (anfangs besser eine Nr. kleiner damit man zum justieren Material hat).
Sobald nun der Kasten rechteckig ist und gerade auf der Ringbohrung sitzt (Wichtig ist hier gründlich zu arbeiten), kann man die einzelnen Teile des Ringes herausarbeiten. Falls irgendwo zuviel abgetragen wurde kann man wieder aufwachsen.

2. Modellieren von Knetwachsen und mit der Wachspistole

Zum Modellieren von Formen, die keine exakte Oberfläche haben müssen, bei denen zufällige Oberflächenstrukturen sogar als Gestaltungsmittel erwünscht sind, eignen sich weiche Wachsplatten aus dem Dentallaborbedarf hervorragend.
Zum Kneten von dickeren Formen eignet sich Bienenwachs oder Ceresit.
Hiermit lassen sich Formen herstellen die in Metall nur schwer darstellbar sind.
Zusätzlich kann man die Oberflächen mit Stempeln und Bürsten so behandeln dass man völlig neue Effekte erzielen kann.

Die Wachspistole wird mit Wachspatronen aus einem sehr zähfließenden Wachs gefüllt. Diese werden aufgeschmolzen und durch eine Düse herausgepresst. Durch gleichmäßiges Pressen lassen sich glatte Drähte erzeugen. Die Drahtstärke lässt sich durch die Ziehgeschwindigkeit variieren. Dabei lässt sich beim Erkalten gleich die Form geben.
Abgesehen von der Möglichkeit der freien Formgebung, finde ich die Wachspistole besonders für die Herstellung von tropfenförmigen und anderen Formen mit wechselndem Querschnitt interessant.

Wachsmodellieren mit der Wachspistole auf einer Wasseroberfläche auf der das Wachs sofort erkaltet ist ebenfalls wegen der Formenvielfalt interessant.

Dabei soll das Wachs mit einer Pinzette oder einem Stab gehalten werden, damit man es drehen kann.

3. Montagen mit Profilstangen und Fertigteilen

Besonders zügig arbeiten lässt sich wenn man vorgespritzte Teile zur Verfügung hat und sie montieren kann.

Wir haben hier Drähte in 0,5/ 0,8/ 1,0/ 1,5/mm ein Ringschienenprofil und ein Winkelprofil.
Als vorgespritzte Teile haben wir Krappenfassungen und Broschierungen.
Daraus lassen sich ganz leicht einige Schmuckstücke anfertigen.
Das Ringschienenprofil wird angewärmt, zu einer Spirale gedreht und nach dem Abkühlen in richtiger Länge mit Skalpell oder Säge zerteilt.
Danach werden die Anstöße mit dem Wachskolben verbunden, mit Feilen zugerichtet und auf einen Ringstock gesteckt.

Jetzt kann man eine passende Fassung zurichten und auf die Ringschiene aufwachsen.

Mit den Münzfassungsprofilstangen kann ähnlich verfahren werden. Zuerst wird die Stange erwärmt danach über der Münze in einer Spirale gewickelt und nach dem Abkühlen wenn die neue Form bleibt zugeschnitten und die Schnittstellen verbunden, eventuell verfeilt.
0,8 mm oder 1mm Wachsdraht wird ebenfalls erwärmt und danach über einem Stift zu Ösen gewickelt.
Diese Ösen werden mit dem Skalpell auf dem Stift zerschnitten und eine davon mit Pinzette an die Münzfassung mit dem Wachskolben mit feiner Spitze angesetzt. Eine größere Schlaufe kann nun als vorgespritztes Teil eingesetzt werden.
Auf der Rückseite kann man nun die Broschierung aufbauen. Die beweglichen Teile der Broschierung ( Nadel und Verschlussteil ) werden dann mit der Münzfassung mitgegossen.

Bei Guss in 14 und 18 kt. Gold ist zu beachten dass Fassungen ca. 0,5 bis 0,8 % Übermaß für den Schwund erhalten. Bei Ringen genügt es die richtige Größe herzustellen, da der Schwund (in etwa eine halbe Ringgröße) meist durch Tripeln und Polieren ausgeglichen wird.
(bei 1 cm Durchmesser ist 1 % = 0,1mm)
Bei Silber ist der Schwund gut doppelt so groß. Daher muss hier meist schon eine Zwischenlage aus Papier oder Tesafilm zum Schwundausgleich verwendet werden.

KAPITEL 7

Eingießen von Diamanten u.a. Steinen

Aus der bekannten Technik heraus, in die Gummiform Graphitstangen oder Eisenstangen (Nägel, Stecknadeln u.s.w.) für Scharniere einzulegen und das Wachs drum herum zu spritzen, hat ein Dänischer Erfinder Mitte der 70’er Jahre eine neue Fassmethode für Edelsteine entwickelt.

Stifteinsatz in der Gummiform. Nach dem Guss wird der Graphitkern ausgebohrt oder der Stahlnagel mit Salzsäure herausgeätzt.

1. Einsetzen der Edelsteine in die Gummiform
Das patentierte Verfahren hat kurz nach der Anmeldung, die Firma Hammer & Söhne, in Pforzheim gekauft. Der Kern des Patentes besteht in der grundsätzlichen Idee den Edelstein in die Gummiform einzusetzen und das Wachs darum herumzuspritzen. Sämtliche Anwendungen wie dies geschehen soll sind also vom Patentschutz mit erfasst.

  1. Voraussetzung ist erst einmal ein Modell, mit sauber gefassten (immer in durchgebohrten Fassungen) Edelsteinen, in der Größe der später einzusetzenden Steine. Größere und kleinere Steine liefern sofort deutlich schlechtere und weniger saubere Ergebnisse.
  2. Die Gummiform muss so geschnitten werden, dass die Steine seitlich eingesetzt werden können. So ist verrutschen und kippen der Steine weitgehend ausgeschlossen.

Diese Schnitttechnik erfordert eine genaue Planung der Reihenfolge zum Einsetzen der Steine. Meist ist es notwendig, die Gummiform in Schalen um das Schmuckstück herum zu schneiden.

  1. Der dritte Schritt ist relativ einfach – das Wachs wird in die Form gespritzt und mit den Steinen entnommen. Sollte ein Fehler mit einigen Steinen passiert sein (herausgespült und im Wachs eingeschlossen) so kann man die Steine aus dem Wachs entnehmen, im Benzin von Wachsresten reinigen und neu verwenden.
  2. Die Wachse mit den Steinen werden mit anderen Formen zusammen auf ein Bäumchen gebaut und gegossen.

2. Einsetzen der Edelsteine in die Wachsform.

Anstatt die Edelsteine in die Gummiform einzusetzen, kann man sie in das Wachsmodell einsetzen. Bei Serien unter 5000 Steinen ist dieses Verfahren sogar günstiger. Es entfällt die aufwendige Modell- und Gummiformvorbereitung. Man benötigt lediglich ein Wachsmodell mit Bohrungen und eventuell Fasserverschnitt. Für kleine Stückzahlen oder Einzelmodelle kann man diese Bohrungen und den Verschnitt (gutes Modellwachs vorausgesetzt) auch individuell ins Wachsmodell, passend zu den Steinen, fräsen und gravieren.

Querschnitt

Gerade Fasserverschnitt, ist so mit geringstem Kraftaufwand und nicht allzu viel Übung, äußerst zügig und rationell herstellbar. Für Serien kann mit einem kaltvulkanisierendem Formgummi (z.B. Formgummi Blau-Hart) eine Zwischenkopie hergestellt werden, so dass der Verschnitt in weiteren Wachsmodellen schon vorhanden ist. Zusätzliche Schwundvorgaben brauchen auch nicht berücksichtigt werden, da vom Wachs zum Formgummi (Blau oder Gelb) und zum neuen Wachs (abgesehen von eventuellen Verzug, Kap. 1) kein Schwund entsteht.

Der Stein wird nun, meist mit mehreren gemeinsam, locker in die Fassung eingelegt.

Jetzt nimmt man einen warmen Wachskolben (von Wachs trockengewischt) mit einer angefeilten Spitze und drückt für einen kurzen Moment die angefeilte Fläche auf die Tafel des Steines. Die Wärme des Kolbens wird nun durch die relativ hohe Wärmeleitfähigkeit des Edelsteines gut im Stein verteilt. Der Stein schmilzt sich so an der Rondiste in die Wachsform.

Ideal ist es, wenn das Wachs nur die Unterseite und die Rondiste benetzt, nicht jedoch die Oberteilfacetten. Dann entsteht zusätzlich eine hervorragende Verspiegelung der Unterseite und keine überstehenden Krappen stören den Strahlengang. Dadurch wird insbesonders bei Melée die Lichtausbeute besser.

3. Für serielle Arbeiten

wurde eine noch weitaus effektivere Methode der Befestigung von mir entwickelt. Nach dem Einlegen und eventuell festdrücken der Steine in die Fassung (damit die Tafeln alle ausgerichtet sind) lackiert man mit einem Pinsel verdünnten Zaponlack über die Steine und das Wachsmodell. Bewährt hat sich eine Verdünnung von 1-4 (1 Teil Zaponlack, 4 Teile Aceton) und insgesamt dreimaliges Lackieren. Dies bewirkt eine bessere Haltbarkeit, da beim 2. und 3. Lackieren nur noch Lack an dem oberen Teil der Rondiste verbleibt und sich nicht mehr an den Unterteilfacetten sammeln kann.

3. Liste der Edelsteine die eingegossen werden können.:

  • Diamanten
  • Hämatit, schwarz
  • Jade-Nephrit
  • Jaspis
  • Mondstein
  • Olivin
  • Peridot
  • Rubin
  • Saphir
  • Spinell
  • Sternrubin
  • Sternsaphir
  • Zirkonia

Liste der Edelsteine die ebenfalls eingegossen werden können, bei denen jedoch das Risiko des Farbumschlages besteht.:

  • Achat rot, braun und Moosachat (Die Farbe wird manchmal schöner)
  • Amethyst
  • Aquamarin (wird manchmal milchig)
  • Diamanten farbig
  • Granat
  • Jadeit (manchmal grau und weiß)
  • Karneol
  • Obsidian
  • Onyx (wird normalerweise grau)
  • Rauchquarz (kann trüb werden, meist aber hell)
  • Rosenquarz
  • Smaragd (werden heller und bläulich wie Aquamarin)
  • Tigerauge (kann hübschen Farbumschlag haben)
  • Topas (gelbliche Steine werden rosa)
  • Turmalin (rosa Turmaline bleichen aus)
  • Zirkon (können manchmal gelb werden, auch beim Löten. Vielleicht durch Flussmittel oder Sauerstoffarmut)

Beim Gießen gilt folgendes zu berücksichtigen:
Diamanten
sind für Oxydation während des Brennvorganges der Küvette empfindlich. Die Oxydation der Küvette ist aber zur Verbrennung von Rußresten in der Küvette notwendig. Wichtig ist hier eine Feinabstimmung der Brennendtemperatur, so dass zwar der Ruß, aber nicht die Diamanten verbrennen. Diamanten sind kurzfristig (3-5 Minuten) problemlos bis 900 Grad Celsius zu erhitzen ohne dass die geringste Schleierbildung entsteht. Vom Löten wissen wir dass man dies auch beliebig wiederholen kann und auch ohne Schutzmittel nichts passiert.
Nur wenn eine Temperatur von ca. 680 Grad oder höher längere Zeit (bei 750 Grad ab 7 Minuten) mit Luftzufuhr auf Diamanten einwirkt, startet die stille Oxydation der Diamantoberfläche – der Stein wird zuerst milchig, dann kleiner und rund.
Ich empfehle daher die höchste Ofentemperatur nicht über 650 Grad einzustellen, sondern besser 600 Grad als Maximum einzustellen. Eine enstprechende Verlängerung der Brennzeit ist unproblematisch.

Rubine, Saphire
sind, wenn sie nicht gewachst oder geölt sind, so wie Zirkonia und Granate bezüglich der Brenntemperatur unempfindlich.

Anders ist die Empfindlichkeit des Edelsteins gegen Temperaturschocks wie sie beim Umgießen mit dem deutlich heißeren Metall erzeugt wird.
Dann kann es zur ringförmigen Rissbildung in etwa des Tafelrandes kommen.

Um den Temperaturschock so gering wie möglich zu halten sollte:

in die heiße Küvette und mit „kühlen“ Legierungen gegossen werden.
Daneben sind die Edelsteine abhängig von Ihrer Wärmeleitfähigkeit unterschiedlich empfindlich. Kleine Steine sind generell unproblematischer, lediglich bei größeren Steinen entstehen Rissgefahren.

Diamanten habe ich bis zu 1/2 und 3/4 Karäter problemlos eingegossen. Erst ein 1-1/3 Karäter hat ringförmige Risse bekommen.
Korunde, die eine geringere Wärmeleitfähigkeit haben, konnte ich nur bis zu etwa 1/3 Karätern problemlos eingießen.
Zirkonia, mit der schlechtesten Wärmeleitfähigkeit blieben nur bis zu 10 Punkte – Steinen heil.

Nach dem Guss
sollte man die Küvette trocken ausklopfen damit der Gussbaum herausfällt. Dann sollte man Ihn zum Abkühlen auf Handtemperatur liegen lassen. Erst dann im Wasser reinigen. Sonst entstehen durch zu schnelles Abkühlen Risse, die radial von aussen nach innen gehen.

Kapitel 8

Lunker beim Guss

Als Lunker werden beim Gussteil größere Hohlräume bezeichnet die zwei verschiedene Ursachen haben können:

  1. Hohlräume die durch die Kristallisation und den Schwund des Metalls entstanden sind.
  2. Hohlräume, die durch Verunreinigungen der Metallschmelze und mitgewirbelte Einbettmassenfragmente entstehen.
  3. Hohlräume die durch den Metallschwund entstehen.

Legierungen, z.B. aus Gold, Kupfer und Silber sind im flüssigen Zustand über der Liquidustemperatur, völlig regelmäßig gemischt. Die Metallatome sind statistisch gleichmäßig verteilt.
Unterhalb der Liquidustemperatur beginnt die Kristallbildung der Kristalle mit dem höchsten Schmelzpunkt, danach bilden sich die Kristalle mit niedrigeren Schmelzpunkten bis alles flüssige Material verbraucht ist.
Die Kristalle haben jeweils feste Verhältnisse der Legierungsbestandteile. Daher wird das Kornwachstum beendet wenn die Umgebung des Korns nicht mehr ausreichend Metallatome in der benötigten Konzentration zur Verfügung stellt, die Umgebung verarmt.
In dieser verarmten Umgebung können sich dann z.B. nach goldreichen nun goldarme Kristalle bilden, danach kupferreiche u.s.w.

Danach ist die Schmelze erstarrt, die Solidustemperatur ist erreicht.

Für den Gießer unangenehm ist die Tatsache, dass die Kristalle eine dichtere Molekülpackung darstellen, also kleiner werden.

Da die Aussenform in dem Temperaturbereich von ca. 30 -40° C
zwischen Solidus und Liquidus vernachlässigbar kleiner Volumenänderung unterworfen ist, die Volumenabnahme des Metalles jedoch durch den Aggregatswechsel von flüssig zu festem Kristall wesentlich größer ist, entsteht ein erhebliches Volumendefizit in der Form.
Dies ist der Grund für die Entstehung von Lunkern im Guss.

Es gibt Metallegierungen z.b. mit Wismut und Indium die beim Auskristallisieren ihr Volumen vergrößern. Solche Legierungen mit Gold oder Silber herzustellen würde wahrscheinlich das Lunkerproblem wesentlich reduzieren. Allerdings müssen dazu noch viele Versuche gemacht werden. Bis jetzt ist der niedrige Schmelzpunkt der Metalle das größte Problem.

So lange man mit dem Lunkerproblem leben muss, gibt es jedoch andere Methoden es zumindest meist einzugrenzen.

Nachschieben von flüssigem Metall

in die Form während der Kristallisation.

Speiser können bei günstiger Position, noch im Augenblick des Festwerdens des Metalls, flüssiges Metall nachschieben und so die Entstehung von Lunkern im Gussstück mindern, da die Fehlstellen sich dann bevorzugt im Speiser ansiedeln.
Speiser sollten dazu immer einen größeren Kugeldurchmesser als die dickste Stelle der Gussform haben, damit sie mehr Wärme speichern als das Gussstück. Wenn sie vor der Form angebracht werden, heizen sie sich durch den Durchlauf des Metalls zusätzlich auf und werden besser wirksam. Dieser Effekt wird stärker, wenn Ein- und Ausguss des Speisers in der Nähe liegen, da die Wände besser umspült werden.

Bei sehr kleiner Kornstruktur

wird nicht nur das Metall weicher, sondern auch die Lunker zwischen den Korngrenzen sind kleiner und regelmäßiger verteilt. Kleine Lunker sind kaum zu sehen und beim Polieren gut zu verschmieren.

Kleine, regelmäßig verteilte Lunker erhält man bei kleinen Kristallkörnern. Diese wiederum erhält man wenn das Kristallwachstum nur kurze Zeit zur Verfügung hat und die flüssige Legierung ganz gleichmäßig gemischt ist.
Das bedeutet, dass die Schmelze nicht schon im Tiegel Gelegenheit haben darf, Kristalle zu bilden. Sie muss also über den Liquiduspunkt erhitzt sein.
Der Vorgang des Einfließens des Metalls in die Form muss rasch gehen, da hier schon Abkühlen erfolgt.
Sofort nachdem die Form gefüllt ist, muss das Metall abkühlen um das Anwachsen der Kristalle zu unterbrechen.

Ideal wären hier heiße Haupt- und Seitenkanäle und kalte Gussformen.

Heiße, oder besser gegen Wärmeverlust gesicherte Kanäle, sind aber in der Praxis noch nicht erfolgreich erprobt.
Kalte Gussformen sind, da wir ja immer mit einer Gesamtform arbeiten auch nicht ohne weiteres darstellbar. Jedoch gibt es eine Möglichkeit über die Verwendung von Kühlplatten eine schnellere Abkühlung im Modell als im Kanal zu erreichen. Hierbei nutzt man, die bessere Wärmeleitfähigkeit von Metallen gegenüber der, der keramischen Gussform aus.

Da die Küvetten deutlich unter den Schmelzpunkt der Metalle gekühlt werden, somit die miteingebetteten Kühlplatten auch entsprechend kühler sind, wird durch deren Kühlwirkung im Idealfall schichtartiges erstarren der Schmelze erreicht.

Durch geeigneten Aufbau

lassen sich die stärksten Beeinflussungen der Lunkerbildung erzielen.

Da die Temperatur entscheidend ist und der Eingießvorgang immer eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt, in der schon Abkühlung erfolgt, ergeben sich daraus weite Steuerungsmöglichkeiten.

Grundsätzlich neigt das Metall bei glattem und gleichdickem Hauptkanal zur unteren Spitze zu fließen. Die ist zwar der weiteste Weg aber da er schnell ist, findet kaum Abkühlung statt.

Hier sollten also alle dünnen Teile und solche die schwer ausfließen aufgebaut werden.

Wenn die Spitze gefüllt ist fließt das Metall schon kühler und mit fallendem Druck in die Seitenkanäle bis auch am Eingusskegel alles gefüllt ist.

Hier sollte man die massiveren Teile die zur Lunkerbildung stärker neigen, aufbauen.

Zusätzlich kann man durch den Neigungswinkel der Seitenkanäle die Fließgeschwindigkeit steuern.
Steil aufgebaut die feinen Teile, flach, die Dickeren.

Besonders dicke Teile sollten zur Vermeidung starker Fließbewegungen, während des Füllens als beruhigte Gussformen konstruiert werden. Dabei ist entscheidend dass sich ein Raum unterhalb der Form zuerst füllt und bei weiterer Füllung der Flüssigkeitsspiegel langsam steigt bis die Form voll ist. So werden hohe Spülwirkungen an den Wänden vermieden.

Als weitere Steuerungsmöglichkeit zur Erstellung unterschiedlichster Güsse in einem Gussbaum ist die Länge und Stärke der Angusskanäle zu erwähnen.
Lange, dünne Kanäle kühlen stark, sie können aus Platzgründen auch gebogen oder spiralig sein.
Kurze dicke Kanäle kühlen kaum.

Ebenso wichtig wie der Aufbau ist das Ansetzen der Angusstifte. Generell gilt dass die Stifte an der dicksten Stelle angesetzt werden sollen, damit sie die Funktion des Speisers mit übernehmen.

Falls sie jedoch glatt und ohne Verengung angesetzt werden, entsteht eine massive Stelle die zu besonders starker Lunkerbildung neigt.

Steuerung der Kristallisation durch gerichtete Erwärmung

Beim Guss von Turbinenschaufeln wird ein patentiertes Verfahren z.b. zum Monokristallinen Guss verwandt.

Mit Anti Lunkerpaste in die Einbettmasse integriert, kann man ähnliche Effekte in der gerichteten Kristallisation erzielen.

2. Hohlräume, die durch Verunreinigungen entstehen
Um Verunreinigungen der Metallschmelze fernzuhalten, genügt es meist zügig einzugießen damit der Gusskegel immer bedeckt bleibt.
So schwimmen die leichteren Verunreinigungen meist oben auf dem Gusskegel.
Beim Guss mit viel Verunreinigungen, ist es günstig den Eingusskegel länglich auszuformen, damit die leichteren Stoffe mehr Zeit zum aufschwimmen haben.

[Bild Abscheider]

In vielen Fällen hilft schon ein Gusskegel mit flacherem Boden.
Der Einbau von inneren Abscheidern ist allerdings beim Edelmetallguss nur ganz selten notwendig. Sie sollten an toten Strömungsstellen eingerichtet werden.

Eingewirbelte Einbettmassefragmente entstehen immer durch unsauberen Aufbau der Kanäle, wenn Hohlräume nicht ausgeschmolzen wurden oder im Modell Hohlräume übrig geblieben sind, die sich mit der Einbettmasse gefüllt haben.
Daher kann man nicht genug darauf achten alle Verbindungsstellen sauber zu verschmelzen.

Einbettmassefragmente können auch bei falscher (zu schnell) Aufheizkurve im Verhältnis zu Größe der Küvette ausbrechen und sorgen dann für entsprechende Gussfehler. Besonders alte, zu feucht gelagerte oder zu Gipsarme Einbettmassen erzeugen schnell solche Fehler. Ein Zusatz von 2-4% Synthetikhartgips zur Einbettmasse hilft oft drastisch.

Manchmal entstehen sie auch, wenn Bohrungen im Wachs nicht sauber von Wachsresten befreit wurden, oder wenn sie zu lang und dünn sind und die Einbettmasse nicht hart genug ist.

Hier ist es hilfreich Bohrungen mit passgenauen Graphitstäben die aus den Bohrungen herausstehen, zu füllen.
Graphitstäbe sind stabiler als die Einbettmasse und nach dem Guss werden sie weich so dass sie leicht entfernt werden können.
Bei Gehäusescharnieren können solche Graphitstäbe gleich in die Gummiform einvulkanisiert werden und jedes Mal vor dem Wachsspritzen durch neue ersetzt werden, die vom Wachs umschlossen und mitgegossen werden.

KAPITEL 9

Gussbaumaufbau für die verschiedenen Gussarten

Bei Schleudergussanlagen herrschen zwei Systeme vor, die sich für den Aufbau in folgendem unterscheiden:

Mit dem Rotationsbeginn beginnt auch der Einguss

Wenn mit dem Rotationsbeginn auch der Einguss erfolgt fließt folgerichtig das erste Metall bei geringem Druck und noch unter dem Einfluss der Schwerkraft in die liegende Form.

Erst nach Erreichen einer hohen Drehzahl fließt das Metall mit hohem Druck in die ganze Form.

Dadurch kann es passieren dass Teile, die anfangs nur geringfügig gefüllt wurden erkalten und der Gussvorgang trotz des später höheren Druckes stockt.

Zur Abhilfe kann man diesen Teil des Bäumchens mit massiveren Teilen besetzen oder diese Teile mit dickeren oder steileren Gusskanälen versehen.

Der Einguss erfolgt erst nach erreichen der vollen Drehzahl
Bei Anlagen, die erst bei voller Rotation eingießen ist dies kein Problem.
Dagegen ist allen Schleudergussanlagen das Problem gemein dass die Fliehkräfte am äußersten Ende des Bäumchens, das sowieso am besten und am ersten ausfließt, am höchsten sind. Mit zunehmender Größe des Bäumchens wird dieser Effekt immer deutlicher
Das führt manchmal zum Bruch der Gussform. Dadurch erhalten die Güsse gratige Ränder.
Durch verjüngende Hauptkanäle und weniger steilen Aufbau der Teile an der Spitze lässt sich dieses Problem meist auch bewältigen.

Bei Saug- und Druckgussanlagen

ist dies unproblematisch da hier der Sog und der Druck gesteuert und angepasst werden kann.

Falls bei Saug- oder Druckgussanlagen ohne Lochküvetten gearbeitet wird, muss man bei höheren Küvetten, bei denen die Luft nicht mehr rasch genug durch die offene Fläche entweichen kann, mit Entlüftungs- oder Saugkanälen gearbeitet werden.
Diese Wachsgetränkten Fasern bilden nach dem Brennvorgang stark luftleitende Hohlräume in der Keramikform, die jedoch beim Kontakt mit flüssigem Metall zusammenschmelzen und ein austreten des Metalls verhindern. Es können jedoch auch Holzstäbe mit Klebewachs fixiert werden.

Sie sollten so angebracht werden dass sie in 0,5 bis 2 cm Entfernung an allen Schmuckteilen vorbeiführen.
Selbstverständlich müssen sie eine Öffnung zur Absaugfläche haben und keine Öffnung zur Druckfläche, sonst entstünde ein Luftkurzschluss.

Druckfläche

KAPITEL 10

Herstellung der keramischen Gussform

Da die kristoballithaltigen Massen die für Feingusszwecke auf dem Markt sind sich mehr oder minder ähnlich verhalten kann hier auf das Eingehen auf die einzelnen Produkte verzichtet werden.
Üblicherweise werden die Pulver mit ca. 40 % Wasserzugabe bei 20 – 25 °C gemischt.
In einfacheren Anlagen wird diese Mixtur auf einem Rüttler evakuiert, danach in die Küvetten eingegossen und noch mal bei leichterer Vibration evakuiert.
In besseren Anlagen wird im Vakuum angerührt und eingegossen.

Beim Anrühren der Pulver mit Castin ( 2 zu 1 ) wird im ganzen genauso verfahren.

Wichtig ist die Temperatur da bei niedrigeren Temperaturen nicht nur die Wachse spröder werden, sondern sich auch Wasserspuren auf der Unterseite der Wachse absetzen.

Diese wassergefüllten Räume trocknen beim Brennen aus und werden mit Metall aufgefüllt. Sie müssen dann aufwendig weggeschliffen werden.
Wasserflecken entstehen auch wenn das Mischungsverhältnis nicht stimmt also zuwenig Pulver verwendet worden ist.
Erkennen kann man dies daran dass sich ein glänzender Wasserfilm auf der Oberfläche der Einbettmasse kurz vor dem Einsetzen der Aushärtung bildet.
Dann kann man durch Zugabe von trockener Pulvermasse auf die Fläche und kurzes Nachrütteln oft noch das schlimmste vermeiden.

Wenn man zu dick anrührt, gerät man in Gefahr mit zu zähfließendem Gips die Bäumchen zu zerbrechen oder mit der dadurch verkürzten Abbindzeit nicht mehr zurechtzukommen.
Auch das evakuieren von Luftblasen ist nur noch eingeschränkt möglich.

Da die gipsgebundenen Einbettmassen jedoch (konstantes Mischungsverhältnis und Temperatur der Flüssigkeit vorausgesetzt) am Ende der Verarbeitungszeit stark Wasser ziehen, lassen sich Wasserflecken auch dadurch gut vermeiden, dass man den Verarbeitungszeitraum voll nutzt. Falls Sie also mal schneller mit dem Mischen und vorevakuieren fertig sind warten Sie mit dem Eingießen in die Küvetten trotzdem noch etwas. Schneller fertig werden nützt in diesem Falle nicht, sondern gibt der Einbettmasse nur zusätzlich Zeit zum entmischen.

Auch das evakuieren von Luftblasen ist nur noch eingeschränkt möglich.

KAPITEL 11

Küvettentemperaturen

1. Heizkurve

Leider kann man Küvetten nicht sofort auf die gewünschten Temperaturen Hochheizen, da durch physikalische Vorgänge Grenzen gesetzt sind.
Ob man die Wachse auskocht oder im Ofen auslaufen lässt ist in erster Linie eine Frage der Rauchentwicklung und der Organisation. Für die Küvetten ist es unerheblich.

Die erste Zeitbremse
entsteht durch den Dampfdruck des austretenden Schwitzwassers bei Küvettentemperaturen von über 100°C . Hier sollte man den Küvetten je nach Größe genügend Zeit lassen, sie können sonst zerbersten oder Gipsteile in der Form absprengen.
Bei Küvettendurchmesser 12 cm und Höhe von 25 cm genügen 2 Stunden bei ca. 150°C Ofentemperatur.

Die nächste Hürde
entsteht beim Austreten des kristallin gebundenen Wassers bei 380°C. Hier können noch mal hohe Dampfdrücke entstehen, die die Küvetten in regelrechten Feinstaub zerbröseln können. Bei der obengenannten maximalen Küvettengröße reicht hier ein Verweilen von ca. 40 Minuten bei ca. 420°C aus, um den Wassergehalt ohne Gefahr zu verdampfen.

Nun müssen die Wachsreste,
die in die Keramikmasse eingedrungen sind und sich zu Ruß umgebildet haben, Rückstandsfrei verbrannt werden.
Die Mindesttemperatur dafür ist 530°C, die höchste 750°C. Bei überschreiten der Höchsttemperatur fängt die Masse an zusammenzuschnurren und ist deformiert, daher zum Guss nicht mehr brauchbar. Auch die Ausbetteigenschaften verschlechtern sich, wenn man mit höheren Temperaturen (680 – 750) brennt. Der Gips verbäckt die Einbettmasse zu härterem Gebinde. Die Rissneigung steigt und nach dem Ablöschen im Wasser bleiben harte Klumpen im Bäumchen haften.

Natürlich geht es heißer schneller, aber wenn man Diamanten mit eingebettet hat, darf man nicht über 680°C gehen, da sie sonst verbrennen.

Zwischen den einzelnen Schritten kann man so schnell Hochheizen wie es der Ofen schafft. Bei kleineren Küvetten kann man wesentlich schneller vorgehen.

( z.B. Bei Küvettengröße 8 cm Durchmesser und 8 cm Länge.
Anrühren, nach 30 Minuten in den kalten Ofen. In einer halben Stunde auf 500°C. Danach 2 Stunden bei 650°C durchheizen )

Problematischer als das Hochheizen
der Keramikmasse ist das Abkühlen. Dabei entstehen Risse falls dies zu schnell erfolgt. 80°C bis 100 °C pro Stunde Abkühlgeschwindigkeit sollten nicht überschritten werden.
Für den Guss sollten die Küvettentemperaturen so niedrig sein, das der Guss gerade noch gelingt.
Dies hat den Vorteil dass die kühlere Küvette mehr und schneller Wärme vom Metall aufnehmen kann, sobald es in der Form ruht und eine gewisse Oberflächenschicht von meist einem Millimeter abgeschreckt, völlig dicht und kleinkristallin wird. Für normale Ringe reicht daher meist eine Küvettentemperatur von 400°C aus. Für massive Teile habe ich gute Erfahrungen mit Abkühlungen bis 200°C oder Zimmertemperatur gemacht.

Im Zweifelsfall erhält man bessere Ergebnisse, wenn man die Metalltemperatur erhöht und die Küvettentemperatur senkt.

Nur beim Guss von langen Blechen und Drähten wie z.B. Brillengestellen und beim Eingießen von Edelsteinen sind höhere Temperaturen der Küvetten notwendig. Damit massivere Teile dann dicht werden muss man hier mit Speisern und evtl. Kühlplatten arbeiten.

KAPITEL 12
Gusstemperaturen

Optimal ist für die meisten Güsse eine Temperatur von 30-50°C über der Liquidustemperatur. Nur bei langen und dünnen Gusswegen kann sie bis zu 200 °C über Liquidustemperatur gesteigert werden. Noch höhere Temperaturen sollte man vermeiden da sonst die Gussoberfläche in die Einbettmasse einbrennt. Damit bilden sich keramische braune bis schwarze Schichten, die nur schwer zu entfernen sind.
Die darunter liegende Goldschicht wird auch viel rauer und gröber im Kristallkorn als nötig.

Die meisten Beläge lassen sich durch ca. halbstündiges Beizen (Goldschmiedebeize) und anschließendes Ultraschallbad entfernen.
Hartnäckige (braun-schwarze) Beläge können auch durch stromloses Einlegen (10-20 Minuten) in ein Goldglänzbad oder ein anderes Cyanidbad und anschließendes Ultraschallbad ohne Angriff der Metalloberfläche entfernt werden.
Milchig-weiße Oberflächen sollten durch (1-2 Stunden) einlegen in verdünnte Flusssäure entfernt werden.

KAPITEL 13
Gusslegierungen

1. Gusslegierungen
sollen erstens frei sein von Eisenverunreinigungen da sie sonst hart und spröde werden.

1. Beim Aufschmelzen
mit Borax und Zugabe von Zink, das bei längerem Schmelzen verraucht, kann man auch leicht spröde Legierungen wieder verbessern.
Zinkzugaben haben sich weltweit zur Verbesserung (kleine, dichte Kristallisation) durchgesetzt. In Europa sind Zinkzugaben von 0,3 bis 0,7 % üblich in USA sogar bis zu 6 % Zink. Die Goldfarbe ist dann auch entsprechend blass.
Anstatt die Zugabe von Zink derart zu steigern empfehle ich die Zugabe des Legierungszuschlages AC.9.105 in einem Verhältnis von 0,2 bis 0,3 %. Dieser Zuschlag bewirkt ohne Farbänderung, zusammen mit ca. 0,3 bis 0,4% Zink einen kleinkristallinen und im Gefüge, dichten Guss, wie es sonst nur mit sehr hohen Zinkzugaben erreichbar ist. Gleichzeitig wird das gegossene Metall zäher und in höherem Maße verformbarer. Mit der Zange abgezwickte Gusskanäle erinnern oft an die Zähefestigkeit von altem Kaugummi.
Dies stellt für Verarbeitung und Benutzung erhebliche Vorteile dar.

Zusätzlich wird an der Gussoberfläche eigener Glanz erzeugt. Insbesondere wenn die Einbettmasse mit Castin angerührt wird, lassen sich hervorragende Ergebnisse erzielen.

Das Einbringen von AC 9.1 ist etwas heikel, da man es in die bereits geschmolzene Legierung einbringen muss. Dies geht nur bei niedrigen Schmelztemperaturen jeweils in Nähe der Liquidustemperatur. Bei höheren Temperaturen verspratzt der Zuschlag auf der Oberfläche. Ich habe daher einen leichter handzuhabenden Zuschlag AC 9.105 entwickelt. Er kann mit dem kalten Gussmetall in den Schmelztiegel eingebracht, oder in die heiße Schmelze geworfen werden.

Zugaben von Magnesium, kurz vor dem Guss verringern zwar die Oberflächenspannung und die Fließeigenschaften werden besser, jedoch sind die Zuschlagsstoffe AC 9.1 und AC 9.105 durch den Glanz und die Erhöhung der Zähefestigkeit der Legierung besser.

Kapitel 14

Gasaufnahme der Legierungen

1. Gasporen

Im Gegensatz zu Lunkern, die abhängig vom Aufbau der Bäume, der Form der Stücke und der Volumenänderung sind, haben Gasporen im Guss nur sehr wenig mit der Form zu tun. Die Form hat mit den Gusstemperaturen nur Einfluss auf die räumliche Verteilung von Gasporen.

Der stark poröse Guss

Zuerst sollten wir uns zur Vereinfachung vorstellen, dass flüssige Schmuckgussmetalle sich verhalten wie Wasser und der feste Zustand dem Eis entspricht.
Wasser hat die Fähigkeit bei niedrigen Temperaturen ohne Volumenzunahme Gase gelöst zu halten. Diese Gase extrahiert können ein erhebliches Volumen haben. Daher können Fische im Wasser atmen (gelöster Sauerstoff im Wasser) und mit einer einfachen CO²-Patrone lässt sich im Heimsiphon Mineralwasser herstellen.

Wenn nun dieses Wasser, dem die gelösten Gase kaum oder gar nicht anzusehen sind, gefroren wird (dies entspricht dem Kristallisationsvorgang beim hart werden des Gusses), werden diese Gase, die in dem neuen Kristallgitter keinen Platz mehr haben, frei.

Da aber die Abkühlung an der Außenhaut zuerst erfolgt, diese dadurch fest und dicht wird, können die gefangenen Gase nicht entweichen, sie bilden kleine Ballons und blähen die Form auf.
Beim Mineralwasser im Eiswürfelfach gehen sie wie Kuchenformen aus Schaum in die Höhe.
Beim Guss pressen sie das Gold an die Außenform, die dadurch hervorragend glatt und glänzend werden kann sowie den Überschuss in den Hauptkanal und Eingusskegel.

Man kann diesen Effekt gut an zwei Dingen erkennen:

    • a) Der Gusskopf ist nicht glatt und eingesunken, sondern hochgewölbt und hat zusätzlich unregelmäßige Buckel auf der Oberfläche.
    • b) Die Gussteile, oder der gesamte Guss hat ein deutlich geringeres spezifisches Gewicht als es einer dichten Legierung entspricht.

Wenn man das Gussbäumchen in Wachs genau wiegt und danach das benötigte Metall mit kleinem Gusskopf berechnet, kann man einen stark porösen Guss am vergrößerten Gusskopf erkennen.

Der vollständig porenfreie Guss

Nehmen wir den Fall an, die flüssige Legierung sei vollständig gasfrei. Nach dem Guss lässt sich solch ein Guss an der deutliche Einsenkung des Gusskopfes erkennen. Hier entsteht nach dem Füllen der Form und dem Beginn der Kristallisation ein starkes Metalldefizit das für unterschiedliche Effekte sorgt:

      • a) Große Lunker an den dicksten Stellen, von denen bei hohen Gießtemperaturen sogar einige bis an die Oberfläche reichen können. Die Schmuckstücke sind dann davon betroffen wenn nicht konsequent die Angüsse an die dicksten Stellen verlegt worden sind und Speiser oder Gusskanäle zu dünn sind.
      • b) Wenn Fließmittel (Zink, Magnesium, AC) fehlen entstehen nadelige Hohlräume zwischen den Kristallen. Beim polieren entsteht immer eine matt-körnige Oberfläche. Echter Hochglanz ist nur schwer herstellbar.
      • c) Bei zu hohen Temperaturen und ausreichend Zusatz an Fließmitteln (insbesondere Aluminium, Magnesium und AC) entstehen an Oberflächen der dickeren Gussteile, die von Speisern unterversorgt sind, halbkugelförmige Einsenkungen. Immerhin sind diese Einsenkungen, die durch Metalldefizit beim Kristallisieren entstehen deutlich weniger tief als Lunker, die bei sonst gleichen Bedingungen ohne Fließmittelzusatz entstanden wären.

Nach kräftigem Abfeilen der Schadstellen ist aber solch ein Guss völlig dicht.

Vermieden können diese Fehler aber durch klugen Aufbau der Bäume sowie passende, sprich niedrige Temperaturen.

Der geringfügig poröse Guss

Erkennbar ist dieser Guss schon am Gusskopf, dessen Oberfläche gerade und plan ist.

Da Legierungen schon beim Schmelzen sehr schnell Gase in sich aufnehmen und meist Gusskanäle zu frischem Gussgold (das allerdings auch unterschiedliche Gasinhalte hat) zusammengeschmolzen wird, haben fast alle Güsse einen geringen Gasinhalt.
Bei günstigen Voraussetzungen kann das freiwerdende Gas gerade das Volumendefizit durch Kristallisation ersetzen.
Wenn jetzt die Küvette nicht zu heiß ist und das Gussgold oder -silber in der Form an der Oberfläche schnell erkaltet und die Gasporen in den Kern des Gussstückes abgibt erhält man für die Praxis recht gute, brauchbare Güsse.
So lange man diese Güsse nicht stark anfeilt treten die Poren auch nicht zutage.

Dies ist der Grund dafür dass, selbst wenn Kanäle zu dünn und falsch plaziert sind, man so häufig mit geringstem Aufwand und zur Not ohne Sachkenntnis gute Güsse produzieren kann.

Trotz des höheren Aufwandes ist aber prinzipiell der vollständig porenfreie Guss anzustreben. Neben der Konstruktion der Bäume, die hier mit gutem Grund einen breiten Raum eingenommen hat muss als nächstes das Problem des Entgasens und Vermeiden von neuerer Gasaufnahme gelöst werden.

2. Gaslösefähigkeit

Gelöst werden in den Schmuckgusslegierungen Kohlendioxyd, Sauerstoff und Stickstoff auf jeden Fall, am stärksten jedoch Wasserstoff. Insofern hat deswegen keinen Sinn Stickstoffschutzgas zu verwenden. Möglicherweise werden schwere Edelgase nicht in so starkem Maße oder gar nicht gelöst. Dafür sprechen positive Erfahrungen von Gießern.

Interessant war festzustellen dass die Fähigkeit Gase zu lösen nicht nur unterschiedlich bei den Aggregatszuständen fest und flüssig ist, sondern auch im flüssigen Zustand, temperaturabhängig ist.

Diese Kurve zeigt zuerst, dass unglücklicherweise im idealen Temperaturbereich des Gießens die höchste und schnellste Gasaufnahme erfolgt. Sie zeigt aber auch zwei Möglichkeiten des Entgasens auf:

Kontrolliertes Abkühlen
wie es in Kapitel 8 beim patentierten Guss für z.B. Turbinenschaufeln beschrieben wird. Hier können alle überschüssigen Gase langsam an die Oberfläche steigen.
Ein solcher Block nimmt bei schnellem neuen Aufschmelzen und zügigem Guss nur wenig neue Gase auf.
Überhitzen des Gusses
für mehrere Minuten so dass die gelösten Gase ausgetrieben werden können.

Zum gießen muss dann die Legierung allerdings erst abgekühlt werden (je schneller desto besser)
Extraktion von gelösten Gasen
Durch chemische Reaktion in der Schmelze mit Chlorgasen ist hochwirksam verändert jedoch auch die Zusammensetzung der Schmelze, da metallische Reaktionspartner des Chlors mit an die Oberfläche getrieben werden.

Kapitel 15

Interpretation der Metalloberfläche

Legierungen, deren Gashaltigkeit und Anteile an Kohäsionslösern man nicht kennt sollte man zuerst gut (heiß) durchschmelzen und sodann in eine Eisenbarrenform gießen. Wenn nach dem Einguss der heiße Tiegel zum Abdecken der Oberfläche auf die Barrenform gelegt wird, kann zum großen Teil der Effekt des Entgasens nach Tabelle S.43, durch das Temperaturgefälle wie in Bild S.28, erzielt werden.

Die Barrenoberfläche kann nun verschiedene Formen annehmen:

Typ 1/Links Hier ist das Metall gasfrei
(wenn auch wahrscheinlich erst durch den Gussvorgang) da es stark eingesunken und die Oberfläche am Rand glatt ist.

Typ 2/Mitte Dieses Metall ist stark aufgebläht
durch erheblichen Gasinhalt. Nicht für den Guss geeignet. Nochmaliges Durchschmelzen mit AC und in den Barren gießen mit Abdecken müßte helfen.

Typ 3/Rechts Eine Mischform
wie sie meist vorkommt. Am Rand, der zu schnell abgeschreckt ist, sind noch Gasporen enthalten, der Kern ist entgast und eingefallen.

Die Oberflächenfarbe
Daneben kann man die Oberflächenfarbe und den Randverlauf zur Analyse verwenden.

Ist die Oberfläche braun bis schwarz,
so sind zu wenig Oydationsschutzmittel enthalten.
Empfehlung:
Zugabe von insgesamt 0,5 -0,6 % AC und oder Zink (nicht schlecht ist für die meisten Güsse halbe/halbe)

Ist die Oberfläche streifig glänzend – matt
aber ansonsten hell, fehlt meist 0,2 % AC

Ist die Oberfläche blank
aber kleinkristallin matt ist dies ein Hinweis auf Zinkinhalt der die Legierung dünnflüssiger macht.
Der Randverlauf gibt ebenfalls wertvolle Hinweise:

Rand 1 Rand 2
Rand 1 zeigt eine hohe Oberflächenspannung
wie sie Goldschmiedelegierungen haben (also nur Gold, Silber und Kupfer). Solche Legierungen können natürlich auch gegossen werden. Sie lassen sich wegen des höheren Schmelzpunktes auch problemloser mit 1-er Lot löten. Auch das spezifische Gewicht ist höher. Allerdings bilden sie größere Kristalle und damit Lunker.

Rand 2 zeigt eine niedrige Oberflächenspannung,
wie sie eine ideale Gusslegierung haben sollte.

Berücksichtigen sollte man bei dieser Randanalyse, dass tendenziell bei hoher Temperatur eingegossen und bei sehr heißen Eisenformen, auch bei sonst gleichen Legierungen der Rand schärfer wird und bei niedrigen Temperaturen runder ausfällt.
Man sollte demgemäss bei in etwa gleichen Bedingungen vergleichen.

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