Heißriss

Ein Heißriss ist ein Bruch, der in einem Metallgussstück während des Durchgangs durch die Fest-Flüssig-Übergangszone entsteht, typischerweise zwischen 1000 und 1400 Grad Celsius je nach Legierung. Der Riss bildet sich, weil das Metall beim Abkühlen schrumpft, aber die Form oder das umliegende erstarrte Metall eine freie Kontraktion verhindert. Dies erzeugt eine Zugspannung, die die Zugfestigkeit des teilweise erstarrten Materials übersteigt, das bei dieser Temperatur schwach ist und sich nicht plastisch verformen kann, ohne zu brechen.

Heißrisse treten am häufigsten in Aluminium-, Magnesium- und Stahlgussteilen auf. Sie verlaufen entlang der Korngrenzen oder durch die Dendritenarme in den zuletzt erstarrenden Bereichen. Die Bruchflächen zeigen oft ein raues, verzweigtes Muster. Bei Sandgussteilen können Heißrisse an der Oberfläche sichtbar sein oder im Inneren liegen und erst beim Bearbeiten oder in der Röntgenprüfung erkannt werden. Der Fehler unterscheidet sich vom Kälteriss, der auftritt, nachdem das Gussteil auf nahezu Raumtemperatur abgekühlt ist.

Heißrissbildung wird von drei zusammenwirkenden Faktoren bestimmt: dem Wärmeausdehnungskoeffizient der Legierung, dem Grad, in dem die Form oder das umliegende Metall die Schrumpfung behindert, sowie der Festigkeit und Duktilität des halbfesten Materials. Legierungen mit großem Erstarrungsintervall, wie Aluminium-Kupfer- oder Aluminium-Silizium-Kupfer-Systeme, neigen stärker zu Heißrissen als solche, die schnell über ein enges Intervall erstarren. Bestimmte Elemente wie Schwefel, Phosphor und Eisen erhöhen die Anfälligkeit in Stählen und Aluminium-Legierungen.

Die Vermeidung beruht auf Formgestaltung und Prozesssteuerung. Eine reduzierte Formsteifigkeit erlaubt eine moderate Schrumpfungsbewegung. Sich verjüngende oder gestufte Querschnitte verringern Spannungskonzentrationen. Das Entfernen von heißen Stellen durch Abschrecken und sorgfältige Angussverwaltung lenkt die Erstarrung so, dass sie von dünnen zu dicken Abschnitten voranschreitet und das festeste Metall die finalen Kontraktionsspannungen aufnehmen muss. Anpassungen der Legierungszusammensetzung wie Kornverfeinerung oder verringerte Verunreinigungsgehalte verbessern die Duktilität im halbfesten Zustand. Das Vorwärmen der Form reduziert Temperaturgradienten und Wärmeschock.

Der Begriff ist wörtlich und aussagekräftig: der Riss tritt auf, während das Metall heiß ist, während des Übergangs von flüssig zu fest. Er unterscheidet sich von anderen Gussfehlern wie Schwindungslunker, Porenbildung und Segregation, von denen jeder unterschiedliche Abhilfemaßnahmen erfordert. Heißrisse sind seit den frühesten Zeiten der Metallgussherstellung ein Problem der Gießereien und bleiben ein hartnäckiges Qualitätsproblem bei komplexen, dickwandigen oder stark behinderten Gussteilen.