Schmelzen der Legierung: EM-Legierungen werden beim Schleuderguß meist mit der Flamme geschmolzen. Das ist zweifellos eine schnelle und billige Methode, die aber die Qualität der Güsse gefährdet. Denn die Flammentemperatur der Propan-Sauerstoff-Flamme liegt um bis zu 1.000°C über dem Schmelzpunkt der Legierung, und je größer die Temperaturdifferenz ist, um so größer ist die Gefahr der Überhitzung. Die Güsse sind dann oft von Poren und Lunkern durchsetzt.
Vermeiden kann man dieses Risiko durch das Schmelzen in Widerstandsöfen. Die Maximaltemperatur liegt mit ca. 1.450°C bei PtRh-Heizung oder 1.600°C mit Keramikheizung nur wenige 100°C über der Liquidustemperatur der Legierung. So wird die Legierung schonend aufgeschmolzen.
Kupfer, Zinn und andere NE-Komponenten bilden störende Oxidschichten beim Schmelzen mit der Flamme. Dies wird vermieden beim Schmelzen unter Vakuum oder Schutzgas. Ideal ist ein Kohletiegel aus hochreinem Grafit. Bei 1.000°C ist der Kohletiegel zu 90% mit CO gefüllt. Da CO schwerer ist als Luft, bleibt die Schmelze im senkrecht stehenden Tiegel immer vor Oxidation geschützt.

Vakuum
Beim Gießen mit der Schleuder muß die Schmelze die Luft aus der Gießform verdrängen. Da moderne Einbettmassen wenig porös sind, benötigt man für den Zentrifugalguß Luftabzugskanäle. Für den Vakuum-Druckguß sind sie nicht erforderlich. Wird die vorgewärmte Gußmuffel direkt über den Tiegelofen mit dem Grafittiegel gesetzt, werden gleichzeitig die Gußmuffel und der Schmelztiegel evakuiert. Entscheidend ist, daß mit einer starken Vakuumpumpe in wenigen Sekunden ein Unterdruck von min. 0,1 bar (99%) aufgebaut wird. Je besser das Vakuum, um so wirksamer wird die Schmelze entgast.

Gießen
Zum Gießen schwenkt man den Gießbehälter von Hand oder mit einem Motor um 180°. Die Schmelze läuft ohne zusätzliche Beschleunigung in die evakuierte Muffel. Während beim Schleuderguß die Schmelze turbulent in den Gußkanal und die Gußobjekte schießt, fließt sie im Vakuum-Druckguß langsam und linear ohne Turbulenzen in die Hohlform ohne Partikel der Einbettmasse mitzureißen.

Druck
Schmelzen von Edelmetall- und NEM-Legierungen haben eine hohe Oberflächenspannung. Deshalb fließen dünnwandige Kronenränder oder komplexe Gußobjekte im Vakuum nicht von allein aus. Zur Überwindung der Oberflächenspannung wird der Gußbehälter sehr schnell mit Preßluft oder Schutzgas von min. 3 bar geflutet; so wird die Schmelze in die feinsten Hohlräume gedrückt und erstarrt unter dem Druck in 30 - 45 Sek. Der Luftdruck wirkt von allen Seiten gleich stark auf die Gußmuffel, die daher nicht zerplatzen kann. Beim Schleuderguß hingegen wirkt der Druck nur von einer Richtung auf die Muffel, weshalb dort zusätzlich ein Metallring zum Stabilisieren der Einbettmasse erforderlich ist.

Man spart Legierung
Ein wesentlicher Vorteil der Vakuum-Druckguß-Technik im Vergleich zum Schleuderguß ist die Legierungsersparnis. Luftabzugskanäle und Gußkegel sind nicht nötig. Die Legierungsmenge berechnet sich einfach: „Gewicht des Wachsmodells x spezifisches Gewicht der Legierung“. So wird der Anteil wiedervergossener Legierungsreste deutlich reduziert.
Probleme können  auftreten, wenn folgende Punkte nicht beachtet werden:

• –     Die Dimensionierung der Guß-                kanäle und Ansatzstellen sowie die Vor-            wärmetemperatur müssen der Legie-            rung entsprechen.
• –     Die Schmelze muß die richtige Visko-            sität oder Dünnflüssigkeit auf-                weisen. Sie ist durch Schwenken bei ma            nuellen Geräten gut kontrollierbar. Alter            native sind die Vibration des Tiegelofens         (Pre-stomat compact) oder die Kontrolle         der Schmelztemperatur mit einer             IR-Sonde, besonders  bei Hoch-            frequenzgeräten.
• –     Das möglichst schnelle Evakuieren             erfordert eine starke Vakuum-                Pumpe. Am besten ist sie im Gerät             integriert. Lange Leitungswege und             dünne Querschnitte erfordern oft             viel zu lange Pumpzeiten.
• –     Damit die Schmelze noch vor dem             Erstarren in die Kronenränder ge-            drückt werden kann, muß der                 Druck von min. 3 bar so schnell wie             möglich aufgebaut werden. Viele             Gußfehler sind darauf zurückzu-            führen, daß die Kompressoren zu             weit vom Gießgerät entfernt stehen             und die Leitungen zu dünn sind. So             baut sich der Druck zu langsam auf.

NEM- und Ti-Legierungen
NEM-Legierungen werden am besten mit HF-Öfen geschmolzen. Sie sind in Vakuum-Druckguß-Geräte integrierbar, erfordern aber einen größeren Gießbehälter. Für Titan und Titanlegierungen sind die technischen Anforderungen höher als für EM- und NEM-Legierungen. Titan ist extrem sauerstoff- bzw. oxidationsempfindlich. Je höher der Ti-Grad (1 – 4) und die mechanische Festigkeit sind, umso größer das Fehlgußrisiko. Je höher das Vakuum (möglichst Hochvakuum) und der Druck des Argon-Schutzgases ist, umso dünner ist die zu entfernende alpha-case Oberfläche. Für Titan hat sich das Lichtbogen-Schmelzen unter Argonatmosphäre in verschiedenen Geräten bewährt. Sie arbeiten vollautomatisch, um den präzisen Guß zu garantieren.

Qualitätssicherung:
Die Reproduzierbarkeit der Güsse erfordert die Automatisierung des gesamten Gußprozesses mit festgelegten Temperaturgradienten, Gießtemperatur, Gußverzugs- und Erstarrungszeit. Dies bieten heute die meisten Geräte. Die Soll- und Ist-Temperatur der Schmelze sollte digital einstellbar und ablesbar sein. Die Anzeige des aktuellen Gießablaufs mit einer Temperatur-Zeit-Kurve auf einem Display ist optimal für den Zahntechniker. Ideal sind auch festgelegte Steuerungsprogramme für jede Legierung.
Zur Dokumentation des Gießablaufs bieten einige Hersteller externe Drucker oder PC-Schnittstellen für die Aufzeichnung der Temperatur-Zeit-Funktion an. Damit werden Legierungs-Typ, -Charge, -Menge, Datum, Ablauf und der Mitarbeiter dokumentiert.

Autor
Dr. Gerd Henning
Unterer Lichsenweg 13, 79541 Lörrach
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