Strahlmittel aus Nicht-Eisen-Metallen

Strahlmittel aus Nicht-Eisen-Metallen

Aluminiumschrot (Granal), Bronzeschrot sowie Drahtschnitt aus Nicht-Eisen-Metallen

In Metallgiessereien und Armaturenfabriken werden die aus Buntmetall hergestellten Artikel vorzugsweise in mit Schleuderrä­dern ausgerüsteten Strahlmaschinen gereinigt und entsandet, da es sich bei den kleinen und mittleren Grössen um Werkstücke han­delt, die zumeist in grösseren Serien hergestellt werden. Als Strahlmittel findet vorwiegend kugeliges Stahlschrot Verwendung. Die Gefahr der Verunreinigung der Werkstückoberflächen durch haftenbleibenden Eisenstaub spielt hier keine so grosse Rolle und wird in Kauf genommen, denn die Werkstücke durchlaufen nach dem Strahlen noch zahlreiche weitere Verarbeitungsstufen. An­derseits handelt es sich auch um eine Mischproduktion in dem in der gleichen Maschine Werkstücke aus verschiedenen Metallen (Messing, Bronze, Rotguss usw.) gestrahlt werden müssen. In die­sem Industriezweig werden hingegen gewöhnlich grössere Stücke in Freistrahlanlagen unter Verwendung von Elektrokorund gestrahlt.

Gänzlich anders liegen die Verhältnisse beim Strahlen von Werk­stücken aus Aluminium, sei es nun, dass es sich um in Sandformen oder in Kokillen vergossene Aluminiumgusstücke oder um Walz­erzeugnisse handelt. Jede Verunreinigung der Werkstückoberflä­che durch eisenhaltige Staubteilchen führt zu Flugrostbildung und hässlichen, die Gegenstände stark verunzierenden Rostflecken. Für das Strahlen von Gegenständen aus Aluminium oder aus Alu­miniumlegierungen müssen deshalb je nach der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit entweder Elektrokorund oder aber metallische Strahlmittel die vollständig eisenfrei sind verwendet werden. Dies gilt nicht nur für Aluminiumguss, sondern auch für Werkstücke jeder Art wie zum Beispiel Presslinge, bearbeitete Gegenstände aus Aluminium usw.

Bleiben eisenhaltige Strahlmittelreste an der Oberfläche von Alu­miniumwerkstücken haften oder dringen solche Reste gar an ver­letzten Stellen in die Gusshaut ein, so besteht ausserdem noch die zusätzliche Gefahr der Entstehung von Lochfrass. Diese Gefahr ist besonders ausgeprägt, wenn es sich um Gussstücke aus magnesi­umhaltigen Legierungen handelt. Bei Lagerung im Freien können solche eisenhaltigen Strahlmittelreste in verhältnismässig kurzer Zeit an Gussstücken mit hohem Magnesiumgehalt Lochfrass bis zu Faustgrösse verursachen.

Auch beim Strahlen von Werkstücken aus Buntmetall, bei denen höhere bis hohe Anforderungen an die Qualität der Oberfläche ge­stellt werden, müssen ebenfalls eisenfreie Strahlmittel verwendet werden. Dies trifft ganz besonders für Walzwerkprodukte wie zum Beispiel Bleche, Brammen, Knüppel, Stangenmaterial aus den ver­schiedenen Buntmetallen wie Messing, Kupfer, Bronze usw. zu. Da auf diesem Anwendungsgebiet zumeist mit Schleuderrädern aus­gerüstete Strahlmaschinen benötigt werden, so sind für diese Zwecke Strahlmittel erforderlich, die aus Nicht-Eisen-Metallen hergestellt sind. Für Bedarfsfälle dieser Art stehen heute folgende Qualitäten auf dem Markt zur Verfügung:

1. Aus der flüssigen Phase hergestelltes Aluminiumgranulat, das unter dem Markennamen «Granal» verkauft wird.
2. Aus der flüssigen Phase hergestelltes Bronzeschrot.
3. Drahtkorn, geschnitten aus den verschiedensten nichteisenhaltigen Legierungen wie Aluminium-, Messing-, Kupferdraht, usw. Alle diese Strahlmittelsorten sind verglichen mit Strahlmitteln auf Stahlbasis verhältnismässig teuer. Der Kilopreis beträgt ein Viel­faches. In der Praxis stellt sich in vielen Fällen die Frage der Wirt­schaftlichkeit. Die Verwendung dieser metallischen aus Nicht­-Eisen-Legierungen hergestellten Strahlmittel ist deshalb verhält­nismässig beschränkt.

Es sei auch noch erwähnt, dass für diese Zwecke in gewissen Fällen Glasperlen als Strahlmittel Verwendung finden. Dies ist vor allem dort der Fall, wo es sich um Fein- oder um Feinstbehandlung der Oberflächen handelt. In diesem Zusammenhang sei auf den diesem Strahlmittel gewidmeten, separaten Abschnitt weiter unten ver­wiesen.

In verschiedenen Ländern bestehen heute zum Teil ausführliche Normen über Strahlmittel, deren Körnung, Qualitäten usw. Diese Normen betreffen jedoch ausschliesslich Strahlmittel auf Stahl-und Eisenbasis, die aus der flüssigen Phase hergestellt werden, so­wie für Stahldrahtschnitt. Auf dem Gebiet der Strahlmittel aus Nicht-Eisen-Metallen bestehen hingegen bis heute keinerlei Nor­men.


Aluminiumschrot

Bei diesem Strahlmittel handelt es sich um ein nach dem klassi­schen Verfahren durch Zerstäubung aus der flüssigen Phase herge­stelltes Aluminiumgranulat. Im Neuzustand weist das ungebrauch­te Korn unregelmässige, von der Kugelform abweichende, längli­che oder Rugby-Ball ähnliche Formen auf (vergleiche Bild 1. Im Gegensatz zum Stahlschrot weist das fabrikneue Aluminium­schrotkorn keine glatte, sondern eine unebene, leicht gewellte Oberfläche auf. Im Strahlbetrieb tritt jedoch schon nach kurzer Zeit eine wesentliche Verfestigung der Kornstruktur auf und das Aluminiumschrot nimmt Kugelform an.

Bild 1: Aluminiumschrot Marke «Granat» im Neuzustand (ungebraucht), Fabrikat Eisenwerk Würth GmbH, Bad Friedrichshall BRD. Vergrösserung 4fach. Obere Reihe Bild links: Werkbezeichnung S 20, Korngrösse 0,2 bis 0,4 mm Bild rechts: Werkbezeichnung S 40, Korngrösse 0,4 bis 0,8 mmUntere Reihe Bild links: Werkbezeichnung S 80, Korngrösse 0,8 bis 1,2 mm Bild rechts: Werkbezeichnung S 120, Korngrösse 1,2 mm bis 1,8 mm. Werkfotos: Eisenwerk Würth GmbH, Bad Friedrichshall BRD.

Aluminiumschrot wird sowohl in Europa wie in Amerika unter der auf den Namen der Firma Georg Fischer AG, Schaffhausen, einge­tragenen Warenmarke «Granal» vertrieben, jedoch für Europa von dem Eisenwerk Würth GmbH in Bad Friedrichshall BRD hergestellt. In den USA hingegen wird dieses Aluminiumstrahlmit­tel von der Wheelabrator Corporation in Mishawaka Ind. herge­stellt.

Das spezifische Gewicht beträgt ca. 2,56-2,6 kg/dm3. Das Betriebs­verhalten von Aluminiumschrot wird einerseits durch die duktile Natur des Aluminiummetalls bestimmt, anderseits aber auch durch das geringe spezifische Gewicht. Die Massenwirkung beträgt nur knapp ein Drittel gegenüber Strahlmitteln auf Stahlbasis. Wegen der Duktibilität des Aluminiums werden die Stossbeanspruchun­gen beim Aufprall durch örtliche Deformationen aufgenommen und es dauert lange bis ein Zerfall des Strahlmittelkorns durch Ermü­dungsbruch eintritt. Beim Aluminiumschrot spielt die Abnützung durch Abrieb eine grössere Rolle als bei Strahlmitteln auf Stahlba­sis. Diese Faktoren ergeben eine lange Standzeit des Aluminium­schrots sowohl bei Verwendung in mit Schleuderrädern ausgerü­steten Maschinen, wie in nach dem Druckluftsystem arbeitenden Strahlanlagen. Der spezifische Strahlmittelverbrauch ist dann auch entsprechend niedrig.

Die oben angegebenen spezifischen Verbrauchswerte verstehen sich pro Stunde effektiver Strahlzeit und pro PS installierter Schleuderradleistung. Zum Vergleich sei erwähnt, dass in Eisen­giessereien bei Verwendung von Stahlschrot oder Drahtschnitt in ähnlichen Maschinen mit Verbrauchswerten von etwa 80 bis 180 gr pro PS installierter PS-Schleuderradleistung und pro Stunde ef­fektiver Strahlzeit gerechnet wird. Berücksichtigt man den Unter­schied im spezifischen Gewicht der beiden Strahlmittel, so sind die angeführten Verbrauchswerte durchaus miteinander vergleich­bar.

Wegen seiner langen Standzeit und der günstigen Verbrauchszah­len kann das Aluminiumschrot als ein wirtschaftliches Strahlmittel angesprochen werden, trotz seines im Verhältnis hohen Kiloprei­ses. Dies gilt auch für die Verwendung in nach dem Druckluftsys­tem arbeitenden Strahlanlagen und im Vergleich zu Elektroko­rund.

Die Oberflächen von Gegenständen aus Aluminium die mit «Gra­nal» gestrahlt worden sind, zeigen ein gleichmässig satiniertes, leicht mattes Aussehen, das sich jedoch was Farbe und Struktur anbelangt, wesentlich von dem unterscheidet, das sich bei Verwendung von Elektrokorund oder von Aluminiumdrahtschnitt er­gibt. Bild 2 zeigt auf der linken Seite einen aus Aluminium gegos­senen Gehäusedeckel zu einem Motorradmotor im Rohzustand. Der Angussbutzen ist unten noch sichtbar. Rechts daneben ist der mit Aluminiumschrot «Granal» sauber gestrahlte Deckel zu sehen, der eine schön satinierte, gleichmässig matte Oberfläche aufweist. Bild 3 A und B zeigen ein weiteres Beispiel aus der Leichtme­tallgiesserei.

Bild 2: Aussehen eines in Spritzgusstechnik aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Werkstückes vor und nach dem Strahlen mit Aluminiumschrot «Granal». Linke Bildseite: Deckel zum Steuergehäuse eines Motorradantriebsmotors in ungestrahltem Zustand, unten ist noch der Angussbutzen zu sehen. Die vom Pressgussverfahren herrührenden Fliessfiguren sind sehr ausgeprägt und gut zu sehen. Rechte Bildseite: Der Deckel des Steuergehäuses nach dem Strahlen unter Verwendung von Aluminiumschrot «Granal» und dem Entfernen des Angussbutzens. Die Fliessfiguren sind vollständig verschwunden. Die Oberfläche zeigt ein gleichmässig satiniertes, mattes Aussehen. Werkfoto: Eisenwerk Würth GmbH, Bad Friedrichshall BRD.

Die Anwendung von Aluminiumschrot beschränkt sich jedoch nicht auf die Leichtmetallgiesserei, auch für das Strahlen von Walzwerkprodukten, und auf die Oberflächenvorbereitung von Gegenständen aus Aluminium und seinen Legierungen wird es mit Vorteil verwendet.

Bild 3 A Verripptes Gehäuse aus Aluminiumguss für das Schalt¬getriebe eines Personenkraftfahrzeuges vor dem Strahlen. Die von der Strahlung herrührenden Brandrisse sind im Bild gut sichtbar. Werkfoto: Eisenwerk Würth GmbH. Bad Friedrichshall BRDBild 3 B Verripptes Gehäuse aus Aluminiumguss für das Schalt¬getriebe eines PKW nach dem Strahlen mit Aluminium-Schrot «GRANAL». Die in Abb. 67A gut sichtbaren Brandrisse sind nicht mehr zu sehen. Das Stück zeigt ein sauberes, gleichmässig mattes Aussehen. Werkfoto: Eisenwerk Würth GmbH. Bad Friedrichshall BRD.

Bronzeschrot

Das spezifische Gewicht von Bronze hängt von Zinngehalt der Legierung ab und beträgt etwa 7,4 bis 8,9 kg/dm3 bei einem Zinn?

gehalt von 7,9 bis 1490. Es ist somit nur wenig höher als das etwa 7,3 -kg/dm3 betragende spezifische Gewicht von Stahlschrot. In den Vereinigten Staaten von Amerika wird Bronzeschrot durch die Firma «Mitchell Smelting and Refining Co» in Portland Connecti­cut USA hergestellt. Die Zähigkeit von Bronzeschrot ist höher als die von Stahlschrot. Es dauert wesentlich länger bis das Bronze­korn durch Ermüdungsbruch zerfällt, so dass sich für Bronzeschrot wesentlich bessere Standzeiten im Betrieb ergeben.

Die Verwendung von Bronzeschrot wird vor allem für die Behand­lung von Gussstücken aus Buntmetall empfohlen, speziell wenn hohe Ansprüche an die Qualität der gestrahlten Oberfläche ge­stellt werden. Dies wird mit dem Umstand begründet, dass bei Be­nützung von Strahlmitteln auf Stahlbasis immer auf den gestrahl­ten Flächen eisenhaltige Staubreste haften bleiben. In noch viel höherem Masse trifft dies für Hartgussschrot und Hartgusskies Lu. auch wenn es sich um thermisch nachbehandelte Qualitäten han­delt. Zudem besteht stets die Gefahr, dass Stahl- oder Eisenpartikel in die Oberfläche der Werkstücke eindringen können, denn es handelt sich ja zum Teil um verhältnismässig weiche Metallegie­rungen.

Es ist immer von Vorteil ein Strahlmittel zu verwenden, das aus dem gleichen Metall hergestellt ist, aus dem das zu behandelnde Werkstück besteht. Nicht nur ergibt sich eine wesentlich bessere und saubere Oberfläche, auch der erzielte Finisch ist von höherer Qualität. Dies trifft sowohl für Bronzeschrot zu, wie für die Be­handlung von Werkstücken aus nichtrostendem Stahl mittels Inox­Schrot oder Inox-Drahtschnitt als auch für das Strahlen von Ge­genständen aus Kupfer mit Hilfe von Kupferschrot oder Kupfer­drahtschnitt. Es darf aber nicht übersehen werden, dass die Strahlan­lagen selber zum grössten Teil aus Eisenblech und aus Stahlkon­struktionsteilen bestehen. Die Gefahr der Verunreinigung des Strahlmittels durch die sich beim Abrieb bildenden eisenhaltigen Staubteilchen ist somit immer vorhanden. Um diese Erscheinung nach Möglichkeit gering zu halten, sollten die Anlageteile die mit dem Strahlmittel in Berührung kommen, soweit durchführbar mit­tels Schutzauskleidungen aus Gummi abgedeckt werden. Es sei in diesem Zusammenhang auch auf die Ausführungen im Abschnitt 2.5.6 über Inox-Strahlmittel verwiesen, bei deren Verwendung für das Strahlen von Werkstücken aus nichtrostendem Stahl ähnliche Verhältnisse vorliegen.

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass Bronzeschrot auch in der Silberwarenindustrie und bei der Herstellung von Me­daillen als Strahlmittel Verwendung findet, wobei zumeist nach dem Druckluftsaugsystem arbeitende Handapparate benützt wer­den. Beim Strahlen von Gegenständen aus reinem Silber lassen sich spezielle Effekte und besonders schöne Mattierungen erzielen.


Drahtschnitt aus Nicht-Eisen-Metallen

Es liegt in der Natur des Herstellungsverfahrens von Stahldrahtschnitt dass mit den gleichen maschinellen Einrichtungen auch jene anderen Metalle und Legierungen verar­beitet werden können, die in Drahtform gezogen als Rohmaterial zur Verfügung stehen. Diese Sorten werden jedoch von den Wer­ken im allgemeinen nicht wie Stahldrahtschnitt vorratsmässig fa­briziert und ab Lager geliefert, sondern nur auf besondere Bestel­lung hin und gemäss genauen Spezifikationen der Kunden herge­stellt.

Vor allem werden verwendet:

•     Aluminiumdrahtschnitt
•     Bronzedrahtschnitt
•     Messingdrahtschnitt
•     Kupferdrahtschnitt
•     Zinkdrahtschnitt

Ein Bedürfnis nach diesen Spezialstahlmitteln besteht vor allem dort, wo es sich darum handelt, Werkstücke mit einem Medium zu behandeln das aus dem gleichen Metall besteht, um möglichst jede Verunreinigung und das Eindringen von eisenhaltigen Partikeln in die Oberfläche zu vermeiden.

Ebenso wie das aus der flüssigen Phase hergestellte unter dem Markennamen «Granal» bekannte Aluminiumschrot, wird Alumi­niumdrahtschnitt für die Behandlung von Werkstücken aus Alumi­nium und Aluminiumlegierungen verwendet. Das aus dem gezoge­nen Draht hergestellte Aluminiumdrahtkorn weist dementspre­chend eine wesentlich kompaktere, und durch den Ziehprozess bedingte gereckte Materialstruktur auf. Demzufolge ist auch die Härte grösser als die von Aluminiumgranulat. Diese Faktoren be­einflussen auch das Betriebsverhalten. Beim Aufprallen wird ein grösserer Anteil der kinetischen Energie des Stosses vom Korn selber aufgenommen als dies beim weicheren Aluminiumschrot der Fall ist und der Zerfall durch Ermüdungsbruch tritt dement­sprechend rascher ein. Im Betrieb ergeben sich etwas geringere Standzeiten. Auch die gestrahlte Werkstückoberfläche zeigt ein etwas anderes Aussehen als bei Verwendung von Aluminium­schrot.


Drahtschnitt aus Buntmetall

Auch in den Buntmetall verarbeitenden Giessereien, Metall- und Walzwerken liegen ähnliche Verhältnisse vor, wie beim Strahlen von Aluminium oder von Werkstücken aus nichtrostendem Stahl. Überall dort wo hohe Anforderungen an die Reinheit und Qualität der gestrahlten Oberflächen gestellt werden, bietet die Verwen­dung eines Strahlmittels Vorteile das aus dem gleichen Metall her­gestellt ist wie das zu behandelnde Werkstück. In den Buntmetall verarbeitenden Industrien handelt es sich jedoch zumeist um eine Mischproduktion. Sollen jedoch in ein und derselben Anlage Werkstücke aus verschiedenen Metallen gleichzeitig gestrahlt werden (z. B. sowohl Stücke aus Kupfer wie aus Messing und Bron­ze) so wird zumeist Stahlschrot verwendet. Nur dort wo in einer Strahlanlage ständig Werkstücke aus ein und demselben Metall behandelt werden sollen, ist die Verwendung eines Spezialstrahl-mittels aus dem gleichen Metall sinnvoll. Dies setzt jedoch eine genügend grosse Produktion gleichartiger Stücke voraus. Solche Verhältnisse liegen vielfach in Metallwalzwerken zum Beispiel beim Strahlen von Messingblechen und in ähnlichen Fällen vor.


Zinkdrahtschnitt und Zinkgranulat

Vor einigen Jahren sind Berichte bekannt geworden über ein Ver­fahren zum Aufbringen einer Korrosionsschutzschicht aus Zink durch Strahlen von Eisenkonstruktionsteilen, Blechen usw. mit einer Mischung aus Stahlstrahlmittel und Zinkgranulat oder Zink­drahtschnitt. Es war die Absicht in einem Arbeitsgang die Stahl­oberfläche durch das Strahlmittel zu entzundern und gleichzeitig eine Zinkschicht als Korrosionsschutz auf die gereinigte und ent­zunderte Oberfläche aufzutragen. Die erzielten Ergebnisse waren jedoch nicht befriedigend. Voraussetzung einer guten Haftfähig­keit der Schutzschicht ist eine bereits vorher einwandfrei entzun­derte, reine Oberfläche. Die Versuche wurden deshalb in indu­striellem Massstab aber als Zweikomponentenverfahren wieder­holt, wobei zunächst in einer ersten Maschineneinheit die Oberflä­chen mit gewöhnlichen Stahlstrahlmitteln entzundert und gerei­nigt wurden. Sodann wurden die Eisenkonstruktionen in einer zweiten Maschineneinheit unter Verwendung von Zinkgranulat oder Zinkdrahtschnitt in einem zweiten Arbeitsgang gestrahlt, damit sich auf der Stahloberfläche eine Zinkschutzschicht bildet. Das Verfahren hat sich jedoch nirgends durchsetzen können, vor allem wohl aus wirtschaftlichen Gründen und in Konkurrenz mit der bekannten und bewährten Feuerverzinkung im Bade und des Zinkauftrages mit der Schoopschen Spritzpistole. Industrielle An­wendungen in der Praxis sind nicht bekannt geworden.


Quelle: Dipl.-Ing. ETH I. Horowitz: Oberflächenbehandlung mittels Strahlmitteln