In der Metallverarbeitung spielt das Verständnis der verschiedenen Fertigungsverfahren eine zentrale Rolle, um die Qualität und die Eigenschaften eines Werkstücks richtig einzuschätzen. Gerade für Anfänger in der Branche, insbesondere im Bereich der Zerspanung, ist es essenziell, die verschiedenen Rohmaterialformen nicht nur optisch zu unterscheiden, sondern auch zu wissen, welche Herstellungsprozesse dahinterstehen. Dies ist entscheidend, um spätere Bearbeitungsschritte optimal durchzuführen und Fehler oder Schwächen im Material zu vermeiden. Die wichtigsten Verfahren bei der Herstellung von Metallteilen sind Schmieden, Gießen und Pulvermetallurgie. Doch wie lassen sich diese Verfahren anhand äußerer Merkmale und der inneren Metallstruktur voneinander abgrenzen? Welchen Einfluss hat das Herstellungsverfahren auf die Eigenschaften und die Bearbeitbarkeit des Werkstücks? Diese und weitere Fragen sollen im Folgenden umfassend beleuchtet werden.
Das Schmieden als eines der ältesten und gleichzeitig wichtigsten Umformverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Metall durch Druck und Schlag verformt wird. Hierdurch entstehen dichte, homogene Werkstücke mit anisotropen, also richtungsabhängigen Eigenschaften. Es gibt verschiedene Schmiedeverfahren, etwa das Freiformschmieden beziehungsweise das Gesenkschmieden. Beim Freiformschmieden sind häufig charakteristische Werkzeugmarken sichtbar, die durch den wiederholten Hammerschlag entstehen. Die Oberflächen weisen dabei mehrere flache Eindrücke auf, die den Verlauf des Umformprozesses widerspiegeln.
Im Gegensatz dazu glänzt das Gesenkschmieden durch eine glattere und einheitlichere Oberfläche, die aus der Form der Dauersenkengesenke resultiert. Typisch für Schmiedeteile sind außerdem sogenannte Teilungslinien an den Stellen, an denen die Gesenkhälften aufeinander treffen. Zudem fällt beim Gesenkschmieden auf, dass die Formseitenwände eine gewisse Neigung, der sogenannte Ziehgrad, aufweisen. Diese Schräge erleichtert das Herauslösen des Werkstücks aus der Form. Besonders bei schweren Legierungen sind größere Radien an den Ecken und mehr Ziehgrad erforderlich, um die Beanspruchung in der Form zu minimieren.
Die Endbearbeitung umfasst meist das Abtrennen von überschüssigem Material entlang der Teilungslinie, auch als Ausklinken oder Besäumschneiden bezeichnet. Im Gegensatz zum Schmieden entstehen beim Gießen Werkstücke aus flüssigem Metall, das in Formen gegossen und anschließend erstarrt wird. Die Formen werden häufig aus Sand oder Metall gefertigt und können aus mehreren Teilen bestehen. Dadurch sind Gussstücke oft an ihren Teilungslinien erkennbar, an denen sich überschüssiges Metall als Grat absetzt. Das Entfernen dieser Grate erfolgt meist durch Schleifen oder Polieren, was das Erscheinungsbild von Schmiedeteilen unterscheidet und mit etwas Erfahrung gut zu erkennen ist.
Verschiedene Gießverfahren hinterlassen unterschiedliche Spuren: Beim Sandguss sind offensichtlich die Teilungslinien und charakteristischen Oberflächenrauigkeiten zu sehen. Beim Feinguss, auch Präzisionsguss genannt, treten dagegen keine Teilungslinien auf, dafür jedoch sogenannte Gussansätze wie Steig- und Speiseransätze, die genutzt werden, um den Gussfluss zu steuern und Gase entweichen zu lassen. Diese müssen nach dem Erstarren entfernt werden, typischerweise durch Sägen und Schleifen. Dauerformen und Druckgussverfahren ändern das Erscheinungsbild erneut. Beim Druckguss wird das flüssige Metall unter hohem Druck in die Form gepresst, was zu einer sehr hohen Maßhaltigkeit und Oberflächengüte führt.
Jedoch entstehen auch hier Grate an den Teilungslinien, die in speziellen Trimmvorgängen entfernt werden. Eine besondere Herausforderung bei Gussstücken stellen innerliegende Lunker oder Porositäten dar, die durch den Erstarrungsprozess oder unzureichendes Entgasen entstehen. Diese Mikromängel verringern die Festigkeit und die Dauerfestigkeit des Bauteils erheblich. Die Pulvermetallurgie bietet eine ganz andere Herangehensweise. Hier wird Metallpulver in Formen gepresst und unter Hitze gesintert, wodurch das Pulvermaterial zu einem festen Stück verschmolzen wird.
Die Herstellungsmethoden sind vielfältig: Pressen und Sintern, Metal Injection Molding (MIM) sowie additive Verfahren wie das pulverbettbasierte Laserschmelzen. Typisch für gesinterte Teile ist das Fehlen von Teilungslinien und oft eine gleichmäßige Oberflächenstruktur ohne Dickenänderungen, da das Pressen mechanische Beschränkungen mit sich bringt. Die Komplexität der Form ist bei einfachen Pressmethoden geringer als beim MIM. Letzteres kann sehr filigrane, komplexe Formen mit hoher Präzision erzeugen. Additive Fertigung (3D-Druck) addiert Schicht für Schicht Metallpulver, dass mittels Laser verschmolzen wird – dies geschieht ohne klassische Formteile, wodurch typische Spuren von Gusseinsätzen entfallen.
Stattdessen weisen die Oberflächen eine besondere Schichtstruktur auf, erkennbar an ihrem rauen, leicht ungleichmäßigen Finish, das durch Prozessgeschwindigkeit und -parameter beeinflusst wird. Auch hier müssen Stützstrukturen nachbearbeitet werden. Die metallurgischen Unterschiede zwischen Schmieden, Gießen und Pulvermetallurgie sind besonders wichtig zur Beurteilung der mechanischen Eigenschaften. Schmiedeprodukte weisen oft durch die Verformung eine Richtungsschmiedung und damit anisotrope Eigenschaften auf. Das bedeutet, dass Festigkeit und Zähigkeit entlang bestimmter Richtungen im Werkstück verbessert sind – ideal für Bauteile, die hohen dynamischen Belastungen und Ermüdung ausgesetzt sind.
Guss- und Pulvermetallprodukte sind in der Regel isotrop, also im Material überall gleich aufgebaut. Die Erstarrung und thermischen Prozesse verursachen hierbei manchmal Mikrofehler wie Lunker oder Porositäten, die die mechanische Festigkeit begrenzen. Dies führt oft dazu, dass Guss- und Pulverteile im Vergleich deutlich größere Masse oder dickere Querschnitte benötigen, um dieselbe Tragfähigkeit wie Schmiedestücke zu erreichen. Die Wahl des richtigen Rohmaterials ist somit auch eine Entscheidung über Gewicht, Leistung und Bearbeitbarkeit. Beim Fräsen, Drehen oder Schleifen spielen diese Eigenschaften eine große Rolle.
Schmiedeteile lassen sich oft besser und konstanter bearbeiten, da sie metallurgisch massiv und homogen sind. Guss- und Pulverteile können aufgrund innerer Defekte oder ungleichmäßiger Dichte Probleme beim Zerspanen bereiten, die Werkzeugverschleiß verursachen oder schlechte Oberflächenqualität erzeugen. Darüber hinaus wirken sich diese Unterschiede auch auf die nachgelagerten Veredelungsprozesse aus: Beschichten, Anodisieren oder Wärmebehandeln laufen bei reineren, dichten Materialien gleichmäßiger und vorhersehbarer ab. Die visuelle Erkennung der Herstellungsart eines Werkstücks ist eine wertvolle Fähigkeit, die nicht nur Qualitätssicherung erleichtert, sondern auch Aufschluss über mögliche Schwächen gibt. Diese Erkenntnisse helfen Fertigungsbetrieben, Ausschuss zu reduzieren, Bearbeitungsparameter zu optimieren und die Lebensdauer von Bauteilen zu erhöhen.
