„Gerichtete Erstarrung“ ist ein Begriff aus dem Metallguss. Es bezieht sich auf den Prozess der kontrollierten Zufuhr des geschmolzenen Metalls in eine temperaturkontrollierte Form, um ein Teil herzustellen, das frei von Hohlstellen ist, die als Schrumpffehler bezeichnet werden. Die gerichtete Erstarrung wird auch verwendet, um das Metall während des Gießprozesses zu veredeln, da die in der Metallschmelze enthaltenen Verunreinigungen weiter an die Oberfläche des Beckens aufsteigen und dem Weg des geringsten Widerstands folgen, wenn sie von den darunter liegenden Feststoffen nach oben gedrückt werden.
Beim gerichteten Erstarrungsprozess beginnt das geschmolzene Metall am anderen Ende der Form abzukühlen und zu erstarren, bevor der Rest der Form dies tut. Wenn das Metall am Boden der Form abkühlt, bewegt sich diese Erstarrungslinie stetig nach oben in Richtung der Zufuhr des geschmolzenen Metalls. Durch Steuern der Fließgeschwindigkeit für die Zufuhr des geschmolzenen Metalls und Einführen von thermischen Schwankungen in die Form können Schrumpffehler beseitigt werden, da das flüssige Metall auf natürliche Weise in diese Vertiefungen und freien Bereiche läuft.
Der Prozess der gerichteten Erstarrung ist nicht mit der progressiven Erstarrung, auch Parallelerstarrung genannt, zu verwechseln. Obwohl diese Prozesse einige ähnliche Merkmale aufweisen, beginnt bei der fortschreitenden Erstarrung der Abkühl- und Erstarrungsprozess an den Wänden des Gussstücks und arbeitet sich nach innen. Bei der gerichteten Erstarrung beginnt der Erstarrungsprozess am unteren Ende des Gussstücks und arbeitet sich nach oben.
Die parallele Erstarrung in einem Gussstück ist die zugrunde liegende Fehlerursache. Da die Metallschmelze in einigen Bereichen zu schnell abkühlt oder in anderen Bereichen zu lange erhitzt bleibt, entstehen Defekte durch Erstarrung, Wärmeausdehnung und Kontraktion. Wenn beispielsweise geschmolzenes Metall in eine L-förmige Form gegossen wird, kühlt das Metall an der Ecke der Form möglicherweise zu schnell ab, was zu einem Engpass führt und eine Luftblase im unteren Schenkel der Form einschließt. Diese Luftblase erzeugt im fertigen Metallteil eine Hohlstelle und schwächt so die Gesamtstruktur.
Um die parallele Erstarrung zu kontrollieren und die gerichtete Erstarrung im Gießprozess zu fördern, werden verschiedene Techniken verwendet. Thermische Variationen werden in die Form eingebracht, indem Steigrohre oder Kühlkörper verwendet werden, um heiße oder kalte Stellen zu kontrollieren, die Probleme mit dem Gussteil verursachen könnten. Isolierte Hülsen werden auch verwendet, um eine konstante, kontrollierte Temperatur für die Form zu gewährleisten. Schließlich werden die Fließgeschwindigkeit und die Temperatur der zugeführten Metallschmelze sorgfältig kontrolliert, um eine gerichtete Erstarrung sicherzustellen.