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Verfahren zur Herstellung von Formen für das Vergiessen von Magnesium und Magnesium- legierungen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Formen aus plastischen Formmassen für das Vergiessen von Magnesium und Magnesiumlegierungen.
Vor längerer Zeit wurde ein Verfahren zur Herstellung von Formen, insbesondere für das Vergiessen von Eisen-und Kupferlegierungen, in Vorschlag gebracht, bei dem die Formen aus einer Formmasse bestehen, die aus einer Mischung von Sand und einem hydraulischen Bindemittel, wie Zement, unter Zusatz einer solchen Menge Wasser hergestellt wurden, dass die Masse einerseits die für die Herstellung der Formen erforderliche Bindefähigkeit aufweist, anderseits aber nach dem Abbinden des
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Neben diesem und andern Vorzügen bieten solche Formmassen den Vorteil, dass die Herstellung der
Formen ausserordentlich leicht und einfach ist, dass sie auch nach dem sogenannten kastenlosen Form- verfahren"erfolgen kann, und dass eine besondere Ofentrocknung der Formen in Fortfall kommt.
Das
Verfahren findet seine Hauptanwendung insbesondere in Verbindung mit tonfreien Kieselsäuresanden, z. B. Quarzsand, die sich vom Hause aus ohne Anwendung eines besonderen Bindemittels für die Her- stellung von Formen und Formteilen (Kernen) nicht eignen.
Das Vergiessen von Magnesium und Magnesiumlegierungen erfolgt bereits seit vielen Jahren in sogenannten grünen Formen, die Schutzstoffe enthalten, die das Metall bei der Giesstemperatur gegen
Oxydation und gegen solche Reaktionen schützen, die sich aus der Gegenwart von Wasser (Feuchtigkeit) in dem Formsand ergeben. Schutzstoffe dieser Art sind z. B. solche, die durch Schmelzen in Berührung mit dem Metall eine Sehutzhaut auf der inneren Formwandung erzeugen, wie z. B. gewisse Harze, oder aber auch in der Form in Berührung mit dem geschmolzenen Metall inerte oder leichtoxydierbare Gase bilden, wie z. B.
Schwefel, gewisse Kohlenwasserstoffe, insbesondere Naphthalin, die bzw. deren Oxydationsprodukte ohne schädliche Einwirkung auf das Metall sind, wobei sie jedoch gegebenenfalls auch mit der Oberfläche des erstarrenden Metalls unter Bildung dünner korrosionsverhindernder Oberflächenschichten reagieren können. Zu letzteren gehören die Borsäure und gewisse Ammonsalze, insbesondere das Ammonfluorid. Diese Verfahren haben, da der Zusatz eines besonderen Bindemittels zum Formsand nicht vorgesehen ist, und die Schutzstoffe im allgemeinen auch nicht die Eigenschaften eines Bindemittels besitzen, die Verwendung von Formsanden zur Voraussetzung, die durch einen ausreichenden Gehalt an Ton oder tonähnliehen Verbindungen eine ausreichende Eigenplastizität besitzen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Formen für das Vergiessen von Magnesium und Magnesiumlegierungen unter Verwendung von mit dem Formstoff vermischten Sehutzstoffen, die eine Reaktion des Magnesiums mit den Formstoffen verhindern, bei dem die eingangs erwähnten Gemenge von hydraulischen Bindemitteln, wie Zement, mit Sand und geringen Mengen von Wasser, mit Schwefel in Mengen von etwa 1 bis 5% vermischt und geformt werden, worauf das Metall nach dem Abbinden der Formen in diese vergossen wird.
Die Tatsache, dass Magnesium und seine Legierungen sich in Formen dieser Art überhaupt vergiessen lassen, ohne dass eine heftige Reaktion des Metalls mit der Formmasse unter weitgehender Oxydation (Verbrennung) des Metalls erfolgt, ist durchaus überraschend. Es ist nämlich bekannt, dass bei den für Magnesium und seinen Legierungen üblichen Giesstemperaturen (740-820 C) das Metall, dank seiner ausgeprägten Neigung zur Bindung von Sauerstoff, in Berührung mit Zement,
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selbst wenn dieser bereits lange vorher abgebunden hat, diesem bis in erhebliche Schichtentiefe das Konstitutionswasser entzieht und sich unter Zersetzung desselben lebhaft oxydiert.
Diese Verbrennung des Metalls führt zu erheblichen Temperatursteigerungen (1500 C und mehr), so dass sich unter Umständen infolge der hiedureh bedingten plötzlichen Verdampfung des Konstitutionswassers regelrecht Explosionen ergeben. Tatsächlich tritt, wie die Erfahrung gelegentlich schon gezeigt hat, beim unbeabsichtigten Ausfliessen von flüssigem Magnesium auf Zementfussböden eine Reaktion, die von einem Umherspritzen des flüssigen Metalls begleitet ist, ein.
Anderseits war aber auch keineswegs zu erwarten, dass einer der üblichen Schutzstoffe für das Vergiessen von Magnesium und Magnesiumlegierungen beim Vermischen mit einer aus kieselsäurereichen Sand und Zement bestehenden Formmasse nach dem Abbinden der letzteren seine bekannte Schutzwirkung auf das zu vergiessende Metall äussern würde. Es war im Gegenteil zu erwarten, dass die Gegenwart des Sehutzstoffes die Abbindung des Zements entweder überhaupt verhindern oder doch mindestens so stark verzögern würde, dass eine praktische Verwertung des Verfahrens nicht mehr in Frage käme. Tatsächlich wird auch, wie Versuche gezeigt haben, durch eine ganze Anzahl von für das Giessen von Magnesium und Magnesiumlegierungen vorgeschlagenen Schutzstoffen die Abbindung des Zements ungünstig beeinflusst.
Die Gegenwart von Borsäure (0-25-0'5%) verhindert sie überhaupt, und ein Zusatz von Naphthalin führt zu einer sehr erheblich verlangsamten Abbindung. Auch Ammoniumfluorid (0'25%) ergibt eine merkliche Verlangsamung. Im Gegensatz zu diesen Stoffen hat aber die Zugabe von Schwefelblume (4%) Überraschenderweise überhaupt keinen Einfluss auf die Abbindungsgeschwindigkeit des Sand-Zementgemisehes.
Anderseits aber war fast mit Sicherheit damit zu rechnen, dass der Schwefel bei seiner innigen Vermischung mit dem Zement von diesem beim Abbinden so eingeschlossen werden würde, dass er beim Vergiessen des Metalls entweder überhaupt nicht, oder doch nur in sehr eingeschränktem Masse seine typische Sehutzwirkung, die ja mit einer Verdampfung des Schwefels durch unmittelbare Berührung mit dem flüssigen Metall unmittelbar verknüpft ist, würde äussern können.
Tatsächlich haben Versuche zu der überraschenden Feststellung geführt, dass es möglich ist, Formgussstücke aus Magnesium und Magnesiumlegierungen ohne jede Gefahr durch Vergiessen in geformten Massen herzustellen, die im wesentlichen aus den eingangs erwähnten Gemischen von Sand, Zement und Wasser unter Zusatz von Schwefelblume bestehen. Es hat sich weiter gezeigt, dass die
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nicht nur gleichwertig, sondern sogar in bezug auf gewisse Eigenschaften überlegen sind. Insbesondere weisen sie nicht nur ein an sich gesundes Gefüge auf, sondern auch eine bei Sandguss sonst nicht erreichte Kornfeinheit, die der bei der Verwendung von Metallformen (Kokillenguss) erreichten vergleichbar ist.
Die letztere Erscheinung ist vermutlich dadurch zu erklären, dass nach dem Giessen die Abkühlung in den Formen gemäss der Erfindung, wegen der besseren Wärmeleitfähigkeit des Formstoffes und des innigeren Zusammenhanges seiner Bildungsbestandteile infolge der Verkittung der kieselsäurereichen Sandkörner durch den Zement, viel rascher erfolgt als in gewöhnlichen Sandformen. Diese erhöhte Kornfeinheit geht, wie bekannt, mit einer erheblichen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften Hand in Hand.
Eine weitere Folge der erhöhten Kornfeinheit des Gefüges ist auch die grössere Dichtigkeit der erzeugten Gussstüeke, so dass sich die Anwendung des Verfahrens gemäss Erfindung insbesondere dann empfiehlt, wenn es sich um die Erzeugung hochwertigen Gusses für Zwecke, bei denen es auf besondere Dichtigkeit ankommt, handelt.
Das Verfahren gemäss der Erfindung gestattet es in zahlreichen Fällen, auf die Anwendung
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an Stellen mit erheblicher Materialanhäufung ; bekanntlich ist die Anbringung dieser Schreckplatten und ihre Vorbehandlung für den Guss schwierig und umständlich und verteuert die Herstellung der Formen ganz erheblich.
Neben den genannten Vorteilen ergeben sich durch die Anwendung des Verfahrens gemäss der Erfindung für die Herstellung von Formstüeken aus Magnesium und Magnesiumlegierungen auch die sonstigen der Verwendung von Sand-Zementgemischen als Formstoff eigentümlichen Vorteile, wie Verkürzung der Formzeit, erweiterte Möglichkeit der Verwendung von nichtgelernten Arbeitskräften zum Formen, Fortfall der Formkasten, ausgezeichnete Gasdurchlässigkeit der Formen usw.
Bei der Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung finden kieselsäurereicher Sand, Zement und Wasser, zweckmässig in den gleichen Mengenverhältnissen Anwendung, die aus dem Vergiessen von eisen-und kupferhaltigen Legierungen in solche Formmassen bekannt sind ; der Anteil des Zements kann zwischen etwa 5 und 15% des Sandgewiehtes betragen, während die Wassermenge sich auf etwa 5-10% des Sandgewiehtes beläuft. Die der Formmasse zuzusetzende Schwefelmenge kann, je nach der Wandstärke der zu erzeugenden Gussstücke, zwischen etwa 1-6% des Sandgewichtes betragen. Man braucht den Schwefel auch nicht der gesamten Formmasse zuzusetzen, sondern kann sich auf die Zugabe zum"Modellsand"beschränken.
Bei gleichzeitiger Gegenwart von Schwefel hat sich auch die Zugabe von Ammonfluorid in Mengen zwischen O'IO und 0'30% des Sandgewichtes, u. zw. entweder in Pulverform oder durch Ver-
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sprühen einer konzentrierten Lösung des Salzes, als zweckmässig erwiesen. Die Zugabe des Ammonfluorides kann während oder gegen Ende der Abbindung der Formmasse erfolgen ; man kann aber auch beispielsweise gleichzeitig beides zur Anwendung bringen, indem man Ammonfluoridpulver der ungeformten Formmasse zusetzt und anschliessend die Innenfläche der Form mit einer konzentrierten Lösung von Ammonfluorid besprüht. Dagegen seheint eine Zumischung von Borsäure zur Formmasse nicht vorteilhaft zu sein.
Man kann jedoch bei gleichzeitiger Zumischung von Schwefel zu der Formmasse auch Borsäure in konzentrierter Lösung auf die Innenfläche der fertigen Form aufspritzen.
Bemerkt sei, dass bei der Aufbringung von Sehutzstoffen, wie Ammonfluorid oder Borsäure, auf die Innenfläche der Form durch einfaches Aufsprühen derselben in Form ihrer Lösungen eine erhebliche Ersparnis an diesen Stoffen erzielt wird.
Im naehstehenden wird beispielsweise ein Gemisch angegeben, das sich für die Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung als geeignet erwiesen hat :
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<tb>
<tb> Kieselsäuresand, <SEP> z. <SEP> B. <SEP> Quarzsand <SEP> 100 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Zement <SEP> (künstlicher <SEP> Portlandzement <SEP> von <SEP> guter <SEP> Qualität)....... <SEP> 12 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Schwefel <SEP> (Schwefelblume) <SEP> 4 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Ammonfluorid <SEP> 0. <SEP> 25 <SEP> Gewichtsteile
<tb> Wasser <SEP> 8 <SEP> Gewichtsteile.
<tb>
Das Wasser kann dem Sand vor, während oder nach der Vermischung mit den übrigen Stoffen zugesetzt werden. Man kann in gewissen Fällen auch einen kieselsäurereichen Sand verwenden, der von vornherein schon die erforderliche Menge Wasser als natürliche Feuchtigkeit enthält.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Formen für das Vergiessen von Magnesium und Magnesiumlegierungen unter Verwendung von mit dem Formstoff vermischten Schutzstoffen, die eine Reaktion des Magnesiums mit den Formstoffen verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass an sich bekannte Gemenge von hydraulischen Bindemitteln, insbesondere Zement, mit Sand und geringen Mengen von Wasser, mit geringen Mengen Schwefel (etwa 1-5%) vermischt und geformt werden.