AT158986B

AT158986B - Verfahren zur Herstellen von zum Vergießen hochschmelzender Metalle und Metallegierungen bestimmten Gußformen nach die natürliche Größe des Gußstückes aufweisenden Modellen.

Info

Publication number: AT158986B
Authority: AT
Inventors: Victor Dr Ing Krosta
Original assignee: Victor Dr Ing Krosta
Priority date: 1935-05-25
Filing date: 1936-05-20
Publication date: 1940-06-25

Description

Verfahren zum Herstellen von zum Vergiessen hochschmelzender Metalle und Metallegierungen bestimmten Gussformen nach die natürliche Grösse des Gussstückes aufweisenden Modellen.
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traktion beim Abkühlen stets etwas kleiner ausfallen als das Gussmodell. Man trägt diesem Umstand dadurch Rechnung, dass man das Gussmodell von vornherein um soviel grösser macht, als die Kontraktion beim Abkühlen beträgt.

Diesem Verfahren stellen sich aber unüberwindliche Schwierigkeiten entgegen, wenn es sich um von der Natur gelieferte Gussmodelle (z. B. Pflanzenteile, Lebewesen u. dgl. ) oder um künstliche Gussmodelle von komplizierten Formen handelt (z. B. Wachsmodelle der zahnärztlichen Prothetik), die in hoehsehmelzenden Metallen nachgebildet werden sollen. Eine allseitige Vergrösserung des Modells um das Sehwindmass ist hier nicht möglich.

Bei Nachbildungen in relativ niedrig schmelzenden Metallen, deren Schmelzpunkt unter 10000 liegt, hilft man sich in der Weise, dass man auf dem Umweg über Matrize und Patrize ein Waehsmodell herstellt und dieses in Massen einbettet, die sich bei Erwärmung auf die Gusstemperatur des Metalls unter Wegsehmelzen des Wachsmodells ausdehnen, u. zw. um ebensoviel, als die Kontraktion des Metalls beträgt. Man benutzt hiezu beispielsweise die reversiblen Umwandlungen des Quarzes, etwa die Umwandlung von 3-Quarz in Quarz bei 575 , die mit einer linearen Dehnung von 1-4% für das Temperaturgefälle 20-5750 verbunden ist. Der Quarz wird in der Regel mit Gips vermischt, der bei Wasserzusatz die Erhärtung der Masse bewirkt.

Mit Hilfe des eigentümlichen Ausdehnungsverhaltens des Quarzes können mit derartigen Formmassen lineare Gusskontraktionen von etwa 1'5% kompensiert werden.

Für Nachbildungen in hoehsehmelzenden Metallen, deren Schmelzpunkt über 1000 bis 1400
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nämlich bis 2'8%, sind derartige Massen nicht brauchbar, da sie notwendigermassen zu kleine Gussstücke ergeben. Abgesehen davon ist auch ihre Feuerfestigkeit zu gering, da bei Temperaturen von 900 an Quarz und Gips unter Bildung von Calciumsilikat und schwefeligen Gasen miteinander reagieren. Diese Reaktion hat einerseits zur Folge, dass die Form erheblich unter Abgabe der Gase zusammenschrumpft, wobei die an sich zu geringe Dehnung von etwa 1'5% noch weiter zurüekgeht, anderseits reagiert die Metallschmelze mit den gasförmigen Reaktionsprodukten, wobei eine rauhe blasige Gusshaut auf dem Gussstück entsteht. Zudem besteht die Gefahr einer Sehwefelaufnahme durch das Gussstück.

Diese Beschränkungen und Mängel werden nach der Erfindung vermieden, welche auf der Ausnutzung der irreversiblen Umwandlung von ss-Quarz in die Cristobalit-und Tridymitmodifikation bei hohen Temperaturen beruht. Diese Umwandlung und die damit verbundene starke Ausdehnung des Quarzes ist bereits bekannt und mehrfach untersucht worden. (Vgl. z. B. R. Niederleuthner "Un- bildsame Rohstoffe keramischer Massen", 1928, S. 109). Es war aber bisher unbekannt, dass dieser Vorgang auch auf die Herstellung von Gussformen anwendbar ist, die durch diese neuartige Verwendung des Quarzes eine ausreichende Ausdehnung erfahren, so dass sehr grosse Gusssehwindungen vollkommen kompensiert werden können.

Nach der Literatur ist vielmehr anzunehmen, dass den Fachkreisen die
Verwendung des Quarzes trotz seiner bekannten Umwandlungs-und Dehnungseigenschaften ungeeignet erschien (vgl. Vachuda ,,Das Grossgussverfahren in der Zahnprothetik", 1925, insbesondere S. 42).

Nach der Erfindung erfolgt die Herstellung von Gussformen bestimmter Dehnung zum Vergiessen hochschmelzender Metalle und Metallegierungen dadurch, dass die Form im wesentlichen aus
Siliziumdioxyd, das ganz oder grösstenteils aus 3-Quarz besteht, gebildet und derart aufgewärmt wird, dass sich das 3-Quarz in -Tridymit oder -Cristobalit umwandelt.

Damit ist die Möglichkeit eröffnet, auch aus hochschmelzenden Metallen und Legierungen mit grosser Gussschwindung exakte Gussstücke herzustellen, die bezüglich Grösse und Form genau dem nachzubildenden Original entsprechen. Diese Möglichkeit ist insbesondere in allen Fällen von grund- sätzlicher Wichtigkeit, wo an Stelle leicht vergiessbarer Metalle, wie Gold, Goldlegierungen, Kupferlegierungen usw., mechanisch hochwertige Metalle von hohem Schmelzpunkt, wie nichtrostende Stähle u. dgl., vergossen werden sollen.

Da die Geschwindigkeit der Umwandlung des 3-Quarzes von einer Reihe von Faktoren abhängig ist, wie Korngrösse und Herkunft des Quarzes, Temperaturhöhe und Dauer der Hitzeeinwirkung, bedient man sich zweckmässig solcher Quarzvorkommen und solcher Temperaturen, die die gewünschte Umwandlung möglichst rasch und im gewünschten Masse vollziehen lassen. Beispielsweise verwendet man ss-Quarz in Form von Felsquarzit, der in der Kugelmühle bis auf ein grösstes Korn von etwa O'l mm gemahlen ist und dem man 10% desselben Quarzes, in der Kugelmühle kolloidal zermahlen, zugibt.

Die Masse wird mit Wasser angemacht, wobei der kolloidal zermahlene Anteil die Verfestigung nach dem Trocknen bewirkt.

Das Material zeigt nach einstündigem Aufwärmen auf 1300 und einstündigem Verweilen bei dieser Temperatur eine Gesamtdehnung von 1'9%.

Zum Erhalt einer besseren Verkittung kann man auch wasserlösliche organische Bindemittel, wie Leim, Dextrin od. dgl. verwenden, die bei höherer Temperatur verbrennen. Es ist auch möglich, die Masse mit einer Lösung organischer Bindemittel, z. B. Mastix, Kolophonium od. dgl., in organischen
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zweckmässig nicht entflammbar sind (z. B. Tetrachlorkohlenstoff). Man erreicht hiedurch gleichzeitig den Vorzug einer rascheren Trocknung der Gussform. Auch anorganische Bindemittel sind brauchbar, sofern sie den Schmelzpunkt der Masse nicht herabsetzen.

Das mit der Umwandlung des ss-Quarzes verbundene Wachstum kann man durch gleichzeitig katalytisch wirkende Zusätze regeln. Besonders vorteilhaft ist in dieser Hinsicht der Zusatz sehr geringer Mengen Wasserglas, welches gleichzeitig als Bindemittel wirkt.

Man vermischt beispielsweise
80 Teile Felsquarzitmehl (bis 0'1 mm Korngrösse)
10 Teile Feisquarzitmehl, kolloidal zermahlen
10 Teile Wasserglas.

Die Masse zeigt nach einstündigem Aufwärmen auf 13000und halbstündigem Verweilen bei dieser Temperatur eine Gesamtdehnung von 2'1%. Durch den Zusatz weiterer Zusätze kann noch eine weitere
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Zusatz bewirkt ein rascheres Abbinden der Masse.

An Stelle von Katalysatoren, die dauernd in der Masse verbleiben, wie z. B. das vorstehend genannte Wolframsäureanhydrid, kann man auch solche verwenden, die nicht dauernd in der Masse verbleiben, sondern sich zersetzen und verflüssigen, und damit eine Dehnung über das gewünschte Mass vermeiden. Man verwendet z. B. Kalium-oder Natriumsilieofluorid, das sich bei höheren Temperaturen
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Fluors abgibt. Die Mengenbemessung des Silicofluorids hängt von der gewünschten Dehnung ab und beträgt etwa 0'5-3% des Quarzes.

Auch die Anwendung von Phosphaten und Boraten beschleunigt die Umwandlung. Hiebei kann gleichzeitig die Abbindegeschwindigkeit der Masse bei Verwendung von Wasserglas als Bindemittel geregelt werden, indem man je nach Bedarf primäre, sekundäre oder tertiäre Phosphate verwendet.

Die genannten Stoffe werden gleichfalls in Mengen von 1 bis 3% der Gesamtmenge verwandt.

Die Geschwindigkeit der Dehnung bei der Umwandlung und damit auch das Mass der Dehnung kann man ausserdem dadurch beeinflussen, dass man langsam und schnell wachsende Quarzmodifikationen mischt. Eine weitere Möglichkeit der Regulierung der Dehnung besteht darin, dass man dem ss-Quarz Tridymit oder Cristobalit beimischt.

Da die starke Wärmedehnung eine sehr gleichmässige Erwärmung erfordert, um das Auftreten von Rissen und Sprüngen zu vermeiden, erfolgt das Anwärmen der Gussform auf Giesstemperatur zweckmässig in Muffeln aus sehr gut wärmeleitendem Material, vorzugsweise Siliciumcarbid, die mit der eingeschlossenen Gussform in den Anwämieofen eingesetzt werden. Man erreicht hiemit den weiteren Vorteil, dass beim Herausnehmen der Muffel und Gussform aus dem Ofen eine zu schnelle Abkühlung der Gussform vermieden wird.

In weiterer Ausbildung bezieht sich die Erfindung darauf, entweder durch bestimmte Zusammensetzung der Formmasse oder durch besondere Behandlung der fertigen Form eine chemische Reaktion
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Es ist bekannt, dass die Oberfläche von Gussstücken aus unedlen Metallen bzw. Unedelmetalllegierungen bzw. Edel-Unedelmetallegierungen nach dem Giessen mit einer mehr oder weniger starken, festhaftenden Oxydhaut bedeckt ist. Dies gilt insbesondere für die Metalle der Eisengruppe und ihre Legierungen mit den Metallen der 3. bis 6. Gruppe des periodischen Systems der Elemente. Diese Metalle und ihre Legierungen, die meist bei hohen Temperaturen über 10000 bis 16000 schmelzen, bilden infolge ihrer hohen Affinität zum Sauerstoff bei der Schmelztemperatur sehr leicht Oxyde.
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zu entziehen und sich dabei selber zu oxydieren.

Man erhält daher beim Giessen dieser Legierungen in Formmassen Gussstücke, die unter Umständen mit einer starken, verkrusteten Reaktionsschieht aus Oxyden, Silikaten usw. bedeckt sind und unter der eine rauhe, korrodierte Metallfläche liegt. Abgesehen davon, dass die Entfernung dieser verschlackten Schicht durch Abschleifen, durch Abblasen mittels Sandstrahlgebläse oder Abbeizen mit chemischen Mitteln in einem oder mehreren Arbeitsgängen einen erheblichen Zeitverlust bedingt, wird hiedurch die Massgenauigkeit des Gussstückes wesentlich beeinträchtigt. Dies ist besonders nachteilig, bei der Anfertigung solcher Gussstücke, die durch den Gussvorgang bereits ihre endgültige Form erhalten, z.

B. bei den durch Giessen erhaltenen Formstücken der zahnärztlichen Prothetik, die sehr exakt passen müssen und deren Genauigkeit durch nachträgliches Schleifen nur beeinträchtigt werden kann.

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Der eine Weg besteht darin, dass man der Formmasse von vornherein Stoffe zusetzt, die bei der Reaktion zwischen Gussmetall und Formmasse entstehen würden oder Stoffe, die beim Aufheizen der Form das gleiche Reaktionsprodukt liefern, welches bei der Reaktion zwischen Gussmetall und Formmasse entstehen würde.

Claims

Dadurch, dass man der Formmasse von vornherein die oxydischen und silikatischen Ver- schlackungsprodukte zusetzt, die aus Metall und Formmasse entstehen, wird die erneute Bildung dieser Produkte gestört. Beim Vergiessen einer Chrom-Nickel-Legierung setzt man daher der Formmasse die aus einem früheren Arbeitsgang stammenden oxydisehen und silikatischen Umsetzungsprodukte zu und erreicht damit, dass für die Bildung dieser Verbindungen kein neues Gussmetall mehr in Anspruch genommen wird.

Statt der aus einem früheren Arbeitsgang stammenden Reaktionsprodukte kann man EMI3.2 Guss einer Chrom-Niekel-Legierung der Formmasse Chromoxyd oder Nickeloxyd einzeln oder im Gemisch miteinander in Mengen von 1 bis 10% der Formmasse zu. Man erreicht hiemit gleichfalls die Bildung der Umsetzungsprodukte, ohne dass hiefür neues Metall in Anspruch genommen wird. EMI3.3 auf Temperaturen bringt, die dem Schmelzpunkt des jeweilig verwendeten Metalls angenähert entsprechen, sondern dass man den Guss bei wesentlich tieferen Formtemperaturen vornimmt.

Beispielsweise giesst man eine 30% Chrom und 70% Nickel enthaltende Legierung, die bei etwa 14000 vergossen wird, in eine Form, deren Temperatur nur etwa 7000 bis 8000 aufweist. Bei Versuchen hat es sich gezeigt, dass trotz der grossen Temperaturdifferenz von 600 bis 7000 zwischen der Temperatur des Metalls und der Temperatur der Form kein vorzeitiges Erstarren des Gussmetalls erfolgt, sondern dass das Gussstück vollkommen ausfliesst. Selbstverständlich sind für eine derartige Arbeitsweise nur solche Formmassen brauchbar, die sich praktisch in dem beispielsweise genannten Temperaturbereich von 700 oder 8000 bis 14000 weder dehnen noch zusammenziehen.

Bei der erfindungsgemäss zusammengesetzten Formmasse ist dies der Fall, weil nach vollzogener Umwandlung des S-Quarzes eine merkbare Kontraktion erst unterhalb etwa 7000 erfolgt. Die vorbestimmte Dehnung der Form bleibt also innerhalb des Temperaturbereichs von zirka 14000 bis 7000 erhalten.

PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Verfahren zum Herstellen von zum Vergiessen hochschmelzender Metalle und Metallegierungen bestimmten Gussformen nach die natürliche Grösse des Gussstücks aufweisenden Modellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Form im wesentlichen aus Si02, das ganz oder grösstenteils aus -Quarz besteht, EMI3.4 von organischen Bindemitteln in Wasser oder organischen Lösungsmitteln verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man anorganische Bindemittel verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man anorganische Bindemittel (z. B. Wasserglas) verwendet, die gleichzeitig katalytische Wirksamkeit in bezug auf die Umwandlung des Quarzes haben.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Regelung der Umwandlungsdehnung Stoffe oder deren Gemische, welche gleichzeitig in an sich bekannter Weise die Umwandlung katalytisch beschleunigen, wie Wolframsäure, Silicofluoride, Phosphate, Borate, usw., als Zusatz verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Formmasse bereits umgewandeltes Siliziumdioxyd zugesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Formmasse Stoffe zugesetzt werden, die bei der Reaktion zwischen Gussmetall und Formmasse entstehen würden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Formmasse Stoffe zugesetzt werden, die beim Aufheizen der Form das gleiche Reaktionsprodukt liefern, das bei der Reaktion zwischen Gussmetall und Formmasse entstehen würde.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Form vor Einfüllung des schmelzflüssigen Metalls derart unterhalb der Schmelztemperatur eingestellt wird, dass eine Reaktion zwischen Gussmetall und Formmasse nicht stattfindet.