Löslicher Kern zur Verwendung beim Metall giessen und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf einen löslichen Kern zur Verwendung beim Metallgiessen. Mit dem Ausdruck löslicher Kern ist ein Kern gemeint, der einen wasserlöslichen Bestandteil enthält, so dass der Kern aus dem Gusserzeugnis, welches um den Kern herumgegossen ist, entfernt werden kann, und zwar durch Auflösung der löslichen Bestandteile in Wasser, wodurch jegliche unlöslichen Bestandteile, die in dem Kernmaterial enthalten sind, mit weggespült werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein löslicher Kern zur Verwendung beim Metallgiessen bestehend aus einem wasserlöslichen Salz und einem Kunstharz. Der lösliche Kern kann dabei aus Körnern eines wasserlöslichen Salzes bestehen, deren Grösse vorzugsweise reguliert wird und die mit einer Kunstharzschichte überzogen und nachher zu Pulver getrocknet werden.
Der lösliche Kern kann ferner aus einem Gemisch aus einem wasserlöslichen Salz und einem flüssigen Harzbinder bestehen, um die Salzkörner im Agglomerat zu erhalten.
Das wasserlösliche Salz kann ein körniges oder kristallines Chlorid, Sulfat oder Carbonat oder irgendein verträgliches Gemisch derartiger Salze sein. In solchen Fällen sind die Salze sowohl in heissem als auch in kaltem Wasser löslich.
Beispiele für das Kunstharz sind: Harz vom Hamstoff-Formaldehyd-Typ, Phenol-Formaldehyd-Typ, Melamin-Formaldehyd-Typ, Harnstoff-Furfuryl-Typ, Phenol-Furfuryl-Typ oder vom Typ, der auf Zucker- oder Glykosebasis aufgebaut ist, oder aus einer verträglichen Kombination der vorgenannten Stoffe, wobei Katalysatoren für die Härtung des Harzes hinzugefügt werden können.
Das Gemisch aus dem wasserlöslichen Salz und dem Harz kann in einen Kernkasten gespritzt oder geblasen werden, in dem das Harz im wesentlichen aushärtet und so der Kern gefestigt wird. Alternativ kann der Kernkasten auch von Hand gefüllt werden.
Der Gehalt an Harz, der dem Salz zugefügt wird, hängt vom Harztyp ab, der verwendet wird, und von der Festigkeit, die von dem fertiggestellten Kern verlangt wird. Der Harzgehalt des Gemisches soll im allgemeinen 10 Gew.% des Salzes nicht überschreiten, er wird in einigen Fällen zwischen 6,5 und 5 Gew.% liegen. Das Salz-Harz-Gemisch weist im allgemeinen die Konsistenz von feuchtem Sand (grünem Sand) auf.
Das Gemisch kann zu Pulver getrocknet werden, bevor es in den Kernkasten geblasen und ausgehärtet wird, um den Kern zu bilden.
Der erfindungsgemässe lösliche Kern kann hergestellt werden, indem man die benötigte Menge an Harz, gegebenenfalls mit einem Katalysator, und an wasserlöslichem Salz zusammenfügt und die Bestandteile dann gründlich durcheinander mischt, um eine feuchte Masse (grüne Masse) zu bilden. Das Gemisch wird dann zweckmässig unter Druck in einen Kernkasten eingespritzt, wobei der Einspritzdruck vorzugsweise zwischen 4,92 und 7,7 kp/cm2 liegt. Es ist auch möglich, das Gemisch zu trocknen und als Pulver in den Kernkasten einzublasen. Das Harz wird dann bei einer Temperatur von z. B. zwischen 150 und 3000 C ausgehärtet, die von dem Prozentsatz und dem Typ des in dem Gemisch verwendeten Harzes abhängig ist.
Die Harzaushärtetemperatur liegt zweckmässigerweise niedriger als die Schmelztemperatur des Salzes, um den Salzgehalt des Kerns in körniger (nicht flüssiger) Fort beizubehalten und das Salz an das ausgehärtete Harz zu binden.
Beispielsweise besteht die Keruzusammensetzung aus körnigem Natriumchlorid, das in einem Agglomerat an ein synthetisches Harz vom Phenol-Formaldehyd Furfuryl-Alkohol-Typ gebunden ist. Dieses Harz war in folgenden Verhältnissen gemischt: Natriumchlorid, Phenol-Furan-Harz in einer Menge von 2,5 Gew.% vom Salz und ein Katalysator in einer Menge von 25 Gew.S vom Harz.
Um die Eigenschaften dieser besonderen Kernzu sammensetzung abschätzen zu können, wurde eine Reihe von Testversuchen durchgeführt, um das Aushärten und die mechanischen Eigenschaften dieser Zusammensetzung zu zeigen. Es wurden daher Aushärtezeiten von 5 Sekunden bis 2 Minuten und Temperaturbereiche von 150 bis 2500 C angewendet.
In den Versuchen wurden Zugkerne nach den Normen der A. F. S. (American Foundrymens Society) von 2,54 cm Querschnitt mit 5,98 kp/cm2 in einen Kernkasten geblasen, wobei das Harz bei einer bestimmten Temperatur während einer bestimmten Zeit ausgehärtet wurde.
Um die mechanischen Eigenschaften dieser Kerne zu zeigen, wurde bestimmt, dass für jede Zeit und Temperatur sofort nach der gewünschten Aushärtezeit ein Kern gebrochen und zunächst in seinem Zustand belassen wurde, bis er bis auf Raumtemperatur abgekühlt war. Durchschnittlich wurden fünf Probestücke gewählt. Bei Kernen, die während 90 Sekunden bei einer Temperatur von 2500 C ausgehärtet waren, wurde eine Erhöhung der Warmzugfestiglceit von 8,75 kp/cm2 und bei Raumtemperatur eine Erhöhung der Zugfestig- keit von 21,1 kp/cm festgestellt.
Idealerweise sollte beim Kernherstellverfahren das gewählte Bindematerial nicht nur eine hohe Zugfestig keit nach der Aushärtung aufweisen, es sollte auch einen niedrigen Gasentwicklungswert während des Metallgie ssens wie auch einen Widerstand gegen Feuchtigkeitsaufnahme während der Lagerhaltung besitzen.
Die Gasentwicklungswerte der Probestücke wurden bei Standardgasentwickiungsversuchen in einem Ofen mit geregelter Atmosphäre gemessen. Die Menge des Gases, die nach einer Gasentwicklungszeit von 90 Sekunden gemessen wurde, betrug angenähert 12 ml/gm nach N. T. P. (unter normalen Druck- und Temperaturverhältnissen).
Der Widerstand gegen Feuchtigkeitsaufnahme wurde gemessen durch Abnahme in Festigkeitsprozenten eines voll ausgehärteten A. F. S.-Zugkernes von 2,54 cm Querschnitt, nachdem er 72 Stunden unter normalen Giessereilagerungsbedingungen gehalten wurde.
Die Ergebnisse dieser Versuche zeigten, dass hinsichtlich der Warm- und Kaltfestigkeiten, der Gasentwicklungswerte und des Widerstands gegen Feuchtigkeitsaufnahme lösliche Kerne gemäss der Erfindung vergleichbar sind mit harzgebundenen Silika-Sandkernen.
Löslichkeitsversuche zeigten folgende Ergebnisse: Ein genormter A. F. S.-Zugkern von 2,54 cm Querschnitt der vorerwähnten Zusammensetzung, der mit 5,62 kp/cm2 geblasen worden und während 20 Sekunden bei 2200 C ausgehärtet war, wurde in einem Wasserbad mit 500 C bewegt. Eine ausreichende Auflösung des Kerns trat nach 3 Minuten ein, völlige Auflösung wurde nach 25 Minuten festgestellt.
Es ist anzunehmen, dass nach dem Vergiessen eines Metalles eine anfängliche Zerstörung des Kernes eingesetzt hat, und zwar an der Metall-Kern-Berührungsfläche für eine mögliche Tiefe von 1,27 cm, was die Auflösbarkeit beim Zerstören geschlossener Oberflächen erleichtert.
Es löst sich daher ein löslicher Salzkern mit einem Gewicht von 75 Gramm in 3 Minuten auf, was ab hängig ist vom benutzten Harztyp und der Menge, d. h. für 100 Gramm Masse tritt eine Auflösung in ausreichendem Masse nach 4 Minuten ein.
Folgende Ousseigenschaften wurden festgestellt: Die
Gusseigenschaften wurden durch das Herstellen mehrerer Versuchsgusskörper, bei denen ein löslicher Kern gemäss der Erfindung verwendet wurde, und durch das Prüfen der Oberflächenbeschaffenheit des Gusskörpers bestimmt.
Im grossen ganzen konnte bei keinem der geprüften Gusskörper ein Beweis dafür erbracht werden, dass eine Oberflächenreaktion zwischen dem Salz und dem Metall eingetreten war, indes war die Oberflächenbeschaffenheit in einigen Fällen den Silika-Sandkernen, die in heissen Kernkasten hergestellt worden waren, überlegen und vergleichbar mit der Oberflächenbeschaffenheit derjenigen Kerne, die nach dem Muschelsandverfahren hergestellt werden.
Soluble core for use in metal casting and process for its manufacture
The invention relates to a soluble core for use in metal casting. By the term soluble core it is meant a core that contains a water soluble component so that the core can be removed from the cast product which is cast around the core by dissolving the soluble components in water, thereby removing any insoluble components, which are contained in the core material are washed away with.
The invention relates to a soluble core for use in metal casting, consisting of a water-soluble salt and a synthetic resin. The soluble core can consist of grains of a water-soluble salt, the size of which is preferably regulated and which are coated with a synthetic resin layer and then dried to powder.
The soluble core can also consist of a mixture of a water-soluble salt and a liquid resin binder in order to obtain the salt grains in the agglomerate.
The water soluble salt can be a granular or crystalline chloride, sulfate or carbonate, or any compatible mixture of such salts. In such cases the salts are soluble in both hot and cold water.
Examples of the synthetic resin are: urea-formaldehyde type resin, phenol-formaldehyde type, melamine-formaldehyde type, urea-furfuryl type, phenol-furfuryl type or the type which is based on sugar or glycose, or from a compatible combination of the aforementioned substances, it being possible to add catalysts for curing the resin.
The mixture of the water-soluble salt and the resin can be injected or blown into a core box, in which the resin essentially hardens and the core is thus strengthened. Alternatively, the core box can also be filled by hand.
The level of resin that is added to the salt depends on the type of resin that is used and the strength required of the finished core. The resin content of the mixture should generally not exceed 10% by weight of the salt; in some cases it will be between 6.5 and 5% by weight. The salt-resin mixture generally has the consistency of moist sand (green sand).
The mixture can be dried to powder before it is blown into the core box and cured to form the core.
The soluble core according to the invention can be prepared by combining the required amount of resin, optionally with a catalyst, and water-soluble salt and then thoroughly mixing the ingredients together to form a moist mass (green mass). The mixture is then expediently injected into a core box under pressure, the injection pressure preferably being between 4.92 and 7.7 kgf / cm2. It is also possible to dry the mixture and blow it into the core box as a powder. The resin is then at a temperature of e.g. B. cured between 150 and 3000 C, depending on the percentage and type of resin used in the mixture.
The resin hardening temperature is expediently lower than the melting temperature of the salt in order to maintain the salt content of the core in a granular (not liquid) form and to bind the salt to the hardened resin.
For example, the cerium composition consists of granular sodium chloride bound in an agglomerate to a synthetic resin of the phenol-formaldehyde-furfuryl alcohol type. This resin was mixed in the following proportions: sodium chloride, phenol-furan resin in an amount of 2.5% by weight of the salt and a catalyst in an amount of 25% by weight of the resin.
In order to assess the properties of this particular core composition, a number of tests were carried out to demonstrate the curing and mechanical properties of this composition. Curing times of 5 seconds to 2 minutes and temperature ranges of 150 to 2500 C were therefore used.
In the tests, tensile cores according to the standards of the A.F.S. (American Foundrymens Society) with a cross section of 2.54 cm and 5.98 kgf / cm2 were blown into a core box, the resin being cured at a certain temperature for a certain time.
In order to show the mechanical properties of these cores, it was determined that, for each time and temperature, a core was broken immediately after the desired curing time and initially left in its state until it had cooled to room temperature. An average of five specimens were chosen. In the case of cores which had cured for 90 seconds at a temperature of 2500 C, an increase in the heat tensile strength of 8.75 kp / cm2 and an increase in the tensile strength of 21.1 kp / cm at room temperature was found.
Ideally, in the core manufacturing process, the selected binding material should not only have high tensile strength after curing, it should also have a low gas evolution value during metal casting and resistance to moisture absorption during storage.
The gas evolution values of the coupons were measured in standard gas evolution tests in a controlled atmosphere oven. The amount of gas measured after 90 seconds of gas evolution was approximately 12 ml / gm according to N.T.P. (under normal pressure and temperature conditions).
Resistance to moisture absorption was measured by the decrease in strength percent of a fully cured A.F.S. tensile core 2.54 cm in cross-section after being held under normal foundry storage conditions for 72 hours.
The results of these tests showed that soluble cores according to the invention are comparable to resin-bonded silica sand cores with regard to the heat and cold strengths, the gas evolution values and the resistance to moisture absorption.
Solubility tests showed the following results: A standardized A.F.S. tensile core with a cross section of 2.54 cm of the above-mentioned composition, which had been blown at 5.62 kgf / cm2 and cured for 20 seconds at 2200 ° C., was moved in a water bath at 500 ° C. Sufficient dissolution of the core occurred after 3 minutes, complete dissolution was observed after 25 minutes.
It can be assumed that after the casting of a metal, the core was initially destroyed, namely at the metal-core contact surface for a possible depth of 1.27 cm, which makes it easier to dissolve when closed surfaces are destroyed.
It therefore dissolves a soluble salt core weighing 75 grams in 3 minutes, depending on the type of resin used and the amount, i. H. for 100 grams of mass, sufficient dissolution occurs after 4 minutes.
The following characteristics were found: The
Casting properties were determined by producing several test castings in which a soluble core according to the invention was used, and by testing the surface finish of the casting.
On the whole, no evidence could be provided for any of the cast bodies tested that a surface reaction had occurred between the salt and the metal, but in some cases the surface properties were superior to and comparable to the silica sand cores that had been produced in hot core boxes with the surface properties of those kernels that are manufactured using the shell sand process.