CH509950A

CH509950A - Verfahren zur Herstellung einer Masse für hitzebeständige Gegenstände mit hohem Widerstand gegenüber schroffen Temperaturwechseln

Info

Publication number: CH509950A
Application number: CH1376667A
Authority: CH
Original assignee: Amsted Ind Inc
Priority date: 1966-10-05
Filing date: 1967-10-03
Publication date: 1971-07-15
Also published as: GR34009B; LU54598A1; BE704002A; SE317026B; GB1184729A; AT273781B; NL6713483A; ES344956A1; NO119783B

Description

Verfahren zur Herstellung einer Masse für hitzebeständige Gegenstände mit hohem
Widerstand gegenüber schroffen Temperaturwechseln
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Masse für hitzebeständige Gegenstände mit hohem Widerstand gegenber schien Temperaturwechseln, sowie eine Anwendung der Masse.

Die nach diesem Verfahren hergestellten Massen können auch für die Herstellung von Giessrohren für Druckguss mit flüssigen Metallen verwendet werden.

Druckgiessen mit flüssigem Metall entspricht einem Verfahren, in welchem das flüssige Metall aus einem Be hälter unterhalb der Kokille anders als durch Schwerkraft und/oder hydrostatischem Druck in Aufwärtsrichtung in Idie Kokille gedrückt wird, in der das Material erstarrt oder teilweise erstarrt. Das flüssige Me- talt wird hierbei aus dem Behälter, z. B. einem Tiegel, durch ein Giessrohr auswärtsgedrückt.

Das Giessrohr ist in d < as flüssige Metall eingetaucht und steht mit der Kokille in Verbindung, wobei es einen Durchgang für das Metall aus dem Tiegel in die Kokille bildet.

Giessrohre werden aus einer hochhitzebeständigen Mischung von Aluminium oxyd und Siliziumoxyd neben anderen Komponenten geformt. Bisher besassen diese herkömmlichen Giessrohre eine verhältnismässig geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber schroffen Temperaturwechseln, wie sie beim Druckgas auftreten. Bei den herkömmlichen Verfahren werden die Rohre auf etwa 10000 C vorgeheizt und sind während den sich wie derholenden Giessoperationen Temperaturen über 15000 C unterworfen. Herkömmliche Rohre neigen dazu, während der Druckoperation zu reissen, und sie müssen bei entsprechendem Anstieg der Betriebskosten häufig ersetzt werden.

Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin- dung, ein Verfahren zur Herstellung einer Masse zu finden, mit der hitzebeständige Gegenstände mit verbesserter Widerstandsfähigkeit gegen schroffe Tempera turiwechsel erzeugt werden können.

Das erfindungsge- mässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischung hergestellt wird zwischen trockenen Bestand- teilen und 5 bis 15% einer kolloidalen Siliziumoxyd- Lösung, bezogen auf das Gewicht der trockenen Bestandteile, wobei die trockenen Bestandteile, bezogen auf ihr Gesamtgewicht, 10 bis 30 % tafelförmiges Aluminiumoxyd, 5 bis 20 % kalziniertes Aluminiumoxyd, 8 bis 15 % Alpha-Quarz, 0,03 bis 0,2% als Schmelzprodukt vorliegendes Magnesiumoxyd und 40 bis 70 % eines feinverteilten Schmelzproduktes enthalten, wobei das Schmelzprodukt durch Zusammenschmelzen von 30 bis 80 Gewichtsprozent monoklinem ZrO2,

10 bis 20 Gewichtsprozent SiG2 und 30 bis 50 Gewichtsprozent A1203 hergestellt ist.

Eine Anwendung wider nach diesem Verfahren rher- gestellten Masse ist dadurch gekennzeichnet, dass die Masse zu einem Giessrohr für den Druckguss von Metallen geformt und anschliessend in einem Ofen ige- brannt wird.

Die trockenen Bestandteile werden sortiert, um eine optimale Dichte und Formgebungseigenschaften der Masse zu erhalten. Etwa 40 bis 50 % der trockenen Bestandteile weisen eine Korngrösse von 0,42 bis 4,76 um, etwa 10 bis 20% eine solche von 0,074 bis 0,42 mm und etwa 38 bis 45 % eine solche von etwa 0,074 mm bis Submikrongrösse auf. In einer bevorzugten Zusammensetzung beträgt der grobe Anteil etwa 45 %, der mittlere Anteil 15 % und der feine An teil etwa 40%.

Das Schmelzprodukt, bestehend aus tafelförmigem Aluminiumoxyd, kaliziniertem Aluminiumoxyd, Alpha Quarz, geschmolzenem Magnesiumoxyd und kolloidalem Siliziumdioxyd-Lösung, wird in einem Mischtank gründlich gemischt, in Iden Eis zur Regelung der Temperatur und damit auch des Säuregrades (Azidität) der Masse zugefügt wird. Die Masse wird im Tank so lange gerührt, bis ein flüssiger Brei entsteht, der die Dick- flüssigkeit eines schaumigen Schlammes erreicht. Die Temperatur dieses Breies beträgt in diesem Zustand ungefähr 120 C.

Der Brei läuft hierauf in eine Vakuumkammer, die einen Unterdruck von etwa 710 mm Quecksilber auf- weist. Dadurch werden die Luftblasen aus dem Brei herausgetrieben. Der Brei wird dann in eine Form mit der Gestalt des gewünschten Giessrohres gepumpt, wo der Brei zwecks Gelierung der kolloidalen Siliziumdi- oxyd-Lösung erwärmt wird und hierbei sich der Brei in der Gestalt des Rohres erhärtet. Nach Entfernung wenigstens eines Teiles der Form wird das Rohr bei ungefähr 500 während 6 bis 40 Stunden getrocknet und dann in einem Brennofen bei 14540 C oder S. K. 16 gebrannt, wobei der gesamte Brennzyklus, der etwa 10 Stunden bei 14540 C einschliesst, etwa drei Tage dauert.

Nachfolgend werden erläuternde Beispiele für Massen gemäss der Erfindung angegeben.

Beispiel I
Das Schmelzprodukt enthielt 47,6% ZrO2 35,7% AIO: und 16,7 SiOe. Etwa 48% Ider Masse war ein Schmelzprodukt mit einer Kerngrösse von 0,42 bis 4,76 mm, etwa 11% der Masse ein Schmelzprodukt mit einer Korngrösse von 0,074 bis 4,76 mm und der Rest der Masse mit einer Korngrösse von 0,074 mm bis Submikrongrösse. Die trockenen Bestandteile dieser Masse enthielten dazu in Gew.% 23,1 % tafelförmiges Aluminiumoxyd, 8,2 % kalziniertes Aluminiumoxyd, 9,7 % Alpha-Quarz und 0,1% geschmolzenes Magnesiumoxyd.

Die trockenen Bestandteile wurden mit etwa 10,1 % des Gewichtes der trockenen Bestandteile kolloidaler Siliziumdioxyd-Lösung mit seinem spez. Gewicht von 1,23 g/cm3 und 33 % SiO2 gemischt.

Beispiel 11
Das Schmelzprodukt enthielt 43,0% ZrO2, 41,6% Tonerde und 15,4% Kieselerde. Ungefähr 50% der Masse war ein Schmelzprodukt mit einer Korngrösse von 4 bis 40 Maschen, ungefähr 11 % der Masse ein Schmelzprodukt mit einer Korngrösse von 40 bis 200 Maschen und der Rest der Masse mit einer Korngrösse von 200 Maschen bis Submikrongrösse. Die trockenen Bestandteile dieser Masse enthielten in Gewichtsprozent 21,3 % tafelförmiges Aluminiumoxyd, 7,7% kalziniertes Aluminiumoxyd, 9,2 % Alpha-Quarz und 0,1 % geschmolzenes Magnesiumoxyd. Die trockenen Bestandteile dieser Masse wurden hierauf mit der gleichen kolloidalen Siliziumdioxyd-Lösung wie in Beispiel I gemischt.

Beispiel III
Das Schmelzprodukt enthielt 47,6% ZrO2, 35,7 % A1203 und 16,7 % SiO2. Ungefähr 48 S der Masse war ein Schmelzprodukt mit einer Korngrösse von 4 bis 40 Maschen, ungefähr 11 % der Masse ein Schmelzprodukt mit einer Korngrösse von 40 bis 200 Maschen und der Rest Ider Masse mit einer Korngrösse von 200 Maschen bis Submikrongrösse. Die trockenen Bestandteile dieser Masse enthielten dazu 21,1 % gebrannten Cyanit, 21,4 % kalziniertes Aluminiumoxyd und 0,1 % geschmolzenes Magnesiumoxyd. Die trockenen Bestandteile wurden mit ungefähr 10,1 % des Gewichts der trockenen Bestandteile kolloidaler Siliziumdioxyd-Lösung mit einem spez.

Gewicht von 1,23 g/cm3 und 33 % SiO2 gemischt.

Die Masse gemäss Beispiel I wurde in der vorstehend angegebenen Weise zu Giessrohren verarbeitet, die dann in herkömmlichen Druckgussaniagen mit Druck von unten eingebaut wurden und für die Er zeugung von Eisenbahnrädern verwendet wurden. Die Tabelle zeigt die Verminderung des Ausschusses, die bei Ider Verwendung dieser Rohre erreicht wurde, wobei keines derselben während des Gebrauches riss. Diese Ausschussverminderun'g ist ein zusätzlicher Gewinn bei der Verwerdung dieser Rohre.

11 Synvox Rohre 22 Standard Rohre Anzahl Erwärmungen Anzahl der hergest. Ausschuss Anzahl der hergest. Ausschuss pro Rohr Räder in % Räder in % 1 406 7,0 822 9,7
2 404 9,1 788 14,2
3 364 14,0 340 15,6
4 337 19,6 39 77,0
5 31 48,4 keines für 5 Erwärmungen benützt
Die aus den Massen gemäss der Erfindung hergestellten Giessrohre weisen erheblich niedrigere Wärmespannungen als herkömmliche Qiessrohe aus Mullit auf.

Die prozentuale lineare Wärmeausdehnung für ein Mullit-Giessrohr beträgt 0,56% bei 10000 C und 1,03 % bei 15000 C, während sie für Giessrohre aus der Masse gemäss Beispiel I 0,64S bei 10000 C und 0,78% bei 1500 C beträgt. Während des Druckgiessens beträgt die Temperatur der Aussenseite des Rohres über dem Metall etwa 10000 C und an der Innenseite, die in Kontakt mit dem Metall ist, etwa 15000 C. Somit ist die Grösse der Wärmespannung für Giessrohre gemäss der Erfindung erheblich kleiner als diejenige der herkömmlichen Giessrohre.

Aus dem Vorhergehenden ist ersichtlich, dass Giess- rohre, welche aus der Masse gemäss der Erfindung hergestellt werden, nicht nur schroffen Temperaturwech- seln widerstehen, sondern auch einen wesentlich tieferen Prozentsatz von fehlerhaften, im Druckgussver- fahren mit Druck von unten erzeugten Produkten ergeben. Es können natürlich auch andere hitzebesrän- dige Gegenstände aus der Mischung gemäss der Erfindung hergestellt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

I. Verfahren zur Herstellung einer Masse für hitze- beständige Gegenstände mit hohem Widerstand gegen über schroffen Temperaturwechseln, dadurch gekenn zeichnet, dass eine Mischung hergestellt wird zwischen trockenen Bestandteilen und 5 bis 15 % einer kolloida- len Siliziumdioxyd-Lösung, bezogen auf das Gewicht der trockenen Bestandteile, wobei die trockenen Bestandteile, bezogen auf ihr Gesamtgewicht, 10 bis 30 % tafelförmiges Aluminiumoxyd, 5 bis 20 % kalziniertes Aluminiumoxyd, 8 bis 15 % Alpha-Quarz, 0,03 bis 0,2 % als Schmelzprodukt vorliegendes Magnesiumoxyd und 40 bis 70% eines feinverteilten Schmelzproduktes enthalten, wobei das Schmelzprodukt durch Zusammenschmelzen von 30 bis 80 Gewichtsprozent monoklinem ZrO2,

10 bis 20 Gewichtsprozent SiO.2 und 30 bis 50 Gewichtsprozent AlO hergestellt ist.

II. Verwendung der Masse gemäss Patentanspruch I zur Herstellung eines Giessrohres für den Druckguss von Metallen, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse zum Giessrohr geformt und anschliessend in einem Ofen gebrannt wird.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch Igekennzeichnet, dass etwa 40 bis 50% der verwendeten trockenen Bestandteile eine Korngrösse von 0,42 bis 4,76 mm, etwa 10 bis 20 % eine solche von 0,074 bis 0,42 mm und 38 bis 45 % eine solche von 0,074 mm bis Submikrongrösse aufweisen.

2. Verfahren gemäss Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrösse von 0,42 bis 4,76 mm etwa 40 %, die Korngrösse von 0,074 bis 0,42 mm etwa 15 % und die Korngrösse von 0,074 mm bis Submikrongrösse etwa 40 % beträgt.

3. Verfahren gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Schmelzproduktes am Gewicht der verwendeten trockenen Bestandteile etwa 62 % beträgt und 43,0 % ZrO2, 41,6 A1203 und 15,4 % SiO2 enthält.

4. Verfahren gemäss Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse, bezogen lauf das Ge- samtgewicht, der verwen,deten trockenen Bestandteile, etwa 23,1% tafelförmiges Aluminiumoxyd, etwa 8,2% kalziniertes Aluminiumoxyd, etwa 9,7 % Alpha-Quarz, etwa 10,1 % kolloidaler Siliziumdioxyd-Lösung und etwa 0,10 % als Schmelzprodukt vorliegendes Magnesiumoxyd enthält.

5. Verfahren gemäss Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse, bezogen auf das Gesamt- gewicht der verwendeten trockenen Bestandteile, etwa 21,3 % tafelförmiges Aluminiumoxyd, etwa 7,7 % kalziniertes Aluminiumoxyd, etwa 9,2 % Alpha-Quarz, etwa 10,1% kolloidale Siliziumdioxyd-Lösung und ungefähr 0,1 % als Schmelzprodukt vorliegendes Magnesiumoxyd enthält.