DE1458102B2 - Verfahren zur Herstellung von Schalenformen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Schalenformen für den Präzisions- oder Feinguß und die dafür verwendeten Massen.

Das Gießverfahren mit verlorenem Modell, auch als Präzisionsgießverfahren, Feingießverfahren und Wachsausschmelzverfahren bekannt, hat im letzten Jahrzehnt zahlreiche Verbesserungen erfahren. Da das Verfahren im wesentlichen manuell durchgeführt wird, in großem Umfange die Handhabung von Einzelteilen erfordert und ferner eine Verbesserung der Qualität der Gußstücke wünschenswert ist, werden weitere Verbesserungen und Vereinfachungen des Verfahrens angestrebt.

Beim Feingießverfahren wird ein. Wachs- oder Kunststoffmodell des herzustellenden Gegenstandes erzeugt. Dieses Modell, das verlorengeht, wird dann mit einer keramischen Masse bedeckt, wobei eine Öffnung frei gelassen wird, durch die das Wachsmodell nach dem Erhärten der keramischen Masse herausgeschmolzen wird. Die erhaltene Form enthält so einen genauen Eindruck des Modells, in den geschmolzenes Metall gegossen werden kann. Diese Formen können entweder massiv sein oder aus dünnen Formschalen bestehen. Das Gießverfahren mit massiven Formen ist umständlich. Es erfordert die Verwendung von verstärkenden Umkleidungen und Metallformkästen und wurde in gewissen Bereichen der Gießerei-Industrie durch das Verfahren mit dünnen Schalenformen ersetzt.

Die dünnen Schalenformen werden gewöhnlich wie folgt hergestellt:

1. Ein Modell, das später verlorengeht, wird mit einem feinen Brei aus einer keramischen Masse umhüllt.

2. Der feuchte Überzug wird mit trockenen, groben Keramikteilchen eingestäubt.

3. Mehrere überzüge aus anderen keramischen Massen, die häufig vom basischen zum sauren Zustand wechseln, werden anschließend aufgebracht, wobei jede Schicht mit groben, trockenen Keramikteilchen eingestäubt wird, bis eine Schalendicke von 6 bis 13 mm erreicht ist.

4. Das Modell wird aus der Form herausgeschmolzen oder herausgelöst, die Form wird gebrannt und ist fertig für den Guß.

So ist es beispielsweise bekannt, auf das Modell zunächst zwei Schichten aus Marschalls und hydrolysierter Äthylsilikatlösung aufzutragen, über die dann mehrere Schichten aus Marschallit mit Wasserglaslösung als Bindemittel folgen. Ebenso sind Überzugsmassen aus Aluminiumoxyd oder anderen feingepulverten, feuerfesten Materialien und Wasserglaslösung bereits beschrieben.

Nach einem anderen bekannten, in der britischen Patentschrift 823 970 beschriebenen Verfahren soll das Modell zunächst mit einer Aufschlämmung eines feinzerteilten feuerfesten Materials in Alkalisilikatlösung überzogen werden. Dieser erste überzug wird dann mit einem groben, feuerfesten Material bestäubt, das seinerseits mit einer durch Säure hydrolysierten Äthylsilikatlösung besprüht wird, die kein feuerfestes Material enthält. Die weiteren Schichten werden durch wechselweises Aufstäuben von groben, feuerfesten Materialien und Aufsprühen von Äthylsilikatlösung erzeugt.

Auch die österreichische Patentschrift 208 006 beschreibt eine Schalenform aus mehreren Schichten auf Basis Natriumsilikat, die jeweils besandet werden. Hier ist es aber erforderlich, poröse Schichten mit festen Schichten zu kombinieren. Daher werden zunächst einige Schichten in einer sauren Gasatmosphäre hydrolysiert, und dann werden die folgenden Schichten in einem heißen Luftstrom von 40°C entwässert. Diese Schalenform hat jedoch den Nachteil, daß die innere Schicht sehr porös ist und daher von dem Gießstrahl erosiert wird, so daß an der Auftreffstelle des Strahls Fehlstellen entstehen. Außerdem stellt die unterschiedliche Behandlung der Schichten mjt einem sauren Gas bzw. einem Warmluftstrom einen arbeitstechnischen Nachteil dar. Zwar werden in dieser Patentschrift noch weitere Verfahrensvarianten beschrieben mit dem Zweck, der Form die nötige Festigkeit zu geben. Aber diese Arbeitsweisen besitzen ebenfalls erhebliche Nachteile, wie Abbrennen eines Lösungsmittels bzw. Anwendung hoher Temperaturen. Zusätzlich beansprucht die Aufbringung dieser festen Außenschichten erhebliche Zeit, die zwischen 20 und 30 Minuten pro Schicht liegt.

Aus der britischen Patentschrift 669 130 ist ein Verfahren bekannt, nach dem Schalenformen durch Auftragen einer ersten Schicht auf Basis von Natriumsilikat und feuerfestem Material und weiteren Schichten auf Basis von Äthylsilikat und feuerfestem Material und Besanden der äthylsilikathaltigen Schichten, Trocknen der fertigen Form und Brennen nach Ausschmelzen des Modells hergestellt werden. Die nach diesem Verfahren hergestellten Formschalen besitzen aber den Nachteil, daß durch das unterschiedliche thermische Verhalten der beiden Schichttypen bei Temperaturschockbeanspruchung durch den Gießstrahl die harte Innenschicht abgehoben werden kann.

Die vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung dünner Schalenformen sind verhältnismäßig einfach im Vergleich zu der Verwendung massiver Formen. Diese Verfahren bringen jedoch auch Probleme mit sich, die die volle Ausnutzung der Vorteile der dünnen Schalenformen in der Gießereitechnik erschweren.

Wenn die dünne Schalenform hart und fest ist, ist sie auch verhältnismäßig dicht und neigt zu Warmrißbildung. Ferner sind diese Formen im allgemeinen nicht so porös, daß die eingeschlossenen Gase entweichen können, die während des Gießens in der Form auftreten. Umgekehrt sind Formen von genügender Durchlässigkeit im allgemeinen weich und schwach und reißen daher bei der Fließbandproduktion oder während des Ausgießens mit Metall.

Während das Problem des Reißens der Formen den dünnen Schalenformen und den massiven Formen gemeinsam ist, sind die Risse bei den dünnen Schalenformen besonders unangenehm, weil der während des Gießens durch das geschmolzene Metall eintretende schroffe Temperaturwechsel eine Erweiterung der Risse verursachen kann, so daß Metall aus der Form austreten kann und Personal und Einrichtungen gefährdet.

Die Neigung zu Warmrißbildung ist sowohl bei den massiven als auch bei den dünnen Schalenformen vorhanden. Demzufolge werden bei den meisten Gießereien die dünnen Schalenformen in eine zusätzliche stützende Masse innerhalb einer sogenannten Flasche oder eines Kastens eingebettet, um ausreichende Festigkeit und ausreichenden Schutz zu erzielen,

3 4

insbesondere wenn verhältnismäßig große Gußteile einer Verzahnung zwischen der ersten Schicht auf

hergestellt werden oder nach dem Druckgießverfahren Natriumsilikatbasis und den folgenden Schichten

gearbeitet wird. Hierdurch werden natürlich einige auf Äthylsilikatbasis. Das Abheben der härten Innen-

der größeren Vorteile, die durch die Verwendung schicht bei Temperaturschockbeanspruchung durch

dünner Schalenformen erzielt werden können, wieder 5 den Gießstrahl wird durch die Besandung der mit

aufgehoben. , Natriumsilikat gebundenen Schicht vermieden. Durch

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu ent- die Kombination der glasmatrixartigen Innenschicht wickeln, mit dem Formschalen hergestellt werden mit den porösen Außenschichten auf Äthylsilikatkönnen, die die vorgenannten Nachteile nicht besitzen, basis ist es möglich, den Vorteil einer festen, tem-Insbesondere sollen die Formschalen eine feste, tempe- 10 peraturwechselbeständigen Innenschicht mit dem raturwechselbeständige Innenschicht mit relativ großer ebenso bedeutsamen Vorteil relativ guter Porosität Porosität besitzen. zu kombinieren.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Bezüglich der Herstellung des zusammengesetzten Herstellung von mehrschichtigen festen und dennoch Wachsmodells ist das Verfahren gemäß der Erfindurchlässigen, selbsttragenden Schalenformen, durch 15 dung mit dem üblichen Feingießverfahren mit ver-Auftragen einer ersten Schicht auf Basis von Natrium- lorenem Modell identisch. Erfindungsgemäß wird silikat und feuerfestem Material und weiteren Schich- das Ausschmelzmodell zunächst in an sich bekannter ten auf Basis von Äthylsilikat und feuerfestem Ma- Weise mit einem ersten überzug versehen, der aus terial und Besanden der äthylsilikathaltigen Schichten, einer Suspension besteht, die mindestens 40 Volum-Trocknen der fertigen Form und Brennen nach Aus- 20 prozent flüssiges Natriumsilikat einer Dichte von schmelzen des Modells, das dadurch gekennzeichnet 1,33 g/cm³ und ein feingemahlenes feuerfestes Maist, daß als erster überzug eine Suspension auf- terial enthält. Diese, eine besonders feste, aber vergetragen wird, die mindestens 40 Volumprozent flüs- hältnismäßig undurchlässige Form bildende Ubersiges Natriumsilikat einer Dichte von 1,33 g/cm³ zugsmasse Nr. 1 hat etwa folgende Zusammensetzung: und feuerfestes Material einer Korngröße unter 44 μ 25 überzugsmasse Nr 1

enthält daß dieser überzug mit einem körnigen _Natriumsilikat ..' 1600 bis 3000 cm³

feuerfesten Material besandet wird und daß der _{Wagser 2400 fais mQ cm}3

zweite und die weiteren Überzuge aus einer Suspen- _Netzmittel 10 bis 100 cm³

sion bestehen, die 31 bis 69 Gewichtsprozent Äthyl- Octylalkohol 5 bis 50 cm³

silikat, Aluminiumoxyd einer Teilchengroße unter 30 -p 50 u: 500 e

44 _μ und Borsilikatglas oder Schamotte einer Teil- Tonerde YTeilchengröße

chengroße von 0,177 bis 0,5 mm enthalt und daß _{unter Q(m mm}f _{6 gl bis n 34 k}

der zweite und die weiteren überzüge mit kornigem °
feuerfestem Material besandet werden, das größer ist Die überzugsmasse Nr. 1 enthält mindestens als das zum Besanden der ersten Schicht verwendete 35 40 Volumprozent, vorzugsweise 40 bis 75 Volum-Material, prozent, flüssiges Natriumsilikat, bezogen auf die

Durch dieses Verfahren wird eine Kombination insgesamt vorhandenen Flüssigkeiten. Die modi-

einer inneren, besonders festen, relativ undurch- fizierenden Flüssigkeiten, ein Netzmittel und Alkohol,

lässigen Schicht auf Basis Natriumsilikat mit einer sind in verhältnismäßig geringen Mengen vorhanden

Folge von weniger festen, gasdurchlässigen Schichten 40 und brauchen bei dieser Berechnung nicht berück-

auf Äthylsilikatbasis erreicht. Durch diese Kombi- sichtigt zu werden.

nation wird insbesondere die Erosion der innersten Jedoch sind diese Zusätze einzubeziehen, wenn

Formschicht beim Eingießen des flüssigen Metalls ihr Anteil nennenswert wird, da das Mindestvolumen

vermieden, zum anderen aber das Entweichen von des vorhandenen Natriumsilikats 40 Volumprozent

Gasen und Luft aus der Form ermöglicht. Wegen 45 der insgesamt vorhandenen Flüssigkeit ausmachen

der verschiedenen Zusammensetzung der ersten soll. Der Ton und die Tonerde werden bei der Bestim-

Schicht einerseits und der folgenden Schichten mung des Anteils des Natriumsilikats nicht berück-

andererseits und der dadurch bedingten Unterschiede sichtigt. Die feuerfeste Tonerde ist feingemahlen und

im thermischen Verhalten kommt es normalerweise hat eine Korngröße unter 44 μ.
beim Eingießen des flüssigen Metalls zur Bildung von 50 Das verwendete Natriumsilikat soll eine Konzen-

Rissen, wenn die Schalenform nicht nach dem vor- tration von 35° Be bzw. ein spezifisches Gewicht von

liegenden Verfahren hergestellt wird. 1,33 haben. Als besonders geeignet erwies sich ein

Wesentlich für die Verminderung der erosiven Natriumsilikat mit einem Na₂ O-Gehalt von 6,75 GeKraft des in die Form einfließenden Metallstrahls wichtsprozent, einem SiO₂-Gehalt von 25,3 Gewichtsist die Temperaturwechselbeständigkeit der Innen- 55 prozent und einem Wassergehalt von etwa 67,9 Geschieht. Hier konnte festgestellt werden, daß bei wichtsprozent.

Verwendung einer überzugsmasse mit hohem Gehalt Flüssige Bestandteile der überzugsmasse Nr. 2
an Natriumsilikat beim Brennen eine Glasmatrix Äthylsilikat 8 84 bis 19 05 ke

entsteht in welche die Körner des feuerfesten Ma- isopropylalkohol '.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. 1,26 bis 19^5 kg

tenals der ersten Besandung eingebettet sind. Diese 60 Wasser 0 45 bis 2 ?7 ka

Glasmatrix kann einer^ steilen Temperaturanstieg _Sai_zsäure (konzentriert)' '.'.'.'.'. 'lO bis 30 cm³

ohne Rißbildung aushalten, weil das jsilikatreiche _Netzmittel 100 bis 300 cm³

Glas bei diesen Temperaturen eine betrachtliche

Plastizität hat und daher die Wärmespannungen In dieser Tabelle ist nur die Zusammensetzung

zwischen dem eingebetteten feuerfesten Material und 65 des Flüssigkeitsanteils der überzugsmasse Nr. 2 ange-

dem Glas aufgenommen werden können. geben. Diese flüssigen Bestandteile werden gemischt

Darüber hinaus erfüllt der überzug aus körnigem und 4 Stunden stehengelassen, um vollständige Hy-

Material auf der ersten überzugsmasse die Funktion drolyse sicherzustellen, und dann mit den in nach-

IO

stehend genannten festen Bestandteilen zusammengegeben. Zu den festen Bestandteilen gehört körniges Borsilikatglas oder gemahlene Schamotte einer Teilchengröße von weniger als 0,5 mm, aber von mehr als 0,177 mm.

Feste Bestandteile der Überzugsmasse Nr. 2

Aluminiumoxyd (Teilchengröße unter 44 μ) 49,9 bis 72,58 kg

Körniges Borsilikatglas
oder gemahlene Schamotte
(der genannten Korngröße) 2,27 bis 3,63

Der Anteil des Äthylsilikats in der überzugsmasse Nr. 2 liegt zwischen 31 und 69%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Wasser, Äthylsilikat und Alkohol. Die kleineren Mengen der modifizierenden Flüssigkeiten und Zusätze an feuerfesten Teilchen werden bei der Bestimmung des Anteils an Äthylsilikat nicht berücksichtigt. Als geeignet erwies sich ein Äthylsilikat mit einem Kieselsäuregehalt von 40 Gewichtsprozent.

Als technisch besonders brauchbar haben sich Überzugsmassen Nr. 1 mit folgenden Zusammensetzungen erwiesen.

überzugsmasse Nr. 1

	Bevorzugt	1600 2400	bis bis	3000 1000	cm3 cm3
Natriumsilikat .. Wasser	2400 cm3 1600 cm3	42,0 18,5 190 7,26	bis bis bis bis	38,0 21,5 210 1 8,16	cm3 cm3 j
Netzmittel	40 cm3 20 cm3 200 g 7,71 kg				kg
Octylalkohol ... Ton
Tonerde

25

30

35

Im engeren Bereich der Zusammensetzung der überzugsmasse Nr. 1 sind auch 40 bis 75 Volumprozent Natriumsilikat enthalten. Bevorzugt wird ein Gehalt von 60 Volumprozent.

Besonders günstige Zusammensetzungen für die überzugsmasse Nr. 2 sind in nachstehender Tabelle angegeben.

Für die Mischung der flüssigen Bestandteile ist eine Alterungszeit von 4 Stunden erforderlich, bevor sie den festen Bestandteilen zugemischt wird. Bei der Herstellung der überzugsmasse Nr. 2 sind die Mengen vorzugsweise so zu wählen, daß ein spezifisches Gewicht von 1,9 bis 2,25 g/cm³ erhalten wird, bei dem die besten Ergebnisse erzielt werden.

überzugsmasse Nr. 2 .

Flüssige Bestandteile
Äthylsilikat......

Alkohol

Wasser

Salzsäure (37%ig)
Netzmittel

Bevorzugte Zusammensetzung

12,25 kg 9,1kg 1,36 kg 18 cm³

240 cm³

Engerer Bereich der Zusammensetzung

9,98 bis 15,88 kg

5,45 bis 11,34 kg

0,91 bis 1,81 kg

15 bis 25 cm³

190 bis 290 cm³

55

60

65

	Bevorzugte Zusammen	Engerer Bereich der
	setzung	Zusammensetzung
Feste Bestandteile
Tonerde (Korn
größe wie oben)	61,24 kg	58,97 bis 63,51 kg
Körniges Bor
silikatglas oder
gemahlene Scha
motte (Korn
größe wie oben)	3,18 kg	2,72 bis 3,63 kg

Im engeren Bereich der Zusammensetzung der überzugsmasse Nr. 2 sind 45 bis 69 Gewichtsprozent Äthylsilikat enthalten. Bei der bevorzugten Zusammensetzung sind 54 Gewichtsprozent Äthylsilikat vorhanden.

Nachdem die verlorenen Modelle mit der überzugsmasse Nr. 1 bedeckt worden sind, wird ein erster überzug aus einem körnigen feuerfesten' Material auf die später beschriebene Weise aufgebracht. Es sind zwei Gruppen von körnigen feuerfesten Materialien vorgesehen. Die der Gruppe 1 können aus einer oder mehreren der nachstehenden Materialien in den genannten Korngrößen bestehen: Borsilikatglas, Mullit, Sillimanit, Tonerde und eine feuerfestes Material von geringer Wärmeausdehnung und mit hohem Kieselsäuregehalt, sämtlich in einer Korngröße von 0,177 bis 0,5 mm; Zirkonsandtonerdereiche feuerfeste Stoffe in einer Korngröße zwischen 0,044 und 0,297 mm. Das tonerdereiche feuerfeste Material ist allgemein als gemahlene Schamotte bekannt. Es zeigte sich, daß Zirkonsand vorzuziehen ist.

Die körnigen feuerfesten Materialien der Gruppe 2 für die Umhüllung des zweiten Überzugs können eine oder mehrere der folgenden Stoffe sein, Borsilikatglas, Zirkonsand, Mullit, Sillimanit, Tonerde in Korngrößen von 0,177 bis 2,0 mm und tonerdereiches feuerfestes Material bzw. gemahlene Schamotte einer Korngröße zwischen 0,149 und 2,0 mm. Bevorzugt von den genannten Stoffen wird gemahlene Schamotte einer Korngröße von 0,297 bis 2,0 mm.

Es ist festzustellen, daß die körnigen feuerfesten Materialien der Gruppe 2 größere Korngrößen haben als die der Gruppe Nr. 1. Die körnigen, feuerfesten Materialien aus den beiden Gruppen sowie die Überzugsmassen werden so zusammengestellt, daß verschiedene Arten von Schalenformen hergestellt werden können. Hierzu wird das Modell mit einem ersten überzug aus der überzugsmasse Nr. 1 überzogen, der mit einem körnigen, feuerfesten Material aus der Gruppe Nr. 1, beispielsweise mit Zirkonsand, bedeckt wird. Die anschließenden überzüge sind mit der Überzugsmasse Nr. 2 herzustellen, wobei jeder überzug mit dem tonerdereichen feuerfesten Material aus der Gruppe Nr. 2 zu bedecken ist. Nach diesem Verfahren hergestellte Formen vereinigen Festigkeit und Durchlässigkeit in der besten Weise.

In der überzugsmasse Nr. 1 dient Natriumsilikat als Bindemittel, weil mit ihm eine feste Bindung bei normalen Raumtemperaturen und Feuchtigkeiten sowie unter geregelten Trockenbindungen erzielt wird.

Eine Mindestmenge von 40 Volumprozent Natriumsilikat ist erforderlich. Bevorzugt werden

60 Volumprozent. Der höhere Natriumsilikatgehalt begünstigt die Bildung eines glasartigen komplexen Natrium -Aluminiumoxyd - Zirkon - Materials, wenn während des Brennens auf Temperaturen im Bereich von 871 bis 1177° C erhitzt wird. Die höheren Natriumsilikatkonzentrationen, die erheblich über den zur Zeit normalerweise angewendeten liegen, ergeben entschiedene Verbesserungen der Beständigkeit gegen Abspülen und Absplittern. Ebenso wird eine bessere Maßgenauigkeit und Oberflächengüte des Gußstücks ohne Rücksicht auf die Art des zu gießenden Metalls bzw. der zu gießenden Legierung erzielt. Es wird angenommen, daß die höhere Natriumsilikatkonzentration die Temperaturwechselbeständigkeit der Form verbessert, bedingt durch die Senkung der Schmelztemperatur des ersten Überzugs, so daß der erste überzug die Möglichkeit hat, den bei der Wärmeausdehnung bzw. dem plötzlichen Temperaturwechsel auftretenden Spannungen nachzugeben, während die äußeren überzüge starr bleiben. Als Folge können die festen Bestandteile sich ungehindert innerhalb des ersten Überzugs ausdehnen, ohne die Form zu zerreißen, womit gewöhnlich zu rechnen ist, wenn feste Bestandteile sich innerhalb einer harten Masse durch Wärmeeinwirkung ausdehnen. Diese Theorie wird durch den folgenden Versuch gestützt, bei dem verschiedene Feststoffe mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungseigenschaften an Stelle der feingemahlenen Tonerde in der überzugsmasse 1 verwendet wurden. In einer Reihe von Versuchen wurden die in Tabelle I aufgeführten Stoffe verwendet, ohne daß während des Gießens Ausfälle durch schroffen Temperaturwechsel eintraten. Gußstücke von gleicher Qualität wurden erhalten.

Tabelle I

Material

Borsilikatglas

Tonerde

Geschmolzenes Aluminiumoxyd

Mullit

Zirkon

Stabilisiertes Zirkonoxyd Aluminiumtitanat

Wärmeausdehnungskoeffizient
χ 10"⁷

Als Bindemittel für die überzugsmasse Nr. 2 wird Äthylsilikat verwendet, weil es mehrere Vorteile gegenüber anderen Stoffen hat. Hydrolysiertes Äthylsilikat trocknet schnell bei normalen Raumtemperaturen und -feuchtigkeiten und kann zur geregelten Trocknung unter bestimmten Bedingungen modifiziert werden. Wenn Aufschlämmungen der erfindungsgemäßen Zusammensetzung verwendet werden, bildet die hydrolysierte Äthylsilikatlösung ein Gel, wenn sie auf das Modell aufgetragen wird. Nach weiterem Aushärten und Abdampfen (15 bis 45 Minuten) dehydratisiert das Gel, gibt Alkohol ab, schrumpft und bildet eine Auflage aus klebendem Siliciumdioxyd. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn die folgende Schicht aufgebracht wird, bevor das Äthylsilikatgel vollständig dehydratisiert ist, d. h. bevor es vollständig auf sein kleinstes Volumen geschrumpft ist. Nachdem die letzte Schicht der Aufschlämmung aufgetragen ist, wird die Form vollständiger ausgehärtet (wenigstens 3 Sekunden). Während des Brennens schrumpft das Gel weiter auf sein 80 bis 90

79

28 bis 42

26

72 (70 bis 1000°C)

10 (bis 1000°C)

kleinstes Volumen und hinterläßt dabei Hohlräume, in die die festen Bestandteile sich während des Brennens und Ausgießens der Form ausdehnen. Die Anwesenheit dieser Hohlräume erhöht weiterhin die Durchlässigkeit der Form. Dies ist natürlich sehr vorteilhaft für die Herstellung guter Gußstücke. Die Bindung wird ausschließlich durch die in der überzugsmasse verwendeten keramischen Stoffe, die gröberen körnigen feuerfesten Materialien und das amorphe Siliciumdioxyd aus der hydrolysierten Äthylsilikatlösung bewirkt. Die Bindung ist fest genug, so daß keine anfrittenden Zusätze oder Flußmittel zur Erhöhung der Festigkeit erforderlich sind. Einige zur Zeit verwendete körnige feuerfeste Materialien erfordern gewöhnlich den Zusatz von Stoffen, die Anfritten bewirken, oder von Flußmitteln zur Senkung des Schmelzpunkts des Eutektikums von Aluminiumoxyd und Siliciumdioxyd, um eine Bindung durch Verschmelzen zu bewirken.

Einige vorteilhafte Ansätze für die der überzugsmasse Nr. 1 sind in Tabelle II aufgeführt.

Tabelle II
Zusammensetzung der überzugsmasse Nr. 1

Bestandteile

Mischung

Natriumsilikat, cm³.

Wasser, cm³

Alkohol, cm³

Ton, g.... .,

Tonerde, kg .......

Netzmittel, cm³
Volumprozent
Natriumsilikat ..,

1600

2400

18

190

8,16

42

40

2000

2000

19

195

8,16

41

50

2400

1600

20

200

7,71

40

60

2800

1200

21

205 ^:
7,71
39

70

3000
1000

22

-207
7,26

38

75

3200

^.800

22

210

7,26

38

80
009 537/94

In den in Tabelle II genannten Zusammensetzungen ist ein Netzmittel enthalten. Geeignet ist jedes handelsübliche Netzmittel. Seine Anwesenheit stellt sicher, daß der überzug sich dem Wachsmodell sowie der folgenden Reihe von überzügen gut anschmiegt.

Octylalkohol wird in der überzugsmasse Nr. 1 als Schaumverhütungsmittel verwendet, um eingeschlossene Luft aus der Aufschlämmung zu entfernen oder ihre Menge soweit wie möglich zu verringern. Es können jedoch auch andere Schaumverhütungsmittel verwendet werden. Ton wird der Mischung zur Erhöhung der Viskosität der Aufschlämmung und zur Verbesserung der Güte der Suspension zugegeben.

Die unter Ziffer 5 und 6 der Tabelle II angegebenen Zusammensetzungen ergeben die stärksten Schalenformen. Zirkonsand einer Korngröße zwischen 0,074 und 0,297 mm kann zur Bedeckung des ersten Überzugs verwendet werden. Nach jedem Auftrag der flüssigen überzugsmasse Nr. 2 ist ein tonerdereiches feuerfestes Material einer Korngröße zwischen 0,297 und 2,0 mm aufzubringen. Die Zahl der überzüge beträgt 4 bis 8. Zwischen jeder Aufbringung eines Überzuges wird 15 bis 45 Minuten je nach Raumtemperatur getrocknet. Eine abschließende Trocken- oder Aushärtezeit von wenigstens 3 Stunden ist erforderlich, worauf die Formen 20 bis 100 Minuten bei einer Temperatur von 871 bis 1177° C gebrannt werden können. Bei diesem in einem einzigen Arbeitsgang erfolgenden Brennprozeß wird das Modell herausgeschmolzen.

In Tabelle III sind mehrere Möglichkeiten für die Zusammensetzung der überzugsmasse Nr. 2 angegeben. Die Mischungen 6 und 7 ergeben die stärkste Form und die Mischungen 1 und 2 die durchlässigste Form. Die Mischung 4 wird bevorzugt, wenn eine Form gewünscht wird, in der Festigkeit und Durchlässigkeit in bester Weise kombiniert sind.

Tabelle III Zusammensetzungen der überzugsmasse Nr. 2

Bestandteile

Mischung
3 4 5

Äthylsilikat, kg

Alkohol, kg

Wasser, kg

Säure, cm³

Netzmittel, cm³

Tonerde, kg

Borsilikat, kg

Gewichtsprozent Äthylsilikat

5,45
6,81
1,36

18
240

67,13
3,17

24

7,71

9,1

1,36

18
240

65,32 3,17

34

10,19 11,34

1,36 18 240 63,51

3,17 44 12,25
9,1
1,36

18
240

61,70
3,17

54

14,51
6,81
1,36

18
240

59,89
3,17

16,78
4,54
1,36

18
240

58,08
2,72

74

19,05

2,27
1,36

18
240

56,27
2,72

84

Zur Herstellung von Gußstücken, die eine Form von hoher Durchlässigkeit erfordern, können der zweite und alle folgenden überzüge aus den Mischungen unter Ziffer 2 oder 3 der Tabelle III hergestellt werden. Um den ersten überzug aus der überzugsmasse Nr. 1 ist vorzugsweise eine Schicht aus Zirkonsand einer Korngröße zwischen 0,149 und 0,297 mm zu legen, und jeder weitere überzug ist vorzugsweise mit einer Schicht aus tonerdereichem feuerfestem Material einer Korngröße zwischen 0,297 und 2,0 mm zu bedecken. Die Trockenzeiten und Brenntemperaturen und -zeiten sind die gleichen, wie vorstehend angegeben.

Größe und Gestalt des zusammengesetzten Modells sind dafür maßgebend, ob speziell hohe Festigkeit oder hohe Durchlässigkeit erforderlich ist, und nach diesen Gesichtspunkten kann eine Mischung geeigneter Zusammensetzung gewählt werden. Schalenformen, die Festigkeit und Durchlässigkeit in bester Weise in sich vereinigen, können so hergestellt werden, daß die Mischung unter Ziffer 3 in Tabelle II' für den ersten überzug, eine Schicht aus Zirkonsand gefolgt von überzügen aus Mischung unter Ziffer 4 in Tabelle III und Schichten aus tonerdereichem Material verwendet werden, wie vorstehend beschrieben. Getrocknet und gebrannt wird in der vorstehend angegebenen Weise.

Schnelles Erhitzen der gehärteten Form auf eine Temperatur zwischen 871 und 1177° C verursacht keine Warmrißbildung. Augenblickliches Erhitzen wird vielmehr als Mittel zur Vermeidung des Reißens der Form empfohlen, das bei langsamem Erhitzen durch Wärmeausdehnung des Modellmaterials verursacht werden kann. Der obengenannte Brenntemperaturbereich liegt erheblich unterhalb der Temperatur, die für eine eutektische Reaktion zwischen der Tonerde und der Kieselsäure erforderlich ist.

Gemäß der Erfindung hergestellte Schalenformen haben eine solche Festigkeit, daß sie der erosiven Kraft des in die Form gegossenen geschmolzenen Metalls widerstehen und dadurch Gußstücke mit glatter Oberfläche gewährleisten. Die Schalenformen halten auch die normalen Handhabungen aus, ohne zu reißen, insbesondere bei der Fließbandfertigung, und sind so fest, daß sie die Anwendung des Druckgußverfahrens ermöglichen.

Die Schalenformen haben ferner eine solche Durchlässigkeit, daß in der Form eingeschlossene Luft sowie Gase, die während des Brennens oder Gießens in der Form gebildet werden können, schnell entweichen können.

Die Maßgenauigkeit und Maßhaltigkeit der erfindungsgemäßen Formen ist derart, daß die Ausschußprozentsätze infolge Nichteinhaltung der Maßtoleranzen der Gußstücke vernachlässigbar sind.

Die Eigenschaft der gemäß der Erfindung zum Aufbau der Schalenformen zu verwendenden Überzugsmassen und körnigen feuerfesten Materialien, schnell zu härten, bringt eine erhebliche Zeitersparnis gegenüber den bisherigen Methoden der Herstellung von Formen für den Feinguß mit sich, bei denen nach dem Aufbringen jedes einzelnen Überzuges und

Claims (2)

11 12

jeder einzelnen Formstoffschicht eine Trocken- und zum Besanden der ersten Schicht verwendete

Aushärtungszeit von 2 bis 24 Stunden erforderlich ist. Material.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gePatentansprüche: kennzeichnet, daß der erste überzug mit Zirkon-1. Verfahren zur Herstellung von mehrschich- 5 sand einer Korngröße von 0,044 bis 0,297 mm tigen festen und dennoch durchlässigen, selbst- bedeckt wird und die folgenden überzüge mit tragenden Schalenformen, durch Auftragen einer tonerdereichem feuerfestem Material einer Kornersten Schicht auf Basis von Natriumsilikat und größe von 0,149 bis 2,0 mm bedeckt werden, feuerfestem Material und weiteren Schichten auf 3. überzugsmasse für die erste Schicht des Basis von Äthylsilikat und feuerfestem Material 10 Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet und Besanden der äthylsilikathaltigen Schichten, durch folgende Zusammensetzung:

Trocknen der fertigen Form und Brennen nach Natriumsilikat 1600 bis 3000 cm³

Ausschmelzen des Modells dadurch ge- _{Wasser 2400 bis 1000 cm}3

kennzeichnet daß als erster überzug Netzmittel 38 bis 42 cm³

eine Suspension aufgetragen wird die, bezogen _I5 Octylalkohol 18,5 bis 21,5 cm³

aui die Gesamtmenge an flussigen Bestandteilen, J_0n ^q ^j₅ 210 s mindestens 40 Volumprozent flüssiges Natrium- Aluminiumöxyd"(<44'a)' 7,26 bis 8,16 kg silikat einer Dichte von 1,33 g/cnr und feuerfestes Material einer Korngröße unter 44 μ ent- 4. überzugsmasse für die zweite und die weiteren hält, daß dieser überzug mit einem körnigen 20 Schichten des Verfahrens nach Anspruch 1, gefeuerfesten Material besandet wird und daß der kennzeichnet durch folgende Zusammensetzung: zweite und die weiteren überzüge aus einer

Suspension bestehen, die, bezogen auf die Gesamt- Äthylsilikat 10,01 bis 15,88 kg

menge an flüssigen Bestandteilen, 31 bis 69 Ge- Alkohol 5,45 bis 11,34 kg

wichtsprozent Äthylsilikat, Aluminiumoxyd einer 25 Wasser 0,91 bis 1,82 kg

Teilchengröße unter .44 μ und Borsilikatglas oder Salzsäure 15 bis 25 cm³

Schamotte einer Teilchengröße von 0,177 bis Netzmittel 190 bis 290 cm³

0,5 mm enthält und daß der zweite und die wei- Tonerde (<44 μ) 58,97 bis 63,51

teren überzüge mit körnigem feuerfestem Ma- Borsilikatglas

terial besandet werden, das gröber ist als das 30 (0,297 bis 0,5 mm) 2,72 bis 3,63 kg