DE1783004C3

DE1783004C3 - Löslicher Kern zur Verwendung beim Metallgießen und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1783004C3
Application number: DE19681783004
Authority: DE
Inventors: Warwick Nicholson; Robinson Peter Michael; Birmingham Warwick Brown (Großbritannien)
Original assignee: Aeroplane And Motor Aluminium Castings Ltd., Birmingham, Warwick (Grossbritannien)
Priority date: 1967-09-15
Filing date: 1968-09-14
Publication date: 1977-03-03

Description

Die Erfindung betrifft einen löslichen Kern zur Verwendung beim Metallgießen, der aus löslichem Salz und Beimischungen besteht, sowie ein Verfahren zu

seiner Herstellung.

Es ist bekannt, einen wasserlöslichen Kern zur Verwendung beim Metallgießen auf der Basis eines gepreßten und gesinterten, neutralen, wasserlöslichen Salzes herzustellen, wobei dem Salz nicht mehr als 10% sines oder mehrerer anderer Salze oder Mineralsubstanzen, wie z. B. Magnesia, Talkum od. dgL, zugesetzt werden können, um die Widerstandsfähigkeit des Kerns in bezug auf den Wärmeschock zu erhöhen, wenn das

ι ο flüssige Metall um den Kern gegossen wird. Weiter ist es allgemein bekannt für das Metallgießen harzgebundene Sandkerne zu verwenden. Derartige Kerne weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Insbesondere besteht die Schwierigkeit das Sandmaterial aus den in

r₅ dem Metallgußstück durch die Verwendung solcher Kerne gebildeten Hohlräumen vollständig zu entfernen. Ferner ist die Kernfestigkeit nicht zufriedenstellend, so daß bei der Kernverwendung relativ viel Kernbruch anfällt Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß zur Herstellung der bekannten Kerne relativ hohe Drücke erforderlich sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines löslichen Kerns zur Verwendung beim Metallgießen, der bei Vermeidung der erwähnten Nachteile eine verbesserte Festigkeit aufweist sich aus dem Gußstück leicht und vollständig entfernen läßt sowie einfach herzustellen ist. Die Aufgabe besteht auch in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Kerns.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß bei dem einleitend angeführten Kern als Beimischung ein Kunstharz verwendet wird. Vorteilhafterweise umfaßt der lösliche Kern ein Gemisch aus einem löslichen Salz und einem flüssigen Harzbinder, um die Salzkörner im Agglomerat zu erhalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung derartiger Kerne kennzeichnet sich dadurch, daß das lösliche Salz und das Kunstharz in einen Kernkasten eingespritzt oder eingeblasen werden, in dem das Harz im wesentlichen aushärtet und der Kern gebildet wird.

Der lösliche Kern nach der Erfindung besitzt den Vorteil, daß er eine sehr gute Kernfestigkeit vor und während des Gießens aufweist und daß, nachdem er der Hitze des um ihn gegossenen Metalls unterworfen ist, der Harzüberzug auf den Salzkörnern zerbricht oder wegschmilzt, wodurch das lösliche Salz freigesetzt ist, so daß Wasser mit ihm in Berührung kommen und den Kern schnell auflösen kann.

Obgleich anfänglich eine hohe Kernfestigkeit sowohl für die Handhabung des Kerns als auch beim Gießen erhalten wird, und zwar gemäß der Bindeeigenschaften des Kunstharzes an den Salzpartikeln (wie sie in ähnlicher Weise bei einem harzgebundenen Sandkerij erhalten werden), wird, nachdem das Metall um den Kern gegossen worden ist, auf Grund der Erfindung ein neuer technischer Effekt dadurch erzielt, daß der Harzüberzug thermisch teilweise zerstört ist, woraus sich ergibt daß die Salzpartikeln in Wasser aufgelöst werden und sodann weggespült werden können. Somit ist es nicht nur möglich, den Nachteil harzgebundener Sandkerne, nämlich schädliche und abrasive Sandpartikeln in den Hohlräumen von Metallgußstücken zurückzulassen, zu vermeiden, sondern es ist auch möglich, eine hohe Qualität der Gußstücke bei relativ hohen Temperaturen ohne die Notwendigkeit der Benutzung von Hochdruckkernformausrüstungen zu erzielen.
Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend im

einzelnen erläutert

Das für den Gegenstand der Erfindung verwendbare lösliche Salz kann ein körniges oder kristallines Chlorid, Sulfat oder Karbonat oder ein Gemisch derartiger Salze sein. In solchen Fällen sind die Salze sowohl in heißem bzw. warmem oder kaltem Wasser löslich.

Beispiele für das Kunstharz sind: Harz vom Harnstoff-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 einschließlich irgendwelcher notwendiger Beschleuniger, die für die Überführung des Harzes in einen vorgeformten gehärteten Zustand benötigt werden.

Das Gemisch aus dem löslichen Salz und dem Harz kann in einen Kernkasten gespritzt oder geblasen werden, in dem das Harz im wesentlichen aushärtet und der Kern so verfestigt wird. Alte.nativ 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 Gemischs soll im allgemeinen fünf Gewichtsprozent des Salzes nicht überschreiten; er wird in den meisten Fällen zwischen zwei und drei Gewichtsprozent liegen. Das Salz-Harz-Gemisch weist im allgemeinen die Konsistenz von feuchtem Sand (grünem Sand) auf.

Nach dem Herstellungsverfahren des lösliche ι Kerns gemäß der Erfindung wird die benötigte Menge an Harz und Beschleuniger dem Salz zugefügt und die Bestandteile dann gründlich durcheinandergemischt, um eine feuchte Masse (grüne Masse) zu bilden. Das Gemisch wird dann unter Druck in einen Kernkasten eingeblasen, wobei der Blasdruck zwischen 5,0 und 8,0 kp/cm² liegt. Das Harz wird dann bei einer Temperatur von z. B. zwischen 150° und 300⁰C ausgehärtet, die von dem Prozentsatz und dem Typ des in dem Gemisch verwendeten Harzes abhängig ist.

Die Harzaushärtetemperatur liegt jedoch niedriger als die Schmelztemperatur des Salzes, um den Salzanteil des Kerns in körniger (nicht flüssiger) Form zu erhalten bzw. zu halten und ihn an das ausgehärtete Harz zu binden.

In einem Beispiel besteht die Kernzusammensetzung aus körnigem Natriumchlorid, das in einsrn Agglomerat an ein synthetisches Harz vom Phenol-Formaldehyd-Furfuryl-Alkohol-Typ gebunden ist. Dieses Harz war in folgenden Verhältnissen gemischt: Natriumchlorid als Grundmaterial, Phenol-Furan-Harz, und zwar hiervon 2,5 Gewichtsprozent vom Salz, und benötigter Beschleuniger, und zwar hiervon 25 Gewichtsprozent vom Harz.

Um die Eigenschaften dieser besonderen Kernzusammensetzung abschätzen zu können, wurde eine Reihe von Testversuchen durchgeführt, um das Aushärten und die mechanischen Eigenschaften dieser Zusammensetzung zu zeigen. Es wurden daher Aushärtezeitspannen und Temperaturbereiche angewendet, und zwar wurden die Kerne ausgehärtet von 5 Sekunden bis um 2 Minuten über einen Temperaturbereich von 150° C bis 25O⁰C.

In den Versuchen wurden Zugkerne nach den Standardnormen der A. F. S. (American Foundrymens Society) von etwa 6,5 cm² Querschnitt mit 6,0 kp/cm² in einen Kernkasten geblasen, wobei das Harz bei einer bestimmten Temperatur während einer bestimmten Zeit ausgehärtet wurde.

Um die mechanischen Eigenschaften dieses Verfahrens bzw. dieser Kerne zu zeigen, wurde bestimmt, daß für jede Zeit und Temperatur sofort nach der gewünschten Aushärtezeit ein Kern gebrochen, während ein anderer Kern zunächst in seinem Zustand belassen wurde, bis der letztere auf Raumtemperatur abgekühlt war; durchschnittlich wurden fünf Probestükke gewählt Bei Kernen, die während 90 Sekunden bei einer T emperatur von 250⁰C ausgehärtet waren, wurde ein Überschuß bezüglich der Heiß- bzw. Warmzugfestigkeit von 8,8 kp/cm² festgestellt, wänrend bei Raumtemperatur ein Überschuß von 21,0 kp/cm² an Zugfestigkeit festgestellt wurde.

Idealerweise sollte beim Kernherstellungsverfahren das gewählte Bindematerial nicht nur eine hohe Zugfestigkeit nach der Aushärtung aufweisen, es sollte auch einen niedrigen Gasentwicklungswert während des Metallgießens besitzen, wie auch einen Widerstand gegen Feuchtigkeits- bzw. Wasseraufnahme während der Lagerhaltung.

Die Gasentwicklungswerte der Probestücke wurden bei Standardgasentwicklungsversuchen in einer geregelten Atmosphäre eines Ofens gemessen. Die Menge des Gases, die nach einer Gasentwicklungszeit von 90 Sekunden gemessen wurde, betrug angenähert 12 ml/gm nach N.T.P. (Bedingungen unter normaler Temperatur und Druck).

Der Widerstand gegen Feuchtigkeitsaufnahme wurde gemessen durch Abnahme in Festigkeitsprozenten eines voll ausgehärteten A.F.S.-Zugkernes von 6,5 cm² Querschnitt, nachdem er 72 Stunden unter normalen Gießereilagerungsbedingungen gelagert 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 6,5 cm² Querschnitt der vorerwähnten Zusammensetzung, der mit 5,5 kp/cm² geblasen und während 20 Sekunden bei 220⁰C ausgehänet worden war, wurde in einem Wasserbad mit 50⁰C bewegt. Eine ausreichende Auflösung des Kerns trat nach 3 Minuten ein, völlige Auflösung wurde nach 25 Minuten festgestellt.

Es ist verständlich, daß in den Zuständen nach dem Vergießen eines Metalls eine anfängliche Zerstörung des Kerns eingesetzt haben wird, und zwar an der Metall-Kern-Berührungsfläche für eine mögliche Tiefe von etwa 13 mm, und dies erleichtert die Auflösbarkeit beim Zerstören »geschlossener« Oberflächen.

Aufgrund dessen löst sich ein löslicher Salzkern mit einem Gewicht von 75 Gramm in 3 Minuten auf (obwohl abhängig vom benutzten Harztyp und der Menge), d. h., für 100 Gramm Masse trit* eine Auflösung zu einem zufriedenstellenden Grad nach 4 Minuten ein.

Folgende Gußeigenscha^ften 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 Oberflächenqualität bzw. des Oberflächenzustandes des Gußkörpers bestimmt.

In allen Gußkörpern, die geprüft wurden, konnte im wesentlichen kein Beweis dafür erbracht werden, daß eine Oberflächenreaktion zwischen dem Salz und dem Metall eingetreten war, indes war die Oberflächenqualität in einigen Fällen den Silika-Sandkernen, die in

heißen Kernkasten hergestellt worden waren, überlegen und vergleichbar mit der Qualität derjenigen Kerne, die nach dem Muschelsandverfahren hergestellt werden.

Eine Veränderung in der mechanischen Aufbereitung des Salzes verbesserte nicht nur die Oberflächenqualität in einem großen Maße, sondern es wurden auch höhere Zugfestigkeiten der ausgehärteten Versuchsproben erzielt, und zwar bis zu 10%.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für einen Kern nach der Erfindung dargestellt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

^; 1. Löslicher Kern zur Verwendung beim Metallgießen, der aus löslichem Salz und Beimischungen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Beimischung ein Kunstharz ist
2. Kern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gemisch aus einem löslichen Salz und einem flüssigen Harzbinder, um die Salzkörner im Agglomerat zu erhalten.
3. Kern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das lösliche Salz ein körniges oder kristallines Chlorid, Sulfat oder Karbonat oder irgendein verträgliches Gemisch derartiger Salze ist
4. Kern nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz entweder vom Harnstoff-Formaldehyd-Typ, Phenol-Formaldehyd-Typ, Melamin-Förmaldehyd-Typ, Harnstoff-Furfuryl-Typ, PhenoJ-Furfuryl-Typ oder vom auf Zuckeroder Glykosebasis aufgebauten Typ ist oder aus verträglichen Zusammensetzungen dieser Harze besteht.
5. Kern nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch einen Beschleuniger einschließt, der für die Überführung des Harzes in einen vorgeformten ausgehärteten Zustand benötigt wird.
6. Kern nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an •Harz fünf Gewichtsprozent des Salzes nicht übersteigt.
7. Kern nach einem oder mehreren der Ansprüche t bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Natriumchloridmaterial, ein Phenol-Furan-Harz und einen Beschleuniger für das Harz umfaßt.
8. Verfahren zur Herstellung eines löslichen Kerns nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das lösliche Salz und das Harz in einen Kernkasten eingespritzt oder eingeblasen werden, in dem das Harz im wesentlichen aushärtet und der Kern gebildet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz und irgendwelche Beschleuniger, die nötig sind, dem löslichen Salz zugefügt werden, daß dann die Bestandteile gründlich miteinander vermischt werden, um eine feuchte Masse zu bilden, und daß dann das Gemisch unter Druck in einen Kernkasten geblasen wird, dessen Temperatur angehoben ist, um das Harz auszuhärten.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch mit einem Einblasdruck zwischen 5,0 und 8,0 kp/cm² in den Kernkasten eingeblasen wird.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushärtetemperatur für das Harz zwischen 150° C und 300° C liegt.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 9,10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz im Kern innerhalb einer Zeitspanne zwischen 5 Sekunden und 2 Minuten ausgehärtet wird.