DE19923779A1

DE19923779A1 - Formstoff für Brechkerne für den Sphäroguß

Info

Publication number: DE19923779A1
Application number: DE1999123779
Authority: DE
Inventors: Clemens Schottek
Original assignee: Luengen & Co KG As GmbH
Current assignee: Luengen & Co KG As GmbH
Priority date: 1999-05-22
Filing date: 1999-05-22
Publication date: 2000-11-23
Also published as: WO2000071281A1; EP1198310A1

Abstract

Beschrieben wird ein Formstoff für Brechkerne für den Sphäroguß, enthaltend einen mineralischen, feuerfesten körnigen Grundstoff und ein Bindemittel; der Formstoff ist dadurch gekennzeichnet, daß er einen feinkörnigen sphärogenen Zusatz, vorzugsweise Magnesium, enthält.

Description

Die Erfindung betrifft einen Formstoff für Brechkerne für den Sphäroguß.

Brechkerne (Einschnürkerne) werden in der Gießereitechnik als Zwischenstücke zwischen einem Speiser und einem Gußstück ver wendet. Sie enthalten eine "Engstelle", an der das zwischen dem Speiser und dem Gußstück befindliche Eisen abgebrochen werden kann.

Es existiert eine etwa 1935 beginnende systematische Forschung mit dem Ziel, die mechanischen Eigenschaften des Gußeisens durch die Ausscheidung eines kugeligen, anstelle eines lamel laren Graphits zu verbessern. Diese Entwicklung führte in den nachfolgenden 20 Jahren zu der Erkenntnis, daß geringe Zusätze von Alkali- oder Erdalkalimetallen, wie Magnesium (etwa 0,02 bis 0,08%) oder auch Cer (nachstehend als "sphärogene Zusätze" bezeichnet) eine Ausscheidung des Graphits in Kugelform bewir ken, und bot so ab etwa 1950 die Grundlage für eine industri elle Erzeugung dieses Werkstoffes, der im allgemeinen als "Sphäroguß" bezeichnet wird.

Gußeisen mit Kugelgraphit hat gegenüber Gußeisen mit Lamellen graphit verschiedene Vorteile, z. B. eine höhere Festigkeit und eine bessere plastische Verformbarkeit. So liegt die Mindest zugfestigkeit von Gußeisen mit Kugelgraphit bei vorwiegend ferritischem bzw. perlitischem Grundgefüge über 400 bis 800 N/mm² anstelle von 100 bzw. 400 N/mm² bei Gußeisen mit Lamel lengraphit, und die Mindestbruchdehnung liegt bei 15 bzw. 2% anstelle einer Bruchdehnung unter 1% (vgl. Ullmann's Encyklo pädie der technischen Chemie, 4. Aufl., Bd. 12 (1976), S. 423- 424).

Das in den "Brechkernen" erstarrte Gußeisen enthielt aber kei nen Kugelgraphit, sondern nur Lamellengraphit, auch wenn das schmelzflüssige Eisen geringe Mengen an sphärogenen Zusätzen enthielt. Das Gußeisen mit Lamellengraphit dehnte sich sogar in den Bereich des Gußstücks aus, weil das Eisen im schmelz flüssigen Zustand infolge der Volumenkontraktion aus dem Speiser in das Gußstück nachwanderte.

Der Grund für diese unerwünschte Erscheinung war bisher unbe kannt.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß Gußstücke er halten werden können, die auch im Brechkern sowie im Grenz bereich zwischen Brechkern und Gußstück Kugelgraphit enthal ten, wenn dem Formstoff der Brechkerne ein sphärogener Zusatz beigemischt wird.

Die Erfindung betrifft somit einen Formstoff für Brechkerne für den Sphäroguß, enthaltend einen feuerfesten körnigen Grundstoff und ein Bindemittel. Der Formstoff ist gekenn zeichnet durch einen Gehalt an einem feinteiligem sphärogenen Zusatz.

Der bevorzugte sphärogene Zusatz ist feinteiliges Magnesium, obwohl auch andere, bisher nur dem Eisen zugesetzte sphärogene Zusätze, wie Cer, verwendet werden können. Alkalimetalle oder andere Erdalkalimetalle als Magnesium, z. B. Calcium, sind nicht so gut geeignet, da sie an der Luft leicht oxidieren.

Das mit Hilfe der Erfindung erzielbare Ergebnis ist deshalb überraschend, weil der im Formstoff enthaltene sphärogene Zusatz nicht unmittelbar mit dem schmelzflüssigen Eisen in Berührung kommt und daher auch keine Wechselwirkung zwischen dem Zusatz und dem schmelzflüssigen Eisen zu erwarten war. Eine Reaktion des im Formstoff enthaltenen sphärogenen Zu satzes mit dem schmelzflüssigen Eisen in der Dampfphase kann als ausgeschlossen gelten, da das Magnesium und noch mehr das Cer einen äußerst niedrigen Dampfdruck hat und der Formstoff zwischen den Körnern des feinkörnigen Minerals Lufteinschlüsse enthält, so daß der dampfförmige sphärogene Zusatz sofort mit dem Luftsauerstoff reagieren würde.

Die Erklärung für den durch die Erfindung erzielbaren Effekt liegt wahrscheinlich darin, daß der Formstoff Verunreinigungen (z. B. Schwefel) enthält, die ohne den sphärogenen Zusatz aus dem Formstoff in das schmelzflüssige Eisen diffundieren und auf diese Weise mit den sehr geringen Mengen des sphärogenen Zusatzes im schmelzflüssigen Eisen reagieren können, so daß sich beim Erstarren des Eisens kein Kugelgraphit, sondern Lamellengraphit bildet. Es wird angenommen, daß der sphärogene Zusatz im Formstoff der Brechkerne mit den darin enthaltenden Verunreinigungen reagiert, so daß diese nicht mehr in das schmelzflüssige Eisen diffundieren können. Der sphärogene Zu satz hat also offenbar eine "scavenger"-Funktion.

Zusätze von Magnesium zu Speisermassen sind an sich bekannt, wobei auf folgende Druckschriften hingewiesen wird: DE 25 32 745 C2; DE-OS 29 23 393; EP 0 879 662 A1.

Diese Zusätze haben jedoch eine völlig andere Funktion. Sie sollen bei Speisermassen ohne fluoridhaltige Flußmittel mit dem in der thermischen Speisermasse vorhandenen Oxidations mittel reagieren und auf diese Weise eine höhere Temperatur erzeugen, bei der die passivierende Oxidschicht auf dem gleichzeitig vorhandenen Aluminiumpulver aufgebrochen und das Aluminium ebenfalls oxidiert wird. Das in den thermischen Speisermassen vorhandene Magnesium ist also nach der Oxidation durch das Oxidationsmittel in der Oxidform vorhanden und kann mit den restlichen Verunreinigungen in der Speisermasse nicht mehr reagieren.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung enthält der Formstoff etwa 1 bis 3 Gew.-% feinteiliges Magnesium. Vorzugsweise hat das feinteilige Magnesium eine Teilchengröße von etwa 0,063 bis 2 mm.

Der feuerfeste körnige Grundstoff ist üblicherweise klassier ter Quarzsand. Daneben können auch Chromit-, Zirkon- und Oli vinsand verwendet werden. Auch Grundstoffe auf der Basis von Schamotte, sowie Magnesit, Sillimanit und Korund können ver wendet werden.

Die Binder für den feuerfesten körnigen Grundstoff können an organischer oder organischer Natur sein. Die anorganischen Binder werden in natürliche und synthetische unterteilt. Natürliche anorganische Binder sind Tone (Montmorillonit, Glaukonit, Kaolinit, Illit, Attapulgit); synthetische an organische Binder sind z. B. Wasserglas, Zement und Gips. Zu den organischen Bindern zählen vor allem die Kunstharze, z. B. Phenol-, Harnstoff- und Furanharze sowie Ethylsilicat. Es kön nen aber auch Öle, Kohlenhydratbinder, wasserlösliche Flüssig binder auf der Basis von Sulfit-Ablaugen, Melasse, Dextrose- Abläufen, Alkanolaminen und Pechbinder verwendet werden.

Vorzugsweise ist der feuerfeste körnige Grundstoff, z. B. Quarzsand, mit einem Harz umhüllt. Dieser Sand wird als Croning-Sand bezeichnet. Ein solcher Sand wird mit Hilfe einer Kernschießmaschine in die Hohlform des Brechkerns geblasen und füllt dort den Hohlraum aus. Die Form wird bei 200 bis 300°C ausgehärtet, wobei das Harz flüssig wird und die Sandteilchen miteinander verbindet. Das Phenolharz härtet in der Hitze aus, so daß es nachher nicht mehr geschmolzen werden kann.

In dem Brechkern können aber auch andere Sande verwendet wer den. Weiterhin kann eine sogenannte Coldbox-Masse verwendet werden, die als Bindemittel Wasserglas enthält. Die Aushärtung der Coldbox-Masse erfolgt durch Einblasen von Kohlendioxid und anschließende Trocknung.

Die Erfindung ist durch die nachstehenden Beispiele erläutert.

Beispiel 1 Herstellung eines Formstoffs mit Croning-Sand

Ein Compound aus 92 Gew.-Teilen Quarzsand (F 32, Hersteller Quarzwerke Frechem) und 5 Gew.-Teilen Croning-Harz (einem Phe nolharz) wird mit 3 Gew.-Teilen Magnesium (Teilchengröße 0,1 mm) vermischt. Das Gemisch wird in eine Brechkernform gefüllt und bei 240°C 2 Minuten ausgehärtet.

Der Brechkern wird mit einem Speiser verklebt und auf ein Guß modell gesetzt. Nach der Entfernung des Gußmodells wird die erkaltete Gußform mit schmelzflüssigem Sphäroguß (etwa 3,4% C, 0,05% Mg) gefüllt und erstarren gelassen. Der erstarrte Sphä roguß zeigt im Schliff sowohl im Gußstück als auch im Brech kernbereich Kugelgraphit.

Beispiel 2

Ein Gemisch aus 90 Gew.-Teilen Quarzsand, 7 Gew.-Teilen Was serglas (Feststoffgehalt 50%) und 3 Gew.-Teilen Magnesium wird in eine Brechkernform gefüllt, durch Begasen mit CO₂ bei Raum temperatur ausgehärtet, und bei 180°C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Die weiteren Behandlungsschritte werden wie nach Beispiel 1 durchgeführt. Der erstarrte Sphäroguß zeigt im Schliff sowohl im Gußstück als auch im Brechkernbereich Kugel graphit.

Beispiel 3 (Vergleichsbeispiel)

Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird mit der Abweichung wie derholt, daß kein Magnesium zugesetzt wird.

Der Schliff im Grenzbereich zwischen Brechkern und Gußstück zeigt bis hinein in das Gußstück ein Gemisch aus Kugel- und Lamellengraphit (entarteter Graphit).

Claims

1. Formstoff für Brechkerne für den Sphäroguß, enthaltend ei nen mineralischen, feuerfesten körnigen Grundstoff und ein Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß er einen feinkörnigen sphärogenen Zusatz enthält.

2. Formstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sphärogene Zusatz Magnesium und/oder Cer darstellt.

3. Formstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er etwa 1 bis 53% feinkörniges Magnesium enthält.

4. Formstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Magnesium eine Teilchengröße von etwa 0,063 bis 2 mm hat.

5. Formstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der körnige Grundstoff Quarzsand darstellt, der mit einem Harzbinder umhüllt ist.

6. Formstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Bindemittel ein Coldbox-Bindemittel, vor zugsweise Wasserglas, darstellt.