DE2116767C3

DE2116767C3 - Selbsterhärtende Formmasse

Info

Publication number: DE2116767C3
Application number: DE19712116767
Authority: DE
Inventors: Abram M.; Schukowskij Sergej S.; Tepljakow Sergej D.; Moskau Ljass
Original assignee: Zentralny Nautschno-Issledowatelskij Institut Technologii Maschinostrojenija, Moskau
Filing date: 1971-04-06
Publication date: 1976-12-02

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsthärtende Formmasse zur Herstellung von Gießkernen und -formen, enthaltend Formsand, Orthophosphorsäure und Eisen(II)-oxidhaltiges Material. Die Formmasse wird bei der Herstellung der Gießkerne und -formen als verformbare oder flüssige Masse verwendet. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der Formmasse nach der Erfindung bei der Herstellung von größeren Gießkernen und -formen.

In der schweizerischen Patentschrift 500 144 ist ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Formteilen beschrieben, bei dem ein feuerfestes keramisches Material mit primären, sekundären oder tertiären Metallphosphaten als Bindemittel zu einer Formmasse gemischt und diese zu einem Formteil gestampft wird. Diese stampfbare Formmasse besteht dabei aus einem Gemisch aus feuerfestem keramischen Material mit mindestens einem primären, sekundären oder tertiären Metallphosphat als Bindemittel. Es ist in dieser Patentschrift auch ausgeführt, es würden zwar grundsätzlich alle primären, sekundären oder tertiären Metallphosphate als Bindemittel wirken; in der Praxis haben sich aber die Erdalkalimetall- und Erdmetallphosphate, insbesondere AlPO₄ und Mg (H₂PO₄),, als Binder für Stahlgußformteile bewährt. Der Binder wird bei dem bekannten Verfahren dem keramischen Material gewöhnlich als Lösung zugemischt. Als feuerfestes keramisches Material wird Zirkonsilikat. Zirkonoxid, Mullit, SiIimanit, Tonerde, Schamotte oder Magnesit in einer Korngröße von bis zu 4 mm vorgeschlagen.

Die für Stampfmassen angegebenen Zusammensetzungen und die daraus resultierenden Vorteile lassen sich jedoch auf verformbare oder im flüssigen Zustand zu verarbeitende Massen nicht ohne weiteres übertraeen.

In der schweizerischen Patentschrift 231 933 sind verschiedene Form- und Kernmassen für Gießereizwecke beschrieben, die aus Gemischen aus unbildsamen Stoffen, bildsamen Tonen und Wasser beslehen. So werden für diese Zwecke, z. B. Quarz, Sintermagnesia, Korund, gebrauchte Gießereisande u.dgl. unbildsame Stoffe mit Wasser und mehr oder weni-, ger quellfähigen Tonen gebunden. Es sind auch Massen beschrieben, die aus Quarzsand, hydraulischem

ίο Kalk und Wasserglas sowie Zusätzen verschiedener Art und Wasser bestehen. Die schweizerische Patentschrift 231 933 selbst betrifft ein Bindemittel zum Herstellen von Gießereiformen und -kernen, das aus mit Wasser angemachten, mit wasserlöslichen Verbindungen der Alkalien versetzten Bentonittonen besteht und bei dem der Zusatz der wasserlöslichen Verbindungen der Alkalien um 2 bis 4 Hundertteile, bezogen auf die Bentonittone, über die zur Erreichung der höchsten Quellfähigkeit notwendigen

ao Mengen hinaus gesteigert ist. ,

Die in der genannten Patentschrift u. a. auch beschriebenen Einbettungsmassen bestehen aus keramischen, beim Brennen erhärtenden Stoffen, wie Ton, Kaolin, Lehm, Bauxit u. dgl., sowie aus Verbindun-

s5 gen, welche mit Phosphorsäureionen unter Bildung eines bei gewöhnlicher Temperatur erhärtenden Phosphates reagieren. Als solche Verbindungen sind unter anderem Oxide und Hydroxide von Erdalkalien, Eisen, Kupfer, Zink und Kadmium genannt.

Ferner ist es bekannt, für die Herstellung von Gießkernen und -formen Gemische von zerkleinertem feuerfestem Material, wie Quarzsand, Olivin, Zirkon, das als Füllstoff dient und im folgenden als FormsanJ bezeichnet wird, und Natriumsilikat als Bindemittel sowie ferner Dikalziumsilikat oder Dikalziumsilikat enthaltende Materialien zu verwenden, wobei außerdem Wasser und gegebenenfalls ein schaumbildendes Mittel vorhanden sind (französische Patentschrift 1 342 529), britische Patentschrift 1 085 651 und deutsche Patentschrift 1 249 461).

Bei der Verwendung von aus solchen Massen hergestellten Formen und Kernen entstehen Schwierigkeiten, die damit verbunden sind, daß diese Formen und Kerne bei höheren Temperaturen Ausdehnungsfehler aufweisen. Die bekannten Verfahren enthalten Arbeitsgänge, wie z. B. Formen der Gießkerne und Bilden der Formen aus der hergestellten Masse, die an Luft auszuführen sind und bei denen die Erhärtungsdauer relativ lang ist (40 bis 50 Minuten). Die Druckfestigkeit der hergestellten Formen und Kerne erreicht höchstens Werte von 1,5 bis 2,0 kg/cm².

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbsterhärtende Formmasse zur Herstellung von Gießkernen und -formen anzugeben, die an Luft schneller erstarrt und bei der das Bindemittel über die bindende Wirkung von Metallphosphaten hinaus eine wesentliche Verbesserung der physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Kerne und Formen gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch eine selbsterhärtende Formmasse aus Formsand, Orthophosphorsäure und Eisen(II)-oxidhaItigem Material gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie, bezogen auf das Gewicht des Sandes, 0,5 bis 3 %> mehrwertige Alkohole der Fettreihe enthält.

Als solche Alkohole kommen Äthylenglykol, Diäthylenglykol, Propylenglykol oder Glyzerin in Frage. Die Formmasse enthält in Weiterbildung der Er-

findung zusätzlich einen Schaumbildner, Vorzugs- bzw. die Größe der spezifischen Oberfläche 500 bis weise in Mengen von 0,1 bis 1,0⁰Z₀, bezogen auf das 3000 cm-/g beträgt (bestimmt durch die Filtration Gewicht des Formsandes. von Luft durch eine Schicht von vermahlenem Mate- _ Es ist besonders vorteilhaft, wenn das eingesetzte rial), so ergibt sich der Vorteil, daß mit größerer spetisen(I I)-oxid eine Mahlfeinheit aufweist, die — ge- 5 zifischer Oberfläche eine um so höhere Erstarrungsmessen als spezifische Oberfläche — 500 bis geschwindigkeit der Masse und eine Erhöhung der 3000 cm²/g beträgt. Festigkeit der hergestellten Kerne und Formen er-

AIs Bindemittel wird Orthophosphorsäure und reicht wird.

Eisen(H)-oxid als solches oder ein Material, das zu- Neben Eisenzunder kann man auch Konzentrate

mindest 30⁰Zo Eisen(Il)-oxid enthält, verwendet, ic von Magneteisenerz, Titaneisenerz (Ilmenit), Siderit

Durch die Umsetzung der Orthophosphorsäure mit sowie auch Chromeisenerz verwenden. Bei der Ver-

dem Eisen(II)-oxid bilden sich feste Gießkerne und wendung dieser Materialien sind jedoch die Festig-

-formen. Durch diese Umsetzung wird die Erhär- keit der Masse und die Erhärtungsgeschwindigkeit

tungsgeschwindigkeit wesentlich erhöht. von der Menge des in diesen Materialien enthaltenen

Die Arbeitsgänge und deren Reihenfolge sind 15 Eisen(II)-oxides abhängig. Je höher nämlich der Ge-

beim erfindungsgemäßen Verfahren ähnlich wie bei halt an Eisen(II)-oxid In diesen Materialien ist, desto

den bekannten Verfahren. höher sind die Festigkeit und die Erhärtungsge-

Der größte Effekt wird bei einem Gehalt von Or- schwindigkeit.

thophosphorsäure von 2,0 bis lO,O°/o — bezogen auf Die Konzentration der Orthophosphorsäure kann

das Gewicht des Formsandes — erreicht. ao sich in einem Bereich von 30 bis 80 °/o bewegen. Da-

AIs ein Material, das Eisen(II)-oxid enthält, wird bei ist jedoch zu berücksichtigen, daß bei höherer

zweckmäßigerweise Eisenzunder verwendet. Es han- Konzentration an Phosphorsäure auch eine höhere

delt sich bei Eisenzunder um ein leicht erhältliches Festigkeit und eine erhöhte Erhärtungsgeschwindig-

Material, das Eisen(II)-oxid in großen Mengen (bis keit der Masse erzielt werden,

zu 70 ⁰O) enthält. 25 Neben den genannten verbesserten Eigenschaften

Eine besonders geeignete Menge an Eisen(II)-oxid ist auch das Entfernen der erhärteten Masse von den

im Bindemittel beträgt zwischen 1,5 und 6,0 °/o, be- gegossenen Körpern bedeutend erleichtert,

zogen auf das Gewicht des Formsandes. In den nachstehend angegebenen Beispielen wird

Bei den Versuchen, die zur vorliegenden Erfin- die erfindungsgemäße Formmasse einer Formmasse

dung geführt haben, ist festgestellt worden, daß eine 30 gegenübergestellt, bei der zwar feinvermahlener

weitere Erhöhung der Festigkeit der Gießkerne und Eisenzunder mit einer spezifischen Oberfläche von

-formen dadurch erreicht werden kann, daß der 2000 cnWg verwendet wird, die jedoch keinen mehr-

Formmasse zum Bindemittel hinzu ein Oxid oder ein wertigen Alkohol der Fettreihe enthält.

Hydroxid eines Metalls wie Kalzium, Kadmium, _ . ...

Zink bzw. Kupfer zugesetzt wird. Es reicht aus, wenn 35 B e 1 s ρ 1 e 1 1

die Menge des zugesetzten Oxides oder Hydroxides (^ohne mehrwertigen Alkohol der Fettreihe)

zwischen 0,005 und 0,12 °/o, bezogen auf das Gewicht 92,0 Gewichtsteile Formsand werden mit 8,0 Ge-

des Formsandes, beträgt. wichtsteilen feinvermahlenem Eisenzunder mit einer

Da Einbettungsmassen (Stampfmassen) mit primä- spezifischen Oberfläche von 2000 cm²/g und einem ren, sekundären oder tertiären Metallphosphaten als *o Eisen(II)-Oxid-Gehalt von 50%> während 1 bis 2 Mi-Bindemittel allgemein und insbesondere Phosphor- nuten vermischt. Die zubereitete Mischung der säure zusammen mit Oxiden oder Hydroxiden von trockenen Bestandteile wird mit 5,0 Gewichtsteilen Erdalkalien, Kupfer, Zink und Kadmium, wie oben Orthophosphorsäure (4O°/oig) während 1 Minute verbereits angegeben, als Bindemittel bekannt sind, ist mischt. Es resultiert eine verformbare Masse, aus der Gegenstand der vorliegenden Erfindung für sich 45 der nach bekannten Verfahren Kern und Form angenicht auf solche Formmassen gerichtet, die als Bin- fertigt vurden, die dann an Luft während 3 Minuten demittel Metallphosphate allein enthalten. erstarrt sind. Nach einer Härtungszeit von 1 Stunde

Durch die Erfindung werden verformbare Massen betrug die Druckfestigkeit 5,0 kp/cm², nach 24 Stun-

erzielt, und wenn man mit dem Bindemittel zusatz- den 7,0 kp/cm².

Hch noch einen Schaumbildner verwendet, so sind die 50 . , ,,

Masren gemäß der Erfindung flüssig. Ein besonders lie ι s ρ ι e · *.

geeigneter Schaumbildner ist ein Natriumalkylaryl- (mit mehrwertigem Alkohol der Fettreihe)

sulfonat, beispielsweise Sulfonsäure-Butylnaphthalin. 92,0 Gewichtsteile Formsand wurden während

Eine Menge dieses Salzes von 0,1 bis 1,0%, be- 1 bis 2 Minuten mit 8,0 Gewichtsteilen feinvermahle-

zogen auf das Gewicht des Formsandes, reicht aus, 55 nem Eisenzunder mit einer spezifischen Oberfläche

um die Masse flüssig und damit gießfähig zu machen. von 2000 cm²/g und einem Eisen(II)oxid-Gehalt von

Die durch die genannten Oxide oder Hydroxide 50 % vermischt. Die zubereitete Mischung der trok-

der Metalle erzielbare zusätzliche Erhöhung der Fe- kenen Bestandteile wurde mit 2,7 Gewichtsteilen Or-

stigkeit wird durch den Zusatz eines mehrwertigen thophosphorsäure (80⁰/oig) und 2,3 Gewichtsteilen

Alkohols der Fettreihe ebenfalls erreicht, jedoch mit 60 Äthylenglykol vermischt. Das Mis :hen wurde wäh-

dem Vorteil, daß weder zusätzliches Wasser noch rend einer Zeit von 1 Minute durchgeführt.

Salze, Oxide oder Hydroxide eingeführt werden müs- Es wurde eine verformbare Masse erzielt, aus der

sen. Die gemäß der Erfindung relativ geringe Menge nach an sich bekanntem Verfahren ein Kein und eine

an Alkohol führt zu einer schnellen Erstarrung, Form angefertigt wurden, die während 5 Minuten an

ohne daß besondere Trocknungsvorgänge erforder- 65 Luft erstarrt sind.

Hch cind. Nach einer Härtungszeit von 1 Stunde betrug die

Wird das Eisen(II)-oxid der Masse in derart fein- Druckfestigkeit 8 kp/cm², nach 24 Stunden 14 kp/

vermahlener Form zugesetzt, daß die Mahlfeinheit cm².

Claims

Patentansprüche:

1. Selbsterhärte ide Formmasse zur Herstellung von Gießkernen und -formen, enthaltend Formsand, Orthophosphorsäure und Eisen(Il)-oxidhaltiges Material, dadurch gekennzeichnet, daß sie, bezogen auf das Gewicht des Sandes, 0,5 bis 3 % mehrwertige Alkohole der Fettreihe enthält.

2. Selbsterhärtende Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als mehrwertige Alkohole der Fettreihe Äthylenglykol, Diäthylenglykol, Propylenglykol oder Glyzerin verwendet werden.

3. Selbsterhärtende Formmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich einen Schaumbildner enthält.

4. Selbsterhärtende Formmasse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumbildner in Mengen von 0,1 bis 1,0 %>, bezogen auf das Gewicht des Formsandes, enthalten ist.

5. Selbsterhärtende Formmasse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Eisen(II)-oxid eine Mahlfeinheit aufweist, die — gemessen als spezifische Oberfläche — 500 bis 3000 cm-Vg beträgt.