DE2231713A1

DE2231713A1 - Verfahren zur herstellung von formen und kernen aus gehaertetem sand fuer den metallguss

Info

Publication number: DE2231713A1
Application number: DE19722231713
Authority: DE
Inventors: Herman Dessart; Jacques Lolivier
Original assignee: Solvay SA
Current assignee: Solvay SA
Priority date: 1971-06-28
Filing date: 1972-06-28
Publication date: 1973-02-08
Also published as: LU63429A1; BE784496A; FR2143696B1; IT961215B; FR2143696A1

Description

Solvay ft Ci·., Rim du Prine· Albert, 33, Brüaeel, Belgien

Verfahren zur Herstellung von Formen und Kernen aus gehärtetem Sand für den Metallguß

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Heratellung von Formen und Kernen aus agglomeriertem Sand für den Ketallguß, wobei der Sand auch durch ein anderes Material mit analogen Eigenschaften ersetzt werden kann.

Das Prinzip der Herstellung von Gießereiformen und -kernen durch Agglomerierung von Sand, z. B. mit Hilfe einer NatriumeilikatlÖHung und Härtung durch Kohlendioxid oder durch eine

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Verbindung, welche Kohlendioxid unter den Anwendungsbcüinjjun^cn entwickeln kann, ist ceit lancem bekannt. BeispiolcvieisG wirti in der britischen Patentschrift 11 84-7 vorgeschlagen, dem. Sand Natriumsilikatlösun^en und Bikarbonat oder Natriumcecquikarbonat zuzusetzen. Gemäß der US-Patentschrift 1 899 007 wurde festes Natriumkarbonat mit einer siedenden, alkalisch Gemachten Natriumsilikatlösung umgesetzt, und die erhaltene Losung mit V/asser und Sand zur Herstellung von formen und Kernen angewandt. Die britische Patentschrift 654 817 betrifft das bekannte COg/Silikatverfahren zur Herstellung einer Form oder eines Kernes mit Hilfe von Sand oder einem ähnlichen Material, welches mit einem Bindemittel, vrio einer Natriurasilikatlösung vermischt war unter anschließen-•dem Härten der ]form durch Einwirkung eines Eärtungsiaittels in gasförmigem, dampfförmigem, flüssigem oder festen Zustand, ζ .B. mit Hilfe von Kohlendioxid, Ammoniak, Chlorwasserstoffsäure usw., wobei eine besondere Ausführungsform darin bestand, zu dem Sand und dem Silikat eine feste Substans zuzumischen, welche den Härter freizusetzen vermochte, das Gemisch in . Formen zu überführen und anschließend, z. H. durch Y/ärme die Härtung zu bewirken. Die Härtung oder das Erstarren des die Form oder den Kern bildenden Sandes durch diese Verfahren •wurde durch die in situ-Ausfällung eines Kieselsäuregels erklärt, welches den Zusammenhalt der Körner sicherstellte, eiehe Gießerei (1953), S. 678 - 681 und La revue i'onderie (1957), S. 499 - 515. ·

Obwohl diese vorbekannten Arbeitsweisen auf demselben Priiiüiv> basieren sollten, führte ihre Anwendung zu sehr unterschiedlichen Erßebniesen,sowohl im Hinblick auf die Anwendun^rart •la auch auf die damit erzielten Erfolge.

8*0 ORlOINAL

Go ermöglicht die Anwendung eines flüssigen oder pulverförmigen Iiärtungiiniittels anstelle eines gasförmigen Reagens, z. L. von Kohlendioxid, eine bessere Dosieininoisgenauiglieit, erweist eich als wirtschaftlicher und macht den Aufbau·einer Einblasvorrichtung für das Gas in das Formteil überflüssig.

Es ist bei der Verwendung von gasförmigem Kohlendioxid als Härtungsraittel des Bindemittels auf Basis von Silikat bekannt, daß eine sofortige Erstarrung des Formteile bei dem Einblasen des Gases erhalten wird.

Es wurde nun gefunden," daß die Verwendung eines Bindemittels auf Grundlage einer Natriutasilikatlösung und eines festen, aus der Gruppe der Natriumkarbonate ausgewählten Härtungsmittels· zu unterschiedlichen Ergebnissen in Abhängigkeit von dem angewandten Härtungsmittel führt. So übt Natriumbikarbonat selbst einen quasi sofortigen Härtungseffekt aus, der bei der Verarbeitung wenig Zeit läßt, um den Sand au verarbeiten und ihn vor der Anordnung in den !Formkästen oder den Kästen für die Kerne aufzubewahren. Natriumkarbonat weist gleicherweise eine sehr rasche Wirkung zweifellos wegen seines dehydratisiersnden Effektes auf. Demgegenüber übt Natriumeesquikarbonat, welches die stabilste Form aus der Gruppe der Natriumkarbonate darstellt, einen VerzÖgerungseffck't aus, der die Zeitspanne der Plastizität des Formteiles (BarJczeit) verlängert.

'Darüber hinaus wurde gefunden, daß die Wirkung im Falle von Natriumkarbonat merklich durch die Temperatur und die Feuchtigkeit der Umgebungßluft beeinflußt wird und sich nicht vollständig bis zum Inneren des Normteiles auswirkt; demgegenüber wurde gefunden, de.ß Katriumseßquikaibor/at einsn praktisch von der ' ■'lnn'bhä.ugigen Versögerurigoefi'ekc ausübt, und daß ' *

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dieser Effekt auch im Inneren bzw» Kern des Formteiles auftritt, wodurch natürlich eine bessere mechanisehe Festigkeit ßichercciutellt wird. Daher ist die Verwendung von Fatriuiaeeoquikarbonat als Härtungsraittel vorteilhafter als diejenige von Katriurabiknrbcn.'it oder Natriumkarbonat.

Weiter wurde gefunden, daß die mechanische Festigkeit des Normteiles durch drei Parameter beeinflußt wird, welche durch die folgenden Gewichtsverhältnisse ausgedrückt werden können:

Gesamtvm.vBer llatriumsilikat, trocken' Natrium ε ecouji.nibrrßt

Natriuroßilikat, trocken Natriumsesquikarbonat eingesetzter Gn nd

wobei dio für diese Verhältnisse ausgewählten Werte unter anderem (iurcli di<3 Komforra dos ßendes oder des analogen Ilaterials, welchen das Fox'tßteil bildet, und o.urch den Modul von Natriumeilikat» de b» das Gewichtsverhältnie ßiOv'NapO, beeinflußt v;ej?den.

Bei der Berechnung dos Geewatvfteaoro tniß selbßtveretändlich das in den Sesquikarboiiat, Ηβ.^τΙ00₇^Ηο200-.,₁2Η20« und das in der NUtriuceilikotlauge enthaltene Va;ju©r in Betracht gezogen werden.

Das erfindungoßemäß'j Verfahren zur Herstellung von Formen

oder Lernen aus gehärtetem Sand oder einem gehärteten ähnlichen

Materie! für den Hotallguu, wobei der Zusammenhalt dex* Körner des Mp.terialn durch eine Natriumßilikatlösung und ein pulverförmißeG Natriunkcrbonat, welche ebenso wS.e daß Waeser vor der überführung in die Forni aufrogeben werden, bewirkt wird, zeichnet eich disdurcli. auo, dall γ.βιι «Is Natriunlrarboniit Natriumeesqui-

t und folf?-md(t Gewi,ch^ravcrhältninr,» eiiüuilt?

2 0 9 8 8 G / 0 7 6 4 SAD ORiGlMAL

η) Gecawtwaancr/ trockenes Natriur.ioilikat zwischen 1,4- und 3,5

b) trockenes NatriuuiciliUcat/lTatriu'-'vooequikarbonab zwischen 0,3 und 3,

c) NatriuinsesquikaiboKat/Sand zwiachen 0,00> und 0,05.

Die Grenzwerte dieser Verhältnisse sichern zulässige Festigkeiten, wie auch immer dor Feuchtigkeitsgehalt der Luft ist. - Selbstverständlich ist es möglich, daß bei Beschränkung auf eine mechanische Festigkeit, welche unterhalb einer normalerweise für erforderlich gehaltenen liegt, dis>33 Grenzen gebührend abgeändert werden können.

Bei der praktischen Durchführung werden die oben genannten Gewichtsverhältnisse Jedoch voi'töilhaf feorweise entsprechend den folgenden Grenzwerten aUßgiwahlt:

a) Gesamtwasser/trockenes Hafcrj.umailikati 1,8 - 3_t3

b) trockenes Natriumsilikat/Natriumßesquikarbonai;: 0,5 - 1,5

c) Natriuinaesquikartonate/Sandi 0,01 - 0,03<

Der Modul dee Hatriumsilikates, d.h„ da» Getfichtaverhältnis SiOp/NapOf kann «wischen 1,6 und 3,2 liegen, vorzugsweise . Rollte er. jedoch in der Näh.© von 2 gewählt werden,

Die Genauigkeit der anzuwendenden Verhältnisse in den zuvor genannten Grenzwerten läßt sich leicht durch Versuch in Jedem Pail bestimmen» wobei die Anwendimgobedingungen, die Kornzueaesnensetzungen des Sandea oder daa analogen Materials und der Modul des angewandten Silikates berücksichtigt werden.

Va die Sauer der Bankzeit zu erhöhen, ά. h. dor Zeit, während welcher der Sand vor dew Pewtwerden verarbeiteb und aufbewahrt

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ν/erden kann, ist es vox'toilheft, dem Gemisch eine kleine lienge von Dextroße oder oine.ii anderen Kohlechydrat uit almlichen Eigenschaften zuzimetzen, z. B. in einer Kenge von 0,25 t>is 1 Gew.% bezogen auf äcn Sand.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde gefunden, daß zahlreiche, häufig iii der Gießerei angevandte Anstriche von Hol^modellen ler Einwirkung des Gemisches »Sand - Natriumsilikat - Natriumses^uikarbonat nicht widerstehen, wodurch Jas Anhaften von Sand an den Modellen hervorgerufen wird. Diener Nachteil wird Jedoch vermieden, wenn ein entsprechend auogewähitor Anstrich verwendet wird; so ergeben beispiGlsweioe Lacke vom Polyurethantyp, sislcke z. B, unter der Warenbezeichnung BK 813 Imron lexfcile Floor Finish von Ia. I. du Pcni de Hemoure und Co., in den Handel Gebrncht werdon,

Die in der folgenden Tabelle aufgeführten Versuche erläutcru daß erfindungageßiäßii Verfahren. Bei diesen Versuchen wurde sich nach Angaben aui3 öer I/O«Norm Ü?A gerichtet, die in "Foundry Sand Handbook", y. Auflage, (196^), Eax)ifcel 4 und 8 der Aaerican Foundrymon ßos. beechriebon ist.

I¹Ur die Versuche wurden 100 G«w.Tle. Sand mit J kg einer Silikatlauge des angegebenen Moduls und des angegebenen Vaosergehaltej und mit 1,2 oder 3 TIn. Natriiimsesquikarbonat sowie gegebenenfalls den angogcbenea Wasscriaengen vermischt, um die verschiedenen, erfinJungsgemäBen Verhältaisse zu erhalten. Das llischen wurde in einem üblichen Gießereimischer durchgeführt; die MiBchdauern unterschieden sich im allgemeinen nicht von denen für dan OOg/Silikat-Verfahren angewandten. Unmittelbar iiach dom 'Airmiechen wurdea Proben von ')55 g des

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Solides sur Bildung von aylincriöchcii Prüfkörpern von etwa 'j ein Durchmonser und 3 crt Höhe entsprechend der AEA-Nona ko^prüdertr Anschließend wurde nach einer AufbeYjahrun von 2,6 oder 24 Stunden die Festigkeit der Prüfkörper übor Kompression "bestirirat, indem ein V/ert der Belastuncsn1 oigeruno von 140 ~ 20 ρ si/rain, d« h. etwa 10 kc/ciü. -. min - nicLe lderzu die Norm APA 8-5 ** angewandt wurde.

Bc'i i-inor HeiliG von Laboratoriumcversuchen (siehe die Versuche Li it dfii! fiilikat mit einem Modul Bow.Verh. « 2,1) wurde darüber linatic η uhr uncÜTißtiße Bcdin^jn^en eingewandt, bei welchen dac-'irc-cLijou vor der Untcrmichunc in fjecchLoBBGnoi· ^oria durch-{^tii'ührL uurJc, d_t Ii. bei einem erhöhten Gehalt der relativen i''ouchtii;koit{ die icechanicche Festigkeit dieser Prüfkörpex· ctiiic-s eich nls herftbgeaotr.t« Boi einer anderen lieihe von V'.TMichon (Silikat n..r.t eineio liodul von Gev.Verb. - 2,02) l3<-.£;f.n die EriieUiieee näher an άβη^οιαβ^η» welche unter 3nduftriobf-clin^uiißon su erwarten sind, da aus Trocknen an ί rc j er Ju.Ct von 23 ⁰C, relative Feuchtiekeit » A5 %, durch-(juiührt vmrde j hiermit* ergibt sich ©ine höhere Kocpressioncioiiti£kfät. Die zw^i VerBUcharcihen ermöglichen ce in jeden I¹OIl, den Einfluß dor verechiodehen Pnrcieeter auf die ßion£ifeLÜ{'>koit der untersuchten Ir-üfkörper cbzu-sc Ide Krg«brie»e eiud ftai Λ .kg Spjici enthaltende Küster berechnet,

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-

Sand

MoI

AFA 6C

,65 -

Trocknung

in geschlossener Form

6h

*,5

Härtungsmittel : Natriumsesquikarbonat

εΑε

0,675

6h

5,0

27 g/k_S
0,027
0,66

kg/cm²

2h

6h

2ih

30 g/kg
0,03

2h

ι gAg

2ih

50 g/i

•

Sand KoI F.50
Lufitr0cknwns

kg/cir.2

2h

6h

2-h

0,02

20 g/i:_s
0,756

2h

6h

Z'-'l· '

·- ■

6,2

20
0,02

kg/cm²

1,0

H₂oges.

•

H₂Oges.

0,U₅

Sand

eg Sand

Ratritunsilikat (Ggvu
Verh. = 2,02)
49,6 % Wasser
•^n γγΛ-ρ· fl η η Λ

κ_?ο ges.

ks/cr.2

2,8

3,9

7,0

Natriumsilikat (Gew.Verh. " ²⁾¹⁾ " ⁵⁵ * ^H2°
30 g/kg San'd j »W gAg Saiid J 30 g/kg Sand

2,5

5,9

K₂0ges

2h

7,0

sil.sec

sil.sec

3,1

S/cm²

ίί,Ι

sil.sec

:and

IC
0,01

> g/k

3,0

3,9

sil.ssc

3,6

*i7

6h

6,5

50 eAs
0,033
0,678

1,20

3,5

5,3

7,f

• ■ , *
ragesetates

S^Ogeä

1,35

1,3

1,«

10 ,C

. 1,65

iiaP_s^es

5,6

8,1

9₅o

rv

EU> ( «)

sil;s3c

kg/cm²

¹S²

2,0

1,8

5,6

1,96

3,9

3,7

5,7

sil.sec

1,53

8,1

16,2

IS 7

ca

O

2h

1,83

1^,6

1,69

10,5

19,3

?5,£

DM

1
L..

1,U2

0,8

11,6

2,32

1,86

'S,.

5

i,7i

1,9

0,5

2,20

7,2

1,0

2,02

9,1

20,7

28,8

-.3

7,5

1,90

16,'!

7,0"

21, f»

32,3

10

2,08

i,°

°,5

3,8

8,0

10,0

H ,6

21, S

δ,7

5,3

10,fi

50,0

2,19

7,7

22,5

33,1

12,5 .

0,8

2,57

8,0

6;9

5,6

2,35

It

2,38

3,9

2,39

3,01

1,2

2,52

15

0,5

2,9'i

1,2

2,0

3,13

5,5

3,?

_.^

17,5

3,31

3,5

* -

",9

20

2,82

3,15

3,PO

1,99

25

3,19

0,3

o,t

2,0

27

0,?

'!,00

30

35

Aus diesen Ergebnissen kann die Schlußfolgerung Gezogen werden, daß dio Verhältnisse von Natriumsesquikarbonat/Sand • 0,02 und tr. SiI./Hart. » 0,675-0,756 sehr vorteilhaft " oind· Gleichzeitig ist ersichtlich, daß die typische Kurve der Kompressionsfestickeit als Funktion des Verhältnisses Gesamtwas^er/trockenes Silikat durch ein Maximum läuft, und daß vorteilhafte Verhältnisse zwischen 1,8 und 3,3 liegen.

if'ür die in zweiten Teil der Tabelle angegebenen Zusammensetzungen, d. h. Silikat mit einem Gewichtsverhältnis « 2,02, welchen Wasser zugesetzt wurde, um das Verhältnis Gesamtwa so er/trockene s Silikat zwischen 2,4· und 2,5 zu bringen, beträgt die Bankzeit 20 - 25 minj durch Zugabe von 1 % Dextrose konnte diese Bankzeit auf 60 min gesteigert werden, ohne die Kompressionsfestigkeit in unzulässiger Weise zu verschlechtern. >

Das erfindungsgemäße Verfahren iet insbesondere dann interessant, wenn eine gute mechanische Festigkeit der Formteile mit einer ausreichend langen Dauer der Verarbeitbarkeit der Gemische vereinigt werden soll· Eine spezielle Anwendung des erfindungsgemäöen Verfahrens liegt beim Gießen von großen Stücken , für welche die Formen und die Kerne, die große

• * - ι.

Dimensionen besitzen, bis zum Inneren bzw. Kern durehgehärbefc sein müssen»

I Ii is. ·,·,

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Formen oder Kernen aus Gehärtetem Sand oder einem gehärteten ähnlichen Kateria! für den Metallguß, wobei der Zusammenhalt der Körner dea Materials durch eine Natriumsilikatlösung und ein pulverförmiges Natriumkarbonat, welche ebenso wie dss V/aescr vor der Überführung in die Form zugegeben werden, bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, .daß man als Natriumkarbonat Natriumeesquikarbonat verwendet und folgende Gewichtsverhälbnisae einhälbi

a) Gesaratwasaer/brockeheü Nabriumoilikat zwischen '1,4- und 3,5,

b) trocknes Natriumsilikat/Natriumsesquikarbonat zwischen 0,3 und 3,

c) Natriumeesquikarbonat/Sand zwischen 0,005 und O₁O^.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn a eich-

n e t» daß die einzuhaltenden Gewichtsverhältnisse betrafen:

a) Gesamtwasser/trockenes Natriumsilikat; 1,6 - 3,5)

b) trockenes Natriumsilikab/Nabriumeenquikar-'bonat 0»^ - Ί,^,

c) liabriumse8<iuLkarbonp.fc/SaD.d 0,01 - 0,03.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, tiadurch sj e k e η η - ζ ο Lehne b, dafl man ein NnfctLumöiiikat: mit; einen
GevLchbßmoduI BiQ-JlIu₀O awl Höhen I,G und j, !,

in '\qv Nährt '/on 2,

ORIGINAL

-. 11 -

M-. Verfahren nach Anspruch 1, 2 odor 3, dadurch g e k e r η zeichnet, daß man 0,25 his 1 Gew.% Dextrose isu dera Gemisch, "berechnet in bezug auf den Sand, zusetzt.

5. Formen oder Kerne zum Gießen von Metallen, hergestellt nach dem Verfahren eines der yorhergehenden Ansprüche.

SAO

-- ι

9 Π B ί· / 0 WU