DE2452232A1 - Giessereiformmassen - Google Patents
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Description
Priorität: 14. November 1973, V.St.A., Nr. 415 852
Verschiedene in der Technik eingesetzte Bindersysteme, wie Binder
für Gießereiformmassen, enthalten als Hauptbestandteile anorganische Substanzen. Typische Nachteile dieser Binder, beispielsweise
der zur Herstellung von Formen und Kernen für den Metallguß vorgeschlagenen silikathaltigen Binder, sind die
schlechte Zerfallseigenschaft der Form und die schlechte Entformbarkeit
des Metallgießlings. Zahlreiche bekannte anorganisehe
Binder zeigen auch eine ungenügende Bindefestigkeit und/ oder unerwünschte Härtungseigenschaften. Darüber hinaus ergeben
verschiedene anorganische Binder, wie Silikate, Gießformen mit" geringerer Rißbeständigkeit bei der Entnahme, so daß sie über
den eigentlichen EntnahmeZeitpunkt hinaus noch mindestens einige
Stunden Lagerung benötigen, um eine genügend hohe Rißbeständigkeit zu erhalten. Zum Entnahmezeitpunkt lassen sich die
Gießformen daher nur schwierig handhaben und können leicht beschädigt werden. Auch die Senkbeständigkeit der aus bekannten
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Bindern hergestellten Gießformen zum Entnahmezeitpunkt ist nicht zufriedenstellend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen im wesentlichen aus anorganischen Stoffen bestehenden Binder für Gießereiformmassen
mit zufriedenstellenden Festigkeitseigenschaften und innerhalb gewisser Grenzen einstellbaren Härtungseigenschaften
zur Verfugung zu stellen, wobei die mit dem Binder hergestellten Gießereiformen relativ gute Zerfalls- und Entformbarkeitseigenschaften
sowie gute Riß- und Senkbeständigkeiten bei der Entnahme aufweisen.
Die Erfindung betrifft somit neue Gießereiformmassen, die gekennzeichnet
sind durch einen Gehalt an einem Formstoff und einem Binder aus
(a) etwa 50 bis 95 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge von (a) und (b), eines Boraluminiumphosphats mit einem Borgehalt
von etwa 3 bis 40 Grammatomprozent, bezogen auf die Grammatome Aluminium, und einem Verhältnis der Grammatome
von Phosphor zur Summe der Grammatome von Aluminium und Bor von etwa 2 : 1 bis etwa 4:1,
(b) etwa 5 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge von (a) und (b), ein Oxid enthaltende Erdalkalimetallverbindungen
sowie
(c) etwa 15 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge von (a) und (c), Wasser.
Die Gießereiformmassen der Erfindung eignen sich auch zur Her-?
stellung von Formteilen, wie feuerfesten Baustoffen. Schleif-
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■ II "*■ «I.
materialien, wie Schleifscheiben, und sonstigen Formen, wobei die entsprechende erfindungsgemäße Masse durch
1. eine Hauptmenge an Formstoff und
2. eine bis zu 40 Gewichtsprozent betragende Menge des vorgenannten
Binders
gekennzeichnet ist.
Die Gießereiformmassen der Erfindung werden zum Gießen von relativ
niedrig schmelzenden Nichteisenmetallen verwendet. Dazu werden Gießformen aus Gießereiformmassen hergestellt, die als
Hauptmenge einen Formstoff und bis zu 40 Gewichtsprozent des
vorgenannten Binders enthalten. Anschließend wird das geschmolzene Nichteisenmetall in die Gießform gegossen und dort entsprechend
abgekühlt. Die Gießform wird zur Verminderung der Festigkeit des Binders während eines ausreichenden Zeitraums
mit einer entsprechenden Menge Wasser behandelt, und anschließend wird der Gießling entformt.
Das zur Herstellung der erfindungsgemäßen Gießereiformmassen im entsprechenden Binder eingesetzte Boraluminiumphosphat enthält
etwa 3 bis 40, vorzugsweise etwa 5 bis 30, insbesondere etwa 10 bis 25 Grammatomprozent Bor, bezogen auf die Grammatome
Aluminium. Außerdem weist das Boraluminiumphosphat ein Verhältnis der Grammatome von Phosphor zur Summe der Grammatome von
Aluminium und Bor von etwa 2 : 1 bis 4:1, vorzugsweise 2,5 : 1 bis 3,5 : 1, insbesondere etwa 2,8 : 1 bis 3,2 : 1, auf.
Das Boraluminiumphosphat wird im allgemeinen durch Umsetzen einer Aluminiumoxid enthaltenden Komponente, einer Phosphor ent-
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haltenden Komponente und einer Bor enthaltenden Komponente hergestellt.
Vorzugsweise wird ein Verfahren angewandt, bei dem die das Aluminiumoxid enthaltende Komponente vollständig gelöst
ist.
Als Phosphor enthaltende Komponente wird vorzugsweise Diphosphorpentoxid
oder etwa 70- bis etwa 86gewichtsprozentige, insbesondere etwa 86gewichtsprozentige, Phosphorsäure eingesetzt.
Es können auch andere Phosphor enthaltende Komponenten, wie Polyphosphorsäuren, eingesetzt werden.
Als borhaltige Komponente wird im allgemeinen Borsäure und/
oder Boroxid und/oder Metallborate, wie Alkalimetallborate, beispielsweise Natriumborat Na2B^CU-IO H2O, verwendet. Gegenüber
Boroxid ist Borsäure bevorzugt, da die Säure im Vergleich zum Oxid im allgemeinen leichter erhältlich und im vorliegenden Reaktionssystem
leichter löslich ist.
Das Boraluminiumphosphat wird vorzugsweise durch Umsetzen von Phosphorsäure oder Diphosphorpentoxid, Aluminiumoxid, beispielsweise
in Form des Trihydrats Al2O,.3H2O, und Borsäure oder
Boroxid hergestellt.
Da die Umsetzung exotherm verläuft, genügt ein bloßes Vermischen der Ausgangsverbindungen. Die Reaktion setzt ein. und die
Temperatur des Reaktionsgemisches steigt allmählich auf einen ' Maximalwert von etwa 93 bis 11O0C an. Na.ch Erreichen dieses
Werts wird vorzugsweise noch etwa eine halbe bis zwei Stunden zur Vervollständigung der Reaktion auf eine Temperatur von etwa
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105 bis 1210C erhitzt. Manchmal ist es auch zweckmäßig, die
Reaktion durch kurzzeitiges äußeres Erhitzen in Gang zu bringen. Die Umsetzung erfolgt üblicherweise bei Atmosphärendruck,
jedoch können auch höhere oder niedrigere Drucke angewandt werden. Die Umsetzung ist üblicherweise innerhalb etwa einer
bis vier Stunden, meist innerhalb etwa zwei bis drei Stunden, beendet.
Die Menge des im Binder enthaltenen Boraluminiumphosphats beträgt etwa 50 bis 95 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 65 bis
90 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge von Boraluminiumphosphat und Erdalkalimetallverbindungen. Die Menge der
Erdalkaliverbindungen beträgt etwa 5 bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 10 bis 35 Gewichtsprozent, bezogen auf die
Gesamtmenge des Boraluminiumphosphats und der Erdalkalimetallverbindungen.
Als Erdalkalimetallverbindung eignen sich erfindungsgemäß beliebige
Stoffe, die ein Erdalkalimetall und ein Oxid enthalten, das zur Reaktion mit dem Boraluminiumphosphat befähigt ist.
Vorzugsweise werden freie Erdalkalimetalloxide oder -hydroxide mit einer spezifischen Oberfläche von höchstens 3,5 m /g, insbesondere
höchstens 3 m /g, gemessen nach der BET-Methode, eingesetzt. Freie Oxide bzw. Hydroxide mit einer spezifischen Oberfläche
von höchstens 8,5 m /g sind bevorzugt, wenn die Binder für Formmassen, beispielsweise zur Herstellung von feuerfestem
Baumaterial, Schleifmitteln sowie Kernen und Formen, verwendet werden. Diese Oxide bzw. Hydroxide mit einer Oberfläche von
höchstens 8,5 m /g sind deshalb bevorzugt, weil sie ausreichend
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lange Verarbeitungszeiten ermöglichen, um in üblichen Mischern vor dem Einfüllen in die Form bzw. das Modell genügend
vermischt zu werden. Wenn auch diese Oxide bzw. Hydroxide im allgemeinen für übliche Mischer zu reaktiv sind, so sind sie
doch für schnelle Mischverfahren geeignet, z.B. für kontinuierliche Mischvorgänge, die nur etwa 20 Sekunden für das Mischen
erfordern, oder sie können in den Fällen eingesetzt v/erden, in denen eine rasche Härtung des Binders erwünscht ist
und/oder geduldet v/erden kann.
Stoffe, die ein Oxid oder Hydroxid und ein Erdalkalimetall in
chemischer oder physikalischer Kombination zusammen mit anderen Bestandteilen enthalten, sind weniger reaktiv als die freien
Oxide und Hydroxide. Derartige Stoffe sind daher auch bei einer Oberfläche von oberhalb 8,5 m /g für Mischverfahren geeignet,
die etwa 2 bis 4 Minuten oder mehr erfordern.
Mit dem Oxid und dem Erdalkalimetall chemisch und/oder physikalisch
kombinierte andere Bestandteile liegen z.B. an der Oberfläche der Oxidteilchen sorbiert oder in Form eines Überzugs
vor. Durch bloßes Vermischen dieser Stoffe mit einem freien Oxid bzw. Hydroxid gelingt es dagegen nicht, deren Reaktivität
merklich zu erniedrigen.
Vorzugsweise weisen die eingesetzten Erdalkalimetallverbindun- gen eine spezifische Oberfläche von höchstens 8,5 m /g, insbesondere
höchstens 3 m /g, auf. Üblicherweise beträgt die spezifische Oberfläche mindestens 0,01 m2/g· Die spezifische Oberfläche
wird, falls nicht anders angegeben, nach der BET-Metho-
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de (ASTM-D-3037-7IT) unter Verwendung von 0,1 bis 0,5 g der
Erdalkalimetallverbindungen bestimmt. Beispiele für Erdalkalimetallverbindungen sind Calciumoxid, Magnesiumoxid, Calciumsilifcate,
Calciumaluminate, Calciumaluminiumsilikate, Magnesiumsilikate
und Magnesiumaluminate. Ferner eignen sich Zirconate, Borate und Titanate der Erdalkalimetalle. Vorzugsweise verwendet
man ein freies Erdalkalimetalloxid oder ein Gemisch aus einem freien Erdalkalimetalloxid und einem Stoff,der das Erdalkalimetall
und das Oxid in Kombination mit einem anderen Bestandteil, wie einem Calciumaluminat, enthält. Ein bevorzugtes
Erdalkalimetalloxid ist Magnesiumoxid.
Stoffe, die neben dem Oxid bzw. Hydroxid und dem Erdalkalimetall weitere Komponenten enthalten, können unter Umständen als
Erdalkalimetälloxid liefernde Verbindungen betrachtet werden, die das Erdalkalimetalloxid in das Bindersystem einbringen.
Als Magnesiumoxid eignen sich z.B. technische Magnesia- und calcinierte Magnesiumoxidsorten.
Ein besonders bevorzugtes Calciumsilikat ist Wollastonit, ein
hochreines Mineral, das Calciumoxid und Siliciumdioxid in äquimolekularem
Verhältnis enthält. Technische Calciumaluminate enthalten im allgemeinen etwa 15 bis 40 Gewichtsprozent Calciumoxid
und etwa 35 bis 80 Gewichtsprozent Aluminiumoxid, wobei die Gesamtmenge von Calciumoxid und Aluminiumoxid mindestens '
70 Gewichtsprozent beträgt. Es können auch Calciumaluminate mit höherem Calciumoxidgehalt eingesetzt werden.
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Gemische aus einem freien Erdalkalimetalloxid und einem Stoff, der neben dem freien Oxid bzw. Hydroxid und dem Erdalkalimetall
andere Bestandteile aufweist, enthalten vorzugsweise etwa 1 bis 10 Gewichtsteile, insbesondere etwa 2 bis 8 Gewichtsteile,
freies Erdalkalimetalloxid pro 1 Gewichtsteil des andere Bestandteile enthaltenden Stoffes. Vorzugsweise bestehen derartige
Gemische aus Magnesiumoxid und Calciumaluminaten. Das freie Erdalkalimetalloxid, wie Magnesiumoxid, ist in derartigen Ge- ■
mischen in erster Linie für die schnelle Härtungsgeschwindigkeit
verantwortlich, während die andere Komponente, wie das CaI-ciumaluminat,
hauptsächlich die Festigkeitseigenschaften der hergestellten Form verbessert. Da das freie Metalloxid reaktiver
ist als die das Metalloxid liefernden Stoffe, beeinflussen diese Stoffe im Gemisch mit dem Erdalkalimetalloxid die Härtungsgeschwindigkeit
nur wenig.
Um die Handhabung zu erleichtern, werden die Erdalkalimetallverbindungen
gegebenenfalls in Form einer Aufschlämmung oder Suspension in einem flüssigen Verdünnungsmittel eingesetzt.
Beispiele für Verdünnungsmittel sind Alkohole, wie Äthylenglykol und Furfurylalkohol, Ester, wie Äthy;Lenglykolalkylätheracetate,
Kohlenwasserstoffe, wie Kerosin und geruchloses Ligroin, und aromatische Kohlenwasserstoffe sowie Gemische der
genannten Verdünnungsmittel. Gegebenenfalls werden die Aufschlämmungen
mit bis zu etwa 10 Prozent, vorzugsweise bis zu etwa 5 Prozent, eines Suspendiermittels, wie eines Montmorillonit-Derivats,
einer hochdispersen Kieselsäure oder einem hochmolekularen, eine kolloidale Lösung bildenden Carboxyvinylpolymerisat,
versetzt, um die Aufschlämmung bzw. Suspension zu
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stabilisieren.
Die Erdalkalimetallverbindungen und das Verdünnungsmittel werden
im allgemeinen in einem Gewichtsverhältnis von etwa 1 : 3 bis 3:1, vorzugsweise etwa 1 : 2 bis 2:1, vermischt. Unpolare
Kohlenwasserstoffe ergeben im Vergleich zu anderen Verdünnungsmitteln die besten Festigkeitseigenschaften des Binders.
Auch Alkohole, wie Äthylenglykol und Furfurylalkohol, sind vorteilhafte Verdünnungsmittel, da sie die Verarbeitungszeit der
Gießereiformmasse erhöhen, ohne daß gleichzeitig die Entnahmezeit entsprechend zunimmt. Bei Verwendung von Alkoholen, wie
Äthylenglykol und Furfurylalkohol, werden die Festigkeitseigenschaften
der Gießform jedoch etwas beeinträchtigt.
Als weitere Komponente enthalten die erfindungsgemäßen Gießereiformmassen
Wasser. Das Wasser kann entweder vollständig oder teilweise dem Bindersystem als Träger für das Boraluminiumphosphat
zugeführt werden. Es kann jedoch auch als getrennter Bestandteil zugesetzt werden. Die gewünschte Wassermenge kann
auch teilweise zusammen mit dem Boraluminiumphosphat und teilweise in anderer Kombination zugeführt werden. Die Wassermenge
beträgt etwa 15 bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 20 bis 40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht von Boraluminiumphosphat
und Wasser.
Das Gemisch von Boraluminiumphosphat und Wasser weist im allgemeinen
eine Viskosität von etwa 100 bis 2 000 cP, vorzugsweise etwa 200 bis 1 000 cP, auf.
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Die für die Gießereiformraassen der Erfindung eingesetzten Binder
ermöglichen die Herstellung von Formkörpern, beispielsweise Schleifmitteln, wie Schleifscheiben, Formen und feuerfesten
Werkstoffen, wie keramischen Werkstoffen, wobei die erhaltenen Formkörper im Vergleich zu Formkörpern, die mit Bindern gleicher
Zusammensetzung, jedoch borfreiem Aluminiumphosphat, hergestellt wurden, verbesserte physikalische Eigenschaften, wie
Zugfestigkeit, aufweisen. Eine Erhöhung der Zugfestigkeit wird bei einem Borgehalt von 3 Grammatomprozent festgestellt. Zusätzlich
verbessert das Bor die Stabilität des gehärteten Formkörpers. Die prozentuale Abnahme der Zugfestigkeit ist bei
einem Formkörper, der unter Verwendung des Bor enthaltenden Aluminiumphosphats gemäß der Erfindung hergestellt wurde, nach
einer Lagerzeit von 48 Stunden im Vergleich zur Zugfestigkeit nach einer Lagerzeit von 24 Stunden im allgemeinen geringer als
bei entsprechenden Formkörpern, zu deren Herstellung ein b.orfreies
Aluminiumphosphat eingesetzt wurde. Diese stabilisierende Wirkung wird besonders dann festgestellt, wenn größere Mengen
Bor, beispielsweise etwa 10 bis 30 Prozent, bezogen auf die Grammatome Aluminium, eingesetzt werden.
Darüber hinaus ist die Einführung von Bor in das Aluminiumphosphat
von besonderem Vorteil, weil sich dadurch die Reaktivität des Aluminiumphosphats gegenüber den Erdalkalimetallverbindungen
in Gegenwart großer Mengen des Formstoffs ändert. Mit zunehmendem Borgehalt im Boraluminiumphosphat nimmt dessen Reaktionsgeschwindigkeit
mit den Erdalkalimetallverbindungen in Gegenwart des Formstoffs ab. Dies ist besonders deutlich bei
einem Borgehalt von wenigstens 10 Grammatomprozent, bezogen
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- ΛΑ -
auf die Grammatome Aluminium. Auf diese Weise ermöglicht die
Anwesenheit von Bor in Aluminiumphosphat die Härtereigenschaften des Binders innerhalb gewisser Grenzen auf besondere Erfordernisse
bei bestimmten Anwendungen des Binders einzustellen.
Die Änderung der Härtereigenschaften, insbesondere bei Verwendung
eines freien Erdalkalimetalloxids, wurden jedoch bei Abwesenheit großer Mengen Formstoff, wie Sand, nicht beobachtet.
Bei Abwesenheit des Formstoffs verläuft die Umsetzung zwischen dem Boraluminiumphosphat und den freien Erdalkalimetallverbindungen
so rasch, daß eine mögliche Wirkung des Bors auf den Härtungsvorgang nicht feststellbar ist bzw. deren Feststellung
keinen praktischen Wert besitzt.
Zusätzlich ermöglicht die Anwesenheit von Bor die Herstellung von Aluminiumphosphatlösungen in Wasser, die im Vergleich zu
Bor-freien Aluminiumphosphatlösungen eine stark erhöhte Lagerstabilität
aufweisen. Diese erhöhte Lagerstabilität wird bei einem Borgehalt von mindestens 5 Grammatomprozent, bezogen auf
die Grammatome Aluminium, deutlich festgestellt.
Der Binder kann noch andere Zusätze enthalten, die das Zusammenwirken
zwischen dem Boraluminiumphosphat, den Erdalkalimetallverbindungen
und dem Wasser nicht beeinträchtigen.
Wenn der Binder in Formmassen zur Herstellung von Schleifmitteln, wie Schleifscheiben, feuerfesten Werkstoffen, wie keramischen
Werkstoffen, normalen Sand enthaltenden Gießformen oder Präzisionsgießformen verwendet wird, wird gleichzeitig ein ent-
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sprechender Formstoff zugeschlagen.
Bei der Herstellung von normalen Sand enthaltenden Gießformen weist der verwendete Formstoff eine so große Korngröße auf, daß
eine ausreichende Porosität der Gießform sichergestellt ist, damit "beim Gießvorgang flüchtige Stoffe aus der Gießform entweichen
können. Im allgemeinen weisen etwa 80 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 90 Gewichtsprozent, des für derartige Gießformen
verwendeten Formstoffs eine durchschnittliche Korngröße von mindestens 0,100 mm, vorzugsweise 0,100 bis 0,290 mm, auf.
Als Formstoff für diese Gießformen wird vorzugsweise Sand eingesetzt, der zu wenigstens 70 Gewichtsprozent, vorzugsweise
wenigstens 85 Gewichtsprozent, aus Siliciumdioxid besteht. Andere geeignete Formstoffe sind beispielsweise das Mineral
Zircon, Olivin, Aluminiumsilicatsand und Chromitsand.
Zur Herstellung von Präzisionsgießformen wird ein Formstoff eingesetzt, dessen Hauptmenge, im allgemeinen mindestens
80 Prozent, vorzugsweise mindestens 90 Prozent, eine durchschnittliche Korngröße von höchstens 0,100 mm, vorzugsweise
0,044 bis 0,074 mm, aufweist. Bevorzugte Formstoffe zur Herstellung von Präzisionsgießformen sind geschmolzener Quarz,
Zirconsande, Magnesiumsilicatsande, wie Olivin, und Aluminiumsilicatsande.
Präzisionsgießformen unterscheiden sich von normalen Sand enthaltenden
Gießformen durch die Möglichkeit der dichteren Pakkung des Formstoffs. Deshalb müssen Präzisionsgießformen vor
ihrer Verwendung erhitzt werden, um flüchtige Stoffe aus der
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Gießform auszutreiben. Falls dies nicht geschieht, diffundieren die während des Gießvorgangs gebildeten flüchtigen Stoffe
in das geschmolzene Metall, da die Gießform eine relativ niedrige Porosität aufweist. Diese Diffusion flüchtiger Stoffe beeinträchtigt
die Oberflächenglätte des Gießlings.
Bei der Herstellung von feuerfesten Werkstoffen, wie keramischen Werkstoffen, weist die Hauptmenge wenigstens 80 Gewichtsprozent,
vorzugsweise wenigstens 90 Gewichtsprozent, des Formstoffs eine durchschnittliche Korngröße unter 0,0?4 mm,
vorzugsweise von höchstens 0,044 mm, auf. Der zur Herstellung von feuerfesten Werkstoffen eingesetzte Formstoff muß Härtungstemperaturen über 8150C widerstehen, da die feuerfesten Werkstoffe
für ihren Einsatzzweck gesintert vjerden. Für diese Anwen
dung geeignete Formstoffe sind beispielsweise schwer schmelzbare Oxide, Carbide, Nitride und Silicide, wie Aluminium-,
Blei-, Chrom-, Zircon- und Siliciumoxid sowie Siliciumcarbid, Titannitrid, Bornitrid, Molybdändisilicid und Kohlenstoff enthaltendes
Material, wie Graphit. Es können auch Gemische von Formstoffen sowie Gemische von Metallen und keramischen Stoffen
eingesetzt werden.
Beispiele für Schleifkorn zur Herstellung von Schleifmitteln sind beispielsweise Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Borcarbid,
Korund, Granat und Schmirgel sowie deren Gemische. Die Größe des Schleifkorns entspricht den üblichen Größen. Die unter Verwendung
des Binders der Erfindung hergestellten Schleifmaterialien werden für die gleichen Zwecke eingesetzt wie übliche
Schleifmaterialien. Zusammen mit dem Schleifkorn können auch
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andere anorganische Füllstoffe bei der Herstellung der Schleifmaterialien
verwendet werden. Vorzugsweise haben mindestens w85 Prozent, insbesondere mindestens 95 Prozent, der eingesetzten
organischen Füllstoffe eine durchschnittliche Korngröße von höchstens 0,074 mm. Anorganische Füllstoffe sind beispielsweise
Kryolit, Flußspat und Siliciumdioxid. Der anorganische Füllstoff wird im allgemeinen in Mengen von etwa. 1 bis 30 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Gesamtgewicht von Schleifkorn und anorganischem Füllstoff, eingesetzt.
Der Formstoff wird vorzugsweise in trockener Form zugesetzt, kann jedoch auch kleine Mengen Feuchtigkeit bis zu etwa 0,3 Gewichtsprozent
oder mehr enthalten, bezogen auf das Gewicht des Formstoffs. Dieser Feuchtigkeitsgehalt des Formstoffs kann
durch entsprechende Verringerung der Wassermenge ausgeglichen werden, die im Laufe des Herstellungsverfahrens mit den anderen
Komponenten, wie dem Boraluminiumphosphat und den Erdalkalimetallverbindungen, zugegeben wird.
Erfindungsgemäße Formmassen enthalten vorwiegend Formstoff und nur zum geringeren Teil Binder. In aus den erfindungsgemäßen
Gießereiformmassen hergestellten normalen Sand enthaltenden Gießformen beträgt die Menge des Binders im allgemeinen
höchstens 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 0,5 bis 7 Gewichtsprozent, insbesondere etwa 1 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen
auf das Gewicht des Formstoffs.
In Formen und Kernen für Präzisionsgießverfahren sowie in feuerfesten Werkstoffen beträgt die Menge des Binders im allgo-
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meinen höchstens 40 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 5 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge des Formstoffs.
In Schleifmaterialien beträgt die Menge des Binders im allgemeinen
höchstens 25 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 5 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf das Schleifmaterial oder das
Schleifkorn.
Der in den erfindungsgemäßen Gießereiformmassen eingesetzte Binder wird in einem Zweipackungssystem angewandt, wobei eine
Packung das Boraluminiumphosphat und das V/asser und die andere Packung die Erdalkalikomponente enthält. Man vermengt üblicherweise
zunächst den Formstoff mit der Erdalkalikomponente und mischt dann den Inhalt der Boraluminiumphosphatpackung zu.
Nach gleichförmiger Verteilung des Binders im Formsand wird die Gießereiformmasse in die gewünschte Form gebracht. Die Formmasse
kann gegebenenfalls weitere Bestandteile, wie Eisenoxid, gemahlene Flachsfasern, Holzmehl, Ton und feuerfeste Stoffe,
enthalten.
Die Gießereiformmassen der Erfindung härten bei Raumtemperatur in einer chemischen Reaktion ohne äußeres Erhitzen aus. Die
Aushärtung erfolgt beispielsweise nach dem sogenannten "air cure"-oder "no bake"-Mechanismus. Die Härtungstemperatur liegt
dabei gewöhnlich im Bereich von etwa 10 bis 500C.
Die mit den erfindungsgemäßen Gießereiformmassen hergestellten Gießformen weisen eine gute Riß- und Senkbeständigkeit zum
Entnahmezeitpunkt auf und lassen sich daher leicht handhaben
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und können unmittelbar nach der Entnahme eingesetzt werden. Außerdem weisen diese Gießformen im Vergleich zu Gießformen,
die andere anorganische Bindersysteme, wie Silikate, enthalten, verbesserte Zerfalls- und Entformungseigenschaften beim Gießen
von relativ hoch schmelzenden Eisenmetallen, wie Eisen und Stahl, die bei 1 3700C gegossen werden,auf.Zusätzlich ermöglicht
der in den erfindungsgemäßen Gießereiformmassen eingesetzte Binder die Herstellung von Gießformen für relativ niedrig
schmelzende Nichteisenmetalle, wie Aluminium, Kupfer und Kupferlegierungen, beispielsweise Messing. Die Temperaturen,
bei denen diese Metalle gegebenenfalls gegossen werden, reichen in manchen Fällen nicht aus, um die Festigkeit des in den erfindungsgemäßen
Gießereiformmassen eingesetzten Binders so weit herabzusetzen, daß der Gießling nur durch Anwendung einfacher
mechanischer Kräfte entformt werden kann, was bei üblichen Anwendungen solcher Gießformen im allgemeinen erwünscht
ist. Jedoch ermöglichen die erfindungsgemäßen Gießereiformmassen die Herstellung von Gießformen zum Gießen dieser Metalle,
vorzugsweise Aluminium, dadurch, daß zum Entformen des Gießlings die Festigkeit der Gießform durch Auslaugen mit Wasser
vermindert werden kann. Die Behandlung der Gießformen mit Wasser erfolgt beispielsweise durch Tränken oder Besprühen. Es
wurde festgestellt, daß das Aussehen der Oberfläche von AIuminiumgießlingen,
die unter Verwendung von erfindungsgemäßen Gießereiformmassen hergestellt wurden, sehr gut ist.
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Die Gießereiformmassen der Erfindung werden im allgemeinen in folgenden Schritten zu Gießformen verarbeitet:
(1) Einfüllen der Formmasse in eine Form oder ein Modell;
(2) Belassen der erhaltenen Grünform bzw. des Grünkerns in der Form bzw. dem Modell bis zum Erlangen der Mindestentnahmefestigkeit
(selbsttragend) und
(3) Entnahme aus der Form bzw. dem Modell und Aushärten bei Raumtemperatur zu einer Gießform.
Die Beispiele erläutern die Erfindung. Alle Teile beziehen sich auf das Gewicht, falls nichts anderes angegeben ist. In allen
Beispielen werden die Gießproben nach dem "No bake-Verfahren bei Raumtemperatur ausgehärtet, falls nichts anderes angegeben
ist.
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Beispiel 1
Ein mit Rührer, Thermometer und Überdruckventil ausgerüstetes Reaktionsgefäß wird unter Rühren mit etwa 38 000 Teilen einer
80prozentigen wäßrigen Phosphorsäurelösung, etwa 307 Teilen Borsäure
und etwa 7 720 Teilen hydratisiertem Aluminiumoxid
beschickt. Das Reaktionsgemisch wird etwa 30 l-üirmten
auf etwa 49°C erhitzt und hierauf v/eitere 20 Minuten ohne äußeres Erhitzen umgesetzt, wobei die Temperatur auf einen Maximalwert von etwa 82°C steigt. Anschließend wird noch'70 Minuten
auf etwa 1130C erhitzt. Der Druck im Reaktionsgefäß steigt
auf einen Maximalwert von etwa 1,055 atu. Das Reaktionsgemisch
wird dann innerhalb etwa 45 Minuten auf etwa 680C abgekühlt, wobei gleichzeitig etwa 5 900 Teile Wasser unter Rühren zugegeben
werden. Hierauf kühlt man das Reaktionsgemisch unter einem Druck von etwa 76 Torr auf 280C ab, bringt das System auf Normaldruck
und gewinnt so etwa 52 000 Teile eines borierten Aluminium-Phosphats
mit einem Feststoffgehalt von 66,6 Prozent, einer Viskosität
von 250 bis 300 cP, einem Grammatomverhältnis von Phosphor zur Gesamt-Grammatomzahl von Aluminium und Bor von
3 :1 und einem Borgehalt von etv/a 5 Grammatomprozent, bezogen
auf Grammatome Aluminium.
100 Teile Formsand und etwa 0,85 Toile einer Aufschlämmung von
0,4 Teilen Kerosin und 0,^5 Teilen Magnesiumoxid mit einer Oberfläche
von etwa 2,3 m /g werden etwa 2 Minuten vermischt. Der Sand enthält 99»88 Prozent Siliciumdioxid, 0,02 Prozent Eisenoxid, 0,10
Prozent Aluminiumoxid, 0,15 Prozent Titandioxid, U,01 Prozent Calciumoxid
und 0,005 Prozent Magnesiumoxid und besitzt folgende Korn-
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2^52232
größenverteilung: O, A Prozent
> 420 μ, 11,2 Prozent >2.97 μ f
35,2 Prozent>210μ, 37,4 Prozent
>149 u, 10,8 Prozent > 105 μ,
4,0 Prozent > 74 )i, 0,8 Prozent >63 μ, 0,8 Prozent >
53 μ, 0,2 Prozent;» 44 u und 66,92 Feingut (AFS). Das Gemisch wird mit
3,2 Teilen dos borhaltigen Aluminiuraphosphats versetzt und
2 Minuten gerührt.
Die erhaltene Gießereiformmasse wird mit der Hand zu Standard-
AFS-Zugfestigkeitsproben gestampft. Die Zugfestigkeit dor
Prüfkörper beträgt bei Raumtemperatur nach 2 Stunden 5,27 kg/cm*",
nach 4 Stunden 7,38 kg/cm2, nach 6 Stunden 9,84 kg/cm2 und nach
24 Stunden 11,95 kg/cm . Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 10 Minuten und die Entnahmezeit etwa 35 bis 40 Minuten.
Die Rißbeständigkeit zum Entnahmezeitpunkt ist sehr gut, nach 2 Stunden ausgezeichnet.
Das Verfahren von Beispiel 1 wird mit etwa 3,5 Gewichtsprozent, bezogen auf den Formsand, derselben Binderzusammensetzung wiederholt.
Die erhaltene Gießereiformmasse wird zu Standard-AFS-Zugfestigkeitsproben
geformt, deren Zugfestigkeit bei Raumtemperatur nach 2 Stunden 5,27 kg/cm , nach 4 Stunden 8,44 kg/cm ,
nach 6 Stunden 10,2 kg/cm und nach 24 Stunden 11,6 kg/cm beträgt. Die Proben besitzen ausgezeichnete Rißbeständigkeit nach
2 Stunden. Die Verarbeitungszeit der Hasse beträgt 10 Minuten,
die Entnahmezeit etwa 40 bis 45 Minuten.
509821/0680
Beispiel 3
5000 Teile Formsand und 35 Teile eines 2,5 ί 1-Gemisches aus
Magesiumoxid und eines Calciumaluminats mit einem Gehalt an
58 Prozent Aluminiumoxid und 33 Prozent Calciumoxid werden etwa
2 Minuten miteinander vermischt, dann mit I65 Teilen einer
66prozcntigen wäßrigen Aluminiumplio sphat lösung versetzt, die
gemäß Beispiel 1 hergestellt worden ist, und schließlich 2 Minuten gerührt.
Die erhaltene Gießereiformmasse wird zu Standard-AFS-Zugfestigkeitsproben
geformt, deren Zugfestigkeit bei Raumtemperatur nach 2A Stunden 11,95 kg/cm beträgt. Die Verarbeitungszeit der Formmasse
beträgt 10 Minuten, die Entnahmezeit 30 Minuten. Die Rißbeständigkeit zum Entnahmezeitpunkt ist sehr gut, nach 2 Stunden
ausgezeichnet.
Das Verfahren von Beispiel 3 wird unter Verwendung von 30 Teilen des Magnesiumoxid-Calciumaluminat-Gemisches wiederholt. Die
erhaltene Gießereiformmasse wird zu Standard-AFS-Zugfestigkeitsproben
geformt, deren Zugfestigkeit bei Raumtemperatur nach 2 Stunden 5,63 kg/cm , nach 4 Stunden 11,25 kg/cm , nach
6 Stunden 12,55 kg/cm und nach 24 Stunden 13,8 kg/cm2 betregt.
Die Verarbeitungszeit beträgt 15 Minuten, die Entnahmezeit 45 Minuten.
Die folgenden Beispiele 5 bis 9 erläutern den Einfluß der Oberfläche
bei Verwendung von freien Oxiden als Erdalkalimaterialion.
509321 /0680
Beispiel 5
5000 Teile Quarzsand, und 25 Teile Magnesiumoxid mit einer Obcrfläche
von etwa 2,3 πι /c worden etwa 2 Minuten vermischt. Hierauf
gibt man I65 Teile einer 66prozontigen Aluminiumphosphatlösung
zu, die gemäß Beispiel 1 hergestellt worden ist, und rührt das Gemisch 2 Minuten. Die erhaltene Gießereiformmasse besitzt
eine Verarbeitungszoit von 10 bis 20 Minuten.
Das Verfahren von Beispiel 5 wird unter Verwendung eines Magnesiumoxids
mit einer Oberfläche von etwa 1,4 m /g sowie einem Aluminiumphosphat mit einem Borgehalt von 10 Grammatomprozent,
bezogen auf Grammatome Aluminium, wiederholt. Die Verarbeitungszeit der Gießereiformmasse beträgt etwa 15 Minuten.
Das Verfahren von Beispiel 6 wird unter Verwendung eines Magnesiumoxids
mit einer Oberfläche von etwa 35,2 m2/g wiederholt. Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt weniger als 2 Minuten,
so daß sehr schnell- vermischt werden muß.
Beispiel 8 Das Verfahren von Beispiel 6 wird unter Verwendung eines Magne-
siumoxids mit einer Oberfläche vpn etwa 61,3 m /g wiederholt. Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt weniger als 2 Minuten,
509821/0680'
- 22 so daß ein relativ schnelles Mischverfahren erforderlich ist,
Das Verfahren von Beispiel 5 wird unter Verwendung eines Magncsiumoxids
mit einer Oberfläche von etwa 8,2 m /g wiederholt, dac durch 2'fstündiges Calcinieren von Michigan 1782 bei 100O0C hergestellt
worden ist. Ferner wird ein Aluminiumphosphat mit einem Borgehalt von 30 Grammatomprozent, bezogen auf Grammatome Aluminium,
eingesetzt. Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträft
2 bis h Minutens so daß ein übliches Mischverfahren angewandt
werden kann. Für manche Anwendungsbereiche könnte jedoch die Verarbeitungszeit etwas knapp bemessen sein.
Be i s ρ i e 1 10 In Tabelle I ist der Einfluß des Borgehalts auf die Verarbei-
tungs- und Entnahrnezeit von Gießereiformmassen erläutert. Die
Formmassen v/erden durch.etwa 2minütiges Vermischen von 5000 Teilen
Quarzsand und der in Tabelle I genannten Menge eines
2,5 : 1 -Gemisches von Magnesiumoxid und eines Calciumaluminats mit einem Gehalt an 58 Prozent Aluminiumoxid und 33 Prozent
Calciumoxid hergestellt. Das Gemisch wird dann mit 165 Teilen der in Tabelle I genannten Aluminiumphosphatlösungen versetzt,
die in einem Grammatomverhältnis von Phosphor zur Gesamt-Grammatomanzahl
von Aluminium und Bor von 3 : 1 hergestellt worden sind.
509S21/0680
- 23 -
Einfluß .des Borgehalts auf die Verarbeitung^- und Entnahmezeit
(min/min)
gehalt, | 25 Teile |
% | MgO-Ca- |
alumiriat | |
Gemj sch | |
30 | 30/>100 |
20 | 25/100 |
10 | 20/90 |
5 | 15/75 |
3 | 15/75 |
1 | 10/70 |
0 | 10/65 |
68/4 wäßrige Aluminiurn-10
spha ti ö SUn^11
30 Teile MgO-Ca- · aluminat" Gemisch
20/80 15/60 15/60 10/60 10/55 10/50
10/50
ββ% wäßrige Aluminiumphosphatic)
.'U)H/.^
25 Teile
MgO-Caaluminat-Gomisch
MgO-Caaluminat-Gomisch
25/150
30/>90
20/80
15/75
10/65
10/70
10/65
30 Teile MgO-Caaluminat· Oomi.e'.ch
15/75 15/70
10/55 10/50 10/50 10/50 10/50
Bei der Prüfung der Lagerbeständigkeit der verschiedenen Aluminiumphosphatlösungen
zeigt sich, daß sich bei Borgehalten von 0,-1 bzw. 3 Grammatomprozent erst nach Vntägiger Lagerung ein geringer
Niederschlag bildet. Die übrigen Aluminiumphosphatesungen
bleiben klar.
Die verschiedenen hergestellten Gießereiformmassen werden zu
Standard-AFS~Zugfestigkeitsproben geformt. Die nach 24 bzw. 48 Stunden bei Raumtemperatur erzielten Zugfestigkeitswerte
sind in den Tabellen II und III wiedergegeben. Es zeigt sich, daß borhaltige Aluminiumphosphate im allgemeinen bessere Zugfestigkeitswerte
ergeben. Ferner wird deutlich, daß die Zugfestigkeit im allgemeinen mit steigendem Borgehalt zunimmt,
wenn auch einige Werte durch experimentelle Fehler etwas aus der Reihe fallen.
509821/0680
Einfluß des Borgehalts auf die Zugfestigkeit 24 h nach
Entnahme
% wäßrige Aluminium-
66 % wäßrige Aluminium-
Borgehalt,
%
%
Teile
MgO-Ca-
aluminat-
13,36
12,73
11,95
11,39
12,73
11,95
11,39
11,39
11,04
11,04
Teile MgO-Caaluminat Gemisch
11,53 12,09 10,26
9,35
10,33
9,84
10,55
Teile
MgO-Caaluminat
Gemisch
MgO-Caaluminat
Gemisch
12,33
12,8
11,74
12,8
11,74
12,23
1196
10,55
115O4
30 Teile MgO-Caaluminat-Geraii.-.ch
11,17
11,39
9,28
9,49 9,84 8,72 7,24
Einfluß des Borgehalts auf die Zugfestigkeit 48h nach
Entnahme
68 % wäßrige Aluminium phosphatlösung |
30 Teile MgO-Ca- aluminat- Gemisch |
66 % wäßrige Aluminium phosphatlösung |
30 Teile MgO-Ca- aluminat- Gemisch |
|
Borge- - halt, Ji |
25 Teile MgO-Ca- aluminat- Gemisch |
10,97 | 25 Teile MgO-Ca- aluminat- Geraisch |
11,25 |
30 | 12,8 | 11,53 | 12,0 | 9,7 |
20 | 12,0 | 9,63 | 10,69 | 8,86 |
10 | 10,97 | 10,55 | 11,6 | 8,15 |
5 | 11,1 | 8,86 | 11,95 | 8,86 |
3 | 11,53 | 9,14 | 10,33 | 7,94 |
1 | 10,69 | 8,44 | . 9,14 | 6,33 |
0 | 9,84 | 9,98 |
509821/0680
Beispiel 11
Aus Tabelle IV geht die durch Zusatz von Bor verbesserte Lagerstabilität
hervor.
Stabilität der | Feststoff gehalt 00 |
Aluminiumphos | phatlöBung |
77 | |||
Grammatomvor- hältnis Alu minium + Dor/ Phosphor |
77 | - Borgehalt (Graramatom- prozent, be zogen auf Aluminium) |
Aussehen |
1:3,0 | 77 | 20 | klar nach 11 Monaten |
1:3,8 | 77 | 10 | klar nach 11 Monaten |
1:3,8 | 76 | 5 | klar nach 11 Monaten |
1:3,8 | 76 | 0 | klar nach 11 Monaten |
1:3,6 | 76 | 40 | klar- nach 11 Monaten |
1:3,6 | 76 | 20 | klar nach 11 Monaten |
1:3,6 | 75 | 10' | klar nach 11 Monaten |
1:3,6. | 75 | 5 | klar nach 11 Monaten |
1:3,6 | 75 | 0 | Niederschlag nach 10 Monaten |
1:3,4 | 75 | 20 | klar nach 11 Monaten |
1:3,4 | 75 | 20 | klar nach 10 Monaten |
1:3,4 | 75 | 10 | klar nach 11 Monaten |
1:3,4 | 75 | 10 | klar nach 10 Monaten |
1:3,4 | 75 | 5 | 11/2 Monate klar, dann Niederschlag |
. 1:3,4 | 75 75 • |
5 | 2 Monate klar, dann Niederschlag |
1:3,4 | 0 | 1 Monat klar, dann Niederschlag |
|
1:3,2 1:3,1 |
5 10 |
■ 1 Monat klar, dann Niederschlag Niederschlag· nach 10 Monaten |
|
509821/0680
Tabelle IY - Fortsetzung
Grammatoinver- Feststoff- Borgehalt
hältnis Aluminium + Bor/
Phosphor
(Grammatomprozent, bezogen auf Aluminium) Aussehen
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
75 68 67 65 75 68
67 65 75 68 67 65 75 68 67 65 75 68
67 65 75 68 67 65 75 68
67 65
30 30 30 30 20 20 20 20 10 klar mich etwa 12 Ilonaten
klar
klar
klar
klar
klar
klar
klar
klar
klar
klar
klar
klar
klar
wonigstGiiH 2 V2 Monate kl a 4
] N i ed. ο r sch Ί a .-y ν <
> r 6 Ho η a t ο η _
wenigsten;.; 10 Monate klar, dann Niederschlag
Il
II
wenigstens 2 1/2 Monate klar, Niederschlag vor 6 Monator
Niederschlag
wenigstens 2 1/2 Monate klar, Niederschlag vor 6 Monatdl
Niederschlag η.etwa 2 1/2
Monaten Niederschlag «
Niederschlag "
iionigstens 2 1/2 Monate klar,
Niederschlag vor 6 Monaten
Niederschlag η.etwa 2 1/2 Monaten
Niederschlag "
geringer Niedorschlgr;
nnnl) (;tifa,^r.„T/.2 Monaj.bn
509821 /0680
Die folgenden Beispiele 12 und 13 erläutern die gegenüber bekannten
anorganischen Bindern verbesserte Riß- und Senkbeständigkeit bei der Entnahme der Gießformen.
20 000 Teile Formsand und 200 Teile eines Gemisches aus 60 Teilen Kerosin, 85,6 Teilen Magnesiumoxid und 34,4 Teilen Calciumaluminat
mit einem Gehalt an 58 Prozent Aluminiumoxid und 33 Prozent Calciumoxid v/erden etwa 2 Minuten vermischt. Hierauf versetzt man
das Gemisch mit 660 Teilen einer gemäß Beispiel 1 hergestellten 66prozentigen wäßrigen Aluminiumphosphatlösung mit einer Viskosität
von 250 bis 300 cP, einem Grainmatoraverhältnis von Phosphor
zur Gesamt-Grammatomanzahl von Aluminium und Bor von 3 : 1 und einem Borgehalt von etwa 10 Grammatomprozent, bezogen auf
Grammatome Aluminium. Das Gemisch wird dann noch 2 Minuten gerührt.
Die erhaltene Gießereiforramasse wird dann zu 10,16 χ 10,16 χ 45,72 cm -Sandkernen mit einem Gewicht von etwa
8,62 kg'geformt. Die Verarbeitungszeit beträgt 10 Minuten, die Entnahmezeit 45 Minuten. Die Rißbeständigkeit der Kerne zum Ent~
nahmezeitpunkt beträgt 85 bis 90, nach 1 Stunde 90 bis 95.
Drei Kerne werden nach dem Ausheben horizontal auf die Kante eines Labortisches gelegt, so daß 15|24 cm über den Tisch hinausragen.
Nach 1 stündigem Belassen der Kerne in dieser Stellung ist lediglich ein Absenken von der Horizontalenvon nicht mehr als
1,59 mm meßbar. Weitere Senktests werden so durchgeführt, daß
509821 /0680
~ 28 - ■
jeweils drei Kerne entweder an den Kernenden gestützt und in
der Mitte nicht gestützt bzw. in der Mitte gestützt und an den Enden nicht gestützt sind. Ferner werden senkrecht aufgerichtete
Kerne geprüft, die auf ihrer 10,16 χ 10,16 cm großen Grundfläche
stehen. An keinem der Kerne ist eine bemerkenswerte Senkung festzustellen; auch nach 24stündigem Stehen tritt keine Absakkung
auf. Daneben v/erden 6 Kerne hergestellt, und sofort bei der Entnahme in Plastiktüten eingeschlagen. Drei Kerne v/erden
an den Enden horizontal gelagert, während die anderen Kerne horizontal im Zentrum gelagert werden. Einige Kerne zeigen innerhalb
der ersten Stunde eine geringe Senkung.
Ferner v/erden zwei 10,16 χ 10,16 χ 45,72 cm-Kerne hergestellt,
in die 7,62 cm von jedem Ende entfernt in etwa 5,08 cm Tiefe Haken eingebracht werden. Einer der Kerne wird nach 30 Minuten
ausgehoben und an einem Ende in horizontaler Lage aufgehängt. Der Kern sackt ab und bricht nach 3 Minuten. Der andere Kern
wird nach 45 Minuten ausgehoben und sofort an beiden Enden in horizontaler Stellung aufgehängt. Er bleibt ohne sichtbares Absenken
24 Stunden in dieser Stellung.
Ein 18,9 Liter fassendes Gefäß wird mit der Formmasse gefüllt.
Hierauf führt man in das Kernzentrum in 10,16 cm Tiefe einen Haken ein und hängt das Ganze bei einer Entnahmezeit von 45 Minuten
auf. Das Gesamtgewicht beträgt 33,1 kg. Nach 24 Stunden ist der Haken nicht aus dem Kern ausgebrochen. Auch bei 5minüti~
gem Anhängen von weiteren 77,1 kg ist kein Schaden feststellbar.
509821/0680
Schließlich v/erden Standard-Zugfestigkeitsprüfkörper dadurch
hergestellt, daß man die Formmassen vermischt und die Prüfkörper 5, 10 bzw. 17 Minuten nach dem Vermischen entnimmt. Sofort
nach dem Vermischen hergestellte Prüfkörper besitzen nach 16 bis 18 Stunden eine Zugfestigkeit von 14,45 kg/cm ', während die
nach 10 Minuten entnommenen Prüfkörper eine Zugfestigkeit von 11,25 kg/cm' und die nach 17 Minuten hergestellten Prüfkörper
eine Zugfestigkeit von 4,22 kg/cm besitzen. Der Zugfestigkeitsabfall nach 5Jiiinütigern Mischen zeigt an, daß der Binder etwas zu
schnell reagiert. Außerdem werden die Kerneigenschaften bei der Lagerung etwas beeinträchtigt. Nach 4 Tagen liegt z.B. die mittlere
Ritzhärte der Kerne bei 70.
10 000 Teile Formsand und 42 Teile einesorganischen Esterhärters
werden etwa 2-Minuten vermischt, dann mit 350 Teilen eines
Natriumsilikatbinders mit einem Verhältnis von Siliciumdioxid zu Natriumoxid von 2,4 : 1 versetzt und schließlich 2 Minuten
gerührt. Die Formmasse besitzt eine Verarbeitungszeit von 20 Minuten und eine Entnahmezeit von 45 Hinuten. Die.Rißbeständigkeit
der Kerne beträgt zum Entnahmezeitpunkt nur 9 bis 10 und nach 3stündiger Lagerung etwa 80 bis 90» Die Formmasse wird zu 10,16 χ
10, 16 χ 45» 72 cin-SandkerriGn mit einem Gewicht von etwa 8,62 k<; geformt.
Drei Kerne werden nach, der Entnahme horizontal auf die Kante eines Labortisches gelegt, so daß sie 15»24 cm über den Tisch
hinausragen. Die Kerne sacken 1,27 bis 1,9 cm von der Horizontalen
ab, Ueitoro Senkungstests worden mit jeweils drei Kernen durchgeführt,
wobei man entweder die Enden oder das Mittelteil auflagert
5098217 0680'
bzw. die Kerno senkrecht auf ihre 10,16 χ 10,16 cm große Grundfläche
stellt. Hierbei zeigt sich, daß die Kerne nach 1 Stunde
mindestens 1,27 cm von. dpr Horizontalan absacken und in einem Fall der Kern vollständig zerbaricht. Dor senkrecht aufgerj chtote
Keim, setzt sich etwas, wobei sich in der Mitte eine leichte Aiis~
beulung bildet. Die IHßbeständigkeit der Kerne beträgt nach 1
Stunde 30 bis kO, Ferner werden dz*ei Kerne hergestellt, sofort
nach der Entnahme in Plastiktüten eingeschlagen und horizontal
sowohl an den Enden als auch im Zentrum aufgelagert« Die Senkung
beträgt et v/a 0,635 bis 1,9 cm, el, h. weit mohr als bei d<?? Formmasse
aus Beispiel 12,
Ein Vergleich der Beispiele 12 und 13 zeigt, daß die erifinctungsgemäßen
Binder gegenüber bekannten anorganischen Bindern verbesserte Riß- und Senkbeständigkeit bei der Entnahme ermöglichen.
Außerdem ist die relative Härte der erfindimgsgemäß hergestellten
Kerne höher, so daß sie sich leichter handhaben lassen als z.B. aus Natriumsilikatbindern hergestellte Kerne.
Beispiel 1 Ί
5000 Teile Formsand und 50 Teile eines Sumpfes aus 20 Teilen
eines geruchlosen Schwerbenzins (Flammpunkt 53j3 C, Siedebereich
180 bis 204°c) und 30 Teilen eines Gemisches von Magnesiumoxid und Calciumaluminat, das 58 Prozent Aluminiumoxid und 33 Prozent
Calciumoxid enthält, wobei Magnesiumoxid und Calciumaluminat im Verhältnis 5 ι 1 vorliegen, werden etwa 2 Minuten gemischt.
Das Gemisch wird mit 165 Teilen einer 67pr"ozentigen wäßrigen Iinraluininiumphosphat
lösung mit einem Verhältnis der Grammatome von
509821/0680
Phosphor zur Summe der Grammatome von Aluminium und Bor von 3 : 1 und einem Borgehalt von etwa 20 Grammatomen, bezogen auf
die Grammatome Aluminium, versetzt und 2 Minuten gerührt.
Aus der erhaltenen Gießereiformmasse werden auf übliche Weise AFS-Zugfestigkeitsproben hergestellt. Die Zugfestigkeit der
Prüfkörper beträgt nach 2 Stunden etwa 5»27» nach 2h Stunden
etwa 13»7» nach k8 Stunden etwa 13»2 und nach 120 Stunden etwa
13»0 kg/cra , Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 17 Minuten
und die Entnahmezeit 66 Minuten, Die Rißbeständigkeit zum Entnahmezeitpunkt ist sehr gut,
Beispiel 15
Beispiel lh wird wiederholt, jedoch unter Verwendung von 20
Teilen Schwerbenzin mit einem Flammpunkt von kOf6 C und einem
Siedebereich von 157 - 192°C.
Aus der erhaltenen Gießereiformmasse werden in üblicher Weise ASF-Zugfestigkeitsproben hergestellt. Die Zugfestigkeit der
Prüfkörper beträgt bei Raumtemperatur nach 2 Stunden etwa 4,92,
nach 2k Stunden etwa 13»2, nach k8 Stunden etwa 13,9 und nach
120 Stunden etwa 11,2 kg/cm . Die Verarbeitungszeit der Formmasse
beträgt 16 Minuten und die Entnahmezeit 62 Minuten, Die
Rißbeständigkeit zum EntnahmeZeitpunkt ist sehr gut,
Beispiel 16
Beispiel lh wird wiederholt, jedoch unter Verwendung eines
handelsüblichen Lösungsmittels mit einem Flammpunkt von ~\k9°C
509821/0680
und einem Siedebereich von 288 bis 36O C. Die Zugfestigkeit der
Prüfkörper beträgt bei Raumtemperatur nach 2 Stunden etwa 5»27»
nach 12 Stunden etwa 14,3» nach 48 Stunden etwa 14,6 und nach
120 Stunden etwa 10,2 kg/cm . Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 18 Minuten und die Entnahmezeit 64 Minuten, Die Rißbeständigkeit
zum Entnahmeζeitpunkt ist sehr gut.
Beispiel 17
Beispiel 14 wird wiederholt, jedoch unter Verwendung eines handelsüblichen
Lösungsmittels mit einem Flammpunkt von 60,0 C und einem Siedebereich von 182 bis 199°C. Die Zugfestigkeit der Prüfkörper
beträgt nach 2 Stunden etwa 6,12, nach 12 Stunden etwa 12,9, nach 48 Stunden etwa 13,9 und nach 120 Stunden etwa 11,5
'2
kg/an. Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 18 Minuten und die Entnahmezeit 61 Minuten. Die Rißbeständigkeit zum Entnahmezeitpunkt ist sehr gut.
kg/an. Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 18 Minuten und die Entnahmezeit 61 Minuten. Die Rißbeständigkeit zum Entnahmezeitpunkt ist sehr gut.
Beispiel 18
Beispiel 14 wird wiederholt, jedoch unter Verwendung von Kerosin
mit einem Flammpunkt von 48,9 C und einem Siedebereich von I7I
bis 277 C. Die Zugfestigkeit der Prüfkörper beträgt nach 2 Stunden
etwa 6,54, nach 4 Stunden etwa 11,9» nach 6 Stunden etwa 14,1,
nach 12 Stunden etwa 14,7 und nach 96 Stunden etwa 9,5 kg/cm .
Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 16 Minuten und die
Entnahmozeit 60 Minuten. Die Rißbeständigkeit zum Entnahmezeitpunkt
ist sehr gut.
5 0 3 8 2 1 ,' '■"? :;"
Beispiel 19
Ein mit einem Rührer, einem Thermometer und einem Rückflußkühler
ausgerüstetes Roaktionsgefaß wird mit 2hh5 Teilen 85prozentiger
Phosphorsäure beschickt. Dann werden unter Rühren 67 Teile
Natriumborat zugegeben und das Rühren bis zur Bildung einer klaren
Lösung fortgesetzt. Diese Lösung wird unter Rühren mit 5hQ
Teilen hydratisiertem Aluminiumoxid versetzt. Die Umsetzung verläuft
während eines Zeitraums von etwa 40 Minuten, wobei durch
die exotherme Reaktion die Temperatur auf maximal etwa λθΗ C
steigt. Durch zusätzlicheis Erwärmen wird, die Temperatur auf·
1170C erhöht und 2 Stunden auf diesem Wert gehalten, um
einen vollständigen Ablauf
der(Umsetzung sicherzustellen. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches auf Raumtemperatur werden 3052 Teile eines Boraluminiumphosphats
mit einem Festkörpergehalt von 75 Prozent, einer Visk'osität von etwa 40 000 cP, einem Verhältnis der Grammatome von
Phosphor zur Summe der Grammatome von Aluminium und Bor von 3 ϊ
und einem Borgehalt von etwa 10 Grammatomprozent, bezogen auf die Grammatome Aluminium, erhalten.
5000 Teile Formsand und 30 Teile eines Gemisches von Magnesiumoxid
und einem Calciumaluminat mit 58 Prozent Aluminiumoxid und
33 Prozent Calciumoxid, wobei Magnesiumoxid und Calciumaluminat im Verhältnis von 2,5 ί 1 vorliegen, werden etwa 2 Minuten gemischt.
Das Gemisch wird mit I65 Teilen einer Lösung (66 Prozent
Festkörper; Viskosität hOO bis 5OO cP) von 146,5 Teilen des vorstehend
erhaltenen Boraluminiumphosphats in 18,5 Teilen Wasser'
versetzt und dann 2 Minuten gerührt.
50982170680
Die erhaltene Gießereiformmasse wird mit der Hand zu Standard-AFS-Zugfostigkeitsproben
gestampft. Die Zugfestigkeit der Prüf- -körper beträgt bei Raumtemperatur nach 2 Stunden 8,8, nach 4
Stunden 11,6, nach 6 Stunden 11,2 und nach 2h Stunden 8,4 kg/cm
Die Kernhärte der Prüfkörper wird auf einem Kernhärte-Prüfgerät
Nv, 674 (Lieferant: H. V. Dietert Co., Detroit, Michigan) gemessen
und beträgt nach 2 Stunden 75» nach 4 Stunden 72, nach 6
Stunden 74 und nach 24 Stunden 6^, Die Verarbeitungszeit der
Formmasse beträgt 13 Minuten und die Entnahmezeit 42 Minuten,
Beispiel 20
Beispiel 19 wird wiederholt, jedoch unter Verwendung eines nichtborierten
Aluminiumphosphats, das die gleiche Menge Natrium (1O
Grammatomprozent, bezogen auf Aluminium) enthält wie- das in Beispiel
19 eingesetzte Boraluminiumphosphat. Das Natrium wird dem
Binder der Gießereiformmasse durch Zusatz einer entsprechenden Menge Trinatriumphosphat bei der Herstellung des Aluinlniuniphosphats
einverleibt.
Die erhaltene Gießereiformmasse wird mit der Hand zu Standard-AFS-Zugfestigkeitsproben
gestampft. Die Zugfestigkeit der Prüfkörper beträgt bei Raumtemperatur nach 2 Stunden 9»14, nach 4
Stunden 11,2 und nach 24 Stunden 3,5 kg/cm . Die Kernhärte beträgt
nach 2 Stunden 80, nach 4 Stunden 78 und nach 24 Stunden 52. Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 9 Minuten und die
Entnahmezeit 28 Minuten,
509821/0680
- 35 -
Beispiel 21
Beispiel 19 wird wiederholt, jedoch unter Verwendung eines Boraluminiumphosphats
mit einem Gehalt von je 20 Grammatomprozent Bor und Natrium, bezogen auf das Aluminium,
Die Zugfestigkeit der Prüfkörper beträgt bei Raumtemperatur nach
2 Stunden etwa 7>°» nach 4 Stunden etwa 10,91 nach 6 Stunden βίο
wa 7»7 und nach 24 Stunden etwa 4,6 kg/cm , Die Kernhärte beträgt nach 2 Stunden 58, nach 4 Stunden 77>
nach 6 Stunden 50 und nach 24 Stunden 32. Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 15 Minuten
und die Entnahmezeit 38 Minuten.
Beispiel 22
Beispiel 21 wird wiederholt, jedoch unter Verwendung eines nichtborierten
Aluminiumphosphats mit dem gleichen Gehalt an Natrium
wie das in Beispiel 21 eingesetzte Boraluminiumphosphat, Das Natrium -wird dem Binder der Formmasse durch Zusatz von Trinatriumphosphat
bei der Herstellung des Aluminiumphosphats einverleibt.
Die Zugfestigkeit der Prüfkörper beträgt bei Raumtemperatur nach
2 Stunden etwa 7»0, nach 4 Stunden etwa 10,5 und nach 24 Stunden etwa 2,8 kg/cm , Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 8
Minuten und die Entnahmezeit 22 Minuten, Die Kernhärte beträgt nach 2 Stunden 74, nach 4 Stunden 70 und nach 24 Stunden 42,
Beispiel 19 wird wiederholt, jedoch unter Verwendung eines nicht—boriorton Aluminiumphosphate, das 3 Grammatome Phosphor
509821/0680
pro Grammatom Aluminium enthält und natriumfrei ist,
I)±e Zugfestigkeit der Prüfkörper beträgt bei Raumtemperatur nach
2 Stunden etwa 6,7» nach h und 6 Stunden jeweils 10,5 und nach 2h Stunden 6,7 kg/cm , Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt
12 Minuten und die Entnahmezeit 35 Minuten. Die Kernhärte beträgt nach 2 Stunden 73» nach h Stunden 69, nach 6 Stunden 70
und nach 2h Stunden 66,
Ein Vergleich der Beispiele 19 und 20 bzw. 21 und 22 zeigt, daß
der Gießformen aus
die Kernhärte / erfindungsgemäßen Gießereiformmassen im Vergleich
zu den unter Verwendung von nicht—boriertem Aluminiumphosphat
hergestellten Gießformen verbessert ist,' was
Zugfestigkeit
durch die Werte für die / nach 2h Stunden Lagerzeit verdeutlicht
wird. Wie ein Vergleich der Beispiele 20, 22 und 23 zeigt, ist die durch die Anwesenheit von Bor im Aluminiumphosphat
erreichte Verbesserung der Kernhärte nicht so stark ausgeprägt, wenn der Binder auch Natrium enthält, da das Natrium die
entsprechenden Eigenschaften verschlechtert. Trotzdem ist auch in natriumhaltigen Formmassen die Anwesenheit von Bor vorteilhaft.
Es kann auch zu einem anderen Zweck, beispielsweise zur Verbesserung des Verhältnisses von Entnahmezeit und Verarbeitungszeit der Formmasse, die Anwesenheit von Natrium erwünscht sein.
Beispiel 2 h
10 GOO Teile Formsand und 70 Teile eines Gemisches aus Magnesiumoxid
und einem Calciumaluminat mit 58 Prozent Aluminiumoxid und
33 Prozent Calciumoxid, wobei Magnesiumoxid und Calciuraaluminat
509821/0680
in einem Verhältnis von 2,5 J 1 vorliegen, werden etwa 2 Minuten
gemischt. Das Gemisch wird mit 330 Teilen einer gemäß Beispiel 1 hergestellten Aluminiumphosphatlösung (66 Prozent Festkörper;
Viskosität 250 bis 3OO cP) mit einem Verhältnis der Grammatome
von Phosphor zur Summe der Grammatome von Aluminium und Bor von 3 : 1 und etwa 20 Grammatomprozont Bor, bezogen auf die Grammatome
Aluminium, versetzt und dann 2 Minuten gerührt.
Die erhaltene Gioßoreifortnmasse wird zu einem scheibenförmigen
Sandkern mit 17*8 cm Durchmesser und 6,35 cm Dicke geformt. Der
scheibenförmige Sandkern weist beiderseits an seiner Achse Kernmarken
mit je einem Durchmesser von 3»17 cm und einer Dicke von
1,27 cm auf. Der Sandkern-wird in eine Sandform mit einem scheibenförmigen
Hohlraum von 20,3 cm Durchmesser, 8,9 cm Höhe, einer Öffnung von 3>17 cm an den Achsen und einer entsprechenden Öffnung
zum Eingießen des Metalls gebracht. Der Sandkern wird innerhalb der Form durch die Kernmarken in seiner Lage gehalten. Nach
mit dem Eingießen von geschmolzenem Aluminium / einer Temperatur von
816 C läßt man während 24 Stunden das Metall auf Raumtemperatur
abkühlen. Anschließend wird die Form durch etwa h Hammerschläge
mechanisch gebrochen, wobei etwa die Hälfte des Sandkerns entfernt
wird. Nachdem die Form etwa eine halbe Stunde bei Raumtemperatur in Wasser gelegt wurde, wird der Rest des Sandkerns beseitigt.
Man erhält einen hohlen Aluminiumgießling.
509821/0680
Claims (1)
- - 38 Pat entansprüche-I. Gießoreiformmasseii, · enthaltend einen Formstoff und einen Binder aus(a) etwa 50 bis 95 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamt"· menge von (a) und (b), eines Boraluminiumphosphats mit einem Borgehalb von etwa 3 bis 4o Grammatomprozent, bezogen auf die Grammatome Aluminium, und mit einem Verhältnis der Grammatome von Phosphor zur Summe der Grammatome von Aluminium und Bor von etwa 2 ; 1 bis etwa k : 1,(b) etwa 5 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge von (a) und (b), ein Oxid enthaltende Erdalkalimetallverbindungen sowie(c) etwa 15 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge von (a) und (c), Wasser,2. Gießereiformmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Boraluminiumphosphat mit einem Borgehalt von 5 bis 30 Grammatomprozent, bezogen auf die Grammatome Aluminium, enthalten.3, Gießereiformmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Boraluniiniumphosphat mit einem Borgehalt von 10 bis 23 Grammatomprozent, bezogen auf die Grammatome Aluminium, enthalten,h, Gießereiformmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Boraluminiumphosphat ein Verhältnis der Grammatome von .509821/0680Phosphor zur Summe der Grammatome von Aluminium und Bor von 2,5 ϊ 1 bis 3,5 ί 1 aufweist.5. Gießereiformmasson nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis 2,8 : 1 bis 3,2 : 1 beträgt.6. Gießereiformmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Boraluminiumphosphat 10 bis 25 Grammatomprozent, bezogen auf die Grammatome Aluminium, Bor enthält und das Verhältnis der Grammatome von Phosphor zur1 Summe der Grammatome von Aluminium
und Bor 2,8 : 1 bis 3,2 : 1 beträgt.7. Gießereiformmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Boraluminiumphosphats 65 bis 90 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge von Boraluminiumphosphat und Erdalkali· metallverbindungen und die Menge der Erdalkalimetallverbindungen 10 bis 35 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge des Boraluminiumphosphats und der Erdalkalimetallverbindungen, betragen.8. Gießeroiformmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdalkalimetallverbindungon ein freies Erdalkalimetalloxid oder ein freies Erdalkalimetallhydroxid enthalten und dasErdalkalimetalloxid oder Erdalkalimetallhydroxid eine spezifische Oberfläche von höchsten
BET-Methode) aufweist.2
Oberfläche von höchstens 8,5 m /g (gemessen nach der9· Gießeroiformmassen nach Anspruch 8, dadurch gekonnzeichnet, daß die spezifische Oberfläche höchstens 3 m /g beträgt.509821/068010» . Gießereiforinraassen nach Anspruch 1, dadurch gekeimzeichnet, daß die Erdalkalimetallverbindtingen eine spezifische Oberflächevon höchstens 8,5 m /g (gemessen nach der BET-Mothode) aufweisen.11. Gießereiformmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdalkalimetallverbindungen ein Gemisch von einem freien Erdalkalimetall oxid und einem weiteren Mo.terial darstellen, das das Erdalkalimetall und das Oxid in Kombination mit einem weiteren Bestandteil enthält, wobei die Erdalkalimetallverbindungen eine spezifische Oberfläche von höchstens 8,5 m /s aufweisen,12. Gießereiformmassen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdalkalimetalloxid Magnesiumoxid ist,13* Gießereiformmasseii nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch 2 bis 8 Gewichtsteile des freien Erdalkalimetalloxids pro Gewichtsteil des Materials enthält, in dem weitere Bestandteile in Kombination mit dom freien Metalloxid und/ oder -hydroxid und das Erdalkallmetall enthalten sind«14. Gießereiformmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die l/assermenge 20 bis 4θ Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge von Boraluminiumphosphat und Wasser, beträgt.15c Verwendung der Gießereiformmassen nach Anspruch 1 bis 14 zum Gießen von relativ niedrig schmelzenden Nichteisenmetallen.509821 /0680
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