DE2715314A1

DE2715314A1 - Materialien zur herstellung von formen fuer den praezisionsguss

Info

Publication number: DE2715314A1
Application number: DE19772715314
Authority: DE
Inventors: Edmund E Erndt
Original assignee: Pre-Vest Inc
Current assignee: Pre-Vest Inc
Priority date: 1976-05-24
Filing date: 1977-04-05
Publication date: 1977-12-08
Also published as: FR2352609A1; ES459069A1; FR2352609B1; IT1079665B; JPS52143919A; JPS5439243B2; US4106945A; DE2715314B2; GB1516831A; CA1080405A; DE2715314C3

Description

PATENTANWÄLTE

MANITZ. FINSTERWALD & GRÄMKOW

^ 27153U

München, den 5. April 1977 Lo/Sv-P 3O57

PRE-VEST, INC.
1801 East 200th Street
Cleveland, Ohio 4-4-117, USA

Materialien zur Herstellung von Formen für den Präzisionsguß

Die Erfindung betrifft ganz allgemein das Gebiet des Präzisionsgusses bzw. Investmentgusses und insbesondere ein neues Material für den Präzisionsguß, das bei der Herstellung von feuerfesten Formen Verwendung findet.

Formen für den Präzisionsguß von Nichteisenmetallen werden durch Einsetzen einer Modellanordnung oder eines Modellbaumes in einen Formkasten und dann das Füllen des Formkastens mit einer Aufschlämmung des feuerfesten Materials für den Präzisionsguß, das in dem Formkasten unter Bildung der Form erhärten gelassen wird, hergestellt. Die Modellanordnung oder der Modellbaum besteht aus einer Vielzahl

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DR. C. MANITZ ■ DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIP L. -IN C. W. CRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

β MÖNCHEN 39. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART SO {BAD CANNSTATT) MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7370

TEU 10891 2343 II. TELEX 8-29673 PATMF SEELBERCSTR. 23/23. TEL.(O7II)S6 73 61 POSTSCHECK! MÖNCHEN 77062 - 80S

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von Modellen, welche die Konfigurationen der gewünschten Metallgußstücke besitzen, wobei die Modelle aus Wachs, Kunststoffmaterial oder einem anderen entfernbaren Material hergestellt sind. Nachdem die \ufschlämmung des Materials für den Präzisionsguß hart geworden ist, werden die Modelle aus der Form durch Erhitzen hiervon in einem Ofen, Brennofen oder einem \utoklaven herauscceschmolzen. Die Form wird dann bei einer erhöhten Temneratur, z.B. bei 732⁰C (135O⁰F) gebrannt, um V/asser zu entfernen und «jedes restliche Modellmaterial in den Hohlräumen für das Gußstück zu entfernen. In zahlreichen Fällen wird die Form zuerst auf eine niedrigere Temneratur abgekühlt, um die optimalen Gießbedingungen zu erreichen, bevor sie mit geschmolzenem Metall gefüllt wird. Beispielsweise ist es übliche Praxis, beim Gießen von \luminium die Formen auf eine Temperatur im Bereich von Zimmertemperatur bis etwa 204-260°C (400-500⁰F) abzukühlen.

Übliche Ansätze für Materialien zum Präzisionsguß von Nichteisenmetallen bestehen aus einem Bindemittel und einem feuerfesten Material, das aus einer Mischung von feinen und groben Teilchen besteht. Das feuerfeste Material ist üblicherweise vollständig oder zumindestens teilweise ein Siliziumdioxid, z.B. Ouarz, Cristobalit oder Tridymit. Gebrannter Feuerton wird oft auch als Teil des feuerfesten Materials eingesetzt. Das Bindemittel ist üblicherweise ein feines Gipstmlver (Kalziumsulfathemihydrat).

Das Bindemittel und der feuerfeste Stoff zusammen mit chemischen Zusatzstoffen in geringeren Mengen zur Steuerung der Abbinde- oder Erhärtungseigenschaften werden zur Herstellung des Materials für den Präzision3guß trockengemischt. Das trockene Material für den Präzisionsguß wird dann zum Gebrauch durch Vermischen hiervon mit ausreichend Wasser unter Bildung einer Aufschlämmung, die in im Formkasten rings

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urn den Modellaufbau gegossen worden kann, zubereitet. Eine Vakuumbehandlung der iufschlämmung und eine 3chüttelbehand-]un^ des Formkastens sind häufig angewandte Stufen zur Entfernung von Lufthläschen und zur Erleichterung des Füllens des Formkastens.

Ein schwerwiegendes Problem, das bei konventionellen Formen für den ³rää3insguß angetroffen wird, ist das häufige Auftreten einer Rißbildung während der Erhitzungszyklen und/ oder ibkühlzyklen und während des Vorganges des Metallgusses. Falls ein Vakuum an die Formen während des Gierens des Metalles angelegt wird, sind die Formen zusätzlichen Beanspruchungen unterworfen, die zu einer Rißbildung beitragen können.

Eine Kißbildung bei den Formen ergibt Metallgrate auf den Abgüssen, die durch kostsnielige Endbehandlungsvorgänge entfernt werden müssen. Das Reißen der Form ermöglicht es ebenfalls, daß Teilchen oder Schützen des Materials für den Präzisionsguß losbrechen und in die Hohlräume der Form fallen. Dies kann Einschlüsse in den Abgüssen bzw. Gießlingen bilden und dazu führen, daß sie verworfen werden müssen. In Fällen, in denen eine Rißbildung besonders schwerwiegend ist, kann das geschmolzene Metall durch die Wand der Form durchlecken, so daß die gesamte Form weggeworfen werden muß.

Eine mögliche Erklärung des Auftretens einer Rißbildung, wie es beim konventionellen Präzisionsguß von Nichteisenmetallen angetroffen wird, liegt darin, daß sie den Ausdehnungs- und Kontraktionseigenschaften des Siliziumdioxid-Feuerfestmaterials zuzuschreiben ist. Es wurde angenommen, daß das Siliziuradioxid bzw. die Kieselerde sich unregelmäßig ausdehnt, während sich das Gipsbindemittel als Folge der Dehydratation zersetzt, wenn eine konventionelle Form für den Präzisionsguß zum Ausbrennen des Modellmaterials erhitzt wird. Die Ausdehnung des Siliziumdioxids ist reversibel, so daß es sich wieder zusammenzieht, wenn die Form

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vorbereitend für das Gießen des geschmolzenen Metalles abgekühlt wird. Wegen der Zersetzung des Ginsbindemittels und der Kontraktion bzw. des Zusammenziehens des Siliziumdioxids schrumpft die Form von dem sie umgebenden Metallformkasten beim abkühlen, so daß der Formkasten nicht mehr langer einen angemessenen Träger für das relativ schwache Formmaterial bildet.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beheben.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß der Ersatz wenigstens eines Teiles der Siliziumdioxidmaterialien oder der anderen Feuerfestmaterialien, wie sie häufig als Material für den Präzisionsguß von Nichteisenmetallen verwendet werden, durch Pyrophyllit eine ausgeprägte Verminderung einer Rißbildung der Form ergibt. In zahlreichen Fällen wurde gefunden, daß die Verwendung von Pyroohyllit vollständig Grate auf den vbgüssen bzw. Gießlins^en und den Verlust von Formen ausschaltet, und daß eine wesentliche Verminderung von Einschlüssen in den Abgüssen bewirkt wird.

Die Erfindung betrifft daher eine neue Masse für den Präzisionsguß, die im wesentlichen aus einem Gipsbindemittel und einem Feuerfestmaterial besteht, das Pyrophyllit in einer Menge von 15 bis 100 Gew.-^, bezogen auf das Gesamtgewicht des Feuerfestmaterials, einschließt. Bei besonders geeigneten Massen liegt der Pyroohyllit im Bereich von 55 bis 65 Gew.-# des Gesamtgewichtes des Feuerfestmaterials vor. Eine besonders bevorzugte, erfindungsgemäße Masse besteht im wesentlichen aus 20 bis 40 Gew.-^ eines Giosbindemittels und aus 60 bis 80 Gew.-'i eines Feuerfestmaterials, wobei dieses aus 55 bis 65 Gew.-^ Pyroohyllit besteht. Gegebenenfalls können geringere Mengen an chemischen Zusatzstoffen zur Steuerung der Erhärtungseigenschaften in die _#Massen für den Präzisionsguß entsprechend der üblichen ^praxis eingegeben wex'den.

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Pyrophyllit ist ein wasserhaltiges \luminiumsilikat der folgenden Formel:

Al₂Si₁,. O₁₀ (OH)₂ .

Handelsübliche Sorten von Pyroohyllit, die mäßige Mengen an anderen Mineralien als Verunreinigungen enthalten, sind ebenfalls für die erfindungsgemäßen Zwecke geeignet.

Es wird angenommen, daß ein mit Pyrophyllit hergestelltes Material für den ?räzisionsguß sich beim Erhitzen auf die Temoeraturen, die beim Brennen von Formen für den Präzisionsguß auftreten, oermanent ausdehnt. Wegen dieser permanenten Ausdehnung ist die abgekühlte Form größer als die ursorüngliche Form. Das Ergebnis ist, daß der Formkasten zum Zusammenpressen des Forramaterials wirkt, so daß die Festigkeit gegeben ist, die zur Beständigkeit gegenüber Rißbildung erforderlich ist.

Weitere Vorteile und ein besseres Verständnis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung anhand des Beispieles.

E3 wurde eine Masse für den Präzisionsguß mit folgender Zusammensetzung in Gewichtsteilen hergestellt: 30»0 # aloha-Gios, 50,0 ■% Siliziumdioxid (Kieselerde) und 40,0 $ Pyrophyllit. Um die Abbindezeit der Masse für den Präzisionsguß zu steuern, wurden kleine Zusätze von Terra alba und Natriumeitrat in jeweiligen Mengen von 0,7 Gew.-^, bzw. 0,1 Gew.-Γά, bezogen auf 100 Gewichtsteile von Gips, Siliziumdioxid und Pyrophyllit, zugegeben.

Die chemische Analyse des Pyrophyllits war wie folgt:

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Aluminiumoxid (AIpO ) Siliziumdioxid (SiO_p) Eisen (III)-oxid (Fe₃ Natrium- und Kaliumoxide

GaO

HrO

Glühverlust

Gew.-ί

19,77 75,0

0,7 0,5 0,1 0,1

3,9

Der Pyrophyllit war ein Geraisch von klassierten Teilchen mit der folgenden tyDischen Siebanalyse:

Sieb-Maschenweite	U.S.	Series Screen	')■■> zurückgehalten,
(mm)		No.	kumuliert
1,19		16	0
0,84		20	1,5
0,59		30	14,5
0,42		40	26,8
0,297		50	41,0
0,210		70	52,5
0,149		100	62,4
0,105		140	68,1
0,074		200	74,9
0,044		525	81,9
0		Schale	100,0

Das Material für den Präzisionsguß wurde mit Wasser in einem Verhältnis von 34 Gewichtsteilen Wasser zu 100 Gewichtsteilen des Materials für den Präzisionsguß gemischt, um eine Aufschlämmung von normaler Konsistenz zu erhalten. Die Aufschlämmung wurde vermischt und unter Vakuum in vier Formkästen rings um zuvor präparierte Modellanordnungen gegossen, wozu eine Ausrüstung des in der US-PS 5 719 214 beschriebenen Typs verwendet wurde. Jeder Modellaufbau, der in den Formkästen mit der Masse uageben wurde, bestand aus

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10 Wachsmodellen eines handelsüblichen, aus Aluminium hergestellten Teiles, wobei die Modelle auf einer Kartontrommel montiert waren.

Nach dem Erhärten der Masse für den Präzisionsguß wurden die Kartontrommeln entfernt, und die Formen wurden in einem Niederdruck-Dampfautoklaven von Wachs befreit und dann in einen heißen Ofen bei etwa 732⁰G (135O°F) für etwa Stunden überführt. Jede Form wurde dann auf etwa 204 G (400⁰F) abgekühlt und über einen mit Harz gebundenen Sandkern angeordnet, um einen Hohlraum für den Einguß von 6,35 mm (0,25 Zoll) zu bilden.

Eine geschmolzene Aluminiumlegierung von 704⁰G (1300⁰F) wurde in die verbundenen Formen unter Vakuum gegossen, und unmittelbar nach dem Eingießen wurde der Druck auf das Metall in der Eingußöffnung auf atmosphärischen Druck angehoben, während ein Vakuum weiterhin rings um die Aussenseite der Formen während der Verfestigungsoeriode angelegt blieb.

In keiner der vier Formen waren weder vor noch nach dem Gießen Risse sichtbar. Das Material für den Präzisionsguß war weich und konnte von den Abgüssen bzw. Gießlingen leicht entfernt werden. Die Abgüsse einschließlich der Eingußkanalstücke und Eingußmündungen waren vollständig frei von Graten. Eine vorangegangene Herstellung der gleichen Teile unter Verwendung von konventionellen Materialien für den Präzisionsguß ergab übermäßige Metallgrate als Folge der Rißbildung bei der Form, wobei diese Grate in einem gesonderten Arbeitsvorgang entfernt werden mußten.

- Patentansprüche 709849/0675

Claims

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Patentansprüche

Ί. Material für die Herstellung von Formen für den Präzisionsguß, bestehend aus einem Gipsbindemittel und einem Feuerfestmaterial und gegebenenfalls üblichen Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet , daß das Feuerfestmaterial zu wenigstens 15 Gew.-% aus Pyrophyllit besteht.
2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gipsbindemittel in einer Menge von 20 bis 4-0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des nicht gebrannten Materials für den Präzisionsguß, vorliegt, und daß dae Feuerfestmaterial in einer Menge von 60 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des nicht gebrannten Materials für den Präzisionsguß, vorliegt.
3. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Feuerfestmaterial zu 55 bis 65 Gew.-% aus Pyrophyllit besteht.
4. Feuerfeste Form aus einem Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

709849/0675 ORIGINAL INSPECTED