DE2715314C3

DE2715314C3 - Formstoff für Präzisionsgießform

Info

Publication number: DE2715314C3
Application number: DE2715314A
Authority: DE
Inventors: Edmund E. Timbelake Ohio Erndt
Original assignee: PRE-VEST Inc CLEVELAND OHIO US
Current assignee: PRE-VEST Inc CLEVELAND OHIO US
Priority date: 1976-05-24
Filing date: 1977-04-05
Publication date: 1981-06-25
Also published as: FR2352609A1; DE2715314A1; FR2352609B1; GB1516831A; ES459069A1; JPS5439243B2; IT1079665B; CA1080405A; JPS52143919A; US4106945A; DE2715314B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Formstoff für Präzisionsgießformen.

Übliche Formstoffe für Präzisionsgießformen 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 Sfliziumdioxid, z. B. Quarz, Cristobalit oder Tridymit. Ferner werden auch Aluminiumsilikate, z. B. Kaolin, Kyanii oder Mullit eingesetzt.

Gebrannter Feuerton wird oft auch als Teil des feuerfesten Materials verwendet. Das Bindemittel ist üblicherweise ein feines Gipspulver (Kalziumsulfathemihydrat).

Das Bindemittel und das feuerfeste Material, zusammen mit chemischen Zusatzstoffen in geringeren Mengen zur Steuerung der Abbinde- oder Erhärtungseigenschaften, werden trockengemischt. Die trockene Mischung wird dann durch Vermischen mit ausreichend Wasser unter Bildung einer Aufschlämmung, die im Formkasten rings um den Modellaufbau gegossen werden kann, zubereitet. Eine Vakuumbehandlung der Aufschlämmung und eine Schüttelbehandlung des Formkastens sind häufig angewandte Stufen zur Entfernung von Luftbläschen und zur Erleichterung des Füllens des Formkastens.

Ein schwerwiegendes Problem beim Präzisionsguß ist das häufige Auftreten einer Rißbildung während der Erhitzungszyklen und/oder Abkühlzyklen und während des Metallgusses. Falls ein Vakuum an die Formen während des Gießens des Metalles angelegt wird, sind die Formen zusätzlichen Beanspruchungen unterworfen, die zu einer Rißbildung beitragen können.

Eine Rißbildung bei den Formen ergibt Metallgrate auf den Abgüssen, die durch kostspielige Endbehähdlungsvorgänge entfernl werden müssen. Das Reißen der Form ermöglicht es ebenfalls, daß Teilchen oder Schuppen des Materials für den Präzisionsguß losbrechen und in die Hohlräume der Form fallen. Dies kann Einschlüsse in den Abgüssen bilden und dazu führen, daß sie verworfen werden müssen. In Fallen, 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 Siliziumdioxid bzw. die Kieselerde sich unregelmäßig ausdehnt,

ίο 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 vorbereitend für das Gießen des geschmolzenen Metalles abgekühlt wird. Wegen der Zersetzung des Gipsbindemittels und der i-ontraktion bzw. des Zusammenziehens des Siliziumdioxids schrumpft die Form von dem sie umgebenden Metallformkasten beim Abkühlen, so daß der Formkasten nicht mehr länger einen angemessenen Träger für das relativ schwache Formmaterial bildet

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beheben. Die Aufgabe wird gelöst durch einen Formstoff mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1.

Bei besonders geeigneten Formstoffen liegt der Pyrophyllitgehalt im Bereich von 55 bis 65 Gew.-% des Gesamtgewichtes des feuerfesten Materials vor. Überraschenderweise wurde nämlich gefunden, daß der Ersatz wenigstens eines Teiles der Siliziumdioxidmaterialien oder der anderen feuerfesten Materialien durch Pyrophyllit eine ausgeprägte Verminderung einer Rißbildung der Form ergibt In zahlreichen Fällen wurde gefunden, daß die Verwendung von Pyrophyllit

Γ» vollständig Grate auf den Abgüssen und den Verlust von Formen ausschaltet, und daß eine wesentliche Verminderung von Einschlüssen in den Abgüssen bewirkt wird. Ein vorteilhafter Formstoff besteht beispielsweise im wesentlichen aus 20 bis 40 Gew.-% eines Gipsbindemit-

4(1 tels und aus 60 bis 80 Gew.-% eines feuerfesten Materials, wobei dieses aus 55 bis 65 Gew.-% Pyrophyllit besteht. Gegebenenfalls können geringere Mengen an chemischen Zusatzstoffen zur Steuerung der Erhärtungseigenschaften in den Formstoff, entspre-

<-, chend der üblichen Praxis, eingegeben werden.

Pyrophyllit ist ein wasserhaltiges Aluminiumsilikat der folgenden Formel:

AI₂Si₄O₁₀(OH)₂.

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

Es wird angenommen, daß ein mit Pyrophyllit

μ hergestellter Formsloff für den Präzisionsguß sich beim Erhitzen auf die Temperaturen, die beim Brennen von Formen für den Präzisionsguß auftreten, permanent ausdehnt. Wegen dieser permanenten Ausdehnung ist die abgekühlte Form größer als die ursprüngliche Form.

M> Das Ergebnis ist, daß der Formkästen ein Züsafnfnenpressen des Formmaterials bewirkt, so daß die Festigkeit gegeben ist. die zur Beständigkeit gegenüber Rißbildung erforderlich ist.

Weitere Vorteile und ein besseres Verständnis der h·"· l-'rfindung ergeben sich an Hand des Beispieles.

F.s wurde eine Masse für den Präzisionsguß mit folgender Zusammensetzung in Gewichtsteilen hergestellt: 30.0% alpha-Gips, 30,0% Siliziiimdioxid (Kiesel-

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erde) 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.-Vo bzw. 0,1 Gew,-%, bezogen auf 100 Gewichtsteile von Gips, Siliziumdioxid und Pyrophyllit, zugegeben.
Die chemische Analyse des Pyrophyllits war wie folgt:

Gew.-%

Aluminiumoxid (AhO₃)	19,77	% zurückgehalten.
Siliziumdioxid (SiO₂)	75,0	kumuliert
Eisen(III)-oxid (Fe₂O₃)	0,7	0
Natrium- und Kaliumoxide	03	1,3
CaO	0,1	14,5
MgO	0,1	26,8
Glühverlust	3,9	41,0
	klassierten	52,5
	Teilchen mit der folgenden typischen Siebanalyse:	62,4
	Sieb-Maschenweite	68,1
	(mm)	74,9
	1,19	81,9
	0,84	100,0
	0,59
Der Pyrophyllit war ein Gemisch von	0,42
0,297
0,210
0,149
0,105
0,074
0,044
0

100 Gewichtsteile Formstoff wurden mit 34 Gewichtsteilen Wasser 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. Jeder Modellaufbau, der in den Formkästen mit der Masse umgeben wurde, bestand aus 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 Kartontrommetn entfernt, und die Formen wurden in einem Niederdruck-Dampfautoklav von Wachs befreit und dann in einen heißen Ofen bei etwa 732°C für etwa 10 Stunden überführt Jede Form \ urde dann auf etwa 204⁰C abgekühlt und über einen mit Harz

ίο gebundenen Sandkern angeordnet, um einen Hohlraum für den Einguß von 635 mm zu bilden.

Eine geschmolzene Aluminiumlegierung von 704⁰C 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 Verfestigungsperiode 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 leicht entfernt werden. Die Abgüsse einschließlich der Eingußkanalstücke und Eingußmündungen waren vollständig frei von Graten.

Vergleichsversuche zur Herstellung von Gußteilan aus einer AluminiutpJegierung unter Verwendung konventioneller Formstoffe für Präzisionsgußformen, nämlich einem Formstoff als alpha-Gips (35 Gew.-%), Cristobalit (25 Gew.-%) und Mullit (20 Gew.-% in

M Granulatform und 20 Gew.-% in Pulverform) und einem Formstoff aus alpha-Gips, Cristobalit und Kyanit (gleiche Gewichtsanteile), ergaben starke Metallgrate als Folge der Rißbildung bei der Form, wobei diese Grate in einem gesonderten Arbeitsgang entfernt

J5 werden mußten. Unter denselben Bedingungen hergestellte Gußteile derselben Aluminiumlegierung unter Verwenudng des erfindungsgemäßen Formstoffes (alpha-Gips 35 Civ/.'Vo, Cristobalit 25 Gaw.-%, Pyrophyllit 20 Gew.-% in Granulatform und 20 Gew.-% in Pulverform) waren einwandfrei und wiesen keine Metallgrate auf, da die Formen keine Risse aufwiesen.

Claims

Patentansprüche;

1. Formstoff für die Herstellung von Präzisionsgießformen, bestehend aus einem Gipsbindemittel und einem feuerfesten Material, das auch Aluminiumsilikate enthalten kann, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Material zu 15 Gew.-% bis 100 Gew.-% aus Pyrophyllit besteht.

2. Formstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Material zu 55 bis 65 Gew.-% aus Pyrophyllit besteht.

3. Formstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gipsbindemittel in einer Menge von 20 bis 40 Gew.-°/o und das feuerfeste Material in einer Menge von 60 bis 80 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des nicht gebrannten Formstoffes, vorliegen.

4. Formstoff nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich übliche Zusätze enthält