DE3604370A1 - Verfahren zur herstellung zerfallsfreundlicher formkerne - Google Patents

Verfahren zur herstellung zerfallsfreundlicher formkerne

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DE3604370A1
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Germany
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magnesium oxide
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magnesium
granules
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Helmut Dr Heide
Wolfgang Dipl Ing Schwaemmlein
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KSB SE and Co KGaA
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Klein Schanzlin and Becker AG
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/02—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by additives for special purposes, e.g. indicators, breakdown additives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
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    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/105—Salt cores

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkernen, deren Zufall durch Volumenänderung der Formstoffmasse herbeigeführt wird.
Hat ein Gußstück schwierige Hohlräume, Hinterschneidungen oder Innenkonturen, so verwendet man zur Herstellung neben der eigentlichen Form noch sogenannte Formkerne. Diese nehmen in der Gußform die Lage der späteren Hohlräume im Gußstück ein. Nach dem Abgießen müssen die Formkerne wieder aus dem Gußstück entfernt werden. Dies bereitet besonders bei kompliziert geformten Kernen große Schwierigkeiten und ist mit einem hohen Aufwand verbunden.
Es wurde schon versucht zur Herstellung zerfallsfreundlicher Kernformen keramische Massen auf der Basis des Systems Calciumoxid-Siliciumdioxid einzusetzen, in denen die metastabilen Zerfallsreaktionen bestimmter Calciumsilikate genutzt werden. In diesen Kernformstoffen erfolgt nach dem Abguß durch thermisch bedingte Phasenumwandlungen, welche mit starken Volumenänderungen einhergehen, eine Zerstörung des Gefüges und ein Zerrieseln der Kernform, welche dann leicht entfernt werden kann. Es zeigt sich jedoch, daß derartige keramische Massen auf der Basis des Systems Calciumoxid-Siliciumdioxid, insbesondere in Verbindung mit den erforderlichen Ethylsilikatbindern, nicht die für den Stahlguß erforderlichen refraktären Eigenschaften besitzen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe es gelingt, Kernformstoffe mit höherer Feuerfestigkeit, insbesondere auf der Basis des Systems Magnesiumoxid-Siliciumdioxid zerfallsfreundlich zu gestalten.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Formstoffmasse ein Magnesiumoxid-Granulat zugesetzt wird, das nach einer Behandlung des Formkerns mit Wasser und/oder Wasserdampf aufgrund der Volumenzunahme bei der Hydration zum Zerfall des Formkerns führt. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 bis 10 beschrieben.
Der Grundgedanke der Erfindung ist es, den Kernzerfall in entsprechenden Formstoffen, etwa auf der Basis von Olivinsand Mg2SiO4, durch Zusatz von Magnesiumoxid und Ausnutzen der Hydratationsreaktion:
MgO + H2O → Mg(OH)2
herbeizuführen, da diese Reaktion mit einer starken Volumenzunahme, dem sogenannten Magnesiatreiben, einhergeht. Dabei sind an das einzusetzende Magnesiumoxid die folgenden Anforderungen zu stellen:
  • - Das Magnesiumoxid sollte den Bindevorgang des Ethylsilikats möglichst wenig stören, d. h. es sollte möglichst reaktionsträge sein und eine nur geringe Basizität erzeugen.
  • - Das Magnesiumoxid im Formstoff sollte im Hinblick auf den späteren Hydrationseffekt möglichst reaktiv sein.
Diese Anforderungen sind jedoch miteinander nicht vereinbar.
Erfindungsgemäß wird freies pulverförmiges Magnesiumoxid als Treibmittel zu einem Granulat verarbeitet, das einen Durchmesser von etwa 0,1 bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 bis 2 mm aufweist. Dies kann entweder durch Pelletisieren oder durch Kompaktieren und anschließender Brechen und Aussieben hergestellt werden. Das Magnesiumoxid-Granulat wird im Anschluß daran einer Hydrophobierungsbehandlung unterzogen und der Formstoffmischung aus Olivinsand und Ethylsilikatbinder zugesetzt. Hierbei stört es aufgrund seiner Hydrophobierung nicht den Abbindevorgang.
Die Hydrophobierungsbehandlung kann vorzugsweise durch Tränken der Granulate mit Wachs erfolgen. Nach der anschließenden Trocknung und dem keramischen Brennen der Masse wird dann das Hydrophobierungsmittel ausgebrannt und das Magnesiumoxid-Granulat aktiviert. Damit wird einerseits des Magnesiumoxid-Granulat im Formstoffschlicker reaktionsträge gemacht und nimmt andererseits im fertigen Formstoff die gewünschte ausgeprägte Hydrationsneigung an. Es zeigt sich, daß derart hergestellte und eingelagerte Magnesiumoxid-Granulate sowohl zu einem guten Abbinden des Formstoffes als auch bei einer Nachbehandlung mit heißem Wasser oder Wasserdampf zu einem völligen Zerfall des Formstoffs führen.
Das geschilderte Verfahren zur Erzielung zerfallsfreundlicher Eigenschaften ist nicht auf das System Magnesiumoxid- Siliciumdioxid begrenzt und kann auch andere keramische Massen übertragen werden.
Der zerfallfreundliche Formstoff aus der Basis von Olivinsand mit Ethylsilikat als Binder und hydrophobiertem Magnesiumoxid-Granulat als Treibmittel läßt sich in seiner Feuerfestigkeit noch weiter steigern.
Da das Magnesiumoxid-Granulat der Treibkomponente in der Matrixkomponente nicht zum Abbinden des aus dem Ethylsilikat freigesetzten Siliciumdioxid zur Verfügung steht, kann sich dieses mit dem Olivinsand in niedrigschmelzenden, Siliciumdioxid reichen Magnesiumsilikaten umsetzen. Diese können in der Formmasse z. B. beim Stahlguß zu Anschmelzungen führen.
Erfindungsgemäß kann dieser Nachteil durch die Zugabe von zusätzlichem Magnesiumoxid in Form eines feinen reaktiven Pulvers gelöst werden.
Um den für alkalisches Milieu sehr empfindlichen Abbindevorgang mit Ethylsilikat nicht zu stören, wird erfindungsmäß das Magnesiumoxid in der Form einer chemisch neutralen Verbindung, z. B. Magnesiumcarbonat, zugesetzt. Beim keramischen Brand wandelt sich das Magnesiumcarbonat durch Kohlendioxid-Abgabe in feinteiliges Magnesiumoxid um; dieses ist infolge der in-situ-Zerfallsreaktion sehr aktiv und bildet mit dem Siliciumdioxid des Ethylsilikatbinders zusätzlichen hochschmelzenden Olivin (Mg2SiO4). Dabei ist die Menge an Magnesiumcarbonat so zu wählen, daß bei der keramischen Endverfestigung des Kernformstoffes reines Magnesiumoxid im Überschuß vorhanden ist und somit die Gesamtmenge an Siliciumdioxid gebunden wird, ohne daß die Gefügeporosität im Zuge der Vergasung des Carbonats übermäßig ansteigt. Dieser zerfallsfreundliche Kernformstoff eignet sich hervorragend für den Stahlguß.
Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Beispiels näher erläutert:
Beispiel
Aus 85 Gewichtsteilen Olivinsand, 15 Gewichtsteilen MgO- Granulat und 12 Gewichtsteilen MgCO3 wird eine Formstoffmasse hergestellt. Der Olivinsand ist dabei zur Erzielung einer hohen Packungsdichte aus den folgenden Kornfraktionen aufgebaut:
Fraktion (mm)Anteil (Gew.-%)
0,25-0,520,0 0,12-0,2513,3 0,07-0,1216,7 0,04-0,0716,7 0   -0,0433,3
Das eingesetzte, wachsgetränkte MgO-Granulat besteht zu 50 Gew.-% aus der Fraktion 1-2 mm und zu 50 Gew.-% aus der Fraktion 0,5-1 mm. Das eingesetzte MgCO3 dient dabei als Reaktionspartner des SiO2 aus dem Bindersystem zur Bildung von Olivin.
Vor dem Vergießen der Formenmassen wird der trocken vorgemischte Versatz mit jeweils 200 ml Binderlösung auf 1 kg Trockenmasse versetzt und gut vermischt. Die Verarbeitungszeit liegt bei max. 4 Minuten. Der SiO2- Gehalt der eingesetzten Binderlösung beträgt etwa 20%.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von Formkernen, deren Zerfall durch Volumenänderung der Formstoffmasse herbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstoffmasse ein Magnesiumoxid-Granulat zugesetzt wird, das nach einer Behandlung des Formkerns mit Wasser und/oder Wasserdampf aufgrund der Volumenzunahme bei der Hydration zum Zerfall des Formkerns führt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesiumoxid-Granulat durch Pelletisierung von Magnesiumoxid- Pulvern hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zugesetzte Magnesiumoxid-Granulat hydrophobiert wird, und das Hydrophobierungsmittel bei hohen Temperaturen wieder entfernt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Hydrophobierungsmittel Wachs, vorzugsweise Stearin oder Paraffin, verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß als Formstoffmasse Olivinsand mit Ethylsilikaten als Bindemittel verwendet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Feuerfestigkeit des Formkerns, der Formstoffmasse reaktives Magnesiumoxid zugesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesiumoxid in Form einer chemisch neutralen Verbindung, vorzugsweise als Magnesiumcarbonat, zugesetzt wird, welches beim Brennvorgang in reaktives Magnesiumoxid umgesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Magnesiumcarbonat oder reaktivem Magnesiumoxid derart eingestellt wird, daß bei der Endverfestigung der Formstoffmasse beim Brennvorgang das aus dem Bindemittel stammende Siliciumdioxid zum hochschmelzenden Magnesiumsilikat gebunden wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstoffmasse 15 bis 20 Gewichtsteile Magnesiumoxid-Granulat und 12 bis 15 Gewichtsteile Magnesiumcarbonat zugesetzt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnesiumoxid-Granulat der Korngröße 0,5 bis 3 mm, vorzugsweise 0,5 bis 2 mm verwendet wird.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19716524C1 (de) * 1997-04-19 1998-08-20 Daimler Benz Aerospace Ag Verfahren zur Herstellung eines Körpers mit einem Hohlraum
CN103889615A (zh) * 2011-10-19 2014-06-25 铃木株式会社 铸造用型芯、其制造方法以及使用该型芯的铸造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2452232A1 (de) * 1973-11-14 1975-05-22 Ashland Oil Inc Giessereiformmassen

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