DE683333C - Form zum Vergiessen von Magnesium - Google Patents

Description

• Form zum Vergießen von Magnesium Das Vergießen von Magnesium und Magnesiumlegierungen erfolgt bereits seit vielen Jahren in sogenannten grünen Formen, die Schutzstoffe enthalten, die das Metall bei der Gießtemperatur gegen Oxydation' und gegen solche Reaktionen schützen, die sich aus der Gegenwart von Wasser (Feuchtigkeit) in dem Formsand ergeben. Schutzstoffe dieser Art sind z. B. solche, die durch Schmelzen in Berührung mit dem Metall eine Schutzhaut auf der inneren Formwandung erzeugen, wie z. B. gewisse Harze, oder aber auch in der Form in Berührung mit dem geschmolzenen Metall inerte oder leicht oxydeirbare Gase bilden, wie z. B. Schwefel, gewisse Kohlenwasserstoffe, insbesondere Naphthalin, die bzw. deren Oxydationsprodukte ohne schädliche Einwirkung auf das Metall sind, wobei sie jedoch gegebenenfalls auch mit der Oberfläche des erstarrenden Metalls unter Bildung dünner korrosionsverhindernder Oberflächenschichten reagieren können. Zu letzteren gehören die Borsäure und gewisse Ammonsalze; insbesondere das Ammonfluorid. Diese Verfahren haben, da der Zusatz eines besonderen Bindemittels zum Formsand nicht vorgesehen ist und die Schutzstoffe im allgemeinen auch nicht die Eigenschaften eines Bindemittels besitzen, die Verwendung von Formsanden zur Voraussetzung, die durch einen ausreichenden Gehalt an Ton oder tonähnlichen Verbindungen eine ausreichende Eigenplastizität besitzen.
• Auch unter Verwendung dieser Zusatzstoffe sind jedoch keine völlig befriedigenden Ergebnisse erreicht worden. Insbesondere genügte z. B. Schwefel als Schutzstoff nicht in Fällen, wo es sich darum handelte, 1; ormen herzustellen, die an verschiedenen Stellen sehr unterschiedliche Querschnitte haben. Es ist deshalb versucht worden, den Schwefel durch Borfluorwasserstoffsäure bzw. deren Salz oder durch Kaliumsulfid zu ersetzen..
• Alle diese bekannten Vorschläge bezogen sich jedoch auf Sand bzw. sonstige inakfive. Werkstoffe, aus denen agglomerierte Formmassen hergestellt wurden.
• Für das Vergießen von weniger reaktionsfähigen Metallen, insbesondere von Eisen-und Kupferlegierungen, sind bereits Formen aus einer Masse bekannt, die aus einer Mischung von Sand und einem hydraulischen Bindemittel, -,vie Zement, unter Zusatz einer solchen Menge Wasser hergestellt wurden; daß die Masse einerseits die für die Herstellung der Formen erforderliche Bindefähigkeit aufweist, andererseits aber nach dem Abbinden des Bindemittels die für die Herstellung von Gußstücken erwünschte völlige Gasdurchlässigkeit aufweist. Neben diesen und anderen Vorzügen bieten solche Formmassen den Vorteil,' daß die Herstellung der Formen außerordentlich leicht - und einfach ist; däß sie auch nach dem sogenannten kastenlosen Formverfahren erfolgen kann, und daß eine besondere Ofentrocknung der Formen in Fortfall kommt. Diese Formen finden ihre Hauptanwendung insbesondere in Verbindung mit tonfreien Kieselsäuresanden, z. B. Quarzsand, die sich von Hause aus ohne Anwendung eines besonderen Bindemittels für die Herstellung von Formen und Formteilen (Kernen) nicht eignen.
• Obgleich derartige Formen für Eisen- und Kupferlegierungen sich durchaus bewährten, bestanden jedoch größere Bedenken gegen ihre Verwendung zum Vergießen des leicht oxydierbaren Magnesiums und seiner Legierungen, denn gegenüber diesen Metallen ist abgebundener Zement keineswegs inaktiv. Es ist nämlich bekannt, daß bei den für Magnesium und seine Legierungen üblichen Gießtemperaturen (74o bis 82o° C) da Metall dank seiner ausgeprägten Neigung zur Bindüng von Sauerstoff in Berührung mit Zement, selbst wenn dieser bereits lange vorher abgebunden hat, diesem bis in erhebliche Schichtentiefe das Konstitutionswasser entzieht und sich unter Zersetzung desselben lebhaft oxydiert. Diese Verbrennung des Metalls führt zu erheblichen Temperatursteigerungen (i5oo° C und mehr), so daß sich unter Umständen infolge der hierdurch bedingten plötzlichen Verdampfung des Konstitutionswassers regelrechte Explosionen ergeben. Tatsächlich tritt, wie die Erfahrung gelegentlich schon gezeigt hat, beim unbeabsichtigten Auffließen von flüssigem Magnesium auf Zementfußböden eine Reaktion, die von einem Umherspritzen des flüssigen Metalls begleitet ist; ein. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt diese an sich bekannten Zementformmasser in die Technik der Verarbeitung von Magnesun und seinen Legierungen einzuführen =Eihe einfache übertragung der bekannter; F A ormen auf dieses Gebiet ist aus den vor-'stehend dargelegten Gründen nicht möglich, Die starke Affinität des Magnesiums zum Konstitutionswasser des Zements mußte die Befürchtung aufkommen lassen, daß auch die für Sandformen bekannten Schutzmittel nicht ausreichen würden, dieseAffinität des Magnesiums zum Wasser bei Zementformen aufzuheben. Es war ferner zu befürchten, daß die üblichen Schutzstoffe beim Vermischen mit einer aus kieselsäurereichem Sand und Zement bestehenden Formmasse die Abbindung des Zements entweder überhaupt verhindern oder doch mindestens so stark verzögern würden, daß eine praktische Verwertung des Verfahrens nicht mehr in Frage käme: Tatsächlich wird auch, wie Versuche gezeigt haben, durch eine ganze Anzahl von für das Gießen von Magnesium und Magnesiumlegierungen vorgeschlagenen Schutzstoffen die Abbindung des Zements ungünstig beeinflußt. Die Gegenwart von Barsäure (o,25 bis o,50/,) verhindert sie überhaupt, und ein Zusatz von Naphthalin führt zu einer sehr erheblich verlangsamten Abbindung. Auch Ammoniumfluorid (o,25 °1Q) ergibt eine merkliche Verlangsamung. Andererseits aber war fast mit Sicherheit damit zu rechnen, daß der Schwefel bei seiner innigen Vermischung mit dem Zement von diesem beim Abbinden so eingeschlossen werden würde, daß er beim Vergießen des Metalls entweder überhaupt nicht oder doch nur in sehr eingeschränktem Maße seine typische Schutzwirkung, die ja mit einer Verdampfung des Schwefels durch uhmittelbare Berührung mit dein flüssigen Metall unmittelbar verknüpft ist, würde äußern können.
• Überraschenderweise wurde jedoch . gefunden, daß es möglich ist, die Affinität des geschmolzenen Magnesiums und der Mägnesiumlegierungen gegenüber hydraulischen Bindemitteln durch einen.Schwefelzusatz so weit herabzusetzen, daß keinerlei gefährliche oder auch nur schädliche Oxydationen auftreten. Gemäß der Erfindung werden zum Vergießen von Magnesium und Magnesiumlegierungen Formen benutzt, die aus einem abgebundenen Gemisch von hydraulischen Bindemitteln, insbesondere Zement, mit Sand .und geringen Mengen Wasser, mit kleinen Mengen an Schwefel (etwa i bis 6 °(o) bestehen.
• Wenn der Schwefel hier entgegen allen Erwartungen eine äußerst vorteilhafte Wirkung ausübt, so beruht dies anscheinend dar-3,uf, daß er sich in den Zementmassen in besonderer Weise verhält. Ein Schnitt durch eine Form gemäß der Erfindung, die zum Gießen von Magnesium benutzt worden ist, zeigt drei aufeinanderfolgende Schichten in den Farben, Grau, Grün und Gelb. Daraus ist zu schließen, daß der Schwefel, der mit dem Metall in Berührung kommt, sublimiert wird, dann teilweise eine ultramarinartige Schicht bildet und sich schließlich in der äußeren Schicht niederschlägt.
• Die Formen gemäß der Erfindung sind den üblichen grünen Sandformen nicht nur gleichwertig, sondern sogar in bezug auf gewisse Eigenschaften überlegen. Insbesondere weisen sie nicht 'nur ein an sich gesundes Gefüge auf, sondern auch eine bei Sandguß sonst nicht erreichte Kornfeinheit, die der bei der Verwendung von Metallformen (Kokillenguß) erreichten vergleichbar ist. Die letztere Erscheinung ist vermutlich dadurch zu erklären, daß nach dem Gießen die Abkühlung in den Formen gemäß der Erfindung wegen der besseren Wärmeleitfähigkeit des Formstoffes und des innigeren Zusammenhanges seiner Bildungsbestandteile infolge der Verkittung der kieselsäurereichen Sandkörner durch den Zement viel rascher erfolgt als in gewöhnlichen Sandformen. Diese erhöhte Kornfeinheit geht, wie bekannt, mit einer erheblichen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften Hand in Hand.
• Eine weitere Folge der erhöhten Kornfeinheit des Gefüges ist auch die größere Dichtigkeit der erzeugten Gußstücke, so daß sich die Anwendung der Formen gemäß der Erfindung insbesondere dann empfiehlt, wenn es sich um die Erzeugung hochwertigen Gusses für Zwecke, bei denen es auf besondere Dichtigkeit ankommt, handelt.
• Die Erfindung gestattet es in zahlreichen Fällen, auf die Anwendung sogenannter Schreckplatten dort zu verzichten, wo sie sonst unbedingt erforderlich sind, insbesondere an Stellen mit erheblicher Werstoffanhäufung; bekanntlich ist die Anbringung dieser Schreckplatten und ihreVorbehandlung für den Guß schwierig und umständlich und verteuert die Herstellung der Formen ganz erheblich.
• Neben den genannten Vorteilen ergeben sich durch die Anwendung der Formen gemäß der Erfindung für die Herstellung von Formstücken aus Magnesium und Magnesiumlegierungen auch die sonstigen, der Verwendung von Sand-Zement-Gemischen als Formstoff eigentümlichen Vorteile, wie Verkürzung der Formzeit, erweiterte Möglichkeit der Verwendung von nichtgelernten Arbeitskräften zum Formen, Fortfall der Formkasten, ausgezeichnete Gasdurchlässigkeit der Formen usw. In einzelnen Fällen hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, Formmassen zu verwenden, die neben Schwefel auch Ammonfluorid, vorzugsweise in Mengen von o,i bis 0,3 % des Sandgewichtes der Formmasse:, enthalten. Ein Zusatz von Borfluorid allein in Mengen von i bis io % ist zwar bei der Herstellung von Sandformen zum Gießen von Aluminium-Magnesium-Legierungen mit überwiegendem Aluminiumgehalt bereits beschrieben. Dabei ist jedoch gleichzeitig bemerkt, daß man über die Eignung von Schutzstoffen für Legierungen auf der Grundlage von Magnesium bzw. umgekehrt nichts aussagen könne. Berücksichtigt man außerdem, daß Ammonfluorid allein eine Verlangsamung der Abbindung von Zement ergibt, so war nicht zu erwarten, daß der vorstehend erwähnte geringe Ammonfluoridzusatz neben Schwefel brauchbar sein würde.
• Man kann das Ammonfluorid und/oder die Borsäure auch auf die Innenfläche einer Form gemäß der Erfindung in Pulverform oder in Gestalt einer konzentrierten Lösung aufbringen.
• Bei der Herstellung der Formen gemäß der Erfindung finden kieselsäurereicher Sand, Zement und Wasser zweckmäßig in den gleichen Mengenverhältnissen Anwendung, die aus dem Vergießen von eisen- und kupfer= haltigen Legierungen in solche Formmassen bekannt sind; der Anteil des Zements kann zwischen 'etwa 5 und 15 % des Sandgewichtes betragen, während die Wassermenge sich au;f etwa 5 bis i o % des Sandgewichtes beläuft. Die der Formmasse zuzusetzende Schwefelmenge kann je nach der Wandstärke der zu erzeugenden Gußstücke zwischenetwa i bis 6 % des Sandgewichtes betragen. Man braucht den Schwefel auch nicht der gesamten Formmasse zuzusetzen, sondern kann sich auf die Zugabe zum Modellsand beschränken.
• Die Zugabe des Ammonfluorides kann während oder gegen Ende der Abbndung der Formmasse erfolgen; man kann aber auch beispielsweise gleichzeitig beides zur Anwendung bringen, indem man Ammonfluoridpulver der ungeformten Formmasse zusetzt und anschließend die Innenfläche der Form mit einer konzentrierten Lösung vonAmmonfluorid besprüht. Dagegen scheint eine Zumischung von Borsäure zur Formmasse nicht vorteilhaft zu sein. Man kann jedoch bei gleichzeitiger Zumischung von Schwefel zu der Formmasse auch Borsäure in konzentrierter Lösung auf die Innenfläche der fertigen Form aufspritzen.
• Bemerkt sei, daß bei der Aufbringung von Schutzstoffen, wie Ammonfluorid oder Borsäure, auf die Innenfläche der Form durch einfaches Aufsprühen derselben in Form ihrer Lösungen eine erhebliche Ersparnis an diesen Stoffen erzielt wird.
• Im nachstehenden wird beispielsweise ein Gemisch angegeben, das sich für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung ale geeignet erwiesen hat: ü

  Kieselsäuresand, z. B. Quarz-

  sand .................. roo Gewichtsteile

  Zement (künstlicher Port-

  landzement von guter

  Qualität) .............. 12 -

  Schwefel (Schwefelblume). : q. -

  Ammonfluorid ............ 0,25 -

  Wasser .................. ß -

  Das Wasser kann dem Sand vor, während oder nach der Vermischung mit den übrigen Stoffen zugesetzt werden. Man- kann in gewissen Fällen auch einen kieselsäurereichen Sand verwenden, der von vornherein schon die erforderliche Menge Wasser als natürliche Feuchtigkeit enthält.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCFIE: i. Form zum Vergießen von Magnesium und Magnesiumlegierungen unter Zusatz von Schutzstoffen, die eine Reaktion des Magnesiums mit der Formmasse ` verhindern, gekennzeichnet durch ein abgebundenes Gemisch von hydraulischen Bindemitteln, insbesondere Zement, mit Sand und geringen Mengen Wasser, mit kleinen Mengen an Schwefel (etwa i bis
2. 2. Form nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet; daß in der Formmasse neben Schwefel auch Ammonfluorid, vorzugsweisse in Mengen von o, i bis o, 3 % dis Sandgewichtes der Formmasse, :enthalten ist. 3.. Form nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Ammonfluorid und/oder Borsäure auf der Forminnenflache in Pulverform oder in Gestalt einer konzentrierten Lösung aufgebracht ist.