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Verfahren zum Herstellen von Gußformen In der Gießtechnik sind zwei
Wege bekannt, um die Schrumpfung von Gußstücken auszugleichen, damit das abgekühlte
Gußstück die gewünschten Abmessungen besitzt. Der eine Weg besteht darin, daß man
das Gußmodell, über welches die Form hergestellt wird, von vornherein um das Maß
der Gußschrumpfung vergrößert. Der zweite Weg besteht darin, daß man die Gußschrumpfung
durch entsprechende Dehnung der Form vor Ausführung des Gusses ausgleicht.
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Der Kunstgriff der Modellvergrößerung ist immer anwendbar, wenn das
herzustellende Gußstück durch geometrisch einfache Flächen begrenzt ist, die eine
genaue Vergrößerung bei dem Modell gestatten. Dagegen führt diese Maßnahme nicht
zum Ziel, wenn das Modell von der Natur geliefert wird oder nur auf dem Wege des
Abdrucks von dem Originalgegenstand hergestellt werden kann und demgemäß mit dem
Original genau übereinstimmt. Solche Modelle sind nicht willkürlich vergrößerbar.
Um mit ihnen genau passende Gußstücke zu erhalten, ist man auf den Kunstgriff der
Formdehnung angewiesen.
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Die Formdehnung hat man sich bisher mit bestem Erfolg z. B. auf dem
Gebiet der Zahnprothetik zum Herstellen von Prothesen aus Goldguß nutzbar gemacht.
Die der linearen Schrumpfung von etwa 1,5°/o entsprechende Dehnung der Form hat
man mit einer Einbettmasse aus Ouarz oder Cristobalit und Gips erreichen können;
die Dehnung setzt sich dabei aus der Abbindeexpansion des Gipses und der thermischen
Dehnung der Masse zusammen.
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Eine Gips-Quarz- oder Gips-Cristobalit-Masse ist aber nur für die
Herstellung von Gußstücken aus Gold und anderen niedrigschmelzenden Metallen anwendbar.
Für hochschmelzende Metalle und Metallegierungen sind solche Massen unbrauchbar;
einerseits ist ihre Feuerfestigkeit zu gering, weil der Gips sich bei höheren Temperaturen
zersetzt, andererseits reicht ihre Dehnung nicht aus, um die zwischen 2,3 bis 2,9°/o
betragende Schrumpfung hochschmelzender Metalle und Metallegierungen auszugleichen.
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Es sind auch Einbettmassen zur Herstellung von Formen hoher Feuerfestigkeit
in Vorschlag gebracht worden, die zum Teil ausdrücklich für die Vergießung hochschmelzender
Metalle bestimmt sind.
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Nach Patent 8,8 o98 wird als Einbettmasse eine Mischung von Sand,
Schamottemehl, Ziegelmehl o. dgl. mit Zement und Wasserglas empfohlen. Als Besonderheit
dieser Masse wird neben ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Einflüsse des flüssigen
Metalls angegeben, daß eine rasche Abbindung der Form stattfindet und eine sofortige
Anwärmung der Form vorgenommen werden kann. Dieser Vorschlag steht indessen in keiner
Beziehung zu dem Problem des Ausgleichs
der Gußschrumpfung durch
entsprechende Dehnung der Form, zumal bei Verwendung von Schamottemehl, Ziegelmehl
o. dgl. als Hauptbestandteil der Masse die erzielbare Dehnung der Form grundsätzlich
nicht genügen kann, um die Schrumpfung hochschmelzender Metalle auszugleichen.
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Nach einem anderen, in der Praxis zum Vergießen hochschmelzender :Metalle
fast ausschließlich befolgten Vorschlag wird für die Einbettung eine Tonerde-Wasserglas-Masse
verwendet. Die thermische Dehnung dieser Masse ist aber bei noch so starker Erhitzung
nur gering und reicht bestenfalls für den Ausgleich der Trockenschwindung aus, so
daß für den Ausgleich der Metallschrumpfung keine Dehnung mehr zur Verfügung steht.
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Schließlich ist nach der amerikanischen Patentschrift i 9o9 oo8 vorgeschlagen
worden, Ouarzmehl als Formmaterial und Silikagel als Bindemittel zu benutzen. Die
aus dieser Einbettmasse hergestellten Formen werden nach den Angaben der Patentschrift
zwecks Austrocknung und thermischer Dehnung auf etwa 8oo° C angewärmt. Die mit einer
solchen Anwärmung erreichbare Dehnung ist jedoch für einen vollständigen Ausgleich
der Schrumpfung hochschmelzender Metalle unzureichend.
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Die Erfindung beruht demgegenüber auf der Erkenntnis; daß sich ausreichende
Formdehnungen erreichen lassen, wenn die an sich bekannte Erscheinung ausgenutzt
wird, daß gewisse Quarzsorten bei ihrer Umwandlung in Tridymit oder Cristobalit
eine sehr starke Dehnung erfahren.
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Die Erfindung hat demgemäß ein Verfahren zur Herstellung von Gußformen
vorbestimmter Dehnung zum Vergießen hochschmelzender Metalle und Metallegierungen
unter Verwendung von Quarz zum Gegenstand, dessen Besonderheit darin besteht, daß
die Form im wesentlichen aus Siliciumdioxyd, das ganz oder größtenteils aus ß-Ouarz
besteht, hergestellt und derart angewärmt wird, daß sich der Quarz in a-Tridymit
oder a-Cristobalit umwandelt, so daß eine vorbestimmte Dehnung erreicht wird. Bezüglich
der Anwärmung ist einerseits zu beachten, daß die Unwandlungstemperatur erreicht
wird, und andererseits, daß die Erhitzung über genügend lange Zeit ausgedehnt wird,
da die Umwandlung des Quarzes in Tridymit oder Cristobalit bekanntlich nicht plötzlich
vor sich geht.
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Da die Umwandlung von einer Reihe von Einflüssen abhängig ist, wie
Korngröße und Herkunft des Quarzes (Felsquarzit, Zementquarzit, Kieselgur, gefällte
Kieselsäure, sogenannter Si-Stoff u. a. m.), Gegenwart von Katalysatoren, welche
die Umwandlung beschleunigen, Temperaturhöhe und Dauer der Hitzeeinwirkung, bedient
man sich zweckmäßig solcher Quarzvorkommen und solcher Temperaturen, die die gewünschte
Umwandlung möglichst rasch und in dem gewünschten Umfang vollziehen lassen.
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Die Dehnung der Gußform läßt sich auf mannigfache Art und Weise genau
festlegen. Die Dehnung kann z. B. durch Bemessung der Erhitzungsdauer gesteuert
«-erden, da die Umwandlung ein zeitabhängiger Vorgang ist. Die Größe der Dehnung
hängt in gewissem Umfang auch von dem Kornaufbau der Masse ab, so daß auch hierdurch
ein Steuerungsmittel gegeben ist. Schließlich läßt sich die Dehnung auch durch Zusätze,
welche die Umwandlung fördern oder hemmen, nach Geschwindigkeit und Größe beeinflussen.
Es ist in der Tat ohne weiteres möglich, im Rahmen des praktischen Bedürfnisses
jede Dehnung der Form zu verwirklichen und damit jede Gußschrumpfung auszugleichen.
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Als Formmasse verwendet man beispielsweise Felsquarzit, der in der
Kugelmühle bis auf ein größtes Korn von etwa o,i nim zerkleinert ist und dem man
ioo/o desselben Quarzes, in der Kugelmühle kolloidal zermahlen, zugibt. Die Masse
wird mit Wasser angemacht, wobei der kolloidale Anteil die Verfestigung nach dem
Trocknen bewirkt. Das Material zeigt nach einstündigem Aufwärmen auf 1300° C und
einstündigem Verweilen bei dieser Temperatur eine Gesamtdehnung von 1,91/o.
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Zum Erhalt einer Verkittung kann man auch wasserlösliche Bindemittel,
wie Leim, Dextrin o. dgl., verwenden, die bei höherer Temperatur verbrennen. Es
ist auch möglich, die Masse mit einer Lösung von Mastix, Kolophonium o. dgl. in
organischen Lösungsmitteln, die jedoch das später einzubettende Modell nicht angreifen
und die zweckmäßig nicht entflammbar sind (z. B. Tetrachlorkohlenstoff), anzumachen;
man erreicht hierdurch gleichzeitig den Vorzug einer rascheren Trocknung der Gußform.
Auch anorganische Bindemittel sind brauchbar, sofern sie den Schmelzpunkt der Masse
nicht oder nur unwesentlich herabsetzen. Hierbei ist es zwecks Vermeidung einer
verwickelten Zusammensetzung wünschenswert, daß das Bindemittel auch gleichzeitig
katalytische, die Umwandlung beschleunigende Eigenschaften hat. Ein geeignetes Mittel
wurde im Wasserglas gefun@den, das, in geringen Mengen zugesetzt, die Feuerfestigkeit
der Masse nicht beeinträchtigt.
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Man vermischt beispielsweise 8o Teile Felsquarzitmehl (bis o,i inm
Korngröße), io Teile Felsquarzitmehl, kolloidal zermahlen, io Teile Wasserglas.
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Die Masse zeigt nach einstündigem Aufwärmen
auf 130o°
und einhalbstündigem Verweilen bei dieser Temperatur eine Gesamtdehnung von 2,1°/0.
Durch Zusatz weiterer Katalysatoren kann noch eine weitere Ausdehnung erzwungen
werden. Durch Zusatz von 1 0/0 Wolframsäureanhydrid vergrößert man die Dehnung der
genannten Masse auf 2,3% unter sonst gleichen Bedingungen. Dieser Zusatz bewirkt
gleichzeitig ein rascheres Abbinden der Masse. Um jedoch eine unerwünschte Dehnung
über das jeweils erforderliche Maß hinaus zu vermeiden, kann man Katalysatoren verwenden,
die nicht dauernd in der Masse verbleiben, sondern sich zersetzen. Als derartigen
Stoff benutzt man vorzugsweise das Kalium- oder Natriumsilicofluorid, das sich bei
höheren Temperaturen nach der Gleichung Na, SiFo=2NaF+SiF4 zersetzt und dabei den
größeren Teil des wirksamen Fluors abgibt. Die Mengenbemessung des Silicofluorids
hängt von der gewünschten Dehnung ab und beträgt etwa 0,5
bis 3% des Quarzes.
Sofern die Dehnung zu langsam oder zu schnell verläuft, hat man außer .der Regelung
der Menge des Katalysatorzusatzes, der Korngröße, der Temperatur usw. noch die Möglichkeit,
langsam und schnell wachsende Quarzarten zu mischen. Eine weitere Möglichkeit der
Regelung der Dehnung besteht darin, daß man der jeweils verwendeten Quarzart bereits
vorgebranntes, also schon als Tridymit oder Cristobalit vorliegendes Material beimischt.