EP1259341B1 - Verfahren zur herstellung einer oxidationshemmenden titangussform - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer oxidationshemmenden titangussform Download PDF

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EP1259341B1
EP1259341B1 EP01919141A EP01919141A EP1259341B1 EP 1259341 B1 EP1259341 B1 EP 1259341B1 EP 01919141 A EP01919141 A EP 01919141A EP 01919141 A EP01919141 A EP 01919141A EP 1259341 B1 EP1259341 B1 EP 1259341B1
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EP
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mould
furnace
embedding compound
temperature
casting
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C7/00—Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
    • B22C7/02—Lost patterns
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04—Use of lost patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/12—Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening

Definitions

  • the invention relates to various processes for the production of lost molds for the titanium casting.
  • Titan is increasingly used.
  • the procedure for making a mold for the titanium casting is basically known.
  • a model of the later too cast workpiece are modeled.
  • This is preferably a especially suitable wax is used because it can be easily modeled and later after embedding in the investment material in a simple manner and Way can be burned out.
  • the Model cast a wax channel from wax wire, depending on Size of models several models connected to each other for a shape can be.
  • the model is in a muffle ring or one Muffle attached, using various tools such as cast rings and / or Cast funnel formers can be used.
  • the investment is in one Kiln heated according to a given temperature-time profile and cooled down again.
  • the investment hardens and the meltable material of the model is burned out of the mold.
  • the liquid can be used immediately Titanium can be poured into the mold, so that the desired result Titanium casting is obtained.
  • titanium has its relatively high level Oxidation tendency.
  • this material tends to form an oxidation layer on the surface that is suitable for the most of the applications then have to be removed afterwards. Due to the surface oxidation, the dimensional accuracy of the workpieces deteriorated. They also increase due to the effort involved in removing them the oxidation layer to the manufacturing costs.
  • measures aimed at the casting process affect yourself in a way so that the oxidation is reduced. For example, it is known to take the liquid titanium Fill protective gas atmosphere into the mold.
  • GB 725 456 A describes a process for curing molding compositions known by heating in an oven. During curing methane, carbon monoxide or helium are fed into the furnace prevent oxidation of the molding material.
  • the object of the present invention is therefore to produce processes propose a lost form for the titanium casting that the Manufacture of titanium castings with less surface oxidation allow. This object is achieved by methods according to the claims 1 to 9 solved.
  • investment materials for titanium casting consist of a mixture of different oxides, with aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and magnesium oxide (MgO) in particular being present in larger proportions.
  • the investment contains at least one further oxidizable component, which in many cases consists of zirconium.
  • the methods according to the invention are based on the common basic idea, contamination of the zirconium, especially with oxygen, limit at least during the hardening of the investment. This ensures that as much as possible during the titanium casting unused zirconium is available and therefore a larger one Amount of oxygen in the contact area between the titanium surface and the surface of the mold cavity are bound to the zirconium can. The amount of oxygen that is used to oxidize the titanium Is available can be reduced.
  • the inventive effect of reducing the oxidation of the investment during curing can be achieved if the curing of the Form takes place in an atmosphere with reduced gas density. This can a negative pressure or a in the oven when the investment material cures Vacuum can be built up. Due to the reduced gas density in the interior of the furnace there are fewer oxygen atoms available for oxidation, so that oxidation processes are reduced overall.
  • the hardening of the investment with reduced gas density requires a certain additional device technology Expenditure. Very good results in reducing the oxidation
  • the titanium surface are also without this additional Effort when making molds possible.
  • the relative degree of oxidation of the Investment, d. H. the ratio of the non-oxidized investment to The proportion of the oxidized investment material largely depends on what temperature the investment for how long a certain Exposed to gas density. High temperatures, high gas densities and one Long exposure times result in high levels of oxidation. By reducing the duration of exposure to high temperatures Investment can therefore be the oxidation of the oxidizable constituents of the Investments are reduced.
  • the holding time during which Reaching a maximum temperature (e.g. 850 ° C) the temperature in the furnace interior is kept largely constant, depending on the amount the investment must be adjusted. Because of the high The temperature inside the furnace prevails during the holding time low gas density in the furnace interior that the oxidation of the investment is relatively small during this time. By cooling inside the furnace after the end of the holding time the gas density rises Furnace interior strongly on again. The main part of the oxidation takes place therefore during the cooling of the mold, because in this process phase both sufficiently high temperatures for the oxidation of the investment and sufficiently high gas densities for the supply of atmospheric oxygen are present inside the oven.
  • Cooling room warm air is supplied from the ambient atmosphere. This can be achieved, for example, by having the furnace End of the hold time is not just switched off and the shape in closed oven interior slowly cools, but instead the Oven opened after the heating was switched off and thereby the atmosphere in the furnace interior with the warm ambient temperature becomes.
  • Other aids, such as Fans that ensure a forced flow are used.
  • a further reduction in the oxidation of the investment can be achieved when cooling the mold by supplying protective gas into the procedural area with the shape is reached.
  • protective gas into the procedural area with the shape is reached.
  • the cast object is first modeled and made using cast channels suitable material, such as wax, on a cast funnel former attached in a muffle ring or similar. Then the investment with a prescribed amount of mixing liquid, for example Water, mixed and poured into the muffle Cast object is completely enclosed and thereby the desired one Form shows negative in the investment material. Then the muffle with. Cast funnel former pressurized in a pressure pot thereby further compacting the investment. Then the investment cured for at least 30 minutes at room temperature and then the cast funnel former removed. Then the muffle in placed in a cold oven and the oven at a heating rate from at least 7 ° C per minute to a temperature of Heated up to 850 ° C. This holding temperature is then for about 30 minutes kept constant.
  • suitable material such as wax
  • the furnace is switched off and the interior of the furnace cooled by opening the oven door for approx. 15 minutes.
  • the shape is placed on the edge of the oven opening or on the oven hatch to increase the cooling. Again the form left to cool for about 15 minutes at this point.
  • the mold is then outside turned off the oven and let it stand again until the desired one Temperature for the casting process is reached. So that is the invention Process for manufacturing the titanium mold completed and the liquid titanium becomes even before the mold cools completely filled at about 150 ° C in the mold cavity.
  • the individual process steps automatically in a suitable one Device executed. This saves personnel costs and increase the reproducibility of the results.
  • a particularly suitable formulation of the investment consists of 0 to 1% Si 2 O 2 , 0 to 1% TiO 2 , 10 to 40% Al 2 O 3 , 0 to 2% Fe 2 O 3 , 0 to 1% MnO , 40 to 80% MgO, 2 to 10% CaO, 0 to 2% Na 2 O, 0 to 1% K 2 O, 0 to 1% P 2 O 5 and 0 to 5% Zr.
  • the proportion of the individual components can be varied within the range limits, which are given in percent by weight. Additional components can also be added, and individual components can be replaced by other substances with similar properties.
  • the processes according to the invention can be used for the production of any kind of shapes that are intended for titanium casting. Especially It is advantageous to use the method according to the invention for Manufacture of molds for the dental titanium casting, as in this technical application particularly high demands on the Quality of the castings to be made.
  • FIG. 1 the temperature or the relative gas density is entered over time during the curing of the investment in the furnace.
  • Graph 1 shows the temperature profile in a combustion process known from the prior art.
  • Graph 2 shows the associated profile of the relative gas density in the furnace over time.
  • graphs 3 and 4 show the temperature profile and the profile of the relative gas density over time, as can be measured in a method according to the invention. It can be seen that in the method according to the invention the holding temperature of 850 ° C. is reached faster by using a higher heating rate than in the conventional method. The duration of the holding time, during which the holding temperature of 850 ° C in the furnace is kept constant, is only reduced by a few minutes.
  • the main difference between the two graphs 1 and 3 is that in the method according to the invention the temperature curve after the end of the holding time is brought back to room temperature in a relatively short time by active cooling, for example by opening the oven door, so that oxidation processes are largely suppressed. In contrast to this, the temperature drops only very slowly in the conventional method according to Graph 1.
  • the graphs for relative gas density 2 and 4 show that the relative gas density is inversely proportional to the temperature in the furnace. As soon as the temperature reaches its maximum at the holding temperature, the relative gas density reaches its minimum at approx. 25%. Only when the temperature in the furnace drops does the relative gas density rise again, the relative gas density according to graph 4 in the method according to the invention increasing very much faster since the temperature in the furnace falls more rapidly. Overall, it can be seen from the diagram in FIG. 1 that, in the method according to the invention, the oxidation of the investment can be reduced overall by reducing the duration of exposure to atmospheric oxygen at high temperatures.
  • FIG. 2 shows a diagram in which the relative degree of oxidation of the investment is plotted over time during curing.
  • Graph 5 conventional method
  • Graph 6 method according to the invention
  • FIG. 1 a temperature curve is used as shown in FIG. 1 . It can be seen that the relative degree of oxidation increases almost proportionally to the duration of the investment. Since the conventional process only reaches a temperature of approx. 150 ° C in the investment material after 15 to 17 hours, at which the titanium can then be filled into the mold cavity, the relative degree of oxidation increases very high.
  • the casting temperature in the investment material of 150 ° C. is already reached after about 1 ⁇ 2 to 2 hours depending on the amount, so that the relative degree of oxidation at this point in time is only about 25% compared to 100 % achieved with conventional curing.

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Description

Die Erfindung betrifft verschiedene Verfahren zur Herstellung von verlorenen Formen für den Titanguss. Werkstücke aus Titanguss werden überall in der Technik aufgrund der hervorragenden Werkstoffeigenschaften und des relativ geringen Preises von Titan zunehmend eingesetzt. Insbesondere auch im Bereich der zahntechnischen Anwendungen findet Titan immer größere Verwendung.
Die Vorgehensweise zur Herstellung einer Form für den Titanguss ist dabei grundsätzlich bekannt. Zunächst muss ein Modell des später zu gießenden Werkstücks ausmodelliert werden. Dazu wird vorzugsweise ein speziell geeignetes Wachs verwendet, da dieses gut modellierbar ist und später nach dem Einbetten in die Einbettmasse in einfacher Art und Weise ausgebrannt werden kann. Nach dem Ausmodellieren wird an dem Modell ein Gusskanal aus Wachsdraht angeformt, wobei dabei je nach Größe der Modelle mehrere Modelle für eine Form miteinander verbunden werden können. Danach wird das Modell in einem Muffelring bzw. einer Muffel befestigt, wobei verschiedene Hilfsmittel wie Gussringe und/oder Gusstrichterformer verwendet werden können. Danach wird die Einbettmasse angerührt und in die Muffel eingefüllt, so dass das Modell als verlorener Kern umschlossen wird und die gewünschte Form in der Einbettmasse negativ abformt. Danach wird die Einbettmasse in einem Brennofen gemäß einem vorgegebenen Temperatur-Zeit-Profil aufgeheizt und wieder abgekühlt. Dabei härtet die Einbettmasse aus und der ausschmelzbare Werkstoff des Modells wird aus der Form ausgebrannt. Nachdem die Form ausreichend abgekühlt ist, kann sofort das flüssige Titan in die Form eingegossen werden, so dass im Ergebnis das gewünschte Titangussteil erhalten wird.
Eine der größten Nachteile des Werkstoffs Titan stellt seine relativ hohe Oxidationsneigung dar. Beim Gießen von Titan neigt dieser Werkstoff dazu, an der Oberfläche eine Oxidationsschicht zu bilden, die für die meisten Anwendungsfälle anschließend aufwändig entfernt werden muss. Durch die Oberflächenoxidation wird die Maßhaltigkeit der Werkstücke verschlechtert. Außerdem steigen aufgrund des Aufwandes für die Entfernung der Oxidationsschicht die Herstellungskosten an. Zur Vermeidung bzw. Reduzierung der Oxidation des Titans beim Gießen sind eine Vielzahl von Maßnahmen bekannt, die darauf abzielen, den Gießvorgang selbst in einer Art und Weise zu beeinflussen, so dass die Oxidation vermindert wird. Beispielsweise ist bekannt, das flüssige Titan unter Schutzgasatmosphäre in die Form einzufüllen.
Aus der GB 725 456 A ist ein Verfahren zum Aushärten von Formmassen durch Erwärmen in einem Ofen bekannt. Während des Aushärtens wird dabei Methan, Kohlenmonoxid oder Helium in den Ofen zugeführt, um ein Oxidieren des Formstoffs zu verhindern.
Versuche haben aber gezeigt, dass die Oberflächenoxidation des Titans maßgeblich davon abhängt, in welcher Art und Weise die Form beim Aushärten der Einbettmasse verarbeitet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, Verfahren zur Herstellung einer verlorenen Form für den Titanguss vorzuschlagen, die die Herstellung von Titangusswerkstücken mit geringerer Oberflächenoxidation erlauben. Diese Aufgabe wird durch Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 9 gelöst.
Handelsübliche Einbettmassen für den Titanguss bestehen aus einer Mischung verschiedener Oxide, wobei vor allem Aluminiumoxid (Al2O3) und Magnesiumoxid (MgO) in größeren Anteilen enthalten sind. Daneben enthält die Einbettmasse zumindest einen weiteren noch oxidierbaren Bestandteil, der in vielen Fällen aus Zirconium besteht.
Bei den bekannten Verfahren soll das Zirconium Sauerstoff von der Titanschmelze fernhalten. Dieser Effekt wird aber nur unzureichend erreicht, da das Zirconium bereits beim Brennen der Form mit Sauerstoff kontaminiert wird.
Die erfindungsgemäßen Verfahren beruhen auf dem gemeinsamen Grundgedanken, die Kontamination des Zirconiums, insbesondere mit Sauerstoff, während des Aushärtens der Einbettmasse zumindest einzuschränken. Dadurch wird erreicht, dass während des Titangusses möglichst viel unverbrauchtes Zirconium zur Verfügung steht und dadurch eine größere Menge von Sauerstoff im Kontaktbereich zwischen der Titanoberfläche und der Oberfläche des Formnests an das Zirconium gebunden werden kann. Die Menge des Sauerstoffes, die damit zur Oxidation des Titans zur Verfügung steht, kann dadurch reduziert werden.
Der erfindungsgemäße Effekt der Reduzierung der Oxidation der Einbettmasse während des Aushärtens lässt sich erzielen, wenn das Aushärten der Form in einer Atmosphäre mit reduzierter Gasdichte erfolgt. Dazu kann in dem Ofen beim Aushärten der Einbettmasse ein Unterdruck bzw. ein Vakuum aufgebaut werden. Durch die verringerte Gasdichte im Ofeninnenraum stehen weniger Sauerstoffatome zur Oxidation zur Verfügung, so dass Oxidationsvorgänge insgesamt verringert werden.
Das Härten der Einbettmasse mit reduzierter Gasdichte erfordert einen gewissen zusätzlichen gerätetechnischen Aufwand. Sehr gute Ergebnisse bei der Reduktion der Oxidation der Titanoberfläche sind jedoch auch ohne diesen zusätzlichen Aufwand beim Formherstellen möglich. Der relative Oxidationsgrad der Einbettmasse, d. h. das Verhältnis der nicht oxidierten Einbettmasse zum Anteil der oxidierten Einbettmasse hängt maßgeblich davon ab, bei welcher Temperatur die Einbettmasse für wie lange einer bestimmten Gasdichte ausgesetzt wird. Hohe Temperaturen, hohe Gasdichten und eine lange Einwirkdauer führen im Ergebnis zu hohen Oxidationsgraden. Durch Reduzierung der Einwirkdauer von hohen Temperaturen auf die Einbettmasse kann also die Oxidation der oxidierbaren Bestandteile der Einbettmasse verringert werden.
Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die Haltezeit, während der nach Erreichung einer Maximaltemperatur (beispielsweise 850°C) die Temperatur im Ofeninnenraum weitgehend konstant gehalten wird, an die Menge der verwendeten Einbettmasse anzupassen ist. Aufgrund der hohen Temperatur im Ofeninnenraum herrscht während der Haltezeit eine so geringe Gasdichte im Ofeninnenraum, dass die Oxidation der Einbettmasse während dieser Zeit verhältnismäßig gering ist. Durch das Abkühlen des Ofeninnenraums nach Ende der Haltezeit steigt die Gasdichte im Ofeninnenraum wieder stark an. Der Hauptanteil der Oxidation erfolgt deshalb während des Abkühlens der Form, da in dieser Verfahrensphase sowohl ausreichend hohe Temperaturen für die Oxidation der Einbettmasse und ausreichend hohe Gasdichten zur Versorgung mit Luftsauerstoff im Ofeninneren vorhanden sind. Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensvariante wird deshalb die Form nach Erreichen und Halten einer Maximaltemperatur. d. h. nachdem die Haltezeit auf Maximaltemperatur durchlaufen ist. aktiv gekühlt, um die Abkühlzeit zu reduzieren. Dabei sollte die Kühlung gerade so stark sein, dass ein Reißen der Form durch zu große Temperaturbeanspruchung ausgeschlossen ist.
Da das Maß der zulässigen Kühlung durch die maximale Temperaturbeanspruchbarkeit und durch die Menge der ausgehärteten Einbettmasse begrenzt wird, sind spezielle Kühlmittel in aller Regel nicht erforderlich. Vielmehr ist es bereits in der Regel ausreichend, wenn der Form zur Kühlung raumwarme Luft aus der Umgebungsatmosphäre zugeführt wird. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Ofen nach Ende der Haltezeit nicht einfach nur abgeschaltet wird und die Form im geschlossenen Ofeninnenraum langsam abkühlt, sondern statt dessen der Ofen nach Abschalten der Heizung geöffnet und dadurch die Atmosphäre im Ofeninnenraum mit der raumwarmen Umgebungstemperatur ausgetauscht wird. Zur Verstärkung der Kühlung mit der Umgebungsluft können selbstverständlich auch weitere Hilfsmittel, wie beispielsweise Ventilatoren, die für eine Zwangsströmung sorgen, eingesetzt werden.
Eine weitere Reduktion der Oxidation der Einbettmasse lässt sich erreichen, wenn die Kühlung der Form durch Zufuhr von Schutzgas in den verfahrensrelevanten Bereich mit der Form erreicht wird. Durch die Umspülung mit dem kühleren Schutzgas wird die Form einerseits gekühlt und andererseits werden durch Verdrängung von Luftsauerstoff Oxidationsvorgänge vermieden.
Eine weitere Möglichkeit, positiv auf den Oxidationsgrad der Einbettmasse Einfluss zu nehmen, ist es, den Brennofen beim Aushärten der Form bis zum Erreichen der Maximaltemperatur mit einer Aufheizgeschwindigkeit von zumindest 7°C pro Minute oder schneller aufzuheizen. Da normalerweise nur mit lediglich 6°C pro Minute aufgeheizt wird, ergibt sich durch diese Maßnahme ein schnelleres Erreichen der Maximaltemperatur, wodurch wiederum im Ergebnis die Verweildauer der Einbettmasse schon während der Aufheizphase im aufgeheizten Ofen reduziert wird.
Bei der Herstellung von Formen mit einem Gewicht zwischen 80g und 1000g, wie sie für den zahntechnischen Guss typisch sind, hat sich eine Verfahrensvariante als besonders vorteilhaft erwiesen, die durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
Das Gussobjekt wird zunächst ausmodelliert und mittels Gusskanälen aus geeignetem Material, beispielsweise Wachs, an einem Gusstrichterformer in einem Muffelring oder ähnlichem befestigt. Danach wird die Einbettmasse mit einer vorgeschriebenen Menge Anmischflüssigkeit, beispielsweise Wasser, angerührt und in die Muffel eingefüllt, wobei dabei das Gussobjekt vollständig umschlossen wird und dadurch die gewünschte Form negativ in der Einbettmasse abbildet. Danach wird die Muffel mit . Gusstrichterformer in einem Drucktopf mit Überdruck beaufschlagt, um dadurch die Einbettmasse weiter zu verdichten. Danach wird die Einbettmasse für mindestens 30 Minuten bei Raumtemperatur ausgehärtet und anschließend der Gusstrichterformer entfernt. Danach wird die Muffel in einem kalten Ofen eingebracht und der Ofen mit einer Aufheizgeschwindigkeit von mindestens 7°C pro Minute bis auf eine Temperatur von 850°C aufgeheizt. Diese Haltetemperatur wird dann für ca. 30 Minuten konstant gehalten. Danach wird der Ofen ausgeschaltet und der Ofeninnenraum durch Öffnen der Ofentür für ca. 15 Minuten gekühlt. Danach wird die Form an den Rand der Ofenöffnung oder auf die Ofenklappe gestellt, um dadurch die Kühlung zu verstärken. Wiederum wird die Form an dieser Stelle für ca. 15 Minuten zur Kühlung stehen gelassen. Zur weiteren Verstärkung der Kühlung wird die Form anschließend außerhalb des Ofens abgestellt und wiederum stehen gelassen, bis die gewünschte Temperatur für den Gießvorgang erreicht ist. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Titangussform abgeschlossen und das flüssige Titan wird noch vor dem vollständigen Abkühlen der Form bei beispielsweise ca. 150°C in das Formnest eingefüllt.
Selbstverständlich kann das vorgeschlagene Verfahren auch dann noch durchgeführt werden, wenn einzelne bzw. mehrere der oben genannten Verfahrensparameter modifiziert oder ganz weggelassen werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die einzelnen Verfahrensschritte automatisch in einer dafür geeigneten Vorrichtung ausgeführt. Dadurch lassen sich Personalkosten einsparen und die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse erhöhen.
Eine für das Verfahren besonders geeignete Formulierung der Einbettmasse besteht aus 0 bis 1 % Si2O2, 0 bis 1 % TiO2, 10 bis 40 % Al2O3, 0 bis 2 % Fe2O3, 0 bis 1 % MnO, 40 bis 80 % MgO, 2 bis 10 % CaO, 0 bis 2 % Na2O, 0 bis 1 % K2O, 0 bis 1 % P2O5 und 0 bis 5 % Zr. Der Anteil der einzelnen Bestandteile kann in den Bereichsgrenzen, die in Gewichtsprozent angegeben sind variiert werden. Dabei können auch weitere Bestandteile hinzukommen und einzelne der Bestandteile durch andere Stoffe mit ähnlichen Eigenschaften substituiert werden.
Die erfindungsgemäßen Verfahren können zur Herstellung jeglicher Art von Formen genutzt werden, die für den Titanguss bestimmt sind. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Formen für den zahntechnischen Titanguss, da in diesem technischen Anwendungsbereich besonders hohe Anforderungen an die Qualität der herzustellenden Gussstücke gestellt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier beispielhafter Diagramme näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
den Verlauf der Temperatur bzw. Gasdichte über die Zeit bei einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren im Vergleich zu einem konventionellen Herstellungsverfahren;
Fig. 2
den Verlauf der Zunahme des relativen Oxidationsgrades einer Einbettmasse während des Aushärtens.
In dem durch Fig. 1 dargestellten Diagramm ist die Temperatur bzw. die relative Gasdichte über die Zeit während des Aushärtens der Einbettmasse im Brennofen eingetragen. Graph 1 stellt dabei den Temperaturverlauf bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Brennverfahren dar. Graph 2 zeigt den zugehörigen Verlauf der relativen Gasdichte im Ofen über die Zeit. Im Vergleich dazu zeigen die Graphen 3 und 4 den Temperaturverlauf bzw. den Verlauf der relativen Gasdichte über der Zeit, wie er bei einem erfindungsgemäßen Verfahren gemessen werden kann. Man erkennt, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Haltetemperatur von 850°C durch Verwendung einer höheren Aufheizgeschwindigkeit schneller erreicht wird als bei dem konventionellen Verfahren. Die Dauer der Haltezeit, während der die Haltetemperatur von 850°C im Ofen konstant gehalten wird, ist lediglich um einige Minuten verkürzt. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Graphen 1 und 3 besteht darin, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Temperaturkurve nach Ende der Haltezeit durch aktive Kühlung, beispielsweise durch Öffnen der Ofentür, in relativ kurzer Zeit bis auf Raumtemperatur zurückgefahren wird, so dass Oxidationsvorgänge weitgehend unterdrückt werden. Im Unterschied dazu fällt bei dem konventionellen Verfahren gemäß Graph 1 die Temperatur nur sehr langsam ab.
Am Verlauf der Graphen für die relative Gasdichte 2 und 4 erkennt man, dass die relative Gasdichte sich umgekehrt proportional zur Temperatur im Ofen verhält. Sobald die Temperatur bei der Haltetemperatur ihr Maximum findet, erreicht die relative Gasdichte ihr Minimum bei ca. 25%. Erst mit Abfallen der Temperatur im Ofen steigt die relative Gasdichte wieder an, wobei die relative Gasdichte gemäß dem Graphen 4 beim erfindungsgemäßen Verfahren sehr viel schneller ansteigt, da die Temperatur im Ofen stärker fällt. Insgesamt ist aus dem Diagramm von Fig. 1 erkennbar, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren die Oxidation der Einbettmasse durch Verringerung der Einwirkdauer des Luftsauerstoffs bei hohen Temperaturen insgesamt reduziert werden kann.
In Fig. 2 ist ein Diagramm dargestellt, bei dem der relative Oxidationsgrad der Einbettmasse über die Zeit während des Aushärtens eingetragen ist. Graph 5 (konventionelles Verfahren) und Graph 6 (erfindungsgemäßes Verfahren) zeigen dabei im Vergleich die unterschiedlichen erreichbaren relativen Oxidationsgrade bei konventionellem und erfindungsgemäßem Verfahren. Dabei ist jeweils ein Temperaturverlauf zugrunde gelegt, wie er in Fig. 1 dargestellt ist. Man erkennt, dass der relative Oxidationsgrad beinahe proportional zur Dauer des Aushärtens der Einbettmasse ansteigt. Da das konventionelle Verfahren erst nach 15 bis 17 Stunden eine Temperatur von ca. 150°C in der Einbettmasse erreicht, bei der das Titan dann in das Formnest eingefüllt werden kann, steigt der relative Oxidationsgrad sehr hoch an. Im Vergleich dazu wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Gießtemperatur in der Einbettmasse von 150°C bereits nach ca. ½ bis 2 Stunden in Abhängigkeit von der Menge erreicht, so dass der relative Oxidationsgrad zu diesem Zeitpunkt erst bei ca. 25% im Vergleich zu 100% bei konventionellem Aushärten erreicht.
Insgesamt ist festzustellen, dass durch die aktive Kühlung der Form bzw. durch das schnellere Aufheizen eine signifikante Verringerung des relativen Oxidationsgrades erreicht werden kann, was wiederum eine Verringerung der Titanoxidation beim Eingießen des flüssigen Titans in das Formnest bewirkt.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung einer verlorenen Form für den Titanguss aus einer aushärtbaren Einbettmasse, das zumindest einen oxidierbaren Bestandteil, insbesondere Zirconium, enthält, wobei zumindest folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden:
    a) Urformung der Form durch Einbetten eines Modells aus ausschmelzbarem Werkstoff in die Einbettmasse;
    b) Aushärten der Einbettmasse und Ausschmelzen des Modellwerkstoffs durch Erhitzen und anschließendes Abkühlen der Form entsprechend einem vorgegebenen Temperatur-Zeit-Profil,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten der Form in einer Atmosphäre mit reduzierter Gasdichte, insbesondere unter Unterdruck bzw. im Vakuum, erfolgt.
  2. Verfahren zur Herstellung einer verlorenen Form für den Titanguss aus einer aushärtbaren Einbettmasse, das zumindest einen oxidierbaren Bestandteil, insbesondere Zirconium, enthält, wobei zumindest folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden:
    a) Urformung der Form durch Einbetten eines Modells aus ausschmelzbarem Werkstoff in die Einbettmasse;
    b) Aushärten der Einbettmasse und Ausschmelzen des Modellwerkstoffs durch Erhitzen und anschließendes Abkühlen der Form entsprechend einem vorgegebenen Temperatur-Zeit-Profil in einem Brennofen,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Form nach Erreichen und Halten einer Maximaltemperatur aktiv gekühlt wird, um die Abkühlzeit zu reduzieren.
  3. Verfahren nach Anspruch 2
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung der Form durch vermehrte Zufuhr von raumwarmer Luft aus der Umgebungsatmosphäre in den Kontaktbereich mit der Form erreicht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2
    dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung der Form durch Zufuhr von Schutzgas in den Kontaktbereich mit der Form erreicht wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Brennofen beim Aushärten der Form bis zum Erreichen der Maximaltemperatur mit einer Aufheizgeschwindigkeit von zumindest 7°C/min oder schneller aufgeheizt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ausprüche 2 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass folgende Verfahrensschritte zur Herstellung einer Form mit einem Gewicht zwischen 80g und 1000g durchgeführt werden:
    a) Modell mit einem Gusstrichterformer in einem Muffelring befestigen,
    b) Einbettmasse mit vorgeschriebener Menge Anmischflüssigkeit anrühren,
    c) Einbettmasse in eine Muffel füllen,
    d) Muffel mit Gusstrichterformer bei Umgebungsbedingungen oder in einem Drucktopf mit Überdruck beaufschlagen,
    e) Einbettmasse mindestens 30 min. aushärten lassen und anschließend Gusstrichterformer entfernen,
    f) Muffel in kalten Ofen einbringen und Ofen mit mindestens 7°C/min bis auf eine Temperatur von 850°C (Haltetemperatur) aufheizen,
    g) Ofen bis zur vollständigen Durchwärmung der Gussform bei Haltetemperatur halten,
    h) Ofen ausschalten und Ofeninnenraum durch Öffnen der Ofentür für circa 15 min. kühlen,
    i) Form an den Rand der Ofenöffnung oder auf die Ofenklappe stellen und circa 15 min. zum Kühlen stehen lassen,
    j) Form außerhalb des Ofens abstellen und bis zum Erreichen der gewünschten Temperatur für den Gießvorgang stehen lassen.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren im wesentlichen automatisch durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Einbettmasse zumindest Bestandteile in den nachfolgend angegebenen Anteilsgrenzen enthält:
    0 bis 1 Gew-% Si2O2
    0 bis 1 Gew-% TiO2
    10 bis 40 Gew-% Al2O3
    0 bis 2 Gew-% Fe2O3
    0 bis 1 Gew-% MnO
    40 bis 80 Gew-% MgO
    2 bis 10 Gew-% CaO
    0 bis 2 Gew-% Na2O
    0 bis 1 Gew-% K2O
    0 bis 1 Gew-% P2O5 und
    0 bis 5 Gew-% Zr.
  9. Verwendung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8 zur Herstellung von Formen für den zahntechnischen Titanguss.
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