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Verfahren zur Herstellung von Formstoffen zur Fertigung von Kernen
und Formen zum Gießen von Metallen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Herstellung eines Formstoffes zur Fertigung von Kernen und Formen zum Gießen
von Metallen, der aus einer körnigen Grundmasse und einem Bindemittel besteht. Als
Grundmasse benutzt man üblicherweise Sande, die vorwiegend Quarz enthalten, sowie
Zirkon- und Olivinsande. Ferner können künstliche Sande verwendet werden, die aus
gemahlenen und klassierten, feuerfesten Stoffen bestehen. Als Bindemittel dienen
im allgemeinen Tone und Bentonite. -Es ist bekannt, dem Form- und Kernsand Zusatzstoffe
beizumischen, um bestimmte Eigenschaften zu erzielen; um ein Anbrennen des Sandes
am Gußstück zu verhindern und eine glatte und saubere Gußoberfläche zu erzeugen,
setzt man dem Sand Steinkohlenstaub zu, dessen Wirkung darauf zurückgeführt wird,
daß sich aus den durch die Gießhitze aus den Kohlepartikeln entweichenden, flüchtigen
Bestandteilen Kohlenstoff abspaltet, der sich auf den unveränderten oder durch den
Sandkreislauf veränderten Körnern der Grundmasse, z. B. auf den Quarzkörnern niederschlägt.
Dieser Niederschlag wurde als Glanskohlenstoff identifiziert. Er haftet nur dann
fest auf dem Sandkorn, wenn er eine- Dicke von wenigen / hat. Ist die Schicht dicker,
was dann auftreten kann, wenn größere Mengen an Steinkohlenstaub zugegeben werden,
um eine
starke Reduktion vorzunehmen, so platzt sie ab oder wird
während des Sandumlaufes bei der Regenerierung wegen des geringen Haftvermögens
ganz oder teilweise abgerieben.
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Die Oberflächen des Gußstückes werden nur dann sauber und glatt, wenn
es gelingt, den Kontakt zwischen dem Eisen und dem Sand zu verhindern. An den Stellen,
an denen eine einmal gebildete Glanzkohlenstoffschicht abgerieben worden ist, treten
infolge der Berührung zwischen Eisen und Sand Anbrennungserscheinungen auf.
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Der Schutzfilm aus Kohlenstoff kann nicht nur aus der Gasphase, sondern
auch aus der flüssigen Phase gebildet werden. Es ist beispielsweise bekannt, Sandkörner
mit Pechen, Bitumen oder anderen kohlenstoffhaltigen Substanzen, wie auch Kunstharzen,
so zu umhüllen, daß der obenbeschriebene Effekt erzielt wird. Auch diese bekannten,
schützenden Filme werden durch mechanische Beanspruchung während des Umlauf es durch
Abrieb leicht zerstört.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Körner der Grundmasse
mit einem Schutzfilm zu umhüllen, der diese Nachteile nicht aufweist, also abriebfest
ist und zu sauberen und glatten Gußstücken fuhrt.
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Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Formstoffes zur Fertigung
von Kernen und Formen zum Gießen von Metallen aus einer körnigen Grundmasse, wie
z. B. Quarz und einem Bindemittel, besteht die Erfindung darin, daß der Grundmasse
eine verkokbare Substanz mit einem Verkokungsrückstand von mindestens 10 % zugesetzt
wird und ein inniges Gemisch dieser Substanz mit der Grundmasse einer Wärmebehandlung
in reduzierender Atmosphäre bei einer Temperatur unterworfen wird, bei der die verkokbare
Substanz
verkokt wird, worauf die so erhaltene Grundmasse in üblicher
Weise unter Zusatz des Bindemittels zu einem Formstoff verarbeitet wird.
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Die Erfindung sieht ferner vor, daß der Grundmasse vor der Wärmebehandlung
außer der verkokbaren Substanz Füllstoffe zugesetzt werden, die eine Schiciitgitterstruktur
besitzen und/oder in der Hauptsache aus Kohlenstoff bestehen. Die Grundmasse kann
in an sich bekannter Weise aus feuerfesten, keramischen Eörnern, vorzugsweise natürlichen
oder künstlichen Sanden oder gemahlenen und klassierten Koksen, wie Pech-, Petrol-
und Hüttenkoksen, bestehen.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden der Grundmasse als
verkokbare Substanz (Umhüllungssubstanz) Pech, Bitumen, Zucker, Dextrin, melasse,
Stärke, Eiweiß oder ähnliche Stoffe, die bei Erwärmung in reduzierender Atmosphäre
flüchtige Bestandteile abgeben und als Rückstand einen Koks hinterlassen, insbesondere
Harze, Sunstharze und Kunststoffe, zugegeben. Beispielsweise haben sich Kondensationsharze,
wie Polyamidharze, Harnstoffharze, Formaldehydharze, Phenolformaldehydharze oder
dergleichen, als brauchbar erwiesen. Vorzugsweise eignen sich alle Kunststoffe und
Kunstharze, die unter dem Begriff Resole zusammengefaßt sind.
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Ferner sieht die Erfindung vor; daß die vorwiegend aus Kohlenstoff
bestehenden Füllstoffe, die der Grundmasse zugesetzt werden, aus Ruß, feinstgemahlenem
Koks, vorzugsweise aus Graphit bestehen. - Erfindungsgemäß können als EEllstoffe
auch anorganische Stoffe zugegeben werden, die mit Eisen nicht reagieren und außerdem
eine Schicht gitt erstruktur aufweisen, vorzugsweise glimmeraftige hiineralien,
wie Glimmer, Chlorit, Talk oder Kaolinit.
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Der Zusatz von Füllstoffen, wie beispielsweise Graphit,
zu
der mit der verkokbaren Substanz versetzten Grundmasse verbessert den Schutzfilm
in sehr wirkungsvoller Weise. Die Graphitpartikel haben den Vorteil, daß sie aufgrund
ihrer Schichtgitterstruktur dem Sand im geformten Zustand eine Elastizität verleihen,
die so groß ist, daß die Wärmeausdehnung des Quarzsandes infolge der Gießhitze abgepuffert
wird. Zudem wirken die beim Sandumlauf zwangsläufig auftretenden Reib- und Scherkräfte
in erster Linie auf die weichen und elastischen hexagonalen Schichten des Graphites,
so daß die Grundhaftung des härteren Koksfilms weniger belastet wird.
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Ausfuhrunsbeiseiele: I. 5 kg feinstaufgemahlenen Graphits werden mit
0,625 kg eines Phenolformaldehydharzes, das in 6,25 kg Isopropanol gelöst wurde,
gemischt und etwa 5 Minuten lang in einem Zwangsmischer geknetet. Anschließend werden
100 kg Quarzsand zugesetzt und weitere 30 Minuten intensiv geknetet. Die so hergestellte
Mischung wird dann oberhalb des Siedepunktes des Lösungsmittels getrocknet und nach
dieser Behandlung bei etwa 700° C in reduzierender Atmosphäre getempert, so daß
das Kunstharz verkokt. Der zurückbleibende Loksrückstand verbindet die Sandkörner
mit dem feinstgemahlenen Graphit und bedeckt die Obedlächen des Quarzsandes mit
einem dünnen Film.
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Der auf diese Weise hergestellte Sand wurde mit Bentonit und Wasser
in bekannter Weise gemischt. Die untenstehende Tabelle zeigt die Eigenschaften des
erfindungsgemäß hergestellten Sandes (llischung Nr. 2) verglichen mit einer ITormalmischung
(Nr. 1) und einem unbehandelten Sand (mischung Nr. 3). Bei der mormalmischung wurde
dem Sand in bekannter Weise Steinkohlenstaub zugesetzt, um auf den Körnern eine
Glanzkohlenstoffschicht zu erzeugen.
| Eigenschaften Normalmischung Mischung Mischung |
| N r. 1 N r. 2 N r. 3 |
| 3800 g Quarz- 4000g Quarz- 4000g Quarz- |
| sand sand gemäß sand |
| Beispiel 1 |
| 300g Bentonit 300g Bentonit 300g Bentonit |
| 166g Wasser 166g Wasser 166g Wasser |
| 200g Steinkoh- |
| lenstaub |
| Prüfkörpergewicht 156,5 g 160,-O g 153,0 g |
| Gasdurchlässig- 175 mm WS 170 mm WS 260 mm WS |
| keit |
| Druckfestigkeit 1400 kp/cm2 1150 kp/cm2 920 kpjcm2 |
| Scherfestigkeit 459 kp/cm2 370 kp/cm2 270 kp/cm2 |
| Spaltfestigkeit 210 kp/cm2 250 kp/cm2 175 kp/cm2 |
| Shatter Index 78,0 83,0 82,2 |
| Deformation 0,056 0,072 0,089 |
| Kohäsion 0,150 - 0,218 0,186 |
Aus der Gegenüberstellung ergibt sich eine Uberlegenheit des Sandgemisches
gemäß vorliegender Erfindung bezüglich des Shatter Index bei ausgezeichneten Werten
für die Deformation. Uberraschendenjeise liegt der Wert der Kohäsion noch über dem
Wert der mischung Nr. 3 aus reinem Quarzsand, Bentonit und Wasser.
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Unter Verwendung der Mischung Nr. 2 wurde eine Form gefertigt und
abgegossen. Das Gußstück zeigte eine außerordentlich glatte und saubere Oberfläche
und konnte ohne Strahlen weiterverwendet werden.
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II. 100 kg feiner, tonfreier Quarzsand werden in einem heizbaren Zwangsmischer
auf etwa 100 - 1200 C erhitzt.
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Sobald diese Temperatur erreicht ist, werden 1,2 kg flüssiges Bitumen,
das einen Erweichungspunkt nach Krämer-Sarnow von 105° C hat, zugegossen und etwa
10 Minuten gemischt. Danach schüttet man 2,5 kg feinstaufgemahlenen Graphits zu
und vermischt weitere 10 Minuten. Nach dem Erkalten der Mischung wird diese in reduzierender
Atmosphäre bei ca. 8000 C getempert, so daß das Bitumen verkokt. Der zurückbleibende
Koksrückstand verbindet die Sandkörner mit dem feinstgemahlenen Graphit und bedeckt
die Quarzsandoberflächen mit einem dünnen Film.
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Dieser schwarz aussehende Sand wird mit 6 kg Bentonit und 3 kg Wasser
in einem zur Sandaufbereitung üblicherweise benutzten Mischer vermengt und mit einer
Formmaschine verformt. Das in dieser Form hergestellte Gußstück zeigte glatte, bläulich
schimmernde Oberflächen.
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