DE1950083A1 - Verfahren zur Herstellung von Metallgussstuecken - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von MetallgussstueckenInfo
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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Description
PATfNTVNWKtTE
DR. EWtEGAND DlPL-ENG. W. NtEMANN ' 9 b O O 8
DR. AA. KOKLER DIPL-tNG. C. GERNHARDT
MÖNCHEN HAMBURG
VcLcFON! 555474 8000 MÖNCHEN 15,
TELEGRAMME! KARPATENT NUSSBAUMSTRASSE IO
5. Oktober 1969 V/. 14 514/69 .
Poseco Trading A.Gr., Ghur, Graubünden (Schweiz)
Verfahren zur Herstellung TQn Metallgußstücken
Die Erfindung "bezieht sich auf die Herstellung von
;„eualiguß stücken, insbesondere Stahlguß stücken in .Sandformen
oaer ähnlichen Formen.
2& ist eine bekannte Erscheinung» daß Schwierig-
^az-^ea bei Gußstücken, insbesondere in der Nähe der
en. ieile des Gußstückes infolge unzureichender
des geschmolzenen Metalls an diesen Stellen, aufüre^en. Schwierigkeiten treten auf, wenn eine variable
Cooxaexrie des Gußstückes vorschreibt, daß ein dünner
v^eroCifAititt einen dickeren Querschnitt speisen muß.
Schwierigkeiten treten auch besonders beim Guß von StoJal-
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gegenständen mit schwierigen Gestalten und Konturen» insbesondere
solchen mit Hälsen oder Einschnürungen, Planschen
und Flossen oder Rippen, auf. Infolge der ungleichmäßigen
Abkühlung aufgrund des größeren Verlustes von, den dünnen Querschnitten an Rippen- oder Hals ab schnitten
neigt das geschmolzene Metall dazu, sich in diesen Abschnitten -viel leichter als in dem Hauptkörper des Gußsxückes
infolge ihres niedrigeren Moduls zu verfestigen (wobei "Modul" das Volumen des Gußstückes oder des betreffenden
Teils des Gußstückes,geteilt durch seine Oberfläche,
bedeutet). Ss wird auf diese YTeise die Zuführung
von geschmolzenem Metall durch diese Abschnitte zu Teilen der Form, die von der Metallzuführungsstelle entfernt
sind» verhindert.
Bies führt zu mißgestalteten, fehlerhaften Gußstücken
mit Schrumpf ρ or ο si tat, die verworfen werden müssen. Infolge
der Tatsache, daß diese Rippen- oder Flanschabschnitte die Neigung haben, viel rascher zu kühlen als
der Hauptkörper des Gußstückes, werden sie überdies we sentlich vor dem Hauptkörper des Gußstückes zusammengezogen
und verfestigt. Wenn der Hauptkörper des Gußstückes sich abkühlt und zusammenzieht, werden daher so Wärme—
spannungen herbeigeführt und es besteht die Jfeigung, daß
der Körper sich von den schon verfestigten dünnen Abschnitten hinweg zusammenzieht, was zu Verformungen,; die
als Wärmerisse bekannt sind, führt.
\7θώϊι z.B. ein Gußstück mit einem großen Flansch hergestellt
wird, hat das Metall gewöhnlich die EFe igung,, sich an dem Flansch zu verfestigen und zusammenzuziehen. Der
Flansch ist wirksam an der Sandform verankert, und das Material wird daher reißen, weil der Flansch nicht nur
dem hängenden (toten) Gewicht des Gußstückes selbst unterworfen ist, sondern auch der Yiärmeaus dehnung des Formsandes
und der Kontraktion des verfestigten Metalls» wenn es abkühlt»
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ORIGINAL INSPECTED
Das übliche Verfahren zur Überwindung dieser Schwierigkeiten
besteht darin, die Größe des Hohlraums an denjenigen Stellen zu vergrößern, an denen diese Schwierigkeiten
auftreten, so daß das Gußstück, wenn es aus der Form abgezogen wird, in dem Plansch-, Hals-, Rippen- oder
engen Abschnitten überdimensioniert ist. Es ist dann notwendig, das unerwünschte Material durch Bearbeitung zu
entfernen, um ein Gußstück von der erforderlichen Größe zu erhalten. Das Extrametall ist als "Polster" (padding)
bekannt und seine Entfernung, als Putzen (fettling) bezeichnet, ist an sich unwirtschaftlich und erfordert während
des Gießverfahrens das nutzlose Schmelzen großer. Kengen von Metall.
Diese Metallzuführprobleme sind zu einem gewissen Grad durch die Verwendung von exothermen Massen überwunden
worden, die, wenn sie auf das Innere der Form angewendet werden, bei Berührung mit dem geschmolzenen Metall
zünden und genügend Wärme liefern, um eine vorzeitige Abkühlung der dünnen Abschnitte zu verhindern und hierdurch
eine gleichmäßige LIetallzufuhr durch gerichtete Verfestigung
der entfernten Teile der Form^ewährleisten. Pur diesen
Zweck besonders geeignete Kassen sind aluminothermi-
die
sehe Massen, vorzugsweise aus feinzerteiltem Aluminium, , Oxydationsmittel für das Aluminium, wie Alkali- oder Erdalkalinitrat oder -perchlorat, oder Eisenoxyd oder Llangandioxydjund einem feuerfesten Füllstoff, wie Sand, Aluminiuinoxyd, zerkleinertem, gebranntem Ton, Schamotte, oder anderen an sich bekannten feuerfesten Silicaten bestehen, wobei die Kenge an Oxydationsmittel vorzugsweise stöchiometrisch unzureichend ist, um das gesamte vorhandene Aluminium zu oxydieren.
sehe Massen, vorzugsweise aus feinzerteiltem Aluminium, , Oxydationsmittel für das Aluminium, wie Alkali- oder Erdalkalinitrat oder -perchlorat, oder Eisenoxyd oder Llangandioxydjund einem feuerfesten Füllstoff, wie Sand, Aluminiuinoxyd, zerkleinertem, gebranntem Ton, Schamotte, oder anderen an sich bekannten feuerfesten Silicaten bestehen, wobei die Kenge an Oxydationsmittel vorzugsweise stöchiometrisch unzureichend ist, um das gesamte vorhandene Aluminium zu oxydieren.
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Dieses System, das, wenn es richtig angewendet wird (was ein schwieriges Verfahren ist) die Bewältigung der
MetallzufuhrProbleme unterstützt, mildert jedoch nur teilweise',
wenn überhaupt, die Wärmerisseprobleme. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das meiste der durch exotherme
Massen in der Form erzeugten Wärme nach außen gegen die kältere Form und gegen die Formwände geht. Es wird daher
nur ein geringer Anteil der Wärme für den beabsichtigten Zweck, d.h. um den dünnen Abschnitt der Form freilaufend
zu den · zu halten, so daß flüssiges Metall durch diesen/von dem
Gießaufsatz oder Zubringer entfernten Teilen fließen kann,
ausgenutzt. Das exotherme Material ist nicht biegsam und dehnt sich in ähnlicher Weise wie das Formmaterial aus.
Die Verv/endung von exothermen Massen kann auch zu einer Verunreinigung des Metalls durch das vorhandene Aluminium
oder andereoxydierbare Material, z.B. Silicium, zu einer Gasverunreinigung durch Freisetzen von flüchtigen Stoffen
und durch Schrumpfung in der Mitte infolge übermäßiger "Polsterung" führen.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines neuen Verfahrens zur Herabsetzung oder Ausschaltung der obengenannten
Schwierigkeiten.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von I»Ie/tallguß stücke η durch Gießen von geschmolzenem Metall
in einer Sandgießform vorgesehen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man an einer oder mehreren Stellen in der
Form, wo der Querschnitt des Formhohlraums eine kleine Abmessung hat, Auskleidungskissen vorsieht, welche in der
Innenfläche der Sandform entweder gegen die Metallberührungsfläche oder etwas entfernt von dieser angeordnet sind;
und mit dem Hest der Sandform einen Hohlraum der gewünsch-■
ten Gestalt und der gewünschten Abmessungen schafft, wobei
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die Kissen aus einer Masse gebildet sind, die feuerfestes Fasermaterial und ein Bindemittel umfaßt. Diese Kissen können
federnd oder zusammendrückbar sein.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Sandform oder einer ähnlichen
Form aus teilchenförmigen! Material zum Gießen von geschmolzenem Metall vorgesehen, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß man auf diejenigen Teile eines Modells, an denen die Gefahr einer unzureichenden Speisung dem Gußstück
von der Gestalt des Modells besteht, ein Kissen aus faserigem, feuerfestem Material und einem Bindemittel
dafür anbringt und danach um das Modell eine Pormsandmischung anordnet, die Sandform und das Kissen härtet und die
sich ergebende Form mit dem eingesetzten Kissen von dem Modell abzieht.
Das Kissen kann eine Trockenmischung sein oder es kann aus einer formbaren Matte bestehen, die in eine Lage
um das Modell gestampft und z.B. durch Ofenbehandlung zusammen mit der Form selbst gehärtet werden kann.
Die verwendete Sandformmischung kann aus irgendeiner derjenigen Mischungen bestehen, die üblicherweise in- der
Gießereiindustrie angewendet werden. Insbesondere kann sie vom "Flüssigsand-Typ" sein.
Auf diese Weise kann eine Sandform erzeugt werden, die an den Stellen, wo eine "Polsterung" oder die Verwendung
einer exothermen Masse, wie sie oben geschildert wurde, erforderlich sein würde, Einsätze von hochfeuerfestem,
wärmeisolierendem Material hat, um die Zufuhr des zu vergießenden, geschmolzenen Metalls zu erleichtern.
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Die von der Sandhinterlegung entfernte Oberfläche
des Kissens kann mit einer Schutzschicht aus. einem feuerfesten Material oder einer Schicht von exothermer Masse
versehen sein.
Das Kissen kann allein aus zusammengebundenen, feuerfesten Pasern, z.B. Calciumsilicat, AluminiumsiIicat von
Aluminosilicatfasern, Schlackenwolle,Steinwolle oder Mineralwolle und Bindemittel, z.B. Natriumsilicat, Harzbindemittel,
kolloidalem Siliciumdioxydsol oder Aluminiumacetat, bestehen. Das Kissen kann auch aus den vorgenannten Stoffen,
zusammen mit einem Anteil eines feuerfesten Füllstoffs, z.B. Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd, zerkleinertem Koks,
zerkleinertem, gebranntem Ton oder zerkleinerter Schamotte, Talk, Diatomeenerde, expandiertem Vermicullit, expandiertem
Perlit oder Siliciumcarbid zusammengesetzt sein. Die bevorzugten feuerfesten Füllstoffe sind Siliciumdioxyd,
Aluminiumoxyd und zerkleinerter Koks.
Allgemein sollen zur Erzielung der gewünschten Biegsamkeit und/oder Zusammendrüekbarkeit in dem Kissen der
Anteil von faserigem, feuerfestem Material wenigstens 3o Gew.$ der Kissenzusammensetzung, z.B. 3o bis 75 Gew.$
davon, betragen.
Die Dichte dieser Kissen kann nach Wunsch durch Ein-,
stellung der Mengen an Faser,Fullstoff und verwendetem Bindemittel
variiert werden. Gewöhnlich liegt die Dichte der Kissen zwischen o,2 und o,5o g/cm .
Diese isolierenden Kissen sind in verschiedener Weise wirksamj in erster Linie setzen sie den Wärmeverlust von
den dünnen Abschnitten herab und gewährleisten daher" eine gleichmäßige Zuführung und eine gerichtete Verfestigung,
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und zweitens sind sie, wenn die verwendeten Kissen nachgiebig sind, in der Lage, "beim Abkühlen hervorgerufene
Wärmespannungen zu absorbieren, und verhindern so eine
Wärmerißbildung, indem sie eine gewisse Pormwandbewegung
gestatten; drittens sind die isolierenden Zusammensetzungen inert und setzen in Berührung mit dem vergossenen
Metall wenig oder keine Gase frei; viertens beeinflußt der Isolator die Wärmegradienten innerhalb des Gußstückes
in unterschiedlicher V/eise im Vergleich mit exothermen Materialien und beseitigt die Schrumpfung in der Mitte.
Schließlich verunreinigen die·Isolierkissen nicht das Metall durch Einführung von Elementen, wie Silicium oder
Aluminium.
Wenn kleine Stahlgußstücke hergestellt werden oder
wenn das zu vergießende Metall einen niedrigen Schmelzpunkt hat (wie dies z.B. bei Kupfer der Pail ist), kann
das Isolierkissen so in der Form angebracht werden, daß das geschmolzene Metall unmittelbar an der Innenseite
des Kissens anliegt. Bei der Herstellung eines kleinen Stahlgußstückes können so z.B. die Kissen an geeigneten
Stellen an der Außenseite des Modells angebracht werden und mit Sand umstampft werden, worauf das Modell entfernt
wird; und das Kissen mit einer feuerfesten Schliclw te, wie z.B. einer solchen aus feinzerteiltem Zirkon oder
Zirkonerde, überzogen werden. Es wird dann Stahl in die sich ergebende Porm gegossen. Das sich ergebende Gußstück
ist fehlerfrei und von guter Qualität, ohne irgendeinen Wärmeriß.
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Wenn jedoch diese Arbeitsweise für größere Gußstücke angewendet wird, neigen die Kissen dazu, Dimensionsinstabilität
zu zeigen und können in gewissem Ausmaß durch die in dem Stähl vorhandenen SchlackeiyCbcyde angegriffen werden.
Wegen des Zusammenwirkens von Temperatur und ferrostatischem Druck können sie ausgedehnt und dirohdrungen werden. Aus
diesem Grund wird bei größeren Gußstücken vorzugsweise eine Schicht aus feuerfestem Material, wie z. B. Sand,
dazwischengeschaltet und die Dicke dieses Materials wird so eingestellt, daß die Temperatur der kälteren Seite des
feuerfesten Materials (d. h. der Seite, die von dem geschmolzenen Metall am entferntesten ist und an das Isolierkissen
angrenzt) so ist, daß sie unterhalb dem Schmelz- oder Erweichungspunkt oder dem maximalen Arbeitspurikt des
Isolierkissens liegt. Es können einfache Berechnungen angestellt werden, um die optimale Tiefe des Auskleidungsmaterials für irgendein gegebenes Gußstück und die wirksame
Speisungsfähigkeit und den wirksamen Modul der Kombination zu ermitteln.
Wenn das Kissen zur direkten Berührung mit dem Gießmetall vorgesehen ist, sollte es vorzugsweise auf der
Basis von Aluminiumsilicatfasern bestehen. Jedoch"sind ,
diese Pasern teuer; durch das'Vorsehen einer Oberflächen-
schicht aus feuerfestem Material, wie z. B. aus gebundenem
Sand, ziwschen dem Kissen und dem Gießmetall ist es möglich, gleichwertige gute Ergebnisse mit weniger feuerfesten
Fasern, wie z. B. Calciumsilicatfasem, zu erhalten.
Wenn das Metall Gußeisen ist, können entweder Aluminiumsilicatfasern
alleine oder Calciumsilicatfasem in Verbindung mit einem feuerfesten Füllstoff unmittelbar gegenüber
dem Gußeisen zur Anwendung gelangen. Mit Kupferbasen und
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LeichmetaE-Legierungen können Calciumsilicatfasern alleine
gegenüber dem Gußmetall angewendet werden.
Es wurde in vielen Fällen gefunden, daß es vorteilhaft ist, eine Kombination von exothermen Massen mit den
Isolierkissen gemäß der Erfindung anzuwenden. Dies bewirkt nicht nur die Beseitigung von Wärmerissen, sondern gibt auch
die Möglichkeit, daß, aufgrund der größeren Ausnutzung von Wärme, eine geringere Menge an exothermer Masse erforderlich
ist, um ein fehlerfreies Gießen zu ermöglichen. Auf diese Weise werden die Wärmeverluste gegenüber dem Formsand um
über 50 # herabgesetzt und demgemäß wird aufgrund der erforderlichen
geringeren Mengen an exothermen Massen die Möglichkeit zur Mittelschrumpfung und zur Metallverunreinigung
herabgesetzt.
Übrigens können aufgrund der den Isolierkissen eigenen Zusammendrückbarkeit die beim Abkühlen entstehenden Wärmespannungen
von der Bewegung der Formwand aufgenommen werden.
Die Isolierkissen gemäß der Erfindung sind ausreichend durchlässig, so daß die Hauptmenge der Formgase ohne Ein-.
blasen in das Metall entweichen kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert. ;1
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Bei der Herstellung eines StahlflanschgußstUckes
mit einem Gewicht von etwa 150 kg (j5 cwt) wurde ein Isolierkissen aus gebundenen Pasern mit einer Dicke von
25 mm der folgenden Zusammensetzung: 72 % Aluminiumsilicatfasern
20 % kolloidales Siliciumdioxydsol (30 # Festetoffe)
8 % Stärke
geformt und in die Form mit stark C-förmigem Querschnitt
eingepaßt. Die das Formmetall berührende Oberfläche des Kissens wurde mit einer Zirkonschlichte bis auf eine
Tiefe von 1,5 mm überzogen und das geschmolzene Metall wurde eingegossen.
Das Gußstück wurde abkühlen gelassen, und es wurde gefunden, daß es eine gute Qualität mit ausgezeichneten
Oberflächenbeschaffenheitseigenschaften besaß und
radiographisch fehlerfrei war.
Bei der Herstellung eines großen Turbinengußstücks
wurde eine exotherme Masse auf eine Schablone oder ein Forms'tück aufgebracht. Diese wurde dann mit einer
Schicht aus feuerfestem Sand unterlegt.
Ein Isolierkissen aus gebundenem Fasermaterial mit der nachstehenden Zusammensetzung :
72 % Aluminiumsilicatfasern
20 % kolloidales Siliciumdioxyd (30 % Feststoffe)
8 % Stärke
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-limit einer Dichte von 0,22 g/cnr wurde über der feuerfesten
Sandschicht aufgebracht und wurde dann mit einer weiteren Schicht aus feuerfestem Sand umstampft.
Das Modell oder Formstück wurde abgezogen und das geschmolzene Metall wurde vergossen. Bei KUhlung waren
die endgültigen Halsteile von hoher Qualität und das Gußstück wies keine Wärmerisse auf.
. Ein Isolierkissen aus gebundenen Fasern mit den Abmessungen von 22,86 cm χ 22,86 cm χ 1,90 cm (9" x 9" χ3Λ")
wurde hergestellt. Es hatte die folgende Zusammensetzung: 40 % Calciumsilicatfasern
50 % Koksstaub
10 # Phenol-Formaldehyd-Harz.
Das Kissen wurde dann auf eine silicatgebundene, CO2-gehärtete Siliciumdioxyd-Sand-Platte mit den Abmessungen
von 22,86 cm χ 22,86 cm χ 0,635 cm (9" x 9" x 1/4") aufgebracht,
und diese Anordnung der beiden wurde auf eine erhitzte Metallplatte, die auf einer Temperatur von 1420° C
gehalten wurde, so aufgelegt, daß die Sandplatte mit der Metallplatte in Berührung war". Die erforderliche Energie für die
konstante Beibehaltung der Temperatur wurde gegen die Zeitdauer aufgetragen, und aus den graphischen Darstellungen
wurden die Wärmeleitfähigkeit und die Abschreckung oder Abkühlung (in praktischen Angaben ein Wärmemaß, das
zum Erhitzen des Formmaterials im Bereich des Gußstücks auf die Temperatur des geschmolzenen gegossenen Metalls
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erforderlich wäre) gemessen. Ein ähnlicher Versuch wurde unter Verwendung einer Sandplatte mit den Abmessungen von
22,86 cm χ 22,86 cm χ 2,54 cm (9" χ 9"-χ 1") ausgeführt..
Die Kombination von faserigem Kissen und Sand ergab eine
Abnahme der Wärmeleitfähigkeit von 62 % und eine Abnahme
der Abkühlung von 20 #, verglichen mit der Sandplatte allein.
Ein Paserkissen der vorstehend angegebenen Zusammensetzung
wurde auch bei der Herstellung eines Stahlprobegußstücks in Form einer Platte mit den Abmessungen:
Länge: 38,1 cm, Breite: 12,7 cm, Dicke 2,54 cm (15" long
χ 5" wide by 1" thick). Eine Schicht von gebundenem Siliciumdioxydsand mit einer Dicke von 0,635 cm (1/4")
wurde auf das obere Ende des Modells oder Musters aufgestampft und ein Faserkissen mit den Abmessungen von
33,02 cm x'12,7 cm χ 1,905 cm (13" x 5" x 3/4") wurde als
Unterlage oder Stützmaterial verwendet, wobei ein Ende des Kissens in Nähe des Steigers war. Die Form wurde dann
durch Einstampfen von gebundenem Siliciumdioxydsand auf das obere Ende des Kissen vervollständigt. Nach Entfernung
des Modells wurde geschmolzener Stahl von mittlerer Kohlung bei 1580 C in die Form gegossen.
Das sich ergebende Gußstück* wurde visuell und radiographisch
geprüft und es wurde gefunden, daß es frei von einer Schrumpfungsporisität war. Bei einem ähnlichen Gußstück,
das ohne die Verwendung eines faserigen Isolierkissens hergestellt worden war, war eine Schrumpfungsporosität ersichtlich.
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Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung von Metallgußstücken durch
Gießen von geschmolzenem Metall.in einer Sandgießform, dadurch gekennzeichnet, daß man an einer oder mehreren ..
Stellen in der Form,-wo der Querschnitt des Pqrmhohl- _:
raums eine kleine Abmessung hat, Auskleidungskissen vorsieht, welche in der Innenfläche der Sandform entweder
gegen die Metallberührungsflache oder etwas entfernt von
dieser angeordnet sind und mit dem Rest der Sandform einen Hohlraum der gewünschten Gestalt und der gewünschten Abmessungen schafft, wobei die Kissen aus einer Masse gebildet
sind, die feuerfestes Pasermaterial und.ein Bindemittel
umfaßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kissen faseriges, feuerfestes Material,
teilchenförmiges, feuerfestes Material und ein. Bindemittel
umfaßt. . .
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das teilchenförmige, feuerfeste Material aus .
Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd oder zerkleinertem- Koks besteht.
4. Verfahren' nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das faserförmige, feuerfeste.
Material aus Aluminiumsilicatfaser besteht. .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kissen einen Überzug aus
feuerfester Schlichte auf der gegen den Formhohlraum gerichteten
Seite hat.
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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des Kissens o,2 bis
o,5 g/cm beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch·
gekennzeichnet, daß die Masse des Kissens so zusammengesetzt ist, daß das Kissen biegsam und zusammendrückbar
ist.
8. Verfahren zur Herstellung einer Sandform oder einer Form aus ähnlichem Material für das Gießen von geschmolzenem
Metall, dadurch gekennzeichnet, daß man auf diejenigen Teile eines Modells, an denen die Gefahr einer
unzureichenden Speisung des Gußstückes von der Gestalt des Modells besteht, ein Kissen aus faserigem, feuerfestem
Material und einem Bindemittel dafür anbringt und danach um das Modell eine Formsandmischung anordnet, die
Sandform und das Kissen härtet und die sich ergebende Form mit dem eingesetzten Kissen von dem Modell abzieht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kissen faseriges, feuerfestes Material, teilchenförmiges,
feuerfestes Material und ein Bindemittel umfaßt. ' ,
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|---|---|
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Family Applications (1)
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-
1968
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-
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