DE2342371A1

DE2342371A1 - Verfahren zur herstellung von giessformen- und -kernen und verwendung der mittels dieses verfahrens hergestellten giessformen und -kerne zum giessen von metallen

Info

Publication number: DE2342371A1
Application number: DE19732342371
Authority: DE
Inventors: Jan Van Altena; Bernardus Bastiaan Quist
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1972-08-24
Filing date: 1973-08-22
Publication date: 1974-02-28
Also published as: NL7211534A; GB1444280A; JPS587379B2; FR2199485B1; JPS4959032A; FR2199485A1

Description

DIPL.-CHEM. DR. ELISABETH J¹JNG DIPL.-PHYS. DR. JÜRGEN SCHIRDEWAHN PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 40, CLEMENSSTRASSE 3Θ TELEFON 34 50 67 TELEGRAMM-ADRESSE: INVENT/MDNCHEN TELEX 5-29 686

K 5116 C (J/WS/He)

22. August 1973

SHELL INTEKMAfIOMIE RlSMECH MAATSCHPPIJ B.V* Den Haag, Niederlande

Verfahren zur Herstellung von Giessformen" und -kernen und Verwendung der mittels diesen Verfahrens hergestellten Giessformen und -keine sun Giassen von Metallen

Priorität: 24. August 1972, Niederlande, Kr. 7211534

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von

Gießformen und --kernen. Ausscrdem betrifft die Erfindung die Verwendung der mittels dieses Verfahrens hergestellten G-iessformen oder -kerne aum Giessen von Metallen.

Beim Giesson von Metall, insbesondere von Eisen und Stahl, werden oft zur Herstellung von Gusstücken der erwünschten Form und des erwünschten Modells hauptsächlich aus Sand bestehende

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Giessformen oder -kerne verwendet.

Zur Herstellung von Giessformen und -kernen mit ausreichender Festigkeit wird üblicherweise ein Bindemittel und insbesondere ein organisches Harz zum Sand zugesetzt und das Bindemittel mittels Wärme und/oder mittels eines Katalysators ausgehärtet. Ein(e) auf diese Weise hergestelltegr) Glessform oder Gtesstem kam deshalb nicht allgemein verwendet werden, weil das flüssige Metall (z. B. Eisen) während des Giessens in den Sand eindringen und Grate bilden kann uhd weil der Sand ausserdem zu Silikaten reagieren kann, dies an den Graten und dementsprechend am G-us stück anhaften (angeschmolzener Sand), so dass man kein Gusstück der erwünschten ϊΌγπϊ erhält. Die Gratbildung und das Anschmölzen von Sand f innen insbesondere an stark gebogenen GIo er flächen, wie ar Ecken, statt.

Die Grate und der angeschmolzene Sand müssen in den meisten Fällen auf mechanische Weiee, z. B. durch Schleifen.oder Schneiden, entfernt werden, was als zeitraubende Fiassnahrne aus praktischen und wirtschaftlichen Gründen nicht vorteilhaft ist.

Die Oberfläche der erhaltenen Giessformen und -kerne ist üblicherweise nicht glatt, sondern weist die Struktur der Sandkörner auf. Um Gusstücke mit glatter Oberfläche herzustellen, werden die Giessformen und/oder -kerne üblicherweise mit einem Überzug be · schichtet. Dieser Überzug besteht meistens aus Materialien, wie Zirkoniumoxidpulver, keramischen Materialien, Kohlestaub,

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zermahlenem Koks und gemahlenem Graphit und aus Gemischen dieser Materialien. Der Überzug wird im allgemeinen aufgebracht, indem man die Gießform oder den -kern, die (der) nach dem Aushärten des organischen Bindemittels erhalten worden ist, mit

einer ZoB» wässrigen oder alkoholischen (z.Bo Isopropanol) Suspension oder Lösung des Beschichtungsmaterjals behandelt und anschliessend die flüchtigen Komponenten (wie V/asser und Isopropanol) durch Verdampfen oder Verbrennen von der Oberfläche entfernt.

Obwohl die Aufbringung einer Beschichtung einen gewissen Schutz gegen die Gratbildung und gegen das Anschmelzen von. Sand bietet, kann das flüssige Metall bei hoher thermischer Belastung der Gießform während des Gießens , wenn nämlich die Wärme wegen der Form oder der Größe der Gießform oder des -kerns beim Gießen nur unter Schwierigkeiten oder nicht in ausreichendem Maße abgeleitet werden kann, die Beschichtung doch durchdringen (und es kann eine Gratbildung stattfinden)„ Dies tritt insbesondere bei dicken Metallschiehteii und/oder bei verhältnismäßig kleinen Gießkernen mit kleinem Volumen aber großer Oberfläche auf» Zur Zeit ist kein Verfahren bekannt, mit dem die Gratbildung und das Anschmelzen von Sand bei hoher V/ärmebelästung der Gießformen und/oder -kerne verhindert werden kann.

Die Erfindung stellt jetzt ein Verfahren zur Herstellung von Gießformen und - kernen zur Verfügung, die auch bei hoher thermischer Belastung die Herstellung von Giißstücken ohne Gratbildung und ohne Anschmelzen von Sand ermöglichen,,

Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Herstellung

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von Giessformen und -kernen, das dadurch, gekennzeichnet ist, dass ein geformtes, Sand, ein organisches Bindemittel und Bitumenpulver enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.

Nachstehend, scnliesst die Bezeichnung "Giessfora" auch Giesskerne ein.

Unter der Bezeichnung "geformtes Gemisch" wird in der vorliegenden Beschreibung ein so geformtes Gemisch verstanden, dass man nach dem Aushärten eine Giessform mit den erwünechten Dimensionen und der erwünschten i'ora eziiält. Dafür ist das Aushärten des Gemische in einen Kernkasten oder in einen Modell mit der erwünschten i'orra besonders geeignet.

Vorzugsweise besteht das auszuhärtende Gemisch, zu 95 "bis 99,5 Gewichtsprozent aus Band«, Obwohl viele Sand arten, x-jie Cliromitsand, Zirkonsand und Olivirisand, geeignet sine!, wird aus w:i.i-t— sohaf tlichen urid praktischen Erwägungen vorzugsweise Qu ο..ι·ζ sau d ve.rv«^r endet»

Unter "organischem Bindemittel" v/erden organische Verbindungen verstanden, die zu hochmolekularen Verbindungen mit im allgemeinen komplexer dreidimensionaler Struktur umgewandelt werden können. Diese Verbindungen übertragen auf den Sand eine colche Stabilität, dass er die nach der vorgenannten Reaktion gebildete l^?orm beibehält, so dass die Giessforrn nach Entfernung des Kernkastens oder des Modells nicht zerfällt. In der vorliegenden

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BAD ORlGiNAL

Beschreibung wird diese Reaktion, als "Aushärtung" bezeichnet.

Das organische Bindemittel wir.d besonders zweckmässigerweise in Mengen von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent des auszuhärten.den Gemischs verwendet.

Geeignete organische Bindemittel sind z. B. I'urfurylalkohol-Harnstoff-Formaldehydharze, Furfurylalkohol-Phenol-Formaldehydh-irze und Epoxyharze. Vorzugsweise v/erden Furfurylalkohol- Harnstoff--Formal dehydharze verwandet.

Es. eignen sich besonders Harze mit einem Furfurylallioholgehalt von i>0 bis 95 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge des betreffenden Hartes, z. B, des Furiurylalkohol-Harnstoff-Fornialdehyd-. harzes.

Um die Bindung zwischen dem Harz pnd dem San.d soweit zu ver~ bor;ßor.'n, da;-.;s die erforderliche H-i.pamenge vermindert werden kam·, v;e.v;^:.un zum ausauhärttuiacüi Gemisch vorzugsweise 0,05 bis O₁5> Geviichtsprozciit eines Silans, "bezogen auf das Harz.

Obv/ohl das auszuhUrtente Gemisch erheblieh schwankende Gehalte an Bitumenpulver aufweisen kann, enthält es vorzugsweise 0,5 bis 10 Gewichtsprozent Bitumenpulver. Bei einem zu. geringen Gehalt an Bituroenpulver besteht beim Giessen die Gefahr der örtlichen Gratbildung und des Ancchmelzens von Sand. Die Verwendung sehr grossor Bitumenpulvergehalte bietet keine technischen Vorteile.

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■ BAD ORIGINAL

Unter der Bezeichnung "Bitumen" werden in der vorliegenden Beschreibung auch Kohleteer und insbesondere bei der Destillation von Erdöl oder Schieferöl erhaltene Rückstandsfraktionen und aus diesen Ruckstan.dsTraktionen erhaltene Komponenten verstanden. Die Bezeichnung "Rückstandsfraktionen" schliesst auch die Destillatrückstände von auc-Rohölsn mittels technischer Verfahren, ζ- B. thermischer oder katalytischer Spaltungsverfahren, erhaltenen ölen ein. Komponenten von Pückstandsfraktionen sind z. B. die mittels Behandlung einer Rückstandsfraktioii mit einem D'ällungsmittel erhaltenen Niederschläge. Mittels dieser Behandlung lierden Fällungsbiturnen erhalten. Besonders geeignete Pällungsraittel sind aliphatische Kohlenwasserstoffe (z. B. aliphatisch^ Kohlenwasserstoffe mit höchstens 6 Kohlenstoffatomen). Vorzugsweise wird Propanbitumen vorwendet, der durch Ausfällen mittels Px'opan aus einer Ruckstaridsfraktion erhalten wird. Die vorgenannten Bitumina können als solche oder nach Behandlung mit einem Oxidationsmittel, \/ie Luft, bei erhöhten Temperatureri verwendet werden.

Die Bitumenpulver können auf beliebige Weise aus Bitumen hergestellt werden. Sie können z. B. durch Zermahlen von festem Bitumen oder Zerstäuben der flüssigen Phase hergestellt werden. Besonders geeignet sind Bituinenpulver mit einem Körnchen durchmesser von weniger als 1 mm, wie von 0,02 bis 1,0 mm,

Das Aushärten kann mittels Erwärmen durchgeführt werden, was Jedoch eine Wärmezufuhr erforderlich macht und ausserdem die

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Gefahr einschliesst, dass das Bitumenpulver schmilzt und das geschmolzene Bitumen zu laufen beginnt. Aus diesem Grund wird das Aushärten vorzugsweise ungefähr hei Raumtemperatur mittels einer Säure, wie p-Toluolsulfonsäure, durchgeführt. Zum Aushärten wird vorzugsweise Phosphorsäure verwendet. Die Säure'wird vorzugsweise in einer Menge von 20 "bis 100 Gewichtsprozent, bezogen auf das organische Bindemittel, verwendet. Die Aushärtgeschwindigkeit hängt sowohl von der Raumtemperatur und dem pH-Wert des Sandes wie von der Menge der zugesetzten Säure ab. Die als Katalysator verwendeten Säuren können V/cu-sser enthalten. Ausgezeichnet eignet sich Phosphorsäure mit einem Wassergehalt von 20 bis JO Gewichtsprozent.

Wenn das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Gießformen, so durchgeführt werden soll, dass Gussstücke mit einer glatten Oberfläche hergestellt v/erden können, so werden diese Giessformen zweckmässigerweise mit einem Überzug beschichtet. Als Beschichtung v/erden die üblicherweise sum Überziehen von Giessformen verwendeten Gemische auf herkömmliche V/eise aufgebracht.

Die Beschichtung wird zweckiaässigerwcise aufgebracht, indem man die Giessform mit einer alkoholischen (Isopropylalkoho]) oder wässrigen Suspension eines geeigneten BeSchichtungsmaterials, wie Zirkoniuffioxidpulver, keramischen Materialien, Kohlestaub, zermahlenem Koks und Graphitpulver oder Gemischen dieser Materialien behandelt. Ausserdem enthalten die vorgenannten Suspensionen meistens ein Bindemittel, wie Stärke oder aus Stärke

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BAD ORIGINAL

Hergestellte Produkte und ein Suspendierungsmittel, wie Tone und Metalloxide.

Die alkoholische oder wässrige Suspension kann auf verschiedene Arten, z. B. durch Sprühen, Giessen, Bürsten oder durch Eintauchen der Giessform in die Suspension, auf die Form aufgebracht werden. Das flüchtige Lösungsmittel, nämlich der Alkohol oder das Wasser, wird aiischliessend durch Verdampfen, Trocknen oder (wenn möglich) durch Verbrennen, entfernt. Es ist auch möglich, die Giessform vor dem Eintauchen in die suspension zu erhitzen, so dass das flüchtige Lösungsmittel nach dem Eintauchen verdampft. Bei Anwendung des letztgenannten Aufbririsungsverfahrens muss darauf geachtet werden, dass die Se nip era tür der Giessform unter dem Erweichungspunkt des im. Bitumenpulver enthaltenen Bitumens bleibt, da sonst die Gefahr besteht, dasc die Pulverform des Bitumens verlorengeht.

Die Erfindung betrifft ausserdem. die Verwendung der mitteln des vorstellend beschriebenen Verfahrens hergestellten Gieabformen oder -kerne zum Giessen von Metallen.

Die Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel

Eine Reihe von Giessformen werden wie folgt hergestellt: Sand, Bitumenpulver und Katalysator werden 1 Minute in einem

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Flügelmischer vermischt. Dann wird Furfurylalkohol-Harnstoff-Forraaldehydharz zugesetzt und das Mischen 1 Minute fortgesetzt. Beim Mischen werden eine Temperatur von 22 bis 25 G und eine relative Feuchtigkeit von 60 bis 70 % angewendet. Der verwendete Sand v/eist eine AFS-Feinheit von 59 auf und es wird ein Propanbitumenpulver mit Teilchendurchmessern von weniger als 0,7 mm und einem mittleren Teilchendurchmesser von etwa 0,25 hhb in verschiedenen Mengen verwendet. Das Furfuiylalkohol-Harnstoff-Formaldehyäharz wird aus 85 Gewichtsprozent Furfurylalkohol und 15 Gewichtsprozent des Harnstoff-Formaldehydharzes hergestellt. Das Harz enthält ungefähr 0,2 Gewichtsprozent Silan, das in einer Menge von 1,4 Gewichtsprozent, bezogen auf die Sandmenge, zugaset?.=! wird. AIr, Katalysator wird 75%i&e Phosplior-

Gewichtsprozent,

säure in einer Menge von 50 /Dezogen auf die Menge des Furfurylalkohol-. Harnstoff-Formaldehydharzes zugesetzt.

Das erhaltene Gemisch wird vora Flügelinischer in einen hölzernen Kernkasten übyrführt und härtet innerhalb von etwa 45 Minu ten aus. Einige der erhaltenen Cxiessformen werden durch Eintauchen in eine Suspension von Graphit und Kokspulver in Isopropylalkohol "beschichtet und anschliessend der an der Giessform anhaftende Isopropylalkohol verbrannt.

In den Giessforinen werden durch Eingiessen von Graugusseisen 25 mit einer Temperatur von ungefähr I38O⁰ G und durch anschliessendes Entfernen der Giessform nach dem Abkühlen Gussstücke hergestellt. Die Eigenschaften der hergestellten Guss-

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stücke werden auf Grund der Gratbildung und der Rauheit ihrer Oberfläche bestimmt. Die nachstehende Tabelle zeigt die Ergebnisse in Abhängigkeit von der verwendeten Bitumenpulvermenge. Aus den in dieser Tabelle zusammengefassten Wei'ten geht deutlich hervor, dass die Gratbildung durch Zusatz von Bitumenpulver herabgesetzt und bei einem Bitumenpulvergehalt der Giessform von 2,6 Gewichtsprozent sogar vollständig verhindert wird. Ohne Beschichtung erhält man eine rauhe Oberfläche, die jedoch für viele Anwendungszvrecke zulässig ist.

Tabelle

Vor- Bitumenpulver- Beschiclisuch gehalt (bezogen tet
Nr. auf die Sandkomponente) in Prozent

Grate

2,6

ja ja Ja

ja

nein

Sehr viele
Sehr viele
wenige
keine
keine

Ob e rf I äc hen· struktur

gla,tt rauh

Die Druckfestigkeit der in Versuch 4 verwendeten Giessform wird mit einem Festigkeitsprüfapparat, Typ 8PPR mit Biegevorrichtung GM-527 (Hersteller: Georg lischer AG, Schaffhausen) gemessen. Sie wird nach 48 Stunden mit 19 kg bestimmt, was für die meisten Anwendungszwecke ausreicht.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Giessformen und -kernen, dadurch gekennzeichnet, dass ein geformtes, Sand, ein organisches Bindemittel und Bitumenpulver enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein 95 "bis 99>5 Gewichtsprozent Sand enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

dass ein Quarzsand als Sandkoinponerite enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird«

4. Verfahren nach Anspruch 1 "bis J, dadurch gekennzeichnet, dass ein 0,1 dig 5 Gewichtsprozent organisches Bindemittel enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.

5· Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein !''urfurylalkohol-Eamstoff-Formaldehydharz als organisches Bindemittel enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird..

6. Verfahren nach, Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass ein 50 bis 95 Gewichtsprozent furfurylalkohol in der Harzkomponente, bezogen auf das Furfurylalkohol-Harnstoff-Pormaldehydharz,enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.

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7· Verfahren nach Anspruch 1 "bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein ein Silan enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass

ein 0,05 "bis 0,5 Gewichtsprozent Silan, bezogen auf die Harzkomponente, enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein 0,5 bis 10 Gewichtsprozent Bitumenpulver enthaltendes Gemisch abgehärtet wird. · ;

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass ein Fällungsbitumen als Bitumenkomponente enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Propanbitumen als Fällungsbitumen enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,

dass ein Bitumenpulver mit Teilchendurchmessern von weniger als 1 mm enthaltendes Gemisch ausgehärtet wird.

13· Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, " dass das Gemisch unter Verwendung einer Säure als Härter ausgehärtet wird.

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Verfahren nach Anspruch 13? dadurch gekennzeichnet, dass als Härter Piic-sphorsäure verwendet wird.

15· Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet,-dass die ale Härter verwendete Säure in einer Menge von 20 bis 100 Gewichtsprozent, bezogen auf das organische Bindemittel, verwendet wird.

16. Verfahren zur Herstellung von Giessformen und -kernen zur Erzeugung von Gusstücken mit glatter. Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass eine nach Anspruch 1 bis 15 hergestellte (r) Giessform bzw. -kern mit einer Beschichtung überzogen

17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet_} dass die ,Beschichtung mittels Behandlung der Giessforin oder des' -kerns mit einer Suspension eines als Beschichtung geeigneten Materials in einem Alkohol, insbesondere in Isoprop^rlalkoh-ol oder Wasser, und mittels anschli essen dem. Entfernen. d«B flücibätigen LosungBmittels ^hergestellt wird.

18. VerM©-n&mg der nach Anspruch 1 Mb 17 hergestelltsn Giessformen oder -kerne zum Giessen von Metallen.

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