DE2459088C3

DE2459088C3 - Monolithische Form für den Präzisionsguß mit verlorenem Modell

Info

Publication number: DE2459088C3
Application number: DE19742459088
Authority: DE
Inventors: Nick G. North Muskegon Mich. Lirones (V.St.A.)
Original assignee: Howmet Corp
Current assignee: Howmet Corp
Priority date: 1973-12-26
Filing date: 1974-12-13
Publication date: 1976-10-28

Description

55 den sublimierbaren Bindemitteln handelt es sich

um die verschiedensten organischen Substanzen mit

niederem Schmelzpunkt. Der Zweck dieser sublimierbaren Bindemittel ist, nach ihrer Entfernung ein poröses Gerüst aus einem Feuerfestmaterial zurückzu-60 lassen, welches anschließend mit einem bindenden _ Material der Feuerfestprodukte imprägniert wird. Die Erfindung betrifft eine monolithische Form Dafür eignen sich verschiedene Kolloide, wie übte und deren Herstellung für den Präzisionsguß, wobei licherweise hydrolysierbare Alkylsilicate und Kieseldie Form aus inneren und äußeren Schalen aufgebaut säuresole und Dispersionen sowie anorganische SiIi-If ist, deren wesentliche Bestandteile ein keramisches 65 cate, wie man sie ganz allgemein in der Gießereifeuerfestes Material und ein anorganisches Binde- technik für Kernsandbindemittel anwendet. Nach mittel ist. Die Zwischenschalen zwischen den inne- dem dort abgehandelten Stand der Technik wurden ren und äußeren Schalen enthalten einen flüchtigen für Kernformsande als Bindemittel schon verschie-

ft. if·

dene Celluloseprodukte, Kunstharze und verflüchtigbare organische Substanzen einschließlich Siliconnarzen angewandt. Diese lassen jedoch heim Brennen der Kerne³ ein koksartiges Gerüst im Feuerfestmaterial zurück.

Die Erfindung betrifft nun neue Formen und deren Herstellung für den Präzisionsguß nach dem Wachsausschmelzverfahren bei verlorenem Modell, wobei eine Form -ausreichender Festigkeit und Stabilität für den direkten Abguß erreicht wird, die sich jedoch leicht und ohne Beschädigung des Gußstücks entfernen läßt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß zumindest Teile der in der Form enthaltenen Materialien wiedergewonnen und wiederverwertet werden können Bei den erfindungsgemäßen Formen wird die Gefahr der Warmrissigkeit oder einer Rißbildung beim Abschlagen der Formen von Gußstücken ver-

Nach der Erfindung wird ein Modell, insbesondere Wachsmodell, in eine 1. Tauchmasse, enthaltend feines feuerfestes Material und anorganisches Bindemittel wie Silicatbinder, getaucht. Auf die feuchte Tauchschicht wird mit körnigem feuerfestem Material sesandet und dann getrocknet. Diese drei Verfahrensschritte werden so oft wiederholt, bis die innere Schale die gewünschte Stärke hat. Es wird dann in eine 2. Tauchmasse getaucht, deren Hauptbestandteile feines Feuerfestmaterial und ein organisches flüchtiges Bindemittel sind, woraufhin wieder gesandet und getrocknet wird und man diese Verfahrensstufen bis zur erwünschten Stärke der mittleren Schale wiederholt.

Zum Aufbau der äußeren Schale werden die Maßnahmen zum Aufbau der inneren Schale wiederholt. Wird nun die Form nach Entfernen des Modells vorgewärmt, so verflüchtigt sich das organische Bindemittel der mittleren Schale, das heißt, es wird ausgebrannt oder verdampft. Die mittlere Schale liegt nun ohne Bindemittel zwischen den äußeren und inneren Schalen vor.

Nach dem Abguß läßt sich die erfindungsgemaße Form leicht vom Gußstück trennen, indem die äußere Schale in die mittlere Schale fallen kann, woraufhin die dünne innere Schale noch entfernt werden muß. Damit wird die Warmrissigkeit unterbunden, und es kommt zu keiner Rißbildung beim Abschlagen der

°Die Erfindung wird an der Figur weiter erläutert, die einen schematischen Querschnitt durch eine Form mit ihrem Wachsmodell nach der Erfindung zeigt.

Es ist die Zusammensetzung der Schichten für den Formaufbau und deren Aufbringung von Bedeutung.

Bei dem Begriff »Modell« kann es sich um das Modell eines einzelnen Gegenstandes oder um eine sogenannte Modelltraube handeln. Die Modelle bestehen aus üblichen hierfür angewandten Stoffen, die durch Wärme oder Chemikalien entfernbar sind. Liesen in einer Form mehrere Modelle vor, so sind diese mit Läufen verbunden (US-PS 32 66 106). Soll die Modelltraube mehrere Male getaucht werden, so ist eine Aufhängung hierfür zweckmäßig. _

Ein Beispiel für eine 1. Tauchmasse ist: 8 dm³ kolloidale Kieselsäure-Lösung, 3O°/oig (Dichte 1,198), 74,8 kg Zirkon (99 »/ο <43μΐη), 6,15 dm³ Wasser und 110 gNatriumfluorid.

Modell oder Modelltraube werden zuerst von Schmutz, Flocken od. dgl. befreit und dann in die gut !.Tauchmasse vollständig eingetaucht.

Um die Ausbildung von Lufttaschen zu vermeiden, dreht man zweckmäßigerweise das Modell oder me Modelltraube in der Masse. Man kann aber die Tauchmasse auch aufspritzen.

Man läßt dann überschüssige Tauchmasse ablaufen, überprüft die vollständige Bedeckung aller Flachen mit dem Tauchüberzug und ergänzt gegebenenfalls mangelnde Bedeckung auf Grund.von Lufttaschen. Die Tauchschicht soll gleichmäßige Starke haben Das Ablaufen ist innerhalb weniger Minuten beendet, es darf jedenfalls nicht so lange dauern, daß bereits ein Trocknen der Tauchschicht stattfindet, weil sonst die Haftung der Sandschicht nicht ausreicht. ,,·

Als Material für die 1. Besandung kann man beispielsweise Tonerdepulver anwenden nut ^geaüsr Siebanalyse: 100% <0,3mm, <3°/o <0,149mm, 9O°/o 0,117 bis 0,250 mm. .

Auf die feuchte Tauchsch.cht wird die Besan dungsmasse gleichmäßig aufgetragen. In der Praxis wird man den Auftrag der Besandungsmasse über ein Sieb vornehmen, auf das die Besandungsmasse durch eine Rütteldosierung gleichmaßig ^ff™™' Die Besundungsmasse haftet auf der feuchtenJauchschicht und dringt teilweise in diese an so daß es zu einer integrierten Schicht auf dem Modell kommt

Nun wird angetrocknet und dann das Tauchen und Besanden so oft wiederho t, bis d«: inner ^Schale auf dem Modell 10 die gewünschte Starke,hat -Fur

SS

35

40

50

2. Tauchmasse A

Tonerde < 44 μτη 3500 g

Polyvinylalkohol (7,26°/oige wäßrige Lösung) 1033 g

Kartoffelstärke (3°/cige Lösung) .. 938 g

Anionisches Netzmittel 42 cm³

Tonerde<44n.m 3500 g

Polyvinylalkohol (7,26°/cige wäßrige Lösung) 2000 g

Anionisches Netzmittel 42 cm³

Zirkon < 37 μπι 4040 g

Polyvinylalkohol (7,26"/cige wäßrige Lösung) 1033 g

Kartoffelstärke (3%ige Lösung) .. 938 g

Anionisches Netzmittel 42 cm³

Antischaum-Kolloid 21 cm³

Zirkon < 37 μΐη 4040 g

Polyvinylalkohol (7,26°/cige wäßrige Lösung) 1975 g

Anionisches Netzmittel 42 cm³

Antischaum-Kolloid 21 cm³

5 j 6

E - . .· diese wieder von,der aufzubauenden Form ablaufen

τ a ^ aa «_n und wird gesandet und getrocknet. Die Verfahrens-

lonerae<. 44 μηι ..... _: ....... οο,δ Kg ^^ _Benfe,_{zen( Taucheil)} Besolden und Trocknen

Kolloidale Grapnitlosung " werden ein oder mehrere Male wenn notwendig wie-

(22 »/o Feststoffe) 4,8 kg _{s de}rholt, bis die mittlere Schale 14 die gewünschte

Wasser — /".11,8 kg Stärke hat. Für die Besandung kann man die gleiche

Anionisches Netzmittel >.,. 418,0 ein» Masse wie für die innere Schale anwenden.

Tragantgummi-Lösung .. ν „., ^56,0 cm» I" den Fällen, wo eine stärke ungebunden.e_tSand-

s schicht nicht .notwendig oder wünschenswert? ist

F ι« — insbesondere bei der, Herstellung 'großer For-

T ι ^ AA W₈C₁ men — ist es zweckmäßig, der 2. Tauchmasse eine

ζ,ιγκοπ <^ 44 μπι i4,ö3 Kg _{sehr geringe}, _{Menge in der} Größenordnung von

Kolloidale Graphitlosung _Oj₂5 Gewichtsprozent eines kolloidalen Kieselsäure-

(22 <·, ο Feststoffe) in Wasser .... 3,95 kg binders zuzusetzen, die jedoch nicht für ein Abbinden

Wasser 4,95 kg i₅ ausreicht. Die Anwesenheit des silicatischen Binders

Anionisches Netzmittel 200,0 cm³ verhindert, daß die mittlere Schale nach Entfernen

Tragantgummi-Lösung 300,0 cm^{3 des} flüchtigen Binders vollständig pulverförmig wird.

Der geringe Anteil an Kieselsäurebinder in der

G 2. Tauchmasse erhöht nicht die Festigkeit.

„. , ^, .. -,-,m 20 Die Zusammensetzung der 3. Tauchmasse zum

Zirkon < 44 μηι 72,0 kg _{Aufbau der äuß(jren} ^ _u _kann _ _{muß aber}

Latex 280,0 cm³ ^₀Jj₁ — _{der der} j Tauchmasse entsprechen. Auch

Wasser 140,0 cm³ die Aufbringung geschieht in der gleichen Weise. Im

Tragantgummi-Lösung 300,0 cm³ allgemeinen wendet man jedoch eine gröbere Besan-

Anionisches Netzmittel 400,0 cm^{3 25} dungsmasse an. Ist nun die äußere Schale 16 in der

Octylalkohol 49,0 cm³

gewünschten Stärke aufgebaut, so wird die Form festiggetrocknet.

Als Beispiel für die Anzahl der aufzubringenden

Bei den in den Tauchmassen E, F und G genann- Tauchschichten für die einzelnen Schalen bei durch-

ten Tragantgummi-Lösungen handelt es sich um eine 3o schnittlichen Gießgewichten kann man sagen, daß

Lösung von 445 g Tragantgummi-Pulver und 5 g Na- man für die innere Schale 12 zwei Tauchschichten,

triumbenzoat in 20 kg Wasser. für die mittlere Schale 14 drei Tauchschichten und

Als anionisches Netzmittel kann man beispiels- für die äußere Schale 16 zwei Tauchschichten glei-

weise Natriumheptadecylsulfat anwenden. eher Zusammensetzung wie in der Innenschale an-

AIs Antischaum-Kofloide eignen sich Handelspro- 35 wenden kann. Für schwerere Gußstücke oder grö-

dukte. ßere Formen kann man — wenn erforderlich — die

Die Aufbringung der 2. Tauchmasse geschieht so Schalenstärke erhöhen.

wie die der 1. Tauchmasse. Ein wesentlicher Unter- Nach dem Trocknen wird die Form erwärmt, um

schied zwischen der I. und 2. Tauchmasse besteht das Modell zu entfernen (entwachsen) (US-PS

in dem angewandten Bindemittel. Die 1. Tauchmasse 4o 32 66 106). Im allgemeinen geschieht das Entwachsen

enthält ein kolloidales silicatisches Bindemittel. Die der Form durch Brennen bei höheren Temperaturen.

2. Tauchmasse enthält ein organisches flüchtiges bzw. Während dieses Brennvorgangs entwickelt das Bin-

zersetzbares Bindemittel wie Polyvinylalkohol. Unter demittel in Form von kolloidaler Kieselsäure in der

dem Begriff »organisches flüchtiges Bindemittel« ver- äußeren und inneren Schale 12, 16 eine starke Bin-

steht man eine organische Verbindung, die beim Er- 45 dung der keramischen Tauch- und Sandschicht zu

hitzen oder auf andere Weise verflüchtigt und/oder einer monolithischen Masse. Gleichzeitig verflüchtigt

ausgebrannt werden kann. Durch die Anwendung sich oder brennt das organische Bindemittel der mitt-

eines organischen flüchtigen Bindemittels ist es mög- leren Schale 14 aus, so daß diese ungebunden zwi-

lich, eine mittlere Schale in der Form aufzubauen, sehen den gebundenen inneren und äußeren Schalen

deren Bindemittel später entfernt wird, so daß eine 5° vorliegt

mittlere Schale zwischen innerer und äußerer gebun- Das Entwachsen der erfindungsgemäßen Form

dener Schale, und zwar dichter Packung, jedoch un- kann auch bei einer niederen Temperatur in der

gebunden vorliegt Größenordnung von 93 bis 205° C durchgeführt

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfin- werden. Dieses Entwachsen ist möglich auf Grund

dung wird zweckmäßigerweise jedoch nicht notwen- 55 der hohen Grünfestigkeit der erfindungsgemäßen

digerweise das Modell angefeuchtet; man kann dafür Form.

im wesentlichen die gleiche Masse wie die Tauch- Wird bei einer niederen Temperatur entwachst, so

masse, jedoch mit geringerer Viskosität anwenden. muß man die Form erhitzen, um die restlichen An-

Für das Anfeuchten verdünnt man die Tauchmasse teile an Wachs und das organische Bindemittel zu

auf einen Gesamtfeststoffgehalt von etwa 25 bis 75 %>. 6o entfernen und gleichzeitig die silicatische Bindung

Darüber hinaus kann man das Modell mit der In- zur Wirksamkeit zu bringen. Dies geschieht im all-

nenschale 12 nach dem Trocknen in die Benetzungs- gemeinen bei einer Temperatur zwischen 548 und

masse eintauchen, womit man ein besseres Eindrin- 1570° C.

gen und Benetzen der überzogenen Fläche vor dem Nun ist die Form gebrauchsfähig, wird vorgewärmt Tauchen in die 2. Tauchmasse erreicht Das Ein- 6₅ und dann zum Abguß gebracht Während des Vortauchen in die 2. Tauchmasse erfolgt unmittelbar nach wärmens und Abgießens nimmt die Festigkeit der diesem Benetzen. Form nicht in einem solchen Ausmaß zu, daß ein

Nach dem Tauchen in die 2. Tauchmasse kann übermäßiges Härten stattfindet Ein weiterer Vor-

teil der erfindungsgemäßen Form liegt darin, daß während des Abkühlens die relativ dünne Inncnschale 12 zusammenfallen kann, so daß es nicht zur Warmrissigkeit des Gußstücks kommt.

Nach vollständigem Abkühlen des Gußstücks wird ausgeformt; dazu benötigt man nur eine geringe Amplitude von mechanischen Schwingungen, da die dünnere äußere Schale 16 leicht bricht. Die mittlere

Schale, die ja nicht gebunden ist, fällt ab und kann gegebenenfalls als Rücklaufmaterial wieder nutzbar gemacht werden. Ebenso leicht lassen sich die Teile der inneren Schale aufbrechen.

Die erhaltenen Gußstücke sind relativ frei an Formmaterial, Warmrissen und Brüchen durch das Abschlagen der Formen. Die Notwendigkeit eines Sandstrahlens für das Putzen wird minimal gehalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

P ' - ^: organischen Binder. Wird nun die Form erhitzt, so

I' ^; _v . „„τ^,,ΐ,β. verflüchtigt sich das Bindemittel der Zwischenscha-

g| - ;, P* ~ len, so daß diese in ungebundenem Zustand vorlie-

"0\° < ·".· ; ' - g^en- Nach dem Abguß ist das Entformen besonders

p * 1. Monolithische Form für den Präzisionsguß 5 einfach, ohne daß es zu einer Beschädigung des Guß-

Ip ■'---- °i^?nach dem Verfahren mit verlorenem Modell aus Stücks kommt.

Ü£ : abwechselnden Tauch- und Sandschichten, wobei Für den Präzisionsguß wird bekanntlich das Ver-

die Tauchschichten ein feines feuerfestes Material fahren mit verlorenem Modell angewandt. Dieses

und ein anorganisches Bindemittel und die Sand- Verfahren hat sich besonders bewährt beim Präzi-

schichten ein körniges feuerfestes Material ent- io sionsguß zur Herstellung von Turbinenschaufeln und

halten, dadurch gekennzeichnet, daß -flügeln wie auch anderen komplexen Teilen. Bei

sie aufgebaut ist aus einer inneren und einer dem üblichen Gußverfahren mit verlorenem Modell

äußeren Schale im wesentlichen gleicher Zusam- wird ein entfernbares Modell aus; Wachs. Kunststoff

mensetzung und gleichen Aufbaus aus einer oder oder einem anderen Material gebildet. Diese einzel-

mehreren Tauch- und Sandschichten und sich 15 nen Modelle, insbesondere für kkinere Teile, werden

V zwischen der inneren und der äußeren Schale eine zu sogenannten Modelltrauben zusammengefaßt. Die

.mittlere Schale befindet, die aus feinem feuer- Modelle bzw. die Modelltrauben werden dann in

Vfestern Material besteht und nicht gebunden ist. einer Aufschlämmung eines keramischen Materials,
2. Verfahren zur Herstellung der Form nach enthaltend kolloidale Kieselsäure oder ein anderes Anspruch 1 nach der Investmenttechnik durch ab- 20 anorganisches Bindemittel, getaucht (Tauchmasse wechselndes Aufbringen von Tauchmassen und bzw. Schicht). Auf die nasse Tauchschicht wird mit Besandungsmassen für die innere, die mittlere körnigem feuerfesten Material gesandet und dann und die äußere Schale, wobei die Tauchmassen getrocknet. Diese abwechselnde Aufbringung von für die innere und äußere Schale neben feinem Tauchschicht und Sandschicht mit anschließendem feuerfestem Material ein anorganisches Binde- 25 Trocknen geschieht im allgemeinen, bis die so gebilmittel, insbesondere kolloidale Kieselsäure, ent- dett Senate ausreichende Dicke hat. Dann wird das halten, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Modell durch Erwärmen entfernt (ausgeschmolzen). Tauchschicht der mittleren Schale neben dem schließlich die Form auf eine Temperatur gebracht, feinen feuerfesten Material ein organisches fluch- wo der Silicatbinder unter Bildung einer starken tiges oder zersetzliches Bindemittel anwendet. 30 Bindung des Materials der keramischen Tauchschicht
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- mit dem der Sandschicht zu einer monolithischen kennzeichnet, daß man als organisches Binde- Masse seine Wirksamkeit entfaltet. Nun kann die tnittel Polyvinylalkohol, Pflanzengummen, Star- Form auf Gießtemperatur aufgeheizt werden. Nach ken oder Kunststoff-Latizes verwendet. dem Abguß erstarrt das Metall in der Form; die Fe-
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge- 35 stigkeit der Form kann zu diesem Zeitpunkt größer kennzeichnet, daß man zusätzlich zu dem orga- sein als die des Metalls. Dies führt oft zu einer sotiischen Bindemittel noch etwa 0,125 Gewichts- genannten »Warmrissigkeit« der Gießlinge. Nach

» prozent eines anorganischen Bindemittels an- dem Abkühlen wird die Form auf mechanische oder

wendet. pneumatische Weise, in einem Salzbad oder durch
5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch 40 Sandstrahlen entfernt.

gekennzeichnet, daß man die getrocknete rohe Diese übliche Entformung des Gußstücks hat ver-

_r. Form brennt zum Entwachsen, Entfernen des or- schiedene Nachteile. Die hohe Amplitude von mecha-

ganischen Bindemittels aus der mittleren Schale nischen Schwingungen, die für eine mechanische

Und Ausbildung der keramischen Bindung aus Zerstörung der Form notwendig .and, kann zu einem

dem anorganischen Bindemittel der inneren und 45 Brechen des Gußstücks führen. Das Ausformen in

äußeren Schale. einem Salzbad oder durch Sandstrahlen benötigt un-
6. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gebührlich lange Zeit und wirkt sich auch nachteilig gekennzeichnet, daß man aus der getrockneten auf die Gießhaut aus, indem eine gewisse Erosion der Form bei 93 bis 205° C das Modell ausschmilzt Oberfläche und ein Angriff auf die Korngrenzen Und auf 548 bis 1570° C zur Entfernung des or- 50 stattfindet.

ganischen Bindemittels erhitzt. Aus der DT-AS 21 57 845 ist die Herstellung von

Kernen für den Präzisionsguß bekannt, wobei den feuerfesten Kernsanden ein sublimierbares und ein nichtsublimierbares Bindemittel zugesetzt wird. Bei