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Form zum Vergießen von Magnesium Das Vergießen von Magnesium und Magnesiumlegierungen
erfolgt bereits seit vielen Jahren in sogenannten grünen Formen, die Schutzstoffe
enthalten, die das Metall bei der Gießtemperatur gegen Oxydation' und gegen solche
Reaktionen schützen, die sich aus der Gegenwart von Wasser (Feuchtigkeit) in dem
Formsand ergeben. Schutzstoffe dieser Art sind z. B. solche, die durch Schmelzen
in Berührung mit dem Metall eine Schutzhaut auf der inneren Formwandung erzeugen,
wie z. B. gewisse Harze, oder aber auch in der Form in Berührung mit dem geschmolzenen
Metall inerte oder leicht oxydeirbare Gase bilden, wie z. B. Schwefel, gewisse Kohlenwasserstoffe,
insbesondere Naphthalin, die bzw. deren Oxydationsprodukte ohne schädliche Einwirkung
auf das Metall sind, wobei sie jedoch gegebenenfalls auch mit der Oberfläche des
erstarrenden Metalls unter Bildung dünner korrosionsverhindernder Oberflächenschichten
reagieren können. Zu letzteren gehören die Borsäure und gewisse Ammonsalze; insbesondere
das Ammonfluorid. Diese Verfahren haben, da der Zusatz eines besonderen Bindemittels
zum Formsand nicht vorgesehen ist und die Schutzstoffe im allgemeinen auch nicht
die Eigenschaften eines Bindemittels besitzen, die Verwendung von Formsanden zur
Voraussetzung, die durch einen ausreichenden Gehalt an Ton oder tonähnlichen Verbindungen
eine ausreichende Eigenplastizität besitzen.
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Auch unter Verwendung dieser Zusatzstoffe sind jedoch keine völlig
befriedigenden Ergebnisse erreicht worden. Insbesondere genügte z. B. Schwefel als
Schutzstoff nicht in Fällen, wo es sich darum handelte, 1; ormen herzustellen, die
an verschiedenen Stellen sehr unterschiedliche Querschnitte haben. Es
ist
deshalb versucht worden, den Schwefel durch Borfluorwasserstoffsäure bzw. deren
Salz oder durch Kaliumsulfid zu ersetzen..
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Alle diese bekannten Vorschläge bezogen sich jedoch auf Sand bzw.
sonstige inakfive. Werkstoffe, aus denen agglomerierte Formmassen hergestellt wurden.
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Für das Vergießen von weniger reaktionsfähigen Metallen, insbesondere
von Eisen-und Kupferlegierungen, sind bereits Formen aus einer Masse bekannt, die
aus einer Mischung von Sand und einem hydraulischen Bindemittel, -,vie Zement, unter
Zusatz einer solchen Menge Wasser hergestellt wurden; daß die Masse einerseits die
für die Herstellung der Formen erforderliche Bindefähigkeit aufweist, andererseits
aber nach dem Abbinden des Bindemittels die für die Herstellung von Gußstücken erwünschte
völlige Gasdurchlässigkeit aufweist. Neben diesen und anderen Vorzügen bieten solche
Formmassen den Vorteil,' daß die Herstellung der Formen außerordentlich leicht -
und einfach ist; däß sie auch nach dem sogenannten kastenlosen Formverfahren erfolgen
kann, und daß eine besondere Ofentrocknung der Formen in Fortfall kommt. Diese Formen
finden ihre Hauptanwendung insbesondere in Verbindung mit tonfreien Kieselsäuresanden,
z. B. Quarzsand, die sich von Hause aus ohne Anwendung eines besonderen Bindemittels
für die Herstellung von Formen und Formteilen (Kernen) nicht eignen.
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Obgleich derartige Formen für Eisen- und Kupferlegierungen sich durchaus
bewährten, bestanden jedoch größere Bedenken gegen ihre Verwendung zum Vergießen
des leicht oxydierbaren Magnesiums und seiner Legierungen, denn gegenüber diesen
Metallen ist abgebundener Zement keineswegs inaktiv. Es ist nämlich bekannt, daß
bei den für Magnesium und seine Legierungen üblichen Gießtemperaturen (74o bis 82o°
C) da Metall dank seiner ausgeprägten Neigung zur Bindüng von Sauerstoff in Berührung
mit Zement, selbst wenn dieser bereits lange vorher abgebunden hat, diesem bis in
erhebliche Schichtentiefe das Konstitutionswasser entzieht und sich unter Zersetzung
desselben lebhaft oxydiert. Diese Verbrennung des Metalls führt zu erheblichen Temperatursteigerungen
(i5oo° C und mehr), so daß sich unter Umständen infolge der hierdurch bedingten
plötzlichen Verdampfung des Konstitutionswassers regelrechte Explosionen ergeben.
Tatsächlich tritt, wie die Erfahrung gelegentlich schon gezeigt hat, beim unbeabsichtigten
Auffließen von flüssigem Magnesium auf Zementfußböden eine Reaktion, die von einem
Umherspritzen des flüssigen Metalls begleitet ist; ein. Die Erfindung hat sich die
Aufgabe gestellt diese an sich bekannten Zementformmasser in die Technik der Verarbeitung
von Magnesun und seinen Legierungen einzuführen =Eihe einfache übertragung der bekannter;
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ormen auf dieses Gebiet ist aus den vor-'stehend dargelegten Gründen nicht
möglich, Die starke Affinität des Magnesiums zum Konstitutionswasser des Zements
mußte die Befürchtung aufkommen lassen, daß auch die für Sandformen bekannten Schutzmittel
nicht ausreichen würden, dieseAffinität des Magnesiums zum Wasser bei Zementformen
aufzuheben. Es war ferner zu befürchten, daß die üblichen Schutzstoffe beim Vermischen
mit einer aus kieselsäurereichem Sand und Zement bestehenden Formmasse die Abbindung
des Zements entweder überhaupt verhindern oder doch mindestens so stark verzögern
würden, daß eine praktische Verwertung des Verfahrens nicht mehr in Frage käme:
Tatsächlich wird auch, wie Versuche gezeigt haben, durch eine ganze Anzahl von für
das Gießen von Magnesium und Magnesiumlegierungen vorgeschlagenen Schutzstoffen
die Abbindung des Zements ungünstig beeinflußt. Die Gegenwart von Barsäure (o,25
bis o,50/,) verhindert sie überhaupt, und ein Zusatz von Naphthalin führt zu einer
sehr erheblich verlangsamten Abbindung. Auch Ammoniumfluorid (o,25 °1Q) ergibt eine
merkliche Verlangsamung. Andererseits aber war fast mit Sicherheit damit zu rechnen,
daß der Schwefel bei seiner innigen Vermischung mit dem Zement von diesem beim Abbinden
so eingeschlossen werden würde, daß er beim Vergießen des Metalls entweder überhaupt
nicht oder doch nur in sehr eingeschränktem Maße seine typische Schutzwirkung, die
ja mit einer Verdampfung des Schwefels durch uhmittelbare Berührung mit dein flüssigen
Metall unmittelbar verknüpft ist, würde äußern können.
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Überraschenderweise wurde jedoch . gefunden, daß es möglich ist, die
Affinität des geschmolzenen Magnesiums und der Mägnesiumlegierungen gegenüber hydraulischen
Bindemitteln durch einen.Schwefelzusatz so weit herabzusetzen, daß keinerlei gefährliche
oder auch nur schädliche Oxydationen auftreten. Gemäß der Erfindung werden zum Vergießen
von Magnesium und Magnesiumlegierungen Formen benutzt, die aus einem abgebundenen
Gemisch von hydraulischen Bindemitteln, insbesondere Zement, mit Sand .und geringen
Mengen Wasser, mit kleinen Mengen an Schwefel (etwa i bis 6 °(o) bestehen.
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Wenn der Schwefel hier entgegen allen Erwartungen eine äußerst vorteilhafte
Wirkung ausübt, so beruht dies anscheinend dar-3,uf, daß er sich in den Zementmassen
in besonderer
Weise verhält. Ein Schnitt durch eine Form gemäß
der Erfindung, die zum Gießen von Magnesium benutzt worden ist, zeigt drei aufeinanderfolgende
Schichten in den Farben, Grau, Grün und Gelb. Daraus ist zu schließen, daß der Schwefel,
der mit dem Metall in Berührung kommt, sublimiert wird, dann teilweise eine ultramarinartige
Schicht bildet und sich schließlich in der äußeren Schicht niederschlägt.
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Die Formen gemäß der Erfindung sind den üblichen grünen Sandformen
nicht nur gleichwertig, sondern sogar in bezug auf gewisse Eigenschaften überlegen.
Insbesondere weisen sie nicht 'nur ein an sich gesundes Gefüge auf, sondern auch
eine bei Sandguß sonst nicht erreichte Kornfeinheit, die der bei der Verwendung
von Metallformen (Kokillenguß) erreichten vergleichbar ist. Die letztere Erscheinung
ist vermutlich dadurch zu erklären, daß nach dem Gießen die Abkühlung in den Formen
gemäß der Erfindung wegen der besseren Wärmeleitfähigkeit des Formstoffes und des
innigeren Zusammenhanges seiner Bildungsbestandteile infolge der Verkittung der
kieselsäurereichen Sandkörner durch den Zement viel rascher erfolgt als in gewöhnlichen
Sandformen. Diese erhöhte Kornfeinheit geht, wie bekannt, mit einer erheblichen
Verbesserung der mechanischen Eigenschaften Hand in Hand.
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Eine weitere Folge der erhöhten Kornfeinheit des Gefüges ist auch
die größere Dichtigkeit der erzeugten Gußstücke, so daß sich die Anwendung der Formen
gemäß der Erfindung insbesondere dann empfiehlt, wenn es sich um die Erzeugung hochwertigen
Gusses für Zwecke, bei denen es auf besondere Dichtigkeit ankommt, handelt.
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Die Erfindung gestattet es in zahlreichen Fällen, auf die Anwendung
sogenannter Schreckplatten dort zu verzichten, wo sie sonst unbedingt erforderlich
sind, insbesondere an Stellen mit erheblicher Werstoffanhäufung; bekanntlich ist
die Anbringung dieser Schreckplatten und ihreVorbehandlung für den Guß schwierig
und umständlich und verteuert die Herstellung der Formen ganz erheblich.
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Neben den genannten Vorteilen ergeben sich durch die Anwendung der
Formen gemäß der Erfindung für die Herstellung von Formstücken aus Magnesium und
Magnesiumlegierungen auch die sonstigen, der Verwendung von Sand-Zement-Gemischen
als Formstoff eigentümlichen Vorteile, wie Verkürzung der Formzeit, erweiterte Möglichkeit
der Verwendung von nichtgelernten Arbeitskräften zum Formen, Fortfall der Formkasten,
ausgezeichnete Gasdurchlässigkeit der Formen usw. In einzelnen Fällen hat es sich
als besonders vorteilhaft erwiesen, Formmassen zu verwenden, die neben Schwefel
auch Ammonfluorid, vorzugsweise in Mengen von o,i bis 0,3 % des Sandgewichtes der
Formmasse:, enthalten. Ein Zusatz von Borfluorid allein in Mengen von i bis io %
ist zwar bei der Herstellung von Sandformen zum Gießen von Aluminium-Magnesium-Legierungen
mit überwiegendem Aluminiumgehalt bereits beschrieben. Dabei ist jedoch gleichzeitig
bemerkt, daß man über die Eignung von Schutzstoffen für Legierungen auf der Grundlage
von Magnesium bzw. umgekehrt nichts aussagen könne. Berücksichtigt man außerdem,
daß Ammonfluorid allein eine Verlangsamung der Abbindung von Zement ergibt, so war
nicht zu erwarten, daß der vorstehend erwähnte geringe Ammonfluoridzusatz neben
Schwefel brauchbar sein würde.
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Man kann das Ammonfluorid und/oder die Borsäure auch auf die Innenfläche
einer Form gemäß der Erfindung in Pulverform oder in Gestalt einer konzentrierten
Lösung aufbringen.
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Bei der Herstellung der Formen gemäß der Erfindung finden kieselsäurereicher
Sand, Zement und Wasser zweckmäßig in den gleichen Mengenverhältnissen Anwendung,
die aus dem Vergießen von eisen- und kupfer= haltigen Legierungen in solche Formmassen
bekannt sind; der Anteil des Zements kann zwischen 'etwa 5 und 15 % des Sandgewichtes
betragen, während die Wassermenge sich au;f etwa 5 bis i o % des Sandgewichtes beläuft.
Die der Formmasse zuzusetzende Schwefelmenge kann je nach der Wandstärke der zu
erzeugenden Gußstücke zwischenetwa i bis 6 % des Sandgewichtes betragen. Man braucht
den Schwefel auch nicht der gesamten Formmasse zuzusetzen, sondern kann sich auf
die Zugabe zum Modellsand beschränken.
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Die Zugabe des Ammonfluorides kann während oder gegen Ende der Abbndung
der Formmasse erfolgen; man kann aber auch beispielsweise gleichzeitig beides zur
Anwendung bringen, indem man Ammonfluoridpulver der ungeformten Formmasse zusetzt
und anschließend die Innenfläche der Form mit einer konzentrierten Lösung vonAmmonfluorid
besprüht. Dagegen scheint eine Zumischung von Borsäure zur Formmasse nicht vorteilhaft
zu sein. Man kann jedoch bei gleichzeitiger Zumischung von Schwefel zu der Formmasse
auch Borsäure in konzentrierter Lösung auf die Innenfläche der fertigen Form aufspritzen.
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Bemerkt sei, daß bei der Aufbringung von Schutzstoffen, wie Ammonfluorid
oder Borsäure, auf die Innenfläche der Form durch
einfaches Aufsprühen
derselben in Form ihrer Lösungen eine erhebliche Ersparnis an diesen Stoffen erzielt
wird.
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Im nachstehenden wird beispielsweise ein Gemisch angegeben, das sich
für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung ale geeignet erwiesen hat: ü
| Kieselsäuresand, z. B. Quarz- |
| sand .................. roo Gewichtsteile |
| Zement (künstlicher Port- |
| landzement von guter |
| Qualität) .............. 12 - |
| Schwefel (Schwefelblume). : q. - |
| Ammonfluorid ............ 0,25 - |
| Wasser .................. ß - |
Das Wasser kann dem Sand vor, während oder nach der Vermischung mit den übrigen
Stoffen zugesetzt werden. Man- kann in gewissen Fällen auch einen kieselsäurereichen
Sand verwenden, der von vornherein schon die erforderliche Menge Wasser als natürliche
Feuchtigkeit enthält.