DE1191519B

DE1191519B - Model material for the precision casting process

Info

Publication number: DE1191519B
Application number: DES67637A
Authority: DE
Inventors: Kazuro Suzuki; Osamu Hiraiwa
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1960-03-18
Filing date: 1960-03-18
Publication date: 1965-04-22

Description

Modellmaterial für das Präzisionsgießverfahren Die Erfindung betrifft ein. Modellmaterial für das Präzisionsgießverfahren mit verlorenen Modellen.Model Material for Precision Casting The invention relates to a. Model material for the precision casting process with lost models.

Ein für diese Zwecke geeignetes Modellmaterial muß folgende Eigenschaften aufweisen: Es muß leicht schmelzbar sein, eine gute Gießfähigkeit aufweisen, während des Erhitzens keine Änderungen seiner Eigenschaften erleiden, geringe Wärmeausdehnung und geringen Schwund haben, sich leicht und schnell vollständig aus der Form entfernen lassen und bei Raumtemperatur eine genügende Härte (Stoß-und Kratzfestigkeit) aufweisen, um eine leichte Herstellbarkeit und eine gute Formbeständigkeit des Modellstückes zu gewährleisten. Die bislang im Präzisionsgießverfahren hauptsächlich verwendeten Wachse genügen diesen Anforderungen nur insofern, als sie sich leicht schmelzen und gut vergießen lassen. Dagegen ist ihre Härte bei Raumtemperatur ungenügend, bei Modellen mit stark gegliederten Oberflächen sowie bei solchen mit sehr feinen und glatten Oberflächen liefern sie keine einwandfreien Gußstücke, und selbst bei Wachsen mit ausgesprochen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten ist die Wärmeausdehnung noch immer so groß, daß größere Modellstücke, beispielsweise mit einem Durchmesser von etwa 500 mm, sich beim Erhitzen um etwa 3 mm ausdehnen, ehe sie zu schmelzen beginnen. Diese relativ starke Wärmeausdehnung hat häufig ein Reißen oder eine sonstige Beschädigung des unelastischen und widerstandsfähigen Überzuges zur Folge, mit dem die Wachsmodelle umgeben werden, wenn sie beispielsweise zur Herstellung hohler Gußstücke verwendet werden. Ferner nimmt das Ausschmelzen der Wachsmodelle aus der durch den unelastischen Überschuß gebildeten Formschale eine relativ lange Zeit von etwa 10 bis 12 Stunden bei einer Erhitzungstemperatur zwischen etwa 100 bis 120°G in Anspruch.A model material suitable for this purpose must have the following properties exhibit: It must be easily meltable, have good pourability, while heat does not change its properties, low thermal expansion and have low shrinkage, can be removed completely from the mold easily and quickly leave and have sufficient hardness (impact and scratch resistance) at room temperature, an easy production and a good dimensional stability of the model piece to ensure. Those mainly used so far in the precision casting process Waxes only meet these requirements insofar as they melt easily and let it shed well. On the other hand, their hardness at room temperature is insufficient, for models with highly structured surfaces as well as for those with very fine ones and smooth surfaces they do not provide flawless castings, and even with Waxing with an extremely low coefficient of thermal expansion is thermal expansion still so big that larger model pieces, for example with a diameter of about 500 mm, expand by about 3 mm on heating before melting kick off. This relatively strong thermal expansion often has a tear or something else Damage to the inelastic and resistant coating with the result the wax models are surrounded, for example when they are used to produce hollow ones Castings are used. Furthermore, the melting of the wax models from the Mold shell formed by the inelastic excess takes a relatively long time from about 10 to 12 hours at a heating temperature between about 100 to 120 ° G to complete.

Mit der Verwendung von löslichen Wachsen im Präzisionsgießverfahren konnte zwar die mit dem Ausschmelzen der Wachse aus der durch den Überzug gebildeten Formschale verbundene Wärmeausdehnung umgangen werden. Jedoch war erfahrungsgemäß das Herauslösen der Wachse schwierig. Bisweilen war ein tagelanges Aufweichen in Wasser erforderlich, und in manchen Fällen blieb sogar nach einem so ausgedehnten Aufweichungsprozeß immer noch lösliches Wachs in der Formschale zurück. Gemäß einem älteren Recht ist schon vorgeschlagen worden, diesen Aufweichungsprozeß bei löslichen Wachsen durch Beimischung eines Zusatzmittels abzukürzen, das bei Berührung mit der Lösungsflüssigkeit unter Gasentwicklung reagiert.With the use of soluble waxes in the precision casting process was able to do with the melting of the waxes from the one formed by the coating Thermal expansion associated with the shell can be circumvented. However, experience has shown it is difficult to remove the waxes. Sometimes it was a day-long soak in Water required, and in some cases remained even after such an extensive one Softening process still leaves soluble wax in the shell mold. According to a Older law has already been suggested to soften this softening process in the case of soluble Waxing can be shortened by adding an additive that, when in contact with the solution liquid reacts with evolution of gas.

Außer den verschiedenen Arten von löslichen und unlöslichen Wachsen sind neben verschiedenen Arten von Kunststoffen unter anderem auch Salze vorgeschlagen worden, die in heißen Lösungen ein sehr starkes, in kalten Lösungen dagegen ein realtiv geringes Lösungsvermögen zeigen und die Fähigkeit besitzen, in derartigen Lösungen beim Abkühlen unter Aufnahme von Kristallwasser zu einer mehr oder weniger festen Kristallmasse zu erstarren. Jedoch weist diese Methode den Nachteil auf, daß man erst nach langwierigen Versuchen die Temperatur und Konzentrationsverhältnisse ermitteln kann, die zu einem genügend harten Modellstück führen. Es handelt sich somit bei allen diesen Vorschlägen um solche sehr allgemeiner Art, die vom Fachmann in allen Fällen ein mühsames Ausprobieren erfordern.Besides the various types of soluble and insoluble waxes In addition to various types of plastics, salts, among other things, are also proposed which is very strong in hot solutions and a very strong one in cold solutions show and have the ability to dissolve in such Solutions on cooling with the absorption of crystal water to a greater or lesser extent solid crystal mass to solidify. However, this method has the disadvantage that one can only determine the temperature and concentration ratios after lengthy experiments can determine which lead to a sufficiently hard model piece. It is about Thus, in all of these proposals, they are of a very general nature, made by the person skilled in the art in all cases require laborious trial and error.

Die Erfindung betrifft ein neues Modellmaterial zur Herstellung von verlorenen Modellen für das Präzisionsgießverfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es aus einer Mischung von Alkalisalzen organischer Säuren und Alkalicarbonat besteht. Dieses Modellmaterial besitzt alle Vorzüge der Wachse, ohne jedoch ihre Nachteile zu haben, und kann durch Behandlung mit einer sauren Flüssigkeit unter CO2-Entwicklung in kurzer Zeit in Lösung gebracht werden.The invention relates to a new model material for the production of lost models for the precision casting process that is characterized is that it is made from a mixture of alkali salts of organic acids and alkali carbonate consists. This model material has all the advantages of waxes, but without theirs Disadvantages have and can be achieved by treatment with an acidic liquid under CO2 development can be brought into solution in a short time.

Die organischen Alkalisalze können sowohl allein als auch in Mischung miteinander verwendet werden. Einige Beispiele hierfür sind die Kalium- und Natriumsalze der Essig-, Ameisen-, Oxal-, Citronen-und/oder Weinsäure, wobei dem Natriumacetat der Vorzug gegeben wird. Bevorzugt werden diejenigen organischen Alkalisalze, die im eigenen Kristallwasser schmelzen.The organic alkali salts can be used either alone or as a mixture can be used with each other. Some examples of this are the potassium and sodium salts the acetic, formic, oxalic, citric and / or tartaric acid, with the sodium acetate the preference is given. Those organic alkali salts are preferred which melt in your own crystal water.

Als Alkalicarbonate kommen das Kalium- und Natriumcarbonat, vorzugsweise in wasserfreier Form, in Frage, wobei dem Natriumcarbonat der Vorzug gegeben wird.Potassium and sodium carbonate are preferred as alkali carbonates in anhydrous form, in question, preference being given to sodium carbonate.

Das Mischungsverhältnis beträgt vorzugsweise etwa 80 bis 60 Gewichtsprozent organisches Alkalisalz und etwa 20 bis 40 Gewichtsprozent Alkalicarbonat.The mixing ratio is preferably about 80 to 60 percent by weight organic alkali salt and about 20 to 40 percent by weight alkali carbonate.

Bei der Herstellung von Modellstücken aus dem Material gemäß Erfindung wird das organische Alkalisalz, beispielsweise kristallwasserhaltiges Natriumacetat (CH$COONa - 3 H20), durch Erhitzen in einem Heizbad auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes -. beim Natriumacetat auf mehr als 58°C - vollständig geschmolzen und in der - beim Natriumacetat kristallwasserhaltigen - Schmelze pulverförmiges, wasserfreies Alkalicarbonat (z. B. Na2C0$) in dem gewünschten Mengenverhältnis zwischen 20 und 40 Gewichtsprozent zugesetzt. Die Mischung wird gut gerührt und in eine Metallform gegossen. Innerhalb von 2 Minuten nach dem Vergießen kann das Modell aus der Form herausgenommen werden.In the production of model pieces from the material according to the invention the organic alkali salt, for example sodium acetate containing water of crystallization (CH $ COONa - 3 H20), by heating in a heating bath to a temperature above the melting point -. in the case of sodium acetate to more than 58 ° C - completely melted and in the - in the case of sodium acetate, which contains water of crystallization - powdery, anhydrous alkali carbonate (e.g. Na2C0 $) in the desired ratio between 20 and 40 percent by weight added. The mixture is stirred well and placed in a metal mold poured. The model can be removed from the mold within 2 minutes after casting be taken out.

Ein aus einer Mischung von 70 Gewichtsprozent kristallwasserhaltigem Natriumacetat und 30 Gewichtsprozent wasserfreiem Natriumcarbonat erhaltenes Modellstück weist die in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Eigenschaften auf Bruchfestigkeit (kg/cm2) ... 3,15 Oberflächenhärte, Marten-. sehe Prüfvorrichtung, Ritzbreite (mm) . . . . . . . . 0,07 Viskosität (Redwoodsekunden) .... 65 (90°C) Ausdehnung bei Erstarrung (%) . . . . . . . . . 0,05 (Wert im Ver- hältnis zu der metallischen Form) Wärmeausdehnung bei 15 bis 55'C (0/0) . . . . . . . . 0,25 Schmelzpunkt (°C) ....... 58 Auflösungsgeschwindigkeit in verdünnter Säure (mm/min) . . . . . . . . . . . . . . 6,0 (10% HCl) Enthält die Metallform Kühleinrichtungen, können die Modellstücke in Serie tiergestellt und der Metallform alle 1 bis 2 Minuten ein Modellstück entnommen werden. Im Gegensatz zum Wachs braucht das Material gemäß Erfindung während des Vergießens und des Erstarrens nicht unter Druck gehalten zu werden und liefert ein formgetreues Modellstück, da seine Kontraktion praktisch gleich Null ist.A model piece obtained from a mixture of 70 percent by weight of sodium acetate containing water of crystallization and 30 percent by weight of anhydrous sodium carbonate has the properties given in the table below Breaking strength (kg / cm2) ... 3.15 Surface hardness, Marten-. see test device, Scoring width (mm). . . . . . . . 0.07 viscosity (Redwood seconds) .... 65 (90 ° C) Expansion at Solidification (%). . . . . . . . . 0.05 (value in comparison relationship to the metallic shape) Thermal expansion at 15 to 55'C (0/0). . . . . . . . 0.25 Melting point (° C) ....... 58 Dissolution rate in dilute acid (mm / min). . . . . . . . . . . . . . 6.0 (10% HCl) If the metal mold contains cooling devices, the model pieces can be placed in series and a model piece can be removed from the metal mold every 1 to 2 minutes. In contrast to wax, the material according to the invention does not need to be kept under pressure during casting and solidification and provides a dimensionally accurate model piece, since its contraction is practically zero.

Bei der Herstellung von hohlen Präzisionsgießformen wird das aus der Salzmischung gemäß Erfindung erhaltene Modellstück zunächst mit einer Schicht eines widerstandsfähigen Materials, das beispielsweise Siliciumdioxydsol als Binder enthält, überzogen und der so gebildete Überzug zu einer Formschale gehärtet, beispielsweise durch Behandlung mit gasförmigem Ammoniak. Der Überzug und damit die Formschale kann, falls erforderlich, durch geeignetes Material noch weiterverstärkt werden. Aus der so gebildeten Formschale wird das aus der Salzmischung bestehende Modellstück gemäß Erfindung sehr einfach mittels saurer Flüssigkeit, z. B. Säure, unter Kohlendioxydentwicklung herausgelöst, indem man das Modellstück mit dem Überzug beispielsweise in verdünnte Säure taucht. Die Lösungsgeschwindigkeit beträgt für eine Natriumacetat-Natriumcarbonat-Mischung bei Anwendung 10%iger Salzsäure etwa 6,0 mm/min. Die auf diesem Wege erhaltene Gießform weist eine sehr genaue Hohlform auf.In the manufacture of hollow precision casting molds, this is what the Salt mixture according to the invention obtained model piece initially with a layer of a resistant material, e.g. containing silicon dioxide sol as a binder, coated and the coating thus formed hardened to form a shell mold, for example by treatment with gaseous ammonia. The cover and thus the shell mold can, if necessary, be reinforced with a suitable material. The molded shell formed in this way becomes the model piece consisting of the salt mixture according to the invention very easily by means of acidic liquid, for. B. acid, with evolution of carbon dioxide removed by diluting the model piece with the coating, for example in Acid dips. The rate of dissolution is for a sodium acetate-sodium carbonate mixture when using 10% hydrochloric acid about 6.0 mm / min. The mold obtained in this way has a very precise hollow shape.

Nachfolgend soll an Hand eines Beispiels die Herstellung einer hohlen Gießform für eine Turbinenschaufel beschrieben werden.The following is an example of the production of a hollow Casting mold for a turbine blade are described.

Beispiel Kristallwasserhaltiges Natriumacetat wird in einem Gefäß mittels eines Heizbades vollständig geschmolzen, sodann mit so viel pulverförmigem, wasserfreiem Natriumcarbonat versetzt, bis in dem Gefäß ein Mischungsverhältnis von 70 % Natriumacetat zu 30% Natriumcarbonat erreicht ist, und gerührt. Die Salzmischung wird bei einer Temperatur von etwa 90 bis 95°C in eine mehrteilige Metallform für Modelle vom Schaufeltyp, die neben einer Gießkammer Kühlkammern enthält, gegossen und erstarren gelassen. Nach etwa 1 bis 2 Minuten kann das Modellstück vom Schaufeltyp aus der Form herausgenommen werden.Example Sodium acetate containing water of crystallization is placed in a vessel completely melted by means of a heating bath, then with so much powdery, anhydrous sodium carbonate is added until there is a mixing ratio in the vessel from 70% sodium acetate to 30% sodium carbonate is reached, and stirred. The salt mixture is at a temperature of about 90 to 95 ° C in a multi-part metal mold for Shovel-type models that contain cooling chambers in addition to a casting chamber and froze. After about 1 to 2 minutes, the shovel-type model piece can be be taken out of the mold.

Die Verwendung der Salzmischung gemäß Erfindung zur Herstellung von Modellstücken weist den üblichen Wachsen gegenüber den Vorteil auf, daß sowohl in der Gieß- als auch in der Erstarrungsstufe kein Druck erforderlich ist und außerdem bei der metallischen Form keine Korrekturwerte berücksichtigt zu werden brauchen, da die Kontraktion der Salzmischung beim Erstarren praktisch gleich Null ist. Die auf diese Weise erhaltenen Modellstücke sind vollständig formgetreu.The use of the salt mixture according to the invention for the production of Model pieces has the advantage over the usual waxes that both in the casting as well as in the solidification stage no pressure is required and moreover No correction values need to be taken into account for the metallic form, since the contraction of the salt mixture when it solidifies is practically zero. the Model pieces obtained in this way are completely true to shape.

In der gleichen Weise wird aus der Salzmischung gleicher Zusammensetzung das Modellstück eines Gießkopfes hergestellt und beide Modellstücke miteinander unter Verwendung der gleichen Salzmischung als Binder verbunden.In the same way, the salt mixture becomes the same composition the model piece of a casting head made and both model pieces together using the same mixture of salts as a binder.

Sodann wird an das Modellstück des Gießkopfes, ebenfalls mittels der für die Modellherstellung verwendeten Salzmischung, eine Abdeckung, beispielsweise aus Schamotte, angefügt, um das Modellstück aus der Salzmischung während der weiteren Arbeitsvorgänge zur Herstellung der hohlen Gießform vor der unmittelbaren Berührung mit heißen Flächen zu schützen.Then the model piece of the casting head, also by means of the Salt mixture used for making models, a cover, for example from chamotte, attached to the model piece from the salt mixture during the further Operations for making the hollow mold prior to direct contact to protect with hot surfaces.

Danach wird das erhaltene Modellstück mit einem schnell erstarrenden Überzugsmaterial überzogen, z. B. einem Siliciumdioxysol, aus 50 ccm Äthylsilikat und 10 ccm verdünnter 0,5%iger Salzsäure, die miteinander vermischt werden, dann mit etwa 100 ccm Wasser verdünnt und schließlich mit etwa 600 g pulverförmigem Aluminiumoxyd versetzt werden, um die Widerstandsfähigkeit des fertigen Überzuges zu erhöhen. Das Modellstück wird entweder mit der Mischung überzogen oder in sie eingetaucht und mit gasförmigem Ammoniak behandelt. Der Überzug erstarrt innerhalb von 10 Sekunden. Diese Operation wird so oft wiederholt, bis der Überzug auf dem Modellstück die gewünschte Dicke hat.After that, the model piece obtained is covered with a rapidly solidifying Coating material coated, e.g. B. a silica sol, from 50 ccm ethyl silicate and 10 cc of dilute 0.5% hydrochloric acid, which are mixed together, then diluted with about 100 cc of water and finally with about 600 g of powdered aluminum oxide be added to increase the resistance of the finished coating. The model piece is either with the Mixture coated or in immersed them and treated them with gaseous ammonia. The coating solidifies within of 10 seconds. This operation is repeated until the coating is on the Model piece has the desired thickness.

Die Widerstandsfähigkeit der Überzuges kann noch weiter durch eine Hinterfüllung erhöht werden. Hierzu wird das Modellstück mit dem Schamottedeckel auf eine Vibrationsgrundplatte aufgesetzt, mit einem Formkasten umgeben, der mit einer Mischung von Sand und organischem, synthetischem Harz gefüllt wird, und die Platte in Vibration versetzt. Sodann werden Platte und Formkasten auf 230 bis 280°C erhitzt, so daß der Sand mit dem synthetischen Harz erhärtet. Gleichzeitig wird mit einer erhitzten Preßplatte von oben auf die Sandschicht ein Druck ausgeübt, um die Sandschicht rund um die widerstandsfähige Überzugsschicht zu verdichten. Danach wird das fertige Modell von Grund- und Preßplatte sowie vom Formkasten befreit.The resistance of the coating can be further enhanced by a Backfill can be increased. For this purpose, the model piece with the pubic lid placed on a vibrating base plate, surrounded by a molding box, which with a mixture of sand and organic, synthetic resin is filled, and the Plate vibrated. The plate and flask are then heated to 230 to 280 ° C heated so that the sand hardens with the synthetic resin. At the same time will a pressure is exerted on the sand layer from above with a heated press plate, to compact the sand layer around the resistant coating layer. The finished model is then freed from the base and press plate and the molding box.

Anschließend wird die mit der Sandmischung verstärkte Form mit der Öffnung nach oben in einem Behälter mit 10 o/oiger Salzsäure bei Raumtemperatur eingebracht. Dabei löst sich das in der Salzmischung enthaltene Carbonat durch Neutralisation unter CO2-Entwicklung und läßt eine Hohlform in der Schale zurück. Die für das Herauslösen eines Modellstückes vom Schaufeltyp, das etwa 180 mm lang ist, benötigte Zeit beträgt etwa 30 Minuten.Then the shape reinforced with the sand mixture is filled with the Open upwards in a container with 10% hydrochloric acid at room temperature brought in. The carbonate contained in the salt mixture dissolves through neutralization under CO2 evolution and leaves a hollow shape in the shell. The one for releasing of a shovel-type model piece that is about 180 mm long about 30 minutes.

Zur Entfernung des Natriumchlorids und der bei der Neutralisation von Natriumcarbonat gebildeten Rückstände wird die Form mit Wasser gewaschen, was etwa eine doppelt so lange Zeit in Anspruch nimmt wie das saure Herauslösen des Modellstückes aus der Formschale.To remove the sodium chloride and the neutralization Residues formed by sodium carbonate, the mold is washed with water, what takes about twice as long as the acidic leaching of the Model piece from the shell mold.

Danach wird die Form bei 200 bis 250°C getrocknet, was für eine Form dieses Typs etwa 2 Stunden in Anspruch nimmt. Diese Zeit hängt jedoch von der Größe der Form ab. Während des Trockenvorgangs werden gegebenenfalls noch nicht erhärtete Teile der Sandschicht endgültig fest. Das Modellmaterial gemäß Erfindung ermöglicht es, in sehr einfacher Weise ein vollständiges, formgetreues Modellstück innerhalb von 1 bis 2 Minuten ohne Anwendung von Druck herzustellen, es sofort innerhalb ganz kurzer Zeit mit einem widerstandsfähigen Überzug zu verkleiden und aus der gebildeten Überzugsschale - gegebenenfalls nach weiterer Verstärkung mit einem Sand-Kunstharz-Gemisch - in einfacher und sehr schneller Weise herauszulösen. Diese Vorgänge sowie das nachfolgende Waschen und Trocknen der gebildeten hohlen Gießform können innerhalb so kurzer Zeit und auf so einfache Weise durchgeführt werden, daß sie sich für die Serienherstellung eignen.Then the form is dried at 200 to 250 ° C, what a form this type takes about 2 hours. However, this time depends on the size the shape. During the drying process, some not yet hardened Part of the sand layer is finally solid. The model material according to the invention enables it, in a very simple way, a complete, true-to-shape model piece within from 1 to 2 minutes without applying pressure to produce it instantly within whole A short time to disguise with a resistant coating and from the formed Cover shell - if necessary after further reinforcement with a sand-synthetic resin mixture - to extract in a simple and very quick way. These processes as well as that subsequent washing and drying of the hollow mold formed can be carried out inside in such a short period of time and in such a simple manner that it is suitable for the Series production are suitable.

Claims

Claims: 1. Model material for the production of lost Models for the precision casting process, characterized in that it consists of a Mixture of alkali salts of organic acids and alkali carbonate consists.

2. Model material according to claim 1, characterized by a content of crystalline water-containing potassium and / or sodium salts of acetic, formic, oxalic, citric and / or tartaric acid as the alkali salt of organic acids and anhydrous potassium and / or sodium carbonate as alkali carbonate.

3. Model material according to claim 1 or 2, characterized by a mixing ratio of about 60 to 80 percent by weight alkali salt of organic Acids to about 20 to 40 percent by weight alkali carbonate.

4. Loosen the model material according to claims 1 to 3, characterized by the use of acidic liquid, preferably acid. Publications taken into consideration: German patent specification No. 829939; German interpretative document No. 1097089.