DE1914989C - Formmasse zum Herstellen einer metall urgisch reaktionstragen Prazisionsgießform - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Formmasse zum Her- aus aktivem Magnesiumoxid und kolloidaler Kiesel-

stellen einer metallurgisch reaktlonstrBgen Precisions- säure, sei es in wässeriger odeir:a»«'"⁰"«»« Sue-

gießform aus mehreren Schichten, die unter Verwen- pension, ist jedoch nicht "f i¹·*· «, «"SI-JA

dung von kolloidaler, hydrolyslerter Kieselsäure als gnesiumoxid auf die kolloidale KieseMure gelierend

Bindemittel, einem Formstoff und gegebenenfalls zu- 8 wirkt. Eine direkt aus den beiden Bestand eilen her·

stttzlichen, chemisch inaktiven Füllstoffen aufgebaut gestellte Tauohmasse besöße daher keine ausreichende

ist, wobei die grüne Gießform anschließend gebrannt Standzeit, um ohne Gelieren die^ notwendigen Schien-

wird. Aus der Formmasse hergestellte Gießformen ten auf eine geeignete Form auftragen zu Können,

dienen vor allem zum Gießen von Stählen oder Le- Die Zugabe von kleineren Mengen (< 1 Gewichts-

gierungen mit höheren Gehalten an Chrom, Titan io prozent) an MgO und Mg-Karbonat zu einer Form-

und/oder Aluminium. masse aus Quarzsand und kolloidaler Kieselsäure,

Beim Präzisionsgießen mit Hilfe verlorener Mo- um die Gelierung der Kieselsäure zu beschleunigen,

delle wird ein Modell des herzustellenden Gußstückes ist aus dem britischen Patent 594 671 bekannt. Ein

mit einer aus Bindemittel und feuerfestem, feinkörni- Überführen der Kieselsäure in ein stabiles Mg-Sihkat

gern Material bestehenden Formmasse umkleidet und is kann bei dieser bekannten Formmasse nicht erreicht

aus der so erhaltenen Gießform das Modell durch werden.

Herausschmelzen und/oder Brennen oder Heraus- Aufgabe der Erfindung 1st es, eine Formmasse zu lösen entfernt. Es werden dabei vorwiegend gebrannte schaffen, bei der es sicher gelingt, die Kieselsäure Gießformen verwendet, wobei in der Formmasse zur vollständig als Forstent stabil zu binden. Diese AufHerstellung der Gießform vorzugsweise ein Wesel- ao gäbe wird dadurch gelöst, daß der Formstoff minsäurehaltiges Bindemittel benutzt wird, da Kieselsole destens für die den Formhohlraum begrenzende sich als die besten Bindemittel erwiesen haben. Bei- Schicht aus pulverisiertem Magnesiumkarbonat bt·.-spielsweise ist es bekannt, durch Hydrolyse eines steht und daß das Verhältnis Magnesiumkarbonat/ Kieselesters — z. B. Äthylsilikat — eine kolloidale Kieselsäure in der Formmasse so gewählt wird, daß Kieselsäurelösung herzustellen und diese als Binde- as das beim Brennen entstehende aktive Magnesiummittel mit feinkörnigem feuerfestem Formstoff zu oxid ausreicht, um die zugegebene Kieselsäure vollmischen, ständig als Forsterit zu binden.

Bei der Verwendung solcher kieselsäurehaltigen Der Begriff »vollständig« ist nicht als analytisch Bindemittel hat es sich als nachteilig erwiesen, daß vollständig zu verstehen, sondern im Hinblick auf die in der fertigen Gießform enthaltene Kieselsäure 30 die Erfindungsaufgabe heißt »vollständig«: Die beim Vergießen bestimmter Metalle oder Legierungen Kieselsäure ist in einem solchen Umfang gebunden, unerwünschte Reaktionen eingehen kann, ganz be- daß beim Gießen der erwähnten Legierungen, insbesondere bei höheren Gießtemperaturen. Um diese sondere einer Cr-Basis-Legierung, in vorgewärmte Gießfehler zu vermeiden, ist es notwendig, die in der Formen bei Gießtemperaturen von etwa 1700° C und Formmasse bzw. im Bindemittel enthaltene Kiesel- 35 darüber keine makroskopisch erkennbaren Reaksäure vollständig stabil zu binden. Es ist daher be- tionen mit und in der Form auftreten. Als Beispiel kannt, für die Herstellung einer Gießform dem aus sei erwähnt, daß mindestens 99°/o der Kieselsäure in einem feuerfesten Material, z. B. Korund, Mullit oder Forsterit übergeführt sein müssen.
Magnesia, bestehenden Formstoff ein Bindemittel zu- Vorteilhafterweise beträgt das Mengenverhältnis zugeben, das aus einer Mischung von Magnesium-, 40 von Magnesiumkarbonat zur Kieselsäure in der Form-Aluminium- und/oder Zirkoniumoxid und einer masse — bezogen auf den Siliziumoxidgehalt der kolloidalen Kieselsäurelösung besteht. Kieselsäure — etwa 10:1, während die gebrannte

In der Praxis hat sich nun gezeigt, daß für Stähle Form beispielsweise aus etwa 30 bis 4O°/o Forsterit

oder Legierungen mit sehr hohen Gehalten an Chrom, besteht; als restliche Bestandteile der Form können

Titan und/oder Aluminium, z. B. für Legierungen auf 45 dann Magnesiumoxid und/oder gegebenenfalls wei- Chrombasis, die bei relativ hohen Temperaturen von tere, inaktive, feuerfeste Füllstoffe vorhanden sein,

beispielsweise über 1700° C vergossen werden, die Als chemisch inaktive, feuerfeste Füllstoffe können

bekannten Gießformen nicht die notwendige ehe- dabei solche Füllstoffe verwendet werden, die weder

mische Stabilität besitzen, um die Kieselsäure stabil beim Brennen der Form mit der Kieselsäure noch

zu binden. 50 beim Gießen mit den Metallschmelzen chemisch re-

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß agieren. Als Beispiele für derartige Füllstoffe seien

die einzige Kieselsäureverbindung, die bei den hohen genannt inaktives, chemisch stabiles Magnesiumoxid,

Gießtemperaturen gegen die erwähnten Elemente z. B. Periklas, und Zirkonoxid.

beständig ist, der Forsterit (2 MgO SiO₂) ist. Als Behandlungsmittel für das Besanden der ein-

Aus dem USA.-Patent 2 812 265 ist eine Form- 55 zelnen Schichten kann vorteilhaft Siliziumkarbid

masse bekannt, die aus Periklas (einer chemisch sta- (SiC) verwendet werden, da dieses chemisch indiffe-

bilen, kristallinen Form von Magnesiumoxid) und rent ist und eine hohe Wärmeleitfähigkeit sowie eine

Zirkonsilikat mit Kieselsäure als Bindemittel besteht kleine Wärmedehnung besitzt,

und bei Temperaturen von und über HOO⁰C ge- Um bei den Gußstücken der genannten Art ein-

brannt wird. In der fertigen Form liegen neben For- 60 wandfreie Oberflächen zu erhalten, ist es lediglich

sterit dabei andere Magnesiumsilikate und nicht um- notwendig, daß die den Gießhohlraum begrenzende

gesetztes Zirkonsilikat vor. Zum Gießen der vor- Formschicht aus der erfindungsgemUßen Formmasse

stehend genannten Legierungen ist diese Form daher hergestellt wird. Die weiteren Schichten können dann

ungeeignet. in bekannter Weise aus Zirkonsilikat, Mullit oder

Forsterit bildet sich bei relativ niedrigen Tempera- 65 anderen feuerfesten Formstoßen hergestellt werden,

türen, z. B. unterhalb von 1000° C, in nennenswer- Selbstverständlich ist es jedoch möglich, sämtliche

tem Maße nur aus chemisch aktivem MgO und Schichten einer Form in der crfindungsgemäßen

Kieselgel. Die Zubereitung einer Tauchmasse direkt Weise zu erzeugen.

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen nilher erlButort.

Beispiel I

Aus 5 kg feinkörnigem pulverisiertem Magnesiumkarbonat und 2,41 hydrolisiertem Äthylsilikat (SIO_B-Gehalt etwa 12 bis 16 o/o) wird eine Tauchmasse gemischt. Die Standzeit einer derartigen Mischung betrügt etwa 6 Stunden.

Zum Herstellen der Gießform wird ein dem gewünschten Gießstück entsprechendes Modell aus einem zerstörbaren Werkstoff — z. B. aus Harnstoff — in die erhaltene Formmasse getaucht, der an der Modelloberflache hängenbleibende dünne Überzug mit rieselfahigem, gröberem, feuerfestem Material »s z. B. Siliziumkarbid oder MuMt, bestreut und während etwa 2 Stunden trocknen gelassen. Dieses Tauchen und Bestreuen mit anschließendem Trocknen wird etwa sieben- bis zehnmal wiederholt.

Der erhaltene schalenartige Formkörper wird dann ao zum Herauslösen des Harnstoffmodells in ein Wasserbad gelegt und anschließend auf übliche Weise getrocknet. Das Model! kann gänzlich mit Hilfe des durch die Poren des Formkörpers eintretenden Lösungsmittels herausgelöst werden oder auch nur teil- as weise, so daß der zurückbleibende Modellrest bei dem nun nachfolgenden Brennen der Gießform zerstört wird. Das Brennen erfolgt bei einer Temperatur von höchstens 1100° C, vorzugsweise bei Temperaturen von 850 bis 950° C, und benötigt ebenfalls etwa 2 Stunden. Die fertige Gießform zeichnet sich durch ausgezeichnete Oberflächengüte des Gießhohlraumes und durch sehr gute Festigkeitseigenschaften aus.

Beim Brennen dissoziiert das Magnesiumkarbonat in aktives Magnesiumoxid and Kohlendioxid, das entweicht, während das aktive Magnesiumoxid mit der vorhandenen Kieselsäure Forsterit bildet, in welchem die Kieselsäure stabil gebunden ist.

Durch die thermische Dissoziation des Magnesiumkarbonats verliert die Form beim Brennen einen Teil 4» der mechanischen Festigkeit und ihre Abriebfestigkeit. Falls notwendig, können diese Eigenschaften durch nochmaliges Tränken der gebrannten Form in einer kolloidalen Kieselsäurelösung und ein anschließendes zweites Brennen wieder verbessert werden. In beiden Fällen kann der einzige bzw. der letzte Brennprozeß gleichzeitig als Vorwärmung der Form für das Gießen dienen.

Unmittelbar nach der Fertigstellung der Gießform wird eine Chrombasis-Legierung mit ungefähr fol- so gender Zusammensetzung (in Gewichtsprozent): 70% Chrom, 29 % Kobalt, bis 0,5% Yttrium, Rest Eisen und Aluminium neben den Üblichen Verunreinigungen gegossen. Die Gießtemperatur beträgt etwa 1750° C. Das erhaltene Gußstück zeichnet sich durch eine makellose Oberfläche aus.

Wie bereits erwähnt, kann das Modell unter Umstünden auch nur mit einer Schicht aus der auf vorstohend beschriebene Welse erhaltenen Formmasse belegt und dann In eine Formmasse mit einer der erwähnten, bekannten Zusammensetzungen getaucht werden. Es ist jedoch auch möglich, nach Auflegen von einer Schicht aus Magnesiumoxid und Forsterit mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens diese Schicht dann auf Übliche Weise In einem Formkasten mit einer geeigneten zweiten Formmasse, z. B. mit einer zementgebundenen Formmasse, zu hinterfüllen.

Beispiel II

1 kg pulverisiertes, chemisch reines Magnesiumkarbonat (Reinheit 95 %) wird mit I¹A1 Bindemittel, hergestellt aus hydrolisiertem Äthylsilikat mit einem SiOg-Gehalt von 14% gemischt; dieser Mischung wird als inaktiver Füllstoff 1 kg pulverisierter, chemisch reiner Periklas mit ebenfalls einer Reinheit von 95% beigegeben. Die so erhaltene Formmasse besitzt gleichfalls eine Standzeit von 6 Stunden.

Die weiteren Verfahrensschritte zur Herstellung der erfindungsgemäßen Form entsprechen denjenigen von Beispiel I.

Eine gebrannte Form nach Beispiel II besitzt schließlich eine Zusammensetzung von etwa $0% Periklas und 40% Forsterit, während der Rest aus einer anderen Form von Magnesiumoxid besteht.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Formmasse zum Herstellen einer metallurgisch reaktionsträgen Präzisionsgießform aus mehreren Schichten, die unter Verwendung von kolloidaler, hydrolysierter Kieselsäure als Bindemittel, einem Formstoff und gegebenenfalls zusätzlichen, chemisch inaktiven Füllstoffen aufgebaut ist, wobei die grüne Gießform anschließend gebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Formstoff mindestens für die den Formhohlraum begrenzende Schicht aus pulverisiertem Magnesiumkarbonat besteht und daß das Verhältnis Magnesiumkarbonat/Kieselsäure in der Formmasse so gewählt wird, daß das beim Brennen entstehende aktive Magnesiumoxid ausreicht, um die zuge^-snc «.icaeisaure vollständig als Forsterit zu binden.

2. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenverhältnis Magnesiumkarbonat/Kieselsäure etwa 10:1 beträgt.

3. Gießform aus einer Formmasse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Form zu etwa 30 bis 40% aus Forsterit, Rest Magnesiumoxid und/oder weiteren feuerfesten inaktiven Füllstoffen besteht.