DE4019818A1 - Gussform-material - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gußform-Material, das bei Gießvorgängen eingesetzt wird, und insbesondere bezieht sie sich auf ein Investmentmaterial zur Bildung von Formen zur Herstellung von Präzisionsgußstücken, wie Zahngußstücken.

Beim Gießen von Zahngußstücken ist es beispielsweise allgemeine Praxis, reines Titan oder Titanlegierungen als Gießmaterialien einzusetzen. Als Gußform-Material wurde in diesem Fall als erstes vorgeschlagen, phosphatgebundene Investmentmaterialien einzuset­ zen, die Siliciumoxid als Bestandteile haben, das ein Gemisch aus Glas (SiO₂) und Cristobalit (SiO₂), Phosphaten und Magnesiumoxid (MgO) ist. Als zweites wurde vorgeschlagen, Materialien einzuset­ zen, deren Hauptbestandteile Oxide sind, die bei hohen Temperatu­ ren stabil sind, wie Calciumoxid (CaO) und Magnesiumoxid (MgO).

Wenn jedoch bei dem Siliciumoxid für die ersten Gußform-Materia­ lien Titan als Gießmaterial eingesetzt wird, ist die Neigung vorhanden, daß die Gußform durch das schmelzflüssige Titan benetzt wird und mit diesem reagiert. Wenn daher diese ersten Gußform-Materialien zum Gießen unter Verwendung von Titan als Gießmaterial zur Anwendung kommen, ergibt sich eine Schwierig­ keit, die darin zu sehen ist, daß die erhaltenen Gußstücke häufig Gußoberflächenfehler und durch Gas bewirkte Fehler haben.

Wenn ferner die zweiten Gußform-Materialien anstelle der ersten Gußform-Materialien zur Anwendung kommen, treten diese Nachteile weniger häufig auf; da jedoch das Schwinden bzw. Schrumpfen der Gußform während der Erwärmung und des Brennens groß ist, ergibt sich eine Schwierigkeit, die dazu führt, daß das Gußstück entsprechend kleinere Abmessungen als gefordert hat. Ferner besitzen die Gußform-Materialien dieser Art die Neigung, daß Feuchtigkeit absorbiert wird, und wenn sie im befeuchteten Zustand eingesetzt werden, führt dies dazu, daß die Gußstücke Gußoberflächenfehler und durch Gas bewirkte Fehler haben. Daher ist es notwendig, daß man darauf achtet, daß die Gußformen die Feuchtigkeit nicht absorbieren. Es ist jedoch sehr schwierig dies zu erreichen. Somit bringen diese Gußform-Materialien Schwierigkeiten im Hinblick auf die zuverlässige Durchführung eines Gießvorganges mit sich.

Die Erfindung zielt darauf ab, unter Überwindung der zuvor geschilderten Schwierigkeiten, einGußform-Material bereitzustel­ len, bei welchem Gußoberflächenfehler und durch Gas bewirkte Fehler so gering wie möglich gemacht werden, die Maßhaltigkeit der Gußstücke verbessert wird und sich der Gießvorgang auf günstigere Weise durchführen läßt.

Nach der Erfindung wird ein Gußform-Material bereitgestellt, das Ammoniumprimärphosphat und Magnesiumoxid als Hauptbestandteil eines Bindemittels enthält, wobei sich das Gußform-Material dadurch auszeichnet, daß es 10 bis 50 Gew.-% wenigstens entweder Zirkon oder Aluminiumoxid und 70 bis 30 Gew.-% Siliciumoxid enthält.

Wenn das Gießen unter Verwendung dieses Gußform-Materials vorgenommen wird, erhält man ein Gußstück, das hinsichtlich der äußeren Erscheinungsform und der Genauigkeit bzw. Maßhaltigkeit zufriedenstellend ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Die einzige Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine vergrößerte Schnitt­ ansicht zur Verdeutlichung einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung.

Ein Gußform-Material nach der Erfindung wird beispielsweise zur Ausbildung von Zahngußstücken verwendet und enthält Ammoniumpri­ märphosphat ((NH₄)H₂PO₄) und Magnesiumoxid (MgO) als Hauptbestand­ teile eines Bindemittels, und enthält auch Siliciumoxid (SiO₂) und wenigstens entweder Zirkon (ZrO₂ SiO₂) oder Aluminiumoxid (Al₂O₃).

Zirkon hat die Eigenschaft, daß, wenn es als Gußformmaterial eingesetzt wird, das schmelzflüssige Metall nicht leicht die Oberfläche der Gußform benetzen kann. Zum anderen reagiert Aluminiumoxid nicht leicht mit schmelzflüssigem Titan. Somit dienen Zirkon und Aluminiumoxid zur Reaktionsverzögerung von schmelzflüssigem Titan und der Gußform.

Wenn daher ein Gußform-Material eingesetzt wird, das wenigstens entweder Zirkon oder Aluminiumoxid enthält, kann man ein Gußstück erhalten, das eine saubere Gußoberfläche frei von Fehlern bzw. Mängeln hat.

Jedoch sollte die Menge wenigstens von Zirkon oder Aluminiumoxid in geeigneter Weise auf 10 bis 50 Gew.-% eingestellt sein. Wenn nämlich die Menge von wenigstens entweder Zirkon oder Aluminium­ oxid kleiner als 10 Gew.-% ist, nimmt die Wirkung hinsichtlich der Verbesserung der Gußoberfläche und die Herabsetzung der durch Gas bewirkten Fehler ab, so daß sich leicht Gußfehler bilden können. Wenn die Menge entweder von Zirkon oder Aluminiumoxid 50 Gew.-% überschreitet, schrumpft bzw. schwindet die Gußform während des Erwärmens und Brennens stark, so daß das erhaltene Gußstück kleinere Abmessungen als erforderlich hat. Ferner wird die Festigkeit der Gußform infolge des Warmschrumpfens extrem hoch, so daß es schwierig wird, das Gußstück aus der Form zu nehmen.

Wenn zusätzlich die Menge von wenigstens entweder Zirkon oder Aluminiumoxid auf 20 bis 30 Gew.-% eingestellt wird, wird diese Wirkung noch beachtlicher.

Die geeignete Menge von Siliciumoxid, das als feuerbeständiges Material bei dem Gußform-Material dient, beläuft sich auf 70 bis 30 Gew.-%. Wenn die Menge an Siliciumoxid 70 Gew.-% überschrei­ tet, nimmt die Menge an wenigstens entweder Zirkon oder Alumi­ niumoxid entsprechend ab, und daher können diese ihre Funktionen und Wirkungen nicht mehr in der gewünschten Weise erfüllen. Wenn die Menge kleiner als 30 Gew.-% ist, schrumpft die Gußform während des Erwärmens und des Brennens stark. Zusätzlich ist Siliciumoxid ein Gemisch aus Quarz und Cristobalit.

Da andererseits Zirkon und Aluminiumoxid ähnlich Siliciumoxid nicht hygroskopisch sind, ist die Verwendbarkeit der Gußform- Materialien, die diese enthalten, günstiger als bei solchen Gußform-Materialien, die Calciumoxid und Magnesiumoxid enthalten.

In geeigneter Weise beläuft sich der mittlere Teilchendurchmesser wenigstens entweder von Zirkon oder Aluminiumoxid bei dem Gußform-Material auf 1 bis 15 µm, und der mittlere Teilchendurch­ messer von Siliciumoxid beläuft sich auf 10 bis 300 µm. In bevorzugter Weise beträgt das mittlere Teilchendurchmesserver­ hältnis 1 : 10-30. Wenn, wie in Fig. 1 gezeigt ist, ein Gußform- Modell Teilchen enthält, die derartige Durchmesser haben, nimmt die Wahrscheinlichkeit sehr stark ab, daß Siliciumoxid 2 in Berührung mit dem schmelzflüssigen Titan 1 kommt. Hierdurch sind die Funktionen und Wirkungsweisen wenigstens entweder von Zirkon oder Aluminiumoxid 3 in beträchtlicher Weise verbessert.

Zum Gießen wird dem Gußformmaterial Wasser oder kolloidales Siliciumoxid zugegeben, und das Gemisch wird derart geknetet, daß man keine Blasen erhält. Das Gemisch wird in einen Ring gegossen, der einen darin eingesetzten Wachseinsatz hat. Dann härtet das Gußform-Material in etwa 10 min aus. Während des Aushärtens expandiert das Gußform-Material geringfügig in Abhängigkeit von der Zeit. Wenn jedoch die Expansionsgröße unzureichend ist, kann die Gußform während des Aushärtens in Wasser getaucht werden, so daß sie Wasser absorbiert und sich expandiert.

Sie wird dann aus dem Ring entnommen und in einem Elektroofen bei etwa 1100°C etwa 30 min lang erwärmt, um das Wachs auszubrennen und das Gußform-Material zu brennen. Dann wird sie auf eine Temperatur in einem Bereich von üblicherweise bis zu 100°C abgekühlt, und die Herstellung der Form ist beendet. Während des Brennens schrumpft bzw. schwindet das Gußform-Material geringfü­ gig woraus sich ergibt, daß die Gußform sich so erweitert, daß ihre Abmessungen größer als das Wachsmuster um etwa 0-0,5% wird.

Dann wird das schmelzflüssige, reine Titan oder die Titanlegie­ rung in die Gußform gegossen. Das schmelzflüssige Metall verfestigt sich und kühlt sich bei einer geringfügigen Schrump­ fung ab, um so ein Gußstück zu bilden. Anschließend wird das Gußstück aus der Gußform entnommen, und es werden Behandlungen, wie Sandstrahlen und Schleifen, vorgenommen. Daraufhin erhält man ein Präzisionsgußstück, das die gleiche Form und die gleiche Größe wie das Wachsmuster bzw. Wachsmodell hat.

Versuche unter Einsatz von Titan als ein Gußmaterial sind nachstehend aufgeführt. Bei diesen Versuchen wurden 14 Gußform- Materialien mit unterschiedlichen Mengenanteilen der Bestandteile zubereitet, und es wurde reines Titan unter Einsatz derselben vergossen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 (1/2), (2/2) gezeigt.

Tabelle 1

Bei den vorstehend angegebenen Versuchsergebnissen bedeutet "Phosphat" Ammoniumprimärphosphat und "Entnehmen aus der Form" einen Vorgang zum Entnehmen eines Gußstückes aus einer Gußform. Die Bezeichnung ○ bedeutet gut, die Bezeichnung ∆ bedeutet ziemlich gut, und die Bezeichnung "-" bedeutet schlecht.

Wie sich aus den vorstehenden Versuchsergebnissen ergibt, erhält man das beste Ergebnis dann, wenn sich der Zirkon- oder Alumi­ niumoxidgehalt auf 20 bis 30 Gew.-% beläuft, und wenn der Siliciumoxidgehalt 60 bis 50 Gew.-% beträgt.

Zusätzlich können Zirkon und Aluminiumoxid gleichzeitig einge­ setzt werden.

Das Gießmetall ist nicht auf solches, basierend auf Titan, beschränkt, sondern es können auch Co-Cr-Legierungen, Ni-Cr- Legierungen, Goldlegierungen, Silberlegierungen und dgl. zur Anwendung kommen.

Wenn ein Gußform-Material nach der Erfindung zur Anwendung kommt, lassen sich Gußoberflächenfehler durch gasbewirkte Mängel bzw. Fehler weitgehend verringern, und man erhält Gußerzeugnisse mit verbesserter Maßgenauigkeit bzw. Maßhaltigkeit. Auch läßt sich der Gießvorgang bei einem solchen Gußform-Material in günstigerer Weise ausführen. Insbesondere ist noch zu erwähnen, daß das Gußform-Material erstmalig ein äußerst zuverlässiges Herstellen von Titangußstücken gestattet. Da darüber hinaus Zirkon und Aluminiumoxid zu geringen Kosten im Handel erhältlich sind, stellt es einen großen Vorteil bei dem Gußform-Material nach der Erfindung dar, daß man es mit geringen Kosten verbunden bereit­ stellen kann.

Claims (2)

1. Gußform-Material, das Ammoniumprimärphosphat und Magne­ siumoxid als Hauptbestandteil eines Bindemittels enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußformmaterial 10 bis 50 Gew.-% wenigstens entweder von Zirkon oder Aluminium­ oxid und 70 bis 30 Gew.-% Siliciumoxid enthält.

2. Gußform-Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teilchendurchmesser wenigstens von Zirkon oder Aluminiumoxid 1 bis 15 µm beträgt und der mittlere Teilchendurchmesser von Siliciumoxid 10 bis 300 µm beträgt.