AT347055B - Sandgemisch - Google Patents

Description

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   Gegenstand der Erfindung ist ein Sandgemisch aus Quarzsand, gegebenenfalls einem regenerierten Alt- sand, einem Bindemittel und einem körnigen Pufferstoff, der die Ausbildung von Quarzsandausdehnungs- fehlern bei Gussstücken verhindert. 



   Es ist bekannt, dass an der Oberfläche von Gussstücken, die im Sandguss hergestellt werden, oft Fehler zu beobachten sind, die häufig die Ursache dafür sind, dass diese Gussstücke als Ausschuss ausgeschieden werden müssen. 



   Bei diesen   Oberfläehenfehlem,   Schülpen genannt, handelt es sich um Quarzsandausdehnungsfehler beim   Giessen, insbesondere von Nassgussformen, hervorgerufen durch   Bildung einer dünnen Sandschale an der Form- oberfläche als Folge der Kristallumwandlung von   ss-Quarz   in a-Quarz bei 5730. Unter Wirkung von Druck- spannungen der Quarzumwandlung wölbt sich die Schale in den Formhohlraum vor oder löst sich vollständig ab, so dass ein entsprechender Abdruck auf dem Gussstück entsteht, der als Schülpe bezeichnet wird. Im Falle eines Aufreissens der Sandschalenaufwölbung entstehen riefenartige Vertiefungen an der Gussstückoberfläche, die auch   als"Rattenschwänze"bezeichnet   werden. 



   Zur Bildung einer Sandschale kommt es durch die Einwirkung von Wärme. Durch die Quarzsandausdeh- nung, besonders als Folge der Quarzumwandlung bei 5730C, entstehen Druckspannungen in den Oberflächen- schichten der Form, die zur Schalenbildung führen. 



   An der Grenzschicht zwischen der hocherhitzte Schale und dem dahinterliegenden, noch relativ kühlen   Sandballen, treten Zugspannungen auf, die   von der Formmasse aufgenommen werden müssen, wenn keine Ab- lösung entstehen soll. Bedingt durch die Strahlungswärme beim Giessen kommt es nämlich an der Formmas- senoberfläche, insbesondere an der dem Stahlspiegel zugewandten Seite, zu einer oberflächlichen Austrock- nung der Form. 



   Infolge der   Gasdurchlässigkeit   der Formmasse entweicht der Wasserdampf in Richtung auf die kältere, dem Stahlspiegel abgewandte Formmassenzone, wo er wieder kondensiert. Der höhere Wassergehalt be- dingt eine niedrige   Griindruckfestigkeit   und Nasszugfestigkeit. Sandausdehnungsfehler treten sowohl beim
Nassgusssand, hauptsächlich in Form von   Schulpen,   als auch bei kunstharzgebundenen Sanden, in Form von
Blattrippen auf. 



   Um   das Auftreten dieser Quarzsandausdehnungsfehler zu vermindernwerden   heute üblicherweise folgende
Methoden verwendet :
In Eisengiessereien wird bei Nassgussformen, um Quarzsandausdehnungsfehler zu vermeiden, dem Quarz- sand neben Bentonit und gegebenenfalls Stärke, auch Kohlenstaub zugesetzt. Der Wassergehalt des Nassguss- sandes wird den Maschineneinrichtungen entsprechend eingestellt. Kohlenstaub und Bentonit und gegebenen- falls Stärke, welche sich im Altsand anreichern, haben eine gewisse   Pufferwirkung, diedieseQuarzsand-   ausdehnungsfehler vermindern. 



   In Stahlgiessereien, welche mit Nassgusssand arbeiten, ist der Zusatz von Kohlenstaub wegen der uner- wünschen Aufkohlung und der Gasaufnahme des Stahls unmöglich. Um Quarzsandausdehnungsfehler zu ver- hindern, müssen daher viel teurere Sande wie z. B. Olivinsand, Chromitsand und Zirkonsand eingesetzt werden. Diese Sande haben eine geringere Ausdehnung bei thermischer Belastung als Quarzsand. 



   Die Erfindung geht von dem eingangs genannten Sandgemisch aus, das dadurch gekennzeichnet ist, dass   als Pufferstoff dem Gemisch 0, 005   bis 5 Gew.-% Hohlkugeln aus komplexen anorganischen Silikaten zugesetzt sind, deren Schmelzpunkt unter 1500OC, vorzugsweise unter 12000C liegt, wobei die Korngrösse der Hohlku- geln der Korngrösse der Sandkörper im wesentlichen entspricht und unter 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,01 und 0,25 mm liegt. Die Menge der zuzusetzenden Hohlkugeln soll zwischen 0,01 und 3 Gew.-% liegen vor- zugsweise jedoch zwischen 0,3 und 1, 5 Gew.-%. 



   Die Wirkungsweise der Hohlkugeln wurde noch nicht geklärt, doch wird vermutet, dass sie die thermische Ausdehnung bei der Quarzumwandlung aufnehmen. Die thermische Ausdehnung der   Si02 -Modifikation   beträgt bei   573 C, 1, 4%   gegenüber   OC. Diese   Ausdehnung wird durch die vermutlich geringe Festigkeit der anorga- nischen Hohlkugeln, welche eine geringe Wandstärke, vorzugsweise 10% des Hohlkugeldurchmessers haben sollen, aufgefangen. Die anorganischen Hohlkugeln werden hiebei teilweise eingedrückt oder verformt. 



   Je nachdem ob es sich nun um kunstharzgebundenen oder um Nassgusssand handelt, ist die Zusammensetzung des Sandgemisches etwas verschieden, u. zw. setzt sich das Gemisch bei kunstharzgebundenem Sand wie folgt zusammen : 
 EMI1.1 
 
<tb> 
<tb> zirka <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> Gew.-% <SEP> Furanharz
<tb> zirka <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> Gew.-% <SEP> p-Toluolsulfonsäure
<tb> 
 
Rest auf 100% - ein Gemisch das seinerseits aus 0,05 bis 5   Gew.-%,   vorzugsweise 0,075 bis 1,5   Gew.-%   Hohlkugeln aus komplexen anorganischen Silikaten einer Korngrösse von 0 bis 3 mm, vorzugsweise 0 bis   1mm,   insbesondere 0,01 bis 0,25 mm und 95 bis 99,95 Gew.-% aus Quarzsand besteht. 



   Im Falle von Nassgusssand hat das Gemisch folgende Zusammensetzung : 
 EMI1.2 
 
<tb> 
<tb> 2 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> Gew. <SEP> -% <SEP> Bentonit, <SEP> gegebenenfalls
<tb> 0, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 2 <SEP> Gew. <SEP> -% <SEP> Quellstärke.
<tb> 
 

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   Rest auf 100   Gew.-%-ein Gemisch   aus 0,02 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 1,5   Gew. - %   Hohlkugeln obiger Korngrösse aus komplexen,. anorganischen Silikaten und 97 bis 99,98   Gew.-% Quarzsand.   



   Die Mischung wird mit Wasser formbar gemacht. Der Anteil des Quar zsandes kann zumindest zum Teil aus regeneriertemAltsand bestehen. Die folgenden Beispiele sollen den Erfindungsgegenstand erläutern. 



    Beispiel l : Bei Stahlgussstücken, welche in furanharzgebundenem Quarzsand abgegossen worden sind,    war eine erhebliche Anzahl von Blattrippen festzustellen. 



   Erfindungsgemäss wurden dem Quarzsand in trockenem Zustand vor dem Zusatz von Furanharz und Härter 0,75   Gew.-%   bezogen auf den Quarzsand, anorganische Hohlkugeln mit nachstehender Analyse zugesetzt :
Analyse der anorganischen Hohlkugeln : 
 EMI2.1 
 
<tb> 
<tb> Si02 <SEP> 55 <SEP> - <SEP> 60 <SEP> %
<tb> A1203 <SEP> 25 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> %
<tb> Fe <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> %
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 2- <SEP> 0, <SEP> 6% <SEP> 
<tb> MgO <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 2 <SEP> %
<tb> Alkalien <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 4 <SEP> %
<tb> 
 
Das spez. Gewicht der anorganischen Hohlkugel betrug 0,6 g/cm3. 



   Die Grösse dieser Hohlkugeln lag zwischen 10 und   250 jam,   die Wandstärke schwankte zwischen 2und   20 ,um.    



   Der Zusatz an Furanharz betrug 1,2 Gew.-% und an p-Toluolsulfonsäure 0,4 Gew.-%, bezogen auf das Sand-Hohlkugelgemisch. 



   Die Gussstückoberfläche war nach dem Zusatz der oben angegebenen Menge an anorganischen Hohlkugeln praktisch frei von Blattrippen. 



     Beispiel 2 :   Bei der Herstellung von Platten aus Sphäroguss in Nassgusssand war das Auftreten von Schülpen eine der häufigsten   Ausschussursachen.   



   Für Versuche wurden dem Modellsand, der aus 1 Teil Altsand und einem Teil Neusand bestand, 0,5 Gew. -% anorganische Hohlkugeln der gleichen Analyse wie unter Beispiel 1 zugesetzt. Als Bindemittel wurden Ben-   tonit und Quellstärke verwendet, die so zugesetzt wurden,   dass bei einer Sandfeuchtigkeit von 4, 5% die Nassdruckfestigkeit zirka 5 N/cm2 und Trockenscherfestigkeit zirka 50 N/cm2 betragen hat. 



   Es wurden mit der erfindungsgemässen Sandmischung eine grössere Serie von Platten abgegossen, und an keinem der Gussstücke waren Schülpen festzustellen. 



   Ebenfalls gute Abgussergebnisse sind bei blattrippenanfälligen Gussstücken erzielt worden, wenn anstatt von Furanharz und p-Toluolsulfonsäure handelsübliche Cold-Box-, Hot-Box-, Phenolharz-, Alkydharz- und Croning-Binder dem Gemisch aus Quarzsand und anorganischen Hohlkugeln zugesetzt worden sind. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Sandgemisch aus Quarzsand, gegebenenfalls einem regenerierten Altstand, einem Bindemittel und 
 EMI2.2 
 plexen anorganischen Silikaten zugesetzt sind, deren Schmelzpunkt unter 15000C, vorzugsweise unter 12000C liegt, wobei die Korngrösse der Hohlkugeln der Korngrösse der Sandkörner im wesentlichen entspricht und unter 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,01 und 0,25 mm liegt.

Claims (1)

1. 2. Sandgemisch nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass dem Gemich 0,01 bis 3, vorzugsweise 0, 3 bis 1, 5 Gew. -% Hohlkugeln zugesetzt sind.

   3. Sandgemisch nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als Bindemittel Furanharz oder ein anderes kalthärtendesKunstharz, KernöloderAlkydharzeingesetztist,dadurchgekennzeichnet,dassdemGemisch 0,05 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,075 bis 1,5 Gew.-% Hohlkugeln zugesetzt sind.

   4. Sandgemisch nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als Bindemittel Bentonit und gegebenenfalls Quellstärke eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch 0, 02 bis 3 Gew. -%, vorzugsweise 0,05 bis 1, 5 Gew.-% Hohlkugeln zugesetzt sind.