Formsandmasse Die Erfindung betrifft eine Formsandmasse.
Die Verwendung von Guss- bzw. Hohlformen und Kernen aus Sand und einem Bindemittel ist bekannt. Normalerweise werden die Sandteilchen innig mit einer kleinen Menge eines in der Wärme härtbaren Harzes vermischt, worauf das erhaltene Gemisch zu der ge wünschten Form verformt wird; dann wird das Harz durch Erwärmen der verformten Masse auf erhöhte Temperaturen gehärtet. Die erhaltene Form bzw. der Kern müssen unschmelzbar und ausreichend hart sein, um darüber gegossene geschmolzene Metalle zu verfor men.
Das harzartige Bindemittel zersetzt sich bevorzugt bei einer Temperatur, die während des Metallgiessvor- ganges erreicht wird, nachdem die damit in Berührung kommende Metalloberfläche ihre Form beibehält, um die Entfernung der Kerne aus gegossenen Metallgegenstän den zu erleichtern. Die Art der geeigneten Bindemittel und deren verwendbare Menge sind bekannt.
Selbstverständlich wäre es sehr vorteilhaft, wenn die Wärmebehandlung, die zur Auslösung und Vervollstän digung der Polymerisation des harzartigen Bindemittels erforderlich ist, fortfallen könnte. Die Öfen oder an deren Vorrichtungen, die zum Erwärmen der Formen erforderlich wären, könnten ebenso fortfallen wie die damit verbundenen Betriebskosten. Auch die zur Betä tigung der Heizvorrichtungen erforderliche Energie würde nicht mehr gebraucht werden. Im Rahmen der Erfindung können übliche Sandstrahlgebläse verwendet werden, um die durch Säure katalysierbaren Bindemit tel zu härten, die die Sandteilchen eines Kerns oder einer Form in einer gewünschten Lage festzuhalten ver mögen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Formsandmasse, die sich dadurch auszeichnet, dass sie 100 Gewichtsteile Sand, 1-6 Gewichtsteile eines Binders, der mit sauren Katalysatoren polymerisierbar und in gehärtetem Zu stand unschmelzbar ist, sowie eine wässrige Lösung einer Katalysatorsäure zur Härtung des Binders enthält, dass die Masse ein pH von 2-4,5 aufweist und dass die Säure in der Lösung in genügender Menge, jedoch in ungenügender Anfangskonzentration enthalten ist, um eine rasche Härtung des Binders auszulösen.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung die ser Formsandmasse zur Herstellung gehärteter Giesserei formen und -formkernen, gekennzeichnet durch geeig nete Formung der Masse und durch Konzentrationser höhung der Säure in der wässrigen Lösung mittels gleich mässigem Wasserentzug mindestens bis zu dem Zeit punkt, in dem die Säure in genügender Konzentration vorliegt, um eine rasche Polymerisation des Binders aus zulösen.
Aus dieser ein durch Säurekatalyse polymerisierba- res Bindemittel enthaltenden Formsandmasse kann man unschmelzbare Kerne und Formen mit guter Festigkeit bei Raumtemperatur herstellen, und ausserdem weist die Masse eine gute Verarbeitungsdauer auf.
Bei der erfindungsgemässen Masse ist ein rasches Härten der Giessereimasse möglich, ohne dass die Masse über Raumtemperatur erwärmt werden rnuss.
Die erfindungsgemässe Masse kann beispielsweise derart hergestellt werden, dass man Sand, ein wässriges Gemisch eines sauren Katalysators, der ein Härtungs- katalysator für das Bindemittel ist, und ein durch Säure katalysierbares polymerisierbares Bindemittel vermischt und in die gewünschte Form bringt, indem sie aus einer üblichen Giesssandpatrone auf ein übliches belüftetes Gerüst geblasen wird, das für Luft durchlässig ist.
Dann wird z. B. Luft durch das verformte Giesserei gemisch geblasen. Beim normalen Durchgang der Luft durch die Gerüstöffnungen und das darüberliegende Giessereigemisch wird das in dem Gemisch enthaltene Wasser rasch verdampft, bis der Säurekatalysator eine ausreichende Konzentration erreicht hat, um eine ra sche Polymerisation des in der Wärme här"baren Binde mittels auszulösen. Man kann auf diese Weise eine dichte, harte Giessform vollständig durchhärten, wäh rend sie sich noch auf der Gerüstoberfläche befindet.
Ferner kann die Form oder der Kern - wie es häufiger geschieht - in einer verhältnismässig kurzen Zeit bei Raumtemperatur beim Entfernen von dem Gerüst ge- härtet werden, nachdem das Verdünnungsmittel der Säure aus der geformten Masse entfernt worden ist. Eine solche Entfernung des verformten Giessereigemi- sches vor der vollständigen Härtung erlaubt die best mögliche Nutzung der verwendeten Vorrichtung.
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, dass das Giessereigemisch so viel Bindemittel enthalten muss, dass die Sandteilchen in der gewünschten Form festgehalten werden, mindestens so lange, bis das damit in Berüh rung kommende geschmolzene Metall eine feste Form angenommen hat.
Geeignete Bindemittel bestehen aus Substanzen, die zu unschmelzbaren festen Stoffen polymerisierbar sind, z. B. Furfurylalkohol oder dessen Polymerisate mit ge ringer Viskosität, d. h. Polymerisate mit einer Viskosi tät unterhalb 500 Centipoise, weil eine gleichmässige Verteilung von Polymerisaten mit höherer Viskosität auf die Sandteilchen sehr schwierig ist.
Beispiele für andere brauchbare harzartige Massen sind Furfuryl- alkohol-Formaldehyd-Harze, furfurylierte Harnstoff harze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Phenol-Formalde- hydharze und Furfurylalkohol-Phenol-Formaldehyd- Harze.
Geeignete Katalysatoren zur Auslösung einer raschen Polymerisation des Bindemittels sind Schwefelsäure, Phosphorsäure, Dodecylbenzolsulfonsäure, Maleinsäure, Trichloressigsäure und Lewis-Säuren, wie Eisen-III- chlorid. Jeder Katalysator, der einen Gemisch-pH-Wert zwischen etwa 2 und 4,5 hervorruft, reicht für die ge wünschte rasche Härtung des Bindemittels aus; eine der artige Säure sollte wenig flüchtig sein.
Der Gemisch- pH-Wert ist der pH-Wert einer Aufschlämmung von 10 g des ungehärteten Giesssandgemisches in 50 cm',' neutralem destilliertem Wasser.
Die genaue Menge an Säurekatalysator, die für jede Giessereimasse gebraucht wird, ist nicht für jeden Fall genau vorherzusagen, weil die notwendige Menge Säure, um die rasche Härtung des Bindemittels auszulösen, von einer Anzahl von Variablen abhängt, z. B. der Art des verwendeten Bindemittels und dem Alkaliwert des verwendeten Sandes. Die verwendete wässrige Säurelö sung muss so bemessen werden, dass die Giesssandge- mische Säure in ausreichender Menge enthalten, deren Anfangskonzentration aber nicht ausreicht, um eine ra sche Polymerisation und Härtung des Bindemittels aus zulösen.
Ebenso kann man die Menge an Bindemittel, die für die Herstellung der erfindungsgemässen Giesserei massen erforderlich ist, genau vorausbestimmen. Sie hängt selbstverständlich von der Feinheit des Sandes ab, weil feinere Sande mehr Bindemittel erfordern, um die Körner zusammenzuhalten, als die gleiche Raum menge an gröberem Sand. Die Bestimmung der gün stigsten Mengen der verschiedenen Bestandteile lässt sich nach Kenntnis der Lehren der Erfindung von jedem Fachmann durchführen.
Die übliche Reihenfolge von Massnahmen zur Her stellung der erfindungsgemässen Giessereimasse besteht darin, dass man die wässrige Säurelösung als Katalysator mit dem Sand vermischt, worauf das polymerisierbare Bindemittel zugesetzt und ein homogenes Gemisch her gestellt wird. Das in dem Gemisch enthaltene Wasser verdünnt den Säurekatalysator so stark, dass keine ra sche Polymerisation des Bindemittels ausgelöst werden kann.
Das Gemisch hat also eine günstige Verarbei tungsdauer, während der man es leicht handhaben und verformen kann, ohne dass - trotz des Vorhandenseins des Katalysators - eine rasche Polymerisation zwischen den Bindemittelbestandteilen einsetzt.
Um also eine rasche Polymerisation des Bindemittels einzuleiten, muss so viel Wasser aus der Giessereimasse entfernt werden, dass der Säurekatalysator ausreichend konzentriert wird. Das Wasser kann durch Blasen von Luft oder einem anderen gegenüber den Bestandteilen der Masse inerten Gas durch die Giessereimasse nach ihrer Verformung auf einem belüfteten Gerüst oder in einer belüfteten Kernkammer entfernt werden.
Als weitere Möglichkeit zur Entfernung des Säure verdünnungsmittels kann die Giessereimasse und die Form zur Verformung derselben unter Vakuum gesetzt werden, um die notwendige Menge an Katalysatorver- dünnungsmittel zu entfernen, so dass eine rasche Poly- merisation und beschleunigte Härtung des Bindemittels ausgelöst wird.
Wenn man die verformte Giessereimasse nur bei normaler Raumtemperatur stehenlassen würde, um das Katalysatorverdünnungsmittel zu entfernen, würde das Verdünnungsmittel an der Oberfläche der verformten Masse unter Bildung einer harten Kruste verdampfen und das restliche Verdünnungsmittel in der Mitte einer derartigen Masse einschliessen. Es würde also nur ein oberflächlicher Anteil der verformten Giessereimasse ge härtet werden, so dass diese ein weiches Inneres mit geringer oder gar keiner Festigkeit hätte.
Es wurde gefunden, dass die Luft oder das andere gegenüber dem Giessereigemisch inerte Gas erwärmt werden kann und beim Durchgang derselben während ds Verdampfens des wässrigen Verdünnungsmittels des Katalysators die Temperatur des Gemisches selbst nicht ansteigt. Der Wärmeinhalt des Gases wird zunächst ver braucht, um die Verdampfungswärme für das wässrige Verdünnungsmittel zu liefern, ja es kann sogar eine Abkühlung der Giessereimasse beim beginnenden Durch gang des Gases durch die Masse erfolgen.
Somit kann ein Strom erwärmter Luft durch die verformte Giessereimasse geschickt werden, bis das wäss- rige Verdünnungsmittel für den Säurekatalysator prak tisch verdampft ist. Der Gasstrom kann dann abgebro chen und die verformte Giessereimasse, die man norma lerweise in diesem Stadium ohne Bruchgefahr von der Form odz-r dem Gerüst entfernen kann, bei Raum temperatur innerhalb etwa 2 oder 3 Stunden aushärten gelassen werden.
Die folgende Tabelle I zeigt, dass die Temperatur einer verformten Giessereisandmasse zu nächst konstant bleibt, wenn ein auf 66''- C erwärmter Luftstrom verwendet wird, und dass die Temperatur der Masse anfangs sogar abnimmt, wenn ein auf 86 C erwärmter Luftstrom verwendet wird.
Die in Tabelle I untersuchten und angegebenen Giessereimassen wurden in eine Form gebracht, die zur Herstellung von Probestücken gemäss dem Verfahren in Abschnitt 14 von The Foundry Sand Handbook , 6. Auflage, 1952, herausgegeben von The American Foundry's Society, geeignet war. Die Probestücke hatten Hantelform, waren etwa 7,5 cm lang, 2,54 cm stark und hatten in der Mitte einen verengten Hals von 2,54 cm Breite, so dass der mittlere Teil einen Quer schnitt von 6,45 cm2 hatte.
Die untersuchte Giessereimasse bestand aus 2000 Tei len Sand, 16 Gewichtsteilen 25 ö iger Schwefelsäure und 40 Gewichtsteilen eines harzartigen Bindemittels, das Formaldehyd und Furfurylalkohol im Molverhältnis 1 :4 enthielt. Diese Masse hatte eine Verarbeitungs dauer von etwa 2 Stunden. Die unten angegebenen Temperaturen wurden nach den angegebenen Zeiten mittels Thermoelementen gemessen, die in die Seite der Probestücke eingebettet waren, die der Seite des Luft zutritts gegenüberlag.
EMI0003.0002
<I>Tabelle <SEP> 1</I>
<tb> Lufttemperatur
<tb> Zeit <SEP> (Sekunden) <SEP> <B>660</B> <SEP> C <SEP> 860 <SEP> C
<tb> 0 <SEP> 25 <SEP> 25
<tb> 15 <SEP> 21
<tb> 30 <SEP> 25 <SEP> 22
<tb> 45 <SEP> 26
<tb> 60 <SEP> 25 <SEP> 49
<tb> 75 <SEP> 51
<tb> 90 <SEP> 27 <SEP> 53
<tb> 105 <SEP> 55
<tb> 120 <SEP> 29 <SEP> 57
<tb> 150 <SEP> 34 Aus Tabelle I ist ersichtlich, dass der auf 66 C erwärmte Luftstrom die Temperatur des Probestückes während der ersten 90 Sekunden des Luftdurchgangs nicht über Raumtemperatur - ungefähr 25 C - er wärmte.
Durch den auf 86 C erwärmten Luftstrom wurde die Temperatur des Probestücks - vermutlich infolge der rascheren Verdampfung gegenüber dem Luftstrom von 66 C - anfangs herabgesetzt, und das Probestück wurde erst nach etwa 45 Sekunden über Raumtemperatur erwärmt. Die Anfangszeiten von 90 bzw. 45 Sekunden reichten: aus, um das wässrige Kata- lysatorverdünnungsmittel der beiden Probestücke zu verdampfen. Normalerweise haben die verformten Gie- ssereiprobestücke in diesem Stadium eine ausreichende Grünhärte (80-90), dass sie von der Form genommen werden können.
Die vollständige Härtung erfolgt dann unter Raumbedingungen in verhältnismässig kurzer Zeit (bis zu 3 Stunden). Alle hier angegebenen Härten von grünen ungehärteten Probestücken wurden mit einer Dietert'schen Prüfvorrichtung für Grünhärte, die Kratz- festigkeit bzw. Kratzhärte der gehärteten Proben wurde mittels einer Dietert'schen Kratzfestigkeits-Prüfvorrich- tung gemessen.
Das folgende Beispiel I zeigt die rasche Härtung einer Masse nach der Erfindung. <I>Beispiel 1</I> Sandteilchen wurden innig mit einer 25 % igen wäss- rigen Schwefelsäure als Katalysatorlösung vermischt. Die erhaltene Masse wurde mit einem durch Säure härt- baren Harzbindemittel aus Formaldehyd und Furfuryl- alkohol im Molverhältnis <B>1:</B> 4 vermischt.
Die Menge des Bindemittels betrug 2 GewA der Sandmenge und die der Katalysatorlösung 40 GewA von der des Binde mittels. Die erhaltene Masse hatte eine Verarbeitungs dauer von 2 Stunden. Die Probe wurde 1 Minute lang mit einem Warmluftstrom von 66 C behandelt und anschliessend 10 Minuten bei Raumtemperatur gehärtet, wonach sie eine Zugfestigkeit von<B>13,3</B> kg/cm2 hatte. Wenn die 1 Minute mit Luft von 66 C behandelte Probe 2 Stunden bei Raumtemperatur gehärtet wurde, erreichte sie eine Zugfestigkeit von 17,2 kg/cm2.
Andere aus der obigen Masse hergestellte Probe stücke hatten eine innere Kratzfestigkeit von 80 in der Mitte des Halses von 6,45 cm2 Querschnitt und die Oberflächenkratzfestigkeit 90, nachdem sie 1 Minute mit Luft von 66 C behandelt und anschliessend 2 Stunden bei Raumtemperatur gehärtet worden waren. Nach 75 Sekunden Hindurchblasen von Luft von 66 C und 2 Stunden Härten bei Raumtemperatur betrug die Kratzfestigkeit 80 bzw. 97, und nach 90 Sekunden Be handlung mit Luft von 66 C und 2 Stunden Härten bei Raumtemperatur betrug die Kratzfestigkeit 83 bzw. 98. Nach 5 Minuten Hindurchblasen von Luft von Raumtemperatur wurde eine äussere Härte erreicht, die grösser war als die innere Kratzfestigkeit von mehr als 80.
Die oben angegebenen Kratzfestigkeiten zeigen an, dass die Oberflächenhärte nach der Härtung der Probe grösser ist als die innere Härte. Ein solches Härtever hältnis ist natürlich vorteilhaft, weil die äussere Ober fläche diejenige ist, die das geschmolzene Metall auf nimmt und formt. Kratzfestigkeiten von 80 bis 90 sind vollständig ausreichend, um die gewöhnlich zum Giessen verwendeten geschmolzenen Metalle zu verformen. Wenn hier also von einer befriedigenden Härte der Probe die Rede ist, ist damit eine Kratzfestigkeit im Bereich von 80 bis 90 oder darüber gemeint.
Die Härtewerte von Beispiel I sollen mit der inneren und äusseren Härte von verformten Giessereigemischen verglichen werden, die im Ofen gehärtet worden sind. Beim Härten im Ofen erfolgt eine fortschreitende Här tung des verformten Giessereigemisches von der Ober fläche nach innen hin. Um eine ausreichende Härtung und eine dementsprechende gewünschte Festigkeit im Innern der verformten Masse zu erreichen, führt die Härtung von verformten Giessereimassen im Ofen ge wöhnlich zu einer Überhärtung der äusseren Oberfläche und einem dementsprechenden Nachlassen der Ober flächenhärte.
Der Abfall der Oberflächenhärte wird grö sser, wenn die Stärke des Sandgemisches zunimmt, weil eine grössere Härtungszeit erforderlich ist, um ein Durch wärmen der inneren Teile des Gemisches zu gewährlei sten, wie das folgende Beispiel zeigt. <I>Beispiel 2</I> Eine Giessereisandmasse mit einem bekannten Öl- Getreide-Bindemittel wurde in eine Probeform gestampft und 1 Stunde bei<B>218'</B> C gebacken.
Die erhaltene ge härtete Masse hatte eine mittlere Härte von 93 und eine mittlere Oberflächenhärte von 84, hatte also eine geringere Oberflächenhärte infolge der Überhärtung bei einem normalen Härtungsverfahren, wenn eine ausrei chende Härtung des Inneren erreicht werden soll. Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet eine gewünschte Härtung über den gesamten Querschnittsbereich der ver formten Giessereimasse ohne die Gefahr, dass die Ober fläche überhärtet wird.
Die folgenden Beispiele demonstrieren die Vielzahl von Massen, die im Rahmen der Erfindung hergestellt und verwendet werden können. Alle Teile in den Mas sen der folgenden Beispiele sind Gewichtsteile. Die zur Entfernung der Säureverdünnungsmittel verwendeten Gasströme der Beispiele III bis V hatten Raumtempera tur. Die in den Beispielen I, 1I und VI bis XIV ver wendeten Proben wurden wie oben beschrieben gemäss Abschnitt 14 von The Foundry Sand Handbook her gestellt.
Die in den zuletzt genannten Beispielen (mit Ausnahme von Beispiel 1I) durch die Proben geschick ten erwärmten Luftströme bestanden aus Luft mit 60 % relativer Feuchte bei Raumtemperatur 25 C). Die Mas sen der folgenden Beispiele liessen sich innerhalb von 5 Minuten mit den angegebenen erwärmten Luftströ men zu einer befriedigenden Härte härten oder liefer ten Proben, aus denen sich die Feuchtigkeit der Kata- lyFatorlösung innerhalb von 2 Minuten entfernen liess und die sich anschliessend in 2-3 Stunden bei Raum temperatur zu befriedigender Härte härten liessen.
<I>Beispiel 3</I> <B>100</B> Teile Sand wurden innig mit 4 Teilen einer 25 ,'igen wässrigen Schwefelsäure vermischt. Das erhal tene Gemisch wurde dann gleichmässig mit 5 Teilen Furfurylalkohol vermischt. Die fertige Giessereimasse war etwas klebrig und erhärtete teilweise innerhalb von 3 Stunden bei Raumtemperatur. Eine 6,35 mm starke Probe wurde in einen Büchnertrichter gelegt, und es wurde Luft hindurchgesaugt. Die Probe erhärtete in 5 Minuten.
Andere Proben wurden in einen Exsikkator gelegt, an den Vakuum angelegt wurde; diese Proben erhärteten innerhalb von 30 Minuten. <I>Beispiel 4</I> 100 Teile Sand wurden mit 2 Teilen einer 25 % igen wässrigen Schwefelsäure und 5 Teilen Furfurylalkohol in der in Beispiel 3 beschriebenen Weise vermischt. Das erhaltene Gemisch hatte eine Verarbeitungsdauer von mehreren Stunden bei Raumtemperatur. Ein Teil der Probe wurde als 9,5 mm starke Schicht in einen Büchnertrichter gelegt, durch den Luft gesaugt wurde, und erhärtete innerhalb von 20 Minuten.
<I>Beispiel 5</I> 100 Teile Sand wurden innig mit 4 Teilen einer 50 9,igen wässrigen Phosphorsäure und 5 Teilen Fur- furylalkohol in der in Beispiel 3 beschriebenen Weise vermischt. Das erhaltene Gemisch war mehrere Stunden bei Raumtemperatur beständig. Proben des Gemisches erhärteten im Vakuumexsikkator innerhalb von 30 Mi nuten. Proben des Gemisches, durch die im Büchner- Trichter Luft gesaugt wurde, erhärteten innerhalb einer Stunde.
In den folgenden Beispielen, in denen erwärmte Gasströme durch verformte Zugfestigkeitsproben gebla sen wurden, lässt sich das wässrige Verdünnungsmittel innerhalb von 2 Minuten oder schneller entfernen. Nach dieser kurzen Zeit kann die Masse aus der Form oder dem Gerüst entfernt und bei Raumtemperatur, ungefähr 25-27=' C, innerhalb von 2 bis 3 Stunden zu einer be- friedigend-,n Härte gehärtet werden. In den folgenden Beispielen wurden die Proben durch Hindurchleiten von Gasströmen der angegebenen Temperatur vollständig innerhalb von 5 Minuten oder schneller zu einer be friedigenden Härte gehärtet.
Man kann also erfindungsgemäss erwärmte oder nicht erwärmte Gasströme (von Raumtemperatur) zur Entfernung des wässrigen Verdünnungsmittels verwen den. Beim Verdunsten des Verdünnungsmittels hat die Masse selbst noch nicht die Raumtemperatur überschrit ten; in diesem Stadium kann die Masse von der Ober fläche des Gerüstes abnehmen und die vollständige Här tung bei Raumtemperatur innerhalb von etwa 2 bis 3 Stunden erfolgen lassen. Die Formstücke können auch derart verfestigt werden, dass man Probestücke mittels erwärmter Gasströme innerhalb von wenigen Minuten rasch und vollständig härtet. Nach der Härtung hat sich die Härte der Oberfläche der Proben nicht infolge von Überhärtung verringert.
Wenn man also eine voll ständige Härtung eines Giessereikerns bzw. einer Giess- form in möglichst kurzer Zeit erreichen will, kann die verformte Masse mittels eines erwärmten Gasstromes in einer einzigen Verfahrensstufe vollständig gehärtet wer den. Wenn die Zeit nicht so wesentlich ist, kann man die verformte Giessereimasse bei Raumtemperatur er härten lassen, nachdem die Feuchtigkeit der Katalysator lösung durch einen Gasstrom entfernt worden ist, der Raumtemperatur oder erhöhte Temperatur haben kann.
<I>Beispiel 6</I> 100 Teile Sand wurden mit einer 25 % igen wässrigen Schwefelsäure als Katalysatorlösung überzogen und an schliessend mit einem harzartigen Bindemittel aus Form aldehyd und Furfurylalkohol im Molverhältnis 1 :4 vermischt. Die Menge des Harzes betrug 2 Gewichts teile und die der Katalysatorlösung 60 Gew.% des durch Säure härtbaren Harzes. Das erhaltene Gemisch hatte eine Verarbeitungsdauer von 2 Stunden und einen Ge- misch-pH-Wert von 2,20.
Das wässrige Verdünnungs mittel des Katalysators war innerhalb von 2 Minuten praktisch vollständig aus der Masse entfernt, wenn letz teres mit einem Luftstrom von 66 C behandelt wurde; die Masse wurde innerhalb von 5 Minuten durch Luft von 66 C zu einer befriedigenden Härte gehärtet.
<I>Beispiel 7</I> 100 Teile Sand wurden mit einer 20 % igen wässrigen Phosphorsäurelösung überzogen und das erhaltene Ge misch mit 2 Teilen eines furfurylierten Harnstoffharzes vermischt, das 40 Teile Furfurylalkohol je 100 Teile der gesamten Harzmasse enthielt. Die Menge der sauren Katalysatorlösung entsprach 20 Gew.% des Bindemittels. Die erhaltene Masse hatte eine Verarbeitungsdauer von 4 Stunden.
Wenn Probestücke mit einem Warmluft strom von 66 C behandelt wurden, wurde praktisch alle Feuchtigkeit innerhalb von 2 Minuten aus der Masse entfernt, wonach die Proben eine ausreichende Härte besassen, um aus der Form genommen und bei Raumtemperatur in etwa 3 Stunden zu einer befriedi genden Härte gehärtet zu werden. Die Masse von Bei spiel 7 hatte einen Gemisch-pH-Wert von 4,5.
Wenn die Menge des Katalysators der Masse von Beispiel 7 auf 40 Gew.% des Bindemittels erhöht wurde, wurde eine Masse mit einer Verarbeitungsdauer von 3 Stunden und einem Gemisch-pH-Wert von 4 erhal ten. Diese Masse erhärtete wegen der erhöhten Kata- lysatoraktivität rascher.
Wenn die Menge des Katalysators der Masse von Beispiel 7 auf 60 Gew. % des harzartigen Bindemittels erhöht wurde, sank der Gemisch-pH-Wert auf 3,6, und es wurde eine Masse erhalten, die rascher zu befriedi genden Härten erhärtete als die oben beschriebenen ähnlichen Massen mit kleinerem Katalysatorgehalt.
<I>Beispiel 8</I> Sandteilchen wurden mit einer 25 % igen wässrigen Schwefelsäure als Katalysatorlösung und einem harz artigen Bindemittel aus Formaldehyd und Furfurylal- kohol im Molverhältnis 1 : 4 vermischt. Die Menge des Bindemittels betrug 2 Gew.% der Sandmenge und die der wässrigen Katalysatorlösung 40 Gew. % des Bindemit tels.
Die erhaltene Masse hatte eine Verarbeitungsdauer von 2 Stunden, und daraus bereitete Probestücke hat ten nach 45 Sekunden Behandlung mit einem Luftstrom von 86 C und anschliessend 2 Stunden Härtung bei Raumtemperatur eine Zugfestigkeit von 25,5 kg/cm2; nach 1 Minute Behandlung mit Luft von 86 C und an- schliessend 2 Stunden Härtung bei Raumtemperatur eine Zugfestigkeit von 26 kg/cm2; und nach 2 Minuten Be handlung mit Luft von 86 C und anschliessend 2 Stun den Härtung bei Raumtemperatur eine Zugfestigkeit von 28 kg/cm2. Die Masse von Beispiel 8 hatte einen Gemisch-pH-Wert von 2,75.
<I>Beispiel 9</I> Eine gleiche Masse wie die von Beispiel 8, bei der nur die Menge des Katalysators 25 GewA des Binde mittels entsprach und die Schwefelsäure mit Methanol und Wasser verdünnt war, wurde zu Probestücken ver arbeitet.
Nach Behandlung mit einem Luftstrom von 78 C hatten die Probestücke die folgenden Zugfestig- keiten: nach 40 Sekunden Warmluft und anschliessend 2 Stunden Härten bei Raumtemperatur 18,9 kg/cm2; nach 45 Sekunden Warmluft und anschliessend 2 Stun den Härten bei Raumtemperatur 22,8 kg/cm2; und nach 1 Minute Warmluft und anschliessend 2 Stunden Härten bei Raumtemperatur 22,5 kg/cm2. Die Gie- ssereisandmasse von Beispiel 9 hatte eine Verarbeitungs dauer von 1 Stunde und einen Gemisch-pH-Wert von 3,25.
Es ist ersichtlich, dass die Masse von Beispiel 9 trotz der geringeren Säurekonzentration im Vergleich zu der Masse von Beispiel 8 eine kürzere Verarbeitungs dauer hatte, dass also der Methylalkohol als Verdün nungsmittel zur Verhinderung der Härtung des Binde mittels unwirksam war.
<I>Beispiel 10</I> Sandteilchen wurden mit einer 33 % igen wässrigen Maleinsäurelösung als Katalysator und einem harzarti gen Bindemittel aus Formaldehyd und Furfurylalkohol im Molverhältnis 1 : 4 vermischt. Die Menge des harz artigen Bindemittels entsprach 2 GewA des Sandes und die der Katalysatorlösung 40 GewA des polymerisier baren Bindemittels. Die erhaltene Masse wurde in Probe formen gebracht und mit einem Luftstrom von 70 bis 72 C behandelt.
Nach 2 Stunden war praktisch alle Feuchtigkeit aus den Proben entfernt, wonach sie bei Raumtemperatur in weniger als 2 Stunden zu einer be friedigenden Härte erhärteten. Die anfängliche Giesserei masse hatte eine Verarbeitungsdauer von 21/2 Stunden und einen Gemisch-pH-Wert von 3,25.
<I>Beispiel 11</I> Sandteilchen wurden mit einer 50 % igen wässrigen Trichloressigsäurelösung als Katalysator und einem po- lymerisierbaren Bindemittel vermischt, das 1 Mol For maldehyd je 4 Mol Furfurylalkohol enthielt. Die Menge des Bindemittels entsprach 2 GewA des Sandes und die der Katalysatorlösung 25 GewA des Bindemittels.
Aus der erhaltenen Masse hergestellte Proben erhärteten in einem Luftstrom von<B>710</B> C innerhalb von 5 Minuten vollständig zu einer befriedigenden Härte. Die Giesserei masse von Beispiel 11 hatte eine Verarbeitungsdauer von 3 Stunden und einen Gemisch-pH-Wert von 4.
Bei Erhöhung der Menge der 50 % igen Trichlores- sigsäurelösung auf 40 GewA des harzartigen Bindemit tels wurde eine Masse mit praktisch der gleichen Ver arbeitungsdauer von 3 Stunden, aber einem Gemisch pH-Wert von 3,5 erhalten. Proben von befriedigender Härte wurden durch Hindurchleiten eines<B>75'</B> C war men Luftstromes durch Proben innerhalb von weniger als 5 Minuten erhalten.
<I>Beispiel 12</I> Sandteilchen wurden mit einer 25 % igen wässrigen Schwefelsäure und einem harzartigen Bindemittel aus Furfurylalkohol und Formaldehyd im Molverhältnis 4: 1 vermischt. Die Menge des Bindemittels entsprach 2 GewA des Sandes und die der Katalysatorlösung 40 GewA des Bindemittels.
Aus dieser Masse hergestellte Probestücke wurden 1 Minute mit einem Stickstoffstrom von 60 C behandelt und anschliessend 2 Stunden bei Raumtemperatur gehärtet, sie hatten dann eine Zug festigkeit von 22,3 kg/cm>-. Die Masse von Beispiel 12 hatte eine Verarbeitungsdauer von 2 Stunden und einen Gemisch-pH-Wert von 2,7. <I>Beispiel 13</I> Sandteilchen wurden mit einer 50 % igen wässrigen Eisen-III-chloridlösung als Katalysator und einem harz artigen Bindemittel aus Formaldehyd und Furfurylal- kohol im Molverhältnis 1 : 4 vermischt.
Die Menge des Bindemittels entsprach 2 GewA des Sandes und die des Katalysators 20 GewA des Bindemittels. Die erhaltene Masse hatte eine Verarbeitungsdauer von 2 Stunden und einen Gemisch-pH-Wert von 3,6. Die aus der Masse von Beispiel 13 hergestellten Probestücke konnten inner halb von 5 Minuten zu einer befriedigenden Härte ge härtet werden. Aus anderen Proben wurde innerhalb von 2 Minuten die Feuchtigkeit praktisch vollständig entfernt, worauf die Proben innerhalb von 2 bis 3 Stun den bei Raumtemperatur zu einer befriedigenden Härte erhärteten.
Wenn die Menge der 50 % igen wässrigen Eisenchlo- ridlösung auf 40 GewA des Bindemittels erhöht wurde, wurde die Verarbeitungsdauer auf 21!. Stunden herab gesetzt. Die Masse hatte dann einen Gemisch-pH-Wert von 3,2. Daraus hergestellte Proben erhärteten in kür zerer Zeit zu befriedigender Härte als die aus der Masse mit 20 GewA Katalysator, weil dessen Aktivität grösser war.
<I>Beispiel 14</I> Sandteilchen wurden mit einer 20 % igen wässrigen Phosphorsäure als Katalysatorlösung vermischt. Das er haltene Gemisch wurde mit einem polymerisierbaren Bindemittel aus einem Harnstoff-Formaldehyd-Harz vermischt, in dem das Molverhältnis von Harnstoff zu Formaldehyd 1 : 2 betrug. Die Menge des Bindemittels entsprach 2 GewA des Sandes und die der Katalysator lösung 50 GewA des Harzes. Die Masse von Beispiel 14 hatte eine Verarbeitungsdauer von 3 Stunden und einen Gemisch-pH-Wert von 3,8.
Aus der Masse von Beispiel 14 hergestellte Proben wurden mit einem Warmluftstrom von 69 C 1 Minute behandelt und 2 Stunden bei Raumtemperatur gehärtet. Diese Proben hatten die Oberflächenhärte 70. Nach 11/2 Minuten Be handlung mit Luft von 69 C und weniger als 3 Stun den Härten bei Raumtemperatur betrug die Oberflä chenhärtung der Proben 75. Eine befriedigende Kratz- festigkeit wurde erreicht, wenn die Probe 5 Minuten im Luftstrom von 69 C behandelt wurde.
Wie aus den obigen Beispielen hervorgeht, kann eine grosse Anzahl von Giessereisandmassen mit ver schiedenen polymerisierten Bindemitteln, die im gehär teten Zustand unschmelzbar sind, in Verbindung mit verdünnten wässrigen Säurelösungen als Katalysatoren hergestellt werden. Bei derartigen Verfahren wird das Wasser aus der Katalysatorlösung verdampft, bis die Konzentration der Säure ausreicht, um eine rasche Po- lymersiation des polymerisierbaren Bindemittels und da- mit eine rasche Härtung auszulösen.
Der Katalysator muss in ausreichender Menge vorhanden sein, um eine rasche Polymerisation des Bindemittels auszulösen, und die Menge des Bindemittels sollte so bemessen sein, dass die gewünschte Vereinigung der Sandkörner zu Schalen oder Kernen erzielt wird. Vor der Auslösung der raschen Polymerisation des Bindemittels lassen sich die Giessereimassen leicht verformen. Wenn aber die Polymerisation ausgelöst worden ist, sind die Giesserei massen nicht mehr verformbar, weil ihre Endhärtung begonnen hat.
Wenn die Natur des polymerisierbaren Bindemittels verändert wird, kann sich auch die erforderliche Menge an wässriger Katalysatorlösung ändern, eine Änderung kann durch unterschiedliche Alkalität des Sandes und durch unterschiedliche, für die Polymerisation des Bindemittels erforderliche Säurekonzentration veranlasst werden. Wie oben ausgeführt, hängt die Menge des Bindemittels von der Feinheit des Sandes ab. Die Menge des Katalysators kann, wie auch bereits erwähnt, nicht genau vorausbestimmt werden.
Der in den Beispielen 1, 2 und 6 bis 14 verwendete Sand hatte eine AFS- Feinheit (American Foundrymen's Society) von 50-55; der Sand der Beispiele 3 bis 5 war ein Kieselsäuresand mit der AFS-Feinheit 75.
Es ist selbstverständlich, dass die genaue Natur des jeweils verwendeten schwerschmelzbaren Materials nicht von wesentlicher Bedeutung ist; die erfindungsgemässe Masse kann also selbstverständlich mit allen Arten polymerisierbarer Bindemittel und beliebigen Katalysa toren hergestellt werden. Der verwendete Katalysator sollte bevorzugt einen Gemisch-pH-Wert von etwa 2,2 bis 2,75 hervorrufen, wenn 10 g des fertigen Giesserei sandgemisches mit 50 cm3 neutralem destilliertem Was ser aufgeschlämmt werden. Alle Säurekatalysatoren, die Giessereisandgemische bilden, die einen pH-Wert im Be reich von etwa 2 bis 4,5 haben, können aber verwen det werden.
In den Patentansprüchen soll mit Gemisch- pH-Wert ein pH-Wert bezeichnet werden, der in der oben beschriebenen Weise bestimmt worden ist, und die Härtezahlen sind mittels einer Dietert'schen ffärte- prüfvorrichtung bestimmt worden.