Verfahren zur Herstellung verlorener Formen für den Gnss von Leiehtmetallen und ihren Legierungen. Gegenstand der Erfindung ist ein Ver fahren zur Herstellung verlorener Formen für den Guss von Leichtmetallen, insbeson dere von Magnesium und Aluminium und ihren Legierungen.
Soweit verlorene Formen in Betracht kommen, werden zum Giessen von Leicht metallen und Leichtmetallegierungen im all gemeinen Sandformen verwendet. Hierbei entstehen jedoch durch die Gegenwart von Wasser erhebliche Schwierigkeiten, indem insbesondere Magnesium und hochprozentige Magnesiumlegierungen in geschmolzenem Zu- Eand mit Wasser oder Wasserdampf explo sionsartig reagieren. Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten hat die einschlägige Technik zwei nebeneinander laufende Wege einge schlagen.
Es wurde zunächst auf ein Mittel zurück gegriffen, das in der allgemeinen Giesserei- r-, schon seit langem benutzt wurde (vergleiche zum Beispiel U. S. A. Patent- schrift Nr. 198.852 vom Jahre 1878), um das Arbeiten mit getrockneten Sandformen, das teuer ist und fortlaufend gute Ergeb nisse doch nicht sicher verbürgt, zu vermei den, nämlich auf die Verwendung von nicht wässerigen Flüssigkeiten, insbesondere Koh lenwasserstoffölen, zum Bildsammachen des Sandes.
Ein Vorschlag dieser Art findet sich in der amerikanischen Patentschrift Nummer 1,363,384 (Bakken), wo die Verwendung solcher Bindemittel in Verbindung mit ge trocknetem Formsand, insbesondere auch für das Giessen von Magnesium beschrieben ist. Ein Verfahren gleicher Art ist Gegenstand des deutschen Patentes Nr. 376,789, in dessen Beschreibung verschiedene Formstoffe neben einander erwähnt sind, und zwar Sand, Kohlepulver, gebrannte Magnesia, garbo- rund, wasserfreie Tonerde, Schamottemehl und dergleichen.
Im Gegensatz zu diesen Versuchen, die die technische Entwicklung nicht beeinflusst haben, ist durch den Zusatz bestimmter Schutzstoffe zum Formsand ein Verfahren geschaffen worden, das für den Magnesium guss erhebliche technische Bedeutung erlangt hat.
Diese Arbeitsweise nahm ihren Ausgang von Vorkehrungen zur Verbesserung getrock neter Sandformen. Da auch bei Verwendung dieser teuren Formen an den Gussstücken nicht selten Brandstellen auftraten, wurde der Vorschlag gemacht, auf die getrocknete Sandform als Schlichte Stoffe aufzubringen, die das gemeinsame Kennzeichen haben, dass sie in Berührung mit dem geschmolzenen Me tall Gase oder Dämpfe abgeben, welche weder selbst noch in Form ihrer Oxydations produkte mit dem Magnesium reagieren (DRP 368906).
Auch dieses Verfahren hat die Technik nicht wesentlich bereichert, son dern nur mittelbar beeinflusst, indem sich hernach herausstellte, dass Stoffe dieser Art auch geeignet sind, die viel einfachere, aber bis dahin unausführbare Arbeitsweise des Vergiessens von Magnesium in feuchte Sand formen zu ermöglichen. In der deutschen Pa tentschrift Nr. 384137, in der dieses Verfah ren beschrieben ist, sind als Beispiele derar tiger Schutzstoffe elementarer Schwefel, Bi karbonate, Oxalate, Borsäure genannt, zu welchen Stoffen später noch Harnstoff hin zugekommen ist. In der Folge sind verschie dene Klassen von Schutzstoffen zu gleichem Zweck mit Erfolg verwendet werden.
Als Beispiele sind sind zu nennen: Ammoniumsalze im allgemeinen, Ammoniumfluorid, Ammo- niumbifluorid oder Salze, die Ammonium- fluorid in komplexer Form gebunden enthal ten, oder Mischungen von Ammoniumfluorid oder von solchen komplexen Salzen mit Stof fen saurer Natur, Borfluorwasserstoffsäure oder flüchtige Salze dieser Säure, Metallsili- kofluoride,
wie Natrium- oder Magnesium- silikofluorid und Metallfluoride.
Diesem Verfahren zum Giessen von Mag nesium in grüne Sandformen, das durch das Hinzukommen der von verschiedenen Sei ten als brauchbar erkannten weiteren Schutz stoffe wesentlich verbessert worden ist, haftet jedoch ein schwerwiegender Nachteil an. Die Wärmeleitfähigkeit des Formsandes ist zum Schaden der fein kristallinen Struktur und der damit zusammenhängenden mechanischen Eigenschaften der Gussstücke schon von Haiis aus gering.
Werden nun@verdampfende Zusatz stoffe, die beim Giessen des Metalles Gas polster zwischen die Gussform und das Guss- stück legen, dem Sand zugemischt oder als Schlichte auf die Oberfläche der Sandform aufgebracht, so wird dadurch die Abkühlung der Gussstücke derart verzögert, dass diese an stärkeren Stellen ein grobkristallines Ge füge aufweisen, und dass an Übergangsstellen von dickeren zu dünneren Querschnitten Haarrisse auftreten. Beide Erscheinungen be einflussen die mechanischen Eigenschaften der Erzeugnisse sehr ungünstig.
Die bekann ten Hilfsmittel, über die die Gusstechnik zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit verfügt (Einverleibung von fein verteilten, die Wärme gut leitenden Zusätzen in die Form stoffe, Verwendung von Formen mit Ab schreckplatten), steigern nicht nur die Kosten. sondern führen auch nicht mit Sicherheit zur regelmässigen Erzielung völlig befriedigender Ergebnisse. So besteht insbesondere beim Giessen in Formen mit Abschreckplatten die Gefahr, dass sich durch Kondensation von Wasserdampf auf diesen Platten am Guss- stück Brandstellen und Gussblasen bilden.
Das Verfahren gemäss der Erfindung zur Herstellung von verlorenen Formen für den Guss von Leichtmetallen und ihren Legie rungen besteht nun darin, dass man in Ver bindung mit Schutzstoffen, die das Giessen in Formen aus wasserhaltigem Formsand er möglichen, trockene kieselsäurearme Metall oxyde als Hauptformstoff verwendet, wobei diese Stoffe mit Hilfe von Kohlenwasser stoffölen in den bildsamen Zustand überge führt werden.
Als den Hauptformstoff bil dende Metalloxyde kommen sowohl die reinen Oxyde als auch oxydisohe Erze und Hütten erzeugnisse, zum Beispiel Magnesiumoxyd oder gebrannter hlagnesit, Chromoxyd oder Chromit, Bauxit, Puddelschlacke und der gleichen, somit auch alle Mineralien oder ogydischen Erze und metallurgischen Neben- Produkte in Betracht, die arm an Kieselsäure sind und Metalloxyde als wesentliche Be standteile enthalten.
Metalloxyde der ange gebenen Art haben eine wesentlich grössere Wärmeleitfähigkeit als Quarzsand; so ist zum Beispiel die Wärmeleitfähigkeit der Magnesia doppelt so gross als die des Sandes. Ferner ist auch die auf die Raumeinheit be zogene spezifische Wärme dieser Oxyde be- trächtlich höher als die des Quarzsandes.
Die nachfolgende Zahlentafel, in der A. die Wärmeleitfähigkeit, c die spezifische Wärme, 7 das Raumgewicht und<I>c</I> # <I>y</I> die spezifische Wärme, auf die Raumeinheit bezogen, be deuten, zeigt die Wärmeübergangszahlen von Quarzsand, Sintermagnesit und Chromit in Form gekörnter Pulver, die eine Minute ge- r üttelt worden sind.
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Material <SEP> <U>Kcal</U> <SEP> _ <SEP> <U>Kcal</U> <SEP> _ <SEP> kg <SEP> _ <SEP> <U>Kcal</U>
<tb> <B>3000</B> <SEP> h.m. <SEP> <SEP> C <SEP> 0-4000 <SEP> kg <SEP> # <SEP> <SEP> C <SEP> r <SEP> dm3 <SEP> <I>c <SEP> r</I> <SEP> dm3 <SEP> # <SEP> 0 <SEP> C
<tb> Quarzsand <SEP> 0,32 <SEP> 0,210 <SEP> 1,47 <SEP> 0,309
<tb> Sintermagnesit <SEP> 0,68 <SEP> 0,275 <SEP> 2,54 <SEP> 0,698
<tb> Chromit <SEP> 0,46 <SEP> 0,22 <SEP> 2,56 <SEP> 0,563 Dank dieser beträchtlichen Überlegenheit der angegebenen Formstoffe in bezug auf die W ärmeübergangseigenschaften wird den Gussstücken die Wärme so schnell entzogen, dass die mit der Verwendung von Schutz stoffen unvermeidlich verknüpfte Verzöge rung der Abkühlung sich nicht schädlich auswirken kann.
Hierzu kommt, dass zufolge der Verwendung von trockenen Formstoffen i Verbindung mit den nichtwässerigen Pla- D, t' stizierungsmitteln, also durch den praktisch vollkommenen Ausschluss von Wasser, mit besonderem Vorteil Schutzstof f e gewählt wer den können, die in Berührung mit dem ge schmolzenen Metall nur eine geringe Menge von Gasen und Dämpfen entwickeln oder nahezu unzersetzt bleiben, so dass die wesent lich kräftigere Abschreckwirkung des Form materials trotz der Gegenwart der Schutz stoffe fast ungeschwächt zur Geltung kommt. Die Möglichkeit, mit solchen Schutzstoffen auszukommen, ist auch in anderer Hinsicht wertvoll.
Die Verarmung des Formmaterials an Schutzstoff, die mit der reichlichen Ent wicklung von Gasen und Dämpfen unver meidlich verbunden ist, bedeutet nicht nur eine Verteuerung durch den Mehrverbrauch an Zusatzmitteln, sondern bringt auch eine unliebsame Unsicherheit mit sich, indem beim Giessen Ausschussstücke mit Brandstellen <B>USW.</B> entstehen können, weil der Gehalt an Schutzstoff schon unter das zulässige Mass gesunken ist.
Als Folge der Kornverfeinerung und Ver meidung von Haarrissen wird eine überra schende Verbesserung der mechanischen Eigenschaften erzielt. Zur Beleuchtung dieses Fortschrittes mögen die nachfolgend wieder gegebenen Ergebnisse von Versuchen dienen, bei denen die Festigkeitseigenschaften von Zerreissstäben, die in feuchte Sandformen mit einem Zusatz von 5 % Schwefel gegossen wurden, mit denen von Stäben verglichen werden,
welche in kohlenwasserstoffölgebun- denen Sintermagnesitformen und gleicharti gen Chromitformen mit einem Zusatz von .\2 % Ammoniumfluorid aus der gleichen Schmelze unter gleichen Bedingungen herge stellt worden sind. Ammoniumfluorid, das bei der Giesstemperatur grosse Mengen von Gasen abgibt, also durchaus nicht zu den bevorzugten Schutzstoffen im oben erwähn ten Sinne gehört, wurde bei diesen Ver gleichsversuchen gewählt, um die Überlegen heit des Verfahrens besonders zu veranschau lichen.
Es wurden Zerreissstäbe mit 17, 20, 22 und 27 mm Durchmesser gegossen und diese auf 16 und 18 mm abgedreht. F ist die Festigkeit in Kilogramm/mm s, D die Deh nung in Prozenten.
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Querschnitte <SEP> der <SEP> Gussstäbe <SEP> 17 <SEP> mm <SEP> 20 <SEP> mm <SEP> 22 <SEP> mm <SEP> 27 <SEP> mm
<tb> F <SEP> D <SEP> F <SEP> I <SEP> D <SEP> F <SEP> D <SEP> F <SEP> <B>#</B> <SEP> D
<tb> Quarzsand <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 16,4 <SEP> 6,2 <SEP> 15,7 <SEP> 5,8 <SEP> 15,1 <SEP> 5,1 <SEP> 13,7 <SEP> 4,5
<tb> Sic)termagnesit <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 19,9 <SEP> 9,5 <SEP> 18,3 <SEP> 7,8 <SEP> 17,3 <SEP> 7,0 <SEP> 15,8 <SEP> 5,8
<tb> Chromit <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 1.9,2 <SEP> 8,6 Es zeigt sich, dass die in Sintermagnesitfor- men gegossenen Stäbe die höchsten mecha nischen Werte aufweisen, denen die Werte der in Chromit gegossenen Stäbe ziemlich nahekommen, während den in grüne Sand formen gegossenen Stäben wesentlich gerin gere Festigkeits- und Dehnungszahlen ent sprechen.
Dabei ergibt sich noch der nicht geringe Vorteil giessereitechnischer Natur, dass beim Verfahren gemäss der Erfindung die angegebenen Ergebnisse mit sehr kleinen Steigern erzielt werden; mit grünem Sand werden selbst bei einer Vergrösserung der auf die Köpfe der Zerreissstäbe aufgesetzten Steiger um<B>50%</B> die erfindungsgemäss erziel ten Werte nicht erreicht.
Mit dem durch die Zusammenwirkung der Teilmassnahmen des Verfahrens zustandekom- menden Fortschritt geht einher, dass auch die Übelstände vermieden sind, die bei Sandfor men aus dem hohen Kieselsäuregehalt des Sandes entspringen. Insbesondere Magnesium und Magnesiumlegierungen sind gegen die Kieselsäure des Sandes chemisch nicht indif ferent.
Da es sich im Giessereibetrieb nicht mit völliger Sicherheit vermeiden lässt, dass an Steigern und Eingüssen Formsand haften bleibt, so gelangt beim Wiedereinschmelzen der Steiger und Eingüsse aus diesem Form sand Kieselsäure in das Metall, wodurch es zur Bildung von Siliziden kommt, die das Metall schädlich beeinflussen.
Auch diese Nachteile, die der Beachtung bisher ent gangen sind, indem zum Beispiel zur Her stellung von Formen für den Magnesiumguss Formsand mit hohem Kieselsäuregehalt be vorzugt worden ist (vergleiche Irresberger, Giesserei-Zeitung, XIX, 1922, Seite 600; DRP" 56'l 823, Seite 1, Zeile 56), sind durch die Wahl der angegebenen kieselsäurefreien oder kieselsäurearmen Formstoffe beseitigt.
Unter den Schutzstoffen, die zufolge ver miedener oder verminderter Gasentwicklung für das Verfahren vorzugsweise in Betracht kommen, haben sich als besonders geeignet solche erwiesen, die durch Abspaltung von gasförmigen Fluorverbindungen mit dem zu giessenden Metall Fluoride bilden, so dass sie also gegen das Metall keineswegs indifferent sind.
Hierfür kommen in erster Linie die Me- tallsilikofluoride in Betracht und unter die sen insbesondere das Natrium- und Mag nesiumsilikafluorid, die sich bei der Erhit zung teilweise in Metallfluorid und Sili- ziumtetrafluoridspalten. Dieses letztere wirkt zum Beispiel auf Magnesium unter Bildung eines hauchdünnen Überzuges von Magne- siumfluorid ein.
Ein Zusatz von 3 % Na- triumsilikofluorid zu kohlenwasserstoffölge- bundenen Magnesitformen ergibt einen voll kommen sicheren Schutz. Eine noch bessere Schutzwirkung erhält man beim Zusatz von 1lagnesiumsilikofluorid zum Formstoff, von welchem Salz schon 1 % genügt, um ohne jede zusätzliche Massnahme vollkommen einwand freie Gussstücke zu erzielen.
Auch die Bor- fluoride sind für das Verfahren als Schutz stoffe tauglich; sie sind jedoch wesentlich teurer als die Metallsilikofluoride. Die be sondere Wirkung solcher das Magnesium an greifender Schutzstoffe, durch die ein Gas polster nicht erzeugt wird, beruht auf der Vergrösserung der Oberflächenspannung des schmelzflüssigen Metalles. So fliesst beispiels weise Magnesium in Berührung mit Form wänden, welche die angegebenen Schutzstoffe enthalten oder abgeben, ganz anders als in Berührung mit andern Formwänden.
Wäh- send sich sonst beim Giessen ein Strahl bildet, der sich nach Art des Wassers mit gekräusel ter Oberfläche fortbewegt und daher die leb hafte Neigung zeigt, schwarz zu werden und zu brennen, nimmt die Oberfläche des Guss- strahls in Berührung mit solchen Formen eine Beschaffenheit an, die sich am besten durch den Vergleich mit der glatten Ober fläche einer Quecksilberkuppe veranschau lichen lässt. Hierdurch ist die Neigung des Magnesiums zur Bildung von Verbindungen mit Sauerstoff und Stickstoff und zur Ent zündung aufgehoben.
Diese veränderte Art des Fliessens. die also ganz sinnfällige Vor teile mit sich bringt, lässt sich gerade nur mit Schutzstoffen erzielen, die mit dem Magne sium in Reaktion treten. Besonders vorteil haft ist die Anwendung solcher Schutzstoffe, welche auf dem vergossenen Metall einen korrosionsbeständigen Überzug bilden. Diese Eigenschaft kommt allen oben aufgezähl ten Schutzstoffen zu.
LTm die Mischung der trockenen Form stoffe mit dem nichtwässerigen Plastizie- rungsmittel zu erleichtern, und gleichzeitig einen höheren Grad von Plastizität zu errei chen, kann man andere kieselsäurearme Form materialien bekannter Art mitverwenden, die befähigt sind, gewissermassen als Bindemittel für den Hauptformstoff zu dienen. Es kön nen Zusätze anorganischer Art, wie Ton, Bauxit, mit gleichem Vorteil verwendet wer den wie solche organischer Art, wie Kohlen pulver oder Graphit. In jedem Fall muss aber der Anteil an kieselsäurearmen Metalloxyd überwiegen, vorzugsweise soll er nicht unter 90 % liegen.
Durch Zusammensetzung des Hauptform- materials oder der Zusatzmaterialien oder beider aus gröberen und feineren Anteilen kann die Plastizierung des Formmaterials weiterhin geregelt werden. Eine solche Zu sammensetzung des Formmaterials bietet ausserdem die Möglichkeit, die Beschaffen heit der Formen den Erfordernissen des Gus ses anzupassen.
Im Grenzfall wird das Form material aus grobdispersen Anteilen und An teilen von kolloidem Dispersitätsgrad zu- sammengesetzt. In dieser Weise kann der Zu satz fremder Materialien zu dem Wärme gut leitenden Formstoff ganz vermieden werden, indem man an Stelle fester Stoffe von ande rer Art zur Erhöhung der Bildsamkeit Ge mische verwendet, die einen kleineren oder grösseren Anteil dieses Formstoffes in kolloi dem Zustande, und zwar zweckmässig in Form eines geeigneten Organosols, enthalten.
<I>Beispiel 1:</I> Sintermagnesit der ungefähren Zusam mensetzung 85-90% Mg0, 3-5% Kiesel säure, 3-4 % Eisenoxyd, 1 % Aluminium- oxyd, 1-3 % galziumogyd wird in einer Korngrösse von 0-0,5 mm mit 4 % Ton und 1 % Steinkohle von ungefähr gleicher Kör nung gemischt und mit Hilfe eines asphal- tischen Erdöls oder eines künstlichen Ge misches von Kohlenwasserstoffölen mit Bitu men in der Menge von etwa 3 % des Ganzen bildsam gemacht,
wobei dem Gemisch als Schutzstoff entweder 3 % Natrium-Siliko- fluorid oder 1 % Magnesium-Silikofluorid zugesetzt wird. Die Form wird aus die ser Masse in der üblichen Weise herge stellt und ihre Oberfläche beispielsweise mit einer alkoholischen Suspension von Na- trium-Silikofluorid oder Magnesium-Siliko- f luorid in Spiritus oder mit Graphit, ge schlichtet oder mit einem dieser Schutzstoffe bestäubt. Das Giessen vollzieht sich bei den üblichen Temperaturen.
<I>Beispiel 2:</I> An Stelle von Sintermagnesit wird als Hauptformstoff in dem im Beispiel 1 ange gebenen Gemisch Chromit der ungefähren Zusammensetzung 40 - 50 % Chromoxyd, 14 % Eisenoxyd, 14 % Aluminiumoxyd, 14 Magnesiumoxyd, 7 % Kieselsäure in gleicher Körnung verwendet. Im übrigen bleibt die Vorschrift des ersten Beispiels unverändert.
Es ist bekannt, Formmassen zum Giessen von Flussstahl oder Flusseisen aus einem Ge menge eines an gebundener und freier Kiesel säure sehr armen basischen Materials mit Bindemitteln herzustellen. Insbesondere ist gebrannter Magnesit als geeignetes Material empfohlen worden. Als Formstoff für den Eisen- oder Stahlguss ist die Magnesia kiesel säurehaltigen Formmassen durch ihre grössere Feuerfestigkeit überlegen, indem sie, im Gegensatz zu den Silikaten des Sandes, bei den Giesstemperaturen des Flusseisens oder -stahls nicht schmilzt und daher keine leicht flüssigen Schlacken bildet.
Es soll also beim Stahlguss durch die Verwendung von Magne- sit als Hauptformstoff die Bildung von leichtflüssigen Silikatschlacken vermieden werden. Hingegen vollzieht sich das Giessen von Leichtmetallen bei Temperaturen, die weit unter dem Schmelzpunkt der Silikate des Sandes liegen. Die Anforderungen an die Beschaffenheit des Formstoffes sind daher in wesentlicher Hinsicht verschieden.
Die durch die vorliegende Erfindung erzielte Verbesserung der mechanischen Eigenschaf ten bei Leichtmetallen konnte aus der An wendung von Magnesia als Formmasse für Stahlguss um so weniger abgeleitet werden, als, wie schon erwähnt wurde, Sand mit hohem Kieselsäuregehalt bis in die jüngste Zeit als Formmaterial für den Guss von leicht ogy- dierbaren Metallen, wie Magnesium, bevor zugt worden ist. .
Process for the production of lost forms for the benefit of light metals and their alloys. The invention relates to a process for the production of lost molds for the casting of light metals, in particular magnesium and aluminum and their alloys.
As far as lost forms come into consideration, sand molds are generally used for casting light metals and light metal alloys. However, the presence of water gives rise to considerable difficulties in that, in particular, magnesium and high-percentage magnesium alloys react explosively in the molten state with water or water vapor. To overcome these difficulties, the relevant technology has hit two paths running side by side.
It was initially resorted to a means that had been used in general foundries for a long time (see, for example, USA patent specification No. 198.852 from 1878) to work with dried sand molds, which is expensive and consistently good results but not guaranteed to avoid, namely the use of non-aqueous liquids, in particular hydrocarbon oils, to collect images of the sand.
A proposal of this type is found in American patent number 1,363,384 (Bakken), where the use of such binders in connection with ge dried molding sand, in particular for the casting of magnesium is described. A process of the same kind is the subject of German Patent No. 376,789, in the description of which various molding materials are mentioned next to one another, namely sand, carbon powder, burnt magnesia, garbo-round, anhydrous clay, fireclay flour and the like.
In contrast to these attempts, which have not influenced technical development, the addition of certain protective substances to the molding sand has created a process that has gained considerable technical importance for magnesium casting.
This way of working started from precautions to improve dry sand molds. Since burns often occurred on the castings even when these expensive molds were used, the proposal was made to apply substances to the dried sand mold as sizing that have the common characteristic that they emit gases or vapors in contact with the molten metal do not react with the magnesium either by themselves or in the form of their oxidation products (DRP 368906).
This process did not significantly enrich the technology either, but only influenced it indirectly, in that it subsequently turned out that substances of this type are also suitable for enabling the much simpler, but previously impracticable, method of casting magnesium in moist sand molds. In the German Patent No. 384137, in which this method is described, elemental sulfur, bi-carbonates, oxalates, boric acid are mentioned as examples of such protective substances, to which substances urea was added later. As a result, different classes of protective substances can be used with success for the same purpose.
Examples include: ammonium salts in general, ammonium fluoride, ammonium bifluoride or salts containing bound ammonium fluoride in complex form, or mixtures of ammonium fluoride or such complex salts with substances of an acidic nature, hydrofluoric acid or volatile salts thereof Acid, metal silicofluoride,
such as sodium or magnesium silicofluoride and metal fluoride.
This method of pouring magnesium into green sand molds, which has been significantly improved by the addition of other protective substances recognized by various sides as useful, has a serious disadvantage. The thermal conductivity of the molding sand is already low from Haiis, to the detriment of the finely crystalline structure and the associated mechanical properties of the castings.
If evaporating additives, which place gas cushions between the casting mold and the casting when the metal is poured, are mixed with the sand or applied as a coating to the surface of the sand mold, the cooling of the castings is delayed in such a way that they thicker areas have a coarsely crystalline structure and that hairline cracks occur at transition points from thicker to thinner cross-sections. Both phenomena have a very unfavorable influence on the mechanical properties of the products.
The well-known aids that casting technology has to increase thermal conductivity (incorporation of finely distributed additives that conduct heat well into the mold materials, use of molds with chill plates) not only increase costs. but also do not lead with certainty to the regular achievement of completely satisfactory results. For example, when casting in molds with quenching plates, there is a risk that burns and bubbles will form on the casting due to the condensation of water vapor on these plates.
The method according to the invention for the production of lost molds for the casting of light metals and their alloys is now based on using dry, low-silica metal oxides as the main molding material in connection with protective substances that allow casting in molds made of water-containing molding sand, these substances are converted into the plastic state with the help of hydrocarbon oils.
The metal oxides forming the main molding material are pure oxides as well as oxydic ores and metallurgical products, for example magnesium oxide or burnt hlagnesite, chromium oxide or chromite, bauxite, puddle slag and the like, thus also all minerals or Ogydic ores and metallurgical by-products Consider that are poor in silica and contain metal oxides as essential components.
Metal oxides of the type indicated have a much greater thermal conductivity than quartz sand; for example, the thermal conductivity of magnesia is twice as high as that of sand. Furthermore, the specific heat of these oxides related to the unit of space is considerably higher than that of the quartz sand.
The following table of figures shows A. the thermal conductivity, c the specific heat, 7 the density and <I> c </I> # <I> y </I> the specific heat in relation to the unit of space the heat transfer coefficients of quartz sand, sintered magnesite and chromite in the form of granular powders that have been shaken for one minute.
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Material <SEP> <U> Kcal </U> <SEP> _ <SEP> <U> Kcal </U> <SEP> _ <SEP> kg <SEP> _ <SEP> <U> Kcal </U>
<tb> <B> 3000 </B> <SEP> h.m. <SEP> <SEP> C <SEP> 0-4000 <SEP> kg <SEP> # <SEP> <SEP> C <SEP> r <SEP> dm3 <SEP> <I> c <SEP> r </ I > <SEP> dm3 <SEP> # <SEP> 0 <SEP> C
<tb> Quartz sand <SEP> 0.32 <SEP> 0.210 <SEP> 1.47 <SEP> 0.309
<tb> sintered magnesite <SEP> 0.68 <SEP> 0.275 <SEP> 2.54 <SEP> 0.698
<tb> Chromite <SEP> 0.46 <SEP> 0.22 <SEP> 2.56 <SEP> 0.563 Thanks to this considerable superiority of the specified molding materials with regard to the heat transfer properties, the heat is extracted from the castings so quickly that the The delay in cooling, which is inevitably associated with the use of protective substances, cannot be harmful.
In addition, as a result of the use of dry molding materials in combination with the non-aqueous plasticizing agents, i.e. through the practically complete exclusion of water, protective materials that come into contact with the molten metal can be selected with particular advantage only a small amount of gases and vapors develop or remain almost undecomposed, so that the considerably more powerful deterrent effect of the molding material is almost undiminished despite the presence of the protective substances. The ability to get by with such protective substances is valuable in other ways too.
The depletion of the protective material in the molding material, which is inevitably associated with the abundant development of gases and vapors, not only increases the price due to the additional consumption of additives, but also brings with it an unpleasant uncertainty, as rejects with burn marks <B. > ETC. </B> can arise because the content of protective substances has already fallen below the permissible level.
As a result of the grain refinement and avoidance of hairline cracks, a surprising improvement in the mechanical properties is achieved. To illuminate this progress, the following results of tests may serve, in which the strength properties of tear bars, which were poured into moist sand molds with an addition of 5% sulfur, are compared with those of bars,
which have been produced from the same melt under the same conditions in sintered magnesite forms bonded with hydrocarbons and similar chromite forms with an addition of .2% ammonium fluoride. Ammonium fluoride, which emits large amounts of gases at the casting temperature, so it is by no means one of the preferred protective substances in the sense mentioned above, was chosen in these comparative tests in order to particularly illustrate the superiority of the process.
Tear bars with a diameter of 17, 20, 22 and 27 mm were cast and these were turned to 16 and 18 mm. F is the strength in kilograms / mm s, D is the elongation in percent.
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Cross-sections <SEP> of the <SEP> cast rods <SEP> 17 <SEP> mm <SEP> 20 <SEP> mm <SEP> 22 <SEP> mm <SEP> 27 <SEP> mm
<tb> F <SEP> D <SEP> F <SEP> I <SEP> D <SEP> F <SEP> D <SEP> F <SEP> <B> # </B> <SEP> D
<tb> Quartz sand <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 16.4 <SEP> 6.2 <SEP> 15.7 <SEP> 5.8 <SEP> 15.1 <SEP> 5.1 <SEP> 13.7 <SEP> 4.5
<tb> Sic) termagnesit <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 19.9 <SEP> 9.5 <SEP> 18.3 <SEP> 7.8 <SEP> 17.3 <SEP> 7.0 <SEP> 15.8 <SEP> 5.8
<tb> Chromite <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>.
<SEP> 1.9,2 <SEP> 8.6 It turns out that the rods cast in sintered magnesite molds have the highest mechanical values, which are fairly close to the values of the rods cast in chromite, while the rods cast in green sand molds Significantly lower strength and elongation coefficients correspond.
This has the not insignificant advantage of the foundry nature that in the method according to the invention the stated results are achieved with very small increases; With green sand, the values achieved according to the invention are not achieved even if the risers placed on the heads of the tear rods are increased by <B> 50% </B>.
The progress made through the interaction of the partial measures of the process goes hand in hand with avoiding the inconveniences that arise in sand molds from the high silica content of the sand. Magnesium and magnesium alloys in particular are not chemically indifferent to the silica in the sand.
Since it cannot be completely avoided in the foundry that molding sand adheres to risers and sprues, when remelting the riser and sprues from this mold sand silica gets into the metal, which leads to the formation of silicides which are harmful to the metal influence.
These disadvantages, too, which have escaped attention so far, for example by using molding sand with a high silica content for the manufacture of molds for magnesium casting (compare Irresberger, Giesserei-Zeitung, XIX, 1922, page 600; DRP "56 ' l 823, page 1, line 56), are eliminated by the choice of the specified silica-free or low-silica molding materials.
Among the protective substances that are preferably considered for the process as a result of avoided or reduced gas evolution, those which have proven to be particularly suitable are those which form fluorides with the metal to be cast by splitting off gaseous fluorine compounds, so that they are by no means indifferent to the metal are.
For this purpose, the metal silicofluorides come into consideration in the first place, and among these in particular sodium and magnesium silicofluoride, some of which split into metal fluoride and silicon tetrafluoride when heated. The latter has an effect on magnesium, for example, with the formation of an extremely thin coating of magnesium fluoride.
An addition of 3% sodium silicofluoride to hydrocarbon oil-bound magnesite forms provides completely reliable protection. An even better protective effect is obtained by adding magnesium silicofluoride to the molding material, of which 1% salt is sufficient to achieve perfectly flawless castings without any additional measures.
The boron fluorides are also suitable as protective substances for the process; however, they are much more expensive than the metal silicofluorides. The special effect of such protective substances attacking the magnesium, by which a gas cushion is not generated, is based on the increase in the surface tension of the molten metal. For example, magnesium flows in contact with mold walls that contain or release the specified protective substances, very differently than in contact with other mold walls.
Whereas otherwise a jet is formed when pouring, which moves like water with a rippled surface and therefore shows the lively tendency to turn black and burn, the surface of the pouring jet takes on contact with such shapes Texture that can best be illustrated by comparing it to the smooth surface of a mercury dome. This eliminates the tendency of magnesium to form compounds with oxygen and nitrogen and to ignite.
This changed way of flowing. The advantages that are quite obvious can only be achieved with protective substances that react with magnesium. The use of protective substances that form a corrosion-resistant coating on the cast metal is particularly advantageous. All protective substances listed above have this property.
In order to facilitate the mixing of the dry molding materials with the non-aqueous plasticizing agent, and at the same time to achieve a higher degree of plasticity, other low-silica molding materials of a known type can also be used, which are able to serve as binders for the main molding material. Additions of an inorganic type, such as clay, bauxite, can be used with the same advantage as those of an organic type, such as coal powder or graphite. In any case, however, the proportion of low-silica metal oxide must predominate; it should preferably not be below 90%.
By composing the main molding material or the additional materials or both from coarser and finer proportions, the plasticization of the molding material can still be regulated. Such a composition of the molding material also offers the possibility of adapting the nature of the molds to the requirements of the casting.
In the borderline case, the molding material is made up of coarsely dispersed fractions and fractions of a colloidal degree of dispersion. In this way, the addition of foreign materials to the mold material, which is a good conductor of heat, can be completely avoided by using, in place of solid substances of other types to increase the plasticity, mixtures which contain a smaller or larger proportion of this molding material in colloidal state, and expediently in the form of a suitable organosol.
<I> Example 1: </I> Sintered magnesite with the approximate composition 85-90% Mg0, 3-5% silicic acid, 3-4% iron oxide, 1% aluminum oxide, 1-3% galaxy is in a grain size of 0-0.5 mm mixed with 4% clay and 1% hard coal of approximately the same grain size and made malleable with the help of an asphaltic petroleum or an artificial mixture of hydrocarbon oils with bitumen in an amount of about 3% of the whole,
either 3% sodium silicofluoride or 1% magnesium silicofluoride is added to the mixture as a protective substance. The mold is made from this mass in the usual way and its surface is coated, for example, with an alcoholic suspension of sodium silicofluoride or magnesium silicofluoride in alcohol or with graphite, or dusted with one of these protective substances. The pouring takes place at the usual temperatures.
<I> Example 2: </I> Instead of sintered magnesite, the main molding material used in the mixture given in Example 1 is chromite with the approximate composition 40 - 50% chromium oxide, 14% iron oxide, 14% aluminum oxide, 14% magnesium oxide, 7% silica in same grain size used. Otherwise the rule of the first example remains unchanged.
It is known to produce molding compounds for casting mild steel or mild iron from an amount of a very poor basic material with binders in bound and free silicic acid. In particular, burnt magnesite has been recommended as a suitable material. As a molding material for iron or steel casting, magnesia silica is superior to acidic molding compounds due to its greater fire resistance, in that, unlike the silicates in sand, it does not melt at the casting temperatures of mild iron or steel and therefore does not form any easily liquid slag.
In the case of steel casting, the use of magnesium as the main molding material should avoid the formation of low-viscosity silicate slags. On the other hand, light metals are poured at temperatures well below the melting point of the silicates in the sand. The requirements for the nature of the molding material are therefore different in important respects.
The improvement in the mechanical properties achieved by the present invention in light metals could be derived from the use of magnesia as a molding compound for cast steel all the less than, as has already been mentioned, sand with a high silica content until recently as a molding material for the Casting of easily castable metals, such as magnesium, has been added before. .