DE2133585A1

DE2133585A1 - Verfahren zur Herstellung von Gieße reiformen und kernen, ausgehend von einer fließfähigen selbsthartenden Sandmasse

Info

Publication number: DE2133585A1
Application number: DE19712133585
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Centre Technique des Industries de la Fonderie
Current assignee: Centre Technique des Industries de la Fonderie
Priority date: 1970-07-07
Filing date: 1971-07-06
Publication date: 1972-01-20
Also published as: CA980084A; FR2096863A1; FR2096863B1; BE769542A; DE2133585B2; LU63468A1; NL7109384A; DE2133585C3; GB1361027A; IT939309B; SU535889A3

Description

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Patentanwälte
Rlpl.-Ing. R. B E E T Z sen.
DIpl-lng. K. LAMPRECHT

Dr.-Ing. R. BEETZJr.
§ München 22, Steinsdorfetr. 10

96-17 252P 6.7-1971

CENTRE TECHNIQUE DES INDUSTRIES DE LA FONDERIE Paris (Frankreich)

VENDEL-SIDELOR, H a y a η g e (Frankreich)

S. A. INDUSTRIES CHIMIQUES DE VOREPPE V ο r e ρ ρ e (is^re), (Frankreich)

Verfahren zur Herstellung von Gießereiformen und -kernen, ausgehend von einer fließfähigen selbsthärtenden Sandmasse

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Gießereiformen und -kernen, ausgehend von einer selbsthärtenden fließfähigen Sandmasse aus temperaturfestem Sand, einem Bindemittel, einem Härtungsmittel für den Binder, einer Flüssigkeit und einem oberflächenaktiven Mittel.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren soll die mechanische Festigkeit der Formen bzw. Kerne erhöht werden.

96-(H 4562 cas 34 + 34a)-Nö-r (7)

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Nach, den bekannten Verfahren zur Herstellung von Gießformen wird temperaturfester Sand, Bindemittel, Härter für das Bindemittel, Flüssigkeit und oberflächenaktives Mittel miteinander gemischt und unverzüglich zur Erzeugung eines fließfähigen Schaumes durchgearbeitet. Die fließfähige Mischung wird in eine das Modell des zu erzeugenden Teils ent haltende oder den Kernabdruck bildende Aufnahme geschüttet. Die Härtung der Mischung findet dann in einer relativ kurzen Zeit statt, so daß die Formbehälter innerhalb kurzer Zeit wieder betätigt werden -können bzw» zur Verfügung ste- % hen. Die Festigkeit der Form wächst bis zu einem solchen Wert weiter an, daß sie bzw. der Kern ahme merkliche Deformation dem metallostatischen Druck eines eingebrachten Metalls bzw, einer eingegossenen Metallegierung widerstehen können.

Die vorstehend angeführten bekannten flüssigen Sande sind in dem Sinn vom selbsthärtenden Typ, daß für ihre Härtung bzw. Verfestigung keine Mitwirkung äußerer Mittel, wie Wärme, Kohlendioxyd oder anderer erforderlich ist.

Die bekannten selbsthärtenden flüssigen Sande können . je nach Art ihrer Bestandteile in verschiedene Kategorien " eingeteilt werden. Einige dieser Sande enthalten als Bindemittel Natriumsilicat und in diesem Falle kann das Härtungsmittel beispielsweise, wenn es fest ist, durch folgende Substanzen gebildet werden:

Silicium oder Ferro-Silicium Zement Calciumsulfat oder Anhydrit Mangancarboiiat Ferrochromschlacke Hochofenschlacke

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oder - wenn es flüssig ist - durch:

Äthylacetat oder -silicat Glykolsäure
Polyalkohole.

Andere flüssige selbsthärtende Sande enthalten ein hydraulisches Bindemittel, das durch

Zeeent
Hochofenschlacke

gebildet werden kann.

Andere selbsthärtende flüssige Sande enthalten organische Bindemittel, wie synthetische Harze oder eine Mißchung letzterer «it mineralischen Bindern.

Alle diese bekannten Verfahren verfolgen die nachstehend genannten Zwecke:

- Füllung der Aufnahme durch einfaches Eingießen, d. h. ohne Einpreßvorgänge durch Fließfähigmachen des Sandes
durch Schaumbildung;

- eine genügende Verfestigung des Sandes in möglichst kurzer Zeit, um das Modell oder den Kernabdruck ohne große Verzögerung wieder zur Verfügung zu haben;

- die Erzeugung einer Form oder eines Kernes mit ausreichender mechanischer Festigkeit in einer mit den Erfordernissen einer Fabrikation in Einklang stehenden Zeitdauer, so daß die durch die Handhabung bedingten Krafteinwir-

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kungen sowie der metallostatische Druck des eingegossenen Metalls bzw, der Legierung ausgehalten v/erden können;

- Erzeugung einer optimalen Porosität in der Form bzw. im Kern für die Abführung von Gasen während des Gusses von Metall oder MetalJ egi erungen;

- die Erzielung einer solchen Beschaffenheit der Form, daß sich der Sand nach dem Gießformen des Teils leicht "ablöst", in dem Sinne, daß der an der Oberfläche des Guß-Stückes haftende oder in zurückspringenden oder verengten Teilen desselben "verkeilte" Sand durch übliche Mittel abgetrennt bzw. abgestoßen werden kann.

Mit den bekannten Verfahren ist es nun nicht möglich, alle diese Ziele gleichzeitig zu erreichen. Darüber hinaus sind sie mit verschiedenen Mangeln behaftet.

Ein primärer Mangel besteht darin, daß die erhaltenen Formen oder Kerne keine ausreichende mechanische Festigkeit besitzen, und zwar weder in der Kälte (10 daN/cm nach 2k Stunden bei den diesbezüglich besten bekannten Verfahren), noch in der Wärme (2,5 daN/cm bei 1200 °C nach diesem bekannten Verfahren). Wenn nun die Höhe des herzustellenden Teiles und mithin der metallostatische Druck des eingegossenen Metalls bei der Gießformung relativ hoch sind, wird die Form an der Basis deformiert, und das untere Ende des Gußstücks zeigt an dieser Stelle eine Ausbuchtung. Darüber hinaus wird die Form bei Verwendung für Gußeisen, wo bei der Graphitbildung eine Aufweitung des Gitters stattfindet, ebenfalls deformiert. In allen diesen Fällen ist man gezwungen, erhebliche Angüsse vorzusehen, um Lunkerbildungen zu vermeiden.

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Im übrigen ist festzustellen, daß trotz der zahlreichen und umfangreichen Arbeiten niemals das Ziel einer Erhöhung der mechanischen Festigkeit der nach den bekannten Verfahren erhaltenen Formen oder Kerne erreicht wurde, gleichgültig welche physikalischen Mittel, wie Druck, Vibrationen, Stöße bzw. Erschütterungen usw., eingesetzt wurden, d. h. Mittel, die üblicherweise bei nichtflüssigen Sanden wirksam sind.

Ein zweiter Mangel ist darin zu sehen, daß die Schaumblasen erst lange Zeit nach Beginn der Härtung des Sandes zerplatzen, wodurch dei¹ Oberf lächenzus tand der Form, insbesondere derjenigen Teile, die mit dem geschmolzenen Metall in Berührung kommen, schlecht ist. Um eine gute Oberfläche des Gußstücks zu erreichen, muß die Formoberfläche daher mit einem Tonschlamm oder Schlicker hachbehandelt werden, wobei die kleinen Oberflächenlöcher und -Unebenheiten verschmiert werden. Eine solche Behandlung ist jedoch ungünstig, denn zum einen ist der Schlicker teuer, und zum anderen leidet die Präzision der Form, was in einigen Fällen einen ernsthaften Mangel bedeuten kann, da durch diese Nachbehandlung unkontrollierte Dickenänderungen verursacht werden können.

Ein dritter Nachteil einiger der bekannten Verfahren besteht darin, daß die erhaltenen Formen bzw. der Kern nicht oder auf alle Fälle nicht genügend durchlässig sind, um eine ausreichende Abführung der Gase während des Gusses von Metall oder Metallegierungen zu ermöglichen.

Ein vierter Nachteil von einigen bekannten Verfahren besteht darin, daß die Zeitdauer zur Verfestigung der Form bzw. des Kerns vor ihrer Verlagerung an den Gießplatz zu lang· ist, wenn nicht der Anteil an Beschleuniger übermäßig erhöht wird.

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Ziel, der Erfindung ist daher die Beseitigung dieser Mängel und vor allem eine Steigerung der mechanischen Festigkeit der Formen und Kerne in der Kälte und Wärme in einem erheblichen Ausmaß»

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß man der Sandmasse zur Erhöhung ihrer Dichte nach dem Vergießen ein oberflächenaktives Mittel zusetzt, das einen Schaum erzeugt, dessen Lebensdauer (d. h. Zeit, bevor er beginnt zusammenzufallen) geringer ist als die Zeit bis zum Beginn der Härtung des Sandes.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Formen und Kerne könnenohne irgendeine Deformation sehr hohe metallostatische Drucke aushalten, und sie widersetzen sich insbesondere wirksam jeder Expansion des gegossenen Metalls bzw. der Legierung, so daß die Präzision des erhaltenen Gußstückes, selbst wenn es aus graphitischem Gußeisen besteht, erhalten bleibt und die Kompaktierung bzw. Verdichtung dieses Stückes erhöht ist, was sich in einer merklichen Zunahme der Dichte äußert. Wenn dagegen eine geringere Festigkeit ausreicht, können die Materialkosten vermindert werden, indem die Menge an eingebautem Bindemittel vermindert wird. Auf alle Fälle kann die für die Bildung der Form oder des Kerns notwendige Menge an flüssigem Sand geringer sein, so daß die relativen Herstellungskosten für diesen gesenkt werden können.

Die Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Form wird darüber hinaus unter Erzeugung einer automatischen Abdichtung von Oberflächenlöchern vor der Verfestigung des Sandes erreicht, so daß der Oberflächenzustand der Form oder des Kernes gut genug ist, so daß die Anwendung

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von Schlicker vermieden oder auf alle Fälle die erforderliche Menge des letzteren erheblich vermindert werden kann« Dieses Ziel wird ebenfalls unter systematischer Erzeugung einer Permeabilität der Form oder des Kerns erreicht, die zumindest gleich derjenigen von kieseltonartigen Sauden ist.

Schließlich werden diese Vorteile unter erheblicher Verminderung der Zeitdauer für die Verfestigung des flüssigen Sandes erreicht, so daß die Blockierung der Modelle und Kernabgüsse auf ein Minimum reduziert ist und der Gießvorgang möglichst rasch erfolgen kann.

Gemäß einer besonders bevorzugten Durchführungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Dichte des Sandes noch dadurch erhöht, daß er zwischen dem Zeltpunkt, an dem er permeabel wird und dem Zeitpunkt, wo die Härtung beginnt, einem Druck und/oder wiederholten mechanischen Belastungen ausgesetzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren findet bei allen selbsthärtenden flüssigen Sanden Anwendung und insbesondere bei den weiter oben im Zusammenhang Mit dem bekannten Stand der Technik angegebenen Sanden.

Ein oberflächenaktives Mittel muß - wenn es gemäß der Erfindung verwendbar sein soll - zum einen die Fluidisierung der Sandmischung gestatten und nn anderen zu einen Schaum führen, dessen Lebensdauer (oder Stabilität) derart ist, daß der Schaum vollständig oder zumindest in einen starken Maße vor dem ] brochen wird.

Maße vor dem Beginn der ärtung des Sandes zerstört bzw. ge-

FUr zahlreiche oberflächenaktive Mittel wurden zum einen die oberflächenaktiven Eigenschaften und zum anderen die

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Stabilität des Schaumes von wäßrigen Lösungen dieser Mittel bei unterschiedlichen Konzentrationen untersucht; dabei wurde gemäß der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß jedes oberflächenaktive Mittel, das zwei experimentellen Kriterien entspricht, von denen das eine die Abschätzung der tensioaktiven Eigenschaften und das andere die Abschätzung der Stabilität des Schaumes seiner wäßrigen Lösungen bei einer gegebenen molaren Konzentration ermöglicht, gemäß der Erfindung zur Verdichtung insbesondere von flüssigen Sanden mit einem Alkalisilicat als Bindemittel brauchbar ist.

Zur Abschätzung der tensioaktiven Eigenschaften der oberflächenaktiven Mittel wurde das von J. Vallee u. a. (Revue Francaise des Corps Gras, Oktober 1956» Seite 676, und Hovember 1956, Seiten 1 bis 9) beschriebene Verfahren angewandt, bei dem eine dünne Flüssigkeitslamelle aus einer wäßrigen Lösung der zu prüfenden Substanz herausgezogen wird. Die Messungen wurden mit einem registrierenden Tensiometer nach J. Thibaud (c. R. Acad. Sei* t. 211, Seite 355» (1940) und Journal de Physique 19*10, Seite 26), durchgeführt. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem 3seitigen Bügel aus Platindraht, der an einem Waagebalken aufgehängt ist, dessen anderes Ende einen Spiegel trägt, von dem ein auffallender Lichtstrahl auf eine Registrierplatte zurückgeworfen wird. Der Bügel taucht in die in einem Behälter enthaltene zu untersuchende Lösung, der mit konstanter Geschwindigkeit von oben nach unten bewegt wird* Während der Absenkung des Behälters und wenn der horizontale Arm des Bügels die Lösung verläßt, wird er durch den Film oder die dünne' Lamelle gebremst, die sich zwischen dem Bügelarm und der freien Oberfläche der untersuchten Lösung ausbildet. Es resultiert daraus eine Veränderung der Stellung des Waagebalkens, die von der Oberflächenspannung ab-

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hängt und mithin eine Verschiebung des Lichtpunktes, der bei einer gleichzeitigen horizontalen Translationsbewegung (der Schreibunterlage) auf der Registrierplatte eine entsprechende Kurve in Abhängigkeit von der Zeit aufschreibt.

Diese Kurve zeigt nach einem dem Wirksamwerden der Oberflächenspannung entsprechenden ansteigenden Ast ein dem Herausziehen der Lamelle zwischen dem horizontalen Arm des Bügels und der freien Oberfläche der untersuchten Flüssigkeit entsprechendes Plateau bzw. einen entsprechenden Absatz. Der Absatz wird in dem Moment unterbrochen, wo die Lamelle aufreißt. Da die Herausziehgeschwindigkeit konstant ist, ist die Länge des registrierten Plateaus bzw. des Absatzes proportional zur Länge der aus der Flüssigkeit herausgezogenen dünnen Lamelle vor ihrem Zerreißen.

Nach den von J. VaIlee durchgeführten und in dem oben genannten Artikel mitgeteilten Untersuchungen ändert sich die Länge der Stufe für das Herausziehen der Lamelle bei den so aufgezeichneten Kurven in Abhängigkeit von der molaren Konzentration der wäßrigen Lösung an oberflächenaktivem Mittel und durchläuft ein Maximum, das dem Beginn der Micellbildung in der Lösung entspricht.

Auf diese Weise wurde für zahlreiche oberflächenaktive Mittel, die zur Fluidisierung der Sandmischungen verwendet werden können, die molare Konzentration ihrer wäßrigen Lösungen bestimmt, bei der das dem Herausziehen der Lamelle entsprechende Plateau eine maximale Länge hat.

Auf der anderen Seite wurde bei den gleichen oberflächenaktiven Mitteln das Schaumbildungsvermögen wäßriger Lösungen mit unterschiedlichen molaren Konzentrationen nach

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- 1O -

der Norm NF-T-73 höh bestimmt; dabei wurde das 30 Sekunden, 3 Minuten und 5 Minuten nach Eingießen, von 5OO ml Lösung aus einer Höhe von 450 mm auf eine flüssige Oberfläche der gleichen Lösung vorhandene Schaumvolumen aufgenommen. Alle Messungen wur<
durchgeführt.

Messungen wurden bei einer Temperatur von 20 bis 25 C

Es wurde gefunden, daß die Diente des Sandes im Falle von selbsthärtenden flüssigen Sauden mit einem Alkalisilicat als Bindemittel und mithin die mechanische Festigkeit ψ der Formen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ansteigt, wenn als oberflächenaktives Mittel zumindest eine Verbindung verwendet wird, deren wäßrige Lösungen den beiden folgenden Kriterien entsprechen:

- sie zeigen ein maximales, dem Herausziehen der Lamelle entsprechendes Plateau für molare Konzentrationen der oberflächenaktiven Verbindung zwischen M/5 und M/50 und vorzugsweise von M/20 (wobei M das Molekulargewicht der Verbindung ist);

- sie ergeben bei einer molaren Konzentration von M/20* . einen Schaum, dessen Volumen in 5 Minuten zumindest auf

die Hälfte abnimmt.

In der angefügten Tabelle sind für eine gewisse Anzahl von Verbindungen mit oberflächenaktxven Eigenschaften zum einen die Länge des dem Herausziehen der Lamelle entsprechenden Plateaus für Lösungen mit molaren Konzentrationen von M/5 ι M/10, M/20, M/50 und M/lOO angegeben und zum anderen die 30 Sekunden, 3 Minuten und 5 Minuten nach beendetem Eingießen der Lösungen gemessenen Schaumvolutnina für molare Konzentrationen von M/20, M/50 und M/iOO.

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-π -

Die Länge des dem Herausziehen der Lamelle entsprechenden Plateaus wird in Millimetern Registrierkurve für eine Herausziehgeschwindigkeit von 1 cm/min ausgedrückt bei Verwendung eines Bügels aus Platindraht von 1/1O mm Durchmesser, dessen horizontaler Arm eine Länge von 3 cm hat; eine Registrierlänge von 1 cm auf der Kurve entspricht mithin einem Herausziehen von 1 mm der gebildeten dünnen Lamellen. Die Schaumvolumina sind in ml angegeben.

Aus der angefügten Tabelle ist ersichtlich, daß den beiden weiter oben angegebenen Kriterien zum einen Alkylbenzolsulfonate, wie die Mono- und Diäthylbenzolsulfonate, die Mono- und Diisopropylbenzolsulfonate und das Propyl- und n-Hexylbenzolsulfonat entsprechen und zum anderen das Octylsulfat als Alkalialkylsulfat.

Jede dieser den beiden obigen Kriterien entsprechenden Verbindungen wurde bei dem auf Sand mit einem Alkalisilicat als Bindemittel anwendbaren erfindungsgemäßen Verdichtungsverfahren in einem Verhältnis von 0,005 bis 2 Gew-$ oberflächenaktive Verbindung bezogen auf das Gesamtgewicht des flüssigen Sandes angewandt. Darüber hinaus wurde gefunden, daß man als oberflächenaktives Mittel beim erfindungsgemäßen Verfahren, das auf Sande mit einem Alkalisilicat als Bindemittel anwendbar ist, ein Alkylbenzolsulfonat der Formel:

SO „Me

R₁ (D

tO988A/1216

anwenden kann {wobei in der vorstehenden Formel Me ein Alkalimetall atom oder eine Gruppe HX mit X = Amin ist und R^, R₂ und R~ jeweils für ein lasserstoffatom oder einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen stehen) oder eine Mischung von 2 oder mehreren dieser Verbindungen in einem Mengenverhältnis von 0,005 bis 2 Gew.-^ (bezogen auf 4&s Gesamtgewicht des flüssigen Sandes).

Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß einige Alkalialkylbenzolsulfonate der Formel I nicht gleichzeitig beiden oben angegebenen Kriterien entsprechen: Das Natrium-p-toluolsulfonat schäumt bei den geprüften Konzentrationen nicht; das Triisopropylbenzolsulfonat zeigt ein maximales Plateau für das Herausziehen der Lamelle bei einer Konzentration, die leicht über M/50 liegt; das n-Bütylbenzolsulfonat ergibt zu stabile Schäume, deren Volumen im Verlaufe von 5 Minuten nicht auf die Hälfte abnimmt. Es wurde in der Tat gefunden, daß jede dieser Verbindungen gemäß der Erfindung_; nicht allein als oberflächenaktives Mittel verwendet werden kann, sondern lediglich eine Mischung dieser Verbindungen untereinander oder mit anderen Alkylbenzolsulfonaten-der Formel I wie .den Äthyl- (und Diäthyl)-benzolsulfonaten, n-Propylbenzolsulfonaten, Isopropyl- (und Diisopropyl)-benzplsulfonaten und Alkalihexylbenzolsulfonaten oder mit einem Alkalioctylsulfat.

Es wurde ebenfalls gefunden, daß zum einen die Alkalialkylbenzolsulfonate, .mit .einer Alkylkette.mit mehr, ^ls 6 Kohlenstoffatomen, wie das Octylbenzolsulfonat und das Dodecylbenzolsulfonat und zum anderen-,das Lauryl sulfonat, d. h. Verbindungen, deren wäßrige Lösungen.nach der angefügten. Tabelle nicht den beiden oben angegebenen Kriterien entsprechen, oberflächenaktive Mittel sind, die bei allein!- ger Verwendung als oberflächenaktive Mittel die erfindungs-

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gemäße Verdichtung von Sanden mit einem Alkalisilicat als Bindemittel nicht zulassen,

Nachfolgend werden als nicht einschränkende Beispiele Durchführungsweisen des Verfahrens beschrieben; für diese Beispiele werden Kurven angegeben, welche die Chronologie der Erscheinungen, die nach dem Vergießen des Sandes ablaufen, besser verständlich machen sollen.

Die Anmelder haben anhand zahlreicher Versuche festgestellt, daß der mechanische Widerstand der Form in starkem Maße erhöht werden kann, wenn man eine Verdichtung der Mischung des flüssigen Sandes erreicht, bevor sich dieser verfestigt. Genauer gesagt, haben die Versuche ergeben, daß der unter Mitwirkung des oberflächenaktiven Mittels erzeugte Schaum für diese Verdichtung vollständig oder zumindest doch in einem großen Ausmaß zerstört werden muß, bevor die Härtung der Mischung einsetzt»

Für einen unstreitigen Nachweis des zeitlichen Ablauf3 der Phänomene wurden für die einzelnen Beispiele Kurven aufgezeichnet, die gemäß nachfolgender Angaben erhalten wurden, und zwar wurden folgende Kurven aufgenommen:

1) eine Kurve für das Absetzen des Sandes in Abhängigkeit von der Zeit, aus der hervorgeht, zu welchem Zeitpunkt der Sand im Behälter zusammensackt und in welchem Ausmaß das Absetzen stattfindet;

2) eine Kurve für die Härtung bzw. Verfestigung des Sandes in Abhängigkeit von der Zeit, die zeigt, zu welchem Zeitpunkt die Konsolidierung des Sandes beginnt;

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3) eine Kurve für die Permeabilität in Abhängigkeit
von der Zeit, aus der ersichtlich ist, zu welchem Zeitpunkt die Schaumblasen zerplatzen und untereinander in Verbindung kommen unter Ausbildung einer gewissen Permeabilität des
Sandes.

Diese fraglichen Kurven wurden für alle durchgeführten Versuche aufgezeichnet und insbesondere für die weiter unten beschriebenen Beispiele, wobei folgendermaßen vorgegangen wurde; ... -

1) Alle für die Untersuchung herangezogenen selbsthärtenden flüssigen Sande wurden im Hinblick auf eine gleiche
Fließfähigkeit im Zeitpunkt des Vergießens eingestellt. Zur Messung dieser Fluidität wurde ein Abrahams-Konus mit einem Durchmesser der kleinen Basis von 100 mm und einem Durchmesser der großen Basis von 200 mm bei einer Höhe von 300 mm verwendet. Dieser mit der offenen großen Basis auf eine
Platte gesetzte Konus wurde über die kleine Basis mit flüssigem Sand gefüllt, indem der aus dem Mischwerk austretende Strahl direkt in den Konus geleitet wurde. Dieser wurde dann von der Platte entfernt, woraufhin der Sand sich über die

. Platte ausbreitete. Bei den nachfolgend erläuterten Beispielen wurde nun die Fluidität des untersuchten Sandes
derart eingestellt, daß dessen Ausbreitungsdurchmesser auf
der Platte zwischen 36O und 370 mm lag;

2) Für die Messung der Absetzbewegung bzw. Senkung des Sandes wurde ein zylindrischer Behälter mit einem Durchmesser von 16O mm und einer Höhe 5kO mm verwendet, der durch
Eingießen des vom Mischwerk austretenden flüssigen Sandes
gefüllt wurde. Gemessen wurde das Zusammensinken bzw. die
Niveauabnahme des Sandes in Abhängigkeit von der Zeit. Auf

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diese Weise wurden die in den zur Erläuterung der Beispiele 1 bis 7 wiedergegebenen graphischen Darstellungen allgemein mit 1 bezeichneten feinen durchgezogenen Kurven erhalten. Dabei wurden längs der Ordinate die Senkung T in mm in einem linearen Maßstab und längs der Abszisse die Zeit in Minuten in einer logarithmischen Skala aufgetragen, wobei der Nullpunkt der Zeit dem Eingießzeitpunkt des Sandes vom Ausgang des Mischwerks in den genannten Behälter entsprach}

3) die Härtung bzw. Verfestigung des Sandes wurde durch Messung der Scherkraftschwelle (seuil de cisaillement) oder Verdickung bzw. Konsistenz bestimmt.

Zur Messung der ScherkraftschwelIe wurde der bereits genannte Behälter (Durchmesser von 16O mm und Höhe von 5^0 mm) durch direktes Eingießen aus dem Mischwerk mit flüssigem Sand gefüllt, der in natürlicher Weise absetzen gelassen wurde, bis die Niveauabnahme nicht mehr merklich war, und es wurde dann am Fuß des so erhaltenen Sandzylinders eine Scheibe von kO mm Höhe abgeschnitten. Die Dichte des Sandes in dieser Scheibe lag- je nach Mischung zwischen 1,3** und 1,38. Zur Bestimmung der Scherkraftschwelle wurde

2 eine Vicat-Nadel mit einem Querschnitt von 1 mm gemäß der Norm P 15 ^I^ von i960 verwendet. Gemessen wurde die Eindringtiefe dieser mit unterschiedlicher Masse belasteten Nadel, woraus die Scherkraftschwelle nach der Formel von 'Metrot in Abhängigkeit von dieser Tiefe und der .entsprechenden Ge samtma
berechnet wurde.

chenden Gesamtmasse ausgedrückt in dyn/cm bestimmt bzw·

Auf diese·· Weise wurden in den genannten graphischen Darstellungen.die feingeetrichelten Kurven erhalten, die nit 2 bezeichnet sind. Dabei wurde längs der Ordinate,die

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Scherkraftschwelle SC in dyn/cm in 1ogarithmischer Skala und längs der Abszisse die Zeit t wie weiter oben aufgetragen.

Die Härtung beginnt, wenn die rheologischen Eigen-. schäften der Mischung wechseln. Die Kurven 2 aller Beispiele (Fig. 1 bis 14) zeigen nun, daß die Scherkraftschwelle zunächst praktisch konstant bleibt und dann sehr rasch ansteigt bei einem gleitenden Übergang. Der abgerundete Verlauf 5 der Kurven bei diesem Übergang verhindert die präzise Bestimmung des Härtungsbeginns. Jm folgenden wird daher angenommen, daß der Härtungsbeginn durch den Schnittpunkt A der die praktisch geraden Teile 6 und 7 der Kurven 2 verlängernden Tangenten definiert ist«

Ein weiterer Versuch wurde durchgeführt,bei dem eine zusätzliche Setzbewegung des Sandes durch Vibrationen oder Stöße bzw. Erschütterungen hervorgerufen wurde. Die Vibrationen dauerten bei allen Versuchen 10 Sekunden lang. Die Stöße hatten eine Amplitude von kO mm und erfolgten 10 oder 20mal. In allen diesen Fällen ergab sich eine GesamtSenkung, die je nach Mischung zwischen 60 und 16O mm veränderlich war, was beim "Kuchen" (bzw. der Sandscheibe) einer Dichte zwisc hen 1,5 und 1,7 entsprach.

Diese Prüfungen ergaben in den graphischen Darstellungen die allgemein mit 3 bezeichneten dick gestrichelten Kurven.

k) Zur Messung der Permeabilität wurde ein zylindrisches Rohr von 50,8 mm Durchmesser verwendet, dessen Boden perforiert war und in das der vom Mischwerk austretende flüssige Sand geschüttet wurde. Die Tiefe dieses Rohres

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wurde so. festgelegt, daß die Höhe der Sandprobe nach dem natürlichen Absetzen 50,8 mm betrug. Das die Probe enthaltende Rohr wurde auf einem automatischen Permeameter nach Dietert Nr. 335-A montierte Mit diesem Gerät wird ein Permeabilitätsindex oder ein AFS-Index angezeigt, der eine Funktion der von einem bestimmten Luftvolumen benötigten Zeit ist, unter einem gegebenen Druck durch die Sandprobe hindurchzutreten«

Die Meßergebnisse sind in den graphischen Darstellungen durch dicke voll ausgezogene Kurven wiedergegeben, die allgemein mit k bezeichnet werden. Bei diesen Kurven 4 ist längs der Abszisse die Zeit in gleichem Maßstab wie bei den anderen Kurven aufgetragen und längs der Ordinate die Permeabilität ρ (ausgedrückt in AFS-Index"und in einem linearen Maßstab aufgetragen).

Alle Messungen wurden bei einer Temperatur von 18 bis 20 C ausgeführt. Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, ohne ihren Rahmen irgendwie zu beschränken:

Beispiel T (Fig. 1)

Unter Verwendung der folgenden Komponenten wurde ein flüssiger Sand hergestellt:

- 50 kg siliciumhaltiger Sand mit einer Korngrößenverteilung von 55 bis.6o AFS (amerikanische Norm);

- 3»5 kg gemahlene Hochofenschlackekörner mit einer Lfischen Oberfl;
tätsindex von 1,35i

spezifischen Oberfläche 3300 + 200 cm /g und einem Basizi-

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- 2,5 kg Natriumailicat mit einer Si0₂/Na₂0-Zahl von 2 und einem Trockengehalt von 51 $5

- 1,6 kg Wasser; und

- 50 g handelsübliches Natrium-monoisopropylbenzolsulfonat (mit hO *$> reinem Produkt) als oberflächenaktives Mittel.

Pur die Versuche wurde ein Henry-Mischwerk Vom Typ N

^ -von 100 1 verwendet, dessen Rotor mit Radialschaufel durch eine drehbar in einem zylindrischen Behälter von 36O mm Durchmesser montierte Horizontalwelle angetrieben wurde. Dieser Rotor wurde mit einer Geschwindigkeit von 104 U/min angetrieben. In den Behälter wurden dann die genannten trockenen Komponenten eingebracht und 1 Minute lang durchmischt, worauf dann die flüssigen Komponenten zugegeben und die Masse 10 Minuten lang durchgerührt wurde(n).

Nach Ablauf dieser Zeit wurde der erhaltene flüssige Sand in den Behälter für die Absetzmessungen gegossen sowie in den Behälter zur Erzielung des Kuchens bzw. der Scheibe zur Messung der ScherkraftschwelIe und in das Rohr ρ zur Permeabilitätsmessung. Danach wurden die Kurven 1 bis k in der beschriebenen Weise aufgenommen. Diese Kurven wurden in die graphische Darstellung der Fig. 1 eingetragen.

Die Kurve 1 zeigt, daß der Schaum 30 Sekunden nach dem Eingießen beginnt, sich abzusetzen, und daß die natürliche Absetzbewegung innerhalb von 1,5 Minuten zu einer Senkung von 25 mm bei einer ursprünglichen Höhe von 5^0 mm führt.

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Die Kurve 2 zeigt, daß sich die Konsistenz der Mischung innerhalb von mehr als 10 Minuten nicht verändert, aber dann sehr rasch zunimmt, wobei der wie oben definierte Beginn der Härtung des Sandes bei 20 min nach dem Eingießen liegt.

Ein Vergleich dieser beiden Kurven lehrt, daß die Mischung eine erhebliche Absetzbewegung und mithin Verdichtung erlitten hat, bevor die Härtung beginnt.

Die Kurve k zeigt, daß die Permeabilität der Mischung während 2,5 Minuten gleich Null ist und dann sehr rasch ansteigt.

Man kann nun den Sand wiederholten mechanischen Belastungen aussetzen, indem man ihn entweder mit Hilfe eines äußeren Vibrators, einer Nadel, eines vibrierenden Tisches oder anderer Mittel Vibrationen aussetzt oder indem man ihn beispielsweise unter Verwendung eines Rütteltisches Erschütterungen unterwirft. Wenn diese Beanspruchungen 2,5 Minuten nach dem Vergießen des Sandes angewandt werden, d. h. zu Beginn der Permeabilitätsentwicklung während die Härtung noch nicht eingesetzt hat, so findet man, daß die Senkung der Mischung sehr viel stärker ist als bei natürlicher Absetzbewegung und von 25 auf 125 nun zunimmt. Unter diesen Bedinungen wird der Sand dichter als zuvor, da seine effektive Dichte 1,57 anstelle von 1,38 liegt (wie sie durch natürliches Absetzen erhalten wird). Darüber hinaus ist - bezugnehmend auf Kurve 3 - zu bemerken, daß diese Verdichtung, obgleich sie als unmittelbare Wirkung eine leichte Erhöhung der Konsistenz hat, indessen nicht zur Auslösung der Härtung führt, da die Konsistenz noch einige Zeit nach der Vibration konstant bleibt und erst nach 20 Minuten ansteigt, 4. h. einige Zeit nach Beginn der Permeabilität.

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Beispiel 2 (Fig. 2)

Mit den gleichen Komponenten wie in Beispiel 1 wurde
ein flüssiger Sand hergestellt, wobei allerdings 2,5 kg anstelle von 3>5 kg Hochofenschlacke und als oberflächenak- , tives Mittel 8 g Natriumdiisopropylbenzolsulfonat (handelsüblich mit 40 $> reinem Produkt) verwendet wurden.

Die erhaltenen Kurven 1 bis k sind in Fig. 2 wiedergegeben. Diese Kurven bestätigen die Ergebnisse von Beispiel 1, und zwar:

- daß sich der Sand vor dem Härten absetzt und verdichtet (Vergleich der Kurven 1 und 3)j

- daß der Beginn der Härtung noch hinter dem Zeitpunkt liegt, zu dem die Permeabilität auftritt (Vergleich der Kurven 3 und k), was es ermöglicht, die Verdichtung des Sandes durch Vibration, sobald er permeabel wird, zu erhöhen.

Andererseits findet die Senkung des Schaums später
statt als bei Beispiel 1, so daß mehr Zeit für das Vergießen des Sandes zur Verfugung steht, während welcher er noch fließfähig ist.

Beispiel 3 (Fig. 3)

Mit den gleichen Komponenten wie in Bei spiel 1 wurde
ein flüssiger Sand hergestellt, aber unter Verwendung einer Mischung von 25 g Natriummonois.opropylbenzolsulfonat und
5 g Natriumdiisopropylbenzolsulfonat als oberflächenaktives Mittel (jedes der Produkte mit UOprozentiger Reinheit).

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Die erhaltenen Kurven 1 bis h sind in Fig. 3 wiedergegeben. Diese Kurven bestätigen die vorangehend erhaltenen Ergebnisse und zeigen, daß die Verwendung der oberflächenaktiven Mischung dieses Beispiels zu besonders günstigen Bedingungen bezüglich der Erzielung von Gießformen aus flüssigem Sand gemäß der Erfindung führt.

Das Zusammensinken des Schaumes findet nämlich erst nach 4 Minuten statt, so daß der Sand eine ausreichende Zeit für das Vergießen fließfähig bleibt. Andererseits beginnt die Härtung des Sandes erst 20 Minuten nach dem Zeitpunkt, in dem der Sand permeabel wird, was es ermöglicht, ihn durch Vibrationen zu verdichten, bevor er aushärtet.

Beispiel h (Fig. k)

In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 und unter Verwendung der gleichen Komponenten wie in diesem Beispiel wurde ein flüssiger Sand hergestellt, nur daß das oberflächenaktive Mittel in diesem Falle durch

-9g Natriumdiisopropylbenzolsulf onat (mit kO ^a Reinheit) und 12 g Kalium-p-toluolsulfonat (mit 90 $ Reinheit) gebildet wurde.

Die erhaltenen Kurven 1 bis h sind in Fig. 4 wiedergegeben. Diese Kurven bestätigen die Ergebnisse der vorangehenden Beispiele, und zwar:

- daß der Sand vor dem Härten zusammensinkt und sich verdichtet (Vergleich der Kurven 1 und 2);

- und daß sich der Sand stärker verdichtet, wenn er,

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sobald er permeabel wird, Vibrationen ausgesetzt wird (Kurven h und 3)· Die Dichte des Sandes nach Vibration oder Erschütterung erreicht 1,67.

Im übrigen zeigt ein Vergleich der Kurven 1 der Fig. 2 und h_f daß der Einbau von Kalium-p-toluolsulfonat das Absetzen des Sandes verstärkt.

Beispiel 5 (Fig. 5) -

Es wurde ein flüssiger Sand mit den gleichen Komponenten wie in Beispiel 1 hergestellt, aber unter Verwendung
von 14 g Natriumtriisopropylbenzolsulfonat mit 40 $ Reinheit und 20 g Kalium-p-toluol sulf onat mit 90 <$> Reinheit als oberflächenaktives Mittel.

Die erhaltenen Kurven 1 bis h sind in Figo 5 wiedergegeben. Sie zeigen, daß das Absinken des Sandes stärker verzögert erfolgt als bei den vorangehenden Beispielen, aber
noch vor Beginn der Härtung des Sandes. Die Dichte des Sandes erreicht nach Vibration 1,67.

Beispiel 6 (Fig. 6)

Mit den gleichen Komponenten wie in Beispiel 1 aber
unter Verwendung von 25 g Natriumdiäthylbenzolsulfonat mit kO ¹JL Reinheit als oberflächenaktives Mittel wurde ein flüssiger Sand hergestellt.

Die erhaltenen Kurven I bis h sind in Fig. 6 wiedergegeben. Sie zeigen zum einen, daß die natürliche Absetzung

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des Sandes hO mm und die Senkung nach Vibration 1^9 nun erreicht, wobei die Dichte des Sandes dann bei 1,66 liegt; zum anderen beginnt die Härtung des Sandes erst nach 15 Minuten, d. ho mehr als 10 Minuten nach Zusammensinken des Schaumes.

Beispiel 7 (Fig. 7)

Mit den gleichen Komponenten wie in Beispiel 1, aber unter Verwendung von 50 g Natrium-η-propylbenzolsulfonat (mit ^O % Reinheit) als oberflächenaktives Mittel anstelle des Diäthylbenzolsulfonats wurde ein flüssiger Sand hergestellt.

Die erhaltenen Kurven 1 bis h sind in Fig. 7 wiedergegeben und bestätigen die Ergebnisse des vorangehenden Beispiels; der Sand setzt sich ab, und man kann seine Dichte durch Vibrationen vor Beginn der Härtung auf 1,65 erhöhen.

Beispiel 8 (Fig. 8)

Mit den gleichen Komponenten wie in Beispiel 1, aber unter Verwendung von 100 g Natrium-n-hexylbenzolsulfonat mit kO % Reinheit als oberflächenaktives Mittel, wurde ein flüssiger Sand hergestellt.

Die erhaltenen Kurven 1 bis h sind in Fig. 8 wiedergegeben. Der Sand setzt sich vor Beginn der Härtung noch deutlich ab, und man kann seine Dichte durch Vibrationen auf 1,67 oder durch Stöße bzw. Erschütterungen bis auf 1,68 erhöhen.

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- 2k -

Beispiel 9 (Fig. 9)

Mit den gleichen Komponenten wie in Beispiel 1, aber unter Verwendung einer Mischung von 5 g Natrium-n-butylbenzolsulfonat (40prozentig) und 15 S Kalium-p-toluolsulfonat (90prozentig) als oberflächenaktives Mittel wurde ein flüssiger Sand hergestellt.

Die damit erhaltenen Kurven 1 bis k sind in Fig. 9 wiedergegeben und zeigen, daß die Senkung erst nach 5 Minuten beginnt, rasch zuzunehmen, aber noch vor der Härtung des Sandes (1J5 Minuten), was es ermöglicht, den Sand zur Erhöhung seiner Dichte bis auf 1,63 Vibrationen auszusetzen.

Beispiel 10 (Fig. 10)

Mit den gleichen Komponenten wie in Beispiel 1, aber unter Verwendung von 8 g Natriumoctylsulfat (^Oprozentig) als oberflächenaktives Mittel wurde ein flüssiger Sand hergestellt. Die erhaltenen Kurven 1 bis k sind in Fig. 10 wiedergegeben und zeigen, daß die natürliche Senkung des Sandes nicht sehr erheblich ist; man kann die Dichte durch Vibrationen oder Erschütterungen bzw. Stöße bis auf 1,68 erhöhen.

Beispiel 11 (Fig. 11)

Mit den gleichen Komponenten wie in Beispiel■1, aber unter Verwendung einer Mischung von 7»5 g Natriumoctylsulfat (40prozentig) und 5 g Natriumbenzölsulfonat (4Oprozen- tig) als oberflächenaktives Mittel, wurde ein flüssiger Sand

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hergestellt. Die erhaltenen Kurven 1 bis 4 sind in Fig. 11 wiedergegeben und in gleicher Weise kommen^ierbar wie diejenigen von Fig. 5» man kann durch Vibrationen vor der Härtung des Sandes eine Dichte von 1,64 erhalten.

Beispiel 12

In gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben, aber mit den folgenden Komponenten:

- 50 kg Sand einer Korngröße von 100 AFS;

- 3»5 kg Hochofenschlacke;

- 3 kg Natriumsilicat mit einer SiOp/NapO-Zahl von 2 und einem Trockengehalt von 51 $»

- 1,8 kg Wasser;

- einer Mischung von 50 g Natriummonoisopropylbenzol-

sulfonat (mit 40 $ Reinheit benzolsulfonat (40prozentig toluolsulfonat (90prozentig Mittel

, 7 g Natriumdiisopropyl- und 40 g Kaiium-pals oberflächenaktives

wurde ein flüssiger Sand hergestellt.

Man erhält so nach dem Härten des Sandes eine Gießform mit den gleichen Eigenschaften hohen mechanischen Widerstan*- des wie die nach den vorangehenden Beispielen erhaltenen Formen. Dieses Beispiel zeigt, daß das erfindungsgemäße Ver fahren auf Sande mit erhöhter Feinheit anwendbar ist, was für die Herstellung von Gießformen besonders vorteilhaft ist, in die Nichteisenlegierungen gegossen werden sollen, und was es ermöglicht, Gußstücke mit einer besonders "schö nen Haut" zu erhalten.

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Beispiel 13 (Fig. 12)

Mit den folgenden Komponenten:

- 50 kg siliciumhaltiger Sand mit einer Krongrößenverteilung zwischen 50 und 60 AFS;

- 2,5 kg Schlacke aus der Fabrikation von metallischen Ferrochromlegierungen;

- 3 kg Natriumsilicat mit einer SiO₂/Na₂-O-Zahl von 2,8 und einem Trockenghalt von 48 $;

- 1 kg Wasser; und "

>- 20 g Natriumdiisopropylbenzolsulfonat mit 40 $ Reinheit und 20 g Natriummonoisopropylbenzolsulfonat mit 40 # Reinheit

wurde eine fließfähige Sandmasse hergestellt.

Die erhaltenen Kurven 1 bis 4 sind in Fig. 12 wiedergegeben. Die Dichte des Sandes nach Vibration erreichte 1,69.

Die Kurven bestätigen die bei den Beispielen 1 bis 12 erhaltenen Ergebnisse, was besagt, daß das Verfahren nicht allein auf Sandmassen anwendbar ist, die als Härtungsmittel Hochofenschlacke enthalten, sondern auch auf Sande mit einerv Ferrochromschlacke als Härtungsmittel.

Beispiel 14 (Fig. 13)

Mit den folgenden Komponenten:

- 50 kg Sand;

- 3,2 kg Silicat;

- 1,25 kg Wasser;

- 2 kg künstlicher Portlandzement CPA 325; und

- 25 g Natriumdiäthylbenzolsulfonat mit hO # Reinheit

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wurde ein flüssiger Sand wie in Beispiel 1 hergestellt.

Die erhaltenen Kurven 1 bis k sind in Fig. 13 wiedergegeben. Man findet ein sehr erhebliches natürliches Zusammensinken von 55 nun. Obgleich der Beginn der Härtung früher stattfindet als bei den vorangehenden Beispielen {-k Minuten) , kann der Sand eine Dichte 1,68 erreichen.

Dieses Beispiel zeigt, daß das "Verfahren nieht allein auf Sandmassen anwendbar ist, deren Härtungsmittel eine Hochofen- oder Ferrochromschlacke ist, sondern aueh auf Sande mit Zement als Härtungsmittel.

Beispiel 15 (Fig. 14)

Mit den gleichen Komponenten wie in Beispiel 1, aber unter Ersatz von 70 i* des frischen Sandes durch regenerierten Sand der gleichen Korngröße und unter Verwendung einer Mischung von 25 g Natriumdiisopropylbenzolsulfonat (40prozentig), 5 g Natriumdiäthylbenzolsulfonat (40prozentig) und 10 g Kalium-p-toluolsulfonat (9-Oprozentig) als oberflächenaktives Mittel wurde ein flüssiger Sand hergestellt.

Die erhaltenen Kurven 1 bis k sind in der Fig. 1*l· wiedergegeben.

Der Sand zeigt eine natürliche Senkung von ^O mm und der Schaum setzt sich vor dem Härten des Sandes ab; die Dichte kann durch Vibrationen oder Erschütterungen noch bis auf 1,59 erhöht werden.

φ Dieses Verfahren zeigt, daß da» erfindungegemäße Verdichtungsverfahren in dem Falle anwendbar ist, daß zumindest

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ein Teil des Sandes der Mischung durch regenerierten Sand ersetzt ist, d. h. durch Sand, der bereits für die Fabrikation von Gießformen und -Kernen verwendet wurde und durch bekannte Mittel von Produkten befreit wurde, die jedes Sandkorn nach dem Vergießen des Metalls bedecken«

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Erhöhung der mechanischen Festigkeit der mit flüssigem Sand erhaltenen Formen und Kerne. Diese Eigenschaften-werden durch die nachstehend beschriebenen Versuche nachgewiesen, die mit dem flüssigen Sand von Beispiel 5 durchgeführt wurden.

Eine erste in der Kälte durchgeführte Versuchsreihe wurde zur Bestimmung der Änderung der Druckfestigkeit von Prüfkörpern des flüssigen Sandes mit einer Dichte von 1,38 in Abhängigkeit von der Lagerungszeit in einer abgeschlossenen Umgebung und bei Zimmertemperatur (22 C) durchgeführt .

Mehrere identische Prüfkörper wurden erhalten, indem der vom Mischwerk austretende flüssige Sand in soviel Rohre geschüttet wurde, wie zur Durchführung der Messungen notwendig waren (8 Stück pro Beispiel). Jedes der Rohre mit einem Durchmesser von 50,8 mm und einer Höhe von 50,8 mm war mit einem Aufsatz versehen, und der hineingeschüttete Sand wurde in der Weise belastet, daß er 15 Minuten lang einem Druck von 65 mbar ausgesetzt war (entsprechend dem bei den vorangehenden Versuchen durch die den "Kuchen" überlagernde Sandsäule von 500 mm erzeugten Druck). Nach Ablauf dieser Zeit wurde der Aufsatz entfernt, das Rohr abgestrichen, und 1 Stunde nach dem Gießen wurden die Prüfkörper aus den Rohren entnommen und unter Luftabschluß aufbewahrt. Die Dichte dieser Prüfkörper betrug wie vorangehend 1 ,38.

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Alle 3 Stunden wurde ein Prüfkörper einer klassischen Druckfestigkeitsprüfung, beispielsweise in einer'dynamometrischen Presse, unterworfen. Die dabei abgelesene Bruch-

festigkeit wurde in daN/cm ausgedrückt.

Die Kurve 8 der Fig. 15 zeigt die Änderung dieser Festigkeit R (aufgetragen längs der Ordinate) in Abhängigkeit von der längs der Abszisse aufgetragenen Zeit t (in Stunden).

Eine zweite Versuchsreihe in der Kälte wurde in der gleichen Weise an aus flüssigem Sand hergestellten Prüfkörpern mit einer Dichte von 1,57 durchgeführt. Jeder Prüfkörper mit dem gleichen Volumen wie die übrigen wurde durch Einschütten einer unter Berücksichtigung von Volumen und Dichte gewählten Sandmasse in ein Rohr von 50,8 mm Durchmesser und Druckanwendung zur Erzielung einer Höhe von 50,8 mm erhalten.

Eine dritte Versuchsreihe in der Kälte wurde mit Prüfkörpern aus flüssigem Sand durchgeführt, deren Dichte 1,67 betrug und die nach der gleichen Methode wie vorstehend beschrieben erhalten wurden, aber ausgehend von einer größeren Sandmasse und größtmöglicher Druckanwendung.

Die an diesen Prüfkörpern mit einer Dichte von 1,57 bzw. einer Dichte von 1,67 durchgeführten Festigkeitsprüfungen ergaben die Kurven 9 und 9a von Fig. 15.

Bei einer vierten Versuchsreihe in der Kälte wurde versucht, die Änderung der Druckfestigkeit bei Umgebungstemperatur (22 °C) in Abhängigkeit von der Dichte des Sandes* und nach Ablauf einer konstanten Zeitdauer nach dem Vergießen des Sandes zu bestimmen.

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Dabei wurden mit dem gleichen Sand und in gleicher Weise wie bei der zweiten Versuchsreihe hergestellte Prüfkörper verwendet, jedoch unter Variation der in den Rohren verpreßten Sandmenge, so daß die effektiven Dichten der Prüfkörper untereinander differierten.

Die Kurve 10 von Fig. 16 zeigt die Änderung der mechanischen Festigkeit der Prüfkörper, die 1 Stunde nach dem Vergießen erreicht wurde in Abhängigkeit von der Dichte d dieser Prüfkörper. Die Kurve 11 der Fig. 16 zeigt die gleiche Änderung 2k Stunden .nach dem Vergießen. .

Die Analyse dieser Kurven 8 bis 11 zeigt, daß

- die erreichte mechanische Festigkeit um so höher ist, je größer die Dichte des Sandes ist;

- eine gegebene Festigkeit um so rascher erreicht wird, je größer die Dichte des Sandes ist.

Man kann daher* die Formen oder Kernabdrücke vom Bereich des Vergießens des Sandes früher abziehen. Man kann weiter das Metall oder die metallische Legierung früher ^ * eingießen, d. h. sobald eine genügende Festigkeit des Sandes erreicht ist und mithin ohne zu warten, bis diese ihr Maximum erreicht. Man kann viel widerstandsfähigere Formen erhalten (25 daN/cm für eine Dichte 1,57 und 33 daN/cm für eine Dichte von 1,67 nach 2k Stunden, anstelle von 12 daN/cm für getrocknete kieselsäurehaltige tonige Sande), die mithin geeignet sind, höhere ferrostatische Drucke und stärkere Expansionen auszuhalten. Venn eine geringere Festigkeit ausreicht, kann man Materialkosten einsparen, indem man den Anteil an verwendetem Bindemittel vermindert. Man kann weiter für eine gleiche Festigkeit der Form die

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Wandstärke vermindern und so die notwendige Sandmenge herabsetzen (400 kg pro Tonne Metall, anstelle von 600 kg bei den bekannten flüssigen Sanden).

Alle diese Ergebnisse sind besonders vorteilhaft, denn sie ermöglichen letzten Endes eine Verminderung der Herstellungskosten eines Metallgußstückes.

Bei einer fünften Versuchsreihe in der Wärme wurde versucht, die Änderung der Druckfestigkeit in der Wärme (1200 C) in Abhängigkeit von der Dichte zu bestimmen.

Die für diese Versuche verwendeten Prüfkörper wurden durch direktes Eingießen von flüssigem Sand vom Auslaß des Mischwerks in Rohre von 28,6 mm Durchmesser und 50,8 mm Höhe erhalten, die mit Aufsätzen versehen waren. Der Sand wurde einem Druck von 65 g/cm ausgesetzt. Die Rohre wurden unabhängig voneinander mehr oder minder lange und zu einem geeigneten Zeitpunkt Vibrationen ausgesetzt, so daß Prüfkörper unterschiedlicher Dichte erhalten wurden. 15 Minuten nach dem Vergießen des Sandes wurden die Aufsätze abgenommen und die Rohre glattgestrichen. Eine Stunde nach dem Vergießen wurden die Prüfkörper aus den Rohren entnommen und 2k Stunden lang in abgeschlossener Luft gelagert.

Die einzelnen Prüfkörper wurden dann in einen auf 1200 °C gebrachten Ofen eingeführt und nach 30 Sekunden einer bis zum Bruch ansteigenden Druckbelastung ausgesetzt. Zu diesem Zweck kann man das von Dietert hergestellte "Ther-■tolab-Dilatometer Nr. 753" verwenden. Auf alle Fälle wurde die Bruchbelastung bei Zusammenpressen der Prüfkörper bei einer Temperatur von 1200 C notiert und wie zuvor in daN/cm für die Darstellung einer Druckfestigkeit R in der Wäre© ausgedrückt.

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Die Kurve 12 von Fig. 17 veranschaulicht die Änderung dieser Festigkeit R in der Wärme (aufgetragen längs der Ordinate) in Abhängigkeit von der längs der Abszisse aufgetragenen Dichte der Prüfkörper. Diese Kurve zeigt, daß die Warmfestigkeit mit der Dichte der Prüfkörper ansteigt.

Nun weiß man, daß die Geometrie des erhaltenen Gußstückes um so genauer und seine Materialdichte und Struktur um so besser sind, je höher die Warmfestigkeit des Sandes ist. Derartige Sande sind daher für das Gießformen von graphithaltigen Gußeisenteilen oder hohen Teilen aus irgend- ψ einer Legierung besonders geeignet.

Außerdem zeigt die Erfahrung zum einen, daß die Innenoberfläche der Form auch ohne Schlicker sehr glatt und das Aussehen der Gußstückoberfläche mithin ausgezeichnet ist, und daß sich zum anderen der Sand sehr leicht nach dem Vergießen ablöst.

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Tabelle Messungen an wässrigen Lösungen diverser oberflächenaktiver Mittel

Mit dem THTBIÜLT-Tensioaeter bestimmte Oberflächeneigenschaften» Plateaulänge Schaumbildungevermttgen nach HF. T. 73*4041

für das Heransziehen der Lamelle (in mm) Schaumvolumen in ml nach 50 sy 5 min und 5 min

Oberflächenaktives Mittel

MG molare Konzentrationen der Lösungen H/5 M/10 M/20 M/50 M/100 molare Konzentrationen der* Lösungen M/20 - M/50 M/100

Ha-p-toluolsulfonat 194

la-äthylbenzolsulfonat 208

Ola-diäthylbenzolsulfonat236

_o_ la-n-propylbenzol-

C₀ »ulfonat 222

5" la-isopropylbenzol-

^ stilf onat 222

*° la-diisopropylbenzjol-

jj£sulfonat 264

la-triisopropylbenzolsmlfonat 30.6

Ia-n-butylbenzol-

•ulfoaat 236

la-m-hexylbenzxtl-

sulfonat 264 22

la-n-octylbenzol-

sulfonat 294 15

la-n-dodecylbenzol-

•ulfoaat 348 14

la-octylsulfat 232 36

la-laurylsulfat 288 38

O O O

O 2 O O O

30 B 3 min 5 min 30 s 3 min 5 min 30 s 3 min 5 min

310 kein Schaum

330 10 0 0 schäumt nicht mehr

1 5 0 Schaum verschwindet in < 30 s

0300 Schaum verschwindet in < 30 s

3 7 2 Schaum vsrschwindet in < 50 a

0 . 9 2 3 110 1QÜ 50,. Schaum verschwindet in ^30 β

3 . 11 Ϊ3 300 ao 2α ... 18Ο 60 20 30 20 5

20 30 7 -5- 260 220 . 170. 180 160 160 100 50 20

35 10 8 8 30 10 0 Schaum verschwindet in <30 s

17 20 22 300 50 10 100 0 0 10 0 0

16 12 13 400 380 370 450 430 410 410 380 350

18 0 2 0 100 50 50 20 10 10 Schaum verschwin

det in <30 s

60 55 27 455 430. 420 440 420 410 410 390 390

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Gießereiformen und -kernen, ausgehend von einer selbsthärtenden fließfähigen Sandmasse aus temperaturfestem Sand, einem Bindemittel, einem Härtungsmittel für den Binder, einer Flüssigkeit und einem oberflächenaktiven Mittel, dadurch g e k e η η zeichnet , daß man der Sandmasse zur Erhöhung ihrer Dichte nach dem Vergießen ein oberflächenaktives Mittel zusetzt, das einen Schaum erzeugt, dessen Lebensdauer ^ (d. h. Zeit, bevor er beginnt zusammenzufallen) geringer ist als die Zeit bis zum Beginn der Härtung des Sandes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Sand permeabel wird und dem Beginn der Härtung zur noch weiteren Erhöhung der Dichte des Sandes ein Druck auf diesen ausgeübt und/oder der Sand durch Vibrationen, Stöße oder dgl. wiederholten mechanischen Belastungen ausgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, zur Herstellung von Gießformen oder -kernen, ausgehend von selbsthärtenden

k flüssigen Sanden mit einem Alkalisilicat als Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß man als oberflächenaktives Mittel zumindest eine Verbindung verwendet, deren wäßrige Lösungen den beiden folgenden experimentellen Kriterien entsprechen:

- sie zeigen bei molaren Konzentrationen an oberflächenaktivem Mittel zwischen M/5 und M/50 und vorzugsweise von M/20 ein dem Herausziehen einer Flüssigkeitslamelle mit Hilfe eines dreiseitigen Bügels entsprechendes Plateau maximaler Länge;

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- sie ergeben bei einer molaren Konzentration von M/20 einen Schaum, dessen Volumen innerhalb von 5 Minuten zumindest auf die Hälfte vermindert ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 für die Verarbeitung von Sanden mit einem Alkalisilicat als Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß das oberflächenaktive Mittel ein Alkylbenzolsulfonat der Formel:

(D

ist, in der Me ein Alkalimetallatom oder eine Gruppe HX mit X = Amin ist und R-, R~ und R- jeweils ein Wasserstoffatom oder eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeuten, die in bezug auf die SuI-fonatgruppe irgendeine Stellung am Benzolkern einnimmt) oder eine Mischung von 2 oder mehreren der vorstehenden Formel entsprechenden Alkylbenzolsulfonaten und in Mengen von 0,005 bis 2 Gew.-^ (bezogen auf das Gesamtgewicht der flüssigen Sandmasse) angewandt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß als oberflächenaktives Mittel ein Alkylbenzolsulf onat der Formel (l) gemäß Anspruch 4 verwendet wird, bei dem R ein Wasserstoffatom, Rp ein Wasserstoff atom oder eine Alkylgruppe mit 2, 3 oder 6 Kohlenstoffatomen und Rn eine Alkylgruppe mit 2, 3 oder Kohlenstoffatomen ist.

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6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß als oberflächenaktives Mittel ein Alkalimono- oder ein Alkalimono-n-propylbenzolsulfonat verwendet wird.

7« Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß als oberflächenaktives Mittel ein Alkalidiäthylbenzol- * sulfonat verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß als oberflächenaktives Mittel ein Alkalihexylbenzolsulfonat verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 3 oder h, dadurch gekennzeichnet, daß als oberflächenaktives Mittel eine Mischung von Alkalimono- und -diisopropylbenzolsulfonat verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als oberflächenaktives Mittel eine Mischung eines Alkali-p-toluolsulfonats und eines Alkalimonoisopropylbenzolsulfonats und/oder eines Alkalidiisopropylbenzolsulfonats und/oder eines Alkalitriisopropylbenzolsulfonats und/oder 6ines Alkali-n-butylbenzolsulfonats und/oder eines Alkalidiäthylbenzolsulfonatβ verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß als oberflächenaktives. Mittel ein Alkalioctylsulfat in einem Gewichtsverhältnis von 0,005 bis 2 Gew.-^C bezogen auf das Gesamtgewicht des flüssigen Sandes verwendet wird.

12* Verfahren nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, al· oberflächenaktives Mittel eine Mischung eines Al-

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kalioctylsulfats mit einem oder mehreren der in Anspruch k definierten Alkylbenzolsulfonate in einem Gewichtsverhältnis von O,005 bis 2 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des flüssigen Sandes verwendet wird.

13· Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Härtungsmittel eine Hochofenschlacke, Ferrochromschlacke oder ein Zement verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des für die Mischung verwendeten Sandes durch regenerierten Sand gebildet wird, von dem zumindest ein Teil der die einzelnen Sandkörner nach dem Vergießen des Metalls bedeckenden Produkte entfernt wurde.

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