Sandprüfverfahren in Gießereien: Umfassender Leitfaden

SANDTESTS: In diesem Artikel besprechen wir die verschiedenen Sandprüfverfahren, die in einer Gießerei essenziell sind.

In modernen Gießereien hat man erkannt, dass der Formstoff ebenso viel Aufmerksamkeit verdient wie das Gussmetall. Der Formstoff kann ein Drittel der Gusskosten ausmachen. In der modernen Serienfertigung von Sandgussstücken muss der Formstoff, das Hauptformmaterial, regelmäßig geprüft werden, um Zusammensetzung und Eigenschaften kontrollieren zu können. Prüfungen können chemisch oder mechanisch sein.

Chemische Tests dienen nur der Ermittlung unerwünschter Elemente; in der Praxis dominieren mechanische Tests. Tabelle 11.7 zeigt durchschnittliche Anforderungen an Formstoffe.

Korngrößenverteilung (Grain Fineness)

Die Korngröße eines Sandes wird durch eine Zahl – die Korngüteziffer (AFS-Grain Fineness Number) – angegeben, die die durchschnittliche Korngröße sowie den Anteil feinerer und gröberer Körner angibt. Ein gegebener Wert entspricht einem Standardsieb von 280 mm Durchmesser mit identischer Maschenzahl. Der Feinheitstest erfolgt durch Aussieben des Sandes über eine Reihe genormter, nach Maschenfeinheit nummerierter Siebe. Für die gießereiliche Praxis ist ein Siebsatz mit folgenden Öffnungen am gebräuchlichsten (siehe Tabelle).

Die wesentlichen mechanischen Prüfungen umfassen Feinheit, Feuchtegehalt, Tongehalt, Permeabilität, Druckfestigkeit und Formhärte. Die Korngüteziffer wird berechnet, indem die prozentualen Anteile auf jedem Sieb mit einem siebspezifischen Multiplikator multipliziert werden. Die Produkte werden summiert (Total Product). Die Güteziffer ergibt sich aus:

Total Product / Gesamtprozent des zurückbehaltenen Sandes

Sandprüfverfahren im Detail

Feuchtegehalt-Prüfung

50 g feuchter Sand werden bei 105–110 °C in gleichmäßig beheiztem Ofen auf Konstantgewicht getrocknet, im Desikkator auf Raumtemperatur abgekühlt und gewogen. Differenz zwischen feuchtem und trockenem Gewicht in Gramm, geteilt durch 50 g, ergibt den Feuchtegehalt in Prozent.

In modernen Gießereien weit verbreitet: Feuchtemessgerät (Moisture Teller). Heißluft durchströmt den feuchten Sand in einer Pfanne mit 500-Maschen-Metallsiebboden. Dünne Sandschicht, ca. 3 Min Heißluft durch 50 g Probe. Feuchte wird effektiv entfernt, Präzisionswaage ermittelt Gewichtsverlust.

Tragbares Feuchtemessgerät (Moistmeter) ermittelt Feuchte fast augenblicklich. Zwei Elektroden in die Sandprobe (im Behälter), kleiner Strom aus Trockenbatterie im Griff fließt durch feuchten Sand. Je feuchter, desto besser der Stromfluss → Anzeigeauslenkung = Feuchtegrad.

Tongehalt-Prüfung

Bestimmung des Tongehalts: Sand in Wasser aufschlämmen, um Ton von Sandkörnern zu trennen, dann suspendierten Ton abtrennen. Material, das sich innerhalb von 5 Min in destilliertem Wasser bei Raumtemperatur nicht absetzt, gilt als Ton.

Ausrüstung: Trockenschrank, Waage, Sandwaschgerät. Kleine Menge getrockneter Sand (aus 50 g Probe) in Waschflasche. 47 ml destilliertes Wasser + 25 ml 3%ige NaOH-Lösung zugeben.

5 Min im Schnellrührer (oder 1 h im Rotationswascher) rühren, 5 Min absetzen lassen. Überstehenden Trübstoff (Ton) absaugen/entsorgen. Wiederholen bis Wasser nach 5 Min klar bleibt. Flasche in Ofen, Sand trocknen, wiegen. Tongehalt = Differenz Anfangs- zu Endgewicht in Prozent.

Permeabilitätsprüfung

Permeabilität = Luftmenge, die unter definiertem Druck in vorgeschriebener Zeit durch ein normiertes Probenstück strömt. Normprobe: 5,08 cm Ø × 5,08 cm Höhe, gestampft.

Permeabilitätsmessgerät: Zylindrischer Wasserbehälter mit invertiertem, ausbalanciertem Glockenluftbehälter. Durch 3-Wege-Ventil strömt eingeschlossene Luft durch Sandprobe. Quecksilber am Probenboden dichtet ab. Druck über Wassermanometer & Skala ~10 cm Wassersäule = 10 g/cm².

Permeabilitätszahl = Luftvolumen in cm³, das pro Minute unter 1 g/cm² durch ein Probenstück von 1 cm² Querschnitt und 1 cm Höhe strömt. Formel:

Permeabilitätszahl = (v × h) / (p × a × t)

v = 2000 cm³, h = 5,08 cm, p = 10 g/cm², a = 20,268 cm², t = Zeit für 2000 cm³ in Sekunden.

Da v, h, p, a konstant: Permeabilität = 3007,2 / Zeit (Sekunden)

Druckfestigkeitsprüfung (Compression Strength)

Verschiedene Tests für Haltekraft von Bindemitteln in grünem/trockenem Sand. Druckversuche am häufigsten, auch Zug, Scher, Biege möglich.

Grüne Druckfestigkeit (kgf/cm²) = maximale Druckfestigkeit des feuchten Gemischs. Gestampftes Normprobenstück (5,08 cm hoch × 5,08 cm Ø) wird aus Probenröhre gestoßen und mit der beim Rammen oberen Seite gegen die obere Platte einer universellen Sandfestigkeitsmaschine gelegt.

Maschine erhöht Last kontinuierlich bis zum Bruch (~2 kgf/cm²/s). Druckwert direkt auf grüner Druckskala ablesbar.

Form- & Kernhärteprüfung (Mould and Core Hardness)

Prüfung mit Formhärteprüfer (Größe einer Armbanduhr) in Sekunden. Funktionsprinzip wie Brinell-Härte: Eindringkörper in Formoberfläche, Eindringtiefe in 1/100 mm auf Zifferblatt. Alternativ Skala in kgf/cm².

Fazit

Alle gängigen Sandprüfverfahren wurden behandelt. Unterschiedliche Prüfgeräte kommen zum Einsatz. Hoffentlich nützlich – Feedback unten!