Form砂: Eigenschaften, Arten & Herstellung im Gießereibetrieb

In diesem Artikel erfahren Sie alles über Form砂, ihre Eigenschaften und die verschiedenen Arten von Form砂.

Der Hauptwerkstoff in der Gießerei für die Formherstellung ist Sand. Dies liegt daran, dass er die für Gießzwecke unverzichtbaren Eigenschaften besitzt.

Vorkommen

Alle Sande entstehen durch die Zersetzung von Gestein durch natürliche Kräfte wie Frost, Wind, Regen, Hitze und Wasserströmungen. Gesteine sind jedoch in ihrer Zusammensetzung sehr komplex, und Sande enthalten die meisten Elemente der Gesteine, von denen sie Bruchstücke sind. Aus diesem Grund unterscheiden sich Form砂e in verschiedenen Teilen der Welt erheblich. Heutzutage wird Sand aus Gebieten gewonnen, die vermutlich einst Flussbetten, Ufer und Sanddünen waren.

In Indien finden sich Gießereisande im Damodar- und Barakar-Gebiet, in Santhal Pargana (Bihar), Batala (Gurdaspur, Punjab), Bhavnagar (Saurashtra), Londha (Maharashtra), Avadi und Veeriyambakam (Madras), Kanpur, Jabalpur, Rajkot, Guntur, im Ganges-Gebiet und an vielen anderen Orten.

Hauptbestandteile

Die Hauptbestandteile von Form砂en sind: (1) Quarzsandkörner, (2) Ton, (3) Feuchtigkeit und (4) sonstige Materialien.

Quarz in Form von körnigem Quarz, selbst ein Sand, ist der Hauptbestandteil von Form砂. Quarzsand enthält 80 bis 90 % Siliciumdioxid und zeichnet sich durch einen hohen Erweichungspunkt und thermische Stabilität aus.

Er entsteht durch die Zersetzung von Quarzgesteinen oder die Verwitterung von Granit, der aus Quarz und Feldspat besteht. Der Feldspat wird bei der Zersetzung zu Ton (hydrous Aluminiumsilikat). Quarzsandkörner verleihen dem Sand Feuerfestigkeit, chemische Beständigkeit und Durchlässigkeit. Sie werden nach ihrer durchschnittlichen Größe und Form spezifiziert.

Ton wird als diejenigen Sandpartikel definiert (unter 20 Mikrometer Durchmesser), die sich in Wasser nicht mit einer Geschwindigkeit von 25 mm pro Minute absetzen. Ton besteht aus zwei Bestandteilen: Feinschluff und eigentlichem Ton. Feinschluff ist eine Art Fremdstoff oder Mineralablagerung und besitzt keine Bindungskraft.

Es ist der eigentliche Ton, der dem Form砂 die notwendige Bindungsfestigkeit verleiht, damit die Form nach dem Verdichten ihre Form behält. Eigentlicher Ton besteht aus extrem kleinen Aggregaten kristalliner, meist plättchenförmiger Partikel, den sogenannten Tonmineralen. Die meisten Form砂e für verschiedene Arbeitsgüten enthalten 5 bis 20 % Ton. Feuchtigkeit in der erforderlichen Menge ermöglicht die Bindungswirkung des Tons.

Wird Wasser zum Ton gegeben, dringt es in das Gemisch ein und bildet einen Mikrofilm, der die Oberfläche der plättchenförmigen Tonpartikel umhüllt. Die Bindungsqualität des Tons hängt von der maximalen Dicke des Wasserfilms ab, den er aufrechterhalten kann. Die Bindungswirkung ist optimal, wenn die zugegebene Wassermenge genau der für die Filmbildung erforderlichen Menge entspricht. Überschüssiges Wasser verringert die Bindung und schwächt die Form. Der Wassergehalt sollte zwischen 2 und 8 % liegen.

Neben Quarz und Ton enthalten Form砂e als sonstige Materialien Eisenoxid, Kalkstein, Magnesia, Soda und Pottasche. Der Verunreinigungsgehalt sollte unter 2 % liegen.

Klassifizierung

Form砂arten: Man unterteilt sie allgemein in drei Typen: (1) natürliche Form砂e, (2) synthetische oder hochquarzige Sande und (3) Spezialsande.

1. Natürliche Form砂e

Natürliche Form砂e, auch Grüne Sande genannt, werden aus Flussbetten entnommen oder aus Gruben abgebaut. Sie enthalten einen nennenswerten Tonanteil, der als Bindemittel zwischen den Sandkörnern wirkt, und werden nach Zugabe von Wasser direkt verwendet. Menge und Art der vorhandenen Tonminerale beeinflussen Festigkeit, Zähigkeit und Feuerfestigkeit des Sandes.

Sie werden auch durch Zerkleinern und Mahlen von weichem gelbem Sandstein, karbonhaltigen Gesteinen etc. gewonnen. Beim Mahlen zerfallen die Tonaggregate, und die Tonpartikel verteilen sich gleichmäßig auf den Sandkörnern. Die Kornform dieser Sande sollte subkantig bis rund sein.

Aufgrund ihrer leichten Verfügbarkeit, niedrigen Kosten und hohen betrieblichen Flexibilität werden natürliche Form砂e für die meisten leichten Gussstücke aus Eisen- und Nichteisenmetallen verwendet. Die Anforderungen an diese Sande werden durch IS: 3343-1965 erfüllt, der sie in drei Güten A, B und C nach Tongehalt und Sintern-Temperatur klassifiziert.

2. Synthetische Sande

Synthetische Sande sind im Wesentlichen hochquarzige Sande mit geringem (unter 2 %) oder keinem natürlichen Bindemittel (Ton). Sie liegen als lockere oder schwach verfestigte sedimentäre Ablagerungen vor, als ins Landesinnere gewehte Dünen oder als Ablagerungen in Mündungen und Flüssen an der Küste.

Sie werden auch in der Gießerei hergestellt, indem Quarzitsandsteine zerkleinert, gewaschen und klassiert werden, um eine Sandqualität mit der erforderlichen Kornform und Korngrößenverteilung zu erhalten. Die gewünschten Festigkeits- und Bindungseigenschaften werden durch separate Zugaben wie Bentonit, Wasser und andere Materialien entwickelt.

Dies ermöglicht größere Flexibilität bei Eigenschaften wie Grün- und Trockenfestigkeit, Durchlässigkeit und anderen, die nach Bedarf variiert werden können. Synthetische Sande sind daher teurer als natürliche Sande.

IS: 1987-1974 deckt die Anforderungen an hochquarzigen Sand für Gießereien ab und klassifiziert ihn in drei Güten nach Quarzgehalt.

3. Spezialsande

Spezialsande eignen sich ideal, um besondere Eigenschaften zu erzielen, die mit anderen Sänden nicht erreichbar sind. Zirkon, Olivin, Chamotte, Chromit und Chrom-Magnesit werden häufig als Spezialsande eingesetzt. Zirkonsande eignen sich für Kerne von Messing- und Bronzegussstücken. Einige Gießereien verwenden Olivinsand für komplexe Nichteisen-Gussstücke. Chamotte ist wertvoll für schwere Stahlgussstücke.

Chromit- und Chrom-Magnesit-Sande sind besonders nützlich, wenn die Abschreckneigung erhöht werden soll, um die Erstarrung zu kontrollieren. Sie eignen sich auch als Beschichtungsmaterial in Formen für Stahlguss.

Arten von Form砂 nach Verwendungszweck

Form砂e lassen sich je nach Verwendungszweck in weitere Varianten unterteilen:

Grünsandformung

Es handelt sich um ein Gemisch aus Quarzsand mit 18 bis 30 % Ton und einem Gesamtwassergehalt von 6 bis 8 %. Ton und Wasser bilden die Bindung beim Grünsand. Er ist fein, weich, leicht und porös. Da er feucht ist, behält er die Form bei, wenn man ihn in der Hand zusammendrückt. In diesem Sand hergestellte Formen nennt man Grünsandformen.

Trockensandformung

Grünsand, der nach dem Formen getrocknet oder gebrannt wird, heißt Trockensand. Er eignet sich für größere Gussstücke. Die daraus hergestellten Formen nennt man Trockensandformen.

Lehmsand

Lehmsand enthält sehr viel Ton, bis zu 50 %, und trocknet hart. Er wird besonders für die Lehmformung, meist für große Gussstücke, eingesetzt.

Beschichtungssand

Beschichtungssand bildet die Formoberfläche. Er liegt direkt am Modell an und kommt beim Gießen mit dem flüssigen Metall in Kontakt. Daher ist er den härtesten Bedingungen ausgesetzt und muss hohe Festigkeit und Feuerfestigkeit besitzen.

Er besteht aus Quarzsand und Ton, ohne Zusatz von gebrauchtem Sand. Verschiedene Formen von Kohlenstoff verhindern, dass das Metall in den Sand einbrennt. Sie werden manchmal mit der 6- bis 15-fachen Menge an feinem Form砂 gemischt, um Beschichtungen herzustellen.

Die Schichtdicke des Beschichtungssands in einer Form beträgt meist 20 bis 30 mm. 10 bis 15 % der gesamten Form砂menge in der Gießerei sind Beschichtungssand. Eine Beschichtungsmischung für die Grünsandformung von Grauguss kann aus 25 % frischem, speziell aufbereitetem Sand, 70 % Altsand und 5 % Seenkohle bestehen.

Rückensand

Rückensand oder Bodensand dient zum Auffüllen hinter dem Beschichtungssand und zum vollständigen Füllen des Formkastens. Hauptsächlich wird mehrfach gebrauchter Form砂 dafür verwendet.

Rückensand wird manchmal Schwarz砂 genannt, weil der mehrfach verwendete, schwarze Form砂 durch Zugabe von Kohlenstaub und Einbrennen beim Kontakt mit flüssigem Metall schwarz gefärbt ist.

Systemsand

In mechanisierten Gießereien, wo maschinelle Formung eingesetzt wird, verwendet man sogenannten Systemsand zum vollständigen Füllen des Formkastens. In mechanischen Sandaufbereitungs- und -handhabungsanlagen wird kein Beschichtungssand verwendet. Der gebrauchte Sand wird gereinigt und durch Zugabe von Wasser, Bindemitteln und speziellen Additiven reaktiviert. Dies nennt man Systemsand. Da die gesamte Form aus diesem Systemsand besteht, müssen dessen Festigkeit, Durchlässigkeit und Feuerfestigkeit höher sein als die von Rückensand.

Trenn砂

Trenn砂 verhindert, dass der Grünsand am Modell haftet, und ermöglicht das Trennen der Trennfläche von Ober- und Unterkasten ohne Anhaften. Es handelt sich um reinen, tonfreien Quarzsand, der denselben Zweck erfüllt wie Trennstaub.

Kernsand

Sand zur Kernherstellung heißt Kernsand, manchmal auch Ölsand. Es ist Quarzsand, gemischt mit Kernöl, das aus Leinöl, Harz, leichtem Mineralöl und anderen Bindemitteln besteht. Pech, Mehle und Wasser können bei großen Kernen aus wirtschaftlichen Gründen verwendet werden.

Eigenschaften von Form砂

Welche Eigenschaften muss Form砂 besitzen?

Geeigneter Form砂 muss sechs Eigenschaften aufweisen. Form砂-Eigenschaften sind: Porosität, Fließfähigkeit, Kollabierbarkeit, Haftfähigkeit, Kohäsion (Festigkeit) und Feuerfestigkeit.

1. Porosität: Die wichtigste Eigenschaft von Form砂 ist Porosität, auch Permeabilität genannt. Sie beschreibt die Fähigkeit des Form砂s, Gase durchzulassen. Beim Gießen von flüssigem Metall in die Sandkavität entstehen Gase und Dampf. Diese Eigenschaft wird nicht nur von Form und Größe der Sandpartikel, sondern auch von der Menge an Ton, Bindemittel und Feuchtigkeit im Gemisch beeinflusst.
2. Fließfähigkeit: Die Fähigkeit des Sandes, kleine Lücken im Modell auszufüllen. Hohe Fließfähigkeit erzeugt eine präzisere Form und ist somit für detaillierte Gussstücke nützlich.
3. Kollabierbarkeit: Die Fähigkeit des Sandgemischs, unter Kraft zusammenzufallen. Höhere Formkollabierbarkeit lässt das Metallgussstück beim Erstarren frei schwinden, was Heißrisse und -risse verhindert.
4. Haftfähigkeit: Haftfähigkeit ist die Eigenschaft des Sandes, an den Wänden des Formkastens zu haften. Die Haftung des Sandes ermöglicht das ordnungsgemäße Anheben des Oberkastens samt Sand.
5. Kohäsion: Die Kohäsion des Sandes ist die Fähigkeit seiner Partikel, zusammenzuhalten. Es ist die Zugfestigkeit des Form砂s. Diese Eigenschaft ist entscheidend für das Beibehalten komplizierter Formformen. Unzureichende Festigkeit kann dazu führen, dass die Formpartikel beim Handling, Wenden oder Schließen zusammenfallen. Die Zugabe von Ton und Bentonit verbessert die Kohäsion.
6. Feuerfestigkeit: Die Feuerfestigkeit des Sandes bezeichnet seine Fähigkeit, den hohen Temperaturen flüssigen Metalls standzuhalten, ohne zu verschmelzen oder zu erweichen. Form砂e mit geringer Feuerfestigkeit können beim Gießen Feuer fangen. Sandformen sollten typischerweise Temperaturen bis 1650 °C standhalten.
7. Festigkeit: Die Festigkeit von getrocknetem oder gebranntem Sand nennt man Trockenfestigkeit. Er muss dann den erosiven Kräften durch flüssiges Metall standhalten und seine Form behalten.

Sandformprozess

Sandguss, auch Sandformguss oder Sandformprozess genannt, ist ein gussbasiertes Fertigungsverfahren, das eine Sandform verwendet. Damit werden Metallteile und -komponenten verschiedenster Größen und Formen hergestellt. Um die Verbreitung zu verdeutlichen: Sandguss macht über 60 % aller Metallgüsse aus. Die sechs Hauptphasen des Sandgusses werden im Folgenden detailliert beschrieben.

Schritt 1: Modell in den Sand einlegen

Das Einlegen des Modells in den Sand ist der erste Schritt beim Sandguss. Das Modell hat direkten Einfluss auf Größe und Form des Gussstücks. Daher müssen Hersteller neue Modelle entwickeln, um Metallteile und -komponenten in bestimmten Größen und Formen herzustellen.

Schritt 2: Anguss-System einrichten

Ein Anguss-System wird in fast jedem Gussverfahren verwendet, auch beim Sandguss. Es leitet das flüssige Metall über einen Gießtiegel und Kanäle ("Angüsse") in die Formkavität. Nach dem Einlegen des Modells in den Sand richten die Hersteller ein solches Anguss-System ein.

Schritt 3: Modell entfernen

Nachdem das Anguss-System eingerichtet ist, können die Hersteller das Modell aus dem Sand entfernen. Zu diesem Zeitpunkt ist das Modell überflüssig. Der Sand hat die Form des Modells angenommen, als es hineingelegt wurde. Daher kann das Modell entfernt werden.

Schritt 4: Flüssiges Metall in die Formkavität gießen

Jetzt wird das flüssige Metall in die Formkavität gegossen. Eisen, Stahl, Aluminium, Bronze, Magnesium, Zink und Zinn sind nur einige der Metalle und Legierungen, die im Sand gegossen werden können. Je nach verwendetem Metall oder Legierung müssen Hersteller diese auf bis zu 3000 °F (ca. 1650 °C) erhitzen. Das Metall oder die Legierung wird in die Formkavität gegossen, sobald es von fest in flüssig übergegangen ist.

Schritt 5: Abkühlen lassen

Die Hersteller müssen warten, bis das flüssige Metall in der Formkavität abgekühlt ist. Wiederum benötigen verschiedene Metalltypen unterschiedliche Abkühlzeiten. Das flüssige Metall kühlt ab und geht von flüssig in fest über.

Schritt 6: Form öffnen und Gussstück entnehmen

Das Öffnen der Form zur Entnahme des neu erzeugten Metallgussstücks ist der sechste und letzte Schritt beim Sandguss. Modelle sind meist wiederverwendbar, Formen jedoch nicht. Daher muss ein Hersteller jedes Mal eine neue Form herstellen, wenn er ein neues Metallteil oder eine Komponente im Sandgussverfahren fertigen möchte.

Kollabierbarkeit von Form砂

Kollabierbarkeit von Form砂 bezeichnet die Fähigkeit des Sandes, nach der Erstarung des Gussstücks leicht davon entfernt zu werden. Sande mit geringer Kollabierbarkeit haften hartnäckig am Gussstück. Ein Sand mit schlechter Kollabierbarkeit führt zu Rissen und Heißrissen bei Metallgussstücken, die beim Abkühlen stark schrumpfen oder lange Erstarrungstemperaturbereiche haben. Zur Verbesserung der Kollabierbarkeit können bestimmte Additive zugesetzt werden.

Multiple-Choice-Fragen

1. Permeabilität kann als Eigenschaft des Form砂s definiert werden als

A. Sandkörner zusammenhalten
B. Gase leicht aus der Form entweichen lassen
C. Hitze der Schmelze standhalten ohne Erweichungsanzeichen
D. keine der oben genannten

Antwort: Option B

2. Warum muss Form砂 porös sein?

A. Damit Gase eintreten können
B. Damit Wasser eintreten kann
C. Damit Gase entweichen können
D. Damit Wasser entweichen kann

Antwort: Option C
Erklärung: Form砂 wird als Sand definiert, der Poren aufweist und eine bestimmte Feuchtigkeitsmenge enthalten kann. Eine Form砂 sollte Poren haben und porös sein, damit Gase frei entweichen können.

Dies war alles über Form砂, wobei wir alle Themen wie Was ist Form砂, Eigenschaften von Form砂 beschreiben, Grünsandformprozess, Trockensand, Kollabierbarkeit und einige MCQs zu diesen Themen behandelt haben.