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Natursande können bei entsprechendem Wassergehalt und guter Durchmischung ohne weitere Zusätze als FOrmsande genutzt werden. Sie lassen sich unterteilen in:
- magere Sande 5-8% Schlämmstoffgehalt
- mittelfette Sande 8-15% Schlämmstoffgehalt
- fette Sande über 15% Schlämmstoffgehalt

Zu den wichtigsten Binderlosen Formstoffen für die Herstellung von Sandformen gehören Quarzsande, Chromit-, Zirkon-, Olivin- und Schamottesande.

SiO2 wird aus natürlichen Lagerstätten gewonnen und durch Waschen und Klassieren aufbereitet. Es sind weiß bis gelblich-graue, runde Körner mit glatter Oberfläche, die einen SiO2 Gehalt von mindestens 98% besser höher besitzen.

Quarzsand ist der am häufigsten verwendete Formstoff. Er läßt sich mit allen Bindemitteln für fast alle Formstoffverfahren einsetzen. (Mn-Stahl Ausnahme da er mit Sand reagiert. Vgl. Richardson Jeffes?)

Bei 573°C durchläfut Quarz eine Modifikation von Tiefquarz zu Hochquarz welche mit einem Volumensprung (Quarzsprung) einhergeht. Durch den Sprung treten beim Abguss in der FOrm Druckspannungen auf die zu formstoffbedingten Gussfehlern wie Blattrippen, Schülpen, Rattenschwänzen etc. führen können. Dem Sand kann zur Vermeidung Quarzgut-, Zirkon oder Olivinsand beigemischt werden.

Sand aus Chromeisenerz welches ein basisch reagierendes Erz unterschiedlicher Zusammensetzung ist, das neben dem eigentlichen Chromerz als Gangart Serpentin, Olivin, Quarz, Chlorite und Pyrite enthält.

Schwarz glänzende, splittrige Körner bei einem Cr2O3 Gehalt von mind. 44% und einem maximalen FeO Gehalt von 28%.

Der Formstoff sollte möglichst frei von Schlämmstoffen sein. Kann mit allen Bindern verarbeitet werden muss aber aufgrund der Splitterform stark verdichtet werden

Olivine sind Mg-Fe-Silikate unterschiedlicher Zusammensetzung. Für die Herstellung von Olivinsanden findet ausschließlich MAterial Einsatz, das zu über 90% aus dem Minderal Forsterit (Mg2SiO4) besteht.

Zur Herstellung des Sandes wird das Gestein gebrochen, klassiert, ggfls. gewaschen und calciniert. Die Körner sind grün, gelblich, braun, rotbraun und glasglänzend. Die Schlämmstoffe sollten unter 2% liegen. Der chemische Charakter ist neutral bis schwach basisch.

Vornehmlich für Stahlguss mit Bindern Bentonit, Wasserglas oder Sorelzement.

Überwiegend bestehend aus dem Minderal Zirkon ZrSiO4.
Aus natürlichen Lagerstätten gewonnen, wird so aufbereitet, dass sein ZrO2-Gehalt mindestens 65% beträgt. und sein SiO2 Gehalt max. 34%.

Hat ein weiss grau rötliches Aussehen. beginnt bei Temperaturen über 1500°C zu sintern und findet in Kombination mit allen Bindemitteln Verwendung als Formstoff für Stahlgießereien.

Besitzt eine geringe lineare Ausdehnung ind er Gießhitze und wird deshalb für thermisch hoch beanspruchte Formen und Kerne eingesetzt.

Nachteil ist hoher Preis bei hoher Schüttdichte!

Entsteht durch das Schmelzen und die anschließende Zerkleinerung von Quarzsand. Dadurch hat er ein geringes Ausdehnungsverhalten. Sinterbeginn liegt bei ca. 1300°C und der SiO2 Gehalt bei mindestens 99%

gebrannter und gemahlener Ton mit einer chemischen Zusammensetzung von mind. 36% Al2O3 wobei eine Gesamtporosität von 16% nicht überschritten werden soll. Als Bindemittel dient der gleiche Ton der auch als Ausgangsmaterial für Schamotte benutzt wird. Gegebenenfalls kann auch Wasserglas verwendet werden.

Einsatzgebiete sind Stahlformmassen

Al2O3 - SiO2
Eutektische Temperatur von 1595°C ==> exzellente Feuerfestigkeit

SiO2
wobei aufgrund der Sprunghaften Ausdehnung nur bedingt einsetzbar (Mischung mit Quarzgut)

Al2O3
Korund mit Ts von 2050°C, werden bevorzugt bei der gerichteten und einkristallinen Erstarrung von Superlegierungen eingesetzt.

ZrO2.SiO2
Vor allem ZrSiO4 mit Ts = 1775°C. Da Verunreinigungen den Schmelzpunkt senken kommt nur Tmax von 1700°C in Frage. Aufgrund des geringen Preises jedoch häufig eingesetzt

Mischung aus Sand, Ton, Wasser und ggf. Zusatzstoffen zur Herstellung von Naßgußformen.

Natursande:
Illit, Kaolinit, Fireclay, Glaukonit

Synthetische Sande:
Bentonit, ein vorwiegend aus Montmorillonit bestehender Bindeton

Durch die Quellfähigkeit der TOnminerale. Diese ist abhängig von der Fähigkeit der Tonmineralteilchen, Wassmoleküle und Kationen an ihrer Oberfläche gebunden zu halten. Je größer die spezifische Oberfläche, umso höher die Zahl der adsorptiv gebundenen Kationen.

Bei Benotnit wird aufgrund der hohen Quellfähigkeit des Montmorillonits die Qualität anhand des Montmorillonitanteils gemessen.

3-Schicht-Mineral, erste und dritte Schicht aus SiO4-Tetraeder, zweite Schicht aus Al(OH)6-Oktaeder. Zwischen den so zusammengesetzten Silikatplättchen befinden sich Wasser und Kationen die die Silikate über Dipolkräfte zusammenhalten. Die Quellfähigkeit besteht darin, dass Wasser interkristallin in das Tonteilchen eindringen kann und so den Abstand der Elementarteilchen vergrößern kann.

Oberflächen- und Brückenbindung.

Das Schichtwasser zweier benachbarter Teilchenoverflächen bewirkt eine Oberflächenbindung über stark oder schwach geordnete Netzwerke. Die Brückenbindung entsteht über die Hydrathüllen ihrer absorbierten Kationen die als Brücken feuchten Wassers durch bereits flüssiges Schichtwasser hindurchragen können. Da die Kationen positiv, die Oebrfläche der Bentonitteilchen negativ geladen sind, entsteht die Bindung durch sich ausrichtende Wasserdipole. Die Stärke der Bindung ist abhängig von der Art der Ionenbelegung.

Die Oberflächenbindung ist aufgrund ihrer großen Wirkungsfläche stärker,w enn gleich auch das Schichtwasser auf den Teilchenoberflächen verhältnismäßig schwach gebunden ist. Das Hydratwasser ist dagegen aufgrund des hohen Verhältnisses von Ladung zur Größe der KAtionen stark gebunden.

Die Grünfestigkeit einer Naßgußfprm ergibt sich aus den Oberflächenbindungen und den Brückenbindungen die aber erst ab einem gewissen Wassergehalt Einfluß nehmen.

Es ist die Festigkeit feuchter, tongebundener Formsande, welche mit zunehmendem Wassergehalt ein MAximum erreicht, dabei ist der Sand aber noch trocken und unplastisch. Dies ist der unterformgerechte Zustand.

Erst wenn genügend Wassermengen zur Adsorption der Kationen vorhanden sind, ist ein intensives Quellen und damit eine Formbarkeit des Sandes gegeben.
Dies ist der überformgerechte Zustand.

Der Anteil an Oberflächenbindungen nimmt allmählich ab, daher auch die Festigkeit. Der Anteil an Brückenbindungen steigt an und ermöglicht so eine verhältnismäßig gute Bindung wenn auch auf etwas niedrigerem Niveau.

Herstellung eines formgerechten Fertigsandes aus dem nach dem Abguß beim Ausleeren der Gusstücke anfallenden Altsande.

- ein Teil des Betonits wird totgebrannt. (>580°C) er verliert seine Bindefähigkeit

- der Sand trocknet aus

- der Schlämmstoffgehalt (Feinanteil <0,02mm) ändert sich

- Metallteile und Kernrückstände gelangen in den Altsand

- Sammeln des Altsandes
- Beseitigung von Sandknollen und Kernbruch
- Ausscheiden metallischer Verunreinigungen
- Herstellung des richtigen Mischungsverhältnisses
- Homogenisieren der Mischung
- Einstellung der richtigen Feuchtigkeit
- Auflockern des gemischten Sandes
- Verteilen des aufbereiteten Sandes an die Formplätz

mischende Behandlung:
dient dem Verteilen der einzelnen Bestandteile

knetende Behandlung:
Hat die Aufgabe durch eine zunehmende Dispergierung des Bindetons seine Klebkraft zu erhöhen und die Sandkörner mit Bentonit zu umhüllen.

- Bau- und Wirkungsweise der Aufbereitungsaggregate
- die dem Aggregat zugefügte Sandmenge
- Eigenschaften des Formsandes (Größe,Oberflächenbeschaff. etc.)

1. Mischen
2. Plastisches Einbinden der Tonaggregate
3. Dispergierung der Tonmineralteilchen
4. Verformen und aufrauhen der Binderhüllen
5. weitere Deformierung der Binderhüllen

Phasen 1-3 steigen Festigkeit und Durchlässigkeit, während das Raumgewicht sinkt. In den Phasen 4-5 fällt die Gasdurchlässigkeit ab da mit steigender Aufrauhung der Strömungswiderstand in den Poren größer wird, die Dichte nimmt wieder zu. Wenn der Zustand größtmöglicher Pakungsdichte erreicht ist, verändern sich Gasdurchlässigkeit und Dichte nicht weiter.

Verstärkung der Bindung des Sandes durch Austausch der Kationen durch kleine, einwertige Kationen.

- es muss kleine, einwertige Kationen zum Austausch anbieten
- es muss wasserlöslich sein
- es muss aus Anionen bestehen, die mit Ca++-Ionen nahezu unlösliche Verbindungen eingehen.

Durch Austausch der Ca-Ionen im Calziumbentonit. Dies geschieht durch kneten von Sand im feuchte Millieu unter Zugabe von Soda.

Ca++-Bentonit + Na2CO3 (Soda) --> Na+-Bentonit + CaCO3

Je mehr Natriumteilchen getauscht werden desto stabiler wird die Bindung. Bei einem Überangebot jedoch, nimmt die Bindung durch vagabundierende Na+-Teilchen ab. Man spricht dann von einer Überaktivierung.

Ein vollaktivierter Ca-Bentonit ist ein Ca-Bentonit in dem die Ca-Teilchen vollständig ersetzt wurden.

Störionen können auch durch salzhaltiges Wasser eingebracht werden.

Handformverfahren:
Bei Kleinstserien oder komplizierten Gußstücken. Der Formstoff wird Schichtweise aufgetragen und mittels Hand- und Druckluftstampfern verdichtet

Schleuderformverfahren:
Ähnlich wie bei der Handverdichtung wird der Sand durch ein Schleuderrad in Schichten aufgetragen und verdichtet sich dabei durch die freiwerdende Energie beim Aufprall.

Maschinenformverfahren:
ermöglichen eine sehr hohe Produktivität. Zweistufige Prozesse, zunächst Vorverdichtung durch Rütteln, Vibrieren, Blasen oder Schießen, Vakuum oder Luftstromvorverdichten. Dann Nach- oder Hauptverdichten durch PRessen, Hochdruckpressen oder Impulsverdichtung.

Kaltharzverfahren
Hot-Box-Verfahren
Cold-Box-Verfahren

uvm.

DAs KH-Verfahren ist ein kalthärtendes Verfahren mit feuchten Formstoffmischungen für die Herstellung von Formen und Kernen. Dabei wird geschewaschener, getrockneter und möglichst alkalifreier Sand (Quarz, Zirkon oder Chromit) mit einem bei Raumtemperatur säureaktiven Harz-Härter-Gemisch vermengt, wobei ein Erstarrungssand mit begrenzter Verarbeitbarkeit entsteht. Diese Zeit kann durch geeignete Härter und Harze eingestellt werden.

Im Bereich der Vorhärtzeit sind die Misch- und Verarbeitungszeit unumgängliche notwendige Größen. Um kurze Mischzeiten erreichen zu können, muss die Vermengung der Komponenten sowie deren Entleerung aus dem Mischer schnell und rückstandslos erfolgen. Unzlängliches Mischen führt allerdings zur Fleckigkeit, die Festigkeit der Form wird inhomogen.

offene Härtung:
Mit der offenen Härtung lassen sich die möglichen Spitzenfestigkeiten einer Formstoffmischung ermitteln.

halboffene Härtung (Wechselhärtung)
offen (Mischen) - geschlossen (Vorhärten und Anhärten) - offen (Endhärten)

geschlossene Härtung:
Der Formstoff wird unter denkbar ungünstigen Bedingungen ausgehärtet, die gesamt Härtung erfolgt im geschlossenen Zustand. Minimale Festigkeit!