Zusammensetzung der Guss- und Löteinbettmassen

Anforderungen an Gusseinbettmassen

Speed- Einbettmassen

Löteinbettmassen

Expansionsursachen der Gusseinbettmassen

Verarbeitungshinweise

Vorwärmprozess

Zusammensetzung der Guss- und Löteinbettmassen

1. Feuerfeste Bestandteile (70-85%)
Verschiedene Kristallformen des Siliziumdioxids SiO2:
Hauptsächlich Quarz und Cristobalit. Neben geringen Mengen an Tridymit und Quarzgut (gesinterter Quarz  geringer Kristallanteil  sehr geringer WAK-Wert).

2. Bindemittel (15-30%)
2.1 Gipsgebundene Einbettmassen
Bindemittel = Gips (Calciumsulfat – Halbhydrat CaSO4* 1/2H2O)
Vorwärmtemperatur = max. 750°C. Bei höheren Temperaturen zersetzt der Gips 
die Einbettmasse zerbröckelt.

2.2 Phosphatgebundene Einbettmassen
Bindemittel = Magnesiumammoniumphosphat – Hexahydrat
                                                MgNH4PO4 * 6H2O
Vorwärmtemperatur ca. 800 – 1000°C je nach Legierungstyp. Für hochschmelzende Edelmetalllegierungen (Aufbrenn- und Palladiumbasisleg.), Modellgusslegierungen und den Titanguss geeignet.

3. Zusatzstoffe (max. 5%)

• Natrium-, Kalium- und Litiumchlorid zur Expansionssteigerung
• Graphit C als Reduktionsmittel und für eine glattere Legierungsoberfläche. Nicht bei Legierungen mit einem hohen Palladiumanteil, ebenso wenig für Modellguss und Titan.
• Farbstoffe

Anforderungen an Gusseinbettmassen

1. Die Kontraktion der Metalllegierung beim Erkalten muss durch eine gleich große Expansion der Einbettmasse ausgeglichen werden, ansonsten entstehen zu kleine Gussobjekte. Die angestrebte Expansion der Einbettmasse wird nur dann erreicht, wenn die Herstellerangaben genau beachtet werden.
   Dazu gehören vor allem:
   
   • Exaktes Abmessen der Anmischflüssigkeit und bei phosphatgebundenen Einbettmassen das Einstellen deren Konzentration durch Wasserzugabe. (höher Konzentriert  höhere Expansion)
   • Auskleiden des Muffelrings mit einer feuerfesten Vlieseinlage  ohne Vlies verminderte Expansion.
   • Beachten der Anmischzeit.
2. Sie müssen feinkörnig sein, um eine glatte Oberfläche zu ermöglichen.
3. Sie müssen etwas porös sein, damit eingeschlossenes Gas (Luft, Wasserdampf, Ammoniak) entweichen kann.
4. Gusseinbettmassen müssen hitzebeständig sein.
5. Sie müssen eine hohe Festigkeit aufweisen. Belastet wird die Einbettmasse vor allem beim Austreiben von Wasserdampf und Wachs so wie beim Einschießen der Schmelze.
6. Einbettmassen dürfen weder mit dem Wachs noch mit der Legierung reagieren. Für den Titanguss geeignete Einbettmassen sind besonders reaktionsträge.

Speed-Einbettmassen

Um die höheren Belastungen beim schnellen Vorwärmen unbeschadet zu überstehen haben Speed-Einbettmassen

• höhere Festigkeitswerte durch spezielle Anmischflüssigkeiten.
• Eine größere Porosität, damit der Wasserdampf besser entweichen kann. Dazu sollte auch der Muffelboden angeschliffen werden. Die höhere Porosität führt zu einer raueren Werkstückoberfläche.

Löteinbettmassen (alle gipsgebunden)

Um die eingebetteten Werkstücke nicht zu verformen oder den Lötspalt zu verändern

• dürfen Löteinbettmassen beim Abbinden nicht expandieren
• müssen Löteinbettmassen beim Vorwärmen ebensoviel expandieren wie die eingebetteten Werkstücke (gleiche WAK`s)
• sind Löteinbettmassen stark porös damit sie sich nicht zu schnell und vor allem gleichmäßig erwärmen.

Expansionsursachen der Gusseinbettmassen

1. Durch die Abbinde Expansion des Bindemittels
1.1    Gipsgebundene Einbettmassen
Expansion durch Aufnahme von Kristallwasser (bis 0,45%):
CaSO4* 0,5H2O + 1,5 H2O                    CaSO4 * 2H2O + E
Calciumsulfat-      Anmisch-        Calciumsulfat-
Halbhydrat           flüssigkeit        Dihydrat

1.2    Phosphatgebundene Einbettmassen
Expansion durch Salzbildung und Aufnahme von Kristallwasser (2,5%):

NH4H2PO4    +    MgO     +    5H2O      ------>           MgNH4PO4 * 6H2O  +  E

Ammonium-   Magnesium-  Anmisch-        Magnesiumammoniumphosphat-
dihydrogen-         oxid         flüssigkeit            Hexahydrat
phosphat


liegt als Pulvermischung vor Magnesiumoxid ist sehr hydroskopisch (wasseranziehend)
  -->Einbettmassen werden Wasserdampf dicht verpackt --> offen gelagerte ph. geb. Einbettmassen binden mit der Luftfeuchtigkeit ab und werden dadurch wertlos!


2. Thermische Expansion (= Expansion durch kristallumwandlung von Siliziumdioxid-
 Mineralien, SiO2)

Allen Einbettmassen enthalten als feuerfesten Bestandteil SiO2-Mineralien in Form von
Quarz, Cristobalit, Tridymit und Quarzgut. Diese SiO2-Mineralien wandeln sich beim  Vorwärmen in andere Kristallformen um. Dabei erfolgt eine unterschiedlich starke Expansion. Um die Höhe der Expansion zu steuern werden diese Mineralien entsprechend gemischt.

2.1 Expansion durch den Tridymit- Anteil (ca. 1%)
    y - Tridymit  100-200°C  ß - Tridymit

2.2 Expansion durch den Cristobalit-Anteil (ca. 2%)
     α- Cristobalit    273°C    ß - Cristobalit
   
Dieser Vorgang wird als Cristobalit- Sprung bezeichnet.


2.3 Expansion durch den Quarz- Anteil (ca. 1%)
    ß- Quarz        573°C        α- Quarz

2.4 Quarzgut zeigt keine nennenswerte Expansion (<0,02%)
    --> Verwendung als feuerfester Bestandteil und zur Expansionsbegrenzung.

Verarbeitungshinweise

1. Das Pulver-Flüssigkeits-Verhältnis muss exakt eingehalten werden ( Pulver abwiegen bzw. Portionsbeutel verwenden, Flüssigkeit abmessen).
2. Das Pulver wird mit destilliertem Wasser (Gipsgebundene Einbettmasse) oder mit einer anderen speziellen Anrührflüssigkeit (phosphatgebundene Einbettmasse) angerührt.
3. Die Einbettmasse wird grundsätzlich mit Vakuum angerührt.
4. Einbettmasse immer verschlossen halten  durch Wasseraufnahme aus der Luft bindet die Einbettmasse vorzeitig ab.
5. Immer verschiedene Geräte für unterschiedliche Einbettmassen verwenden, ansonsten werden die angestrebten Expansionswerte nicht mehr erreicht.

Vorwärmprozess

1.    Umsetzverfahren (Schule + Prüfungslabor)
Benötigt werden drei Öfen fest auf die Temperaturen 300°C, 500°C und 700°C eingestellt werden.

300°C: die Wachsmodellation schmilzt und der aus der feuchten Einbettmasse entweichende Wasserdampf treibt das Wachs aus. Zu dem spaltet die Einbettmasse Kristallwasser ab.
CaSO4 * 2H2O              ---T--->          CaSO4 *  0,5H2O + 1,5 H2O ↑
MgNH4PO4 * 6H2O      ---T--->      MgNH4PO4 * H2O + 5 H2O ↑


α – Cristobalit              273°C        β – Cristobalit (Cristobalit – Spannung)

Haltezeit: ca. 20 – 60 Minuten je nach Größe und Anzahl der Muffeln.
500°C: Die Umwandlung der phosphatgebundenen Einbettmassen in eine glühende
Form beginnt:

MgNH4PO4 * H2O     ---T--->    Mg2 P2O7 + H2O ↑ + NH3 ↑

Geruch nach Ammoniak tritt auf.

700°C bzw. 900°C: Der Gips gibt das restliche Kristallwasser ab:

CaSO4 *  H2O          ---T--->       CaSO4 +  H2O ↑

β- Quarz wandelt sich bei 673°C in α – Quarz um --> Expansion. Das restliche Wachs verbrennt rückstandslos. Haltezeiten wie bei 300°C

2.    Vorheizen mit programmgesteuerten Öfen
Bis zu den jeweiligen Haltezeiten bei ca.  280°C und 580°C wird Temperatur langsam gesteigert und danach rascher auf Endtemperatur erhitzt.
Bei den jeweiligen Temperaturen laufen die oben beschriebenen Prozesse ab.

Mögliche Fehler beim Vorwärmprozess

1. Zu hohe Vorwärmtemperatur  die Einbettmasse zersetzt sich.
2. Zu niedrige Vorwärmtemperatur
   
   • die Schmelze erstarrt zu rasch, d.h. die Hohlform fließt nicht vollständig aus.
   • Die einschießende Schmelz setzt aus der zu kalten Einbettmasse Wasserdampf und bei phosphatgebundenen Einbettmassen NH3-Gas frei. Das entstehende Gas verhindert das Ausfließen bzw. es sprengt die Einbettmasse
   • Die angestrebten Expansionswerte werden nicht erreicht (fehlender Cristobalitsprung bzw. fehlende Quarzumwandlung)
   • Das Wachs wurde noch nicht vollständig ausgebrannt. Die Kohlenstoffreste schädigen Pd-basis-, Modellguss- und Titanlegierungen.
3. Zu schnelles Aufheizen
   
   • Rissbildungen in der Einbettmasse durch zu ungestüm austretende Gase (H2O, NH3)
   • Fahnenbildung.
4. Die Muffel steht zu nah an der unbeheizten Tür des Vorwärmeofens bzw. es sind zu viele Muffeln im Ofen --> zu geringe Vorwärmtemperatur (vgl. Punkt 2). Abhilfe: länger vorwärmen