Nasszugfestigkeitsprüfungen in der Neutronenradiographie - Untersuchungen von Ursache-Eigenschafts-Beziehungen in bentonitgebundenem Formstoff

• Antragsteller: Professor Dr. Guntram Jordan
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 268662032

Bentonitgebundener Quarzsand gehört zu den beim Metallguss am häufigsten verwendeten Formstoffen. Ein Grund für die große Verbreitung und Gebräuchlichkeit liegt in seiner Wiederverwendbarkeit. Weil wiederverwendeter Formstoff jedoch eine etwas schlechtere Bindungsqualität hat, erfolgt nach jedem Gussvorgang eine Zugabe von ca. 5% neuem Formstoff. Die Qualitätsabnahme ist bedingt durch Veränderungen der Tonminerale im Formstoff und äußert sich zum Beispiel in einer geringeren Nasszugfestigkeit. Eine Folge der Qualitätsabnahme ist unter anderem ein häufigeres Auftreten von wasserverursachten Gussfehlern wie Schülpen. Diese Gussfehler sind Folge eines Formstoffabrisses und entstehen durch das Zusammenspiel erhöhter Druckspannungen im heißen, schmelzzugewandten Bereich mit reduzierten Nasszugfestigkeiten im benachbarten kühleren Bereich, der sog. Kondensationszone, in der die Feuchtigkeit aus dem heißen Bereich kondensiert.Trotz der großen Bedeutung der Kondensationszone für die physikalischen Eigenschaften des Formstoffes ist nicht bekannt, was genau in der Kondensationszone vor sich geht, während sie durch den Formstoff wandert. So ist zum Beispiel beim Formstoffabriss unzureichend geklärt, welche momentanen Temperaturen und Feuchtigkeiten am schwächsten Punkt im Formstoff herrschen und wie Abrissort und zeitpunkt vom vorangehenden Temperatur-Feuchte-Verlauf abhängen. Ein primäres Ziel des Forschungsprojektes ist es, diese Zusammenhänge quantitativ zu klären. Dazu werden Nasszugfestigkeitsprüfungen von bentonitgebundenen Formstoffen in-situ im Neutronenradiographen durchgeführt und abgebildet. Mit diesen Versuchen können Feuchte und Temperatur am Abrissort zum Abrisszeitpunkt sowie die zugehörige Nasszugfestigkeit und die Feuchte-Temperatur-Vorgeschichte quantitativ bestimmt werden. Darüber hinaus können die Abhängigkeiten dieser Größen von den wichtigsten praktischen Formstoffparametern wie Verdichtbarkeit und Gasdurchlässigkeit untersucht werden.Auf der Basis dieser neuen, quantitativen Daten kann dann ermittelt werden, welche Mechanismen und Prozesse zu welchen Eigenschaftsveränderungen bei wiederverwendetem Formstoff führen. Ein solches wissenschaftlich quantitatives Verständnis der Ursache-Eigenschafts-Beziehungen geht weit über das bisher vorhandene, meist empirische Wissen hinaus und kann daher entscheidend dazu beitragen, Strategien zu einer wirkungsvollen Verbesserung der Wiederverwendbarkeit von bentonitgebundenem Formstoff zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Wolfgang W. Schmahl