CH621955A5

CH621955A5 - Directionally solidified eutectic product and process for its manufacture

Info

Publication number: CH621955A5
Application number: CH574876A
Authority: CH
Inventors: John Stephen Erickson; Earl Ryan Thompson; Patrick Michael Curran
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 1975-05-14
Filing date: 1976-05-07
Publication date: 1981-03-13
Also published as: FR2310824A1; GB1547817A; JPS51138519A; CA1068454A; FR2310824B1; DE2619665A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein gerichtet erstarrtes eutektisches Erzeugnis sowie auf ein Verfahren zu dessen Herstellung. Erfindungsgemäss hergestellte Erzeugnisse sind besonders geeignet zur Verwendung auf Anwendungsgebieten unter hoher Temperatur und hohen Beanspruchungen, wie z. B. als Schaufeln und Blätter in Gasturbinentriebwerken.

Auf metallurgischem Gebiet fand längst die Tatsache Anerkennung, dass Unterschiede in der Mikrostruktur einer gegebenen Legierung zu grossen Unterschieden in den mechanischen Eigenschaften führen können. Ein Beispiel für die Bedeutung der Mikrostruktur zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften findet sich auf dem Gebiet der gerichtet erstarrten eutektischen Legierungen. Die US-PS 3 124 452 offenbart die Herstellung eutektischer Metall-Legierungen mit einer Mikrostruktur, die aus parallelen Platten, Fasern oder Stäben einer zweiten Phase besteht. Gerichtet erstarrte eutektische Erzeugnisse besitzen extrem hohe Zugfestigkeiten in zur mikrostrukturellen Ausrichtung parallelen Richtungen, solche gerichtet erstarrte Legierungen haben jedoch anisotrope Eigenschaften, und die Zugfestigkeiten solcher Legierungen fallen rasch ab, wenn die Zugkräfte in Richtungen einwirken, die nicht mit der Orientierung der Mikrostruktur zusammenfallen. Gerichtet erstarrte Eutektika haben geringe Dehnungswerte, und dieser Mangel an Duktilität kann ein ernstes Hindernis für die erfolgreiche Anwendung solcher Materialien sein. Die US-PS 3 790 303 gibt eine Methode an, nach der gerichtet erstarrte eutektische Erzeugnisse mit einer Kombination verschiedener Eigenschaften in verschiedenen Teilen des Erzeugnisses hergestellt werden können. Diese Patentschrift offenbart ein Erzeugnis, in welchem ein Teil gerichtet erstarrt ist, was zu einer ausgerichteten eutektischen Struktur mit einem hohen Mass an Ausrichtung führt, und bei dem ein zweiter Teil ein ungerichtet erstarrter Teil mit zufälliger Mikrostrukturorientie-rung ist. Das beschriebene spezielle Erzeugnis ist eine Gasturbinenschaufel, bei der der Fussteil, der am Turbinenläufer angebracht sein muss, eine nichtorientierte Mikrostruktur hat, und diese nichtorientierte Mikrostruktur soll eine verhältnismässig hohe Duktilität haben, so dass die Schaufel am Läufer in befriedigender Weise angebracht werden kann. Der ungerichtet erstarrte Fussteil des Erzeugnisses hat eine Mikrostruktur, die gewöhnlich als dendritisch bezeichnet wird. Der Flügelprofilteil des Erzeugnisses hat eine ausgerichtete Mikrostruktur mit einem hohen Mass an Ausrichtung und einer sich daraus ergebenden hohen Festigkeit. Daher ist der Flügelprofilteil in der Lage, verhältnismässig hohen Beanspruchungen zu widerstehen, die bei Zentrifugalkräften und Gasdrücken auftreten.

Weitere US-PS auf dem Gebiet der gerichtet erstarrten Eutektika sind die US-PS 3 434 827, 3 528 808, 3 554 817, 3 564 940, 3 671 223 und 3 793 010.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines eutektischen Erzeugnisses, das vollständig gerichtet erstarrt ist, das aber Teile mit unterschiedlichen Mikrostrukturen und verschiedenen mechanischen Eigenschaften aufweist, sowie eines entsprechenden Herstellungsverfahrens. Die Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5.

Ein Teil des Erzeugnisses ist unter Bedingungen gerichtet erstarrt, welche zu einem hohen Ausmass an mikrostruktureller Ausrichtung führen, wobei der durchschnittliche Anteil an Fehlausrichtung weniger als 5° und bevorzugt weniger als 3° ist. Dieser Teil des Erzeugnisses zeichnet sich durch hohe Zugfestigkeiten bei erhöhten Temperaturen und verhältnismässig geringe Duktilitäten aus. Ein anderer Teil des Erzeugnisses ist unter Bedingungen gerichtet erstarrt, die zu einer zellartigen Mikrostruktur führen, in der die einzelnen lamellenartigen Plättchen oder Fasern weniger gut ausgerichtet sind, wobei die durchschnittliche Fehlausrichtung der einzelnen Plättchen oder Fasern von der allgemeinen Erstarrungsachse zwischen etwa 6 und 15° liegt. Die zellartige Mikrostruktur zeichnet sich durch deutlich grössere Duktilitäten bei gleichzeitig höheren mechanischen Eigenschaften aus als eine dendritische oder ungerichtet erstarrte gleichachsige Struktur.

Das Erzeugnis wird durch gerichtete Erstarrung hergestellt, und die Erstarrungsbedingungen werden während des Prozesses so geändert, dass die verschiedenen Arten der Mikrostruktur entstehen. Das erfindungsgemässe Verfahren ist für die Herstellung von Gasturbinenschaufeln besonders geeignet, bei denen der Fussteil, der im Betrieb tieferen Temperaturen unterliegt und höhere Duktilität erfordert, zellartig ist, während der Flügelprofilteil, der bei hohen Temperaturen arbeitet und weniger Duktilität erfordert, eine vollständig orientierte lamellenartige oder fasrige Struktur darstellt.

Die Erfindung wird weiter erläutert in der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die in den Zeichnungen dargestellt ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 die Lebensdauer bis zum Bruch einer mit verschiedenen Geschwindigkeiten gerichtet erstarrten eutektischen Legierung, untersucht bei 760° C/7734 kp/cm2 (1400° F/110 ksi).

Fig. 2 die Lebensdauer bis zum Bruch der Legierung/Bedingungen wie bei Fig. 1, untersucht bei 982° C/2812 kp/cm2 (1800° F/40 ksi),

Fig. 3 die Lebensdauer bis zum Bruch der Legierung/Bedingungen wie'in Fig. 1 untersucht bei 1095° C/1406 kp/cm2 (2000° F/20 ksi),

Fig. 4 die Beanspruchung, die erforderlich ist, um in 100 h bei einer eutektischen Legierung, die so gerichtet erstarrt ist, dass zwei verschiedene Mikrostrukturen entstehen, zum Bruch zu führen,

Fig. 5a und 5b Mikrostrukturen in Längs- und Querrich5

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tung im Fuss- und Flügelprofilteil einer erfindungsgemäss hergestellten eutektischen Gasturbinenschaufel,

Fig. 6 Mikrostrukturen in Längsrichtung im Fuss- und Flügelprofilsteil einer erfindungsgemäss hergestellten eutektischen Gasturbinenschaufel und

Fig. 7 eine repräsentative Mikrostruktur einer ungerichtet erstarrten, gleichachsigen eutektischen «5-Phasen-verstärkten Legierung.

Die Erfindung betrifft das Gebiet gerichtet erstarrter Eutektika. Im Sinne der vorliegenden Beschreibung soll der Begriff Eutektikum solche mit einem, zwei und mehreren Freiheitsgraden umfassen sowie solche, die sowohl Elemente als auch Verbindungen enthalten. Die Erfindung ist auf alle Arten von Eutektika in breitem Rahmen anwendbar, daher sind Ausdrücke wie lamellar, stabförmig, plattenförmig und faserartig in dieser Beschreibung im allgemeinen im Austausch füreinander verwendbar. In der sich anschliessenden Beschreibung sind alle Zusammensetzungen in Gewichtsprozent angegeben, sofern nicht anders bezeichnet.

Die Perfektion der Orientierung eines gerichtet erstarrten Eutektikums kann wie folgt definiert werden:

Man betrachte Projektionen der Achsen senkrecht zu den Bereichen der zweiten Phase in einem kleinen Volumen des erstarrten Eutektikums. Ist das Eutektikum vollkommen ausgerichtet, fallen diese Senkrechten entlang dem Äquator der das Volumenelement umgebenden Sphäre, wenn man die Wachstumsachse des Eutektikums als die gleiche ansieht wie die Nord-Süd-Achse der Sphäre. Betrachtet man im anderen Extrem eine vollständig nichtorientierte eutektische Struktur, so würden hier die projizierten Senkrechten auf alle Bereiche der zweiten Phase in einem kleinen Volumen erstarrten Eutektikums die umgebende Sphäre mit einer völlig zufälligen und gleichförmigen Verteilung kreuzen.

Praktisch wird eine vollkommen orientierte Struktur als eine solche angesehen, bei der die projizierten Senkrechten von den lamellenähnlichen Plättchen die umgebende Sphäre innerhalb etwa 5°, und bevorzugt noch weniger, vom Äquator kreuzen würden; d.h. also bevorzugt innerhalb von etwa 3° vom Äquator. Eine zellartige Struktur wird als solche angesehen, bei der die projizierten Senkrechten von den lamellenähnlichen Plättchen in dem kleinen Volumen erstarrten Eutektikums innerhalb von 6 bis 15° zum Äquator der umgebenden Sphäre liegen; d.h. beispielsweise etwa 10° vom Äquator. In einer vollständig nichtorientierten eutektischen Struktur würden die projizierten Senkrechten der Ebenen der zweiten Phase in einem Volumen erstarrten eutektischen Materials eine umgebende Sphäre in einem Durchschnittswinkel von 45° vom Äquator schneiden.

In bisher untersuchten Systemen wurde ermittelt, dass vollständig orientierte Mikrostrukturen optimale Streck-, Zug-und Dehnbruchfestigkeiten bei erhöhten Temperaturen besitzen, während zellartige Mikrostrukturen geringere Festigkeiten, aber viel grössere Duktilitäten bei mittleren und höheren Temperaturen aufweisen. Dendritische Strukturen scheinen geringere Festigkeiten als zellartige Strukturen zu haben, und sie haben gewöhnlich geringere Duktilitäten als die vollkommen orientierten oder zellartigen Strukturen.

Gerichtet erstarrte eutektische Strukturen werden im allgemeinen durch Erstarren geschmolzenen Materials einer eutektischen Zusammensetzung unter solchen Bedingungen gebildet, dass die Grenzfläche, die festes, erstarrtes Material von flüssigem Material trennt, im wesentlichen gleichförmig und eben ist und sich entlang einer Achse von einem Teil des Erzeugnisses zu einem anderen Teil des Erzeugnisses bewegt. Übersteigt die Erstarrungsgeschwindigkeit eine bestimmte kritische Geschwindigkeit, verliert diese Zwischen- oder Grenzfläche ihre mikroskopische Ebenheit und nimmt Kuppenform an. Diese Grenzflächenform führt zur Bildung einer zellartigen

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Kolonie-Mikrostruktur. Bei noch grösseren Geschwindigkeiten kann eine dendritische Wachstumsform auftreten. Ob bestimmte Erstarrungsbedingungen eine vollkommen orientierte oder zellartige Mikrostruktur hervorrufen, hängt vom Verhältnis G zu R ab, wobei G der Wärmegradient in der Flüssigkeit an der Grenzfläche und R die Wandergeschwindigkeit der Grenzfläche ist. Die vorstehenden Ausführungen gelten für die gerichtete Erstarrung, wenn ungerichtete Erstarrung auftritt und sich eine gleichachsige oder gleichgerichtete Struktur ergibt. Das bestimmte Verhältnis von G zu R, bei dem die Mikrostruktur sich vom vollständig orientierten Zustand zum zellartigen Zustand ändert, ist für ein bestimmtes Legierungssystem im wesentlichen konstant. Das kritische Verhältnis von G zu R kann durch einfache Versuchstechniken bestimmt werden. Nichtgerichtete Erstarrung führt zu einer zufällig orientierten zellartigen oder dendritischen Struktur.

Eine Turbinenschaufel wird erfindungsgemäss wie folgt hergestellt: Eine keramische Präzisionsgussform wird in der gewünschten Schaufelkonfiguration hergestellt. Hierzu kann die Wachsausschmelz- oder Feingiesstechnik angewandt werden. Nachfolgend sei angenommen, dass der Bodenteil der Form, der die Schreckplatte berührt, dem Fussteil der Schaufel entspricht, und der obere Teil der Form mit der Öffnung,

durch welche das geschmolzene Metall eingebracht wird, dem Flügelprofilteil des Erzeugnisses entspricht. Natürlich könnte die Gussform auch in einer umgekehrten Form hergestellt werden. Ferner sei angenommen, dass die Erstarrung zuerst im Bodenteil der Form erfolgt und sich gegen den oberen Teil der Gussform bewegt. Natürlich könnte der Erstarrungsvorgang auch umgekehrt werden, wenn dafür gesorgt würde, dass das geschmolzene Metall dem Bodenteil der Gussform zugeführt würde. Bevorzugt wird die Gussform auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt der fraglichen Legierung vorerhitzt und dann mit dem geschmolzenen Metall gefüllt und bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt der eutektischen Legierung gehalten. Um gerichtete Erstarrung zu induzieren, wird die Gussform von einer Temperatur über dem Schmelzpunkt der Legierung auf eine Temperatur unter dem Schmelzpunkt der Legierung mit einer bestimmten Geschwindigkeit durch einen Temperaturgradienten gebracht. Beim erfindungsgemässen Verfahren ist die Geschwindigkeit, mit der die Gussform bewegt wird, so gewählt, dass das Verhältnis des Wärmegradienten G zur Geschwindigkeit R eine zellartige Mikrostruktur in dem Fussoder Bodenteil des Gussstücks liefert. Die Geschwindigkeit, mit der die Gussform durch den Bereich des Wärmegradienten bewegt wird, liegt eng bei der Geschwindigkeit, bei welcher das Gussstück erstarrt, dem Fachmann jedoch wird klar sein, dass, wenn sich die Querschnittsfläche des Gusserzeugnisses sehr stark ändert, sich die Bewegungsgeschwindigkeit der Erstarrungsgrenzfläche in einer Weise ändern wird, die zur Bewegung der Gussform nicht proportional ist. Nähert sich die Erstarrungsgrenzfläche der Verbindung zwischen dem Fussteil und dem Schaufelteil des Erzeugnisses, wird die Bewegungsgeschwindigkeit der Gussform auf eine Geschwindigkeit gesenkt, die zu einer vollständig orientierten Mikrostruktur im Flügelprofilteil des Erzeugnisses führt. Dabei sollte sichergestellt werden, dass dieser Ubergang zwischen zellartiger und vollständig orientierter Mikrostruktur eher im Ansatzteil der Schaufel eintritt, der geringerer Beanspruchung unterliegt als im Flügelprofilteil des Erzeugnisses.

Wie oben erwähnt, ist der Parameter, der die Mikrostruktur kontrolliert oder steuert, das Verhältnis von G (Wärmegradient) zu R (Erstarrungsgeschwindigkeit). Das erfindungs-gemässe Erzeugnis hat eine zellartige Mikrostruktur in einem Teil und eine voll ausgerichtete Mikrostruktur in wenigstens einem anderen Abschnitt. Eine Möglichkeit zur Erzielung dieses Ergebnisses liegt in der Änderung der Erstarrungsgeschwindigkeit R, um so das Verhältnis von G zu R zu ändern.

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Ein ähnliches Ergebnis kann auf andere, weniger erkennbare Weise erzielt werden. Wenn auch der Wärmegradient G an der Erstarrungsgrenzfläche weitgehend durch den von aussen einwirkenden Wärmegradienten gesteuert wird, können andere Faktoren einen gewissen Einfluss haben. Der Hauptfaktor dieser anderen Faktoren ist die Form des Querschnitts des gerade erstarrenden Teils. Unter einem konstanten von aussen einwirkenden Wärmegradienten ergibt sich ein grösserer innerer Wärmegradient in einem Teil mit einem geringen Querschnitt und einem grossen Oberfläche/Volumen-Verhält-nis als bei grossem Querschnitt mit einem kleinen Oberflä-che/Volumen-Verhältnis. Diese Tatsache kann zur Herstellung von Teilen mit veränderlichen Mikrostrukturen bei konstanter Erstarrungsgeschwindigkeit R verwertet werden, wenn eine vollständig orientierte Mikrostruktur in einem dünnen Abschnitt mit einem hohen Oberfläche/Volumen-Verhältnis und eine zellartige Mikrostruktur in einem dicken Abschnitt mit einem niedrigen Oberfläche/Volumen-Verhältnis erwünscht ist. Zur Erzielung dieses gewünschten Ergebnisses muss die Erstarrungsgeschwindigkeit R sorgfältig gewählt werden, so dass, wenn G gross ist (dünner Abschnitt), sich eine vollkommen orientierte Mikrostruktur ergibt, und wenn G klein ist (dicker Abschnitt), sich eine zellartige Mikrostruktur ergibt.

Bei dieser Lösung ist R kritisch, und das Verfahren ist schwerer zu steuern, wie wenn R variiert wird. Diese Lösung ist auch auf den Fall beschränkt, wo eine zallartige Struktur in einem dicken Abschnitt erwünscht ist. Wird R variiert, kann eine voll orientierte Struktur in einem dicken Abschnitt und eine zellartige Struktur in einem dünnen Abschnitt erhalten werden. Daher ist das Verfahren, bei dem R variiert wird, bevorzugt.

Zu betonen ist, dass das erfindungsgemässe Verfahren im Vergleich zum Stand der Technik, der unkontrollierte dendritische Erstarrung in einem Teil des Erzeugnisses und nachfolgende gerichtete Erstarrung in einem Teil des Erzeugnisses vorschlägt, totale gerichtete Erstarrung durch das ganze Erzeugnis umfasst. Es wurde gefunden, dass zellartige gerichtete Erstarrung mechanische Eigenschaften liefert, die denen, wie sie bei unkontrollierter dendritischer Erstarrung erhalten werden, überlegen sind.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert, welche, wenngleich der Veranschaulichung dienend, den Erfindungsgegenstand nicht beschränken.

Beispiel 1

In diesem Beispiel wurde eine eutektische Nickel-Basis-Legierung mit einem Gehalt von 20% Niob, 6% Chrom und 272% Aluminium eingesetzt. Die Struktur in dieser Legierung in erstarrtem Zustand ist eine feste y-Nickel-Matrix-Lösung, die eine Abscheidung von ;'-Grundmaterial enthält, gebildet im festen Zustand und verstärkt mit einer zweiten Phase von ò-(Ni3Nb). Keramische Hohlformen wurden hergestellt, vorerhitzt und dann mit dem geschmolzenen Eutektikum gefüllt, das durch Herausziehen der Formen aus einem Ofen mit einer Heisszonentemperatur von etwa 1650° C gerichtet zum Erstarren gebracht wurde. Die Formen wurden durch einen Strahlungsschirm hindurch weggezogen, so dass ein verhältnismässig grosser Temperaturgradient hervorgerufen werden konnte. Drei Abzugsgeschwindigkeiten wurden angewandt; 3, 7,5 und 50 cm/h. Die erste Geschwindigkeit mit 3 cm/h führte zu einer vollständig orientierten fasrigen Mikrostruktur, während Abzugsgeschwindigkeiten von 7,5 und 50 cm/h beide zu zellartigen Mikrostrukturen führten. Die Abzugsgeschwindigkeit von 50 cm/h lieferte eine viel feinere zellartige Mikrostruktur als die Abzugsgeschwindigkeit von 7,5 cm/h. Proben dieser Materialien wurden untersucht, um Dehnbrucheigenschaften bei 760° C unter einer Belastung von 7734 kp/cm2, bei 982° C unter einer Belastung von 2812 kp/cm2 und bei 1095° C bei einer Belastung von 1406 kp/cm2 zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in den Fig. 1, 2 und 3 wiedergegeben. Eine Betrachtung dieser Figuren zeigt, dass die vollständig orientierte faserartige Mikrostruktur beträchtlich geringere Duktilität aufwies als die zellartige Mikrostruktur unter den drei Untersuchungsbedingungen. Der Unterschied ist bei 760° C am besten zu bemerken, wo die vollständig orientierte Mikrostruktur etwa 1 % Duktilität aufwies, während die zellartige Mikrostruktur, hergestellt bei einer Abzugsgeschwindigkeit von 50 cm/h, eine Duktilität von über 8% hatte. Zu bemerken ist, dass der Massstab für die Lebensdauer bis zum Bruch in den Figuren von einer Figur zur anderen variiert. So betrug die Lebensdauer bis zum Bruch der feinen zellartigen Struktur bei 760° C etwa 200 h gegenüber einer Lebensdauer bis zum Bruch der zellartigen Struktur bei höheren Temperaturen im Bereich von 60 bis 90 h. Beim praktischen Betrieb arbeitet der Fussteil der Schaufel bei beträchtlich niedrigeren Temperaturen als der Schaufelteil und unterliegt Scher- und Biegebeanspruchungen, die ein bestimmtes Mass an Duktilität erfordern. So ist zu ersehen, dass, wenn eine Schaufel aus der Legierung nach dem Verfahren des vorliegenden Beispiels hergestellt würde, diese eine äusserst erwünschte Kombination mechanischer Eigenschaften insofern besässe, als sie erheblich höhere Duktilitäten im Fussteil hätte, der im Temperaturbereich von 760° C arbeitet, gekoppelt mit verhältnismässig hoher Bruchfestigkeit in den Schaufelteilen, die bei höheren Temperaturen und unter höheren Beanspruchungen arbeiten.

Beispiel II

Bei diesem Beispiel wurde eine Nickel-Basis-Legierung mit einem Gehalt von 23,1 % Niob und 4,4% Aluminium eingesetzt. Diese Legierung besteht in erstarrter Form aus einer y-Grundmatrix, verstärkt durch eine zweite Phase <5-(Ni3Nb)-Struktur in plattenähnlicher Form. Proben dieser Legierung wurden ähnlich der in Beispiel I beschriebenen Weise gerichtet zur Erstarrung gebracht, indem sie aus einem erhitzten Ofen in eine Kühlzone gezogen wurden. Es wurde gefunden, dass eine Abzugsgeschwindigkeit von 2 cm/h zu einer voll orientierten lamellenartigen Struktur führte, während eine Abzugsgeschwindigkeit von 15 cm/h eine vollständig zellartige Struktur lieferte. Mehrere Proben jeden Strukturtyps wurden über einen Temperaturbereich hinweg untersucht, und die zum Bruch in 100 h führende Beanspruchung wurde als Funktion der Temperatur für die beiden Strukturtypen bestimmt. Die Höhe der zum Bruch in 100 h führenden Beanspruchung ist in Fig. 4 wiedergegeben. Aus Fig. 4 geht hervor, dass die zellartigen Mikrostruktur einer höheren Bruchbeanspruchung bei Temperaturen unter 870° C widersteht, während die lamellenartige Mikrostruktur eine höhere Bruchbeanspruchung bei Temperaturen über 870° C bietet. Da die Betriebsbedingungen der Schaufel so sind, dass der Fussteil bei einer Temperatur von etwa 760° C arbeitet, während der Flügelprofilteil bei einer Temperatur von etwa 870° C arbeitet, ist zu ersehen, dass für diese bestimmte Legierung eine überlegene Kombination von Eigenschaften in der einzelnen Schaufel erzielt werden kann, wenn der Fussteil eine zellartige Mikrostruktur und der Flügelprofilteil eine lamellenartige Mikrostruktur aufweist.

Beispiel III

Eine keramische Hohlform wurde unter Anwendung der üblichen Standardpraktiken hergestellt. Der Hohlforminnen-raum entsprach einer Standardschaufelform, mit der Ausnahme, dass ein verlängerter Fussteil angewandt wurde. Der Hohlraum wurde mit dem Fussteil nach unten ausgerichtet. Eine eutektische Legierung mit einem -Grundbestandteil (Ni3Al) plus ó-(Ni3NB) (23,1 % Nb, 4,4% AI, Rest Ni) wurde geschmolzen und in die auf eine Temperatur von 1650° C vor5

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erhitzte Form gegossen. Die Formfüllung wurde durch Eintauchen in ein flüssiges Zinnbad bei kontrollierter Geschwindigkeit zum Erstarren gebracht. Das flüssige Zinnbad wurde auf einer Temperatur von 345° C gehalten. Der Fussteil der Form wurde mit einer Geschwindigkeit von 5,0 cm/h eingetaucht, 5 und die Eintauchgeschwindigkeit auf 2,5 cm/h zur Erstarrung des Flügelprofilabschnitts gesenkt. Die erstarrte ^Schaufel wurde geätzt und geprüft. Fig. 5 zeigt Mikrofotografien im Fuss- und Flügelprofilteil des Gussstücks in Längs- und Querrichtung und zeigt die zellartige und vollständig orientierte la- 10 mellenartige Mikrostruktur, die sich ergeben hatte. Fig. 6 zeigt Mikrofotografien in Längsrichtung in Verbindung mit der Lage in der Schaufel, aus der sie stammen. Zweck des verlängerten Fussteils (in Fig. 6 als Starter bezeichnet) war es, eine stabile und gleichförmige Mikrostruktur im Fussteil sicherzustellen. 15

Ein solcher Starterteil wäre in einem voll entwickelten Indu-strieprozess unnötig; wäre er nötig, würde er nach der Erstarrung verworfen werden. Fig. 7 zeigt eine gleichachsige eutektische Struktur in einer <3 -verstärkten Legierung, die ungerichtet verfestigt wurde. Die grossen Orientierungsunterschiede der Bereiche der zweiten Phase sind leicht sichtbar.

Beispiel IV

Bruchproben wurden vom Fuss- und Flügelprofilteil des in Beispiel III hergestellten Gegenstands bearbeitet. Proben des Flügelprofils und des Fusses hatten Bruchdehnungen von 1,06 bzw. 2,19%, untersucht bei 760° C/8436 kp/cm2. Die in der Fussprobe gefundene erhöhte Duktilität ist erwünscht, da sie es für den Fussabschnitt möglich macht, diesen der Befestigungseinrichtung ohne Bruch anzupassen.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Gerichtet erstarrtes eutektisches Erzeugnis, gekennzeichnet durch wenigstens einen Teil mit einer zellartigen Mikrostruktur und wenigstens einen weiteren Teil mit einer vollständig orientierten faserartigen Mikrostruktur.

2. Erzeugnis nach Anspruch 1 in Form einer Turbinenschaufel, gekennzeichnet durch einen Flügelprofilabschnitt mit einer vollständig orientierten faserartigen Mikrostruktur und einem Fussabschnitt mit einer zellartigen Mikrostruktur.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Erzeugnis nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein durchschnittliches Mass an Fehlausrichtung der vollständig orientierten Mikrostruktur von weniger als 5° und der zellartigen Mikrostruktur zwischen 6 und 15°.

4. Erzeugnis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einer eutektischen Superlegierung auf Nickelbasis besteht.

5. Verfahren zur Herstellung des gerichtet erstarrten eutektischen Erzeugnisses gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) eine keramische Präzisionsgussform mit einem Gusshohlraum der gewünschten Form hergestellt,

b) die Gussform vorerhitzt,

c) diese Gussform mit einer Masse geschmolzenen Materials von näherungsweise eutektischer Zusammensetzung gefüllt,

d) die Masse des Materials mit einer Geschwindigkeit, die die gewünschte Mikrostruktur in einem Teil des Erzeugnisses liefert, gerichtet zum Erstarren gebracht und e) die Erstarrungsgeschwindigkeit zur Änderung der Mikrostruktur in wenigstens einem anderen Teil des Erzeugnisses geändert wird.