DE102011113157A1 - Treating directionally solidified or monocrystalline casting made of high temperature alloy, preferably turbine blade, comprises partially removing residues of molded material adhered on casting by irradiating using organic blasting agent - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung eines gerichtet erstarrten oder einkristallinen Gussteils, insbesondere eines durch Feinguss erhältlichen Gussteils aus einer Hochtemperaturlegierung, weiter insbesondere einer Turbinenschaufel.The invention relates to a method and a device for the treatment of a directionally solidified or monocrystalline cast part, in particular of a high-pressure alloy cast part obtainable by precision casting, more particularly of a turbine blade.
Kommerziell verfügbare Hochtemperaturlegierungen zeigen ein breites Spektrum von Eisen-, Kobalt-, Nickel- und Edelmetallbasislegierungen. Diese Legierungen kommen bei Temperaturen über 700°C und gleichzeitiger mechanischer Beanspruchung zum Einsatz. Für die technische Entwicklung wichtige Anwendungsgebiete sind Schienen- und Straßenfahrzeuge sowie Flugzeuge und Apparate und Anlagen zur Stromerzeugung. Die ersten Laufschaufeln nach der Brennkammer in Flugturbinen oder in stationären Gasturbinen beispielsweise sind extremen Bedingungen ausgesetzt, wobei die hohe Anforderungen an die Werkstoffe durch Nickelbasis-Superlegierungen erfüllt werden können.Commercially available high temperature alloys show a wide range of iron, cobalt, nickel and precious metal base alloys. These alloys are used at temperatures above 700 ° C and simultaneous mechanical stress. Important areas of application for technical development are rail and road vehicles as well as aircraft and apparatus and systems for power generation. For example, the first blades after the combustion chamber in aircraft turbines or in stationary gas turbines are exposed to extreme conditions, whereby the high demands on the materials can be fulfilled by nickel-base superalloys.
Aus dem Stand der Technik sind gerichtet erstarrte oder einkristalline Feingussbauteile aus Hochtemperaturlegierungen bekannt. Bei der gerichteten Erstarrung der Legierung finden sich Korngrenzen parallel zur Schaufellängsachse, das heißt die Schaufel besteht aus mehreren länglichen Einkristallen. Die einkristalline Schaufel besteht dagegen aus einem einzigen Kristall, das heißt, es treten keine Korngrenzen auf. Im Feinguss wird dazu eine keramische Gießform bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkts des Metalls mit der flüssigen Metallschmelze gefüllt. Die keramische Gießform mit dem noch flüssigen Metall wird dann sehr langsam aus dem Ofen gezogen, so dass die einzelnen Atome genügend Zeit haben, sich in der Erstarrungsfront entsprechend der Kristallgitterstruktur der Basislegierung anzuordnen, so dass die Struktur des gesamten Gussteils keine einzige Korngrenze aufweisen kann.From the state of the art directionally solidified or single-crystal precision casting components of high temperature alloys are known. In the directional solidification of the alloy, grain boundaries are parallel to the blade longitudinal axis, that is, the blade consists of several elongated single crystals. By contrast, the single-crystal blade consists of a single crystal, that is, no grain boundaries occur. In precision casting, a ceramic casting mold is filled with the liquid molten metal at temperatures above the melting point of the metal. The ceramic casting mold with the still liquid metal is then pulled out of the furnace very slowly, so that the individual atoms have sufficient time to arrange themselves in the solidification front corresponding to the crystal lattice structure of the base alloy, so that the structure of the entire casting can not have a single grain boundary.
Bei dem sogenannten Feinguss oder Wachsausschmelzgussverfahren wird ein genaues Modell des Gussteils in Wachs erzeugt. Dann wird ein Keramikmantel um das Modell herum erzeugt, indem das Modell beispielsweise in einen keramischen Formstoff getaucht und/oder mit einem keramischen Material beschichtet wird. Zur Herstellung keramischer Gießformen oder keramischer Kerne können beispielsweise keramische Schlämme eingesetzt werden. Geeignete Materialien zur Verwendung in diesen Schlämmen umfassen ohne jegliche Beschränkung Zirkon, Silikate, Aluminosilikate, Silizium- und Titanoxide. Die Beschichtung mit dem Formstoff wird solange wiederholt, bis sich eine Gießform ausreichender Dicke bildet. Nachdem die gewünschte Anzahl von Schichten auf der Gießform gebildet und die Gießform gründlich getrocknet worden ist, wird das Wachs durch Wärmeeinwirkung entfernt, was durch Erhitzen der Gießform im Autoklaven erfolgen kann. Nach dem Brennen und Reinigen ist die Gießform zur Verwendung für den Metallguss bereit.In the so-called investment casting or lost wax casting process, an exact model of the casting is produced in wax. Then, a ceramic shell is formed around the model by, for example, dipping the model in a ceramic molding material and / or coating it with a ceramic material. For the production of ceramic casting molds or ceramic cores, for example, ceramic sludges can be used. Suitable materials for use in these sludges include, without limitation, zircon, silicates, aluminosilicates, silicon and titanium oxides. The coating with the molding material is repeated until a casting mold of sufficient thickness is formed. After the desired number of layers have been formed on the mold and the mold has been thoroughly dried, the wax is removed by heat, which can be done by heating the mold in an autoclave. After firing and cleaning, the mold is ready for use in metal casting.
Nach dem Gießen wird die keramische Gießform mechanisch zerstört und von dem Gussteil getrennt. Die Bindung der Körner im Formstoff muss sich hierzu so sehr schwächen lassen, dass eine Entfernung des Formstoffs von bzw. aus dem erstarrten Gussteil in einfacher Weise möglich ist. Wenn der keramische Form- bzw. Kernwerkstoff auch nach dem Abguss fest bleibt, ist ein beträchtlicher Aufwand erforderlich, um diese festen Reste zu entfernen. Das führt zu einer Erhöhung der Herstellungskosten. Durch die anhaftenden Reste des Formstoffes an den Gussteilen lassen sich schadhafte Gussteile erst zu einem späten Zeitpunkt im Fertigungsprozess, das heißt nach dem (chemischen) Abscheiden bzw. Abtrennen der Formstoffreste von dem Gussteil, erkennen, so dass Kapazitäten gebunden und die Durchlaufzeiten bei der Herstellung der Gussteile erhöht werden. Eine nicht restlose Entfernung des Form- bzw. Kernwerkstoffs kann aber auch zu Störungen bei der späteren Anwendung des Gussteils und zum Schadensfall führen.After casting, the ceramic casting mold is mechanically destroyed and separated from the casting. The binding of the grains in the molding material must be weakened so much that a removal of the molding material from or from the solidified casting is possible in a simple manner. If the ceramic core material remains solid after casting, considerable effort is required to remove these solid residues. This leads to an increase in production costs. Due to the adhering residues of the molding material on the castings, defective castings can only be recognized later in the production process, ie after the (chemical) separation or separation of the mold residue from the casting, so that capacities are bound and the throughput times during production the castings are increased. However, a non-complete removal of the molding or core material can also lead to disruptions in the subsequent application of the casting and the damage.
Die Schwächung der Bindung kann bei Verwendung von keramischen Formstoffen insbesondere durch chemische Reaktion erfolgen. Zur Entfernung von an dem Gussteil anhaftenden Resten der keramischen Gießform und/oder zur Entfernung von keramischen Kernen können die Gussteile beispielsweise mit einem Lösungsmittel behandelt werden, um die Binderbrücken zwischen den Partikeln des keramischen Formstoffes chemisch zu lösen.The weakening of the bond can be carried out when using ceramic molding materials in particular by chemical reaction. In order to remove residues of the ceramic casting mold adhering to the casting and / or to remove ceramic cores, the castings may be treated, for example with a solvent, to chemically dissolve the binder bridges between the particles of the ceramic molding material.
Beim Feingussprozess von beispielsweise Turbinenschaufeln können die Gussteile nach dem Gießen und Ausklopfen mit noch anhaftenden Resten der keramischen Gießform nach verschiedenen Zwischenschritten in einem Autoklaven mit Natronlauge in Kontakt gebracht werden. Hiermit gelingt es zwar recht gut, keramische Kerne von den Gussteilen zu lösen bzw. die Kerne zu zerstören. Reste der keramischen Gießform, insbesondere im Fussbereich der Turbinenschaufel, lassen sich jedoch nicht oder nur eingeschränkt entfernen.In the precision casting process of, for example, turbine blades, the castings can be brought into contact with caustic soda solution after pouring and knocking with still adhering residues of the ceramic casting mold after various intermediate steps in an autoclave. Although this succeeds quite well to solve ceramic cores of the castings or to destroy the cores. However, residues of the ceramic casting mold, in particular in the foot region of the turbine blade, can not be removed or only to a limited extent.
Statt dessen dringt die Lauge in die an dem Gussteil noch anhaftenden Reste des keramischen Formstoffes ein. Bei einer nachfolgenden Wärmebehandlung der Gussteile, beispielsweise in einem Hochvakuumofen, wird durch die bei der Wärmebehandlung freigesetzte Feuchtigkeit die Erzeugung des Vakuums erschwert. Zudem wandelt sich Natronlauge bei hohen Temperaturen im Hochvakuumofen in ein aggressives Salz um. Das Gemisch aus den keramischen Formstoffresten und dem aggressiven Salz verursacht einen erhöhten Verschleiß insbesondere von graphithaltigen Bauteilen, wie Heizeinrichtungen oder Isoliereinrichtungen, und/oder von faserverstärkten Kohlenstoff-Bauteilen (CFC-Bauteilen). Darüber hinaus werden elektrische Leitungen, Thermoelemente, Steckverbindungen oder dergleichen ebenfalls stark angegriffen und es entstehen Probleme bei der Temperaturmessung und – steuerung. Weiterhin kann es zu Spannungsüberschlägen kommen. Die mehrstufigen empfindlichen Vakuumpumpen des Ofens müssen häufiger gewartet bzw. ausgetauscht und überholt werden. Um die vorgenannten Nachteile zu verringern, kann eine Vorwärmung der Gussteile vorgesehen sein, bei der bei ca. 450°C bis 550°C Anteile der Natronlauge ausgedampft werden können. Das Ausdampfen der Natronlauge ist jedoch nicht vollständig möglich, wobei die oben beschriebenen Nachteile des Chargierens des Hochvakuumofens mit Gussteilen, an denen mit Natronlauge beladene Formstoffreste anhaften, weiterhin bestehen, was zu erhöhten Wartungs- und Instandhaltungskosten und damit Herstellungskosten der Gussteile führt.Instead, the caustic penetrates into the remains of the ceramic molding material which are still adhering to the casting. In a subsequent heat treatment of the castings, for example in a high vacuum oven, the moisture released during the heat treatment makes the generation of the vacuum more difficult. In addition, caustic soda changes into an aggressive salt at high temperatures in a high vacuum oven. The mixture of the ceramic molding residues and the aggressive salt causes increased wear in particular of graphite-containing components, such as heaters or insulators, and / or of fiber-reinforced carbon components (CFC components). In addition, electrical lines, thermocouples, connectors or the like are also heavily attacked and there are problems in the temperature measurement and - control. Furthermore, it can lead to voltage flashovers. The multi-stage sensitive vacuum pumps of the furnace must be serviced and replaced more frequently and overhauled. In order to reduce the aforementioned disadvantages, a preheating of the castings can be provided, in which at about 450 ° C to 550 ° C portions of the sodium hydroxide solution can be evaporated. However, the evaporation of the caustic soda solution is not completely possible, with the above-described disadvantages of charging the high vacuum furnace with cast parts adhering to mold resin residues loaded with sodium hydroxide solution still persisting, which leads to increased maintenance and repair costs and thus manufacturing costs of the castings.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung jeweils der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die eine einfache und kostengünstige Reinigung gerichtet erstarrter oder einkristalliner Gussteile von anhaftenden Resten eines insbesondere keramischen Formstoffes ermöglichen, ohne dass es bei der Reinigung zu einer die Materialeigenschaften der Gussteile nachteilig beeinflussenden Gefügeänderung kommen kann. Insbesondere sollen die oben beschriebenen Nachteile, die bei Behandlung von Gussteilen mit einer Lauge zur Abscheidung keramischer Formstoffreste und bei anschließender Wärmebehandlung der Gussteile im Hochvakuumofen auftreten können, vermieden werden.Object of the present invention is to provide a method and an apparatus of the type mentioned above, which allow a simple and cost-effective cleaning directionally solidified or monocrystalline castings of adhering residues of a particular ceramic molding material without it during cleaning to a the material properties of the castings may adversely affect structural change. In particular, the disadvantages described above, which can occur in the treatment of castings with a liquor for the deposition of ceramic mold residue and subsequent heat treatment of the castings in a high vacuum oven, are to be avoided.
Die vorgenannten Aufgaben sind erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass an dem Gussteil anhaftende Reste eines insbesondere keramischen Formstoffes zumindest teilweise durch Strahlen mit einem organischen, insbesondere pflanzlichen bzw. biologischen, Strahlmittel entfernt werden. Durch Strahlen mit einem organischen Strahlmittel ist es möglich, dass Gussteil von anhaftenden Formstoffresten zu reinigen, ohne dass es durch den Energieeintrag beim Auftreffen des Strahlmittels auf das Gussteil zu einer Gefügeänderung, insbesondere einer Rekristallisation, im Gussteil kommen kann. Damit ist sichergestellt, dass es beim Strahlen nicht zu einer (lokalen) Änderung der Materialeigenschaften kommt. Gleichwohl hat sich im Zusammenhang mit der Erfindung überraschenderweise gezeigt, dass organische Strahlmittel gut geeignet sind, um auch sehr harte keramische Rückstände der Gießform vollständig von dem Gussteil abzulösen. Bei der Herstellung von Turbinenschaufeln beispielsweise lassen sich so die keramischen Reste der Formschale auch im Bereich von Bypässen und Hinterschneidungen des Gussteils leicht entfernen. Dabei hat das Strahlen mit einem organischen, insbesondere pflanzlichen. Strahlmittel den großen Vorteil, dass die Oberflächen der Gussteile nicht angegriffen werden. Durch die Reinigung der Oberflächen des Gussteils von anhaftenden Formstoffresten lassen sich schadhafte Gussteile sehr früh im Fertigungsprozess erkennen und aus dem Fertigungsprozess ausscheiden. Dies lässt eine optimale Ausnutzung der verfügbaren Anlagenkapazitäten bei der Herstellung der Gussteile und eine Verringerung der Durchlaufzeiten der Gussteile zu. Insbesondere im Zusammenhang mit der oben beschriebenen Behandlung von Gussteilen, wie Turbinenschaufeln, mit Natronlauge zur Abtrennung, Ab- bzw. Auflösung keramischer Kerne und nachfolgender Wärmebehandlung der Gussteile auf hohem Temperaturniveau ist das Entfernen von Formstoffresten von den Gussteilen in einem vorgeschalteten Strahlprozess von Vorteil. Bei der Wärmebehandlung der gestrahlten und gegebenenfalls gelaugten Gussteile entstehen keine aggressiven Salze und keine keramischen Rückstände im Ofen. Die Korrosionsgefahr sinkt und die Standzeit des Ofens wird wesentlich verlängert.The above objects are achieved according to the invention in a method of the type mentioned in that adhering to the casting residues of a particular ceramic molding material are at least partially removed by blasting with an organic, especially vegetable or biological, blasting. By blasting with an organic blasting agent, it is possible to clean the casting of adhering mold residue, without it being possible for the change in structure, in particular recrystallization, in the cast part due to the energy input when the blasting agent hits the casting. This ensures that there is no (local) change in the material properties during blasting. Nevertheless, it has surprisingly been found in connection with the invention that organic blasting agents are well suited to completely detach even very hard ceramic residues of the casting mold from the casting. In the manufacture of turbine blades, for example, the ceramic residues of the shell mold can be easily removed even in the area of bypasses and undercuts of the casting. The blasting has an organic, especially vegetable. Blasting agent has the great advantage that the surfaces of the castings are not attacked. By cleaning the surfaces of the casting from adhering mold residues, defective castings can be detected very early in the manufacturing process and eliminated from the manufacturing process. This allows optimal utilization of the available plant capacities in the production of the castings and a reduction in the throughput times of the castings. Particularly in connection with the above-described treatment of castings, such as turbine blades, with sodium hydroxide solution for separation, dissolution or dissolution of ceramic cores and subsequent heat treatment of the castings at a high temperature level, the removal of mold residues from the castings in an upstream blasting process is advantageous. In the heat treatment of the blasted and optionally leached castings, no aggressive salts and no ceramic residues in the oven. The risk of corrosion decreases and the service life of the furnace is considerably extended.
Unter ”Strahlen” im Sinne der Erfindung wird ein Verfahren zur mechanischen Oberflächenbearbeitung verstanden, bei der es jedoch nicht zu einem Eindringen der Partikel des Strahlmittels in die Oberfläche des Gussteils bzw. zu einer Gussteilbeschädigung kommt. Insbesondere soll es aber beim Strahlen nicht zu einer Gefügeänderung im Gussteil kommen. Es wird hierzu ein organisches Strahlmittel unterschiedlicher Form, Größe und Härte mittels einer Strahldüse, einem Schleuderrad oder sonstiger Einrichtung zur Strahlmittelbeschleunigung auf die Gussteiloberfläche gestrahlt.For the purposes of the invention, "blasting" is understood to mean a process for mechanical surface treatment, in which, however, the particles of the blasting agent do not penetrate into the surface of the cast part or are damaged by casting. In particular, it should not come to a structural change in the casting when blasting. For this purpose, an organic abrasive of different shape, size and hardness is blasted onto the casting surface by means of a jet nozzle, a blast wheel or other means for accelerating the blasting medium.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dementsprechend eine vorzugsweise von außen bedienbare Strahlkabine zur Reinigung des Gussteils von an dem Gussteil anhaftenden Formstoffresten durch Strahlen mit einem Strahlmittel, insbesondere unter Einsatz von Druckluft, vorgesehen. Die Strahlkabine kann wenigstens eine mit einem Strahlmittelbehälter verbundene Strahldüse aufweisen. Zum Halten des Gussteils beim Strahlen und/oder zum Transport des Gussteils ist eine Halte- und/oder Transporteinrichtung vorgesehen, wobei die Halte- und/oder Transporteinrichtung und/oder die Strahlkabine wenigstens einen Dämpfungskörper für das Gussteil aufweist und das Gussteil beim Halten und/oder Transport und/oder beim Strahlen im Wesentlichen stoßfrei an dem bzw. über den Dämpfungskörper gehalten ist und/oder auf dem Dämpfungskörper aufliegt.In order to achieve the abovementioned object, in a device of the type initially mentioned, a blasting cubicle, which can preferably be operated from outside, is provided for cleaning the cast part by adhering to the castings by blasting with a blasting medium, in particular using compressed air. The blasting cabin may have at least one blasting nozzle connected to a blasting agent container. For holding the casting during blasting and / or for transporting the casting, a holding and / or transporting device is provided, wherein the holding and / or transporting device and / or the blasting cabin has at least one damping body for the casting and the casting during holding and / or or transport and / or when blasting is held substantially bum-free on or over the damping body and / or rests on the damping body.
Der Erfindung liegt an dieser Stelle der Grundgedanke zugrunde, die Stoßbelastung des Gussteil beim Strahlprozess möglichst gering zu halten. Insbesondere verhindern der Dämpfungskörper erfindungsgemäß einen direkten Kontakt zwischen dem Gussteil und einer metallischen oder ähnlich harten Oberfläche der Halte- und/oder Transporteinrichtung oder der Strahlkabine, so dass es beim Halten bzw. beim Transport des Gussteil und beim Strahlen nicht zu einem eine Gefügeänderung im Gussteil auslösenden Energieeintrag durch Inkontakttreten des Gussteils mit Teilen der Halte- und/oder Transporteinrichtung und/oder der Strahlkabine kommen kann. Beispielsweise kann die Halte- und/oder Transporteinrichtung gummiummantelte Haltestäbe als Dämpfungskörper aufweisen, zwischen denen bzw. an denen das Gussteil gehalten ist. Die Strahlkabine kann als Dämpfungskörper eine Ablage für das Gussteil während des Strahlens aufweisen, die aus Gummi oder Schaumstoff besteht. Der Dämpfungskörper besteht aus einem gegenüber Metall elastischen Material geringer Härte, vorzugsweise aus Gummi oder einem geeigneten Kunststoff. At this point, the invention is based on the basic idea of keeping the impact load of the casting during the blasting process as low as possible. In particular, the damping body according to the invention prevent direct contact between the casting and a metallic or similar hard surface of the holding and / or transport device or the blast cabin, so that it is not a structural change in the casting during holding or during transport of the casting and blasting triggering energy input by contacting the casting with parts of the holding and / or transport device and / or the blast cabin can come. For example, the holding and / or transport device rubber-coated support rods have as a damping body, between which or on which the casting is held. The blast cabinet may have as a damping body a shelf for the casting during the blasting, which consists of rubber or foam. The damping body consists of a material of low elasticity compared to metal, preferably made of rubber or a suitable plastic.
Vorzugsweise wird ein Strahlmittel eingesetzt, das eine geringe Harte zwischen 2 bis 4 Mohs, insbesondere von ca. 3 Mohs, aufweist. Das Strahlmittel kann Partikel mit einer Größe zwischen 0,3 bis 1,5 mm, insbesondere zwischen 0,5 und 1,3 mm, weiter insbesondere Von ca. 0,75 mm, aufweisen. Im Übrigen können die Partikel des Strahlmittels eine kantige Oberfläche aufweisen, so dass (Keramik-)Rückstände an dem Gussteil in einfacher Weise entfernt werden können, ohne die Oberfläche zu beschädigen. Hier wirkt das Strahlmittel schneidend und dringt vorzugsweise beim Strahlen nicht in die Oberfläche des Gussteils ein. Es versteht sich, dass der Strahlprozess, insbesondere der Strahldruck und der Luftvolumenstrom beim Strahlen des Gussteils, entsprechend einzustellen sind, um einen eine Gefügeänderung bewirkenden Energieeintrag beim Auftreffen des Strahlmittels auf das Gussteil zu vermeiden. Hier kann bei einer Druckstrahlkabine der Strahldruck der zum Zuführen des Strahlmittels eingesetzten Druckluft auf einen Wert zwischen 3 und 4 bar, insbesondere auf ca. 3,5 bar, eingestellt sein. Vorzugsweise beträgt der Strahldruck jedoch wenigstens 2 bar.Preferably, a blasting agent is used which has a low hardness between 2 to 4 Mohs, in particular of about 3 Mohs. The blasting agent may have particles with a size between 0.3 to 1.5 mm, in particular between 0.5 and 1.3 mm, more particularly Von about 0.75 mm. Incidentally, the particles of the blasting agent may have an edged surface, so that (ceramic) residues on the casting can be easily removed without damaging the surface. Here the abrasive acts cutting and preferably does not penetrate the surface of the casting during blasting. It is understood that the blasting process, in particular the blasting pressure and the air volume flow during blasting of the cast part, are to be adjusted accordingly in order to avoid an introduction of energy causing the structure to change when the blasting medium impinges on the cast part. Here, in a pressure jet booth, the jet pressure of the compressed air used for supplying the blasting medium can be set to a value between 3 and 4 bar, in particular to about 3.5 bar. However, the jet pressure is preferably at least 2 bar.
Als Strahlmittel wird vorzugsweise ein Naturkern- und/oder Nussgranulat eingesetzt, insbesondere erhältlich aus Obstkernen, wie Kirschkernen oder Olivenkernen, und/oder aus Walnüssen. Auch kann das Strahlmittel erhältlich sein aus Maiskolbenschrot oder Kork. Solche organischen Strahlmittel aus pflanzlichen Produkten gewährleisten, dass es beim Strahlen nicht zu einer Beschädigung des Gussmaterials, insbesondere nicht zu einer Gefügeänderung durch die eingetragene Stoßenergie des Strahlmittels, kommen kann. Alternativ können grundsätzlich auch synthetische Strahlmittel aus Kunststoff eingesetzt werden, die eine ähnliche Härte und Korngröße sowie einen ähnlichen Körnungsgrad und eine ähnliche Oberflächenkantigkeit wie pflanzliche Strahlmittel aufweisen.As a blasting agent is preferably a natural kernel and / or nut granules are used, in particular obtainable from fruit seeds, such as cherry seeds or olive stones, and / or from walnuts. Also, the blasting agent may be available from corncob or cork. Such organic blasting agents from vegetable products ensure that there can be no damage to the cast material during blasting, in particular not to a change in the structure due to the registered impact energy of the blasting medium. Alternatively, in principle, synthetic blasting agents made of plastic can be used, which have a similar hardness and grain size and a similar degree of granulation and a similar surface angularity as vegetable blasting agents.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Strahlmittel im Einmalgebrauch verwendet wird. Bei einer mehrfachen Nutzung des Strahlmittels, wobei dieses nach einem ersten Gebrauch für einen nachfolgenden Strahlprozess erneut in die Strahlkabine zurückgeleitet wird, können mit dem Strahlgut harte Rückstände des zuvor beim Strahlen abgelösten Formstoffes in die Strahlkabine transportiert werden und dort die empfindliche Oberfläche der Gussteile beschädigen und eine Rekristallisation auslösen. Vorrichtungsgemäß sieht die Erfindung in diesem Zusammenhang daher vor, dass die Strahlkabine für den Einweggebrauch des Strahlmittels ausgebildet ist, was eine Zurückführung des (verbrauchten) Strahlmittels zusammen mit Formstoffanteilen ausschließt. Das verbrauchte, das heißt harte Formstoffreste enthaltende Strahlmittel lässt sich jedoch grundsätzlich zum Strahlen von solchen Gussteilen (mehrfach) nutzen, die kein einkristallines oder gerichtet erstarrtes Gefüge aufweisen, so dass die Gefahr von Gefügeänderungen beim Strahlprozess eine untergeordnete Bedeutung hat.In a preferred embodiment of the method according to the invention it is provided that the blasting agent is used in single use. In a multiple use of the blasting agent, which is returned after a first use for a subsequent blasting process back into the blasting cabin, can be transported with the blasting hard residues of the previously detached blasting molding material in the blasting cabin and there damage the sensitive surface of the castings and trigger a recrystallization. The device according to the invention in this context, therefore, that the blast cabin is designed for the disposable use of the blasting agent, which excludes a recycling of the (spent) blasting agent together with molding material. However, the spent blasting agent, that is to say hard mold residue, can in principle be used for blasting of castings (multiple) which do not have a monocrystalline or directionally solidified structure, so that the risk of microstructural changes during the blasting process is of subordinate importance.
Soll das Strahlmittel dagegen für die Reinigung von Gussteilen mit einem Gefüge bei gerichteter Erstarrung oder einkristalliner Erstarrung des Gussteils im Kreislauf geführt und mehrfach genutzt werden, so kann eine Abtrennung der beim Strahlprozess abgetrennten Formstoffreste von den Partikeln des Strahlmittels vorgesehen sein, um Gefügeänderungen im oberflächennahen Bereich der Gussteile während eines nachfolgenden Strahlprozesses sicher ausschließen zu können.If, on the other hand, the blasting agent is to be circulated and used repeatedly for the cleaning of castings with directional solidification or monocrystalline solidification of the casting, separation of the mold residue separated during the blasting process from the particles of the blasting medium can be provided for structural changes in the near-surface region To be able to exclude the castings during a subsequent blasting process safely.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt eine im Wesentlichen vollständige Entfernung von Resten des Formstoffes von den äußeren Oberflächen des Gussteils zu. Nach dem Strahlen können dann an dem Gussteil (noch) verbliebende Reste des Formstoffes und ein Kern durch chemische Behandlung entfernt werden. Wie oben beschrieben, kann vorgesehen sein, die Formstoffreste in einem Lösungsmittel, bei keramischen Formstoffen beispielsweise durch Laugen in Natriumhydroxid, zu lösen. Anschließend kann dann eventuell erneut gestrahlt werden, sofern noch immer Reste des Formstoffes an dem Gussteil anhaften.The process of the present invention permits substantially complete removal of residual molding material from the exterior surfaces of the casting. After blasting, remaining residues of the molding material and a core can be removed by chemical treatment (still) on the casting. As described above, it can be provided to dissolve the molding material residues in a solvent, in the case of ceramic molding materials, for example by leaching in sodium hydroxide. Subsequently, it may then be possible to blast again, provided that residues of the molding material still adhere to the casting.
Durch Strahlen des Gussteils lässt sich gegebenenfalls auch eine Verbindung zwischen einem keramischen Kern und dem Gussteil locker. Durch die im Strahlprozess erreichte Lockerung des Kerns lässt sich die Behandlungsdauer der Gussteile mit einer Lauge, wie Natriumhydroxid, zum Auflösen des Kerns deutlich verringern. Die verringerten Laugenzeiten führen zu insgesamt geringeren Durchlaufzeiten bei der Behandlung der Gussteile im Anschluss an die Gießprozess.By blasting the cast part, a connection between a ceramic core and the cast part may also be loose. Due to the loosening of the core achieved in the blasting process, the treatment time of the castings with an alkali, such as sodium hydroxide, for dissolving the Significantly reduce Kerns. The reduced leaching times lead to overall lower throughput times in the treatment of the cast parts following the casting process.
Nach der (vollständigen) Entfernung des Formstoffes kann das Gussteil einer Wärmebehandlung unterzogen werden, so wie dies an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist, insbesondere in einem Hochvakuumofen. Durch die erfindungsgemäß vorgesehaltete mechanische Entfernung des Formstoffes durch Strahlen und die gegebenenfalls anschließende chemische Entfernung des Formstoffes durch Behandlung mit einem Lösungsmittel, insbesondere mit Natronlauge, werden lediglich vollständig vom Formstoff gesäuberte Gussteile der Wärmebehandlung zugeführt. Hier kann eine abschließende Wärmebehandlung der Gussteile bei hohen Temperaturen beispielsweise im Hochvakuumofen vorgesehen sein, wobei ein zusätzlicher Vorwärmschritt zum Verdampfen von Wasser aus Hohlräumen der Gussteile nicht vorgeschaltete werden muss.After (complete) removal of the molding material, the casting may be subjected to a heat treatment as is known per se in the art, in particular in a high vacuum furnace. By virtue of the mechanical removal of the molding material according to the invention by blasting and the optional subsequent chemical removal of the molding material by treatment with a solvent, in particular with sodium hydroxide solution, only castings completely cleaned of the molding material are fed to the heat treatment. Here, a final heat treatment of the castings can be provided at high temperatures, for example in a high vacuum oven, with an additional preheating step for vaporizing water from voids of the castings need not be preceded.
Es versteht sich, dass sich an den Strahlvorgang, insbesondere an die Wärmebehandlung der Gussteile, eine Nachbehandlung der Gussteile anschließen kann, bei der Gusstrichter, Speiser, Läufen, Nähte oder dergleichen in an sich aus dem Stand der Technik bekannter Weise von den Gussteilen entfernt werden. Es versteht sich weiter, dass beim Putzen der Gussteile solche Verfahren zum Einsatz kommen können, die möglichst nicht oder lediglich in geringem Maße zu einer Gefügeänderung des Gussteils führen können.It goes without saying that the blasting process, in particular the heat treatment of the cast parts, can be followed by aftertreatment of the cast parts, in which the funnels, feeders, runs, seams or the like are removed from the castings in a manner known per se from the prior art , It goes without saying that, when brushing the castings, it is possible to use those methods which as far as possible can not or only to a slight extent lead to a structural change of the cast part.
Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, dass erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden, wobei einerseits auf die abhängigen Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung verwiesen wird. Die beschriebenen und/oder gezeigten Merkmale können miteinander kombiniert werden, auch wenn dies nicht im Einzelnen ausdrücklich beschrieben ist. In der Zeichnung zeigenIn particular, there are a variety of ways to design and develop the inventive method and apparatus according to the invention, reference being made on the one hand to the dependent claims and on the other hand to the following detailed description of a preferred embodiment of the invention with reference to the drawings. The features described and / or shown may be combined with each other, even if not expressly described in detail. In the drawing show
In
Im nachfolgenden Verfahrensschritt C können der Zulauf oder Starter und Speiser (Steiger) vom Gussteil abgetrennt werden. Die Abtrennung erfolgt vorzugsweise an einer Stelle des Zulaufs oder Starters bzw. Speisers derart beabstandet vom Bauteil {Turbinenschaufel), dass eine Rekristallisation im Bauteil ausgeschlossen werden kann. Das eigentliche Putzen der Gussteile kann zu einem späteren Zeitpunkt nach einer Warmbehandlung des Gussteils erfolgen. Dann werden Bypässe abgetrennt, Kronen- und Fußbereiche des Bauteils ins Maß geschliffen, Bauteilflächen bearbeitet (geputzt) und nicht zerstörende Prüfungen durchgeführt.In the following process step C, the feed or starter and feeder (riser) can be separated from the casting. The separation is preferably carried out at a location of the inlet or starter or feeder so spaced from the component {turbine blade) that a recrystallization in the component can be excluded. The actual cleaning of the castings can be done at a later time after a hot treatment of the casting. Then bypasses are separated, the crown and foot areas of the component are ground to size, component surfaces are machined (cleaned) and non-destructive tests are performed.
In den nachfolgenden Verfahrensschritten D und E kann das Gussteil signiert und das Gefüge des Gussteils geprüft werden. Um ein Gefüge sichtbar zu machen, kann das zu untersuchende Gussteil geätzt werden. Das ausgewählte Ätzmittel richtet sich nach der Zusammensetzung des Materials des Gussteils und der Zielrichtung der Untersuchung.In the following process steps D and E, the casting can be signed and the structure of the casting to be tested. To make a structure visible, the casting to be examined can be etched. The selected etchant depends on the composition of the material of the casting and the direction of the examination.
Nach der Prüfung wird das Gussteil mit anhaftenden Resten der keramischen Gießform in einem Laugenautoklaven behandelt. Dieser sechste Verfahrensschritt F kann unter Verwendung von 20 bis 30%iger Natronlauge, vorzugsweise ca. 23%iger Natronlauge, bei Temperaturen zwischen 140 bis 180°C, vorzugsweise bei ca. 160°C, und unter einem Druck von 6 bis 10 bar, vorzugsweise von ca. 8 bar, erfolgen. In dem Laugenautoklavenprozess sollen die keramischen Formstoffreste von den Oberflächen des Gussteils und ein keramischer Kern entfernt werden. Hauptbestandteile des die Gießform bildenden Formstoffes sind Korund (beispielsweise ca. 99,5% Al2O3), Zirkonsilikat (beispielsweise ca. 65% ZrO2, 34% SiO2) und Zirkondioxid (beispielsweise ca. 97% ZrO2). Die Behandlung im Laugenautoklaven ermöglicht jedoch keine vollständige Entfernung der Reste der keramischen Formschale von dem Gussteil, wobei insbesondere bei Turbinenschaufeln im Fußbereich der Schaufeln Reste verbleiben. Bei der Laugenbehandlung kommt es allerdings zu einem Eindringen bzw. Diffundieren von Natronlauge in die an dem Gussteil anhaftende Resten der keramischen Formschale.After the test, the casting is treated with adhering remnants of the ceramic casting mold in a lye autoclave. This sixth process step F can be carried out using 20 to 30% sodium hydroxide solution, preferably about 23% sodium hydroxide solution, at temperatures between 140 to 180 ° C, preferably at about 160 ° C, and under a pressure of 6 to 10 bar, preferably from about 8 bar, done. In the lye autoclave process, the ceramic mold residue is intended to be from the surfaces of the casting and a ceramic core be removed. The main constituents of the molding material forming the casting mold are corundum (for example about 99.5% Al 2 O 3 ), zirconium silicate (for example about 65% ZrO 2 , 34% SiO 2 ) and zirconium dioxide (for example about 97% ZrO 2 ). However, the treatment in the lye autoclave does not allow complete removal of the remainders of the ceramic shell mold from the casting, with residues remaining in particular in the case of turbine blades in the foot region of the blades. During the lye treatment, however, sodium hydroxide solution penetrates or diffuses into the residues of the ceramic shell mold adhering to the casting.
In einem anschließenden siebten Verfahrensschritt G wird daher durch Erwärmen des Gussteils in einem atmosphärischen Vorwärmofen versucht, Restlauge abzuscheiden, was durch Ausdampfen bei 450 bis 550°C, insbesondere bei ca. 485°C, erfolgen kann. Bei der Vorwärmung im Verfahrensschritt
Im Unterschied zu dem in
Der Strahlprozess kann manuell oder automatisch ausgeführt werden. Insbesondere kann mit einem Strahldruck von ca. 3 bis 4 bar, insbesondere ca. 3,5 bar, gearbeitet werden bei hohem Luftvolumenstrom. Der Luftvolumenstrom kann vorzugsweise mit einem Dosierventil einstellbar sein, um das Strahlmittel zu dosieren. Das gewählte Strahlmittel und die beim Strahlen eingestellten Prozessbedingungen stellen sicher, dass es beim Entfernen der Keramikrückstände von dem Gussteil nicht zu einer Gefügeänderung im Gussteil bzw. zu einer Rekristallisation mit einer negativen Beeinflussung der Materialeigenschaften kommen kann.The blasting process can be performed manually or automatically. In particular, it is possible to work with a jet pressure of approximately 3 to 4 bar, in particular approximately 3.5 bar, at a high air volume flow. The air volume flow may preferably be adjustable with a metering valve in order to dose the blasting agent. The selected blasting agent and the process conditions set during blasting ensure that when the ceramic residues are removed from the casting it is not possible for the structure of the casting to change or recrystallise with a negative effect on the material properties.
Beim Strahlen kann das Strahlmittel auch von oben auf einen Kern des Gussteils aufgebracht werden, was zu einem Lockern der Verbindung zwischen dem Kern und dem Gussteil führt. Der Kern wird jedoch im Strahlprozess nicht vollständig abgetragen. Es ist daher vorgesehen, das Gussteil in einem nachfolgenden Verfahrensschritt
Nach der Behandlung im Laugenautoklaven sind die Gussteile vollständig von Resten der keramischen Formschale und vom keramischen Kern befreit. Diese komplett sauberen Gussteile können dann ohne Vorwärmung in einem abschließenden achten Verfahrensschritt
Vorzugsweise erfolgt im Anschluss an die Wärmebehandlung ein Gussputzen, wobei nun Bypässe oder dergleichen abgetrennt, Kronen- und Fußbereich auf Maß geschliffen und die Oberflächen gesäubert werden können, ohne dass eine Rekristallisation des Bauteils zu befürchten ist. Im Übrigen können ergänzend nicht zustörende Werkstoffprufverfahren durchgeführt werden. Casting is preferably carried out after the heat treatment, in which case bypasses or the like are now separated, the crown and foot area are ground to size and the surfaces can be cleaned without the recrystallization of the component being feared. Incidentally, supplementary non-compliant material testing procedures can be carried out.
In
Die Beschickung der Strahlkabine
Es versteht sich, dass die Halte- und Transporteinrichtung
Bei der in
Beim Strahlprozess entstehende Stäube
Das Gussteil
In den
Durch Behandlung des Gussteils
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