DE112014002622T5 - Investment casting core, method for producing a investment casting core, and investment casting tool - Google Patents
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Abstract
Durch Mischen und Sintern von Siliziumdioxid-Partikeln und Siliziumdioxidstaub wird ein Feingusskernkörper erzeugt. Der Widerstand des Siliziumdioxidstaub-Gemischs verringert sich während des unter Erwärmen durchgeführten Spritzgießens, weshalb sich die Fließfähigkeit durch Zugabe von Siliziumdioxidstaub verbessert. Da sich die Fließfähigkeit verbessert, ist es dementsprechend möglich, den bei der Herstellung eines Kerns verwendeten Einspritzdruck zu verringern. Darüber hinaus kann das Gemisch mit verbesserter Fließfähigkeit auf einen dünnen Pressling und auf einen komplexen Pressling aufgebracht werden.By mixing and sintering silica particles and silica dust, a investment casting core body is produced. The resistance of the silica dust mixture lowers during the injection molding performed under heating, and therefore the flowability improves by the addition of silica dust. Accordingly, as the flowability improves, it is possible to reduce the injection pressure used in the production of a core. In addition, the mixture with improved flowability can be applied to a thin compact and to a complex compact.
Description
Gebietarea
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Feingusskern, ein Verfahren zur Herstellung eines Feingusskerns, sowie ein Feingussformwerkzeug.The present invention relates to a precision casting core, a method for producing a investment casting core, and a precision casting tool.
Stand der TechnikState of the art
Als Feingussprodukt ist beispielsweise eine in einer Gasturbine verwendete Turbinenschaufel bekannt. In der Gasturbine wird ein Arbeitsfluid mittels eines Brenners erwärmt, um ein auf hoher Temperatur/auf hohem Druck befindliches Arbeitsfluid bereitzustellen, und das Arbeitsfluid versetzt die Turbine in Rotation. Dies bedeutet, dass das unter Verwendung eines Kompressors verdichtete Arbeitsfluid mittels des Brenners erwärmt wird, um die Energie des Arbeitsfluids zu erhöhen, die Turbine die Energie zurückgewinnt, um eine Rotationskraft zu erzeugen, und die Rotationskraft elektrische Energie erzeugt. Die Turbine ist mit einem Turbinenläufer versehen, und der Außenrandbereich des Turbinenläufers ist mit mindestens einer Gasturbinenschaufel versehen.As a precision cast product, for example, a turbine blade used in a gas turbine is known. In the gas turbine, a working fluid is heated by a burner to provide a high temperature / high pressure working fluid, and the working fluid rotates the turbine. That is, the working fluid compressed using a compressor is heated by the burner to increase the energy of the working fluid, the turbine recovers the energy to generate a rotational force, and the rotational force generates electrical energy. The turbine is provided with a turbine runner, and the outer edge region of the turbine runner is provided with at least one gas turbine blade.
Da eine Turbinenschaufel eines Düsentriebwerks oder eine am Boden befindliche Gasturbine hohen Temperaturen ausgesetzt ist, wird diese mit einer komplexen Kühlstruktur (einem Luftloch) versehen, durch welche(s) ein Kühlmedium (Luft) strömt. Um eine solche innere Kühlstruktur auszubilden, wird ein (aus Siliziumdioxid gebildeter) Kern, welcher die gleiche Form wie ein das Kühlmedium führender Strömungskanal aufweist, im Inneren eines Formwerkzeugs angeordnet (bereitgestellt), um auf diese Weise einen Gießprozess und einen Kühlprozess durchzuführen. Dementsprechend kann ein Metallgussprodukt erhalten werden. Zu diesem Zeitpunkt kann durch Zerbrechen des Formwerkzeugs eine äußere Form erhalten werden. Da der Kern darin zurückbleibt, wird der Kern allerdings üblicherweise durch Auflösen und Entfernen mittels einer Base (beispielsweise NaOH oder KOH) entfernt.Since a turbine blade of a jet engine or a gas turbine located at the bottom is exposed to high temperatures, it is provided with a complex cooling structure (an air hole), through which (s) a cooling medium (air) flows. In order to form such an inner cooling structure, a core (formed of silicon dioxide) having the same shape as a flow channel guiding the cooling medium is disposed inside a molding tool to thereby perform a casting process and a cooling process. Accordingly, a metal casting product can be obtained. At this time, an external shape can be obtained by breaking the mold. However, since the core remains therein, the core is usually removed by dissolution and removal by means of a base (eg, NaOH or KOH).
Da der Kern mittels einer Base aufgelöst werden muss, wird dementsprechend ein Siliziumdioxid-Material (SiO2) verwendet (Patentliteratur 1).Accordingly, since the core has to be dissolved by means of a base, a silicon dioxide material (SiO 2 ) is used (Patent Literature 1).
Ein Feingusskern kann hierbei durch Formen eines Siliziumdioxid-Materials, wie beispielsweise von geschmolzenem Siliziumdioxid (SiO2), mittels Spritzgießen oder Schlickergießen, sowie Wärmbehandeln desselben erhalten werden.An investment casting core may be obtained by molding a silica material such as molten silica (SiO 2 ) by injection molding or slip casting, and heat treating the same.
Das Spritzgussverfahren ist ein Verfahren, bei welchem durch Verkneten von Keramikpulver und Wachs, Einspritzen eines durch Erwärmen und Schmelzen des Wachses erhaltenen Materials in ein Metallformwerkzeug, sowie Kühlen und Aushärten des Materials ein Pressling erhalten wird.The injection molding method is a method in which a compact is obtained by kneading ceramic powder and wax, injecting a material obtained by heating and melting the wax into a metal mold, and cooling and curing the material.
Das Schlickergussverfahren stellt desweiteren ein Verfahren dar, bei welchem durch Mischen von Keramikpulver mit Wasser oder dergleichen Schlicker hergestellt wird, der Schlicker in ein Formwerkzeug, das aus einem eine Lösung absorbierenden Material wie beispielsweise Gips erzeugt worden ist, eingegossen wird, und der Schlicker getrocknet wird, um einen gewünschten Formkörper zu erhalten.The slip casting method further provides a method in which slurry is prepared by mixing ceramic powder with water or the like, the slurry is poured into a mold made of a solution absorbing material such as gypsum, and the slurry is dried to obtain a desired shaped body.
LiteraturlisteBibliography
Patentliteraturpatent literature
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Patentliteratur 1: offengelegte
japanische Patentveröffentlichung 6-340467 Japanese Patent Publication 6-340467
ZusammenfassungSummary
Technisches ProblemTechnical problem
Da das Siliziumdioxid-Material üblicherweise durch Mahlen eines durch Schmelzen von Quarz gebildeten Blocks erhalten wird, ergibt sich im Übrigen das Problem, dass das Material vergleichsweise grobkörnig ist. Ein solches Material wird beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens zu einem Kern geformt, und wird anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen (Sintern). Da die Partikel grobkörnig sind, ist die Festigkeit des Sinterkörpers allerdings gering.Incidentally, since the silica material is usually obtained by grinding a block formed by melting quartz, the problem arises that the material is comparatively coarse-grained. Such a material is formed into a core by, for example, an injection molding process, and then subjected to a heat treatment (sintering). However, since the particles are coarse-grained, the strength of the sintered body is low.
Da die Fließfähigkeit des Materials während des Spritzgießens gering ist, ergibt sich weiterhin das Problem, dass ein hoher Einspritzdruck benötigt wird.Since the flowability of the material during injection molding is low, there is still the problem that a high injection pressure is needed.
Da der bestehende Kern hauptsächlich unter dem Aspekt der Alkalilöslichkeit hergestellt wird, ergibt sich darüber hinaus das Problem, dass der Kern eine geringe Festigkeit bei hohen Temperaturen aufweist.Moreover, since the existing core is mainly produced from the aspect of alkali solubility, there arises a problem that the core has low strength at high temperatures.
Desweiteren wird beim Spritzgussverfahren eine Vielzahl von Löchern in der Oberfläche des Kerns ausgebildet, welcher im Anschluss an die Formgebung gesintert wird. Hierdurch ergibt sich das Problem einer geringen Festigkeit, weshalb der Kern ausgehend von den Löchern als Ursprungspunkten während des Gießens bricht.Furthermore, in the injection molding process, a plurality of holes are formed in the surface of the core, which is sintered following the molding. This results in the problem of low strength, which is why the core breaks from the holes as origin points during casting.
Dementsprechend bestand ein Bedürfnis hinsichtlich eines Feingusskerns mit verbesserter Festigkeit bei hohen Temperaturen.Accordingly, there has been a demand for an investment casting core having improved strength at high temperatures.
Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung vorstehend beschriebener Umstände gemacht und stellt sich die Aufgabe, einen Feingusskern mit verbesserter Fließfähigkeit und Hochtemperaturfestigkeit, ein Verfahren zur Herstellung eines Feingusskerns, sowie ein Feingussformwerkzeug bereitzustellen.The invention has been made in consideration of the circumstances described above and has set itself the task of a investment casting with improved flowability and high temperature strength, a method of making a investment casting core, and a precision casting tool.
Lösung des Problemsthe solution of the problem
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme wird ein Feingusskern bereitgestellt, in welchem ein durch Mischen und Sintern von Siliziumdioxid-Partikeln und Siliziumdioxidstaub erhaltener Feingusskernkörper ausgebildet ist.According to a first aspect of the invention for solving the problems described above, there is provided an investment casting core in which an investment casting core body obtained by mixing and sintering silica particles and silica dust is formed.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird in dem ersten Aspekt ein Feingusskern bereitgestellt, in welchem eine Deckschicht auf der Oberfläche des gesinterten Feingusskernkörpers ausgebildet ist.According to a second aspect, in the first aspect, there is provided an investment casting core in which a covering layer is formed on the surface of the sintered investment casting core body.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein zur Herstellung eines Metallgusses verwendetes Feingussformwerkzeug bereitgestellt, welches den Feingusskern gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt in einer Form, die einem Hohlraum im Inneren des Metallgusses entspricht, sowie ein äußeres Formwerkzeug, das der Form der äußeren Begrenzungsoberfläche des Metallgusses entspricht, umfasst.According to a third aspect, there is provided a precision casting tool used for producing a metal casting which comprises the investment casting core according to the first or second aspect in a shape corresponding to a cavity inside the metal casting and an outer molding corresponding to the shape of the outer boundary surface of the metal casting , includes.
Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Feingusskerns bereitgestellt, welches das Eintauchen eines Sinterkörpers eines hauptsächlich Siliziumdioxid-Partikel enthaltenden Feingusskernkörpers in ein Beschichtungsmaterial, das ein Siliziumdioxid-Material und ein Aluminiumoxid-Material enthält, das Trocknen des Sinterkörpers, sowie das Erwärmen des Sinterkörpers zur Ausbildung einer Deckschicht auf der Oberfläche des Feingusskernkörpers umfasst.According to a fourth aspect, there is provided a method of manufacturing a precision casting core which comprises immersing a sintered body of a fine casting core body mainly containing silica particles in a coating material containing a silica material and an alumina material, drying the sintered body, and heating the sintered body Sintered body for forming a cover layer on the surface of the investment casting core body comprises.
Gemäß einem fünften Aspekt wird in dem vierten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines Feingusskerns bereitgestellt, in welchem das Siliziumdioxid-Material Siliziumdioxid-Sol ist und das Aluminiumoxid-Material Aluminiumoxid-Sol ist.According to a fifth aspect, in the fourth aspect, there is provided a method of manufacturing an investment casting core in which the silica material is silica sol and the alumina material is alumina sol.
Vorteilhafte Effekte der ErfindungAdvantageous Effects of the Invention
Erfindungsgemäß ist es möglich, die Fließfähigkeit eines Verbundkörpers, welcher durch Hinzufügen eines aus kugelförmigen, ultrafeinen Partikeln bestehenden Siliziumdioxidstaubs zu grobkörnigen Siliziumdioxid-Partikeln erzeugt wurde, zu verbessern. Dementsprechend ist es möglich, den bei der Herstellung eines Kerns verwendeten Einspritzdruck zu verringern.According to the present invention, it is possible to improve the fluidity of a composite formed by adding a spherical ultrafine particulate silica dust to coarse silica particles. Accordingly, it is possible to reduce the injection pressure used in the production of a core.
Da die Deckschicht aus zwei Arten von Siliziumdioxid-Materialien mit unterschiedlichen Partikeldurchmessern auf der Oberfläche des gesinterten Feingusskernkörpers ausgebildet wird, werden darüber hinaus die in der Oberfläche während des Sinterns gebildeten Löcher verschlossen. Dementsprechend besteht ein Effekt darin, dass ein Brechen des Kerns während des Gießens vermieden wird, indem die Festigkeit des Kerns verbessert wird und die Löcher verschlossen werden.Moreover, since the cover layer of two kinds of silica materials having different particle diameters is formed on the surface of the sintered investment core body, the holes formed in the surface during sintering are sealed. Accordingly, there is an effect that core breakage during casting is avoided by improving the strength of the core and closing the holes.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf die nachfolgende Beschreibung beschränkt. Ferner können die nachfolgend zu beschreibenden Komponenten eine von einem Fachmann ohne Weiteres ableitbare Komponente, eine Komponente mit im Wesentlichen gleicher Ausgestaltung, sowie eine sogenannte äquivalente Komponente umfassen.In the following the invention will be described in more detail with reference to the drawings. Moreover, the invention is not limited to the following description. Furthermore, the components to be described below may comprise a component readily derivable by a person skilled in the art, a component having a substantially identical configuration, and a so-called equivalent component.
Beispiel 1example 1
Der erfindungsgemäße Feingusskern wird erhalten, indem Siliziumdioxid-Partikel und Siliziumdioxidstaub (mit einem Partikeldurchmesser von 0.15 μm) unter Ausbildung des Feingusskernkörpers gemischt und gesintert werden.The investment casting core of the present invention is obtained by mixing and sintering silica particles and silica dust (having a particle diameter of 0.15 μm) to form the investment casting core body.
Die Siliziumdioxid-Partikel sind hierbei beispielsweise aus geschmolzenem Siliziumdioxid (SiO2), wie Quarzsand und Quarzmehl, gebildet.The silica particles are formed here, for example, from fused silica (SiO 2 ), such as quartz sand and quartz powder.
Der Kernkörper wird mittels eines bekannten Verfahrens hergestellt, wonach Siliziumdioxidstaub (mit einem Partikeldurchmesser von 0.15 μm) Siliziumdioxid-Partikeln, wie beispielsweise Quarzsand (220 Mesh (20 bis 70 μm) oder 350 Mesh (20 bis 40 μm)) oder einem durch Mischen von Quarzmehl (beispielsweise 800 Mesh (10 bis 20 μm)) und Quarzsand (beispielsweise 220 Mesh oder 350 Mesh) in einem Gewichtsverhältnis von 1:1 hergestellten Gemisch, hinzugefügt wird, Wachs hinzugefügt wird, und das resultierende Produkt erwärmt und verknetet wird, um auf diese Weise einen Verbundkörper zu erhalten.The core body is produced by a known method, whereby silica dust (having a particle diameter of 0.15 μm) silica particles such as quartz sand (220 mesh (20 to 70 μm) or 350 mesh (20 to 40 μm)) or by mixing Quartz flour (eg, 800 mesh (10 to 20 μm)) and quartz sand (for example, 220 mesh or 350 mesh) in a 1: 1 weight ratio mixture is added, wax is added, and the resulting product is heated and kneaded to this way to get a composite body.
Hierbei ist es wünschenswert, dass der Siliziumdioxidstaub einen Partikeldurchmesser von 0.05 bis 0.5 μm aufweist.Here, it is desirable that the silica dust has a particle diameter of 0.05 to 0.5 μm.
Wie in den nachfolgend beschriebenen Beispielen veranschaulicht ist, ist es hierbei wünschenswert, dass der mit Siliziumdioxid-Partikeln gemischte Siliziumdioxidstaub in einer Menge von 5 Gew.-% oder mehr, bevorzugt 10 Gew.-% oder mehr, und stärker bevorzugt 20 Gew.-% oder mehr vorliegt. Dies liegt darin begründet, dass sich die Festigkeit des Kerns bei einem Gehalt von weniger als 5 Gew.-% nicht so stark verbessert.As illustrated in the examples described below, it is desirable that the silica dust mixed with silica particles be used in an amount of 5% by weight or more, preferably 10% by weight or more, and more preferably 20% by weight. % or more is present. This is because the strength of the core does not improve so much at less than 5% by weight.
Durch Spritzgießen des erhaltenen Verbundkörpers wird ein Kernpressling erhalten.By injection molding of the obtained composite body, a core compact is obtained.
Durch Ausführen einer Entfettungsbehandlung bei beispielsweise 600°C und einer Sinterbehandlung bei beispielsweise 1200°C wird im Anschluss daran ein Kernkörper erhalten.By performing a degreasing treatment at, for example, 600 ° C and a sintering treatment at, for example, 1200 ° C, a core body is subsequently obtained.
Es ist möglich, die Fließfähigkeit eines Verbundkörpers, welcher durch Hinzufügen eines aus kugelförmigen, ultrafeinen Partikeln bestehenden Siliziumdioxidstaubs zu grobkörnigen Siliziumdioxid-Partikeln erzeugt wurde, zu verbessern. Dementsprechend ist es möglich, den bei der Herstellung des Kerns verwendeten Einspritzdruck zu verringern.It is possible to improve the fluidity of a composite formed by adding a spherical ultrafine particulate silica dust to coarse silica particles. Accordingly, it is possible to reduce the injection pressure used in the production of the core.
<Testbeispiel 1><Test Example 1>
Es wird ein Testbeispiel beschrieben, welches den der Erfindung zugrunde liegenden Effekt der Fließfähigkeit verifiziert.A test example is described which verifies the flowability of the invention on which it is based.
Um die verbesserte Spritzgießbarkeit zu überprüfen, wurde ein Vergleichstest hinsichtlich der Fließfähigkeit des Verbundkörpers durchgeführt.In order to check the improved injection moldability, a comparative test was conducted on the flowability of the composite.
10 Gew.-% (thermoplastisches) Wachs wurde Siliziumdioxid-Partikeln (beispielsweise 220 Mesh) hinzugefügt und mit diesen verknetet, um auf diese Weise einen als Vergleichsverbundkörper fungierenden Verbundkörper zu erhalten.10 wt% (thermoplastic) wax was added to and kneaded with silica particles (for example, 220 mesh) to thereby obtain a composite body functioning as a comparative composite.
Siliziumdioxidstaub wurde mit Siliziumdioxid-Partikeln (beispielsweise 220 Mesh) in einem Gewichtsverhältnis von 9:1 gemischt, und sodann mit 10 Gew.-% (thermoplastischem) Wachs versetzt und verknetet, um auf diese Weise einen als Probenverbundkörper fungierenden Verbundkörper zu erhalten.Silica dust was mixed with silica particles (for example, 220 mesh) in a weight ratio of 9: 1, and then added with 10 wt% (thermoplastic) wax and kneaded, to thereby obtain a composite body functioning as a sample composite.
Der keinen Siliziumdioxidstaub enthaltende Vergleichsverbundkörper gemäß dem Stand der Technik und der Siliziumdioxidstaub enthaltende Probenverbundkörper wurden jeweils in eine Spritzgießvorrichtung eingespritzt, um sie auf diese Weise zu erwärmen und einzuspritzen. Zu jenem Zeitpunkt wurden ihre Drücke miteinander verglichen.The comparative composite body containing no silica dust according to the prior art and the silica dust-containing sample composite were each injected into an injection molding apparatus so as to be heated and injected. At that time their pressures were compared.
Wird der Druck des lediglich Siliziumdioxid-Partikel enthaltenden Vergleichsverbundkörpers gemäß dem Stand der Technik auf 100 gesetzt, beträgt der Druck des 10 Gew.-% an Siliziumdioxidstaub enthaltenden Probenverbundkörpers
Da sich die Fließfähigkeit des Probenverbundkörpers verbessert, ist es dementsprechend möglich, den bei der Herstellung des Kerns verwendeten Einspritzdruck zu verringern. Darüber hinaus kann der Verbundkörper mit verbesserter Fließfähigkeit auf einen dünnen Pressling und auf einen komplexen Pressling aufgebracht werden.Accordingly, since the flowability of the sample composite improves, it is possible to reduce the injection pressure used in the production of the core. In addition, the composite body with improved flowability can be applied to a thin compact and to a complex compact.
<Testbeispiel 2> <Test Example 2>
Es wird ein Testbeispiel beschrieben, welches den der Erfindung zugrunde liegenden Effekt der Festigkeit zeigt.A test example is described, which shows the effect of the invention on which the strength is based.
In dem Testbeispiel wurden durch Hinzufügen von Wachs zu Gemischen, in welchen Quarzsand (220 Mesh: 20 bis 70 μm) jeweils mit 10 Gew.-%, 20 Gew.-%, 30 Gew.-% bzw. 40 Gew.-% an Siliziumdioxidstaub versetzt worden war, sowie Erwärmen und Kneten der Gemische Probenverbundkörper erhalten. Hierbei wurde ”RD-120” (Produktname), hergestellt von Tatsumori Ltd., als Quarzsand verwendet.In the test example, by adding wax to mixtures in which quartz sand (220 mesh: 20 to 70 μm) each having 10 wt%, 20 wt%, 30 wt%, and 40 wt%, respectively Silica dust was added, and heating and kneading of the mixtures obtained sample composite. Herein, "RD-120" (product name) manufactured by Tatsumori Ltd. was used as quartz sand.
Durch Spritzgießen der erhaltenen Probenverbundkörper wurde jeweils ein Pressling erhalten.By injection molding of the sample composite bodies obtained, one compact each was obtained.
Als Testprobe wurde jeweils eine Probe mit einer Breite von 30 mm, einer Länge von 200 mm, und einer Dicke von 5 mm erhalten.As the test sample, a sample each having a width of 30 mm, a length of 200 mm and a thickness of 5 mm was obtained.
Durch Ausführen einer Entfettungsbehandlung bei 600°C und einer Sinterbehandlung bei 1200°C wurde im Anschluss daran für jeden der Probenverbundkörper eine Testprobe für einen Kernkörper erhalten.By performing a degreasing treatment at 600 ° C and a sintering treatment at 1200 ° C, a test sample for a core body was subsequently obtained for each of the sample composite bodies.
Die Festigkeit der erhaltenen Testproben wurde gemessen.The strength of the obtained test samples was measured.
Der Festigkeitstest wurde hierbei auf Basis von ”Biegefestigkeit von keramischen Massen (1981)” gemäß JIS R 1601 durchgeführt.The strength test was conducted on the basis of "Bending strength of ceramic compositions (1981)" in accordance with JIS R 1601.
Das Testergebnis für Testbeispiel 2 ist in
Wie in
Aufgrund von Bedenken, dass sich die zum Auflösen des Kerns in einer Alkalilösung benötigte Zeit aufgrund der Verwendung eines gemischten Siliziumdioxidstaubs aus feinen Partikeln, welcher sich im Falle des Einsatzes zu hoher Mengen weiter verdichten würde, möglicherweise erhöht, wurde demzufolge verifiziert, dass für eine Verbesserung der Festigkeit des Kerns die Menge an zugesetztem Siliziumdioxidstaub 5 Gew.-% bis 30 Gew.-%, und bevorzugt 10 Gew.-% bis 30 Gew.-%, betragen muss.Accordingly, because of concerns that the time required to dissolve the core in an alkali solution may increase due to the use of a mixed fine particle silica fume which would further densify in the case of use, it has been verified that there is an improvement the strength of the core, the amount of added silica dust must be 5 wt% to 30 wt%, and preferably 10 wt% to 30 wt%.
Da der Verbundkörper durch Hinzufügen eines aus kugelförmigen, ultrafeinen Partikeln bestehenden Siliziumdioxidstaubs zu grobkörnigen Siliziumdioxid-Partikeln erzeugt wird, verdichtet sich die Kernstruktur, und verbessert sich somit die Biegefestigkeit.As the composite is made into coarse-grained silica particles by adding a silica-dust spherical particles of ultrafine particles, the core structure is densified to improve the bending strength.
<Testbeispiel 3><Test Example 3>
In Anlehnung an Testbeispiel 2 wurde ein Biegetest durchgeführt, wobei stattdessen Quarzsandpartikel mit einer Größe von 350 Mesh (20 bis 40 μm) verwendet wurden.Following Test Example 2, a bending test was conducted using silica mesh particles having a size of 350 mesh (20 to 40 μm) instead.
Das Testergebnis für Testbeispiel 3 ist in
Da der Quarzsand feiner war als jener von Testbeispiel 2, war der anfängliche Wert für die Biegefestigkeit hoch, wie in
Nachfolgend wird ein Gießverfahren beschrieben, welches ein Formwerkzeug mit einem darin angeordneten Feingusskern der Erfindung nutzt.Hereinafter, a casting method will be described, which uses a molding tool with an investment casting core of the invention arranged therein.
Unter Bezugnahme auf die
In dem Verfahren zur Herstellung eines Formwerkzeugs wird ein Kern hergestellt (Schritt S12). Der Kern weist eine Form auf, welche dem Hohlraum im Inneren des unter Verwendung des Formwerkzeugs hergestellten Metallgusses entspricht. Da der Kern in einem Bereich angeordnet ist, welcher dem Hohlraum im Inneren des Metallgusses entspricht, ist es somit möglich, ein Einfließen des als Gussmetall fungierenden Metalls während des Gießens zu verhindern. Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung eines Kerns unter Bezugnahme auf
Im Anschluss an die Herstellung des Kerns
In dem Verfahren zur Herstellung eines Formwerkzeugs wird, wenn zwei Metallformwerkzeuge miteinander kombiniert werden, ein Formwerkzeug erhalten, dessen innere Begrenzungsoberfläche der äußeren Begrenzungsoberfläche des Metallgusses entspricht.In the method of manufacturing a mold, when two metal molds are combined together, a mold is obtained whose inner boundary surface corresponds to the outer boundary surface of the metal mold.
Im Anschluss an die Herstellung des äußeren Metallformwerkzeugs wird in dem Verfahren zur Herstellung eines Formwerkzeugs ein Wachsmodell (ein Wachsformwerkzeug) hergestellt (Schritt S16). Nachfolgend wird dieses Verfahren unter Bezugnahme auf
Im Anschluss an die Herstellung des Wachsmodells
Der in Schritt S18 aufgebrachte Schlicker ist hierbei ein Schlicker, welcher direkt auf das Wachsmodell
Wie in
Es wird bestimmt, ob der zur Ausbildung der ersten Unterstützungsschicht (des zweiten getrockneten Films)
Im Anschluss an die Herstellung eines mit einer Vielzahl von Schichten bestehend aus der Primärschicht
Da das geschmolzene Wachs
Das Gießverfahren wird unter Bezugnahme auf die
Im Anschluss an die Vorerwärmung des Formwerkzeugs wird in dem Gießverfahren das Vergießen durchgeführt (Schritt S3). Wie in Schritt S140 von
Im Anschluss an die Verfestigung des in das Formwerkzeug
Im Anschluss an die Abtrennung des äußeren Formwerkzeugs
Im Anschluss an die Durchführung des Kernentfernungsprozesses wird in dem Gießverfahren eine Nachbehandlung durchgeführt (Schritt S6). Dies bedeutet, dass eine Nachbehandlung der Oberfläche oder des Inneren des Metallgusses
In dem Gießverfahren der Ausführungsform wird der Metallguss durch Herstellung des Formwerkzeugs mittels des vorstehend beschriebenen Wachsausschmelzgießverfahrens unter Verwendung eines Wachses hergestellt. In dem Verfahren zur Herstellung eines Formwerkzeugs, dem Gießverfahren, sowie dem Formwerkzeug der Ausführungsform ist das als Außenbereich des Formwerkzeugs fungierende äußere Formwerkzeug hierbei als mehrlagige Struktur ausgebildet, in welcher die Primärschicht (der als Primärschicht fungierende erste getrocknete Film)
Als Feingussprodukte gemäß der Erfindung können neben der Gasturbinenschaufel beispielhaft eine Gasturbinenleitschaufel, eine Gasturbinenbrennkammer, ein Gasturbinenspaltring, oder dergleichen genannt werden.As the investment casting product according to the invention, besides the gas turbine blade, there may be exemplified a gas turbine nozzle, a gas turbine combustor, a gas turbine pipe ring, or the like.
Beispiel 2Example 2
Als nächstes wird ein zweiter Feingusskern beschrieben.
Ein Feingusskern gemäß der Erfindung wird durch Ausbilden einer Deckschicht aus zwei Arten von Siliziumdioxid-Materialien mit unterschiedlichen Partikeldurchmessern auf einer Oberfläche eines gesinterten, hauptsächlich Siliziumdioxid-Partikel enthaltenden Feingusskernkörpers (nachfolgend als ”Kernkörper” bezeichnet) erhalten.An investment casting core according to the invention is obtained by forming a covering layer of two kinds of silica materials having different particle diameters on a surface of a sintered main casting core body mainly containing silica particles (hereinafter referred to as "core body").
Wie im oberen Teil der Querschnittsdarstellung des als Sinterkörper fungierenden, in
Wie im unteren Teil von
In diesem Beispiel wird die Deckschicht
In der Deckschicht
Bei den zwei Arten von Siliziumdioxid-Materialien mit unterschiedlichen Partikeldurchmessern wird hierbei Siliziumdioxid-Sol (30 Gew.-% SiO2) als erstes Material verwendet, und wird Siliziumdioxidstaub (mit einem Partikeldurchmesser von 0.15 μm) als zweites Material verwendet.In the two types of silica materials having different particle diameters, silica sol (30 wt% SiO 2 ) is used as the first material, and silica dust (having a particle diameter of 0.15 μm) is used as the second material.
Im Rahmen der Erfindung wird ein aus Siliziumdioxid-Sol und Siliziumdioxidstaub bestehender Schlicker durch Hinzufügen von Siliziumdioxidstaub zu und Dispergieren des Siliziumdioxidstaubs in Siliziumdioxid-Sol hergestellt.In the invention, a slurry consisting of silica sol and silica dust is prepared by adding silica dust and dispersing the silica dust in silica sol.
Siliziumdioxid-Sol und Siliziumdioxidstaub werden hierbei in einem Gewichtsverhältnis von 1:1 bis 4:1 miteinander gemischt. Bei der Menge an Siliziumdioxid-Mikropartikeln in dem Siliziumdioxid-Sol, welches in dem aus Siliziumdioxid-Sol und Siliziumdioxidstaub bestehenden, in einem Gewichtsverhältnis von 2:1 verkneteten Schlicker enthalten ist, war das Verhältnis von Feststoffgehalt des Sols zu Siliziumdioxidstaub auf einen Wert von 30:50 eingestellt.Silica sol and silica dust are mixed together in a weight ratio of 1: 1 to 4: 1. In the amount of silica microparticles in the silica sol contained in the slurry consisting of silica sol and silica dust kneaded in a weight ratio of 2: 1, the ratio of solid content of the sol to silica dust was 30 : 50 set.
Der gesinterte Kernkörper
Im Anschluss an den Trocknungsprozess wird eine Wärmebehandlung bei beispielsweise 1000°C durchgeführt. Wenn die Oberfläche mit der Deckschicht
Da in dem als konstituierenden Material fungierenden Siliziumdioxid-Material Lücken innerhalb des einen großen Partikeldurchmesser aufweisenden Siliziumdioxidstaubs mit dem einen kleinen Partikeldurchmesser aufweisenden Siliziumdioxid-Sol aufgefüllt werden, wird in der erhaltenen Deckschicht
Da Siliziumdioxidstaub kugelförmig ist, dringt das einen kleinen Partikeldurchmesser aufweisende Siliziumdioxid-Sol ferner problemlos in Lücken zwischen den einen großen Partikeldurchmesser aufweisenden Siliziumdioxidstaub-Partikeln ein, weshalb das Siliziumdioxid-Material zusätzlich mit Feingut befüllt wird. Da Mikropartikel enthaltendes Siliziumdioxid-Sol darüber hinaus die Haftfestigkeit zwischen den Partikeln verbessert, tragen sie zu einer verbesserten Festigkeit bei.Further, since silica dust is spherical, the silica particle sol having a small particle diameter easily penetrates into gaps between the silica particle particles having a large particle diameter, and therefore the silica material is additionally filled with fines. In addition, since silica sol containing microparticles improves the interparticle adhesion, they contribute to improved strength.
Auf diese Weise wird erfindungsgemäß die Hochtemperaturfestigkeit des Feingusskerns verbessert.In this way, the high-temperature strength of the investment casting core is improved according to the invention.
Darüber hinaus werden ein Siliziumdioxid-Material und ein Aluminiumoxid-Material als ein zweites, die Deckschicht ausbildendes Material verwendet.In addition, a silica material and an alumina material are used as a second cover layer forming material.
Das Siliziumdioxid-Material ist hierbei Siliziumdioxid-Sol (30 Gew.-% SiO2), und das Aluminiumoxid-Material ist Aluminiumoxid-Sol (Al2O3).The silica material is silica sol (30 wt% SiO 2 ), and the alumina material is alumina sol (Al 2 O 3 ).
Zur Herstellung eines gemischten Sols (Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Sol) werden Siliziumdioxid-Sol (SiO2) und Aluminiumoxid-Sol (Al2O3) in einem Molverhältnis von 2:3 gemischt.To prepare a mixed sol (silica-alumina sol), silica sol (SiO 2 ) and alumina sol (Al 2 O 3 ) are mixed in a molar ratio of 2: 3.
Eine Probe des Kerns wird in das erzeugte Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Sol getaucht und wieder aus diesem herausgezogen, um eine Schicht von Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Sol auf der Oberfläche
Im Anschluss an den Trocknungsprozess wird beispielsweise eine Wärmebehandlung bei 1000°C durchgeführt. Wenn die Oberfläche mit der Deckschicht
Im Rahmen der Wärmebehandlung wandelt sich das Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Sol infolge einer Reaktion in Mullit (3Al2O3 × 2SiO2) um, welcher einen hohen Schmelzpunkt aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, den Kern
Da der Schmelzpunkt von Mullit 1900°C beträgt und damit höher ist als der Schmelzpunkt von Siliziumdioxid (1600°C), können hierdurch hohe Gießtemperaturen gehandhabt werden.Since the melting point of mullite is 1900 ° C and is therefore higher than the melting point of silicon dioxide (1600 ° C), this high casting temperatures can be handled.
Ferner wird ein Alkoxidmaterial als ein drittes, die Deckschicht ausbildendes Material verwendet.Further, an alkoxide material is used as a third material forming the cover layer.
Das Alkoxidmaterial umfasst hierbei einzig und allein Siliziumalkoxid, oder umfasst ein gemischtes Alkoxid aus Siliziumalkoxid und Aluminiumalkoxid.The alkoxide material herein comprises solely silicon alkoxide, or comprises a mixed alkoxide of silicon alkoxide and aluminum alkoxide.
Als Siliziumalkoxid wird Siliziumethoxid oder Siliziumbutoxid verwendet, und als Lösungsmittel wird Ethanol oder Butanol verwendet.As the silicon alkoxide, silicon ethoxide or silicon butoxide is used, and ethanol or butanol is used as the solvent.
Werden zwei Arten von Alkoxiden miteinander gemischt, so wird darüber hinaus ein durch Mischen von Siliziumalkoxid und Aluminiumalkoxid erhaltenes gemischtes Alkoxidmaterial verwendet, wobei beispielsweise ein alkoholisches Lösungsmittel wie Butanol als Lösungsmittel eingesetzt wird.In addition, when two kinds of alkoxides are mixed together, a mixed alkoxide material obtained by mixing silicon alkoxide and aluminum alkoxide is used, for example, using an alcoholic solvent such as butanol as a solvent.
Wird ein gemischtes Alkoxid hergestellt, so wird ein aus Siliziumethoxid und Aluminiumisopropoxid bestehendes gemischtes Alkoxid in einer butanolischen Lösung gelöst.When a mixed alkoxide is prepared, a mixed alkoxide consisting of silicon ethoxide and aluminum isopropoxide is dissolved in a butanolic solution.
Das gemischte Alkoxid (Siliziumethoxid + Aluminiumisopropoxid) wird hierbei in einem Molverhältnis von 2:3 gemischt, um auf diese Weise ein organisches gemischtes Alkoxid herzustellen.The mixed alkoxide (silicon ethoxide + aluminum isopropoxide) is mixed in a molar ratio of 2: 3 to thereby produce an organic mixed alkoxide.
Die Probe des Kerns wird in das aus alleinigem Alkoxid oder gemischtem Alkoxid bestehende Erzeugnis getaucht und wieder aus diesem herausgezogen, um eine Siliziumschicht oder Siliziumaluminiumalkoxidschicht auf der Oberfläche
Da sich das alleinige Alkoxid oder das gemischte Alkoxid in einer alkoholischen Lösung während des Tauchens löst, dringt das alleinige Alkoxid oder das gemischte Alkoxid problemlos in den Kernkörper ein, weshalb hierauf eine gute Deckschicht ausgebildet wird.Since the sole alkoxide or the mixed alkoxide dissolves in an alcoholic solution during dipping, the sole alkoxide or the mixed alkoxide easily penetrates into the core body, for which reason a good covering layer is formed thereon.
Im Anschluss an den Trocknungsprozess wird eine Wärmebehandlung bei beispielsweise 1000°C durchgeführt. Wenn die Oberfläche mit der Deckschicht
Im Falle eines gemischten Alkoxids wandelt sich die Siliziumaluminiumalkoxidschicht im Rahmen der Wärmebehandlung infolge einer Reaktion in anorganischen Mullit (3Al2O3 × 2SiO2) um, welcher einen hohen Schmelzpunkt aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, den Kern
Da der Schmelzpunkt von Mullit 1900°C beträgt und damit höher ist als der Schmelzpunkt von Siliziumdioxid (1600°C), können hierdurch hohe Gießtemperaturen gehandhabt werden.Since the melting point of mullite is 1900 ° C and is therefore higher than the melting point of silicon dioxide (1600 ° C), this high casting temperatures can be handled.
Ferner wird ein ein Alkoxidmaterial und Siliziumdioxidstaub enthaltendes Alkoxid-Siliziumdioxidstaub-Material als ein viertes, die Deckschicht ausbildendes Material verwendet.Further, an alkoxide-silica dust material containing an alkoxide material and silica dust is used as a fourth material forming the cover layer.
Das Alkoxidmaterial umfasst hierbei einzig und allein Siliziumalkoxid, oder umfasst ein gemischtes Alkoxid aus Siliziumalkoxid und Aluminiumalkoxid.The alkoxide material herein comprises solely silicon alkoxide, or comprises a mixed alkoxide of silicon alkoxide and aluminum alkoxide.
In anorganischem Siliziumdioxidstaub wird beispielsweise ein kugelförmiges Material mit einem Partikeldurchmesser von 0.15 μm verwendet.In inorganic silica dust, for example, a spherical material having a particle diameter of 0.15 μm is used.
Hierbei ist es wünschenswert, dass der Siliziumdioxidstaub einen Partikeldurchmesser von 0.05 bis 0.5 μm aufweist.Here, it is desirable that the silica dust has a particle diameter of 0.05 to 0.5 μm.
Der Dispersionsanteil an Siliziumdioxidstaub wird auf 5 bis 40 Gew.-% eingestellt, und beträgt annähernd etwa 20 Gew.-%.The dispersion content of silica dust is adjusted to 5 to 40% by weight, and is approximately 20% by weight.
Als Siliziumalkoxid wird Siliziumethoxid oder Siliziumbutoxid verwendet, und als Lösungsmittel wird Ethanol oder Butanol verwendet.As the silicon alkoxide, silicon ethoxide or silicon butoxide is used, and ethanol or butanol is used as the solvent.
Werden zwei Arten von Alkoxiden miteinander gemischt, so wird ein durch Mischen von Siliziumalkoxid und Aluminiumalkoxid erhaltenes gemischtes Alkoxidmaterial verwendet, wobei beispielsweise ein alkoholisches Lösungsmittel wie Butanol als Lösungsmittel eingesetzt wird.When two kinds of alkoxides are mixed together, a mixed alkoxide material obtained by mixing silicon alkoxide and aluminum alkoxide is used, for example, using an alcoholic solvent such as butanol as a solvent.
Wird ein gemischtes Alkoxid hergestellt, so wird ein aus Siliziumethoxid und Aluminiumisopropoxid bestehendes gemischtes Alkoxid in einer butanolischen Lösung gelöst.When a mixed alkoxide is prepared, a mixed alkoxide consisting of silicon ethoxide and aluminum isopropoxide is dissolved in a butanolic solution.
Das gemischte Alkoxid (Siliziumethoxid + Aluminiumisopropoxid) wird hierbei in einem Molverhältnis von 2:3 gemischt, um auf diese Weise ein organisches gemischtes Alkoxid herzustellen.The mixed alkoxide (silicon ethoxide + aluminum isopropoxide) is mixed in a molar ratio of 2: 3 to thereby produce an organic mixed alkoxide.
Die Probe des Kerns wird in das aus alleinigem Alkoxid oder gemischtem Alkoxid und darin dispergiertem Siliziumdioxidstaub bestehende Erzeugnis getaucht und wieder aus diesem herausgezogen, um eine Siliziumdioxidstaub enthaltende Siliziumschicht oder Siliziumaluminiumalkoxidschicht auf der Oberfläche
Da sich das alleinige Alkoxid oder das gemischte Alkoxid in einer alkoholischen Lösung während des Tauchens löst, dringt das alleinige Alkoxid oder das gemischte Alkoxid problemlos in den Kernkörper ein, weshalb hierauf eine gute Deckschicht ausgebildet wird.Since the sole alkoxide or the mixed alkoxide dissolves in an alcoholic solution during dipping, the sole alkoxide or the mixed alkoxide easily penetrates into the core body, for which reason a good covering layer is formed thereon.
Im Anschluss an den Trocknungsprozess wird beispielsweise eine Wärmebehandlung bei 1000°C durchgeführt. Wenn die Oberfläche mit der Deckschicht
Im Anschluss an den Trocknungsprozess hat eine Ablagerung der Alkoxid- und Siliziumdioxidstaubkomponenten selbst in dem Loch
Da in der Alkoxidschicht aufgrund der Wärmebehandlung bei 1000°C ein anorganisches keramisches Material erzeugt wird, werden Lücken in der eine große Partikelgröße aufweisenden Siliziumdioxidstaubschicht mittels einer dichten Keramikschicht befüllt, weshalb sich die Haftfestigkeit zwischen den Partikeln verbessert.Since an inorganic ceramic material is generated in the alkoxide layer due to the heat treatment at 1000 ° C., voids in the large particle size silica dust layer are filled by means of a dense ceramic layer, and therefore, the adhesion strength between the particles improves.
Im Falle eines gemischten Alkoxids wandelt sich die Siliziumdioxidstaub enthaltende Siliziumaluminiumalkoxidschicht im Rahmen der Wärmebehandlung infolge einer Reaktion in anorganischen Mullit (3Al2O3 × 2SiO2) um, welcher einen hohen Schmelzpunkt aufweist. Da die Lücken in der eine große Partikelgröße aufweisenden Siliziumdioxidstaubschicht mit einer dichten Mullitschicht befüllt sind, ist es möglich, den Kern
Da der Schmelzpunkt von Mullit 1900°C beträgt und damit höher ist als der Schmelzpunkt von Siliziumdioxid (1600°C), können hierdurch hohe Gießtemperaturen gehandhabt werden.Since the melting point of mullite is 1900 ° C and is therefore higher than the melting point of silicon dioxide (1600 ° C), this high casting temperatures can be handled.
Da auf diese Weise die Vielzahl der in der Oberfläche ausgebildeten Löcher verschlossen wird, ist es erfindungsgemäß möglich, das im Stand der Technik beschriebene Problem zu vermeiden, wonach der Kern ausgehend von den Löchern als Ursprungspunkten während des Gießens bricht. Dementsprechend wird die Hochtemperaturfestigkeit des Feingusskerns verbessert.In this way, since the plurality of holes formed in the surface are closed, it is possible to avoid the problem described in the prior art, according to which the core breaks from the holes as origin points during casting. Accordingly, the high-temperature strength of the investment casting core is improved.
Da Siliziumdioxidstaub eine große Partikelgröße aufweist, ist darüber hinaus selbst eine Wärmebehandlung bei 1000°C mit einer geringen Wärmeschrumpfung verbunden.Moreover, since silica dust has a large particle size, even a heat treatment at 1000 ° C. is associated with a low heat shrinkage.
Ferner werden ein Siliziumdioxid-Material, ein Aluminiumoxid-Material und Siliziumdioxidstaub als ein fünftes, die Deckschicht ausbildendes Material verwendet.Further, a silica material, an alumina material, and silica dust are used as a fifth capping-forming material.
Das Siliziumdioxid-Material ist hierbei Siliziumdioxid-Sol (30 Gew.-% SiO2), und das Aluminiumoxid-Material ist Aluminiumoxid-Sol (Al2O3).The silica material is silica sol (30 wt% SiO 2 ), and the alumina material is alumina sol (Al 2 O 3 ).
Der Dispersionsanteil an Siliziumdioxidstaub, welcher in dem Siliziumdioxid-Material und dem Aluminiumoxid-Material dispergiert ist, wird hierbei auf 5 bis 40 Gew.-% eingestellt, und beträgt annähernd etwa 20 Gew.-%.The proportion of dispersion of silica dust dispersed in the silica material and the alumina material is set to be 5 to 40% by weight, and is approximately 20% by weight.
Es ist wünschenswert, dass der Siliziumdioxidstaub einen Partikeldurchmesser von 0.05 bis 0.5 μm aufweist.It is desirable that the silica dust has a particle diameter of 0.05 to 0.5 μm.
Zur Herstellung eines gemischten Sols (Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Sol) (in welchem die Partikeldurchmesser der dispergierten Partikel von 1 bis zu mehreren hundert Nanometer betragen), werden Siliziumdioxid-Sol (SiO2) und Aluminiumoxid-Sol (Al2O3) hierbei in einem Molverhältnis von 2:3 gemischt.For preparing a mixed sol (silica-alumina sol) (in which the particle diameter of the dispersed particles is from 1 to several hundreds of nanometers), silica sol (SiO 2 ) and alumina sol (Al 2 O 3 ) are incorporated therein a molar ratio of 2: 3 mixed.
Siliziumdioxidstaub wird dem erzeugten Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Sol hinzugefügt und in diesem dispergiert, um einen aus Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Sol und Siliziumdioxidstaub bestehenden Schlicker herzustellen.Silica dust is added to and dispersed in the produced silica-alumina sol to produce a slip composed of silica-alumina sol and silica dust.
Die Probe des Kerns wird in den aus Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Sol und Siliziumdioxidstaub bestehenden Schlicker getaucht und wieder aus diesem herausgezogen, um eine Schicht von Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Sol und Siliziumdioxidstaub auf der Oberfläche
Im Anschluss an den Trocknungsprozess wird eine Wärmebehandlung bei beispielsweise 1000°C durchgeführt. Wenn die Oberfläche mit der Deckschicht
Im Rahmen der Wärmebehandlung wandelt sich Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Sol infolge einer Reaktion in Mullit (3Al2O3 × 2SiO2) um, welcher einen hohen Schmelzpunkt aufweist. Da Lücken in der eine große Partikelgröße aufweisenden Siliziumdioxidstaubschicht mit der dichten Mullitschicht befüllt werden, ist es möglich, den Kern
Da der Schmelzpunkt von Mullit 1900°C beträgt und damit höher ist als der Schmelzpunkt von Siliziumdioxid (1600°C), können hierdurch hohe Gießtemperaturen gehandhabt werden.Since the melting point of mullite is 1900 ° C and is therefore higher than the melting point of silicon dioxide (1600 ° C), this high casting temperatures can be handled.
Da auf diese Weise die Vielzahl der in der Oberfläche ausgebildeten Löcher verschlossen wird, ist es erfindungsgemäß möglich, das im Stand der Technik beschriebene Problem zu vermeiden, wonach der Kern ausgehend von den Löchern als Ursprungspunkten während des Gießens bricht. Dementsprechend wird die Hochtemperaturfestigkeit des Feingusskerns verbessert.In this way, since the plurality of holes formed in the surface are closed, it is possible according to the invention to avoid the problem described in the prior art, according to which the core breaks from the holes as origin points during casting. Accordingly, the high-temperature strength of the investment casting core is improved.
Da Siliziumdioxidstaub eine große Partikelgröße aufweist, ist darüber hinaus selbst eine Wärmebehandlung bei 1000°C mit einer geringen Wärmeschrumpfung verbunden.Moreover, since silica dust has a large particle size, even a heat treatment at 1000 ° C. is associated with a low heat shrinkage.
<Testbeispiel 4><Test Example 4>
Zur Verifizierung des der Erfindung zugrunde liegenden Effekts wird nachfolgend ein Testbeispiel beschrieben.For verification of the effect underlying the invention, a test example is described below.
In dem Testbeispiel wurde durch Hinzufügen von Wachs zu einem Gemisch, in welchem Quarzsand (220 Mesh) mit 20 Gew.-% an Siliziumdioxidstaub versetzt worden war, sowie Erwärmen und Kneten des Gemischs ein Verbundkörper erhalten.In the test example, a composite was obtained by adding wax to a mixture in which silica sand (220 mesh) was added with 20% by weight of silica dust, and heating and kneading the mixture.
Durch Spritzgießen des erhaltenen Verbundkörpers wurde ein Pressling erhalten.Injection molding of the obtained composite obtained a compact.
Als Testprobe wurde eine Probe mit einer Breite von 30 mm, einer Länge von 200 mm, und einer Dicke von 5 mm erhalten.As a test sample, a sample having a width of 30 mm, a length of 200 mm, and a thickness of 5 mm was obtained.
Durch Ausführen einer Entfettungsbehandlung bei 600°C und einer Sinterbehandlung bei 1200°C wurde in der Folge eine Probe für einen Kernkörper erhalten.By carrying out a degreasing treatment at 600 ° C and a sintering treatment at 1200 ° C, a sample for a core body was subsequently obtained.
Als nächstes wurde ein aus Siliziumdioxid-Sol und Siliziumdioxidstaub bestehender Schlicker durch Hinzufügen von Siliziumdioxidstaub (kugelförmig, mit einem Partikeldurchmesser von 0.15 μm) zu und Dispergieren des Siliziumdioxidstaubs in Siliziumdioxid-Sol (30 Gew.-% SiO2) hergestellt (Siliziumdioxid-Sol und Siliziumdioxidstaub wurden in einem Gewichtsverhältnis von 2:1 miteinander verknetet). Bei dieser Menge an Siliziumdioxid-Mikropartikeln in dem Siliziumdioxid-Sol war das Verhältnis von Feststoffgehalt des Sols zu Siliziumdioxidstaub somit auf einen Wert von 30:50 eingestellt.Next, a slurry consisting of silica sol and silica dust was prepared by adding silica dust (spherical, having a particle diameter of 0.15 μm) and dispersing the silica dust in silica sol (30 wt% SiO 2 ) (silica sol and Silica dust was kneaded together in a weight ratio of 2: 1). With this amount of silica microparticles in the silica sol, the ratio of solid content of the sol to silica dust was thus set to a value of 30:50.
Die Probe des Kernkörpers wurde in den erhaltenen, aus Siliziumdioxid-Sol und Siliziumdioxidstaub bestehenden Schlicker getaucht und wieder aus diesem herausgezogen, um die aus Siliziumdioxid-Sol und Siliziumdioxidstaub erzeugte Deckschicht
Als Vergleichsbeispiel wurde ein Kernkörper ohne Deckschicht als Vergleichsprobe hergestellt.As a comparative example, a core body without a cover layer was prepared as a comparative sample.
Die Festigkeit jeder Testprobe wurde gemessen.The strength of each test sample was measured.
Der Festigkeitstest wurde hierbei auf Basis von ”Biegefestigkeit von keramischen Massen (1981)” gemäß JIS R 1601 durchgeführt.The strength test was conducted on the basis of "Bending strength of ceramic compositions (1981)" in accordance with JIS R 1601.
Die Festigkeit der Vergleichsprobe ohne Deckschicht gemäß dem herkömmlichen Verfahren betrug 23 MPa, wohingegen die Festigkeit der Probe des Kernkörpers gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren 29 MPa betrug. Infolgedessen wurde festgestellt, dass die Festigkeit in der Probe des Kernkörpers der Erfindung um 25% erhöht war.The strength of the comparative sample without the overcoat according to the conventional method was 23 MPa, whereas the strength of the sample of the core body according to the method of the present invention was 29 MPa. As a result, it was found that the strength in the sample of the core body of the invention was increased by 25%.
Nachfolgend wird ein Gießverfahren beschrieben, welches ein Formwerkzeug mit einem darin angeordneten Feingusskern der Erfindung nutzt.Hereinafter, a casting method will be described, which uses a molding tool with an investment casting core of the invention arranged therein.
Im Übrigen wird auf eine Erläuterung von Prozessen, welche mit jenen des Gießverfahrens gemäß Beispiel 1 identisch sind, verzichtet, und es wird lediglich das ”Verfahren zur Herstellung eines Kerns” unter Bezugnahme auf
Die bislang beschriebenen Prozesse sind mit jenen von Beispiel 1 identisch.The processes described so far are identical to those of Example 1.
Um eine Deckschicht auf der Oberfläche des Kerns
In dem Verfahren zum Gießen eines Formwerkzeugs wird der mit der Deckschicht
Da in dem Gießverfahren der Ausführungsform die Deckschicht auf der Oberfläche des Kerns ausgebildet wird, verbessert sich die Maßgenauigkeit, und verbessert sich somit selbst bei hohen Gießtemperaturen die Haltbarkeit.In the molding method of the embodiment, since the cover layer is formed on the surface of the core, the dimensional accuracy improves, thus improving the durability even at high molding temperatures.
Da ein Kern mit hoher Festigkeit bereitgestellt wird, erhöht sich darüber hinaus selbst bei langer Dauer des Gießprozesses die Freiheit hinsichtlich der Ausgestaltung des Vergießens (beispielsweise eine geringe Herabziehgeschwindigkeit oder dergleichen).Moreover, since a core having high strength is provided, the freedom of potting design (for example, a low pull-down speed or the like) increases even with a long casting time.
Darüber hinaus ist es möglich, ein Feingussprodukt wie beispielsweise eine Turbinenschaufel bereitzustellen, welche dünn ist und einen guten thermischen Wirkungsgrad aufweist.Moreover, it is possible to provide a precision cast product, such as a turbine blade, which is thin and has good thermal efficiency.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 12, 22a, 22b12, 22a, 22b
- MetallformwerkzeugMetal mold
- 12a12a
- Konvexer BereichConvex area
- 14, 2614, 26
- Pfeilarrow
- 1616
- Keramischer SchlickerCeramic slip
- 1818
- Kerncore
- 18a18a
- Kernkörpercore body
- 18b18b
- Oberflächesurface
- 18c18c
- Lochhole
- 1919
- SchlickerSchlicker
- 19a19a
- Deckschichttopcoat
- 20, 7020, 70
- Verbrennungsofenincinerator
- 24, 6424, 64
- Zwischenraumgap
- 2828
- Wachswax
- 3030
- Wachsmodellwax model
- 3232
- Gießtrichtersprue
- 4040
- SchlickerSchlicker
- 60, 9260, 92
- Autoklavautoclave
- 6161
- äußeres Formwerkzeugouter mold
- 61a61a
- Fragmentfragment
- 6262
- geschmolzenes Wachsmelted wax
- 7272
- Formwerkzeugmold
- 8080
- geschmolzenes Metallmolten metal
- 90, 10090, 100
- Metallgussmetal casting
- 9494
- geschmolzener Kernmelted core
- 101A101A
- Primärschichtprimary layer
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Legal Events
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