DE1558322A1

DE1558322A1 - Schreckplatte fuer Giessformen

Info

Publication number: DE1558322A1
Application number: DE19661558322
Authority: DE
Inventors: Piearcey Barry James
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1965-07-16
Filing date: 1966-05-21
Publication date: 1970-05-27
Also published as: SE310766B; GB1126538A; DE1558322B2

Description

Beschreibung zu der Patentanmeldung der Firma

United Aircraft Corporation, HOO Main Street, East Hartford,

Connecticut, U.S.A.

betreffend
Schreckplatte für Gießformen

Priorität: 16_o Juli 1965, U.S.A.

Die Erfindung betrifft eine Schreckplatte zum Herstellen von Gußstücken mit einer gerichteten Kornstruktur und ein Verfahren und eine Gießform zur Anwendung der Schreckplatte.

Es ist bereits in der USA-Patentanmeldung Nr. 361 323 vom 17. April 196H auf den Namen des Anmelders vorgeschlagen worden, Turbinenschaufelblätter mit einer säulenförmigen Kornorientierung herzustellen« Zu dem Zweck wird eine Schreckplatte verwendet, von der aus das Kornwachstum seinen Ausgang nimmt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schreckplatte zu schaffen, die die Bildung derartiger Gußstücke erleichtert, wobei die Schreckplatte besonders behandelt ist, um den Beginn und das darauffolgende Wachstum säulenförmiger Kornstrukturen zu verbessern=

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w· O a.

Das Wachstum säulenförmiger Körper wird durch eine schnelle Ent' fernung der Wärme durch die Schreckplatte gefördert, und zur Lösung der gestellten Aufgabe wird eine Schreckplatte verwendet, deren Oberfläche aufgerauht ist, so daß die mit dem Gießmetall in Berührung stehende Oberfläche vergrößert ist= Es hat sich herausgestellt, daß das Kristallwachstum in der gewünschten Richtung wesentlich verbessert werden kann durch einen schnelleren Wärmeentzug durch die Schreckplatte.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel ergänzend beschrieben,

Fig, 1 ist ein Querschnitt durch eine Gießform, bei der eine Schreckplatte nach der Erfindung verwendet ist;

Fig. 2 ist ein Vertikalschnitt eines Teiles einer Gießplatte mit einer glatten Oberfläche und des daran anschließenden Bereiches des Gußstückes;

Fig. 3 ist eine der Figur 2 entsprechende Ansicht einer Gießplatte mit rauher Oberfläche;

Fig. U ist ein Teil der Oberfläche einer abgeänderten Ausführungsform einer Schreckplatte nach der Erfindung.

Die Erfindung ist in erster Linie nützlich für die Herstellung von Gußstücken, die in einer Richtung erstarrt sind, wie etwa in der USA-Patentanmeldung 361 323 beschrieben ist. Gegenstand der darin beschriebenen Erfindung ist die Herstellung von Bauteilen, etwa Turbinenschaufeln, bei denen sich die Kristallisation in Längsrichtung der Bauteile erstreckt und die Korngrenzen in derselben Richtung verlaufen»

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Figur 1 zeigt eine Gießform 2, deren Bodenöffnung 4 auf einer Schreckplatte 6 ruht. Die Gießform dient zum Herstellen einer Anzahl Turbinenschaufeln zu gleicher Zeit und umfaßt zu diesem Zweck eine Anzahl Ausnehmungen 7 von der Form der Turbinenschaufeln in paralleler vertikaler Anordnung. Diese Ausnehmungen stehen an den unteren Enden mit den Ausnehmungen 8 für die Wachstumebereiche und an ihren oberen Enden mit den Einfüllbereichen 10 in Verbindung. Letztere sind über Querkanäie 12 miteinander

und mit einem zentralen Einguß 11 verbunden, durch den sämtliche Ausnehmungen 7 zugleich gefüllt werden können.

Die fertig installierte Gießform ist von einer zylindrischen Anordnung von Heizelementen 16 umgeben, wie in der USA-Patentanmeldung Nr. 172 644 vom 16. Juli 196S des Anmelders beschrieben ist. Diese Heizelemente erhitzen die Gießform auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Legierung und sind vorzugsweise so ausgebildet) daß sie während des Gießens nacheinander abgeschaltet werden können.

Gemäß der Erfindung hat die Schreckplatte 6 eine rauhe Oberfläche 18, die mit der Gießform und dem in dieser eingefüllten geschmolzenen Metall in Berührung kommt, Die Rauhigkeit läßt sich erreichen durch Herstellung einer Anzahl Rillen 20, wie in Figur 4 gezeigt ist, oder durch Kordelungen 22 gemäß Fig. 5, so daß eine wesentlich größere Berührungsfläche zwischen der Schreckplatte und dem geschmolzenen Metall entsteht« Die in Fig. 4 dargestellten Nuten 20 können gradlinig und parallel zueinander verlaufen oder ringförmig, spiralförmig oder sonstwie geformt sein. Die Tiefe der Nuten sollte kleiner als 0,254 cm sein und der Abstand derselben dicht genug, um eine merklich größere Berührungsfläche zu schaffen. Mit der oben angegebenen Nutentiefe ist keine besondere Dichtung zw5.schen der Gi€-.ßform und der Schreckplatte erforderlich, da die unmittelbare Abkühlung des geschmolzenen Metalls im Augenblick der Berührung der Schreckplatte irgendwelche kleinen Zwischenräume schnell abdichtet=

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SAD ORISiMAl

Die Figuren 2 und 3 zeigen die mit einer Schreckplatte nach der Erfindung erzielten Verbesserungen. Diese Abbildungen sind in fünffacher natürlicher Größe gezeichnet. Das Kristallwachstum bei der Schreckplatte nach Figur 2 ist offensichtlich eher zufällig als gerichtet, und ein gerichtetes Wachstum tritt erst in einer wesentlichen Entfernung von der Schreckplatte auf. Mit der Schreck· platte nach Figur 3 beginnt das gerichtete Kristallwachstum bereits an der Spitze der Oberflächen der Rillen oder Nuten in der Schreckplatte unter einem im wesentlichen rechten Winkel zur Oberfläche der Schreckplatte.

Außer der Verbesserung des gerichteten Wachstums bringt die aufgerauhte Schreckplatte nach der Erfindung auch einen besseren Wärmeübergang zwischen der geschmolzenen Legierung zur Schreckplatte mit sich, so daß die Erstarrung mit wesentlich größerer Geschwindigkeit vor sich geht als bei Verwendung einer glatten Schreckplatte. Es hat sich auch herausgestellt, daß die wünschenswerten Eigenschaften des fertig bearbeiteten Gegenstandes sich am besten mit einer schnellen Erstarrung erreichen lassen und daß die aufgerauhte Schreckplatte nach der Erfindung hierzu beiträgt.

Es ist bekannt, daß die Wärmeleitfähigkeit bei den unter hohen Temperaturen verwendeten Legierungen, etwa von Gasturbinenschaufeln, wesentlich geringer ist als bei anderen einfachen Metallen, die für Schreckplatten verwendet werden. Die Fähigkeit der Schreckplatte, Wärme aufgrund der aufgerauhten Oberfläche schneller abzuführen, unterstützt die Aufrechterhaltung eines höheren Temperaturgradienten in dem zu gießenden Gegenstand und erhöht dadurch die Wärmeübergangsgeschwindigkeit in Längsrichtung der Turbinenschaufel, d.hc in die Schreckplatte hinein»

Es hat sich herausgestellt, daß bei Superlegierungen auf der Grundlage von Nickel oder Kobalt, die in einer Richtung erstarrt

sind, die 001-Wachstumsrichtung eine Kristallorientierung von optimalen Eigenschaften ergibt. Während der Erstarrung wachsen die Dendritkri6talle am schnellsten in der 001-Richtung und

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bei dem Temperaturgradienten, der sich von der geheizten Gießform an die Schreckplatte hin einstellt, wobei dieses Wachstum im wesentlichen rechtwinklig zur Oberfläche der Schreckplatte geschieht. Der Temperaturgradient läßt sich durch Erhöhen der Größe der Oberfläche durch die Anbringung von Rillen oder Nuten in derselben steuern. Die Rauhigkeit dient ferner dazu, eine wirksamere mechanische Verbindung zu schaffen, so daß das Gußstück und die Schreckplatte in inniger Berührung während der Erstarrung stehen«

Die Nuten oder Rillen erhöhen die Zahl der Dendrite pro Flächeneinheit auf mehr als das Doppelte, Dadurch wird die Möglichkeit einer Orientierung gefördert, die der Richtung 001 näher ist» Gemäß Fig. 3 wird auch ein größerer Anteil der Dendrite im wesentlichen normal zu der Schreckplatte ausgerichtet im Gegensatz zu der Ausrichtung bei einer Schreckplatte mit glatter Oberfläche»

Die mit Rillen versehene Sehreckplatte verringert die Größe der Karbide in der Legierung beträchtlich. Derartige Zonenkarbide beeinträchtigen die Bearbeitbarkeit der Legierung, insbesondere bei der elektrochemischen Bearbeitung von Legierungen, so daß sich mit der Schreckplatte nach der Erfindung Gußstücke herstellen lassen, die leichter bearbeitbar sind₀

Die Erfindung ist noch in anderer und abgeänderter Weise im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens ausführbar.

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Claims

Patentansprüche

1. Schreckplatte zur Verwendung beim Herstellen von in einer Richtung erstarrten Gußstücken, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Schreckplatte eine Oberfläche aufweist, auf der die Gießform aufgesetzt ist» daß der Hohlraum der Gießform zur Schreckplatte hin offen ist, so daß das flüssige Metall in der Gießform mit der Oberfläche der Schreckplatte in Berührung kommt, und daß die Oberfläche der Schreckplatte eine im wesentlichen gleichmäßige Rauhigkeit aufweist.

2. Schreckplatte nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Schreckplatte wenigstens, an den Flächenbereichen rauh ist, die den Hohlraum der Gießform begrenzen.

3. Schreckplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Anzahl im wesentlichen paralleler Rillen aufweist.

4. Schreckplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Rauheit der Oberfläche durch Riffeln oder dergleichen hergestellt ist.

5 ο Schreckplatte nach Anspruch 1 bis 1, dadurch g e k e η ή zeichnet , daß die Tiefe der Aufrauhung kleiner als etwa O,25>» cm ist.

6. Schreckplatte nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Rillen einen Abstand von weniger als 0,254 cm voneinander haben.

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7. Verfahren zum Herstellen von Gußstücken aus hochtemperaturbeständigen Nickel- oder Kobaltlegierungen durch gerichtete Erstarrung, um eine Kristallorientierung zu erreichen, dadurch gekennzeichnet , daß eine Gießform verwendet wird, die am oberen Ende einen Einguß aufweist und am gegenüberliegenden Ende einen offenen Boden aufweist, der auf einer Schreckplatte ruht, so daß letztere die Abschlußfläche des Gießhohlrau-. mes am Boden bildet, daß die an den Hohlraum der Gießform angrenzende Oberfläche der Schreckplatte aufgerauht wird, daß die Gießform auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Legierung aufgeheizt wird, während die Schreckplatte auf einer Temperatur unterhalb der Siedetemperatur von Wasser gehalten wird, so daß von den höchsten Stellen der Aufrauhung der Schreckplatte das Wachstum von den Triebkristallen beginnt, und daß die Schreckplatte beständig gekühlt wird, bis der Rest der Gießform allmählich abgekühlt ist. .

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet j daß in der Oberfläche der Schreckplatte in gleichmäßigem Abstand voneinander Rillen mit einer Tiefe von weniger als 0,251 cm eingearbeitet werdenο

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