DE1943280B2 - Giessvorrichtung - Google Patents

Giessvorrichtung

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casting
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molds
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Phipps Jun Charles Merrick
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/003Heating or cooling of the melt or the crystallised material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B22D27/045Directionally solidified castings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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    • C30B11/002Crucibles or containers for supporting the melt

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung mit einer Kühlplatte, mit einem während des Gießvorganges auf dieser aufstehenden Aufnahmebehälter, mit rund um den Aufnahmebehälter angeordneten und in senkrechtem Abstand voneinander liegenden Heizwicklungen und mit mehreren in dem Aufnahmebehälter angeordneten Gießformen.
  • Eine Gießvorrichtung dieser Art ist zum Beispiel aus der französischen Patentschrift 1480998 bekannt.
  • Durch die Anordnung der Gießformen in einem Aufnahmebehälter, der von unten durch die Kühlplatte gekühlt und von außen durch die Heizwicklungen aufgeheizt wird, läßt sich das Wachstum der Kristalle beim Guß in einer bestimmten Weise steuern. Zum Beispiel lassen sich Einkristall-Gießteile, wie Turbinenschaufeln, herstellen, die eine gerichtet erstarrte Kristallstruktur aufweisen.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Gießvorrichtung so auszubilden, daß in einem Arbeitsgang mehrere Gießteile mit unterschiedlicher Zusammensetzung gegossen und zur Erstarrung gebracht werden können. Eine solche Gießvorrichtung wird z. B. für Laboruntersuchungen verwandt werden, bei denen man die Eigenschaften von Gießteilen untersuchen will, die unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen, aber unter gleichen Gieß- und Erstarrungsbedingungen hergestellt worden sind. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Aufnahmebehälter zur Aufnahme mehrerer voneinander unabhängiger Gießformen mehrere diese mit enger Passung aufnehmende senkrechte Öffnungen aufweist.
  • Der erfindungsgemäße Aufnahmebehälter kann demnach mehrere Gießformen aufnehmen, die mit Legierungen unterschiedlicher Zusammensetzung gefüllt werden können. Da der Aufnahmebehälter bzw.
  • dessen Öffnungen die verschiedenen Gießformen umschließen, haben sämtliche Gießformen die gleiche wärmeleitende Verbindung mit dem kühlenden Boden und dem aufheizenden Mantel der Gießvorrichtung, so daß die Gießbedingungen identisch sind.
  • In einer zweckmäßigen Ausführungsform sieht die Erfindung vor, daß jede Gießform einen das Gießteil formenden Abschnitt und einen Kristall-Wachstumsabschnitt zwischen diesem Abschnitt und ihrem Boden aufweist.
  • Durch diese Unterteilung jeder Gießform in mindestens zwei Abschnitte wird das Kristallwachstum günstig beeinflußt, da die Formgebung und das Kristallwachstum getrennt voneinander erfolgen kann.
  • Schließlich sieht die Erfindung noch vor, daß jede Gießform oberhalb des das Gießteil formenden Abschnittes einen Füllraum aufweist.
  • Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen wird die Erfindung nun weiter erläutert.
  • Dabei ist F i g. 1 ein Längsschnitt durch eine in einer Vakuumkammer angeordnete Gießvorrichtung, Fig.2 eine Aufsicht auf den Aufnahmebehälter, Fig.3 ein Schnitt durch den Aufnahmebehälter entlang der Linie 3-3 in F i g. 2, Fig. 4 in größerem Maßstab ein Schnitt durch eine in einer Öffnung angeordnete Gießform, F i g. 5 eine Teilansicht einer Gießform zum Gießen von Einkristall-Gegenständen und F i g. 6 in größerem Maßstab ein F i g. 4 ähnlicher Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform.
  • Die Vakuumkammer 2 weist ein Unterteil4 und einen Deckel 6 auf. Unterteil 4 und Deckel 6 werden durch Flansche 8 und 10 zusammengehalten. Ein Auge 12 erleichtert das Abnehmen und Aufsetzen des Deckels 6.
  • Im Unterteil 4 ist eine Kühlplatte 14 angeordnet.
  • Sie ist in senkrechter Richtung verschiebbar. Hierzu dient ein Zylinder 16 und ein in diesem verschiebbarer Kolben 18, mit dessen Kolbenstange 20 die Kühlplatte 14 verbunden ist. Ein Ventil 22 regelt die Zuführung von Druckmittel in den Zylinder 16.
  • Durch Schläuche 24 wird Kühlflüssigkeit in die Kühlplatte 14 eingeleitet.
  • Oberhalb der Kühlplatte ist ein Stützring 26 am Unterteil 4 befestigt. Der Aufnahmebehälter 28 steht auf dem Stützring 26. Der Aufnahmebehälter 28 nimmt die Gießformen 40 auf. Die Kühlplatte 14 kann durch den Stützring 26 hindurchgeschoben werden. In der Vakuumkammer 2 ist eine Heizeinrichtung angeordnet, wie z. B. das Widerstandsheizelement 32.
  • Mehrere axial auseinanderliegende primäre Induktionswicklungen 34 a, 34 b und 34 c umschließen den Aufnahmebehälter 28 und erhitzen diesen. Die Wicklungen 34 a, 34 b, 34 c werden von Stützen 36 getragen. Die einzelnen Wicklungen 34 a, 34 b, 34 c werden getrennt von Schaltern 27 gesteuert, so daß sie während der Erstarrung der Legierung von der unteren zur oberen Wicklung nacheinander ausgeschaltet werden können.
  • Der Aufnahmebehälter 28 ist ein Zylinder von einer solchen Größe, daß er in die Induktionswicklungen 34 a, 34 b, 34 c paßt und auf dem Ring 26 aufruht.
  • Er weist mehrere axial ausgerichtete durchgehende Öffnungen 38 auf, die in geringem Abstand voneinander liegen, so daß zwischen ihnen nur dünne Wände verbleiben. Der Aufnahmebehälter 28 besteht vorzugsweise aus Graphit und wirkt als Sekundärwicklung für die primären Induktionswicklungen 34 a, 34 b, 34 c. Jede Öffnung nimmt eine Gießform 40 auf, deren unteres Ende ungefähr in einer Ebene mit dem Boden des Aufnahmebehälters 28 liegt. Von den Wänden der Öffnungen 38 vorstehende Elemente 42 begrenzen die Abwärtsbewegung der Gießform 40.
  • Die Öffnungen 38 sind vorzugsweise zylindrisch und weisen eine solche Größe auf, daß die in ihnen angeordneten Gießformen 40 genau in sie passen.
  • Bei Verwendung einer verhältnismäßig flachen Gießform 40 kann es wünschenswert erscheinen, die Öffnung genauer der Gestalt der Gießform 40 anzupassen. Die axiale Abmessung des Aufnahmebehälters 28 ist so gewählt, daß sie im wesentlichen gleich jener der zu verwendenden Gießformen 40 ist.
  • Jede Gießform 40 ist eine sogenannte Mantelform.
  • Sie weisen einen das Gießteil formenden Abschnitt 44 auf, welcher der Gestalt des fertigen Gießteiles entspricht. Bei der dargestellten Ausführungsform ist dieses eine Turbinenschaufel, die einen Ring 46, einen Schaufel abschnitt 48 und einen Fußteil 50 aufweist.
  • Unterhalb des Abschnittes 44 ist in der Form ein Wachstums abschnitt 52 vorgesehen, der eine Erweiterung über den Fußteil 50 hinaus bildet. Der Boden 54 verschließt die Form nach unten.
  • Oberhalb des Abschnittes 44 weist die Form 40 einen vorzugsweise zylindrischen Füllraum 56 zur Aufnahme eines Angusses der zu gießenden Legierung auf. Die Länge der vollständigen Form ist vorzugsweise im wesentlichen gleich der Länge einer Öffnung 38. Das Volumen des Füllraumes 56 ist grö- ßer als das Volumen des übrigen Teils der Gießform 40, so daß der Anguß in geschmolzenem Zustand den übrigen Teil der Form ausfüllen wird.
  • Die vorstehend beschriebene Ausführungsform ist für gerichtet erstarrte Gießteile geeignet. Eine ähnliche Form mit einem abgeänderten unteren Ende dient für Einkristall-Gußstücke. Wie F i g. 5 zeigt, weist zu diesem Zweck das Fußteil 50 a eine andere Art Wachstumszone 58 auf, die zickzackförmig verläuft. Es wurde gefunden, daß diese an ihrem oberen Ende einen einzigen Kristall erzeugt, welcher sein Wachstum als solcher durch das ganze Gußstück fortsetzt.
  • Wenn die Kühlplatte 14 in Berührung mit dem Boden der Gießform 40 bewegt wird, beginnt das Kornwachstum am unteren Ende des Hohlraumes und wird im zickzackförmigen Teil zu einem einzigen Kristall, dessen Wachstum auf einer im wesentlichen waagerechten Berührungsfläche zwischen fester und flüssiger Phase nach oben fortschreitet, bis die Legierung vollständig erstarrt ist.
  • Eine abgeänderte Ausführungsform ist in Fig. 6 dargestellt. Die Gießform enthält einen das Gießteil formenden Abschnitt 46 a und oberhalb desselben eine Eingußöffnung 60, durch welche die Metallschmelze eingegossen wird. Bei dieser Ausführungsform sind mehrere Gießformen durch eine sternförmige Eingußöffnung miteinander verbunden, um sie gleichzeitig zu füllen. Diese Anordnung ist beispielsweise verwendbar, wenn alle gegossenen Gegenstände aus der gleichen Legierung bestehen.
  • Im Betrieb wird der Aufnahmebehälter mit den in ihm angeordneten Gießformen in den Ofen eingebracht und in diesem erhitzt, wobei die Kühlplatte im Abstand von den Gießformen liegt, bis die ganze Gießform eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts der Legierung aufweist. Die Gießform wird dann gefüllt, indem entweder die geschmolzene Legierung in die Gießform oder -formen eingegossen wird (Fig. 6) oder indem die Legierung am oberen Ende des Hohlraumes schmilzt und in den Teil der Gießform nach unten fließt, in dem das Gußstück geformt wird. Wenn sich der Aufnahmebehälter und die Gießformen oberhalb der Schmelztemperatur der Legierung befinden, wird die Legierung in geschmolzenem Zustand gehalten, bis die Erstarrung beginnt.
  • Zu diesem Zweck wird die Kühlplatte mit dem Boden des Aufnahmebehälters und dem Boden der Formen in Berührung gebracht, und ungefähr zur gleichen Zeit wird die unterste Heizwicklung ausgeschaltet. Die Kühlplatte kühlt den Boden der Gießformen, so daß die nach oben gerichtete Erstarrung innerhalb der Gießformen beginnt. Gleichzeitig bewegt sich die Berührungsfläche zwischen der erstarr- ten Legierung und der noch flüssigen Legierung oberhalb derselben mit einer solchen Geschwindigkeit nach oben, daß die Berührungsfläche während des ganzen Erstarrungsvorganges im wesentlichen waagerecht bleibt.
  • Wenn sich die Berührungsfläche aufwärts bewegt, werden von unten aufeinanderfolgende Heizwicklungen ausgeschaltet, damit der Aufnahmebehälter und die Gießformen auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt werden, so daß die Erstarrung innerhalb der Gießformen beendet werden kann. Mit einem Aufnahmebehälter der dargestellten und beschriebenen Art ist es möglich, im ganzen Aufnahmebehälter und in den in diesem angeordneten Gießformen während deren Erhitzung eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur zu erzielen und die Geschwindigkeit der aufwärts gerichteten Abkühlung der Gießformen und des Aufnahmebehälters während der Erstarrung der Legierung wirksam zu regeln. Die Geschwindigkeit der Abkühlung und demgemäß die Geschwindigkeit der Erstarrung der Legierung wird leicht geregelt durch die Wärmeabsorptionswirkung der Kühlplatte und die Geschwindigkeit, mit welcher die aufeinanderfolgenden Heizwicklungen während der Abkühlung ausgeschaltet werden. Die Geschwindigkeit der Abkühlung kann unter gewissen Bedingungen durch Herausziehen des Aufnahmebehälters aus den Induktionswicklungen statt durch aufeinanderfolgendes Ausschalten der Wicklungen geregelt werden.
  • Patentansprüche: 1. Gießvorrichtung mit einer Kühlplatte, mit einem während des Gießvorganges auf dieser aufstehenden Aufnahmebehälter, mit rund um den Aufnahmebehälter angeordneten und in senkrechtem Abstand voneinander liegenden Heizwicklungen und mit mehreren in dem Aufnahmebehälter angeordneten Gießformen, d a d u r c h g e k e na z e ich ne t, daß der Aufnahmebehälter (28) zur Aufnahme mehrerer voneinander unabhängiger Gießformen (40) mehrere diese mit enger Passung aufnehmende senkrechte Öffnungen (38) aufweist.
  • 2. Gießvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gießform (40) einen das Gießteil formenden Abschnitt (44) und einen Kristall-Wachstumsabschnitt (52) zwischen diesem Abschnitt (44) und ihrem Boden (54) aufweist.

Claims (1)

  1. 3. Gießvorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet. daß jede Gießform (40) oberhalb des das Gießteil formenden Abschnittes (44) einen Füllraum (56) aufweist.
DE19691943280 1969-08-26 1969-08-26 Giessvorrichtung Pending DE1943280B2 (de)

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