DE19611866A1 - Casting mould for production of single crystal casting having growth cavity and nucleation cavity - Google Patents

Casting mould for production of single crystal casting having growth cavity and nucleation cavity

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DE19611866A1
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Valentin Nikolaevic Larinov
Vladimir Nikolaevic Toloraja
Anatolij Jakovlevic Denisov
Gennadij Ivanovic Suev
Igor Leonidovic Svetlov
Vjaceslav Viktorovic Torjanik
Anatolij Ivanovic Krivko
Evgenij Nikolaevic Cljstov
Nikolaj Grigorevic Orecov
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LYULKA SATURN Inc
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B22D27/045—Directionally solidified castings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-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
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/002—Crucibles or containers for supporting the melt

Abstract

Single crystal casting is produced in a mould having a growth cavity (2) in the shape of the product to be cast and a nucleation cavity (3) connected to it, with a nucleant crystal (4) positioned on the side of the casting channel (5) connecting the two cavities, completely covering its opening. Preferably the nucleant crystal has two parallel end faces and is cut from a cylindrical blank at an angle of 35-90 deg. to the blank axis. The minimum diameter of the nucleation cavity is not smaller than the maximum dimension of the nucleant crystal and the cavity is sealed with a ceramic material.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gießform zur Herstellung eines einkristallinen Erzeugnisses mit einem Wachstumshohlraum, der die Form des herzustellenden Erzeugnisses aufweist und über einen Gießkanal mit einem Impfhohlraum verbunden ist, in dem ein Impfkristall angeordnet ist.The invention relates to a mold for producing a single crystal product with a growth cavity which has the shape of the product to be manufactured and about a pouring channel is connected to an inoculation cavity in which a seed crystal is arranged.

Eine gattungsgemäße Gießform mit einem zylindrischen Impf­ hohlraum ist aus der GB-A-2 037 200 bekannt. Bei der Gießform gemäß der GB-A-2 037 200 ist der Impfkristall innerhalb des Impfhohlraumes beabstandet vom Gießkanal angeordnet, so daß flüssiges Metall während eines Gießvorganges in den Impfhohl­ raum hineingelangen muß, um den Impfkristall zu kontaktieren.A generic mold with a cylindrical inoculation cavity is known from GB-A-2 037 200. With the mold according to GB-A-2 037 200 the seed crystal is within the Inoculation cavity spaced from the pouring channel, so that liquid metal during a pouring process into the inoculation cavity must get in to contact the seed crystal.

Eine mit der aus der GB-A-2 037 200 bekannten Gießform bewerk­ stelligte gerichtete Kristallisation beginnt innerhalb des Impfhohlraumes auf relativ breiter Fläche, setzt sich über den relativ engen Gießkanal fort und geht dann auf den wieder breiteren Wachstumshohlraum über. Während des Kristallisa­ tionsprozesses sind also zwei Breitenzonengrenzen zu über­ winden, wobei die Orientierungsgenauigkeit des Kristallwachs­ tums insbesondere durch den abrupten Übergang zwischen dem Impfhohlraum und dem Gießkanal beeinträchtigt wird.One with the casting mold known from GB-A-2 037 200 directed directional crystallization begins within the Vaccination cavity over a relatively wide area, settles over the relatively narrow pouring channel and then goes on again wider growth cavity over. During the Kristallisa process, two latitude zone boundaries must be crossed wind, the orientation accuracy of the crystal wax especially through the abrupt transition between the Vaccination cavity and the pouring channel is affected.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gießform zur Herstellung eines einkristallinen Erzeugnisses bereitzustellen, mit der eine besonders hohe Orientierungsgenauigkeit des zu produzie­ renden Erzeugnisses erzielt werden kann.The object of the invention is to produce a casting mold to provide a single crystalline product with which a particularly high orientation accuracy of the product product can be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Gießform zur Herstellung eines einkristallinen Erzeugnisses mit einem Wachstumshohlraum, der die Form des herzustellenden Erzeugnis­ ses aufweist und über einen Gießkanal mit einem Impfhohlraum verbunden ist, in dem ein Impfkristall angeordnet ist, wobei der Impfkristall fest an der gießkanalseitigen Grundfläche des Impfhohlraumes anliegt und die Einmündung des Gießkanals in den Impfhohlraum vollständig abdeckt.According to the invention, this object is achieved by a casting mold for the production of a single crystalline product with a Growth cavity, which is the shape of the product to be manufactured ses and via a pouring channel with a vaccination cavity is connected, in which a seed crystal is arranged, wherein  the seed crystal is firmly attached to the base of the pouring channel Vaccine cavity is present and the mouth of the pouring channel in completely covers the vaccine cavity.

Die Orientierung des mit der erfindungsgemäßen Gießform herge­ stellten Erzeugnisses ist innerhalb einer außerordentlich geringen Schwankungsbreite von 2° bis 3° einheitlich.The orientation of the mold with the mold according to the invention product is within an extraordinary small fluctuation range of 2 ° to 3 ° uniform.

Vorzugsweise wird der Impfkristall aus einem Rohling unter einem Winkel von 35° bis 90° zur Rohlingsachse ausgeschnitten.The seed crystal is preferably made from a blank cut out at an angle of 35 ° to 90 ° to the blank axis.

Der Impfkristall kann aus einem zylindrischen Rohling ausge­ schnitten sein.The seed crystal can be made from a cylindrical blank be cut.

Vorteilhafterweise wird die erfindungsgemäße Gießform so gestaltet, daß der minimale Durchmesser des Impfhohlraumes nicht kleiner ist als die maximale Ausdehnung des Impfkri­ stalls.The casting mold according to the invention is advantageously so designed that the minimum diameter of the inoculation cavity is not less than the maximum extent of the vaccine stable.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießform weist der Impfhohlraum die Form eines sich in Rich­ tung des Gießkanals erweiternden Kegelstumpfes mit einer Konizität von 3° bis 5° auf, wobei die Mittelachse des Kegel­ stumpfes mit der Längsachse der Gießform einen Winkel von 0° bis 90° bildet.In a preferred embodiment of the invention Casting mold, the inoculation cavity has the shape of a rich the truncated cone with a Taper from 3 ° to 5 °, with the central axis of the cone obtuse with the longitudinal axis of the mold at an angle of 0 ° forms up to 90 °.

Vorzugsweise ist der Impfhohlraum mindestens doppelt so hoch ist wie der Impfkristall.The inoculation cavity is preferably at least twice as high is like the seed crystal.

Außerdem ist es vorteilhaft, den Impfhohlraum mittels einer Keramikmasse abzudichten.It is also advantageous to use a Sealing ceramic mass.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Gießform werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Embodiments of the casting mold according to the invention explained in more detail with reference to the drawing. It shows:  

Fig. 1 ein erste Ausführungsform einer Gießform, Fig. 1 shows a first embodiment of a casting mold,

Fig. 2 ein zweite Ausführungsform der Gießform und Fig. 2 shows a second embodiment of the mold and

Fig. 3 einen zylindrischen Rohling, aus dem ein Impfkristall geschnitten wird. Fig. 3 shows a cylindrical blank from which a seed crystal is cut.

Die in Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsform der Gießform 1 ist mittels eines Ausschmelzmodellverfahrens aus Keramikmate­ rial hergestellt und weist einen Wachstumshohlraum 2 auf, der die Form des zu gießenden Erzeugnisses hat. Der Wachstums­ hohlraum 2 ist an seinem unteren Ende über einen Gießkanal 5 mit einem Impfhohlraum 3 verbunden.The first embodiment of the mold 1 shown in Fig. 1 is made by means of a rial Ausschmelzmodellverfahrens ceramic mate and has a growth cavity 2 which has the shape of the product to be cast. The growth cavity 2 is connected at its lower end via a pouring channel 5 with an inoculation cavity 3 .

Der Impfhohlraum 3 weist die Form eines sich in Richtung des Gießkanals 5 erweiternden Kegelstumpfes mit einer Konizität von 3° bis 5° auf. Die Mittelachse des kegelstumpfförmigen Impfhohlraums 3 fluchtet mit der Längsachse 8 der Gießform 1 und der Längsachse des Gießkanals 5.The inoculation cavity 3 has the shape of a truncated cone widening in the direction of the pouring channel 5 with a taper of 3 ° to 5 °. The central axis of the frustoconical inoculation cavity 3 is aligned with the longitudinal axis 8 of the casting mold 1 and the longitudinal axis of the pouring channel 5 .

In dem Impfhohlraum 3 ist ein Impfkristall 4 angeordnet, der, wie es in Fig 3 gezeigt ist, aus einem zylindrischen Rohling 7 unter einem Winkel α₁ von 35° bis 90° zur Achse des zylindri­ schen Rohlings 7 so ausgeschnitten ist, daß er zwei parallele ellipsenförmige oder kreisförmige (bei 90°) Stirnflächen auf­ weist. Der Impfkristall 4 ist mit seiner oberen Stirnfläche fest an die gießkanalseitige Grundfläche des Impfhohlraumes 3 so angedrückt, daß er die Mündung des Gießkanals 5 in den Impfhohlraum 3 vollständig abdeckt. Der Impfkristall 4 ist mittels einer Keramikmasse 6, die den Rest des Impfhohlraums 3 ausfüllt, abgedichtet.In the seed cavity 3 , a seed crystal 4 is arranged, which, as shown in Fig. 3 , is cut out of a cylindrical blank 7 at an angle α 1 of 35 ° to 90 ° to the axis of the cylindrical blank 7 so that it has two parallel ones elliptical or circular (at 90 °) faces. The top face of the seed crystal 4 is firmly pressed against the base surface of the seed cavity 3 on the pouring channel side in such a way that it completely covers the mouth of the pouring channel 5 into the seed cavity 3 . The seed crystal 4 is sealed by means of a ceramic mass 6 , which fills the rest of the seed cavity 3 .

Der Impfhohlraum 3 ist vorzugsweise 2 bis 2,5 mal höher als der Impfkristall 4, um zu gewährleisten, daß der Impfkristall 4 beim Gießvorgang nicht aus dem Impfhohlraum 3 herausgedrückt wird. The seed cavity 3 is preferably 2 to 2.5 times higher than the seed crystal 4 to ensure that the seed crystal 4 is not pressed out of the seed cavity 3 during the casting process.

Wenn der Impfkristall 4 in einem Winkel von 35° aus dem Roh­ ling 7 ausgeschnitten ist, hat die vom Gießkanal 5 abgewandte Grundfläche des Impfhohlraumes 3 vorzugsweise einen Durch­ messer, der 1,7 mal größer ist als die große Achse der Stirn­ flächen des Impfkristalls 4, um zu gewährleisten, daß der Impfkristall 4 in den Impfhohlraum 3 eingeführt werden kann.If the seed crystal 4 is cut out of the raw ling 7 at an angle of 35 °, the base surface of the seed cavity 3 facing away from the pouring channel 5 preferably has a diameter that is 1.7 times larger than the major axis of the end faces of the seed crystal 4 to ensure that the seed crystal 4 can be inserted into the seed cavity 3 .

Der Winkel α₁ ist abhängig von der Ausrichtung der Kristalle in dem Rohling.The angle α ₁ depends on the orientation of the crystals in the blank.

Die in Fig. 2 gezeigte zweite Ausführungsform der Gießform 1 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform von Fig. 1 dadurch, daß die Mittelachse 9 des Impfhohlraums die Längs­ achse 8 der Gießform 1 in einem Winkel α₂ schneidet. Dieser Winkel α₂ kann bis zu 90° betragen.The second embodiment of the casting mold 1 shown in FIG. 2 differs from the first embodiment of FIG. 1 in that the central axis 9 of the inoculation cavity cuts the longitudinal axis 8 of the casting mold 1 at an angle α₂. This angle α₂ can be up to 90 °.

Die Gießform 1 wird folgendermaßen verwendet:
Zunächst wird der Impfkristall 4 fest an die gießkanalseitige Grundfläche des Impfhohlraumes 3 so angedrückt, daß er den Gießkanal 5 abdeckt. Anschließend wird der Impfkristall 4 mittels der Keramikmasse 6 abgedichtet.The casting mold 1 is used as follows:
First, the seed crystal 4 is pressed firmly onto the base surface of the seed cavity 3 on the pouring channel in such a way that it covers the pouring channel 5 . The seed crystal 4 is then sealed by means of the ceramic mass 6 .

Wenn der Wachstumshohlraumes 2 mit geschmolzenem Metall ge­ füllt wird, gelangt das geschmolzene Metall über den Gießkanal 5 zu dem Impfhohlraum 3 und kontaktiert den Impfkristall 4. Danach erfolgt die gerichtete Kristallisation, bei welcher der Impfkristall 4 dem Metall seine Struktur überträgt und diese Struktur über den Gießkanal 5 an den Wachstumshohlraum 2 herangeführt wird, in dem sich ein kristallines Erzeugnis mit der vorgegebenen Orientierung bildet.When the growth cavity 2 is filled with molten metal, the molten metal passes through the pouring channel 5 to the seed cavity 3 and contacts the seed crystal 4 . This is followed by directional crystallization, in which the seed crystal 4 transfers its structure to the metal and this structure is guided via the pouring channel 5 to the growth cavity 2 , in which a crystalline product with the predetermined orientation forms.

Claims (7)

1. Gießform zur Herstellung eines einkristallinen Erzeugnis­ ses mit einem Wachstumshohlraum (2), der die Form des herzustellenden Erzeugnisses aufweist und über einen Gießkanal (5) mit einem Impfhohlraum (3) verbunden ist, in dem ein Impfkristall (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Impfkristall (4) fest an der gießkanalseitigen Grund­ fläche des Impfhohlraumes (3) anliegt und die Einmündung des Gießkanals (5) in den Impfhohlraum (3) vollständig abdeckt.1. casting mold for producing a single-crystal product with a growth cavity ( 2 ) which has the shape of the product to be produced and is connected via a pouring channel ( 5 ) to a seed cavity ( 3 ) in which a seed crystal ( 4 ) is arranged, thereby characterized in that the seed crystal ( 4 ) rests firmly on the pouring channel-side base surface of the inoculation cavity ( 3 ) and completely covers the mouth of the pouring channel ( 5 ) into the inoculation cavity ( 3 ). 2. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impfkristall (4) zwei parallele Stirnflächen aufweist und aus einem Rohling (7) unter einem Winkel (α₁) von 35° bis 90° zur Rohlingsachse ausgeschnitten ist.2. Casting mold according to claim 1, characterized in that the seed crystal ( 4 ) has two parallel end faces and is cut from a blank ( 7 ) at an angle (α₁) of 35 ° to 90 ° to the blank axis. 3. Gießform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impfkristall (4) aus einem zylindrischen Rohling (7) ausgeschnitten ist.3. Casting mold according to claim 2, characterized in that the seed crystal ( 4 ) is cut out of a cylindrical blank ( 7 ). 4. Gießform nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der minimale Durchmesser des Impfhohlraumes (3) nicht kleiner ist als die maximale Ausdehnung des Impfkristalls (4).4. Casting mold according to claim 2 or claim 3, characterized in that the minimum diameter of the seed cavity ( 3 ) is not less than the maximum extent of the seed crystal ( 4 ). 5. Gießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Impfhohlraum (3) die Form eines sich in Richtung des Gießkanals (5) erweiternden Kegel­ stumpfes mit einer Konizität von 3° bis 5° aufweist, dessen Mittelachse mit der Längsachse der Gießform (1) einen Winkel (α₂) von 0° bis 90° bildet.5. Casting mold according to one of the preceding claims, characterized in that the inoculation cavity ( 3 ) has the shape of a truncated cone which widens in the direction of the pouring channel ( 5 ) and has a conicity of 3 ° to 5 °, the central axis of which corresponds to the longitudinal axis of the casting mold ( 1 ) forms an angle (α₂) of 0 ° to 90 °. 6. Gießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Impfhohlraum (3) mindestens dop­ pelt so hoch ist wie der Impfkristall (4).6. Casting mold according to one of the preceding claims, characterized in that the seed cavity ( 3 ) is at least twice as high as the seed crystal ( 4 ). 7. Gießform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Impfhohlraum (3) mittels einer Keramikmasse (6) abgedichtet ist.7. Casting mold according to one of the preceding claims, characterized in that the inoculation cavity ( 3 ) is sealed by means of a ceramic mass ( 6 ).
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