DE2009873C - Vorrichtung zum Gießen von Einkristall-Gußstücken - Google Patents

Description

f Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kopffläche der Hohlform in einem Abstand von der

Gießen von Einkristall-Gußstücken mit einer großen Hülse einen Ring aus Füllzement aufweist. Es wird waagerechten Abmessung, bei der eine gegenstands- 35 dadurch das durch die schmelzflüssige legierung zu bildende Form mit unterem Füllrohr in einem von füllende Volumen vermindert und eine besonders einer Hülse ummantelten Raum oberhalb dessen genaue Steuerung aes Wärmegradienten wählend der gekühlter Bodenplatte angeordnet ist. Erstarrung der Legierung entlang der Bodenwand

: Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der frrnzö- der Form ermöglicht.

sischen Patentschrift 1481 366 des Erfinders be- 4» Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung

T" kannt. Mit der bekannten Vorrichtung, bei der eine sind der nachfolgenden Beschreibung an Hand der gegenstandsbildende Form mit unterem Füllrohr an in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungs-

'■- einem von einer Graphithülse ummantelten Raum formen der erfindungsgemaßen Vorrichtung zu ent-

^; oberhalb der den Boden dieses Raums bildenden nehmen. Es zeigt

Kühlplatte angeordnet ist, können jedoch nur solche 45 F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Ausfühorientierten Einkristall-Gußstücke hergestellt werden, rungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
deren Hauptachse die Vertikaiachse ist, die gieich- Fig. 2 einen Schnitt naeh 2-2 der Fig. 1,
zeitig größte Abmessung besitzt. Will man jedoch, Fig. 3 Hnen Vertikaischnitt durch eine andere

was zur Erzielung besonderer mechanischer Eigen- Ausführungsform einer erfindungsgemaßen Vorrichschaften der Gußstücke vorteilhaft sein kann, orien- 50 tung,

tierte Einicristaii-fiiißstiteke herstellen, welche die F i g. 4 einen Schnitt durch eine wiederum andere

längste, Achse in der Querrichtung aufweisen, so Ausführungsform der erfindungsgcmäScu Vornchläßt sich die bekannte Vorrichtung nicht verwenden. tung, und

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine F i g. 5 einen Querschnitt öl ch eine mit der erfin-

demgegenüber verbesserte Vorrichtung zu schaffen, 55 dungsgemäßen Vorrichtung gegossene Scheibe, die

c mit der Einkristall-Gegenstände mit relativ großer bevorzugte Kristallorientierung illustrierend.

^: Abmessung rechtwinklig zu der Hauptachse gegossen Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der

werden können. erfindungsgemaßen Vorrichtung weist eine Kühlplatte

Diese Aufgabe wird gelöst mittels einer Vorrich- 10 mit Kühleinrichtung und eine zylindrische Hülse tung der eingangs beschriebenen Art zum Gießen 60 12 auf, die die gegenstandsbildende Form 14 umvon Einkristall-Gußstücken mit großer waagerechter schließt. Die Form 14 wird oberhalb und im Abstand Abmessung, bei der eine gegenstandsbildende Form von der Kühlplatte 10 durch Stützelemente 16 gemit unterem Füllrohr in einem von einer Hülse tragen. Die Formwände befinden sich in einem geummantelten Raum oberhalb dessen gekühlter wissen Abstand von der Hülse 12. Die Form 14 ist Bodenplatte angeordnet ist, welche erfindungsgemäß 65 zylindrisch ausgebildet und hat einen Durchmesser, dadurch gekennzeichnet ist, daß die gegenstands- der fast so groß ist wie derjenige der Hülse 12. Die bildende Form eine jben geschlossene Hohlform mit Höhe der Form 14 ist so bemessen, daß der Innenrclativ großem Durchmesser im Verhältnis zur Höhe raum der Hülse 12 zu seinem wesentlichen Teil durch

2 00S

a* Form 14 ausgefüllt ist. Das obere Ende der Form sich oben auf dem Kopfende der. »^se _{m Mate}.

Jf Sossen, und an dem tiefstgelegenen Punkt Deckel20 ^^S^SiS^^ ^{der AbkÜh}-

Sr Form 14 befindet sich eine Füllöffnung 17. rial gebilde «t Dadurch wird wan

^n?«- eeeenstandsbildende Hohlform 12 kann lung der eingefüllten

JSmäßig als Maskenform, z. B. nach dem Wachs- 5 auf ein Minimum re

zwecKindiJi& ^ u„™^«,>u _marA„T. T5c iianiipU eine zentrale Öffnung 22

Eingießtrichter 24 einsetzbar

chmelzverfahren, hergestellt werden. Es handelt • η dabei um eine verlorene Form, ic deren innerem "■■ TJnhiraum das zu bildende Einkristall-Gußstück mit während der Abküh-Wärmeveriust _{Deckel20 ist}

in welche ein

ingießtri

Zum Gießen des
h

_wird Heizkammer ein-

aum das zu bildende Einkristall-Gußstück mit Zum Gießen de g;f

r waagerechter Abmessung entsieht, und die die gesamte Vorrichtung m J^ _{u% 14}»

dem Fertigstellen des Gußstücks zur Heraus- xo gebracht unddann^werden ^ ^ _{über dem}

g des Gußstücks zerschlagen wird. Zweckmaß_lg und die Hülse 12 ^™ ^g _liegende Temperatur

h Mkf t _Pojs aus Schmelzpunkt der "β«™« * _Vrihtung

SLg des Gußstücks zerschlagen wird. Zweckmaß_lg und die Hüls ^ _liegende Temperatur

^ eine solche Maskenfonn etwas _Po:js aus- Schmelzpunkt der "β«™« * _Vorrichtung

S d-St während des Füllens die Luft -rt- erhitzt. Von^aKtantf man «J^ ^^ ._m

kann. Diese Hohlform kann relativ du- in eine Vakuumkammer so _Arbeits.

sein da während des Füllens da, Mw-aii x₅ Vakuum ^du^^ J^ ^ Artder Erhitzung der

Von der Füllöifnung 17 nach "nu.„ sich erstrekd ist ein schraubenförmig aü~_B '. -Idetes Füllrohr vorhanden, durch welches ein Einkristall in die Form hineinwachsen kann. Dieses Fülirohr 18, welches in den F i g. 1 und 3 schraubenförmig vr -anschaulicht ist, kann beliebig gekrümmt bzw. ausgerichtet sein, vorausgesetzt, daß es ausreichende Richtungsänderungen ermöglicht, damit das zum Hereinwachsen als Einkristall in die Form ausgewählte Korn exakt von allen übrigen Körnern getrennt mit dem Füllrohr erfaßt werden kann. Es ist demzufolge ausreichend, wenn die Krümmung des Füllrohrs 18 eine Richtungsänderung in der waagerechten Ebene von wenigstens 180° ermöglicht. Das Füllrohr seinerseits weist vorzugsweise eine Mittellinie mit kontinuierlich ansteigender Neigung auf. Der Durchmesser des Füllrohrs 18 soll so ausreichend groß sein, daß relativ freier Fluß der flüssigen Legierung aufwärts in die Hohlform 14 hinein gewährleistet ist. In der in den F i g. 1 und 3 gewählten Darstellung hat das schraubenförmige Füllrohr 18 bzw. 18' eine senkrechte Achse mit Bezug auf die Kühlplatte 10 bzw. 10'. Dadurch, daß das Füllrohr eine Richtungsänderung von wenigstens 180° hat, kann man damit alle Kristalle bis auf eines vom Hereinwachsen in die Hohlform 14 ausschließen. Das Bodenende des Füllrohrs 18 bzw. 18' bzw. 18" befindet sich, wie dies aus den Fig. 1, 3 und 4 zu ersehen ist, in einem Abstand entfernt oberhalb der Kühlplatte 10 bzw. 10'.

Die Bodeiiwand der Fora; 14 bzw. 14' bzw. 14" ' bildet einen relativ kleinen spitzen Winkel mit der Waagerechten u.id befindet sich infolgedessen relativ nahe an der Kühlplatte 10 bzw. 10'. Die geringe Steigung der Bodenwand trägt dazu bei, die Keimbildung von unerwünschten Kilstallcn zv. dieser Wand zu vermeiden. Außerdem kann sich infolge des geringen Steigungswinkels die waagerechte Abmessung der Form über eine kurze Höhe stark ,. verbreitern, so daß die Form zum Gießen von Gußstücken mit großer horizontaler Abmessung, hergestellt aus nur einem Einkristall, geeignet ist. Die Kristallstruktur eines so gewonnenen Gußstücks ist in F i g. 5 veranschaulicht. Es ist darin deutlich zu erkennen, daß die fi00]-Orientierung axial zu der Zylindergestalt des Gu3-.tücks (vertikal in der Form 14, 14', 14") verläuft und daß das Dentritenwachstum in der Horizontalebene durch das zylindrische Gußstück hindurch syr...iietrisch ist.

Bei der in F i g. 1 veranschaulichten Ausführungs form der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet

»o schnft Wenn die Form

beispielsweise in

beschrieben sind, vorgenommen. * ·', 14" und die H."\se 12 bzw. Temperatur gebracht worden durch den Trichter 24 eingegossen, fließt zunächst um die Form 14 herum und füllt die Hülse 12, und steigt dann aufwärts durch das Füllrohr i8 bzw. 18' bzw. 18" in die Form 14 bzw. 14' bzw. 14" hinein. Die Hülse und die Form werden annähernd bis zu der mit 26 bzw. 26' veranschaulichten Füllhöhe gefüllt, so daß der wesentliehe Teil der Form 14 bzw. 14' bzw. 14" von der Schmelze eingenommen ist. Dann wird die Kühlplatte 10 bzw. 10' eingeschaltet, und so beginnt das Wachsen von gerichtet erstarrtem Korn um das Füllrohr 18 bzw. 18' bzw. 18" herum und in die Form 14 bzw. 14' bzw. 14" hinein. Das gerichtet erstarrte Kornwachstum erstreckt sich im rechten Winkel zu der Kühlplatte 10 bzw. 10' und weist eine [100]-Orientierung auf. Das ausgev/ählte Kornwachstum, welches in das Füllrohr 18 bzw. 18' bzw. 18" eintritt, ist ebenfalls vertikal orientiert. Mit fortschreitendem Wachstum durch die Windungen des Einfüllrohrs 18 bzw. 18' bzw. 18" werden, sofern mehrere Körner zunächst eingetreten sind, alle bis auf ein Korn ausgeschlossen. Es wächst dann in die Gegensiandsform 14 bzw. 14' bzw. 14" nur dieser Einkristall hinein.

Die Erstarrung der Legierung innerhalb und außerhalb des FüUrohH 18 bzw. 18' bzw. 18" geschieht mit im wesentlichen gleicher Geschwindigkeit. So 50 bleibt eine nahezu horizontal gelegene Trennschicht zw'schsn der flüssigen und der festen Phase stets erhalten. Diese Trennschicht verschiebt sich senkrecht nur um eine kurze Strecke, wenn die Erstarrung im Inneren der Form oeginm, da sich die Erstarrung 55 waagerecht bis iur ganzen waagerechten Abmessung der Form ausdehnt. So erstarrt, während die Erstarrung waagerecht fortschreitet, nur jeweils ein Minimum an Material, und demzufolge ist während dieses Teils des Abkühlvorgangs nur ein Minimum δο an Wärmeabfuhr notwendig. Es bleibt demzufolge ein großer Wärmegradient aufrechterhauen, und die Dendritenstruktur wird äußerst fein, besitzt nur sehr geringe Porosität. Der Warmegradient läßt sich vorteilhaft durch stufenweise Verringerung der Be-65 heizung sowohl der Form 14 bzw. 14' bzw. 14" als auch der Hülse 12 bzw. 12' verringern.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform dii erfindungsgemäßen Vorrichtung dient zur Herstellu.if

von relativ flachen Scheiben, wie sie z.B. als Tür- ermöglicht eine noch genauere Steuerung des Wärmebinenscheiben verwendet werden können, wenn sie gradienten während der Erstarrung der,'Legierung aus einer der widerstandsfähigen Hochtemperatur- entlang der Bodenwand der Form 14". Die Isolierung Legierungen-'gegossen werden. Die mit einer Kühl- 30 wird durch eine innere Hülse 32- gegen die !einrichtung', ausgerüstete 'Kühlplatte 10' trägt die '5 schmelzflüssige Legierung geschützt. Auf dieser Hülse ^zylindrische Hülse" 12', in welcher "die gegenstände- 32 sitzen die Stützen 16"." Um die" Kopf fläche "der bildende Form 14' eingeschlossen ist. Letztere wird ' Form 14" ist ein Ring 34 aus Füllzement angeordnet, auf Stützen 16' oberhalb der Kühlplatte 10' gehalten der einen gewissen Abstand von der inneren Hülse 32 und ist in einem Abstand sowohl von der Kühlplatte hält. Auch dieser Ring 34 hat den Zweck, die zum 10' als auch von der Hülse 12' angeordnet. Die Form m Füllen der Vorrichtung bis zu dem Niveau 26" not-14' ist an ihrem oberen Ende geschlossen. Am Boden wendige Menge an Legierungsmaterial zu verringern, befindet sich die Füllöffnung 17'. Die Form kann, Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen

wie bereits im Zusammenhang mit der Form 14 der Vorrichtung wird in praktisch der gleichen Weise F i g. 1 ausgeführt, als Maskenform bekannter Art betätigt, wie dies im Zusammenhang mit der in hergestellt sein. Dabei kann die Formwand gegen- 15 F i g. 1 dargestellten Ausführungsfonn beschrieben über üblichen Formen vergleichsweise viel dünner worden ist.

sein, da sie nur eine Trennwand darstellt und die Grundsätzlich können mit der erfindungsgemäßen

geschmolzene Legierung sowohl im Innern als auch Vorrichtung nicht nur runde Gußstücke, sondern außerhalb der Form den Druck auf die Wand aus- auch solche anderer Abmessung und Gestaltung gleicht. Sich abwärts zu der Kühlplatte 10' hin so gefertigt v/erden, beispielsweise auch Rohre, Stangen erstreckend ist an der Füllöffnung 17' ein schrauben- oder Barren, bei denen sich die Längsachse in einem förmig ausgebildetes Füllrohr 18' vorhanden, durch kleinen spitzen Winkel zu der Waagerechten erstreckt, welches die Form 14' gefüllt wird. sofern die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung

In der in Fig.4 veranschaulichten Ausführungs- resultierende Kristallorientierung gewünscht wird,
form der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zusatz- 55 Es können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung lieh zu den auch bei der Ausführungsform der auch mehrere gegenstandsbildendt Formen in einer F i g. 1 gezeigten Teilen eine in Form eines Rings einzigen Hülse vorhanden sein, ro daß mehrere vorhandene Isolierung 30 angeordnet, die unterhalb einzelne Gußstücke gleichzeitig gegossen werden der Form 14" und von dieser in einem gewissen können. Dabei sind dann zweckmäßig die verschie-Abstand entfernt das spiralförmige Füllrohr 18" um- 3= denen Formen ringförmig zueinander angeordnet und gibt. Die Isolierung 30 vermindert das durch die mit den oberen Enden des Füllrohrs untereinander schmelzflüssige Legierung zu füllende Volumen und verbunden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

ist deren Bodenfläche zur Mitte hin einen relativ Patentansprüche: kleinen spitzen Winkel mi? der Waagerechten bildend geneigt ist und deren FuUrohr in die am tiefst-

1. Vorrichtung zum Gießen von Einkristall- gelegenen Punkt der Form angeordnete Füllöffnung Gußstücken mit einer großen waagerechten Ab- 5 mündet

messung, bei der eine gegenstandsbildende Form Mit der erfindungsgemaßen Vorrichtung lassen

mit unterem Füllrohr in einem von einer Hülse sich insbesondere Scheiben and annlicjie Uegsn-

ummantelten Raum oberhalb dessen gekühlter stände, die so geformt sind, aaß sie eine vertikale

Bodenplatte angeordnet ist, dadurch gekenn- Scheibenachse aufweisen, mit gewünschter Knstall-

ze ich net, daß die gegenstandsbildende Form io orientierung gießen. Besonders vorteilhaft kann man

eine oben geschlossene Hohlform (14, 14', 14") die erfindungsgemäße Vorrichtung,zur Herstellung

mit relativ großem Durchmesser im Verhältnis von Einkristall-Gußteilen aus beitbekannten Hoch-

zur Höhe ist, deren Bodenfläche zur Mitte hin temperatur-Superlegierungen, wie sie beispielsweise

einen relativ kleinen spitzen Winkel mit der in der USA.-Patentschrift 3260505 beschrieben sind.

Waagerechten bildend geneigt ist und deren 15 welche eine große Abmessung im wesentlichen recht-

v Füllrohr (Is', ίβ, 1β") in die am üefsigelegenen winklig zu der [1001-Orientierung haben, verwenden.

± Punkt der Form (14, 14', 14") angeordnete Füll- Die geringe Steigung der Bodenwand der Hohlform

£ öffnung (17, IT) mündet. bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung tragt dazu

F

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- bei, die Keimbildung von unerwünschten Kristallen

kennzeichnet, daß in dem Raum zwischen der ao an dieser Wand zu vermeiden und die Erstarrung

gekühlten Bodenplatte und der Hohlform (14") im Inneren der Form beginnend und bis zur ganzen

t diesen Raum teilweise ausfüllend eine Isolierung waagerechten Abmessung fortschreitend über die

ε (30) vorhanden ist, die das Füllrohr (18") in Gesamtbreite in in der Höhe schmalen Bereichen zu

einem Abstand umgibt, und daß die Kopffläche gewährleisten. Es lassen sich demzufolge speziell

± der Hohlform (14") in einem Abstand von der as z. B. Scheiben, Stangen mit großem Durchmesser

- Hülse einen Ring (34) aus Füllzement aufweist. oder Blöcke mit großem Querschnitt in der gewunsch-1. ten Orientierung fertigen.

- Vorteilhaft ist es, wenn bei der erfindungsgemaßen Vorrichtung in dem Raum zwischen der gekühlten

30 Bodenplatte und der Hohlform diesen Raum teilweise ausfüllend eine Isolierung vorhanden ist, die das

ζ Füllrohr in einem Abstand umgibt, und wenn die