DE2119041A1

DE2119041A1 - Verfahren zum Gießen von Hochtem peratur Legierungen

Info

Publication number: DE2119041A1
Application number: DE19712119041
Authority: DE
Inventors: Robert Bruce Terkelsen Bruce Ellington Cheshire Conn Barrow (V St
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1970-04-24
Filing date: 1971-04-20
Publication date: 1971-11-04
Also published as: AU2690171A; SE359245B; IL36429A0; CA935269A; FR2086336A1; BE766100A; US3633648A; CH537767A; GB1275030A; FR2086336B1

Description

PATENTANWÄLTE DR.-PHIL. G. NICKEL · DR.-ING. J. DORNER

8 MÖNCHEN 15 LANDWEHRSTR. 35 · POSTFACH 10*

TEL. (0811) 55 5719

München, den 15o April 1971 Anwaltsaktenz,: 14 - Pat. 80

United Aircraft Corporation, 400 Main Street, East Hartford, Connecticut 06108, Vereinigte Staaten von Amerika

Verfahren zum Gießen von Hochtemperatur-Legierungen

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Gießen von Hochtemperatttr-Legierungen in einer erhitzten Schalenform. Aue der US-Patentschrift 3 260 505 ist ein Verfahren auia Gießen mit säulenartiger Kornorientierung bekannt und aus der US-Patentschrift 3 494 709 ist ein Verfahren zum Gießen von Einkristallen zu entnehmen. Die Gußstücke werden zweckmäßig in einer Schalenform hergestellt, deren unteres, mit einer öffnung versehenes Ende auf einer Kokillenplatte aufsitzt» Die Form wird über die Schmelztemperatur der einzugießenden Legierung erhitzt, bevor gegossen wird und mit Hilfe der Kokillenplatte wird nach dem Gießen ein geeigneter Temperaturgradient in der form erzeugt» Das Vorhandensein der Kokillenplatte während des Erhitzens der Form macht eine längere Anheizdauer notwendig und während dieser Zeit können innerhalb des Ofens oder innerhalb der Formanordnung Verunreinigungen verdampfen, welche von den keraalachen Werkstoffen oder von Bindemitteln herrühren.. Wenn solche verdampften Verunreinigungen in den Poraihohlraum gelangen und an der Kokillenplatte kondensieren, so kann das kondensierte

1
109845/1299

Material bei© Eingießen der Legierung Dehler oder poröae Stellen im SuSetüek erzeugen. Wesentlich© Mengen von Ablagerungen auf der Kokillenplatte können auch heftige Reaktionen der Legierung hervorrufen» wodurch ebenfalls Störimgau und Verunreinigungen im Gußstück hervorgerufen werden können.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst worden, Fehler oder liiivollkommenheiten an dan Gußstücken aufgrund der zuvor erwähnten Uraachen auszuschalten unü das Gußverfahren bezüglich ä@9 Anheizvorganges zu vereinfachen und su beschleunigaa«

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst_f €aß in die For® eine dünne_t nicht flach, liegende_; metallische Abdeckung nahe der Eokillenplatte eingelegt wird und dea -tiigen feil der Eokillenplatt© abdeckt, welcher ttbes· die untere Öffnung dtm sugekehrt ist, s© dül ät® AM©ökeag beim &ieß~ sehsiilst u&ü siefe in <ä©a? eiagegessenen Legierung auflöst.

imt äafeei als Wärmesehild wirksam, der am s Emä.® der Form angeordnet ist und auf der Kokillenplatte aufliegt ©der aich can© derselben befindet, so daß ©r Wärffleverlttsts ran der zu erhitsenden Porm zur kälteren Kokillenplatte verhindern kann und auch die Ansammlung von Fremdkörpers, Si© auf dar Kokillenplatte kondensieren könnten ausschaltet_α BIe besondere Auswahl des metallischen Werkstoffe© füF die Abdeckung bewirkt, daß diese so lange feat bleibt_s bis iie Legierung eingegossen wird, dann jedoch schmilzt unä sich Hit der Legierung vermischt sowie sich darin auflöste Vorzugsweise ist dae für die Abdeckung verwendete Metall auch eine Komponente der betreffenden Legierung»

109845/1299

Die Abdeckung überdeckt is wesentlichen die gesamte Querschnittsfläche dea offenen Endes der Form und liegt nur mit einigen wenigen Punkten auf der Kokillenplatte auf_o

Die Abdeckung ermöglicht eine raschere Erhitzung der Form und verhindert die Ansammlung von Verunreinigungen auf der Kokillenplatte.

Im Folgenden werden AusführungBbeispiele der Erfindung anhand der anliegenden Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Form und eine Kokillenplatte mit eingelegter Abdeckung» wobei die gesamte Anordnung innerhalb einer Heizein« richtung zum Erhitzen der Form angeordnet ist,

FIg, 2 eine perspektivische Ansicht einer AusfUhrungsfors der Abdeckung und

Fig. 3 eine ähnliche Schnittdarstellung wie Fig. 1 zur Erläuterung einer anderen Aueführungsform.

Zunächst sei Fig. 1 näher betrachtet. Die Form 2 ist auf einer Kokillenplatte 4 angeordnet und von einem Aufnehmer 6 umgeben, durch welchen die Form erhitzt werden kann und welcher die Abkühlgeschwindigkeit der Form bestimmt. Der Aufnehmer ist wiederum von einer Induktionsspule 8 umgeben« welche den Aufnehmer erhitzt und welche vorzugsweise die Form einer angezapften Spule hat, so daß der obere Teil der Spule gesondert von dem unteren Spulenteil betrieben werden kann. Der Aufnehmer hat vorzugsweise die Form einer Hülse mit einem entsprechenden Innenraum, welcher die Form aufzunehmen vermag. Es versteht sich, daß die gesamte Anordnung in einen Vakuumofen eingebracht werden kann, ao

109⁵845/l299 BAD OR.GINAL

daß das Gießen unter Vakuum vorgenommen werden kann» wie es für das Vergießen von Legierungen dieser Art und für das Erhitzen der Form auf die Gießtemperatur erforderlich ist·

Die Form besitzt unten einen Wachs tunisabschnitt 10, wobei das untere Ende eich zur Kokillenplatte 4 hin öffnet unö auf dieser Platte aufsitzt. An den Wachsturasabachnitt 10 schließt sich ein verengter Bereich 12 an, in welchem eine Auswahl eines Einkristalles aus dem \7achstuinsabschnitt 10 stattfindet und welcher zu dem Fußabschnitt 14 weiterleitet, der unmittelbar oberhalb des vererben Bereiches 12 liegt» Oberhalb des ψ Fußabschnittes liegt der Blattabschnitt 16, wobei ein Plattfarmabschnitt 18 zwisehengeschaltet ist» Am oberen Ende dee Blattabschnittes 16 ist noch ein Mantelteil 20 angeeetzt und oberhalb diesem befindet sich der Einguß 22, über welchen die Legierung in die Form eingegossen v/ird* Ist die gesamte Form in den Aufnehmer 6 eingebracht, so wird in der dargestellten Weise ein Deckel 24 aufgesetzt.

Auf der Kokillenplatte liegt ein Wärmeschild 26 in die untere Öffnung des Wachstumsabschnittes 10 passend auf» Der Wärmeschild 26 ist au3 einem Blech gefertigt und hat vorzugsweise eine von der flach liegenden Form abweichende Gestalt, so ^ daß nur einige wenige Flächenberelcb.3 des Hitzeschiides in Berührung mit der Kokillenplatte sind, ao daß die Wärmeableitung von dem Schild zur Kokillenplatte stark vermindert wird. Eine von der flach liegenden Form abweichende Gestalt kann durch eine Anzahl von Faltungen 28 in dera Hitzeschild erzeugt werden oder es kann auch eine gewellte Form des Schildes vorgesehen sein» Der Schild überdeckt im wesent~ liehen die Fläche der Kokillenplatte, Vielehe dem Wachstumsabschnitt der Form zugekehrt ist und auf diese Weise wird eine Wärmestrahlung von der Form unmittelbar zur Kokillenplatte verhindert und außerdem wird die Wärmestrahlung in die Form reflektiert.

BADOtRJQJNAL

4
109845/1299

Der Werkstoff für den Hitzeschild ist so ausgewählt, daß er während des Brhitzens der Form auf die gewünschte Temperatur nicht schmilzt, daß er jedoch in der Legierung beim Eingießen aufgelöst wird* sobald die Legierungsechmelze auf den Hitzeschild auftriffto Wird beispielsweise die beschriebene Vorrichtung zum Gießen von Hochtemperatur-Legierungen verwendet, wie sie etwa in Gasturbinentriebwerken eingesetzt werden, so besteht die Abdeckung oder der Hitzeschild vorzugsweise aus einem der in der Legierung enthaltenen

Stoffe. Soll zum Beispiel eine Hochtemperatur-Legierung auf iiickelbasio vergossen v/erden, welche unter der Bezeichnung Mar-M~200 bekannt ist, so kann die Abdeckung oder ier Hitzeschild entweder aus Wolfram oder aus Niob bestehen,da eis Legierung diese beiden Elemente enthält. Es hat sich gezeigt, daß die Abdeckung sich ohne weiteres in der Legierung auflöst, wenn diese eingegossen wird.

Die Abdeckung oder der Hitzeschild dient nicht nur zur Herabsetzung der Strahlung von der Form zur Kokillenplatte während des Ephitzens der Form, sondern auch zum Verhindern der Kondensation gasförmiger Stoffe, welche zu einer Verunreinigung der Legierung führen könnten oder welche die Entstehung von Fremdkörpern verursachen könnten, die in die Legierung während der Erstarrung eingeschlossen würden. Wäre die Abdeckung oäer der Wärmeschild nicht vorhanden, 30 könnten sich auf der Kokillenplatte Stoffe ablagern, welche von verdampften Werkstoffen aus der Form oder dem Aufnehmer oäer irgend einem anderen Teil innerhalb des Ofens herrühren und unerwünschte gasförmige Stoffe im Ofen bilden*

Bei einem Beispiel des Gießverfahrens nach der Erfindung war der Durchmesser des Wachstumsabsehnittee 10 der Form 7,62 era und es wurde mit den gewünschten Ergebnissen eine

109845/1299 BAO ORIGINAL

Abdeckung oder ein Hitzeschild 26 rub Hiob verwendet, das aus einem Blech mit 0,3 nun Stärke gefertigt war. Beim Eingießen der Legierung löste sich die Abdeckung vollständig in dem Legierungen^ terlal auf.

Die Vorrichtung nach Fig« 1 wird sar Irseugung von Einkriatall-GußstÜckea verwendet» Wenn die Legierung eingegossen wird und sich die Abdeckung cisr der Hitzeschild aufgelöst hat» so wachsen innerhalb i@@ Wachstumsabschnlttes 10 von der Kokillenplatt® 4 aus vertikal nach aufwärts säulenartige Körner od©r Kristalle« 2er verengte Bereich 12 oberhalb des Waehstufflsaissehnittes wählt ein© der Kristallzmdeln &m₉ welehe in den- fuSabaefcisitt 14 und von dort in den übrigen Seil ü@b JoriEraumee hisein wächst» Das säulenartige Korawachstuia und das Einkristallwachstum innerhalb des Einkristallen wird durch die &©killenpls,tte und durch die Äafrechterhaltung eines bastinisfsEa ^©apersturgradienten innerhalb dsr Fora wähsead der ®2?©$©raung gesteuert» Die Bildung des Eink^istell© inneriialfe ü@r Form ist genauer in der US-SatentaeliFift 3 494 709 toesohrieben.

Anordsaag nach Fig. 3 dient anr Erzeugung von Gußstücken mit eäulenartigsr oder vertikaler K^rnorlentierung und zu diesem Sweek© ist der Waehstumsabschiiitt 10a ohne eine Yarengimg unmittelbar mit dem FuSabselmitt 14a verbunden, wo* bei ia 3?ig_e 3 die Unterteilung durch die gestrichelte Linie 28 angedeutet ist, welch© das obessBnde des Wachstumsabachaittes andeuten soll. Oberhalb des Plattformabschnittes iSa ist der Formhohlraum im übrigen genau so gestaltet wie bei &©r Ausführungsfora nach Figur 1. Wird eine geeignete Legierung in diese Form eingegossen_? nachdem die Form auf eine über der Schmelztemperatur der Legierung liegende Temperatur erhitsst worden ist, so wachsen senkrecht von der Kokillenplatte weg säulenartige Kristallkurner, welche sich unmittelbar durch die gesamte Form

1299

hindurch fortsetzen. Diese Art der Kornorientierung der Kristalle ist genauer in der OS-Patentschrift 3 260 505 beschrieben.

Während vorstehend die Verwendung des Hitzeschildes oder Abdeckung am Beispiel der Herstellung von Formteilen, beispielsweise von Turbinenschaufeln, beschrieben wurde, ergeben sich entsprechende Vorteile auch beim Gießen von Barren, wobei sich der Hitzeschild oder die Abdeckung besonders vorteilhaft erweist, da hier ein· verhältnismäßig große Fläche der Kokillenplatte freiliegt.

109845/1299

BAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Gießen von Hochtemperatur-Legierungen in einer erhitzten Schalenform, welche eine untere Öffnung besitzt' und auf einer Kokillenplatte angeordnet ist, so daß diese die genannte untere Öffnung abschließt, dadurch gekennzeichnet, daß in die Form eine dünne, nicht flach liegende, metallische Abdeckung nahe der Kokillenplatte eingelegt wird und denjenigen Teil der Kokillenplatte abdeckt, welcher über die untere Öffnung dem Pormhohlraum zugekehrt ist, so daß die Abdeckung beim Gießvorgang schmilzt und sich in der eingegossenen Legierung auflöst,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Abdeckung auf Grund der nicht flach liegenden Gestalt mit dem größten Teil ihrer Fläche außer Berührung mit der Kokillenplatte ist.

3- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Abdeckung aus einem Metall hergestellt ist, welches auf die einzugießende legierung derart abgestimmt ist, daß es beim Singießen der Legierung schmilzt und sich mit dar Legierung vermischt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurchgakennzeichnet, daß die Abdeckung aus einem Metall besteht, welches auch in der Legierung enthalten iet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Form mindestens auf die Schmelztemperatur der einzugießenden Legierung erhitzt wird, bevor die Legierungsschmelze in die Form eingegoegera wird.

109846/1299

- 8 - BAD ORIGINAL

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Erstarrung der eingegossenen Legierung durch Wärmeentzug von der Legierung und der Form über die Kokillenplatte herbeigeführt wird.

_ Q —

1 U y8 4 5 / 1299

ORIGINAL

Leerseite