DE2159815C2 - Verfahren zur Herstellung eines feinkörnigen Gußkörpers aus einer Superlegierung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines feinkörnigen Gußkörpers aus einer SuperlegierungInfo
- Publication number
- DE2159815C2 DE2159815C2 DE2159815A DE2159815A DE2159815C2 DE 2159815 C2 DE2159815 C2 DE 2159815C2 DE 2159815 A DE2159815 A DE 2159815A DE 2159815 A DE2159815 A DE 2159815A DE 2159815 C2 DE2159815 C2 DE 2159815C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- temperature
- superalloy
- zone
- mold
- crucible
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- 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
- B22D27/02—Use of electric or magnetic effects
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines feinkörnigen Gußkörpers at. einer Superlrgie- a
rung, dessen Material bei einer Zugspannung von 56,2 kg/mm2 während 150 Stunden und einer Temperatur
von 7040C eine Kriechdehnung von max. 0,1%
besitzt.
Bei der jüngsten Entwicklung von Strahltriebwerken (Typ J 58) haben sich bei der Anwendung von sehr weit
fortentwickelten Superlegierungen auf Nickelbasis Schwierigkeiten ergeben. Versuche bei laufenden
Triebwerken haben gezeigt, daß die bisher verfügbaren Legierungen den Ansprüchen, wie sie in den neuemwickelten
Strahltriebwerken gestellt werden, nicht genügen. Es waren deshalb Legierungen mit besseren
Festigkeitswerten erforderlich.
Derart verbesserte Legierungen führten jedoch beim Versuchslauf der Triebwerke einerseits zu einem v>
übermäßigen Anwachsen der Profilabmessungen und andererseits zu Rißbildungen in der Wurzelverzahnung.
Kurzzeitstanduntersuchungen im Temperaturbereich von 704 bis 816°C zeigten, daß ein entsprechendes
Kriechen im dritten Stadium fehlte, wobei dieses Fehlen « der Dukiilität bzw. des Vermögens zur bleibenden
Verformung für einen vorzeitigen und nicht vorhersehbaren Bruch an der Schaufelwurzel verantwortlich ist.
Zusätzlich zu den Festigkeits- und Duktilitätsproblemen wird infolge des nicht regulierten Kornaufbaus eine
übermäßig breite Streuung der mechanischen Eigenschaften offenkundig. Diese Streuung ist nicht in
Einklang mit den Anforderungen zu bringen, die hinsichtlich vorhersagbarer Betriebseigenschaften der
Triebwerke gestellt werden.
Es ist deshalb erforderlich, Gußverfahren zu schaffen, mit denen gleichförmige und reproduzierbare mechanische
Eigenschaften bei Gußkörpern neu entwickelter Superlegierungen erzielt werden können, also Verfahren,
mit denen sich reproduzierbare Gußkörper mit
günstigen mechanischen Eigenschaften herstellen lassen. Insbesondere werden deshalb Verfahren entwickelt,
mit denen sich ein regulierter, gleichachsiger Kornaufbau der Gußkörper erreichen läßt,
Das diesbezüglich eingesetzte Verfahren umfaßt deshalb eine derartige Manipulierung der Schmelze, aus
der Schaufelgußkörper hergestellt werden soll, ttaß man
eine statistisch verteilte Keimbildung in dem Schmelztiegel und das daraus resultierende Kornwachsen in der
Schaufelform während der Verfestigung erhält. Bei dem Verfahren wird nach einer ausreichenden Verweilzeit,
um ein völliges Schmelzen zu erreichen, die Wärmezufuhr zu dem Schmelztiegel auf ein Maß verringert, bei
welchem die thermischen Gradienten in der Schmelze auf ein Minimum zurückgeführt sind, während eine
maximale Rührwirkung aufrechterhalten wird. Wenn der Punkt erreicht wird, wo sich der Beginn der
Keimbildung beobachten läßt, wird die Schmelztiegelwärme scharf erhöht, um die Temperatur der Schmelze
auf den Fließpunkt zu bringen. Auch bei diesem Temperaturanstieg bleiben die während des Abkühlteils
des Zyklus gebildeten Kerne bzw. Keime eine angemessene Zeitlang weiter bestehen. Unter Ausnutzung
einer geeigneten Leistungs-Zeit-Beziehung zur Gewährleistung des weiteren Bestehens der Kerne bei
Gießtemperatur und bei willkürlicher Verteilung der Keime, die durch die Rührwirkung durch die Zunahme
der Wärmezufuhr zu dem Tiegel gegeben ist, wird die Schmelze in die Schaufelform bei einem Kornwachstum
gegossen, das von den verteilten Keimen bei der Verfestigung ausgeht und eine gleichachsige Mikrostruktur
erzeugt.
Dieses Verfahren ist gegenüber anderen Verfahren, beispielsweise der Oberflächsnimpfung, vorzuziehen, da
diese zu einer Struktur führt, bei welcher die gleichachsigen Körner nur an der Oberfläche vorhanden
sind.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
eingangs genannten Art zu schaffen, das sich durch die Erzielung einer gleichachsigen Kornstruktur sowie
einer Feinkörnigkeit, d. h. einer vergleichsweise geringen Korngröße, auszeichnet.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Superlegierung in einem Tiegel geschmolzen wird,
daß die Temperatur des Tiegels unter gleichzeitigem Rühren der geschmolzenen Superlegierung langsam auf
einen Wert reduziert wird, der unter der Keimbildungstemperatur der Superlegierung liegt, so daß man ein im
wesentlichen homogenes flüssig-festes Zweiphasengemisch erhält, daß eine Gußform mit einer oberen und
unteren Zone eingesetzt wird, wobei die obere Zone unabhängig von der unteren Zone temperalurregulierbar
ist, daß die untere Zone auf eine Temperatur unter der Solidustemperatur der Superlegierung vorerhitzt
wird, daß das Gemisch in die vorerhitzte Gußform gegossen wird, wobei überschüssiges Gemisch in die
obere Zone der Gußform gelangt und ausreicht, den Volumenverlust infolge der Schrumpfung beim Verfestigen
zu decken, und daß eine Zone von homogenem Zweiphasengemisch vor der Verfestigungsfront
aufrechterhalten wird, bis der Gußkörper der gewünschten Größe erreicht ist.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform einer Gußblockform zur Herstellung von Gußkörpern
der beschriebenen Art mit ultrafeinem Korn
gezeigt.
Legierungen, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird, sind insbesondere Superlegierungen
mit hoher Zeitstandfestigkeit, wie sie beispielsweise in der US-PS 30 61426 aufgeführt sind. Die
Zusammensetzung in Gewichtsprozent lautet: 10% Cr, 15% Co, 4,5% Ti, 5,5% Al, 3% Mo, 0,17% C, ]%V,
0,015% B, 0,06% Zr. Andere Legierungen vom gleichen
allgemeinen Tvn sind beispielsweise die Legierung A.
bestehend aus 9% Cr, 10% Co, 2% Ti, 5% Al, 7,8% Mo, to
12,5% W, 0,15% C, 1% Cb, 0,015% B, bestehend aus 15% G-. 15% Co, 3,4% Ti, 4,3% Al, 4,4% Mo, 0,07% C
und 0,02% B.
Erfindungsgemäß sollen fehlerfreie, homogene ultrafine Gußkörper aus den Superlegierungen hergestellt
werden. Dies macht es erforderlich, daß beim Gießen nicht nur viele Stellen für das Kornwachstum, also
Keime, bereitstehen, die gleichmäßig in der Schmelze in der Gießform verteilt sind, sondern daß auch Faktoren
berücksichtigt sind, wie beispielsweise die thermische Schrumpfung, die sonst zur Erzeugung von Hohlräumen
bzw. Poren oder Lunkern führen kann.
Die für die Herstellung der gewünschten Gußkörper in den Zeichnungen gezeigte zweckmäßige Vorrichtung
hat eine untere Form 2, die mit einem Gießaufsatz bzw. einem Heizkopf 4 ein Stück bildet und auf einem
Kupfergießlager 6 angeordnet ist. Die untere Form hat einen Durchmesser von 40,64 cm und eine Höhe von
61 cm. Diese Abmessungen entsprechen der gewünschten Gußblockgröße. Der Durchmesser des Heizkopfes jo
beträgt 2032 cm, seine Höhe 30,48 cm. Das Kupfergießlager, auf dem die Formanordnung sitzt, hat einen
Durchmesser von 61 cm und eine Höhe von 45,72 cm, wobei die Basis 15,24 cm stark ist. Dabei ist eine nicht
gezeigte Temperaturregulierung des Gießlagers aus Kupfer vorgesehen.
Die untere Form 2 hat einen Mantel 8 aus nicht magnetischem, rostfreiem Stahl, der eine geeignete
keramische Form IO der gewünschten Abmessung enthält, die im vorliegenden Fall im wesentlichen -to
zylindrisch ist. Die untere Form ist auf der Außenseite des Mantels aus rostfreiem Stahl von einer Rührspule
bzw. -wicklung 12 umgeben, die für die Aufrechterhaltung einer homogenen Verteilung der Keime verwendet
wird, von denen ausgehend das Kornwachstum erfolgt. ·»■>
Die obere Form 4 ist ähnlich gebaii» und umfaßt einen
Mantel 14 aus rostfreiem Stahl mit einer geeigneten keramischen Isolierung 16 im Inneren. Der Mantel aus
rostfreiem Stahl ist zusätzlich auf der Außenseite von einem Graphitsuszeptor 18 umgeben, um dessen
Außenseite eine Spule bzw. Wicklung 20 zum Rühren und Erhitzen angeordnet ist
Bei dem Gießverfahren wird die zu vergießende Legierung in einem Tiegel geschmolzen, wobei zur
Gewährleistung des Schmelzens genügend lang eine bestimmte Temperatur aufrechterhalten wird. Die
Temperatur des Tiegels wird langsam abgesenkt, um ein Zweiphasengemisch flüssig-fest zu schaffen, wobei für
eine ausreichende Rührwirkung zur Verringerung der Temperaturgradienten in der Schmelze auf ein Minimum
und eine homogene Verteilung der feinen Feststoffteilchen oder Keime in der Schmelze gesorgt
wird.
Das Zweiphasengemisch bzw. die bereits mit Feststoffen versehene Schmelze wird dann von dem
Tiegel in die Form, wie sie beispielsweise in der Zeichnung gezeigt ist, gegossen, die auf eine Temperatur
vorerhitzt ist, die unter der Soli^istemperatur der
Legierung, jedoch vorzugsweise in deren Nahe liegi. Im
Falle von Superlegierungen auf Nickelbasis, denen das
Hauptinteresse gilt, reicht eine Vorcrhii/.ungsteniperaturvon
10380C.
Beim Verfestigen der Legierung tritt ein Schrumpfen auf, das zur Erzeugung von Innenhohlräuinen im
Gußkörper führen würde. Das Zweiphasengemisch wird deshalb fortlaufend gerührt und in einem Zustand
ausreichender Fließfähigkeit gehalten, um das .Schrumpfen auszugleichen, wenn die völlige diametrale Verfestigung
nach oben in der Form fortschreitet. D.ibei kompensiert das Zweiphasengemisch in dem obi-ren
Teil der unteren Form die Schrumpfung, die darunter eintritt.
Das Erhitzen und Rühren erfolgt in dem Hei/ki-.pf.
wodurch tatsächlich nicht nur ein Abschlußspeicher für die untere Form geschaffen ist, sondern auch die
Einstellung bzw. Regulierung der Viskosität des Materials sowohl in dem Heizkopf als auch darunter
gewährleistet ist. Die Regulierung der Wärme in dem He'zkopf wird weiterhin deshalb vorgenommen, um /u
gewährleisten, daß die Verfestigung über dem Gußblock von dem gut gerührten Zweiphasengemisch ausgeht,
wenn die Verfestigung nach oben hin erfolgt.
Erfindungsgemäß erhält man so "ine ulfafeine
gleichachsige Kornstruktur, die sich durch das im wesentlichen Maße ergebende Fehlen von Steigerungen
und Hohlräumen bzw. Poren auszeichnet.
Claims (1)
- Patentanspruch;Verfahren zur Herstellung eines feinkörnigen GuUkörpers aus einer Superlegierung, dessen Material bei einer Zugspannung von 56,2 kg/mm2 während 150 Stunden und einer Temperatur von 704°C eine Kriechdehnung von max. 0,1% besitzt, dadurch gekennzeichnet, daiB die Superlegierung in einem Tiegel geschmolzen wird, daß die Temperatur des Tiegels unter gleichzeitigem Rühren der geschmolzenen Superlegierung langsam auf einen Wert reduziert wird, der unter der Keimbildungstemperatur der Superlegierung liegt, so daß man ein im wesentlichen homogenes flüssig-festes Zweiphasengemisch erhält, daß eine Gußform mit einer oberen und unteren Zone eingesetzt wird, wobei die obere Zone unabhängig von der unteren Zone temperaturregulierbar ist, daß die untere Zone auf eine Temperatur unter der Solidustemperatur der Superiegiemng vorerhitzt wird, daß das Gemisch in die vorerhitzte Gußform gegossen wird, wobei überschüssiges Gemisch in die obere Zone der Gußform gelangt und ausreicht, den Volumenverlust infolge der Schrumpfung beim Verfestigen zu decken, und daß eine Zone von homogenem Zweiphasengemisch vor der Verfestigungsfront aufrechterhalten wird, bis der Gußkörper der gewünschten Größe erreicht ist.30
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US10790871A | 1971-01-20 | 1971-01-20 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2159815A1 DE2159815A1 (de) | 1972-08-03 |
DE2159815C2 true DE2159815C2 (de) | 1981-11-26 |
Family
ID=22319106
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2159815A Expired DE2159815C2 (de) | 1971-01-20 | 1971-12-02 | Verfahren zur Herstellung eines feinkörnigen Gußkörpers aus einer Superlegierung |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3669180A (de) |
CA (1) | CA950637A (de) |
CH (1) | CH548453A (de) |
DE (1) | DE2159815C2 (de) |
FR (1) | FR2122400B1 (de) |
GB (1) | GB1309340A (de) |
IL (1) | IL38350A (de) |
IT (1) | IT946521B (de) |
SE (1) | SE384332B (de) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1469746A (en) * | 1973-06-22 | 1977-04-06 | Selly Oak Diecasting Ltd | Manufacture of cast ferrous metal dies |
US3902544A (en) * | 1974-07-10 | 1975-09-02 | Massachusetts Inst Technology | Continuous process for forming an alloy containing non-dendritic primary solids |
DE2842605C2 (de) * | 1978-09-29 | 1983-12-08 | Georg Dr. 8521 Langensendelbach Müller | Verfahren zum Herstellen von Kristallen hoher Kristallgüte |
US4540038A (en) * | 1984-06-05 | 1985-09-10 | Westinghouse Electric Corp. | Method for production of combustion turbine blade having a hybrid structure |
US4637448A (en) * | 1984-08-27 | 1987-01-20 | Westinghouse Electric Corp. | Method for production of combustion turbine blade having a single crystal portion |
US4832112A (en) * | 1985-10-03 | 1989-05-23 | Howmet Corporation | Method of forming a fine-grained equiaxed casting |
US4709461A (en) * | 1986-02-10 | 1987-12-01 | Howmet Turbine Components Corporation | Method of forming dense ingots having a fine equiaxed grain structure |
US4964453A (en) * | 1989-09-07 | 1990-10-23 | The United States As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Directional solidification of superalloys |
US20090000758A1 (en) | 2007-04-06 | 2009-01-01 | Ashley Stone | Device for Casting |
CN114273645B (zh) * | 2021-12-27 | 2024-03-29 | 山东康普锡威新材料科技有限公司 | 一种利用高频振动制备超细晶材料的方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA842690A (en) * | 1970-05-26 | Petrovich Vladimir | Grain refining process | |
US3508914A (en) * | 1965-10-07 | 1970-04-28 | Us Navy | Methods of forming and purifying nickel-titanium containing alloys |
US3552479A (en) * | 1967-11-22 | 1971-01-05 | Martin Metals Co | Casting process involving cooling of a shell mold prior to casting metal therein |
-
1971
- 1971-01-20 US US107908A patent/US3669180A/en not_active Expired - Lifetime
- 1971-10-29 CA CA126,519,A patent/CA950637A/en not_active Expired
- 1971-11-23 FR FR7142763A patent/FR2122400B1/fr not_active Expired
- 1971-11-25 GB GB5497971A patent/GB1309340A/en not_active Expired
- 1971-12-02 DE DE2159815A patent/DE2159815C2/de not_active Expired
- 1971-12-13 CH CH1819571A patent/CH548453A/de not_active IP Right Cessation
- 1971-12-14 IL IL38350A patent/IL38350A/xx unknown
- 1971-12-27 SE SE7116626A patent/SE384332B/xx unknown
-
1972
- 1972-01-13 IT IT19303/72A patent/IT946521B/it active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US3669180A (en) | 1972-06-13 |
IL38350A (en) | 1975-12-31 |
CH548453A (de) | 1974-04-30 |
IL38350A0 (en) | 1972-03-28 |
IT946521B (it) | 1973-05-21 |
FR2122400A1 (de) | 1972-09-01 |
CA950637A (en) | 1974-07-09 |
GB1309340A (en) | 1973-03-07 |
FR2122400B1 (de) | 1975-08-29 |
SE384332B (sv) | 1976-05-03 |
DE2159815A1 (de) | 1972-08-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AT393842B (de) | Verfahren zum schmieden von superlegierungen auf nickelbasis sowie ein gegenstand aus einer superlegierung auf nickelbasis mit verbesserter schmiedbarkeit | |
DE60002474T2 (de) | Verfahren zum giessen von halbfesten metall-legierungen | |
DE60210098T3 (de) | Verfahren zum niederdruckgiessen von metallschaum | |
DE60214999T2 (de) | GIEßEN VON LEGIERUNGEN MIT ISOTROPEN GRAPHITFORMEN | |
DE69705917T2 (de) | Verfahren zum Formen halbfester Metalle | |
DE69305792T2 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Flüssig-Fest-Mischung aus einer Magnesium-Legierung | |
DE2242111B2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Gußstücken mit gerichtet erstarrtem Gefüge | |
EP0025481B1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Gussstücken durch Präzisionsgiessen | |
DE69316245T2 (de) | Oxidationsbeständige Gussteile aus Superlegierungen | |
DE102012112982A1 (de) | Verfahren zum Herstellen von Gegenständen mit einer feinen gleichachsigen Kornstruktur | |
DE2159815C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines feinkörnigen Gußkörpers aus einer Superlegierung | |
DE2514355B2 (de) | Verfahren zur Verbesserung der VergieBbarkeit von Metallegierungen | |
DE69318467T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Gegendruckgiessen | |
DE3807541C1 (de) | ||
DE69812522T2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Erzeugnis aus Leichtmetallwerkstoffen durch Formgebung im halbfesten Zustand | |
DE69032504T2 (de) | Kontrolliertes vergiessen übereutektischer aluminium-silizium-legierungen | |
DE3874986T2 (de) | Verfahren zur herstellung von gussstuecken aus aktivem metall oder einer legierung daraus, bestehend aus einem gerichteten erstarrungsgefuege. | |
DE69226397T2 (de) | Druckgussverfahren zur Herstellung von Teilen mit hoher mechanischer Leistungsfähigkeit aus thixotropem Metall | |
DE2229453A1 (de) | Verfahren zum Herstellen einer metal hschen Flussig Fest Mischung fur Gießver fahren | |
DE2848005A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum filtrieren von geschmolzenem metall | |
EP0998361B1 (de) | Turbinenschaufel sowie anwendung eines bekannten verfahrens zu deren herstellung | |
DE3421488A1 (de) | Verfahren zum herstellen von legierungspulver und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens | |
DE2255644B2 (de) | Verfahren und Kokille zum Gießen von Kolbenrohlingen | |
DE10210001A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur maßgenauen Feingussherstellung von Bauteilen aus NE-Metalllegierungen sowie NE-Metalllegierungen zur Durchführung des Verfahrens | |
DE3247535A1 (de) | Verschleissfestes verbundmaterial auf aluminiumbasis, zum giessen und verfahren zu seiner herstellung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OD | Request for examination | ||
D2 | Grant after examination | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |