DE2619665A1

DE2619665A1 - Eutektische gusserzeugnisse mit gesteuerter mikrostruktur

Info

Publication number: DE2619665A1
Application number: DE19762619665
Authority: DE
Inventors: Patrick Michael Curran; John Stephen Erickson; Earl Ryan Thompson
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1975-05-14
Filing date: 1976-05-04
Publication date: 1976-12-02
Also published as: FR2310824B1; CA1068454A; JPS51138519A; FR2310824A1; CH621955A5; GB1547817A

Description

UNITED TECHNOLOGIES CORP.
Hartford, CT O6lOl, V.St.A.

Eutektische Gußerzeugnisse mit gesteuerter Mikrostruktur

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet gerichteter Erstarrung und gerichtet erstarrter eutektischer Gußerzeugnisse sowie auf ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Erfindungsgemäß hergestellte Erzeugnisse sind besonders geeignet zur Verwendung auf Anwendungsgebieten unter hoher Temperatur und hohen Beanspruchungen, wie z.B. als Schaufeln und Blätter in Gasturbinentriebwerken.

Auf metallurgischem Gebiet fand längst die Tatsache Anerkennung, daß Unterschiede in der Mikrostruktur einer gegebenen Legierung zu großen Unterschieden in den mechanischen Eigenschaften führen können. Ein Beispiel für die

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Bedeutung der Mikrostruktur zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften findet sich auf dem Gebiet der gerichtet erstarrten eutektischen Legierungen. Die US-PS 3 124 452 offenbart die Herstellung eutektischer Metall-Legierungen mit einer Makrostruktur, die aus parallelen Platten, Fasern oder Stäben einer zweiten Phase besteht. Gerichtet erstarrte eutektische Erzeugnisse besitzen extrem hohe Zugfestigkeiten in zur mikrostrukturellen Ausrichtung parallelen Richtungen, solche gerichtet erstarrte Legierungen haben jedoch anisotrope Eigenschaften, und die Zugfestigkeiten solcher Legierungen fallen rasch ab, wenn die Zugkräfte in Richtungen einwirken, die nicht mit der Orientierung der Mikrostruktur zusammenfallen. Gerichtet erstarrte Eutektika haben geringe Dehnungswerte, und dieser Mangel an Duktilität kann ein ernstes Hindernis für die erfolgreiche Anwendung solcher Materialien sein. Die US-PS 790 303 gibt eine Methode an, nach der gerichtet erstarrte eutektische Erzeugnisse mit einer Kombination verschiedener Eigenschaften in verschiedenen Teilen des Erzeugnisses hergestellt werden können. Diese Patentschrift offenbart ein Erzeugnis, in welchem ein Teil gerichtet erstarrt ist, was zu einer ausgerichteten eutektischen Struktur mit einem hohen Maß an Ausrichtung führt, und bei dem ein zweiter Teil ein ungerichtet erstarrter Teil mit zufälliger MikroStrukturorientierung ist. Das beschriebene spezielle Erzeugnis ist eine Gasturbinenschaufel, bei der der Fußteil, der am Turbinenläufer angebracht sein muß, eine nichtorientierte Mikrostruktur hat, und diese nichtorientierte Mikrostruktur soll eine verhältnismäßig hohe Duktilität "haben, so daß die Schaufel am Läufer in befriedigender Weise angebracht werden kann. Der ungerichtet erstarrte Fußteil des Erzeugnisses hat eine Mikrostruktur, die gewöhnlich als dendritisch bezeichnet wird. Der Flügelprofilteil des Erzeugnisses hat eine ausgerichtete Mikrostruktur mit einem

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hohen Maß an Ausrichtung und einer sich daraus ergebenden hohen Festigkeit. Daher ist der Flügelprofilteil in der Lage, verhältnismäßig hohen Beanspruchungen zu widerstehen, die bei Zentrifugalkräften und Gasdrücken auftreten.

Weitere US-PSen auf dem Gebiet der gerichtet erstarrten Eutektika sind die US-PSen 3 434 827, 3 528 8O8, 3 554 817, 3 564 94O, 3 671 223 und 3 793 010.

Zur Erfindung gehört ein eutektisches Erzeugnis, das vollständig gerichtet erstarrt ist, das aber Teile mit unterschiedlichen Mikrostrukturen und verschiedenen mechanischen Eigenschaften aufweist. Ein Teil des Erzeugnisses ist unter Bedingungen gerichtet erstarrt, welche zu einem hohen Ausmaß an mikrostruktureller Ausrichtung führen, wobei der durchschnittliche Anteil an Fehlausrichtung weniger als 5 ° und bevorzugt weniger als 3 ist. Dieser Teil des Erzeugnisses zeichnet sich durch hohe Zugfestigkeiten bei erhöhten Temperaturen und verhältnismäßig geringe Duktilitäten aus. Ein anderer Teil des Erzeugnisses ist unter Bedingungen gerichtet erstarrt, die zu einer zellartigen Mikrostruktur führen, in der die einzelnen lamellenartigen Plättchen oder Fasern weniger gut ausgerichtet sind, wobei die durchschnittliche Fehlausrichtung der einzelnen Plättchen oder Fasern von der allgemeinen Erstarrungsachse zwischen etwa 6 und 15 liegt. Die zellartige MikroStruktur zeichnet sich durch deutlich größere Duktilitäten bei gleichzeitig höheren mechanischen Eigenschaften aus als eine dendritische oder ungerichtet erstarrte gleichachsige Struktur.

Das Erzeugnis wird durch gerichtete Erstarrung hergestellt, und die Erstarrungsbedingungen werden während des Prozesses so geändert, daß die verschiedenen Arten der Mikrostruktur entstehen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für die Her-

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stellung von Gasturbinenschaufeln besonders geeignet, hoi denen der Fußteil,· der im Betrieb tieferen Temperaturen unterliegt und höhere Duktilität erfordert, zellartig ist, während der Flügelprofilteil, der bei hohen Temperaturen arbeitet und weniger Duktilität erfordert, eine vollständig orientierte lamellenartige oder fasrige Struktur darstellt.

Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden näheren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, wie sie in den Figuren dargestellt ist; dabei zeigt

Fig. 1 die Lebensdauer bis zum Bruch einer mit verschiedenen Geschwindigkeiten gerichtet erstarrten eutcktischen Legierung, untersucht bei 76Ο C/773't kp/cm" (1^00 °F/11O ksi)₅

Fig. 2 die Lebensdauer bis zum Bruch der Legierung/Bedingungen wie bei Fig. 1, untersucht bei 982 C/ 2812 kp/cm² (18ΟΟ °F/40 ksi);

Fig. 3 die Lebensdauer bis zum Bruch der Legierung/Bedingungen wie in Fig. 1, untersucht bei 1095 °C/ 1ΊΟ6 kp/cm² (2000 °F/20 ksi);

Fig. h: die Beanspruchung, die erforderlich ist, um in 100 h bei einer eutektischen Legierung, die so gerichtet erstarrt ist, daß zwei verschiedene Mikrostrukturen entstehen, zum Bruch zu führen;

Fig. 5a und 5b Mikrostrukturen in Längs- und Querrichtung im Fuß- und Flügelprofilteil einer erfindungsgemäß hergestellten eutektischen Gasturbinenschaufel;

Fig. 6 Mikrostrukturen in Längsrichtung im Fuß- und Flüge]-profilteil einer erfindungsgemäß hergestellten eutektischen Gasturbinenschaufel und

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Fig. 7 eine repräsentative Mikrostruktur einer ungerichtet erstarrten, gleichachsigen eutektischen δ-Phasen-verstärkten Legierung.

Die Erfindung betrifft das Gebiet gerichtet erstarrter Eutektika. Im Sinne der vorliegenden Beschreibung soll dor Begriff Eutektikum solche mit einem, zwei und mehreren Freiheitsgraden umfassen sowie solche, die sowohl Elnnir-nte als auch Verbindungen enthalten. Die Erfindung ist auf alle Arten von Eutektika in breitem Rahmen anwendbar, daher sind Ausdrücke wie lamellar, stabförmig, plattenförmig und faserartig in dieser Beschreibung im allgemeinen im Austausch füreinander verwendbar. In der sich anschließenden Beschreibung sind alle Zusammensetzungen in Gewichtsprozent angegeben, sofern nicht anders bezeichnet.

Die Perfektion der Orientierung eines gerichtet erstarrten Eutektikums kann wie folgt definiert werden:

Man betrachte Projektionen der Achsen senkrecht zu den Bereichen der zweiten Phase in einem kleinen Volumen des erstarrten Eutektikums. Ist das Eutektikum vollkommen ausgerichtet, fallen diese Senkrechten entlang dem Äquator der das Volumenelement umgebenden Sphäre, wenn man die Wachstumsachse des Eutektikums als die gleiche ansieht wie die Nord-Süd-Achse der Sphäre. Betrachtet man im anderen Extrem eine vollständig nicht-orientierte eutektische Struktur, so würden hier die projizierten Senkrechten auf alle Bereiche der zweiten Phase in einem kleinen Volumen erstarrten Eutektikums die umgebende Sphäre mit einer völlig zufälligen und gleichförmigen Verteilung kreuzen.

Praktisch wird eine vollkommen orientierte Struktur als eine solche angesehen, bei der die projizierten Senkrechten von den lamellenähnlxchen Plättchen die umgebende Sphä·

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re innerhalb etwa 5 > und bevorzugt noch weniger, vom Äquator kreuzen würden; d.h. also bevorzugt innerhalb von etwa 3 ° vom Äquator. Eine zellartige Struktur wird als solche angesehen, bei der die projezierten Senkrechten von den lamellenähnlichen Plättchen in dem kleinen Volumen erstarrten Eutektikums innerhalb von 6 bis 15 zum Äquator der umgebenden Sphäre liegen; d.h. beispielsweise etwa 10 vom Äquator. In einer vollständig nichtorientierten eutektischen Struktur würden die projizierten Senkrechten der Ebenen der zweiten Phase in einem Volumen erstarrten eutektischen Materials eine umgebende Sphäre in einem Durchschnittswinkel von k5 vom Äquator schneiden.

In bisher untersuchten Systemen wurde ermittelt, daß vollständig orientierte Mikrostrukturen optimale Streck-, Zug- und Dehnbruchfestigkeiten bei erhöhten Temperaturen besitzen, während zellartige Mikrostrukturen geringere Festigkeiten, aber viel größere Duktilitäten bei mittleren und höheren Temperaturen aufweisen. Dendritische Strukturen scheinen geringere Festigkeiten als zellartige Strukturen zu haben, und sie haben gewöhnlich geringere Duktilitäten als die vollkommen orientierten oder zellartigen Strukturen.

Gerichtet erstarrte eutektische Strukturen werden im allgemeinen durch Erstarren geschmolzenen Materials einer eutektischen Zusammensetzung unter solchen Bedingungen gebildet, daß die Grenzfläche, die festes, erstarrtes Material von flüssigem Material trennt, im wesentlichen gleichförmig und eben ist und sich entlang einer Achse von einem Teil des Erzeugnisses zu einem anderen Teil des Erzeugnisses bewegt, übersteigt die Erstarrungsgeschwindig-

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keit eine bestimmte kritische Geschwindigkeit, verliert diese Zwischen- oder Grenzfläche ihre mikroskopische Ebenheit und nimmt Kuppenform an. Diese Grenzflächenform führt zur Bildung einer zellartigen Kolonie-Mikrostruktur. Bei noch größeren Geschwindigkeiten kann eine dendritische Wachstumsform auftreten. Ob bestimmte Erstarrung sbedingungen eine vollkommen orientierte oder zellartige Mikrostruktur hervorrufen, hängt vom Verhältnis G zu R ab, wobei G der Wärmegradient in der Flüssigkeit an der Grenzfläche und R die Wandergeschwindigkeit der Grenzfläche ist. Die vorstehenden Ausführungen gelten für die gerichtete Erstarrung, wenn ungerichtete Erstarrung auftritt und sich eine gleichachsige oder gleichgerichtete Struktur ergibt. Das bestimmte Verhältnis von G zu R, bei dem die Mikrostruktur sich vom vollständig orientierten Zustand zum zellartigen Zustand ändert, ist für ein bestimmtes Legierungssystem im wesentlichen konstant. Das kritische Verhältnis von G zu R kann durch einfache Versuchstechniken bestimmt werden. Nicht-gerichtete Erstarrung führt zu einer zufällig orientierten zellartigen oder dendritischen Struktur.

Eine Turbinenschaufel wird erfindungsgemäß wie folgt hergestellt: Eine keramische Präzisionsgußform wird in der gewünschten Schaufelkonfiguration hergestellt. Hierzu kann die Wachsausschmelz- oder Feingießtechnik angewandt werden. Nachfolgend sei angenommen, daß der Bodenteil der Form, der die Schreckplatte berührt, dem Fußteil der Schaufel entspricht, und der obere Teil der Form mit der Öffnung, durch welche das geschmolzene Metall eingebracht wird, dem Flügelprofilteil des Erzeugnisses entspricht. Natürlich könnte die Gußform auch in einer umgekehrten Form hergestellt werden. Ferner sei angenommen, daß die Erstarrung zuerst im Bodenteil der Form erfolgt und sich gegen

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den oberen Teil der Gußform bewegt. Natürlich könnte der Erstarrungsvorgang auch umgekehrt werden, wenn dafür gesorgt würde, daß das geschmolzene Metall dem Bodenteil der Gußform zugeführt würde. Bevorzugt wird die Gußform auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt der fraglichen Legierung vorerhitzt und dann mit dem geschmolzenen Metall gefüllt und bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt der eutektischen Legierung gehalten. Um gerichtete Erstarrung zu induzieren, wird din Gußform von einer Temperatur über dem Schmelzpunkt dor Legierung auf eine Temperatur unter dem Schmelzpunkt der Legierung mit einer bestimmten Geschwindigkeit durch einen Temperaturgradienten gebracht. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist die Geschwindigkeit, mit der din Gußform bewegt wird, so gewählt, daß das Verhältnis dr.s Wärmegradienten G zur Geschwindigkeit R eine zellartige Mikrostruktur in dem Fuß- oder Bodenteil des Gußstücks liefert. Die Geschwindigkeit, mit der die Gußform durch den Bereich des Wärmegradienten bewegt wird, liegt eng bei der Geschwindigkeit, bei welcher das Gußstück erstarrt, dem Fachmann jedoch wird klar sein, daß, wenn sich die Querschnittsfläche des Gußerzeugnisses sehr stark ändert, sich die Bewegungsgeschwindigkeit der Erstarrungsgrenzfläche in einer Weise ändern wird, die zur Bewegung der Gußform nicht proportional ist. Nähert sich die Erstarrungsgrenzfläche der Verbindung zwischen dem Fußteil und dem Schaufelteil des Erzeugnisses, wird die Bewegungsgeschwindigkeit der Gußform auf eine Geschwindigkeit gesenkt, die zu einer vollständig orientierten Mikrostruktur im Flügelprofilteil des Erzeugnisses führt. Dabei sollte sichergestellt werden, daß dieser Übergang zwischen zellartiger und vollständig orientierter Mikrostruktur eher im Ansatzteil der Schaufel eintritt, der geringerer Beanspruchung unterliegt, als im Flügelprofilteil des Er-

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zeugnxsses.

Wie oben erwähnt, ist der Parameter, der die Mikrostruktur kontrolliert oder steuert, das Verhältnis von G (Wärmegradient) zur R (Erstarrungsgeschwindigkeit). Das erfindungsgemäße Erzeugnis hat eine zellartige Mikrostruktur in einem Teil und eine voll ausgerichtete Mikrostruktur in wenigstens einem anderen Abschnitt. Eine Möglichkeit zur Erzielung dieses Ergebnisses liegt in der Änderung der Erstarrungsgeschwindigkeit R, um so das Verhältnis von G zu R zu ändern.

Ein ähnliches Ergebnis kann auf andere, weniger erkennbare Weise erzielt werden. Wenn auch der Wärmegradient G an der Erstarrungsgrenzfläche weitgehend durch den von aussen einwirkenden Wärmegradienten gesteuert wird, können andere Faktoren einen gewissen Einfluß haben. Der Hauptfaktor dieser anderer Faktoren ist die Form des Querschnitts des gerade erstarrenden Teils. Unter einem konstanten von aussen einwirkenden Wärmegradienten ergibt sich ein größerer innerer Wärmegradient in einem Teil mit einem geringen Querschnitt und einem großen Oberfläche/ Volumen-Verhältnis als bei großem Querschnitt mit einem kleinen Oberfläche/Volumen-Verhältnis. Diese Tatsache kann zur Herstellung von Teilen mit veränderlichen Mikrostrukturen bei konstanter Erstarrungsgeschwindigkeit R verwertet werden, wenn eine vollständig orientierte Mikrostruktur in einem dünnen Abschnitt mit einem hohen Oberfläche/ Volumen-Verhältnis und eine zellartige Makrostruktur in einem dicken Abschnitt mit einem niedrigen Oberfläche/Volumen-Verhältnis erwünscht ist. Zur Erzielung dieses gewünschten Ergebnisses muß die Erstarrungsgeschwindigkeit R sorgfältig gewählt werden, so daß, wenn G groß ist (dünner Abschnitt), sich eine vollkommen orientierte Mikrostruktur ergibt, und wenn G klein ist (dicker Abschnitt),

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sich eine zellartige Makrostruktur ergibt.

Bei dieser Lösung ist R kritisch, und das Verfahren ist schwerer zu steuern, wie wenn R variiert wird. Diese Lösung ist auch auf den Fall beschränkt, wo eine zellartige Struktur in einem dicken Abschnitt erwünscht ist. Wird R variiert, kann eine voll orientierte Struktur in einem dicken Abschnitt und eine zellartige Struktur in einem dünnen Abschnitt erhalten werden. Daher ist das Verfahren, bei dem R variiert wird, bevorzugt.

Zu betonen ist, daß das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zum Stand der Technik, der unkontrollierte dendritische Erstarrung in einem Teil des Erzeugnisses und nachfolgende gerichtete Erstarrung in einem Teil des Erzeugnisses vorschlägt, totale gerichtete Erstarrung durch das ganze Erzeugnis umfaßt. Es wurde gefunden, daß zellartige gerichtete Erstarrung mechanische Eigenschaften liefert, die denen, wie sie bei unkontrollierter dendritischer Erstarrung erhalten werden, überlegen sind.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert, welche, wenngleich der Veranschaulichung dienend, den Erfindungsgegenstand nicht beschränken.

Beispiel I

In diesem Beispiel wurde eine eutektische Nickel-Basis-Legierung mit einem Gehalt von 20 % Niob, 6 % Chrom und 2 1/2 % Aluminium eingesetzt. Die Struktur in dieser Legierung in erstarrtem Zustand ist eine feste γ-Nickel-Matrix-Lösung, die eine Abscheidung von γ -Grundmaterial enthält, gebildet im festen Zustand und verstärkt mit einer zweiten Phase von δ -(Ni Nb). Keramische Hohlformen wurden hergestellt, vorer-

hitzt und dann mit dem geschmolzenen Eutektikum gefüllt, das durch Herausziehen der Formen aus einem Ofen mit einer Heißzonentemperatur von etwa 165O C gerichtet zum Erstarren gebracht wurde. Die Formen wurden durch einen Strahlungsschirm hindurch weggezogen, so daß ein verhältnismäßig großer Temperaturgradient hervorgerufen werden konnte. Drei Abzugsgeschwindigkeiten wurden angewandt; 3 cm/h, 7,5 cm/h und 50 cm/h. Die erste Geschwindigkeit mit 3 cm/h führte zu einer vollständig orientierten fasrigen Mikrostruktur, während Abzugsgeschwindigkeiten von 7,5 cm/h und 50 cm/h beide zu zellartigen Mikrostrukturen führten. Die Abzugsgeschwindigkeit von 50 cm/h lieferte eine viel feinere zellartige Mikrostruktur als die Abzugsgeschwindigkeit von 7,5 cm/h. Proben dieser Materialien wurden untersucht, um Dehnbrucheigenschaften bei 76O C unter einer Belastung von 773*1 kp/cm , bei 982 ⁰C unter einer Belastung von 2812 kp/cm" und bei 1095 C bei einer Belastung von l406 kp/cm zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in den Figuren 1, 2 und 3 wiedergegeben. Eine Betrachtung dieser Figuren zeigt, daß die vollständig orientierte faserartige Mikrostruktur beträchtlich geringere Duktilität aufwies als die zellartige Mikrostruktur unter den drei Untersuchungsbedingungen. Der Unterschied ist bei 76O C am besten zu bemerken, wo die vollständig orientierte Mikrostruktur etwa 1 % Duktilität aufwies, während die zellartige Mikrostruktur, hergestellt bei einer Abzugsgeschwindigkeit von 50 cm/h, eine Duktilität von über 8 % hatte. Zu bemerken ist, daß der Maßstab für die Lebensdauer bis zum Bruch in den Figuren von einer Figur zur anderen variiert. So betrug die Lebensdauer bis zum Bruch der feinen zellartigen Struktur bei 76O °C etwa 200 h gegenüber einer Lebensdauer bis zum Bruch der zellartigen Struktur bei höheren Temperaturen im Bereich von 60 bis 90 h. Beim praktischen Betrieb arbeitet der Fußteil der Schaufel bei

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beträchtlich niedrigeren Temperaturen als der Schaufelteil und unterliegt Scher- und Biegebeanspruchungen, die ein bestimmtes Maß an Duktilität erfordern. So ist zu ersehen, daß, wenn eine Schaufel aus der Legierung nach dem Verfahren des vorliegenden Beispiels hergestellt würde, diese eine äußerst erwünschte Kombination mechanischer Eigenschaften insofern besäße, als sie erheblich höhere Duktilitäten im Fußteil hätte, der im Temperaturbereich von 76O C arbeitet, gekoppelt mit verhältnismäßig hoher Bruchfestigkeit in den Schaufelteilen, die bei höheren Temperaturen und unter höheren Beanspruchungen arbeiten.

Beispiel II

Bei diesem Beispiel wurde eine Nickel-Basis-Legierung mit einem Gehalt von 23,1 % Niob und 4,4 % Aluminium eingesetzt. Diese Legierung besteht in erstarrter Form aus einer γ Grundmatrix, verstärkt durch eine zweite Phase 6 -(Ni^Nb)-Struktur in plattenähnlicher Form. Proben dieser Legierung wurden ähnlich der in Beispiel I beschriebenen Weise gerichtet zur Erstarrung gebracht, indem sie aus einem erhitzten Ofen in eine Kühlzone gezogen wurden. Es wurde gefunden, daß eine Abzugsgeschwindigkeit von 2 cm/h zu einer voll orientierten lamellenartigen Struktur führte, während eine Abzugsgeschwindigkeit von 15 cm/h eine vollständig zellartige Struktur lieferte. Mehrere Proben jeden Strukturtyps wurden über einen Temperaturbereich hinweg untersucht, und die zum Bruch in 100 h führende Beanspruchung wurde als Funktion der Temperatur für die beiden Strukturtypen bestimmt. Die Höhe der zum Bruch in 100 h führenden Beanspruchung ist in Figur 4 wiedergegeben. Aus Figur 4 geht hervor, daß die zellartige Makrostruktur einer höheren Bruchbean-

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spruchung bei Temperaturen unter 87O C widersteht, während die lamellenartige Mikrostruktur eine höhere Bruchbennspruchung bei Temperaturen über 87O C bietet. Da die Betriebsbedingungen der Schaufel so sind, daß der Fußteil bei einer Temperatur von etwa 76O C arbeitet, während der Flügelprofilteil bei einer Temperatur von etwa 87O C arbeitet, ist zu ersehen, daß für diese bestimmte Legierang eine überlegene Kombination von Eigenschaften in der einzelen Schaufel erzielt werden kann, wenn der Fußteil eine zellartige Mikrostruktur und der Flügelprofilteil eine lamellenartige Mikrostruktur aufweist.

Beispiel III

Eine keramische Hohlform wurde unter Anwendung der üblichen Standardpraktiken hergestellt. Der Hohlforminnenraum entsprach einer Standardschaufelform, mit der Ausnahme, daß ein verlängerter Fußteil angewandt wurde. Der Hohlraum wurde mit dem Fußteil nach unten ausgerichtet. Eine eutektische Legierung mit einem γ-Grundbestandteil (Ni Al) plus δ (Ni Nb) (23,1 % Nb, 4,4 % Al, Rest Ni) wurde geschmolzen und in die auf eine Temperatur von I65O C vorerhitzte Form gegossen. Die Formfüllung wurde durch Eintauchen in ein flüssiges Zinnbad bei kontrollierter Geschwindigkeit zum Erstarren gebracht. Das flüssige Zinnbad wurde auf einer Temperatur von 345 C gehalten. Der Fußteil der Form wurde mit einer Geschwindigkeit von 5,0 cm/h eingetaucht, und die Eintauchgeschwindigkeit auf 2,5 cm/h zur Erstarrung des Flügelprofilabschnitts gesenkt. Die erstarrte Schaufel wurde geätzt und geprüft. Figur 5 zeigt Mikrofotografien im Fuß- und Flügelprofilteil des Gußstücks in Längs- und Querrichtung und zeigt die zellartige und vollständig orientierte lamellenartige Mikrostruktur, die sich ergeben hatte. Figur 6 zeigt Mikrofotografien in Längsrichtung in Verbindung mit der Lage in der Schaufel, aus der sie stammen. Zweck des verlängerten Fuß-

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teils (in Figur 6 als Starter bezeichnet) war es, eine stabile und gleichförmige MikroStruktur im Fußteil sicherzustellen. Ein solcher Starterteil wäre in einem voll entwickelten Industrieprozeß unnötig; wäre er nötig, würde er nach der Erstarrung verworfen werden. Figur 7 zeigt eine gleichachsige eutektische Struktur in einer δ-verstärkten

Legierung, die ungerichtet verfestigt wurde. Die großen Orientierungsunterschxede der Bereiche der zweiten Phase sind leicht sichtbar.

Beispiel IV

Bruchproben wurden vom Fuß- und Flügelprofxlteil des in Beispiel III hergestellten Gegenstands bearbeitet. Proben des Flügelprofils und des Fußes hatten Bruchdehnungen.von 1,06 bzw. 2,19 %, untersucht bei 76O °C/8^36 kp/cm . Die in der Fußprobe gefundene erhöhte Duktilität ist erwünscht, da sie es für den Fußabschnitt möglich macht, diesen der Befestigungseinrichtung ohne Bruch anzupassen.

Wenn auch die Erfindung im Hinblick auf eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt und beschrieben wurde, so erkennt der Fachmann, daß zahlreiche Änderungen und Weglassungen in Form und Einzelheiten erfolgen können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

I₀ Gerichtet erstarrtes eutektisches Erzeugnis, gekennzeichnet durch wenigstens einen Teil mit einer zellartigen Mikrοstruktur und wenigstens einen weiteren Teil mit einer vollständig orientierten faserartigen Mikrostruk-
2. Erzeugnis nach Anspruch 1 in Form einer Turbinenschaufel, gekennzeichnet durch einen Flügelprofilabschnitt mit einer vollständig orientierten faserartigen Makrostruktur und einem Fußabschnitt mit einer zellartigen MikroStruktur.
3. Erzeugnis nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein durchschnittliches Maß an Fehlausrichtung der vollständig orientierten Mikrostruktur von weniger als etwa 5 und der zellartigen Mikrostruktur zwischen etwa 6 und 15 °.
k. Erzeugnis nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer eutektischen Superlegierung auf Nickelbasis besteht.
5. Verfahren zur Herstellung des gerichtet erstarrten eutektischen Erzeugnisses gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine keramische Präzisionsgußform mit einem Gußhohlraum der gewünschten Form hergestellt,

b) die Gußform vorerhitzt,

c) diese Gußform mit einer Masse geschmolzenen Materials von näherungsweise eutektischer Zusammensetzung gefüllt,

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d) die Masse des Materials mit einer Geschwindigkeit, die die gewünschte Mikrostruktur in einem Teil des Erzeugnisses liefert, gerichtet zum Erstarren gebracht und

e) die Erstarrungsgeschwindigkeit zur Änderung der Mikrostruktur in wenigstens einem anderen Teil des Erzeugnisses geändert wird.

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