DE2655503B2

DE2655503B2 - Verbundgießverfahren

Info

Publication number: DE2655503B2
Application number: DE19762655503
Authority: DE
Inventors: Lawrence Donald North Canton Graham; Constantine Solon Vishnevsky
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1976-12-08
Filing date: 1976-12-08
Publication date: 1981-02-12
Also published as: DE2655503A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundgießverfahren zur Herstellung eines Verbundgußgegenstandes, bei dem ein festes metallisches Formteil in eber Form angebracht und ein geschmolzenes Metall um in der Form freiliegende Abschnitte des Formteils gegossen wird und bei dem die freiliegenden Abschnitte vor dem Gießvorgang mit einer borhaltigen Legierung beschichtet werden, die einen Schmelztemperaturbereich unter dem Schmelztemperaturbereich des Formteils und des Gießmetalls hat, wobei diese Legierung den gleichen Hauptbestandteil wie wenigstens eines der zu verbindenden Metalle hat.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-AS 26 07 684 bekannt, wo die Herstellung eines Verbundkörpers aus zwei verschiedenen Stählen mittels eines Überzugs aus einer Nickel-Chrom-Bor-Siliciumlegierung beschrieben ist, die auf einen Stahlkörper aufgebracht wird, der dann in einer Gießform mit flüssigem Stahl der anderen Sorte umgössen wird.

Dieser bekannte Überzug besitzt eine Schichtdicke von 0,3—1 mm, wobei die Schmelztemperatur dieser Schicht infolge ihres Borgehalts verhältnismäßig niedrig ist. Für eine spätere Verwendung bei sehr hohen Temperaturen sind diese bekannten Verbundkörper daher nicht geeignet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbundkörper, insbesondere einen aus Superlegierungen bestehenden, zu erhalten, dessen Verbindungsfestigkeit sowohl bei niedrigen als auch bei sehr hohen Temperaturen ausgezeichnet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art die Dicke der Legierungsbeschichtung unter 125 μπι gehalten und der sich ergebende Verbundgußgegenstand nach der Erstarrung des geschmolzenen Metalls bei einer Temperatur unterhalb des Schmelztemperaturbereichs des Formteils oder des erstarrten Metalls einer Wärmebehandlung zur Erzielung einer Bordiffusion in das Formteil und in das erstarrte Metall unterzogen wird.

ίο Aus der DE-OS 25 34 050 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgußgegenstandes bekannt, bei dem ebenfalls ein festes metallisches Formteil vor dem Umgießen mit einem anderen Metall mit einer Beschichtung versehen wird. Diese Beschichtung soll jedoch als Trennschicht wirken, die eine metallurgische Verbindung an den Grenzflächen der beiden Metalle verhindert. Demzufolge Gesteht diese Trennschicht aus einem nicht-legierungsbildenden Material, z.B. Keramik oder Glas. Über die Dicke dieser Schicht wird nichts ausgesagt Der gebildete Verbundkörper bedarf natürlich aufgrund des anderen Bindungsmechanismus keiner abschließenden Wärmebehandlung.

Durch die vorliegende Erfindung wird die metallurgische Verbindung zwischen den Teilen eines Verbundgußgegenstandes aus wärmebeständigen Materialien, z. B. von Schaufeln für Gasturbinen oder Tragflächen, verbessert, während die Verfahrensbedingungen weniger streng werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein festes metallisches Formteil, beispielsweise eine JO Tragfläche mit anisotropen metallurgischen Eigenschaften, mit einer Beschichtung aus einer Legierung versehen, die aufgrund der Anwesenheit kleiner Mengen Bor einen herabgesetzten Schmelzpunkt hat. Die für die Beschichtung verwendete Legierung hat einen Schmelzpunkt, der unter dem Schmelzpunkt de.-. Formteils und des mit diesem zu verbindenden Gießmetalls liegt Die Beschichtung wird im Vakuum oder in einer anderen geeigneten Schutzumgebung bei einer Temperatur aufgebracht, die gerade zur Erzielung einer Verschmelzung mit der Formteiloberfläche ausreicht; ferner erfolgt die Beschichtung in einer minimalen Zeitdauer, damit eine merkliche Zwischenlegierung mit der Legierung des Formteils vermieden wird.

Das beschichtete Formteil wird dann in einer Form angebracht, die einen Gießhohlraum aufweist, der die gewünschte Form des mit dem Formteil zu verbindenden gegossenen Metalls hat. Bei der Vorbereitung zum Gießen wird die Form im Vakuum erhitzt, damit eine ^r>o Verunreinigung der beschichteten Oberfläche verhindert wird. Das geschmolzene Metall wird im Vakuum in den Gießhohlraum eingegossen, und es verfestigt sich um diejenigen Abschnitte des Formteils, an denen eine Verbindung erwünscht ist Während des Gießens kann Ί5 die Beschichtung in einem gewissen Ausmaß schmelzen, wenn das relativ heiße Gießmetall Wärme auf das Formteil überträgt. Die Verbindung zwischen den zwei Materialien wird daher aufgrund der Anwesenheit der einen relativ niedrigeren Schmelzpunkt aufweisenden Beschichtung verbessert

Im Anschluß an das Gießen wird der Verbundgußgegenstand, der aus dem Formteil, dem angegossenen Metall und der Zwischenbeschichtung zusammengesetzt ist einer Wärmebehandlung bei erhöhter Temperatur ausgesetzt, damit eine zusätzliche Verbindung die Kombination eines Rückschmelzens in der Beschichtungszone, einer Diffusion des den Schmelzpunkt herabsetzenden Bors aus der Beschichtung in die

angrenzenden, zu verbindenden Legierungen und einer Diffusion anderer Elemente in die oder aus der Beschichtung bewirkt wird. Bei dem Vorgang wird der Schmelzpunkt der Beschichtungszone durch Absenken der Menge des den Schmelzpunkt herabsetzenden, in ihr enthaltenen Bors wesentlich angehoben. Die Beschichtung, die die Zwischenzone bildet, wirkt so als Hartlot, dessen Zusammensetzung so gewählt werden kann, daß es nach der Wärmebehandlung dem angrenzender? Metall ähnliche mechanische Eigenschaften aufweist

, Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Formteils in Gestalt eines Tragflügelprofils, das mit zwei Versteifungsbändern unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens verbunden werden soll,

Fig.2 eine Darstellung, die veranschaulicht, wie das Formteil von F i g. 1 in einem Wachsmode'J für die Herstellung der Präzisionsgußform aufgenommen wird, und

Fig.3 eine Darstellung der Anordnung nach dem Bilden der Präzisionsgußform um das Modell und dem Entfernen des Modells unter Erzeugung eines Gießhohlraums zur Aufnahme von geschmolzenem Metall.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von Bauelementen für Gasturbinen aus wärmebeständigen Legierungen, insbesondere wenn das Bauelement anisotrope metallurgische Eigenschaften aufweist

Unter dem Begriff »anisotrope metallurgische Eigenschaften« ist zu verstehen, daß das Bauteil parallel zur Hauptbeanspruchungsachse verbesserte Festigkeitseigenschaften aufweist Im Fall einer Tragflügelform wurde diese Struktur durch eine gerichtete Erstarrung eines Gußstücks zur Erzielung säulenförmiger Körner erzeugt, die parallel zur Hauptachse des Tragflügels ?usgerichtet sind. Diese Kornorientierung führt zu einer beträchtlichen Verbesserung des Widerstandes gegen Intergranularbrüche bei erhöhten Temperaturen, so daß auch die Kriechfestigkeit, die Duktilität und insbesondere die Beständigkeit gegen Wärmeermüdung verbessert werden.

Ein weiteres Material mit anisotropen metallurgischen Eigenschaften ist ein zusammengesetztes, aus einer faserverstärkten Metallmatrix bestehendes Gebilde. Dabei werden Fasern, beispielsweise Borfasern, Siliziumborfasern ider Graphitfasern in eine Nietallmatrix, beispielsweise Aluminium, in Form dünner Lagen eingebettet, und die Lagen werden in die gewünschte Tragflügelform eingelegt und dann durch Diffusion miteinander verbunden, wobei die Fasern in Richtung der Achse der Hauptbeanspruchung verlaufen. Diese Verbundteile zeigen stark gerichtete, d. h. anisotrope Eigenschafter; sie können auch durch Verwendung von Kombinationen aus hitzebeständigen Materialien erzeugt werden.

Ein weiteres Beispiel für Bauteile mit anisotropen metallurgischen Eigenschaften sind gerichtet erstarrte eutektische Legierungen. Diese eutektischen Legierungen erstarren zu lamellaren oder stabförmigen Strukturen, die zusammengesetzten faserverstärkten Teilen in so fern gleichen, als ein verhältnismäßig starkes stab- oder blattförmiges Material die schwächere Matrix verstärkt.

Es gibt wei'ere Beispiele für metallurgische Strukturen, die eine Ausgeprägte mikrostrukturelle Gerichtetheit unc' eine Anisotropie der mechanischen Eigenschaften zeigen. Stark gedehnte und in Längsrichtung ausgerichtete Körner, wie sie für Hochtemperaturlegierungen charakteristisch sind, die aus verdichtetem Metallpulver nach dem sogenannten mechanischen Legierungsverfahren oder nach einem Verfahren mit gerichteter Rekristallisation von geschmiedetem Material erhalten werden, sind weitere Beispiele für anisotrope metallurgische Strukturen, in dem Sinne, wie sie hier angewendet werden.

Die Herstellung von Gegenständen mit solchen anisotropen Strukturen ist mit Problemen verbunden, die in der Regel auf Querschnittsänderungen zurückzuführen sind. So kann beispielsweise bei der Herstellung gegossener, für den Betrieb bei hoher Temperatur bestimmter Schaufeln für Gasturbinen die gerichtete Erstarrung Schwierigkeiten bereiten, wenn dabei große Abmessungenänderungen auftreten.

Die abruptesten und störendsten Änderungen treten dabei an den Obergängen des Profilteils und dem massiveren Befestigungsteil oder Fußteil der Schaufeln und dem sogenannten Schaufelversteifungsband auf. Diese Stellen neigen oft zu inneren Defekten und/oder Zusammensetzungsänderungen, die in der Gießereitechnik als Schrumpfporosität bezeichnet werden und

die durch Änderungen der Erstarrungsgeschwindigkeit verursacht werden. Außerdem können die durch die Fußteile oder Schaufelversteifungsbänder gebildeten Absätze als Haftstellen für nichtmetallische Verunreinigungen, beispielsweise für Einschlüsse oder Schlacke wirken.

Im Fall von Schaufeln oder Flügeln wird die gerichtete anisotrope Gußstruktur in der Regel in dem Profilteil des Gegenstandes erwünscht, der der den schärfsten Temperaturbed'ngungen und Umgebungsbeanspruchungen ausgesetzte Bereich ist Das Gießverfahren ist jedoch so gestaltet, daß der ganze Gegenstand nach dem mit gerichteter Erstarrung arbeitenden Verfahren gegossen wird, das bei komplizierten Teilen die Schwierigkeiten bei der Herstellung eines den Betriebsanforderungen Rechnung tragenden Gegenstandes unverhältnismäßig vergrößert.

Es gibt weitere Strukturen, bei denen die Herstellung von gerichtet erstarrten Tragflügelprofilteilen auf Grund der vorliegenden geometrischen Einschränkungen mit Schwierigkeiten verbunden ist. Ein Beispiel hierfür sind einstückig gegossene Turbinenlaufräder, die aus einem Nabenteil bestehen, der an der Felge mehrere Tragflügelprofilteile trägt.

Solche Räder können in gegossener Form mit einer gleichachsigen gegossenen Konstruktur nach dem Präzisionsgießverfahren hergestellt werden. Das erhaltene Produkt zeigt sowohl im Tragflügelprofilteil als auch im Nabenteil im wesentlichen die gleiche MikroStruktur der gegossenen Körner, und die Eigenschäften sind mehr oder weniger isotrop. Die Korngröße kann zwar etwas variieren, doch liegt in der Längsrichtung der Tragflügelprofilteile keine bevorzugte Ausrichtung oder Anisotropie vor. In der Praxis wird das Problem der Erzielung eines Rades mit gerichtet erstarrten Tragflügelprofilteilen so angegangen, daß das Rad aus getrennt gegossenen Schaufeln zusammengebaut wird, die mechanisch auf der Felge einer getrennt hergestellten Scheibe mit gleichachsigen Körnern befestigt werden, wobei die Scheibe üblicherweise

μ durch Schmieden hergestellt wird. In der Felge der Scheibe angebrachte Nuten dienen der Verenkerung der Fußteile der einzelnen Schaufeln. Diese Art des Zusammenbaus ist im Vergleich mit einem einstückigen

Guß extrem teuer. Die technische Anwendung dieses Verfahrens zeigt jedoch, wie günstig die selektive Verbindung anisotroper metallurgischer Strukturen und deren Kombination mit anderen metallurgischen Strukturen zu einem Gesamtgegenstand, beispielsweise einem Turbinenrad, ist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Formteil mit anisotropen metallurgischen Eigenschaften hergestellt, und Abschnitte der Vorform, die mit dem Gußmetall zu verbinden sind, werden mit einer Legierung beschichtet, die ESor enthält, damit ihr Schmelzpunkt bezüglich des Formteils und der zu gießenden Legierung erniedrigt wird; die Beschichtungslegierung ist dabei sowohl mit dem Formteil als auch mit dem erstarrten geschmolzenen Metall verträglich. Abhängig vom gewünschten Festigkeiisgrad der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erzielenden metallurgischen Verbindung kann die Zusammensetzung der Beschichtungslegierung in bezug auf die Legierungen des Formteil« und des angegossenen Metalls variiert werden; von der Variation ist lediglich der Anteil an Bor ausgenommen, der wesentlich höher als im Formteil oder im erstarrten Metall ist.

Wenn beispielsweise zwei Materialien aus im wesentlichen ähnlichen Superlegiierungsverbindungen für das Formteil und die angegossenen Metallabschnitte mit einem hohen erforderlichen Festigkeitsgrad der Verbindung verwendet werden sollen, dann kann die Zusammensetzung der Beschichtungslegierung so ausgewählt werden, daß sie der Zusammensetzung der angrenzenden Legierungen sehr nahe kommt. Wenn jedoch die Festigkeit der metallurgischen Verbindung der Festigkeit des Formteils oder des angegossenen Metalls nicht sehr nahe kommen muß, wie es beispielsweise bei Bauteilen der Fall ist, die im Betrieb relativ geringen Belastungen ausgesetzt sind, wird eine relativ einfache Beschichtungslegierung bevorzugt, die den zu verbindenden Legierungen hinsichtlich einiger chemischer Hauptbestandteile gleicht. In jedem Fall soll der Hauptbestandteil der Beschichtung gleich dem Hauptbestandteil wenigstens eines der zu verbindenden Metalle sein.

Wenn das Formteil und das mit ihm verbundene erstarrte Metall aus Nickellegierungen bestehen, wird beispielsweise die Verwendung einer Legierung vorgezogen, die vorwiegend eine Nickelzusammensetzung ist und Chrom im Bereich von 5 bis 25%, Kohlenstoff im Bereich von 0,05 bis 0,2% und etwa 1 bis 4% Bor zur Erzielung einer Schmelzpunktreduzierung enthält Besonders bevorzugt ist eine Bor enthaltende Legierung mit 15% Chrom, etwa 3,5% Bor, etwa 0,1 % Kohlenstoff und einem Rest aus Nickel. Diese Legierung hat einen Schmelzpunkt von etwa 1054° C, der niedriger als der Schmelzpunkt einer der zwei zu verbindenden Superlegierungen Hegt Nickelsuperlegierungen haben beispielsweise Schmelzpunkte im Bereich zwischen etwa 1230° C bis 1650⁰C.

Die Bor enthaltende Legierung kann aus dem Formteil als Beschichtung mittels eines beliebigen Verfahrens aufgebracht werden, beispielsweise durch Galvanisieren, durch Abscheidung aus der Dampfphase oder durch Auftragen in Form eines Sprühnebels, eines Pulvers oder einer Paste. Wenn eines der beiden zuletzt genannten Aufbringungsverfahren angewendet wird, dann sollte die Legierung mit den Beschichtungsbereichen verschmolzen werden, damit eine kontinuierliche Schicht der borhaltigen Legierung entsteht Das Aufbringen der Beschichtung erfolgt vorzugsweise im Vakuum oder in einer anderen schützenden Umgebung, damit die Verbindung mit dem Formteil unterstützt wird. Die spezielle Umgebung kann im Hinblick auf die ^r, Brfordernisse der Formteillegierung und der Beschichtungszusammensetzung variiert werden; sie könnte beispielsweise zusätzlich zum Vakuum eine Wasserstoff- oder Argonatmosphäre enthalten. Für den Fachmann auf dem Gebiet des Hartlötens im Brennofen ίο ist offensichtlich, daß die Auswahl einer falschen Umgebung zum Verschmelzen der Beschichtung ein leicht erkennbares schlechtes Fließen und schlechtes Benetzen des Formteils mit der Beschichtung ergibt und zur Durchführung einer korrigierenden Änderung des Verfahrens Anlaß gibt.

in gleicher Weise können die Temperaturen, bei denen die Beschichtung aufgeschmolzen wird, abhängig von der Beschichtungslegierung verändert werden. Für die oben erwähnte spezielle Beschichtungslegierung hat sich gezeigt, daß eine Schmelztemperatur von 1066° C im Vakuum die gewünschte Beschichtungsverschmelzung und Beschichtungshaftung am Formteil in einer Zeitdauer von 5 Minuten bei der Schmelztemperatur ergibt. Allgemein muß die Beschichtungslegierung ohne Rücksicht auf ihre Zusammensetzung bei der niedrigstmöglichen Temperatur und in der kürzesten Zeitperiode aufgebracht werden, damit eine Reduzierung ihres Borgehalts durch Diffusion in das Formteil und somit eine Anhebung ihres Schmelzpunkts vermieden wird.
in Die Dicke der Beschichtung läßt sich durch die Wahl der Aufbringungsverfahren leicht auf unter 125 μπι halten.

In Fig. 1 ist ein mit anisotropen metallurgischen Eigenschaften ausgestattetes Formteil 10 in Form eines Tragflügelprofils dargestellt, das säulenförmige, längs der Hauptbeanspruchungsachse verlaufende Körner 11 aufweist. An beiden Enden des Formteils 10 befinden sich zwei Vorsprünge 12 und 13, die so angeordnet sind, daß sie das Formteil mit dem anschließend angebrachten Metallgußteil mittels einer metallurgischen Verbindung verankern. Die Bereiche, in denen am Formteil 10 zuvor die Bor enthaltende Beschichtungslegierung aufzubringen ist, liegen in den Zonen 14 und 15, die die Vorsprünge 12 und 13 einschließen.
Anschließend wird nach F i g. 2 ein verlorenes Modell aufgebaut. Das Formteil 10 wird zwischen zwei Nachbildungen 16 und 17 von Versteifungsbändern gehalten, mit denen das Formteil 10 verbunden werden soll. Das Modell kann aus Wachs, Polystyrol oder aus Mischungen der beiden Materialien bestehen. Die Versteifungsbänder-Nachbildungen 16 und 17 sind mit Angußkanäle bildenden Teiien 18 bzw. 29 verbunden, die von einem Angußtrichter 20 gespeist werden; alle diese Teile bestehen aus dem Material des verlorenen Modells.

Wie bereits erwähnt wurde, kann das Formteil 10 aus einem beliebigen Material mit anisotropen metallurgischen Eigenschaften bestehen. Gerichtet erstarrte Legierungen aus Nickel und Kobalt sind für diese to Zwecke besonders geeignet Die Chemie dieser Legierungen ist im Laufe der Jahre entwickelt worden; sie bildet kein besonderes Merkmal der Erfindung. Zur Erläuterung der chemischen und anderen Eigenschaften von Nickel- und Kobaltsuperlegierungen wird auf die Tabelle 1 im Anhang der Arbeit mit dem Titel »The Superalloys« von Sims et aL, veröffentlicht bei John Wiley & Sons, verwiesen. Die Tabelle 1 erscheint auf den Seiten 596 und 597; in ihr sind viele handelsübliche

Nickel- und Kobaltsuperlegierungen aufgezählt. Auf die an der genannten Stelle enthaltene Beschreibung wird hier Bezug genommen.

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung wird dann einem üblichen Präzisionsgießverfahren unterworfen. Es gibt zwar viele Möglichkeiten zur Herstellung von Gießformen nach diesem Verfahren, doch wird erfindungsgemäß bevorzugt die in der USA-Patentschrift 29 32 864 beschriebene Methode angewendet. Bei der dort beschriebenen Methode wird ein zerstörbares Modell des herzustellenden Gegenstandes bei Raumtemperatur durch Eintauchen in eine hochschmelzende Teilchen und ein Bindemittel enthaltende wäßrige Aufschlämmung überzogen. Der Überzug wird dann isotherm getrocknet, so daß die Temperatur des Modells konstant bleibt. Das Trocknen erfolgt durch Überleiten von Luft mit kontrollierter Feuchtigkeit über das überzogene Modell, wobei die Luft soviel Feuchtigkeit enthält, daß eine etwa konstante Temperatur der feuchten Thermometerkugel aufrechterhalten wird, die etwa der Ausgangstemperatur des Modells entspricht, und wobei die Temperatur der trockenen Thermometerkugel um mindestens 5,6° C (10° F) höher liegt als die der feuchten. Das Modell wird dann in weitere wäßrige Aufschlämmungen aus dem hochschmelzenden Stoff zur Bildung aufeinanderfolgender Schichten auf dem Modell getaucht. Jede nachfolgende Schicht wird wie vorstehend beschrieben isotherm getrocknet, während die Temperatur im wesentlichen konstant gehalten wird. Schließlich wird das Modell entweder in einem Ofen oder in einem Autoklav herausgeschmolzen.

Die dabei erhaltene Form ist in F i g. 3 der Zeichnung dargestellt Sie enthält einen Angußtrichter 21, durch den zwei Angußkanäle 22 und 23 gespeist werden, die wiederum zwei Gießhohlräume 24 und 25 speisen, die die Versteifungsbänder des Tragflügel-Profilteils bilden sollen. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die das beschichtete Formteil enthaltende Form vor dem Gießvorgang im Vakuum auf eine Temperatur von etwa 870° C vorgeheizt, so daß die Gießform dann bereit ist, das geschmolzene und im Vakuum gegossene Metall aufzunehmen. Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, das das geschmolzene Metall bei einer relativ niedrigen Temperatur gegossen werden kann, also bei Bedingungen, die normalerweise nur eine mechanische Verbindung erzeugen würden, da das Schmelzen der borhaltigen Beschichtung in diesem Stadium nicht erforderlich ist.

Nachdem das Gießmetall dann erstarrt ist, wird der Verbundgußgegenstand aus der Form herausgenommen und piner ausreichenden Wärmebehandlung unterzogen, damit ein Wandern von Bor aus der Zwischenschicht sowohl in das Formteil als auch in das erstarrte geschmolzene Metall verursacht wird. Allgemein kann die Wärmebehandlung bei Temperaturen im Bereich zwischen 1010° C und 1230° C ausgeführt

ίο werden, wobei ein Bereich von 1120°C bis 1190°C bevorzugt ist. Die Ausführung der Wärmebehandlung erfolgt vorzugsweise unter inerten Bedingungen, beispielsweise in einem Vakuum von 10 bis 15 μΐη. Die Zeitdauer der Wärmebehandlung kann stark variieren; sie kann nur eine halbe Stunde dauern oder bis zu 20 Stunden oder mehr verlängert werden. Während dieser Wärmebehandlung erhöht das Wandern von Bor aus der Zwischenschicht die Schmelztemperatur dieser Schicht. Die Bordiffusion dient auch dazu, die erzielte Verbindung zu verbessern.

Eine Analyse des Zwischenbereichs ergibt, daß quer zur Breite dieses Bereichs keine plötzlichen Zusammensetzungsänderungen auftreten, so daß der Zwischenbereich physikalische Eigenschaften aufweist, die denen der umgebenden Bereiche sehr ähnlich sind, was insbesondere dann gilt, wenn die Zusammensetzung der borhaltigen Beschichtung so ausgewählt war, daß sie eng an die zu verbindenden Legierungen angenähert war.

Es war zu beobachten, daß das Gußteil in unmittelbarer Nähe der Grenzfläche zur Zwischenschicht relativ kleine säulenartige Körner aufweist, die senkrecht zur Grenzfläche zwischen den zwei Superlegierungen verlaufen, was auf die von dem relativ kalten Formteil abgezogene Wärme zurückzuführen ist.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird somit eine verbesserte metallurgische Verbindung gewährleistet, ohne daß ein Grenzflächenschmelzen während des Gießens zur Erzielung einer metallurgisehen Verbindung notwendig ist

Die Diffusion des Bors bei der Wärmebehandlung führt zu einer stabilen Zusammensetzungsbedingung an der Grenzfläche, die eine beträchtliche Ähnlichkeit zwischen der Verbindungszone und dem angrenzenden festen Formteil sowie den angegossenen Abschnitten ergibt Die sich ergebende Verbindung weist somit mechanische Eigenschaften auf, die denen der verbundenen Superlegierungen angenähert sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verbundgießverfahren zur Herstellung eines Verbundgußgegenstandes, bei dem ein festes metallisches Formteil in einer Form angebracht und ein geschmolzenes Metall um in der Form freiliegende Abschnitte des FormteÜs gegossen wird und bei dem die freiliegenden Abschnitte vor dem Gießvorgang mit einer borhaltigen Legierung beschichtet werden, die einen Schmelztemperaturbereich unter dem Schmelztemperaturbereich des Formteils und des Gießmetalls hat, wobei diese Legierung den gleichen Hauptbestandteil wie wenigstens eines der zu verbindenden Metalle hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Legierungsbeschichtung unter 125 μπι gehalten und der sieb ergebende Verbundgußgegenstand nach der Erstarrung des geschmolzenen Metalls bei einer Temperatur unterhalb des Schmelztemperaturbereichs des Formteils oder des erstarrten Metalls einer Wärmebehandlung zur Erzielung einer Bordiffusion in das Formteil und in das erstarrte Metall unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil aus einer Nickelsuperlegierung besteht

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil aus einer Kobaltsuperlegierung besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 1010⁰C und 123O⁰C ausgeführt wird.