DE3220274C2 - Gießform mit einer Selektorvorrichtung für die Herstellung eines Einkristallgußstücks - Google Patents

Abstract

Ein Selektor zur Benutzung eines Einkristallwerkstücks aus einem in einer Richtung erstarrenden einleitenden Formhohlraum (20) bewirkt ein Wachsen in einen Hauptgießhohlraum (12), welcher ein Keramikbauteil (16) mit einer kurvenförmigen Nut (18) an seiner Oberfläche aufweist. Die Mantelform selbst (11) wirkt mit der Nut (18) zusammen, um einen kurvenförmigen Kanal zu bilden, der das Wachstum des einzigen Kristalls gewährleistet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gießform der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Derartige Einkristallgußstücke, welche anisotrope Eigenschaften aufweisen, werden mit gutem Ergebnis dort eingesetzt, wo die betreffenden Werkstücke hohen mechanischen und hohen Wärmebeanspruchungen ausgesetzt sind, beispielsweise Werkstücke im Turbinenbereich eines Gasturbinentriebswerks.

Gattungsgemäße Gießformen sind beispielsweise aus der DE-OS 20 11 254 und der DE-OS 20 09 873 bekannt. Die von der Schreckplatte ausgehende Erstarrung des Metalls ergibt anfänglich säulenförmige Kristalle, die von der Schreckplatte nach der Selektorvorrichtung anwachsen. Wenn die Erstarrungsfront den Selektor erreicht, der einen Durchtrittskanal relativ kleinen Querschnitts aufweist, dann kann durch diesen Kanal nur ein einziger Kristall weiter wachsen und sich in die Gegenstandsform hinein erstrecken.

Beim Einbrechen in den Formraum der Gegenstandsform setzt dann der einzige Kristall sein Wachstum fort, wenn der Übergang vom Selektorkanal in den Formraum der Gegenstandsform genügend glatt ist und keine Korn bildenden Unregelmäßigkeiten vorhanden sind. Die bei bekannten Gießformen verwendeten, durch Rohre gebildeten Selektorkanäle sind außerordentlich empfindlich und in der Herstellung kompliziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Gießform derart weiterzubilden, daß auf einfache Weise ein fester und widerstandsfähiger Selektor-Durchtrittskanal geschaffen wird, der einen glatten Übergang in den Gegenstandsformraum hinein gewährleistet so daß der Einkristall in diesen Formraum ungestört hineinwachsen kann.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Der Keramikkörper des Selektors stellt einen harten und widerstandsfähigen Körper dar, der den

ίο Selektorkanal formgetreu aufrecht erhält bis der Gießvorgang beendet ist so daß das Gußstück als Einkristallgußstück erstarren kann und die angestrebten Eigenschaften erhält
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Danach ergibt sich eine besonders einfache und zweckmäßige Anordnung der Selektorvorrichtung, wenn auf der äußeren Oberfläche eines zylindrischen Keramikkörpers eine schraubenlinienförmige Nut ausgebildet wird, die außen von dem Mantel der Gießform umschlossen ist, wodurch ein schraubenlinienförmiger Kanal geschaffen wird.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Gießform mit einer Selektorvorrichtung,
Fig. 2 einen axialen Teilschnitt der Selektorvorrichtung in Richtung des Pfeiles II gemäß F i g. 1 betrachtet, F i g. 3 eine Form zur Herstellung des Selektors,
Fig.4 eine Formvorrichtung zur Herstellung des Formkerns für die Gießform,
F i g. 5 eine Ansicht des mit Keramikmaterial ummanteken Formkerns der Gießform,

Fig. 6 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Gießform, eingesetzt in einen Ofen.

F i g. 1 zeigt eine fertige Gießform, die aus einer die Erstarrung einleitenden Schalenform 10, einer Selektorvorrichtung 11 und einer Gegenstandsform 12 besteht. Die Schalenform sitzt mit ihrem unteren offenen Ende auf einer Schreckplatte 14. Die Gegenstandsform 12 weist einen Eingießtrichter 13 auf. Die Selektorvorrichtung 11 weist einen zylindrischen Mantel 15 auf, der sich nach oben zu dem Mantel der Gegenstandsform 12 und nach unten zu dem Mantel der Schalenform 10 fortsetzt. In diesen zylindrischen Mantel 15 ist ein Selektor 16 mit seiner zylindrischen Oberfläche 17 passend eingesetzt. Der Selektor 16 besteht aus Keramikmaterial und weist auf seinem Mantel eine schraubenlinienförmig verlaufende Nut 18 auf, die durchgehend vom unteren Ende 19 des Selektors nach dessen oberen Ende 20 verläuft. Den oberen Abschluß des Selektors bildet eine Kuppel 21, die in den Gegenstandsformraum einsteht. Das untere Ende 19 des Selektors 16 steht in die Schalenform 10 vor und der Mantel 15 bildet zusammen mit der Nut 15 einen schraubenlinienförmigen Kanal, der sich vom Hohlraum der Schalenform 10 bis in den Formraum der Gegenstandsform 12 erstreckt. Dieser Kanal erweitert sich im oberen Abschnitt in einen divergierenden Abschnitt 22, der mit dem Formraum der Gegenstandsform 12 in Verbindung steht. In diesem Bereich, in den die Kuppel 21 des Selektors 16 einsteht, weist die Gegenstandsform eine trichterförmige Gestalt mit einer konisch verlaufenden Wand 23 auf. In Verbindung mit der Kuppel 21 erweitert sich der Kanalabschnitt 22 allmählich und kontinuierlich auf den vollen Querschnitt der Gegenstandsform. Hierdurch wird eine glatte

durchgehende Oberfläche geschaffen, die keinerlei Unterbrechungen aufweist, welche eine Kornbildung veranlassen könnten.

F i g. 2 zeigt den Selektor 16 in Richtung des Pfeiles II gemäß F i g. 1 betrachtet Hieraus ist ersichtlich, daß die Kuppel an jener Stelle abgeflacht is;, an der der von der Nut 18 gebildete Kanal in den Hohlraum der Gegenstandsform einläuft

Die Querschnittsfläche des zylindrischen Man! eis 15 der Selektorvorrichtung ist relativ groß im Vergleich mit dem Querschnitt des schraubenlinientörmig verlaufenden Kanals zwischen dem Mantel 15 und dem Selektor 16.

F i g. 3 zeigt zwei Formhälften 24 und 25 einer Spritzgußmaschine. Diese definieren einen Formhohlraurn 26, dessen Gestalt der Gestalt des Selektors 16 entspricht Über einen Eingußkanal 27 wird das Keramikmaterial eingespritzt, um den Formhohlraum 26 auszufüllen.

Der so hergestellte Selektor 16 wird dann zwischen die Formhälften 28 einer weiteren Spritzgußmaschine eingelegt. Dieser Herstellungsschritt ist in Fig.4 veranschaulicht. Die Formhälften 28 und 29 definieren einen Hohlraum, dessen Gestalt der Gestalt der beiden Formhohlräume und der Selektorvorrichtung gemäß F i g. 1 entspricht. Der gemäß F i g. 3 hergestellte Selektor 16 wird zwischen die Formhälften 28 und 29 eingefügt und durch einen Eingußkanal 30 wird flüssiges Wachs durch einen Injektor 31 eingespritzt, um den von den Formhälften 28 und 29 und dem Selektor 16 gebildeten Hohlraum auszufüllen.

Nach Erstarren des Wachses werden die Formhzlften 28 und 29 getrennt und das so hergestellte Wachsmodell 32 ( F i g. 5) wird zusammen mit dem eingebetteten Selektor 16 mit Keramikmaterial ummantelt, um einen Gußkörper aus Keramikmaterial zu bilden. Die Einmantelung geschieht durch Eintauchen des Wachsmodells in einen Keramikschlamm und durch Bestreuen des getauchten Modells mit Keramikgranulat wobei dieses Verfahren wiederholt wird bis der Oberzug eine gewünschte Dicke erreicht hat

Dann wird das ummantelte Modell gebrannt um es zu verfestigen und um das Wachsmodell aus dem Mantel herauszuschmelzen. Hierdurch wird eine Gießform gemaß Fig. 1 enthalten, die gemäß Fig. 6 in einem Ofen 33 auf einer Schreckplatte 14 aufgesetzt wird, die über eine Hubvorrichtung 34 angehoben und abgesenkt werden kann, so daß die Gießform nach unten aus dem Ofen 33 weggezogen werden kann. Der gesamte Aufbau ist in einer Vakuumkammer untergebracht.

An der Oberseite des Ofens 33 ist eine am Boden mit einem Auslaß versehene Gießvorrichtung 35 vorgesehen, in der eine Metallcharge 36 geschmolzen werden kann.

Nach dem Ausgießen der Gießform wird diese langsam nach unten aus dem Ofen 33 herausbewegt, wobei die wassergekühlte Schreckplatte 14 Wärme von unten her abzieht. Auf diese Weise schreitet die Erstarrung von unten gleichmäßig nach oben fort, wodurch ein Einkristallwerkstück in der Gegenstandsform 12 erzeugt wird.

Der Selektor 16 kann auch eine von der dargestellten Form abweichende Bauart haben. Er kann beispielsweise polygonal sein oder auch asymmetrisch im Querschnitt. Die Nut braucht auch nicht notwendigerweise auf der äußeren Oberfläche des Keramikkörpers ausgebildet zu sein und es ist möglich, den Selektor als Hohlkörper auszubilden, wobei die Nut auf einer inneren Oberfläche aufgebildet wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gießform mit einer Selektorvorrichtung für die Herstellung eines Einkristallgußstückes, bei der die Selektorvorrichtung zwischen einer oberen mit Eingießtrichter versehenen Gegenstandsform und einer unteren, auf einer Schreckplatte absetzbaren, die Erstarrung einleitenden Schalenform angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektorvorrichtung (11) einen von der Gießformwandung ummantelten Selektor (16) aus Keramikmaterial aufweist, der eine gekrümmte Nut (18) besitzt, welche den Hohlraum der Schalenform (10) mit dem Hohlraum der Gegenstandsform (12) verbindet und daß die gekrümmte Nut am oberen Ende (20) sich in Verbindung mit einem Übergangsstück (21) kontinuierlich im Querschnitt nach dem Formhohlraum erweitert

2. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die gekrümmte Nut (18) auf der äußeren Oberfläche (17) des aus Keramikmaterial bestehenden Selektors (16) ausgebildet und von dem Mantel (15) der Selektorvorrichtung umschlossen ist.

3. Gießform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Selektor (16) kreiszylindrisch ausgebildet und von einem zylindrischen Mantel (15) umschlossen ist.

4. Gießform nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (18) schraubenlinienförmig ausgebildet ist.

5. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übergangsstück aus einer Kuppel (21) besteht, die den Selektor oben abschließt und in den Formraum der Gegenstandsform (12) einsteht.