DE3234835A1 - Vorrichtung und verfahren zum herstellen eines metallgussstueckes, insbesondere einer scheibe - Google Patents

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Metallgußstückes / insbesondere einer Scheibe

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zürn Herstellen eines Metallgußstückes, insbesondere eines Präzisionsgußstückes, das eine Aussparung und ein gesteuertes Korngefüge hat.

Es ist erkannt worden, daß die Korngrößen- und Korngefügesteuerung bei manchen Metallgußstücken beträchtlich verbesserte Eigenschaften ergeben kann. Die Herstellung von relativ stark beanspruchten Gußstücken, beispielsweise der Scheibengebilde, die bei der Herstellung von Gasturbinentriebwerksturbinenrädern mit oder ohne angeforinte Schaufeln und mit einer zentrisch angeordneten Aussparung, wie beispielsweise einer Bohrung, einem Kanal, einem Loch, usw., benutzt werden, bringt jedoch Korngefüge- und Korngrößensteuerungsprobleme mit sich» Diese Probleme basieren, wenigstens zum-Teil, auf dem Metallvolumen, das während des Gießens eines solchen Gebildes gegossen wird, und der Schwierigkeit des Steuerns der Wärmeabfuhr und des Guß-

Stückerstarrungsprofils. Bei der Herstellung von Gasturbinentriebwerksscheiben mit einer im wesentlichen zentrisch angeordneten Bohrung und mit Schaufelteilen, die von dem Umfangsteil der Scheibe radial nach außen ragen, wird das Problem komplexer. Dieses Problem ist besonders kritisch, wenn ein Typ von Korngefüge, beispielsweise ein gleichachsiges Gefüge, in einem Teil um die Aussparung, wie beispielsweise die Bohrung, erwünscht ist und ein anderer Typ, beispielsweise ein Stengelgefüge, in den Schaufelteilen an dem Scheibenumfang und vielleicht im überwiegenden Teil des Zwischenbereiches der Scheibe zwischen der Aussparung und dem Umfang erwünscht ist.

Die gegenwärtige Praxis des Gießens von Turbinenrädern oder -scheiben, bei denen es sich um monolithische Gebilde aus Rädern und Turbinenschaufeln handelt' (im englischen manchmal als "blisks" bezeichnet), beinhaltet, daß zuerst ein Kunststoff- oder Wachsmodell des Teils hergestellt wird. An diesem wird ein Modell eines Steigersystems befestigt. Dann wird eine keramische Investmentschalenform um das Modell auf herkömmliche Weise hergestellt. Die Verwendung eines solchen Formsystems bringt jedoch einen Nachteil mit sich: die Erstarrung beginnt an dem äusseren Umfang der Form, während schmelzflüssiges Metall in den inneren Teilen der Form heiß bleibt und sehr langsam erstarrt. Dieses Erstarrungsprofil führt zu einem großen, groben, stengeiförmigen Korngefüge in dem Gußstückaussparungs- oder -mittelteil, der im Betrieb eines solchen Gegenstands der höchsten Beanspruchung ausgesetzt ist. Ein solches Korngefüge ist jedoch durch schlechte mechanische Eigenschaften in der Bohrungstangentialrichtung gekennzeichnet.

Seit vielen Jahren werden beim Gießen Kühl- oder Abschreck körper benutzt. Die Verwendung eines Abschreckkörpers in einer Aussparung, wie beispielsweise der Bohrung eines

scheibenartigen Teils, bringt jedoch Probleme beim späteren Entfernen des Abschreckkörpers mit sich: das Abkühlen und die damit verbundene Kontraktion des Gußstückes würden zur Folge haben, daß ein Abschreckzapfen Teil der Aussparung eines Gußstückes wird oder in derselben festgehalten wird.

Hauptziel der Erfindung ist es, ein verbessertes Metall-· gußstück sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Metallgußstückes zu schaffen, das eine Aussparung aufweist und ein feines Korngefüge in■seinem Inneren an dem Umfang und auf einer kleinen Strecke radial außerhalb der Aussparung hat.

Weiter soll eine Vorrichtung zum Herstellen eines Metallgußstückes geschaffen werden, die eine entfernbare Abschreckvorrichtung für die Aussparung in dem Gußstück aufweist.

Diese sowie weitere Ziele und Vorteile werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Zeichnungen und den besonderen Ausführungsformen deutlicher, die alle lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung dienen und deren Rahmen in keinster Weise beschränken.

In einer Ausgestaltung der Erfindung hat, kurz gesagt, die Vorrichtung zum Herstellen eines Metallgußstückes mit einer Aussparung eine Keramikschalenform mit einer Durchgangsöffnung in einer Wand an der Aussparung, die in eine innere Gießkammer führt. Eine expandierbare und kontraktierbare, in Segmente geteilte Abschreckvorrichtung ist an der öffnung angeordnet zur Steuerung der Abkühlung des.in die Form gegossenen schmelzflüssigen Metalls an der Aussparungsoberfläche. In einer Ausführungsform der Erfindung ist fin metallischer Einsatz, der im Innern hohl ist, £n der Öffnung in der Formwand angeordnet und verschließt diese. Die Abschreckvorrichtung ist in dieser Ausführungsfογπί in

dem inneren Hohlraum des Einsatzes angeordnet und zur Steuerung des Abkühlens des Einsatzes und des an der Aussparung in die Form gegossenen schmelzflüssigen Metalls mit dem Einsatz in Berührung bringbar. Außerdem sind Vorrichtungen vorgesehen zum wahlweisen Expandieren und Kontraktieren der in Segmente geteilten Abschreckvorrichtung für das Einsetzen in die Aussparung bzw. das Entfernen aus dieser.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird zum Herstellen eines Metallgußstückes mit einer Aussparung eine Form mit einer Durchgangsöffnung in einer Wand an der Aussparung bereitgestellt und dann wird in der Aussparung die entfernbare Abschreckvorrichtung angeordnet. In einer Ausgestaltung wird ein metallischer Einsatz, der im Innern hohl ist, in der Aussparung angeordnet, und dann wird die entfernbare Abschreckvorrichtung in den inneren Hohlraum des Einsatzes eingeführt, beispielsweise aufgrund dessen, daß er expandierbar und kontraktierbar ist. Wenn die Abschreck vorrichtung in Stellung gebracht worden ist, beispielsweise in innigem Kontakt mit dem Einsatz ist, wird schmelzflüssiges Metall in die Form gegossen, in der es sich abkühlen und erstarren kann, während das Metallkorngefüge, das an der Aussparung entsteht, mittels der Abschreckvorrichtung gesteuert wird. Nach dem Erstarren des Gußstückes wird die Abschreckvorrichtung entfernt. Bei Bedarf kann der Einsatz durch Metallabtragverfahren, beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung, entfernt werden. In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung wird die Abschreckvorrichtungsoberfläche oder der Einsatzteil, der dem Innern der Form zugewandt ist, behandelt, um ein festes Verbinden mit dem erstarrten Gußstück zu ver hindern und dadurch das Entfernen zu erleichtern.

In noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ei ne Gußscheibe aus einer warmfesten Superlegierung hergestellt, wobei die Scheibe ein insgesamt qleichachsiqcs

- y -to,

Korngefüge in einem Teil um die Aussparung und ein insgesamt stengeiförmiges Korngefüge in dem äußeren Teil am Umfang hat, der die sich radial nach außen erstreckenden Schaufelteile aufweisen wird.

In einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung wird ein Metalleinsatz aus derselben Legierung, die gerade gegossen wird, oder aus einer anderen Legierung verwendet, dessen Oberfläche so präpariert worden ist, daß das Verbinden erleichtert wird, damit er zu einem integralen Teil der Scheibe wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer Aus

führungsform der Vorrichtung nach der Erfindung im expandierten Zustand zum Herstellen eines Gußstükkes, bei dem es sich um die beschaufelte Turbinenscheibe eines Gasturbinentriebwerks handelt, und

Fig. 2 einen Querschnitt der Vorrichtung

nach der Linie 2-2 in Fig. 1, wobei sich die Vorrichtung im kontraktierten Zustand befindet.

Die Vorrichtung nach der Erfindung weist in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform eine Verbundschalenform auf, die insgesamt mit der Bezugszahl 10 bezeichnet ist. Die Form hat eine keramische Außenwand 10a, von welcher ein Teil im wesentlichen die Form der beschaufeiten Turbinenscheibe c ines Gasturbinentriebwerks hat, und eine Innenwand, die aus Teilen 14 und 15 besteht. Im vollständig zusammengebauten Zustand enthält die Form einen Scheibenhohlraur. 12,

der mit zusätzlichen, am Umfang angeordneten Hohlräumen 13 in Verbindung steht, welche im wesentlichen die Form von Schaufelteilen haben, welche sich von dem Scheibenhohlraum 12 aus radial nach außen erstrecken. Die Innenwand der Form 10 besteht in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform aus einem metallischen Einsatz 14 und aus einem Gießrichtungsgeber 15. Der Gießrichtungsgeber 15 bildet zusammen mit einem Teil der Außenwand 10a eine Gießschale 16, in die schmelzflüssiges Metall gegossen wird, das dann in die Formhohlräume 12 und 13 geleitet wird.

Der Hauptteil der Form 10 kann durch eines der weit verbreiteten Verfahren zum Herstellen von Präzisionsgießformen hergestellt werden. Beim Herstellen von großen Formen, beispielsweise des Typs, wie er bei der Erfindung benutzt wird, ist es zweckmäßig, die Form in .Segmenten herzustellen, die später vor dem Gießen zusammengefügt werden. Das Herstellen von in Segmente geteilten Formen ist beispielsweise in den üS-PSen 4 066 166 und 4 224 976 beschrieben. Dieses Verfahren erleichtert das Reinigen der Formhohlräuirie nach dem Ausschmelzen des Wachses und vor dem Zusammenfügen der Segmente zu einer Form. Der Gießrichtungsgeber 15 kann durch ähnliche Präzisionsgießformherstellverfahren hergestellt werden. Der metallische Einsatz 14, der zweckmäßig die Form einer Metallbüchse hat, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, kann durch Gießen, Schmieden, spanabhebendes Bearbeiten, usw. hergestellt werden. Im zusammengebauten Zustand bilden die äußere Wand 10a, der Einsatz 14 und der Gießrichtungsgeber 15 die Wände der Form 10.

Die Vorrichtung nach der Erfindung weist in einer Ausgestaltung zur Verwendung bei einer Schalenform gemäß Fig. 1 mit einer Aussparung 11 eine aufweitbare und zusammenziehbare, in Segmente geteilte Abschreckvorrichtung auf, die insgesamt mit der Bezugszahl 17 bezeichnet ist. Gemäß den Fig. 1 und 2 hat die Abschreckvorrichtung 17 einen in Segmente geteilten Kühlmantel 18, beispielsweise aus Kupfer,

Keilsegmente 22 und ein konisches Druckstück 24. Die Kühlmantelsegmente enthalten Kühlmittelkanäle 19, durch die ein Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser, fließen kann, das über eine Leitung 20 aus einer nicht dargestellten Quelle zugeführt wird. Andere Kühlmittel als Wasser, wie beispielsweise gekühltes Frostschutzmittel, können zum Steuern oder Beeinflussen des erzeugten Abschreckgrades benutzt werden. Diese Kühlmittel könnten die Kühlwirkung von Kupfer oder anderen metallischen Werkstoffen verbessern. Gemäß Fig. 2 hat der. in vier Segmente 18a, 18b, 18c und 18d geteilte Kühlmantel 18 eine zylindrische, einstellbare Form. Zweckmäßig wird zwar Kupfer für ein solches Kühlteil benutzt, andere bekannte Werkstoffe, die eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit haben, können jedoch zum Ableiten von Wärme aus dem in die Form gegossenen schmelzflüssigen Metall benutzt werden, wobei die Wärme beispielsweise über den metallischen Einsatz 14 übertragen wird.

Der Kühlmantel 18 bildet ein äußeres Element der einstellbaren Abschreckvorrichtung 17, die in die vier Teile 18a, 18b, 18c und 18d unterteilt ist, welche diskrete, bewegliche Segmente bilden. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform können sie zu dem metallischen Einsatz 14 hin- und von diesem wegbewegt werden. Diese Bewegung, die hier zum Steuern der Innigkeit des Kontakts mit dem Einsatz dient, kompensiert die Expansion und die Kontraktion. Kühlmittel wird durch einige und vorzugsweise durch samt-· liehe Segmente hindurchgeleitet, und zwar beispielsweise so, wie es in Fig. 1 in Verbindung mit den Segmenten 18b und 18d gezeigt ist. Der Kühlmitteldurchfluß und damit die Kühlleistung können reguliert werden, damit die gewünschte Korngröße hergestellt wird. Wenn das Kühlmittel den Segmenten einzeln zugeführt wird, so wird jedes Segment Einlaß- und Auslaßleitungen haben. Der äußere Teil jedc-s Segments ist, wenn dieses im aufgeweiteten Zustand

- /73.

ist, in direkter Berührung mit der Innenoberfläche 21 des Einsatzes 14.

Die aufweitbare und zusammenziehbare, in Segmente geteilte Abschreckvorrichtung 17 hat in der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform einen in Segmente geteilten Ring 22, der mit den Segmenten des Kühlmantels 18 zusammenwirkt, um den Kühlmantel durch Aufweiten und Zusammenziehen in bzw. außer Berührung mit dem Einsatz 14 zu bringen. Jedes Segment 22a, 22b, 22c und 22d des Ringes 22 hat eine innere Schrägfläche 23. Es ist zwar zweckmässig, die Segmente des Kühlmantels 18 und die Segmente des Ringes 22 getrennt herzustellen, diese beiden Elemente könnten jedoch in einem einzelnen Kühlmantelsegment enthalten sein, das eine Schrägfläche aufweist.

Zwischen den Schrägflächen 23 an den Ringsegmenten ist ein kegelstumpfförmiges Druckstück 24 axial beweglich innerhalb der in Segmente geteilten Abschreckvorrichtung 17 angeordnet, das mit den Schrägflächen 23 zusammenwirkt. Auf diese Weise wird Druck auf- oder abgebaut, um das Aufweiten oder Zusammenziehen der Segmente der Abschreckvorrichtung 17 zu ermöglichen.

In der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform ist das Druckstück 24 an dem oberen Ende einer Stange 25 befestigt, deren unteres Ende mit einer Vorspannvorrichtung in Form einer warmfesten Schraubenfeder 26 versehen ist. Gemäß Fig. 1 erstreckt sich das untere Ende der Stange 25 durch ein Loch in einem Tragrahmen 27, auf dem die Form 10 und die einstellbare Abschreckvorrichtung 17 ruhen. Die Erfindung wird hier zwar in Verbindung mit einer besonderen Ausführungsform beschrieben, bei der es zu einer Relativbewegung von Schrägflächen zurr. Aufweiten und Zusammenziehen kommt, es ist jedoch klar, daß die Bewegung der Segmente auf die beschriebene Weise aufeinanderzu und voneinander weg auch auf andere Weise erreicht wer-

den könnte.

Gemäß Fig. 1 trägt das untere Ende der Stange 25 die Schraubenfeder 26, deren oberes Ende den Tragrahmen 27 berührt und deren unteres Ende durch eine verstellbare Anordnung 28 aus einer Mutter und einer Unterlegscheibe befestigt ist. Die Anordnung 28 gestattet in Verbindung mit der Vorspannvorrichtung in Form der Schraubenfeder 26 die Bewegung des Druckstückes 24 vertikal aufwärts oder abwärts, um die Segmente der Abschreckvorrichtung 17 auf oben beschriebene Weise aufzuweiten oder zusammenzuziehen. Beispielsweise wird durch Drehen der Anordnung 28 aus der Mutter und der Unterlegscheibe im Uhrzeigersinn die Feder 26 zusammengedrückt und das Druckstück 24 nach unten bewe'gt. Die Abwärtsbewegung des Druckstückes 24 auf der Stange 25 bewirkt, daß das Druckstück 24 mit den Schrägflächen 23 an dem Ring 22 zusammen wirkt und sich längs der Schrägflächen bewegt, um eine nach außen gerichtete Aufweitungskraft auf den Kühlmantel .18 auszuüben. Die sich ergebende Aufweitung des Kühlmantels 18 bewirkt, daß der Kühlmantel 18 gegen die Einsatzinnenfläche 21 gepreßt wird, um das Kühlen des Einsatzes und des an dem Einsatz in die Form gegossenen Metalls zu erleichtern.

Wenn die einstellbare Anordnung 28 aus der Mutter und der Unterlegscheibe im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wird die Spannung in der Feder 26 abgebaut, was dem Druckstück 24 ermöglicht, sich längs der Schrägflächen 23 nach oben zu bewegen. Auf diese Weise wird der auf die Segmente des Ringes 22 und des Kühlmantels 18 ausgeübte Druck abgebaut, was den Segmenten ermöglicht, sich zusammenzuziehen, d.h. sich in der Aussparung 11 radial nach innen zu bewegen. Dieser Druckabbau ermöglicht das Abnehmen der Form 10 und des darin enthaltenen Gußstückes von der in Segme/ito geteilten Abschreckvorrichtung 17.

Wenn Schwierigkeiten beim Entfernen des Einsatzes 14 aus dem innerhalb der Form erstarrten Gußstück auftreten, so kann der Einsatz zusammen mit dem Gußstück entfernt und anschließend durch ein Metallabtragungsverfahren, beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung, Schleifen, usw., beseitigt werden. Das Entfernen des Einsatzes kann auf andere Weise erleichtert werden, indem die Einsatzaußenfläche 29 so behandelt wird, daß das Verbinden des Einsatzes mit dem Gußstück verhindert und das Trennen des Einsatzes von dem innerhalb der Form erstarrten Gußstück gefördert wird. Beispiele für eine solche Oberflächenbehandlung sind das überziehen mit einem Keramikspray, einer -aufschlämmung oder einer -aufschwemmung, beispielsweise aus Zirkoniumdioxid oder Aluminiumoxid, und das Herstellen eines metallischen Überzugs, beispielsweise eines Aluminium enthaltenden Überzugs, das oxidiert werden kann, um an der Oberfläche Aluminiumoxid herzustellen. Die Erfindung kann, wie oben erwähnt, ausgeführt werden, indem der Kühlmantel 18 als Grenzfläche mit dem in die Form gegossenen Metall verwendet wird, d.h. ohne die Verwendung eines Einsatzes 14. In diesem Fall würde eine Oberflächenbehandlung des beschriebenen Typs das Trennen und Entfernen des Kühlmantels 18 von dem erstarrten Gußstück nach dem Abbau des radial nach außen durch das Druckstück 24 auf die an dessen Utnfang angeordneten Segmente ausgeübten Druckes erleichtern.

Wenn ein integraler, nichtentfernbarer Einsatz vorgesehen werden soll, so kann die Oberfläche dieses Einsatzes mit Hilfe eines galvanischen Überzugs, beispielsweise Vernickeln, und/oder durch mechanische Maßnahmen, wie beispielsweise Rändeln, behandelt werden, um das Verbinden mit dem Gußstück zu fördern.

Der Vorrichtung nach der Erfindung ist eine herkömmliche Metallgießausrüstung zugeordnet. Beispielsweise ist um die Schalenform 10, die im allgemeinen in einem gesonder-

ten Ofen vorgeheizt wird, eine Vorrichtung zum Erhitzen der Form auf die gewünschte Temperatur zum Gießen vorgesehen. Wenn der Gegenstand ein Vakuumgußstück aus einer warmfesten Superlegierung, wie beispielsweise einer Eisen-, Kobalt- oder Nickelsuperlegierung, sein soll, wird die Form in einem Vakuumofen bei einem Vakuum von wenigstens 50 μπι auf eine Temperatur in dem Bereich von etwa 982-1093 ⁰C (1800-2000 ⁰F) vor dem Eingießen des Metalls in die Form vorgeheizt. Wenn die gewünschte Temperatur erreicht worden ist, wird das schmelzflüssige Metall, das auf die richtige Temperatur zum Gießen erhitzt worden ist, in die Formgießschale 16 gegossen, um die Form 10 zu füllen.

Das Verfahren nach der Erfindung zum Herstellen eines Metallgußstückes, welches eine Aussparung aufweist, die insgesamt mit 11 bezeichnet ist und bei der es sich um eine mittig angeordnete Bohrung in einem Scheibenteil handelt, beinhaltet, eine Form 10 bereitzustellen, die eine Gießkammer enthält, deren Gestalt dem herzustellenden Gußstück entspricht. Große Gießformen können in Segmenten hergestellt werden, wie es in den oben erwähnten Patentschriften beschrieben ist. Eine solche Form hat eine Aussenwand, wie die Außenwand 10a in Fig. 1, und besteht im allgemeinen aus einer Keramik. Den zentralen Teil der Form um die Aussparung umschließt eine innere Wand, die beispielsweise durch den Gießrichtungsgeber 15, welcher vorzugsweise aus einer Keramik besteht, und durch einen metallischen Teil gebildet wird, der um die Aussparung angeordnet ist. Der metallische Teil bildet zusammen mit dem Gießrichtungsgeber 15 und der Außenwand 10a eine im wesentlichen durchgehende Fläche, die die Begrenzung der Gießkammer bildet. Ein solcher metallischer Teil kann, wie oben erwähnt, ein metallischer Einsatz sein, wie der Einsatz 14 in Fig. 1, oder es kann sich um einen aufgeweiteten Kühlmantel handeln, wie den Kühlmantel 18 in Fig. 1.

Gemäß der Erfindung wird in der oben beschriebenen Vor- ■

richtung eine einstellbare, in Segmente geteilte Abschreckvorrichtung 17 innerhalb der Aussparung 11 angeordnet und aufgeweitet, um eine Vorrichtung zum Kühlen oder Abschrecken der Umfangswände der Aussparung 11 zu bilden. Wenn sich der Abschreck- oder Kühlmantel in seiner Betriebsstellung befindet und einen Wärmeableiter in der Form bildet, wird schmelzflüssiges Metall über die Gießschale 16 in die Gießkammer gegossen, um die Gießkammer, die in Fig. 1 mit den Bezugszahlen 12 und 13 bezeichnet ist, bis 2U einem Punkt zu füllen, an dem überschüssiges Metall für das Gußstück vorhanden ist. Typisch wird bei der zum Gießen einer beschaufelten Turbinenscheibe dienenden Gießform, die in Fig. 1 gezeigt ist, das Metall ungefähr bis zu der gestrichelten Linie 30 eingegossen. Weil die Wärme schnell von dem schmelzflüssigen Metall an der öffnung oder in dem Bereich zwischen dem Gießrichtungsgeber 15 und der Außenwand 10a weggeleitet wird, die entweder durch den Einsatz 14 oder den in Segmente geteilten Kühlmantel 18 verschlossen ist, beginnen die Keimbildung und das Kornwachstum von dieser Fläche aus. Bekanntlich kann das Kornwachstum so gesteuert werden, daß sich verschiedene Korngefüge erzielen lassen. Wenn beispielsweise die metallische Oberfläche, welche dem schmelzflüssigen Metall zugewandt ist, mit einer Keimbildungsvorrichtung, wie beispielsweise Kobaltoxid, behandelt ist oder gezackt ist, um die Keimbildung zu fördern, so wird die Bildung eines feinen, gleichachsigen Korngefüges in dem erstarrenden Gußstück eingeleitet. Ebenso können langsameres Abkühlen und wenig oder keine Keimbildung zu einem größeren, mehr stengeiförmigen, von dem umfang der Aussparung ausgehenden Korngefüge führen. Die Erfindung schafft eine zusätzliche Maßnahme (Kühlung) zum Steuern des Korngefüges in einem sehr kritischen Bereich eines Gußstückes.

Bei der Ausführung der Erfindung ist es vorzuziehen, einen metallischen Einsatz 14 zu benutzen, um die Wände der Gieß-

kammer zwischen dem Gießrichtungsgeber 15 und der Außenwand 10a zu schließen. Ein solcher Einsatz kann ein Einwegeinsatz sein, der später aus dem Gußstück entfernt wird. In einem solchen Fall sind dessen Korngefüge und mechanische Eigenschaften nicht kritisch. Es kann jedoch ein Einsatz benutzt werden, um besondere Eigenschaften am Umfang einer Aussparung zu schaffen, der mit dem Gußstück verbunden bleibt und zu einem integralen Bestandteil des Gußstückes wird. In einem solchen Fall können, wenn hohe Qualität und präzise Abmessungen verlangt werden, die Gestalt und das Korngefüge des Einsatzes so gewählt werden, daß sich die gewünschten mechanischen Eigen schaften ergeben. Beispielsweise kann ein solcher Einsatz ein feinkörniges Schmiedestück aus einem kompatiblen Material sein, das verbesserte mechanische Festigkeitseigen schaften bei mittlerer Temperatur in der Bohrung einer beschaufelten Turbinenscheibe hat, wenn solche mechanischen Eigenschaften im Betrieb eines solchen Gegenstands verlangt werden. Wenn der Einsatz in dem Gußstück verbleibt, wachsen die Körner von dem Einsatz aus in die Gießkarnmer hinein in Abhängigkeit von der Oberfläche, bei spielsweise der Oberfläche 29, die dem Gußstück zugewandt ist. Wenn ein feinkörniges Gefüge erwünscht ist, kann die Oberfläche des Einsatzes, der in dem Gußstück verbleibt, gezackt sein, um die Keimbildung und die Verbindung zu fördern. Die Verbindung zwischen dem Einsatz 14 und dem erstarrenden schmelzflüssigen Metall kann gefördert werden, indem die Oberfläche 29 des Einsatzes, die mit dem erstarrenden schmelzflüssigen Metall in Berührung sein wird, mit einer Legierung oder einem Metall, beispielsweise Nickel, überzogen wird, das die Oxidation dieser Büchse während des Erhitzens der Form ebenfalls reduziert. Bei Bedarf kann ein Flansch an dem integralen Einsatz 14 aus Festigkeits- und Vereinfachungsgründen vorgesehen sein.

Nach der Erstarrung des Gußstückes in der Form 10 wird

die einstellbare, in Segmente geteilte Abschreckvorrichtung 17 entfernt, wie oben beschrieben, und das Metallgußstück wird auf bekannte Weise weiter bearbeitet. Im allgemeinen wird nach geeigneter Abkühlung die Form von dem Gußstück weggebrochen, und dem Gußstück wird durch
spanabhebende Bearbeitung eine gewünschte Konfiguration gegeben.

Ja.

Lee rs ei te

Claims (14)

1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A. Ansprüche :

1. Vorrichtung zum Herstellen eines Metallgußstückes, das eine Aussparung (11) aufweist, mittels einer Schalenform (10), die Wände (10a, 14, 15) hat, welche eine innere Gießkamiaer (12, 13) begrenzen, die die Gestalt des herzustellenden Gußstückes hat, und eine Durchgangsöffnung in einer Wand an der Aussparung (11) zwischen der Aussparung und der Gießkanuner aufweisen, gekennzeichnet durch: eine aufweitbare und zusammenziehbare, in Segmente geteilte Abschreckvorrichtung (17) mit einem Abschreckaußenteil (18), der in der öffnung in der Formwand angeordnet wird, um an der Aussparung (11) das Abkühlen von in die Form (10) eingegossenem schmelzflüssigen Metall zu steuern; und

eine Vorrichtung (24, 25, 28) zum wahlweisen Aufweiten und Zusammenziehen der in Segmente geteilten Abschreckvorrichtung (17) zur Steuerung der Lage des Abschreckaußenteils (18) in bezug auf die Öffnung in der Foriawand.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein metallischer Einsatz (14) in der Öffnung in der Formwand angeordnet ist und diese verschließt, wobei der Einsatz zwischen der Öffnung und der Abschreckvorrichtung (17) angeordnet ist und eine Außenfläche (29), die wenigstens einen Teil des inneren Hohlraums der Form (10) begrenzt, und eine Innenfläche (21) hat, die das Innere des Einsatzes begrenzt, in dem die Abschreckvorrichtung angeordnet ist, und

daß der Abschreckvorrichtungsaußenteil (18) neben der Einsatzinnenfläche (21) und in Berührung mit dieser bei Aufweitung der Abschreckvorrichtung (17) angeordnet ist, um das Abkühlen des Einsatzes und des in die Form (10) gegossenen schmelzflüssigen Metalles zu steuern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (24, 25, 28) zum wan!weisen Aufweiten und Zusammenziehen der in Segmente geteilten Abschreckvorrichtung (17) aufweist: :

einen aufweitbaren und zusammenziehbaren Ring (18), der aus mehreren zusammenwirkenden Segmenten (18a, 18b, 18c, 18d) besteht, die innere Schrägflächen (23) haben; ein kegelstumpfförmiges Druckstück (24), das innerhalb des Ringes (18) angeordnet ist;

eine Stange (25), die an dem kegelstumpfförmigen Druckstück befestigt ist; und

eine Vorspannvorrichtung (26., 28) , die an der Stange angreift.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannvorrichtung (26, 28) enthält:

eine verstellbare Mutter auf der Stange (25); eine Schraubenfeder (26) um die Stange, deren oberes Ende mit einem Tragrahmen (27) zusammenwirkt, welcher die Form (10) trägt, und deren unteres Ende die verstellbare Mutter

berührt.

5. Vorrichtung zum Herstellen eines Metallgußstückes, das eine Aussparung (11) hat, gekennzeichnet durch:

eine Schalenform (10) mit einer inneren Gießkammer (12, 13), die die Gestalt des herzustellenden Gußstückes hat, wobei die Form eine Außen- und eine Innenwand (10a, 14, 15) aufweist, die jeweils eine Innenfläche haben, welche gemeinsam die Gießkammer begrenzen;

wobei die Innenfläche der Innenwand wenigstens die Gestalt der Aussparung (11) in dem Gußstück hat, wobei die Innenwand einen metallischen Einsatz (14) hat, der wenigstens an der Aussparung angeordnet ist, und wobei der metallische Einsatz eine Einsatzaußenfläche (29) hat, die wenigstens ein Teil der Innenfläche der Innenwand ist, und eine Einsatzinnenfläche (21), die das Innere des Einsatzes begrenzt; eine aufweitbare und zusammenziehbare, in Segmente geteilte Abschreckvorrichtung (17) , die einen Außenteil (18) hat, der im Inneren des Einsatzes an der Einsatzinnenfläche (21) und bei Aufweitung der Abschreckvorrichtung in Berührung mit derselben angeordnet ist, um den Einsatz (14) und das in die Form (10) gegossene schmelzflüssige Metall zu kühlen; und

eine Vorrichtung (24, 26, 28) zum wahlweisen Aufweiten und Zusammenziehen der in Segmente geteilten Abschreckvorrichtung (17) zur Steuerung der Lage des Außenteils (18) der Abschreckvorrichtung in bezug auf die Einsatzinnenfläche (21).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenform (10) eine Verbundform ist, die eine keramische Außenwand (10a) und eine Verbundinnenwand {14, 15) aufweist,

wobei die Verbundinnenwand den metallischen Einsatz (14), der an der Aussparung (11) angeordnet ist, und einen kera-

mischen Innenwandteil (15) aufweist, der auf dem metallischen Einsatz angeordnet ist.

7. Verfahren zum Herstellen eines Metallgußstückes, das eine Aussparung aufweist, unter Steuerung des Korngefüges an der Aussparung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Bereitstellen einer Schalenform, die Wände hat, welche eine innere Gießkammer begrenzen, die die Gestalt des herzustellenden Gußstückes aufweist, und eine Öffnung in einer Wand an der Aussparung zwischen der Aussparung und der Gießkammer;

Anordnen einer entfernbaren Abschreckvorrichtung in der Öffnung;

Einbringen von schmelzflüssigem Metall in die Form; und Abführen von Wärme aus dem schmelzflüssigem Metall in der Form über die Abschreckvorrichtung zum Steuern des Metal1-korngefüges, das von der Aussparung ausgeht, während des Erstarrens des Gußstückes.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein metallischer Einsatz,, der eine Außenfläche hat, die wenigstens einen Teil der Gießkammer begrenzt, in der Öffnung zwischen der Gießkammer und der entfernbaren Abschreckvorrichtung angeordnet wird, um die Öffnung zu schließen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des metallischen Einsatzes behandelt wird, um das Verbinden des Einsatzes mit dem in der Form erstarrten Metall zu fördern.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des metallischen Einsatzes mit einem

Material überzogen wird, welches das Trennen des Einsatzes von dem in der Form erstarrten Metall erleichtert.

11. Scheibe, die aus einer warmfesten Eisen-, Kobaltoder Nickelsuperlegierung gegossen ist und eine mittig angeordnete Aussparung, einen Teil um die Aussparung, einen äußeren Umfangsteil und einen Zwischenteil zwischen dem äußeren Umfangsteil und dem Teil um die Aussparung aufweist,

gekennzeichnet durch ein gleichachsiges Korngefüge in dem Teil um die Aussparung (T!) und durch ein insgesamt stengeiförmiges Korngefüge in dem äußeren Umfangsteil.

12. Scheibe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil um die Aussparung (11) einen feinkörnigen Einsatz (14) um die Aussparung aufweist, der mit der Scheibe verbunden ist.

13. Scheibe nach Anspruch 11 oder 12 in Form einer Turbinenscheibe mit angegossenen Schaufeln, die sich an dem äußeren Umfangsteil nach außen erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln ein stengeiförmiges Korngefüge haben.

14. Scheibe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich das stengeiförmige Korngefüge von dem äußeren Umfangsteil in den Zwischenteil erstreckt.