DE60017523T2

DE60017523T2 - Bestimmung des Kornabstands bei gerichtet erstarrten Gussstücken

Info

Publication number: DE60017523T2
Application number: DE60017523T
Authority: DE
Inventors: JR Michael Francis Xavier Scotia Gigliotti; Roger John Fultonville Petterson; Shyh-Chin Latham Huang; Lee Cranford Schenectady Perocchi
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2020-10-21
Also published as: EP1093872B1; DE60017523D1; KR20010040128A; EP1093872A1; KR100718405B1; JP2001246457A; US6343641B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Kornabstands eines säulenförmigen Superlegierungsgussstücks.
Eine Superlegierung enthält Nickel, Kobalt, Nickel-Eisen oder auf Eisen basierende hitzebeständige Legierungen, die hervorragende Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen aufweisen. Die Superlegierung kann zum Erhalt von Oberflächenstabilität Chrom enthalten und geringer Anteile an beispielsweise Molybdän, Wolfram, Niobium, Titan und/oder Aluminium enthalten, um die Festigkeit zu steigern. Die physikalischen Eigenschaften einer Superlegierung machen diese besonders geeignet für die Herstellung von Gasturbinenkomponenten.
Ein Korn ist ein einzelner Kristall in einem polykristallinen Festkörper. Eine Korngrenze ist eine Grenzfläche zwischen einzelnen Kristallen. Die Kristallkorneigenschaften einer Superlegierung können maßgebend für die Eigenschaften der Superlegierung sein. Beispielsweise hängt die Festigkeit einer Superlegierung zum Teil von dem Kornabstand ab. Bei niedrigen Temperaturen wirken Korngrenzen einer Versetzungsbewegung entgegen. Folglich werden für Niedertemperaturanwendungen feinkörnige Strukturen mit übereinstimmenden Achsen bevorzugt. Bei hohen Temperaturen werden Verformungsprozesse durch Diffusion bestimmt. Die Diffusion ist entlang von Korngrenzen erheblich größer als innerhalb der Körner. Folglich können Strukturen mit grobkörnigem Abstand im Falle von Hochtemperaturanwendungen größere Festigkeit aufweisen als feine Kornstrukturen. Im Allgemeinen nimmt ein Fehler seinen Ursprung an Korngrenzen, die senkrecht zu der Richtung einer induzierten Spannung ausgerichtet sind. Die Anzahl von zu der Hauptspannungsachse senkrecht verlaufenden Korngrenzen lässt sich auf ein Minimum reduzieren, indem einer Superlegierung geeignet gegossen wird, um eine längliche säulenförmige Struktur mit unidirektionalen Kristallen hervorzubringen, die gegenüber der Längsachse des Gussstücks im Wesentlichen parallel ausgerichtet sind.
Direktionale Erstarrung bezeichnet ein Verfahren, das verwendet wird, um Turbinenschaufeln und dergleichen mit säulenförmigen kristallinen Strukturen zu erzeugen. Im Allgemeinen wird eine kristalline Wachstumsstruktur an der Basis einer vertikal angeordneten Form erzeugt, die eine Komponente definiert, und eine Erstarrungsfront wird unter dem Einfluss eines bewegten Temperaturgradienten durch die Struktur hindurch bewegt. Bei einer direktionalen Erstarrung sind Kristalle aus Nickel, Kobalt oder aus auf Eisen basierenden Superlegierungen durch eine "dendritische" Morphologie gekennzeichnet. Der Begriff dendritisch kennzeichnet eine Art des Kristallwachstums, bei dem sich die Bildung von Feststoff in Form einer Gruppe fein verzweigter Nadeln in eine noch geschmolzene Flüssigkeit hinein erstreckt. Der Abstand zwischen den Nadeln in der Erstarrungsrichtung wird als "primärer Dendritarmabstand" bezeichnet. Der Abstand von Seitenzweigen oder -armen entlang der Länge einer Nadel wird als "sekundärer Dendritarmabstand" bezeichnet. Sowohl der primäre als auch der sekundäre Dendritarmabstand sind Funktionen der Abkühlrate. Die Abkühlrate ist das Produkt der Erstarrungsrate und des Temperaturgradienten an einer Fest-Flüssig-Grenzfläche.
Die Kinetik der Erstarrungsrate variiert mit der kristallographischen Orientierung. Für eine vorgegebene treibende Kraft ist die Erstarrungsrate in auf Nickel basierenden Superlegierungen gewöhnlich in der Richtung des Zellenrands einer kristallographischen Einheit (i.e. die <100>-Richtung) am höchsten.
Eine gewünschte Makrostruktur einer direktional erstarrten Superlegierung enthält Körner, die in Richtung der Erstarrung länglich sind, so dass die Korngrenzen in der Erstarrungsrichtung fluchtend angeordnet sind. Um verbesserte mechanische Eigenschaften zu erzielen, ist es ferner gewünscht, dass die Zellenrandrichtung <100> einer kristallographischen Einheit der Körner parallel zu der Erstarrungsrichtung verläuft. Falls zwei Körner Seite an Seite in einen Temperaturgradienten hineinwachsen, wächst dasjenige Korn rascher, dessen Wachstumsachse einer <100>-Richtung am nächsten kommt. Das rascher wachsende Korn breitet sich außerdem seitlich aus. Die seitliche Ausbreitung eines Korns findet durch Wachstum sekundärer Arme statt. Falls zwei Körner in einer Flüssigkeit nebeneinander wachsen, und ein Korn das andere durch sekundären Armabstand führt, streckt das führende Korn einen sekundären Arm nach vorne aus, um zu das im Hintertreffen befindliche Korn abzuschnüren. Dieses Phänomen wird als "konkurrierendes Wachstum" bezeichnet. Bis durch konkurrierendes Wachstum eine Struktur erzielt ist, in der nur noch Körner vorhanden sind, die der <100>-Richtung nahe kommen, verlaufen die Korngrenzen nicht parallel und entlang der Achse des gegossenen Elements. Der Abschnitt eines Gussstücks, in dem die Körner miteinander konkurrieren, um ein paralleles Wachstum zu errichten, ist für eine Turbinenkomponente nicht verwendbar und muss verworfen werden.
Es besteht ein Bedarf nach einem direktionalen Erstarrungsverfahren, das in der Lage ist, säulenförmige Gussstücke zu erzeugen, die durch vorgegebene Kornabstände gekennzeichnet sind. Außerdem besteht ein Bedarf nach einem direktionalen Erstarrungsverfahren, das eine Steigerung des durch parallel zur Achse ausgerichtete Kristalle gekennzeichneten Anteils eines Gussstücks ermöglicht.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Kornabstands bei einem Gussstück und das Produkt des Verfahrens. In dem Verfahren wird ein Kornstarter, der in der Lage ist, eine Vielzahl von Körnern zu einer Keimbildung anzuregen, in einer Form positioniert. Die Form wird mit geschmolzenem Metall gefüllt und eine Erstarrungs-Grenzfläche wird veranlasst von dem Kornstarter ausgehend durch das geschmolzene Metall zu wandern, indem die Form in ein Kühlbad eingetaucht wird, um ein Gussstück zu formen, das eine Vielzahl von Körnern aufweist, deren Keime durch den Kornstarter gebildet werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird ein Kornabstand für einen säulenförmigen Gegenstand bestimmt. Ein Kornstarter wird ausgewählt, der einen Kornabstand aufweist, der bestimmt ist, um den Kornabstand in dem Gegenstand hervorzubringen, wenn der Gegenstand in einem mittels Flüssigmetall gekühlten direktionalen Erstarrungsprozess gegossen wird. Der Kornstarter wird in einer Form positioniert, und die Form wird mit geschmolzenem Metall gefüllt. Um einen Gegenstand mit einem Kornabstand zu bilden, der durch den Kornstarterabstand bestimmt ist, wird eine Erstarrungs-Grenzfläche veranlasst, ausgehend von dem Kornstarter durch das geschmolzene Metall zu wandern, indem die Form in ein Flüssigmetall-Kühlbad eingetaucht wird.
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines Gussteils, das einen wesentlich größeren Abschnitt an Kornstruktur mit parallelen Achsen aufweist. Zu dem Verfahren gehören die Schritte: Herstellen eines auf einer feinkörnigen Superlegierung basierenden multikristallinen Kornstarters, der in der Lage ist, eine Vielzahl von Körnern in einem erstarrenden Gussstück zur Keimbildung anzuregen. Der Kornstarter wird innerhalb einer Form bereitgestellt, und die Form wird mit geschmolzenem Metall gefüllt. Eine Erstarrungs-Grenzfläche wird anschließend veranlasst, von dem Kornstarter ausgehend durch das erstarrende Gussstück zu wandern, indem die Form in ein Kühlbad eingetaucht wird, um ein Gussstück zu formen, das viele Körner aufweist, die durch den Kornstarter zur Keimbildung angeregt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Mikrostruktur mit einer heterogenen Kornkeimbildung;
2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein von einem feinkörnigen Kornstarter ausgehendes Mikrostrukturwachstum; und
3 zeigt in einer schematischen Querschnittsansicht einen Ofen zum Durchführen eines direktionalen Erstarrungsverfahrens.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung ist ein durch die Erfindung verwirklichter Kornstarter dadurch gekennzeichnet, dass er viele feine Körner aufweist. Der Kornstarter wird an der Basis eines direktional erstarrenden Gussstücks eingesetzt, um ein Entstehen von <100>-Körnern zu sichern. Der Kornstarter wirkt auf feine Körner sämtlicher Orientierungen keimbildend. An sämtlichen Orten sind einige Körner mit <100>-Orientierung vorhanden. Die <100>-Körner unterbinden aufgrund konkurrierenden Wachstums die übrigen Orientierungen.
1 veranschaulicht ein Gussstück, das durch ein Flüssigmetallkühlungsverfahren ohne Verwendung des Kornstarters der vorliegenden Erfindung erzeugt ist. In 1 wird das Superlegierungsgussstück hergestellt, indem Flüssigmetall in eine Form gegossen wird oder Metall in situ geschmolzen wird. Entlang des Gussstücks wird beispielsweise durch Absenken der Form aus einem Ofen heraus ein Temperaturbewegungsprofil erzeugt. Zu Beginn des Erstarrungsprozesses bilden einige feste Kristalle in dem kältesten Bereich der Form Keime aus dem Flüssigmetall. Diese Kristalle weisen gewöhnlich zufällige Orientierungen auf. Während die direktionale Erstarrung fortschreitet, schnüren die Körner die einer <100>-Orientierung am nächsten kommen, die übrigen Körner ab. Bei diesem konkurrierenden Wachstumsprozess können fehlausgerichtete Körner entstehen, die sich über eine beträchtliche Länge des Gussstücks hinweg fortsetzen. Die Qualität eines solchen Gussstücks ist möglicherweise als unzureichend und für einige Anwendungen als unbrauchbar einzuschätzen.
Anhand von 2 ist ein erfindungsgemäß verwirklichter Kornstarter veranschaulicht. Der Kornstarter weist feine, zufällig orientierte Körner auf. Zufällig orientierte Körner führen zu einem kristallinen Wachstum, das durch viele Körner gekennzeichnet ist. In sämtlichen Bereichen existieren einige Körner mit <100>-Orientierung. Diese <100>-Körner sind korrekt ausgerichtete Körner, die das Wachstum anderer Körner rasch unterbinden. Ein Kornabstand für den Kornstarter ist geringer als der Dendritarmabstand des Gussstücks. Dies erlaubt es Körnern mit <100>-Orientierung, erste Dendritseitenarme aufzubauen, die das Wachstum anderer Körner rasch abschnüren/unterbinden.
Der Kornstarter enthält ein Metallgießmittel, das in der Lage ist, feine Körner in einer Superlegierung zur Keimbildung anzuregen. Der Kornstarter weist eine multikristalline Struktur auf, die wenigstens eine Vielzahl von Körnern aufweist. Der Kornstarter kann durch einen Kornabstand kennzeichnet sein, der größer als mindestens etwa 10 PM ist. Der Kornabstand des Kornstarters kann so gewählt werden, dass er kleiner ist als der erwartete Dendritarmabstand der sich entwickelnden Kristalle. Während der Dendritarmabstand eine Funktion der Abkühlrate ist, beträgt der Dendritarmabstand gewöhnlich zwischen etwa 10 μm und etwa 500 μm, vorzugsweise zwischen etwa 100 μm bis etwa 500 μm. Der Kornabstand des Kornstarters kann kleiner als etwa 500 μm, bevorzugt kleiner als etwa 200 μm, beispielsweise kleiner als etwa 100 μm gewählt werden.
Die benötigten feinen Kornstarter können durch Verdichtung eines Metallpulvers, eines geschmiedeten Metalls und/oder einer Keramik hergestellt werden, die effiziente Keimbildungsmittel für feine Körner darstellen. In einem Verfahren wird der Kornstarter durch mechanisches Bearbeiten eines auf Superlegierungsmetall basierenden Blocks erzeugt, der eine gegossene grobe Korngröße aufweist. Das Superlegierungsmetall wird plastisch verformt, anschließend vergütet oder in sonstiger Weise wärmebehandelt, um die Metallstruktur mit einer feinen zufällig orientierten Kornstruktur zu rekristallisieren.
In einem anderen erfindungsgemäß verwirklichten Verfahren kann die Superlegierung mechanisch bearbeitet, spanabhe bend bearbeitet oder in sonstiger Weise bei niedriger Temperatur kompoundiert und anschließend wärmebehandelt werden, um das Metall mit Blick auf eine endgültige gewünschte Korngröße zu rekristallisieren.
In einem weiteren erfindungsgemäß verwirklichten Verfahren wird ein Superlegierungskornstarter unbestimmter Kornstruktur mechanisch verformt und anschließend in einer direktionalen Erstarrungsofenform angeordnet. Der Kornstarter wird in einem "wie bearbeiteten" Zustand verwendet.
Der Kornstarter kann Superlegierungen enthalten die auf Nickel, Chrom oder Eisen basieren. Beispiele solcher Kornstarter schließen Hastelloy X, René 80, IN 738, Ni-2-OCr-10Ti-Legierung, GTD-111, GTD-222, René 41, René 125, René 77, René 95, René 80, Inconel 706, Inconel 718, Inconel 625, auf Kobalt basierende HS 188, auf Kobalt basierende L605 und/oder rostfreie Stahllegierungen ein. Keramische Keimbildungsmittel für feine Körner in Superlegierungen enthalten, ohne darauf beschränken zu wollen, Kobaltoxid und Kobaltaluminat.
Der Einsatz eines Kornstarters ist für durch ein Flüssigmetallkühlungsverfahren hergestellte Gussstücke von Vorteil. In einem direktionalen Erstarrungsverfahren wird eine Form auf einer Kühlplatte angeordnet. Während Flüssigmetall in die Form gegossen wird, bilden Körner in einer kalten Region Keime. In dem Flüssigmetallkühlungsverfahren wird die Form zum Kühlen in eine Flüssigmetallschmelze abgesenkt. Zu Beginn der Erstarrung befindet sich die Form oberhalb des Kühlbads. Der Kornstarter kann verwendet werden, um eine ein wandfreie Kornkeimbildung sicherzustellen, während das Metall abkühlt.
3 veranschaulicht in einer schematischen Querschnittsansicht einen Ofen 10 für ein erfindungsgemäß verwirklichtes direktionales Erstarrungsverfahren. In 3 wird der direktionale Erstarrungsofen 10 beispielsweise mittels innerhalb eines isolierten Ofenabteils 14 angeordneter widerstandsbeheizter Graphitstreifen 12 erwärmt. Mittels einer Formpositionierungseinrichtung 19 wird eine keramische Schalenform 16 in dem Ofen 10 aufgehängt. Im Innern der Form 16 wird ein Kornstarter 20 angeordnet.
In dem Schmelztiegel 24 wird eine Superlegierung 22 geschmolzen und durch eine Mulde 26 in die Form 16 gegossen. Zufällig orientierte feste Körner der Superlegierung bilden anschließend auf dem Kornstarter 20 Keime. Die Form 16 wird dann mit einer vorgegebenen Absenkgeschwindigkeit in einen Behälter 30 in ein flüssiges kühlendes Metall 28 abgesenkt. Während durch das kühlende Metall 28 Wärme aus dem Flüssigmetall abgeführt wird, wandert eine Fest-Flüssig-Grenzschicht von dem kühlenden Metall 28 ausgehend in dem Flüssigmetall aufwärts. Nachdem die Form 16 aus dem Ofen 10 entnommen und in das kühlende Metall 28 eingetaucht ist, bildet sich ein Schmelzbarren.
Diese und andere Merkmale erschließen sich anhand der folgenden Beispiele. Die Beispiele sind keinesfalls als für die Erfindung beschränkend zu bewerten.
In den folgenden Beispielen wurden in einem Bridgman-Ofen unter Verwendung von auf Aluminium basierenden Gießformen zylindrische Gussstücke hergestellt. In jedem Beispiel beträgt die Gießtemperatur des Ofens ungefähr 1550°C und die Rückzugrate ungefähr 12 Zoll/Stunde, wobei sämtliche Maßangaben und Messwerte Näherungswerte sind. Als Kornstarter für GTD-111-Nickellegierungsgussstücke werden auf gesintertem Kobaltaluminat und auf warmgepresster Nickellegierung René 80 basierende Kornstarter verwendet. Die anfängliche Pulverkorngröße von René 80 beträgt weniger als 50 μm. In einem herkömmlichen Bridgman-Ofen wird das Gussstück von dem Ofen her abgesenkt und kühlt durch Strahlung ab. In den folgenden Beispielen wurde die Ofengießform mit einer Kühlplatte ausgestattet, um eine Kühlung durch ein Kühlbad, beispielsweise ein Flüssigmetallbad, zu simulieren. Die Zusammensetzung der Nickellegierung René 80 in Gewichtsprozent ist: Ni mit 9,5 % Co, 14 % Cr, 4,0 Mo, 4,0 % W, 3,0 % Al, 5,0 % Ti, 0,17 % C, 0,015 % B und 0,03 % Zr. Die Zusammensetzung der Nickellegierung GTD-111 in Gewichtsprozent ist: Ni, 9,5 % Co, 14 % Cr, 1,6 % Mo, 3,8 % W, 3,0 % Al, 4,9 % Ti, 2,8 % Ta, 0,10 % C, 0,12 % B und 0,04 % Zr.
BEISPIEL 1
Ein mit einem Durchmesser von 7/8 Zoll bemessenes Gussstück auf der Basis von GTD-111 wird in einer Aluminiumoxidform gezüchtet. Das Gussstück wird in Längsrichtung geschnitten und mit Säure geätzt, um die Kornstruktur des Gussstücks aufzudecken. Bis zu einer Höhe von 2 Zoll ab der Basis des Gussstücks gemessen wurden Korngrenzen beobachtet, deren Winkel gegenüber der Wachstumsrichtung größer als etwa 20° betrugen.
BEISPIEL 2
Ein Gussstück wird in einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass am Boden der Gussform ein auf heiß gepresstem René 80 Pulver basierender Kornstarter angeordnet wird. Die Korngröße des gepressten Rene 80 ist geringer als 500 μm. Das sich ergebende Gussstück zeigt einen Bereich sehr feiner Körner, weniger als 1/16 Zoll Durchmesser über eine Länge des Gussstücks von 1/2 Zoll. Oberhalb dieses Bereichs feiner Körner ist die Kornstruktur säulenförmig, mit Grenzschichten, die gegenüber der Wachstumsrichtung Winkel von unter 20° bilden. Die Struktur oberhalb des Bereichs feiner Körner ist verwendbar. Der Bereich an verwendbaren Gussstück stellt eine Steigerung der Ausbeute gegenüber der Ausbeute von Beispiel 1 dar.
BEISPIEL 3
Ein Gussstück wird in einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass ein Kornstarter auf der Basis von gesintertem Kobaltaluminat (CoAl₂O₄) am unteren Ende des Gussstücks angeordnet wird. Die Oberfläche dieses Kornstarters ist spanabhebend mit 1/8 Zoll tiefen Nuten ausgebildet, um die Berührungsfläche des Kornstarters mit der Superlegierung zu vergrößern. Ein Bereich von 1/2 Zoll an der Basis des Gussstücks zeigt gleichachsig ausgerichtete Körner. Oberhalb des Bereichs ist ab einer Höhe von weniger als 1/2 Zoll von dem unteren Ende des Gussstücks aus gemessen eine säulenförmige Struktur vorhanden. Das verwendbare Gussstück erstreckt sich jenseits der Länge von 1/2 Zoll. Der verwendbare Bereich des Gussstücks repräsentiert eine wesentliche Steigerung der Ausbeute gegenüber Beispiel 1.
Während Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung zugänglich für Veränderungen und Modifikationen, und es ist daher nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die genauen Einzelheiten der Beispiele zu beschränken. Die Erfindung schließt Veränderungen und Abwandlungen ein, die in den Schutzumfang der folgenden Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren zum Steuern der Querkorngröße von einem Gussstück, wobei das Verfahren enthält: Positionieren eines Kornstarters, der zur Keimbildung einer Vielzahl von Körnern in einem erstarrenden Gussstück in der Lage ist, in einer Form, wobei der Kornstarter eine Querkorngröße von weniger als einem gewünschten Dendritarmabstand von dem erstarrenden Gussstück aufweist, Füllen der Form mit geschmolzenem Metall und Leiten einer Erstarrungs-Grenzfläche von dem Kornstarter durch das erstarrende Gussstück, indem die Form in ein Kühlbad eingetaucht wird, um ein Gussstück zu formen, das viele Körner aufweist, die durch den Kornstarter Keime gebildet haben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kornstarter einen Kornabstand kleiner als etwa 500 μm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kühlbad ein Flüssigmetall-Kühlbad aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kornstarter ein Metallgießmittel aufweist, das zur Keimbildung feiner Körner in einer Superlegierung in der Lage ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kornstarter verdichtendes Metallpulver aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kornstarter wenigstens eines von einem mechanisch bearbeiteten und wärmebehandelten geschmiedeten Metalls oder einer Keramik ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kornstarter eine auf Nickel-, Chrom-, Eisen basierende Superlegierung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gussstück eine Superlegierung aufweist und der Kornstarter Kobaltoxid oder Kobaltaluminat aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kornstarter GTD-111 oder René 80 aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gussstück eine Superlegierung aufweist und der Kornstarter die gleiche Superlegierung wie das Gussstück aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gussstück eine Gastur binenschaufel aufweist.
Gegossener Säulengegenstand enthaltend einen Bereich von Körnern kleiner als 1/16 Zoll im Durchmesser, der sich weniger als 2 Zoll über einer Basis von dem Gegenstand erstreckt.
Gegenstand nach Anspruch 12, wobei sich der Bereich von Körnern kleiner als 1/16 Zoll im Durchmesser sich über eine Länge von weniger als 1/2 Zoll über der Basis von dem Gegenstand erstreckt.
Gegenstand nach Anspruch 12, ferner enthaltend eine säulenförmige Kornstruktur mit Grenzen kleiner als 20° zur Wachstumsrichtung, die sich über dem Bereich von Körnern kleiner als 1/16 Zoll im Durchmesser erstreckt.
Flüssigmetallkühlung verwendendes direktionales Erstarrungsverfahren zum Formen eines Gegenstandes mit einem Abstand des säulenförmigen Korns, wobei das Verfahren enthält: Ermitteln einer Querkorngröße für einen säulenförmigen Gegenstand, Wählen eines Kornstarters, der eine Querkorngröße aufweist, die A) kleiner als ein gewünschter Dendritarmabstand (oder Dendri tenarmabstand) von dem erstarrenden Gussstück ist und B) ausreichend ist zum Liefern der Querkorngröße in dem Gegenstand, wenn der Gegenstand durch das gekühlte direktionale Flüssigmetall-Erstarrungsverfahren gegossen wird, Anordnen eines Kornstarters in einer Form, Füllen der Form mit geschmolzenem Metall und Leiten einer Erstarrungs-Grenzfläche von dem Kornstarter durch das geschmolzene Metall, indem die Form in das Flüssigmetall-Kühlbad eingetaucht wird, um einen Gegenstand zu formen, der eine säulenförmige Kornstruktur hat, die durch die Querkorngröße des Kornstarters bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Verfahren die zusätzlichen Schritte enthält: Bereitstellen der Form, die mit geschmolzenem Metall und einem Kornstarter gefüllt ist, Bewegen der Erstarrungs-Grenzfläche entlang einer Achse der Form, um einen Gegenstand mit säulenförmiger Kornstruktur mit <100> Körnern im wesentlichen entlang der Länge des einzelnen orientierten Gegenstandes mit säulenförmiger Kornstruktur zu liefern.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Verfahren ferner den Schritt enthält, dass ein vielkristalliner Kornstarter einer feinkörnigen Superlegierung hergestellt wird, die zur Keimbildung einer Vielzahl von Körnern in einem erstarrenden Gussstück geeignet ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Herstellens des Starters enthält: Verdichten eines Metallpulvers, um eine Struktur mit einer groben Korngröße zu formen, Wärmebehandeln der Struktur, um die Korngröße innerhalb der zufällig orientierten vielen Körner zu verfeinern, und Bereitstellen der Struktur als der Kornstarter.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Herstellens des Starters enthält: wenigstens eines von mechanischem Bearbeiten, maschinellem Bearbeiten und Compoundieren von einem von einem Metall und einer Keramik, um eine Struktur zu bilden, die deformierte Körner hat, und Erwärmen der Struktur auf eine ausreichende Temperatur, um die Struktur auf zufällig orientierte viele Körner zu rekristallisieren.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Herstellens des Starters wenigstens eines von mechanischem Bearbeiten, maschinellem Bearbeiten oder Compoundieren von einem von einem Metall oder einer Keramik enthält, um eine Struktur zu bilden, die deformierte Körner hat.