DE69825877T2

DE69825877T2 - Verfahren zur darstellung von einschlüssen im feinguss

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Publication number: DE69825877T2
Application number: DE69825877T
Authority: DE
Inventors: E. Mark SPRINGGATE; Howard David STURGIS; R. James BARRETT; Mehrdad Yasrebi; G. Douglas NIKOLAS
Original assignee: PCC Structurals Inc
Current assignee: PCC Structurals Inc
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2018-12-16
Also published as: CN1329142C; US6102099A; ATE274386T1; WO1999030854A1; CN1248186A; AU1918599A; EP0971803A4; JP2001512372A; EP0971803B1; DE69825877D1; EP0971803A1; HK1025067A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen von Investmentgußformen, umfassend Darstellungsagentien in wenigstens der Auskleidungsbeschichtung der Gießform, und Verfahren zum Abbilden von Einschlüssen in Metall- oder Metalllegierungsgegenständen, die unter Verwendung solcher Gießformen hergestellt werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Investmentguß ist ein Verfahren zum Bilden von Metall- oder Metalllegierungsgegenständen (ebenfalls als Gußteile gezeichnet) durch Verfestigen von geschmolzenem Metall oder Legierungen in Gießformen mit einer inneren Aushöhlung in der Form solcher Gegenstände. Die Gießformen werden durch serielles Auftragen von Schichten von die Gießform bildenden Materialien auf Wachsmuster, die in der Form des gewünschten Gegenstands gebildet sind, gebildet. Die erste Schicht, die auf das Muster aufgetragen wird, bezeichnet als die Auskleidungsbeschichtung, berührt das Metall oder die Metalllegierung, die während des Gußverfahrens in Form gegossen wird. Materialien, die verwendet werden, um die Auskleidungsbeschichtung und vielleicht andere „Aufbau"-Schichten der Gießform zu bilden, können von der Gießform abflocken und in dem geschmolzenen Metall oder der Legierung während des Gußverfahrens eingebettet werden. Als ein Ergebnis schließt der Metall- oder Legierungsgegenstand ein Material oder Materialien ein, die nicht beabsichtigt sind, um Teil des Gegenstands zu sein, wie Material oder Materialien, die als „Einschlüsse" bezeichnet werden.
Viele Industrien, insbesondere die Luftfahrtindustrie, hat stringente Spezifikationen bezüglich des annehmbaren Gehalts und/oder der Größe der Einschlüsse. Die Stelle der Einschlüsse in den Gußteilen kann schwierig, und in einigen Fällen vor der vorliegenden Erfindung, unmöglich zu detektieren sein. Einige Einschlüsse können, wenn sie detektiert werden, aus dem Metallgegenstand entfernt und der Gegenstand repariert werden, ohne einen Kompromiß bezüglich seiner strukturellen Integrität zu schließen.
Titan ist von der Investmentgußindustrie hauptsächlich zum Gießen von Gegenständen mit verhältnismäßig kleinen Querschnitten verwendet worden. Jedoch wird Investmentguß nun zur Herstellung von strukturellen Komponenten in Flugzeugen mit beträchtlich größeren Querschnitten als für Gegenstände, die zuvor in Form gegossen wurden, in Erwägung gezogen. Bestimmte Einschlüsse in verhältnismäßig dünnen Gegenständen können unter Verwendung von Röntgenstrahlenanalyse detektiert werden. Beispielsweise sind Thoriumoxid und Wolfram als feuerfeste Materialien verwendet worden, um Gießformen zum Investmentguß herzustellen. Einige Thoriumoxid- und Wolframeinschlüsse konnten in Titangußteilen durch Röntgenstrahlenanalyse detektiert werden, da es einen ausreichenden Unterschied zwischen der Dichte von Thoriumoxid und Wolfram und derjenigen von Titan gibt, um ein Darstellen von Thoriumoxid- oder Wolfram-abgeleiteten Einschlüssen zu ermöglichen. Dies ist ebenfalls im allgemeinen als richtig für Gegenstände mit verhältnismäßig kleinen Querschnittsgußteilen unter Verwendung von Gießformen mit Yttriumoxidauskleidungsbeschichtungen gefunden worden. Der Unterschied zwischen der Dichte von Yttriumoxid und derjenigen von Titan ist ausreichend, um eine Detektion in verhältnismäßig dünnen Teilen, wie Motorkomponenten, zu ermöglichen. Jedoch kann eine Röntgenstrahlendetektion nicht verwendet werden, um Yttriumoxideinschlüsse in Titan- oder Titanlegierungsgegenständen darzustellen, wenn die Dicke der durch Investmentguß hergestellten Gegenstände über eine gewisse Schwellendicke zunimmt, die durch verschiedene Faktoren bestimmt wird, hauptsächlich die Dicke des Gußteils, des zu gießenden Metall- oder Legierungstyps, der Größe des Einschlußes und des Materials oder der Materialien, die verwendet werden, um die Gießform zu bilden. Einschlüsse können durch Röntgenstrahlen nicht detektiert werden, wenn der Unterschied zwischen der Dichte des Auskleidungsbeschichtungsmaterials und des in Form zu gießenden Metalls unzureichend ist, oder wenn die Größe des Einschlusses sehr klein ist.
Darstellungsagentien für thermische Neutronenradiographie (N-Strahlen) sind in der Gießindustrie vor der vorliegenden Erfindung verwendet worden. Beispielsweise führt die ASTM-Veröffentlichung (American Society for Testing and Materials) Nr. E748-95 aus, daß „Kontrastagentien helfen können, um Materialien, wie keramische Reste in Investmentgußturbinenschaufeln, zu zeigen". ASTM E 748-95, Seite 5, beginnend bei etwa Zeile 46. Dieser Verweis bezieht sich auf die Detektion von keramischen Resten durch N-Strahlen auf Gegenständen mit einer inneren Aushöhlung, die durch anfängliches Verfestigen von Metall um einen keramischen Kern hergestellt werden. Der keramische Kern wird aus der Aushöhlung entfernt und anschließend eine Lösung aus Gadoliniumnitrat in der Aushöhlung angeordnet. Die Gadoliniumnitratlösung verbleibt in der Aushöhlung ausreichend lange, um poröse Keramikkernrückstände zu infiltrieren, die auf der Oberfläche des Gegenstands sind. Die Rückstände können dann durch N-Strahlung dargestellt werden. Jedoch arbeitet dieses Verfahren nicht beim Darstellen von Einschlüssen.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung richtet sich an das Problem des Darstellens von Einschlüssen, die in verhältnismäßig dicken Gußteilen eingebettet sind. Ein Merkmal des Verfahrens ist die Integration eines Darstellungsagens in die Auskleidungsbeschichtung der Investmentgußgießform vor dem Gießen, so daß Einschlüsse in dem Gußgegenstand dargestellt werden können.
Das vorliegende Verfahren wird im beigefügten Anspruch 1 definiert und schließt ein Bereitstellen eines Gußmetall- oder Metalllegierungsgegenstands ein, der unter Verwendung einer Gießform hergestellt wird, umfassend ein Darstellungsagens in Mengen, die ausreichend sind zum Darstellen von Einschlüssen, und anschließend ein Bestimmen, durch N- Strahlenanalyse, ob der Gegenstand Einschlüsse aufweist. Der Schritt des Bereitstellens eines Gußmetall- oder Metalllegierungsgegenstands umfaßt ein Bereitstellen der Auskleidungsbeschichtung einer Gießform, umfassend ein N-Strahlungsdarstellungsagens, und dann ein Gießen eines Metall- oder Metalllegierungsgegenstands unter Verwendung der Gießform. Typischerweise umfaßt die Gießformauskleidungsbeschichtung, und vielleicht eine oder mehrere der Gießformaufbauschichten, ein Darstellungsagens, das im wesentlichen einheitlich insgesamt in Mengen verteilt ist, die ausreichend sind zum Darstellen von Einschlüssen. Der Gegenstand wird dann durch N-Strahlendarstellung bezüglich von Einschlüssen analysiert. Das Verfahren kann ebenfalls den Schritt des Analysierens des Metalls oder der Metalllegierung durch Röntgenstrahlendarstellung einschließen. Das Verfahren ist besonders geeignet zum Detektieren von Einschlüssen in verhältnismäßig dicken Gegenständen, wie Titan- oder Titanlegierungsgegenständen, wo wenigstens ein Teil des Gegenstands eine Dicke von größer als etwa 5,08 cm (2 Inch) aufweist. Ein „Einschluß" kann sich auf Materialien beziehen, die in dem Gußteil nicht erwünscht sind, wie Einschlüsse, die aus der Gießformauskleidungsbeschichung abgeleitet werden. Alternativ kann sich ein „Einschluß" auf Materialien beziehen, die in dem Gußteil eingeschlossen sein sollten, wie die Festigkeit erhöhende Fasern, in welchem Falle die Fasern mit Darstellungsagens beschichtet sein können, oder innige Mischungen von Fasern und Darstellungsagentien können hergestellt und verwendet werden. Detektierte schädliche Einschlüsse werden durch herkömmliche Mittel entfernt.
Einfache binäre Mischungen, die ein Darstellungsagens oder -agentien und ein Gießform bildendes Material oder Materialien umfassen, können verwendet werden. Das vorliegende Verfahren schließt bevorzugt ein Bilden einer innigen Mischung der verwendeten Materialien ein, um die vorliegende Erfindung durchzuführen, wie innige Mischungen von feuerfesten Materialien, innige Mischungen von Darstellungsagentien und/oder innige Mischungen von Darstellungsagens oder -agentien und einem feuerfesten Material oder feuerfesten Materialien. Innige Mischungen können auf eine Vielzahl von Wegen hergestellt werden, jedoch sind gegenwärtig bevorzugte Verfahren entweder solche, um entweder das Gießformbildungsmaterial, wie Yttriumoxid, mit dem Darstellungsagens, wie Gadoliniumoxid, zu kalzinieren oder zu verschmelzen.
Der Unterschied zwischen dem linearen Schwächungskoeffizienten des Gegenstands und dem linearen Schwächungskoeffizienten des Darstellungsagens sollte ausreichend sein, um eine N-Strahlendarstellung des Einschlusses über den gesamten Gegenstand zu ermöglichen. Das Darstellungsagens schließt typischerweise ein Material, gewöhnlicherweise ein Metall, ein, das ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Bor (z.B. TiB₂), Neodym, Samarium, Europium, Gadolinium, Dysprosium, Holmium, Ytterbium, Lutetium, Iridium, Bor, physikalischen Mischungen derselben und chemischen Mischungen derselben. Beispiele geeigneter Darstellungsagentien, die solche Metalle umfassen, schließen Metalloxide, Metallsalze, Intermetalle und Boride ein. Gadoliniumoxid ist gegenwärtig ein bevorzugtes Darstellungsagens zum Darstellen von Einschlüssen in Titan- oder Titanlegierungsgußteilen.
Das feuerfeste Material, das verwendet wird, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, umfaßt typischerweise von etwa 0,5 bis 100 Gewichtsprozent Darstellungsagens, noch typischer von etwa 1 bis etwa 100 Gewichtsprozent, sogar noch typischer von etwa 1 bis etwa 65 Gewichtsprozent und bevorzugt von etwa 2 bis etwa 25 Gewichtsprozent Darstellungsagens.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist ein N-Strahlenbild einer einen Einschluß enthaltenden Teststange mit drei auskleidungsbeschichtungssimulierenden Einschlüssen, wo „aa" sich auf eine Mischung von Yttriumoxid und 2,58 Gewichtsprozent Gadoliniumoxid bezieht, sich „ab" auf eine Mischung von Yttriumoxid und 25,97 Gewichtsprozent Gadoliniumoxid bezieht, und „ 3" ein Standard ist, der 100 Gewichtsprozent Yttriumoxid bezeichnet.
1B ist eine N-Strahlendarstellung einer einen Einschluß enthaltenden Teststange mit drei auskleidungsbeschichtungssimulierenden Einschlüssen, wobei sich „ba" auf eine Mischung von Yttriumoxid und 13,11 Gewichtsprozent Samariumoxid bezieht, sich „bb" auf eine Mischung von Yttriumoxid und 5,14 Gewichtsprozent Gadoliniumoxid bezieht und „3" ein Standard ist, der 100 Gewichtsprozent Yttriumoxid bezeichnet.
1C ist eine N-Strahlendarstellung einer einen Einschluß enthaltenden Teststangen mit drei auskleidungsbeschichtungssimulierenden Einschlüssen, wobei „ca" sich auf eine Mischung von Yttriumoxid und 56,03 Gewichtsprozent Samariumoxid bezieht, sich „cd" auf eine Mischung von Yttriumoxid und 30,8 Gewichtsprozent Samariumoxid bezieht und „3" ein Standard ist, der 100 Gewichtsprozent Yttriumoxid bezeichnet.
1D ist eine N-Strahlendarstellung einer einen Einschluß enthaltenden Teststange mit einem auskleidungsbeschichtungssimulierenden Einschluß, umfassend cokalziniertes Yttriumoxid und 45 Gewichtsprozent Dysprosiumoxid.
1E ist eine N-Strahlendarstellung einer einen Einschluß enthaltenden Teststange mit einem auskleidungsbeschichtungssimulierenden Einschluß, umfassend cokalziniertes Yttriumoxid und 62 Gewichtsprozent Dysprosiumoxid.
1F ist eine N-Strahlendarstellung einer einen Einschluß enthaltenden Teststange mit einem auskleidungsbeschichtungssimulierenden Einschluß, umfassend cokalziniertes Yttriumoxid und 1 Gewichtsprozent Dysprosiumoxid.
2G ist eine N-Strahlendarstellung einer einen Einschluß enthaltenden Teststange mit einem auskleidungsbeschichtungssimulierenden Einschluß, umfassend cokalziniertes Yttriumoxid und 14 Gewichtsprozent Gadoliniumoxid.
2H ist eine N-Strahlendarstellung einer einen Einschluß enthaltenden Teststange mit einem auskleidungsbeschichtungssimulierenden Einschluß, umfassend cokalziniertes Yttriumoxid und 60 Gewichtsprozent Gadoliniumoxid.
2I ist eine N-Strahlendarstellung einer einen Einschluß enthaltenden Teststange mit einem auskleidungsbeschichtungssimulierenden Einschluß, umfassend cokalziniertes Yttriumoxid und 14 Gewichtsprozent Samariumoxid.
2J ist eine N-Strahlendarstellung einer einen Einschluß enthaltenden Teststange mit einem auskleidungsbeschichtungssimulierenden Einschluß, umfassend cokalziniertes Yttriumoxid und 27 Gewichtsprozent Samariumoxid.
2K ist eine N-Strahlendarstellung einer einen Einschluß enthaltenden Teststange mit einem auskleidungsbeschichtungssimulierenden Einschluß, umfassend cokalziniertes Yttriumoxid und 27 Gewichtsprozent Gadoliniumoxid.
2L ist eine N-Strahlendarstellung einer einen Einschluß enthaltenden Teststange mit einem auskleidungsbeschichtungssimulierenden Einschluß, umfassend cokalziniertes Yttriumoxid und 39 Gewichtsprozent Gadoliniumoxid.
3 ist eine N-Strahlendarstellung eines experimentellen Gußteils, das hergestellt wird unter Verwendung einer Gießform mit einer Auskleidungsbeschichtung, die Yttriumoxid und 14 Gewichtsprozent Gadoliniumoxid umfaßt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Detektieren von Einschlüssen in Investmentgußteilen unter Verwendung einer N-Strahlenanalyse oder einer N-Strahlenanalyse in Kombination mit einer Röntgenstrahlenanalyse. Das Verfahren ist zur Detektion von Einschlüssen in Titanmetall und -legierungen geeignet. Ein „Darstellungsagens" ist eingeschlossen, bevorzugt einheitlich, innerhalb wenigstens dem Auskleidungsbeschichtungsmaterial der Gießform, so daß jegliche Einschlüsse, die aus Gießform bildenden Materialien abgeleitet werden, detektiert werden können. Es ist möglich, daß das Gießform bildende Material der Auskleidungsbeschichtung (und vielleicht die Aufbauschichten) als das Darstellungsagens fungieren können. Jedoch sind die meisten Materialien, die als Darstellungsagentien geeignet sind, zu teuer, um diesen Ansatz kommerziell praktikabel zu machen. Als ein Ergebnis wird das Darstellungsagens im allgemeinen in Kombination mit einem getrennten Gießformbildungsmaterial verwendet, um Aufschlämmungen zu bilden, die zum Herstellen von Investmentgußgießformen geeignet sind.
Die folgenden Absätze diskutieren relevante Aspekte des Investmentgußverfahrens, Verfahren zum Herstellen von Gießformen, die Darstellungsagentien im wesentlichen einheitlich verteilt über wenigstens die Auskleidungsbeschichtung in Mengen umfassen, die ausreichend sind zum Darstellen von Einschlüssen, ebenso wie Verfahren zum Detektieren von Einschlüssen in Investmentgußteilen, die unter Verwendung solcher Gußformen hergestellt werden.
I. Investmentgußverfahren
Wie oben ausgeführt, ist ein erster Schritt beim Investmentgußverfahren, ein Wachsmuster (Muster, die aus anderen Polymeren hergestellt werden, können ebenfalls verwendet werden) in der Form des gewünschten Gegenstands bereitzustellen. Das Muster wird der Reihe nach in wäßrige oder nicht-wäßrige Suspensionen eingetaucht, die Gießform bildende Materialien, wie feuerfeste Materialien, umfassen. Jede Schicht der Gießform kann das gleich Gießform bildende Material umfassen, ein unterschiedliches Gießformmaterial kann verwendet werden, um jede Gießformschicht zu bilden, oder zwei oder mehr Gießformbildungsmaterialien können verwendet, um die Gießform zu bilden.
Die Auskleidungsbeschichtung ist vielleicht die wichtigste Gießformschicht, da die Auskleidungsbeschichtung das Metall oder die Legierung in seinem bzw. ihrem geschmolzenen Zustand während des Gußverfahrens berührt. Da die meisten Metalle hochreaktiv sind, insbesondere bei den erhöhten Temperaturen, die während der Investmentgußverfahren verwendet werden, folgt es, daß das Material, das verwendet wird, um die Auskleidungsbeschichtung herzustellen, im wesentlichen nicht reaktiv mit dem geschmolzenen Metall oder der Legierung sein darf, das bzw. die unter den Bedingungen des Gußverfahrens in Formen gegossen wird.
Eine partielle Liste von Materialien, die zum Bilden von Auskleidungsbeschichtungen für Investmentgußgießformen geeignet sind, schließen Aluminiumoxid, Kalziumoxid, Siliziumoxid, Zirkoniumoxid, Zirkon, Yttriumoxid, Titanoxid, Wolfram, physikalische Mischungen derselben und chemische Mischungen derselben (d.h. Reaktionsprodukte dieser Materialien) ein. Die Wahl des Auskleidungsbeschichtungsmaterials hängt in einem großen Ausmaße von dem in Form zu gießenden Metall ab. Yttriumoxid ist gegenwärtig ein bevorzugtes Auskleidungsbeschichtungsmaterial zum Gießen von Gegenständen aus Titan und Titanlegierungen, hauptsächlich da es weniger aktiv mit geschmolzenem Titan und Titanlegierungen als die meisten anderen Gießformbildungsmaterialien ist.
Sobald die Auskleidungsbeschichtung um das Muster herum verfestigt ist, werden mehrere zusätzliche Schichten, wie von etwa 2 bis etwa 25 zusätzliche Schichten, typischerweise von etwa 5 bis etwa 20 zusätzliche Schichten und noch typischer von etwa 10 bis etwa 18 zusätzliche Schichten auf das Muster aufgetragen, um die Gießform aufzubauen. Diese Schichten werden hierin als „Aufbauschichten" bezeichnet. Im allgemeinen gesprochen werden Einschlüsse aus dem Auskleidungsbeschichtungsmaterial abgeleitet, obwohl es möglich ist, daß Einschlüsse ebenfalls aus Aufbauschichten stammen können.
„Stuck"-Materialien werden ebenfalls im allgemeinen auf die feuchten Gießformschichten aufgetragen, um beim Bilden kohäsiver Gießformstrukturen zu helfen. Die als Stuck-Materialien geeigneten Materialien sind im wesentlichen die gleichen wie solche Materialien, die gegenwärtig als Gießformbildungsmaterialien betrachtet werden, d.h. Aluminiumoxid, Kalziumoxid, Siliziumoxid, Zirkoniumoxid, Zirkon, Yttriumoxid, physikalische Mischungen derselben und chemische Mischungen derselben. Ein wesentlicher Unterschied zwischen Gießformbildungsmaterialien und Stucken ist die Teilchengröße, d.h. Stucke weisen im allgemeinen größere Teilchengrößen als andere Gießformbildungsmaterialien auf. Ein Bereich an durchschnittlichen Partikelgrößen, die gegenwärtig als geeignet zur Verwendung bei der Bildung von Investmentgußaufschlämmungen betrachtet werden, umfassend Gießformbildungsmaterialien (andere als Stucke), liegt von etwa 1 μm bis etwa 30 μm, wobei von etwa 10 μm bis etwa 20 μm ein gegenwärtig bevorzugter Bereich der durchschnittlichen Partikelgröße ist. Ein Bereich der Partikelgrößen für Auskleidungsbeschichtungsstuckmaterialien liegt im allgemeinen von etwa 70 grit bis etwa 120 grit. Die Zwischenaufbauschichten, d.h. von etwa Schicht 2 bis etwa Schicht 5, schließen im allgemeinen Stucke mit einer Partikelgröße von etwa 30 grit bis etwa 60 grit ein. Die letzten Aufbauschichten schließen im allgemeinen Stucke mit einer Partikelgröße von etwa 12 grit bis etwa 46 grit ein. Stucke können ebenso wie die feuerfesten Gießformmaterialien als innige Mischungen mit anderen Stuckmaterialien und/oder Darstellungsagentien für die Praxis der vorliegenden Erfindung gebildet werden.
II. Darstellungsagentien, die zum Darstellen von Einschlüssen geeignet sind
Welches Darstellungsagens für eine bestimmte Anwendung zu verwenden ist, hängt davon ab, ob eine Röntgenstrahlenanalyse oder N-Strahlenanalyse oder die Kombination der zwei verwendet wird. Ebenfalls wichtig ist der Einfluß der Darstellungsagens auf die Qualität des Gußteils: in Bezug auf eine Röntgenstrahlendetektion schließen hauptsächliche Berücksichtigungen ein (1) den Unterschied zwischen der Dichte des in Form zu gießenden Materials gegenüber der Dichte des Einschlusses, (2) die Größe, Dicke, Form und Ausrichtung des Einschlusses und (3) die Dickes des zu untersuchenden Querschnitts. Wenn der Unterschied zwischen der Dichte des Gußmaterials und des Einschlusses klein ist (wie kleiner als 0,5 g/cc für Titan- oder Titanlegierungsgußteile, die unter Verwendung von Yttriumoxidauskleidungsbeschichtungen hergestellt werden und eine Querschnittsdicke von kleiner als 1 Inch aufweisen), kann dann ein nicht ausreichender Darstellungskontrast für eine geeignete Einschlußdetektion durch Röntgenstrahlen bereitgestellt werden.
Der Unterschied zwischen Dichten muß ebenfalls für ein erfolgreiches Darstellen zunehmen, wenn die Dicke des Gegenstands zunimmt. Beispielsweise ist die Dichte von Titan etwa 4,5 g/cc und diejenige von Ti-6Al-4V 4,43 g/cc, wohingegen die Dichte von Yttriumoxid etwa 5 g/cc ist. Dieser Unterschied der Dichten ist ausreichend, um Einschlüsse durch Röntgenstrahlenanalyse in lediglich bestimmten Titangegenständen darzustellen, abhängig von der Dicke des Gegenstands und der Dicke und der Oberfläche des Einschlusses. Im allgemeinen hat sich eine Röntgenstrahlenanalyse als geeignet zum Detektieren von Einschlüssen in Titan- oder Titanlegierungsgegenständen mit maximalen Dicken an gewissen Bereichen des Gegenstandes von lediglich etwa 5,08 cm (2 Inch) oder weniger erwiesen.
Die vorliegende Erfindung hat das Problem des Detektierens von Einschlüssen in verhältnismäßigen dicken Gußteilen gelöst, wo eine Röntgenstrahlenanalyse alleine nicht ausreichend ist. Ein N-Strahlendarstellungsagens wird im wesentlichen einheitlich in der Auskleidungsbeschichtung verteilt, vielleicht in einer oder mehreren der Aufbauschichten, und ebenfalls vielleicht in Stuck-Material, das verwendet wird, um die Auskleidungsbeschichtung zu bilden, und/oder einer oder mehreren der Aufbauschichten, so daß Einschlüsse, die das Darstellungsagens enthalten, detektiert werden können. Wenn eine einheitliche Verteilung des Darstellungsagens in der gewünschten Gießformschicht oder im Stuck nicht erreicht wird, dann gibt es die Möglichkeit, daß der Einschluß lediglich Gießformbildungs- oder Stuck-Material umfaßt. Als ein Ergebnis wird der Auskleidungsbeschichtungsmaterialeinschluß nicht detektiert werden, und das Gußteil kann einen Einschluß aufweisen, der gewünschte physikalische Attribute opfert.
Überdies kann die vorliegende Erfindung verwendet werden, um die Gegenwart von Materialien zu detektieren, die keine schädlichen Einschlüsse sind. Beispielsweise kann ein Darstellungsagens oder -agentien mit Fasern von Metallfasermatrixmaterialien zum Darstellen, unter anderem, der Position und Ausrichtung der Fasern gekoppelt werden oder mit diesen eine innige Mischung bilden.
Einfache physikalische Mischungen von Gießformbildungs- und Darstellungsmaterialien arbeiten im allgemeinen, um die vorliegende Erfindung durchzuführen. Jedoch sind physikalische Mischungen nicht bevorzugt. Stattdessen sind „innige Mischungen", die zwischen dem Gießformbildungsmaterial und dem Kontrastagens gebildet werden, bevorzugt. „Innige Mischung" wird hierin verwendet, wie es in US 5,643,844 definiert ist, welches Patent hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Das '844-Patent lehrt ein Bilden von innigen Mischungen bestimmter Dotierungsmittelmaterialien und Gießformbildungsmaterialien zum Zwecke des Verminderns der Hydrolysegeschwindigkeit der Gießformbildungsmaterialien in wäßrigen Investmentgußaufschlämmungen.
„Innige Mischungen" sind von physikalischen binären Mischungen verschieden, die lediglich aus der physikalischen Kombination von zwei Komponenten resultieren. Typischerweise bedeutet eine innige Mischung, daß das Darstellungsagens atomar in dem Gießformbildungsmaterial verteilt ist, wie mit einer festen Lösung oder als kleine Ausfällungen in der Kristallmatrix des festen Gießformbildungsmaterials. Alternativ kann sich „innige Mischung" auf Verbindungen beziehen, die verschmolzen sind. Verschmolzene Materialien können synthetisiert werden durch zunächst ein Bilden einer gewünschten Gewichtsmischung einer Quelle eines Darstellungsagens, wie Gadoliniumoxid (Gadolinia) und einer Quelle eines Gießformbildungsmaterials, bevorzugt Auskleidungsbeschichtungsmaterialien, wie Yttriumoxid (Yttria). Diese Mischung wird erwärmt, bis sie schmilzt und dann abgekühlt, um das verschmolzene Material herzustellen. Das verschmolzene Material wird dann zerkleinert, um Partikel mit gewünschten Partikelgrößen zum Bilden von Investmentgußaufschlämmungen zu bilden, wie oben diskutiert wurde. „Innige Mischungen" kann sich ebenfalls auf eine Beschichtung des Darstellungsagens auf die äußere Oberfläche des Gießformbildungsmaterials beziehen.
Somit schließen Verfahren für die Bildung von innigen Mischungen ein, sind jedoch nicht begrenzt auf:

(1) Verschmelzen (Erwärmen des feuerfesten Materials und des Darstellungsagens auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts der Mischung);
(2) Festphasensintern, hierin bezeichnet als Kalzinierung (wobei ein festes Material auf eine Temperatur unter seinen Schmelzpunkt erwärmt wird, um einen Zustand chemischer Homogenität zu erzielen);
(3) Co-Ausfällung des feuerfesten Materials mit dem Kontrastagens, gefolgt von einer Kalzinierung; und
(4) jedes Oberflächenbeschichtungs- oder Ausfällungsverfahren, durch welches das Darstellungsagens auf einem äußeren Oberflächenbereich des feuerfesten Materials oder umgekehrt beschichtet oder ausgefällt werden kann.

Darstellungsagentien, die gegenwärtig als besonders geeignet zum Detektieren von Einschlüssen in Investmentgußteilen unter Verwendung von Röntgenstrahlendarstellungen betrachtet werden, schließen Materialien ein, die Metalle umfassen, die ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Dysprosium (z.B. Dy₂O₃), Ytterbium, Lutetium Actinium und Gadolinium (z.B. Gd₂O₃), insbesondere die Oxide solcher Verbindungen, d.h. Dysprosiumoxid, Ytterbiumoxid, Lutetiumoxid, Actiniumoxid und Gadoliniumoxid. Natürlicherweise auftretende Isotope dieser Metalle können ebenfalls verwendet werden. Ein Beispiel eines natürlich auftretenden Isotops, das als ein N-Strahlendarstellungsagens geeignet ist, ist Gadolinium 157, welches einen thermischen Neutronenquerschnitt von 254,000 barns aufweist. Als Darstellungsagentien ebenfalls geeignete Materialien können Salze, Hydroxide, Oxide, Halogenide, Sulfide und Kombinationen derselben sein. Materialien, die diese Verbindungen nach weiterer Behandlung bilden, wie ein Erwärmen, können ebenfalls verwendet werden. Zusätzliche Darstellungsagentien, die für Röntgenstrahlendarstellungen geeignet sind, können bestimmt werden durch Vergleichen der Dichte des Metalls oder der Legierung, das bzw. die in Form zu gießen ist, mit derjenigen der möglichen Darstellungsagentien, insbesondere Metalloxiden, und dann Auswählen eines Darstellungsagens mit einer Dichte, die ausreichend größer ist als die Dichte des Metalls oder der Legierung, das bzw. die in Form zu gießen ist, um Einschlüsse darzustellen, umfassend das Darstellungsagens über den gesamten Querschnitt des Gußteils.
Andere Faktoren können ebenfalls für die Auswahl von Darstellungsagentien für eine Röntgenstrahlendarstellung, wie die Menge an erzeugter α-Randschicht, berücksichtigt werden. α-Randschicht bezieht sich auf eine spröde, mit Sauerstoff angereicherte Oberflächenschicht auf Titan- und Titanlegierungsgußteilen, die durch Reduktion des Auskleidungsbeschichtungsmaterials durch das in Form zu gießende Metall oder die Legierung erzeugt wird. α-Randschichtdicke kann gemäß der Temperatur variieren, bei welcher die Gießform/Muster gebrannt und/oder gegossen wurde. Wenn der Umfang an α-Randschicht zu übermäßig für einen bestimmten Gußteilgegenstand ist, kann dann ein solcher Gegenstand nicht für seinen beabsichtigten Zweck geeignet sein. Für Titan oder Titanlegierungen ist ein gegenwärtig bevorzugtes Darstellungsagens zum Detektieren von Einschlüssen durch Röntgenstrahlen Gadoliniumoxid, da es ebenfalls für N-Strahlendarstellung geeignet ist, und da die Dichte von Gadoliniumoxid etwa 7,4 g/cc, während Titan eine Dichte von etwa 4,5 g/cc aufweist.
Im allgemeinen weisen andere Metalle und/oder Legierungen, die gewöhnlich verwendet werden, um Investmentgußteile herzustellen, wie rostfreier Stahl und die Superlegierungen auf Nickelbasis, Dichten auf, die ausreichend unterschiedlich sind zu denjenigen der Gießformbildungsmaterialien, die verwendet werden, um solche Materialien in Form zu gießen, so daß eine Einschlußdarstellung durch Röntgenstrahlen kein Problem ist. Nichtsdestotrotz können die Darstellungsagentien, die oben genannt sind, ebenfalls mit diesen Legierungen verwendet werden.
Eine N-Strahlendarstellung wird in ASTM E 748-95 mit dem Titel Standard Practices for Thermal Neutron Radiography of Materials diskutiert, welche hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Eine N-Strahlendarstellung ist ein Verfahren, bei dem Strahlungsstrahlintensitätsmodulation durch einen Gegenstand verwendet wird, um bestimmte makroskopische Details des Gegenstands darzustellen. N-Strahlung verwendet Neutronen als eine penitrierende Strahlung zur Darstellung von Einschlüssen. Die Basiskomponenten, die für eine N-Strahlendarstellung erforderlich sind, schließen eine Quelle von schnellen Neutronen, einen Moderator, einen Gammafilter, einen Kollimator, einen Konversionsschirm, einen Filmdarstellungsaufzeichner oder anderes Darstellungssystem, eine Kassette und adequate biologische Abschirm- und Abschlußsysteme ein. Siehe ASTM E 748-95.
Während die Auswahl geeigneter Darstellungsagentien für eine Röntgenstrahlendetektion von dem Unterschied zwischen der Dichte des Darstellungsagens und derjenigen des Metalls oder der Legierung des Gußteils abhängt, wird die Auswahl von geeigneten Darstellungsagentien für eine N-Strahlendarstellung von Einschlüssen durch den linearen Schwächungskoeffizienten oder den thermischen Neutronenquerschnitt des als ein Darstellungsagens verwendeten Materials relativ zu demjenigen des Metalls oder der Legierung, das bzw. die in Form zu gießen ist, bestimmt. Der Unterschied zwischen dem linearen Schwächungskoeffizienten oder dem thermischen Neutronenquerschnitt und demjenigen des Metalls oder der Legierung des Gußteils sollte ausreichend sein, so daß jede Einschlüsse im gesamten Querschnitt des Gegenstands dargestellt werden können.
Wie bei einer Röntgenstrahlendetektion kann eine N-Strahlendetektion einfach durchgeführt werden durch Bilden von physikalischen Mischungen des Darstellungsagens oder der agentien und des die Gießform bildenden Materials oder der Materialien, die verwendet werden, um die Gießform zu bilden. Jedoch ist wie bei einer Röntgenstrahlendetektion ein bevorzugtes Verfahren, innige Mischungen des N-Strahlendarstellungsagens oder der -agentien und des Gießformbildungsmaterials oder der -materialien zu bilden, die ausgewählt sind, um die Auskleidungsbeschichtung und/oder die Aufbauschichten, zu bilden.
Die gegenwärtig als am geeignetsten angesehenen Materialien für eine N-Strahlendetektion von Einschlüssen in Investmentgußteilen schließen solche Materialien ein, die Metalle umfassen, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Bor (z.B. TiB₂), Neodym, Samarium, Europium, Gadolinium, Dysprosium, Holmium, Ytterbium, Lutetium, Iridium und Mischungen derselben. Oxide dieser Metalle sind gegenwärtig bevorzugte Materialien für eine N-Strahlendarstellung, obwohl es möglich ist, daß andere Materialien, wie Metallsalze, verwendet werden können, um das vorliegende Einschlußdarstellungsverfahren durchzuführen. Gadoliniumoxid (Gadolinia) ist ein gegenwärtig bevorzugtes Darstellungsagens für eine N-Strahlendetektion von Einschlüssen in Titan- oder Titanlegierungsgußteilen. Gadolinium weist einen der höchsten linearen Schwächungskoeffizienten irgendeines Elements auf, d.h. etwa 1483,88 cm^-1, wohingegen der lineare Schwächungskoeffizient von Titan etwa 0,68 cm^-1 ist. Der Unterschied zwischen dem linearen Schwächungskoeffizienten von Titan oder Titanlegierungen und dem linearen Schwächungskoeffizienten von Gadolinium macht Gadoliniumoxid besonders geeignet für eine N-Strahlendarstellung. Andere Darstellungsagentien für N-Strahlendarstellung von Einschlüssen können ausgewählt werden aus der Gruppe von Materialien mit verhältnismäßig großen linearen Schwächungskoeffizienten. Für andere Metalle und/oder Legierungen als Titan wird Gadoliniumoxid ebenfalls wahrscheinlich ein bevorzugtes Darstellungsagens sein, wiederum hauptsächlich aufgrund des verhältnismäßig großen linearen Schwächungskoeffizienten von Gadolinium.
Tabelle 1 liefert Daten bezüglich solcher Materialien, die gegenwärtig als besonders geeignet zur N-Strahlen- und Röntgenstrahlendarstellung von Einschlüssen in Investmentgußteilen erachtet werden. Daten für Titan sind ebenfalls zu Vergleichszwecken dargestellt. TABELLE 1 Dichten und lineare thermische Neutronenschwächungskoeffizienten unter Verwendung durchschnittlicher Streu- und thermische Absorptionsquerschnitte für die natürlich auftretenden Elemente^A
III. Bilden von Gießformen, die Darstellungsagentien umfassen
Die Bildung von Aufschlämmungen zum Herstellen von Investmentgußgießformen durch serielle Auftragung von Gießformbildungs- und Stuck-Materialien auf Muster ist Fachleuten auf dem Gebiet bekannt. Das vorliegende Verfahren unterscheidet sich von diesen Verfahren durch Bilden von Gießformschichten, die ein Darstellungsagens oder -agentien umfassen. Daher werden einfache physikalische Mischungen oder innige Mischungen des Darstellungsagens und des Gießformbildungsmaterials verwendet, um Aufschlämmungssuspensionen zu bilden, typischerweise eine wäßrige Suspension, jedoch vielleicht ebenfalls eine Suspension auf Basis einer organischen Flüssigkeit. Das Muster wird seriell in eine Investmentgußaufschlämmung oder -aufschlämmungen eingetaucht, die Gießformbildungsmaterial oder -materialien und ein Darstellungsagens oder -agentien umfaßt bzw. umfassen.
Die folgenden Beispiele sind beabsichtigt, um bestimmte Merkmale der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen, einschließend die Art und Weise, wie die Investmentgußaufschlämmungen und Gießformen daraus für die Praxis der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Die Erfindung sollte nicht auf die besonderen veranschaulichten Merkmale begrenzt werden.
BEISPIEL 1
Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung einer Aufschlämmung, die zum Bilden von Gießformauskleidungsbeschichtungen für Investmentgußteile geeignet ist, ebenso die Art und Weise, wie Gießformen herzustellen sind, die solche Auskleidungsbeschichtungen umfassen. Mengen, die in diesem und in folgenden Beispielen genannt werden, sind Prozentangaben auf der Basis des Gesamtgewichts der Aufschlämmung (Gewichtsprozente), sofern nicht anderweitiges genannt wird. Alle Schritte wurden unter kontinuierlichem Mischen durchgeführt, sofern nicht anderweitiges genannt wird.
In diesem besonderen Beispiel waren das feuerfeste Auskleidungsbeschichtungsmaterial und das Darstellungsagens das gleiche Material, d.h. Dyspropiumoxid. Dysprosiumoxid ist ein guter Kandidat zur Darstellung von Einschlüssen durch Röntgenstrahlen, da es eine Dichte von etwa 8,2 g/cc aufweist.
Zunächst wurde eine Mischung gebildet durch Kombinieren von 2,25 Gewichtsprozent deionisiertem Wasser mit 0,68 Gewichtsprozent Tetraethylammoniumhydroxid. 1,37 Gewichtsprozent Latex (Dow 460 NA), 0,15 Gewichtsprozent oberflächenaktives Mittel (NOPCOWET C-50) und 5,50 Gewichtsprozent eines kolloidalen Silika, wie LUDOX^® SM (LUDOX^® SM umfaßt wäßriges kolloidales Silika, wobei die Silikateilchen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 7 nms aufweisen), wurden dann zu der Mischung unter kontinuierlichem Rühren zugefügt. 90,05 Gewichtsprozent feuerfestes Material/Darstellungsagens aus Dysprosiumoxid wurden dann zu der wäßrigen Zusammensetzung zugegeben, um eine Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung zu bilden. In diesem Beispiel 1 und in den Beispielen 2 – 3 wurde eine Spurenmenge an Dow 1410 Antischäummittel zu den Aufschlämmungen nach deren Bildung zugegeben. Ferner wurden, und sofern nicht anderweitig genannt, die Mischungen hergestellt durch Kombinieren der Materialien in der in den Tabellen genannten Reihenfolge, die in Bezug auf bestimmte Beispiele bereitgestellt werden.
Wachsmuster in der Form einer Teststange wurden zunächst in die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmungszusammensetzung eingetaucht, um eine Auskleidungsbeschichtung zu bilden, die Dysprosiumoxid umfaßt. Zerschmolzenes Aluminiumoxid mit 70 grit wurde als das Stuckmaterial für die Auskleidungsbeschichtung verwendet. Zwei Aluminiumoxidaufschlämmungsschichten mit einem Ethylsilikatbindemittel wurden über die Auskleidungsbeschichtung aufgetragen, um die Zwischenschichten zu bilden. Das Stuckmaterial für die zweiten und dritten Zwischenschichten war verschmolzenes Aluminiumoxid mit 46 grit. Gießformschichten 4 – 10 wurden dann der Reihe nach aufgetragen unter Verwendung eines Zirkonmehls mit einem kolloidalen Silikabindemittel. Das für die Gießformschichten 4 – 10 verwendete Stuckmaterial war verschmolzenes Aluminiumoxid mit 46 grit. Nach Aufbau der 10 Schichten wurde das Muster in einem Autoklaven entfernt, um eine Gießform zu erzeugen, die zur Aufnahme von geschmolzener Titanlegierung geeignet ist, um Teststangen in Form zu gießen.
Geschmolzene Ti-6-4-Legierung wurde in die Teststangengießform gegossen und konnte sich verfestigen. Die Gießform wurde dann um das Gußteil herum entfernt, um eine Teststange mit einem Durchmesser von etwa 2,54 cm (1 Inch) herzustellen. Die Teststange wurde dann auf die Gegenwart von α-Randschicht, wie in größerem Detail unten diskutiert, getestet.
Die Teststange wurde ebenfalls einer Röntgenstrahlendarstellung unterzogen, um die Gegenwart von Einschlüssen zu bestimmen. Da Einschlüsse jedes Mal auftreten, wenn ein Gußteil hergestellt wird, und da die Stelle eines Einschlusses schwierig vorherzusagen ist (obwohl nunmehr Software für solche Vorhersagen entwickelt worden ist), wurde ein System entwickelt, um die Gegenwart von Einschlüssen in Proben, die gemäß der vorliegenden Beispiele hergestellt wurden, nachzuahmen. Eine kleine Menge einer Auskleidungsbeschichtungsflocke (d.h. ein Auskleidungsbeschichtungsmaterial, das Dysprosiumoxid für dieses Beispiel umfaßt) wurde auf der Oberseite einer 2,54 cm (1 Inch) dicken Teststange angeordnet. Eine zweite 2,54 cm (1 Inch) Teststange wurde über der Auskleidungsbeschichtungsflocke angeordnet. Diese zwei Teststangen wurden dann zusammengeschweißt, um eine 5,08 cm (2 Inch) dicke, einen Einschluß enthaltende Teststange zu bilden. Die Teststangen wurden isostatisch heiß gepresst (HIP) bei 899°C (1650°F) und 103 MPa (15.000 psi), um Teststangen herzustellen, die keine detektierbare Grenzfläche durch nicht destruktive Detektionsverfahren aufwiesen.
Ein Röntgenaufnahme wurde von einer auf diese Weise hergestellten, einen Einschluß enthaltenden Teststange unter Verwendung der aus der Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung hergestellten Flocke genommen. Der Dysprosiumoxideinschluß wurde klar erkannt (jedoch sind fotografische Bilder aus der Röntgenstrahlenaufnahme schwierig herzustellen). Die Tatsache, daß die Dysprosiumoxideinschlüsse klar erkannt wurden, demonstriert, daß Dysprosiumoxid ein gutes Darstellungsagens zum Darstellen von Einschlüssen in Titan- und Titanlegierungsgußteilen unter Verwendung von Röntgenstrahlendarstellungsmethoden ist.
BEISPIEL 2
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung einer Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und einen Titanteststangenguß unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Darstellungsagens in der Auskleidungsbeschichtung zu bestimmen. Im Gegensatz zu Beispiel 1 verwendete dieses Beispiel eine physikalische Mischung eines feuerfesten Materials, d.h. Yttriumoxid, mit einem Darstellungsagens, d.h. Dysprosiumoxid, um die Auskleidungsbeschichtung zu bilden. Ansonsten wurde die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Art und Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch zu derjenigen aus Beispiel 1 ist. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 2 wiedergegeben.
TABELLE 2
Wie in Beispiel 1 wurde eine Teststange aus einer Ti-6-4-Legierung unter Verwendung von Gießformen mit Auskleidungsbeschichtungen mit der in Tabelle 2 genannten Zusammensetzung hergestellt. Diese Teststange wurde ebenfalls bezüglich einer α-Randschicht getestet, und die α-Randschichtdaten sind in Tabelle 5 wiedergegeben.
Eine einen Einschluß enthaltende Teststange wurde unter Verwendung einer Flocke hergestellt, die eine physikalische Mischung aus Yttriumoxid und Dysposiumoxid umfaßte. Die auf diese Art und Weise hergestellte Teststange wurde dann einer Röntgenstrahlendarstellung unterzogen, um zu bestimmen, ab der Einschluß detektiert werden kann. Das Röntgenbild zeigte klar die Gegenwart des Auskleidungsbeschichtungs-simulierten Einschlusses in der Mitte der den Einschluß enthaltenden Teststange.
BEISPIEL 3
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung einer Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und Ti-6-4-Teststangengüsse unter Verwendung dieser Gießformen, um den Umfang an in solchen Teststangen hergestellter α-Randschicht zu bestimmen. Wie bei Beispiel 1 waren das feuerfeste Material und das Darstellungsagens das gleiche Material, d.h. Erbiumoxid. Ansonsten wurde die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch zu derjenigen aus Beispiel 1 war. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 3 wiedergegeben.
TABELLE 3
Wie in Beispiel 1 wurden Ti-6-4-Teststangen mit einem Durchmesser von etwa 1 Inch unter Verwendung von Gießformen mit einer unter Verwendung der in Tabelle 3 bereitgestellten Zusammensetzung hergestellten Auskleidungsbeschichtung in Form gegossen. Der Umfang an detektierter α-Randschicht in gemäß diesem Beispiel 3 hergestellten Teststangen wird unten in Tabelle 5 wiedergegeben.
Eine einen Einschluß enthaltende Teststange wurde unter Verwendung einer Flocke hergestellt, die Erbiumoxid als das feuerfeste Material und das Darstellungsagens umfaßte. Die auf diese Weise hergestellte Teststange wurde dann einer Röntgenstrahlenaufnahme unterzogen, um zu bestimmen, ob der Einschluß detektiert werden kann.
Das Röntgenbild zeigte klar die Gegenwart des Auskleidungsbeschichtungs-simulierten Einschlusses in der Mitte der den Einschluß enthaltenden Teststange.
BEISPIEL 4 (VERGLEICH)
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung einer Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und Ti-6-4- Teststangengüsse unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen. Wie für Beispiel 2 umfaßte die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung eine physikalische Mischung eines Gießformbildungsmaterials, d.h. Yttriumoxid, und eines Darstellungsagens, d.h. Erbiumoxid. Ansonsten wurde die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch war zu derjenigen von Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 4 wiedergeben.
TABELLE 4
Eine einen Einschluß enthaltende Teststange wurde unter Verwendung einer Flocke hergestellt, die eine physikalische Mischung aus Yttriumoxid und Erbiumoxid umfaßte. Die auf diese Weise hergestellte Teststange wurde dann einer Röntgenstrahlendarstellung unterzogen, um zu bestimmen, ob der Einschluß detektiert werden kann. Das Röntgenbild zeigte klar die Gegenwart des Auskleidungsbeschichtungs-simulierten Einschlusses in der Mitte der den Einschluß enthaltenden Teststange.
Der Umfang an α-Randschicht in den Teststangen, wie sie wie in den obigen Beispielen 1 bis 4 angegeben, hergestellt wurden, ist in Tabelle 5 wiedergegeben. Da für Yttriumoxid gefunden worden ist, eine α-Randschicht in Titan- und Titanlegierungsgußteilen zu minimieren, wird es als eine Kontrolle zum Vergleich der α-Randschichtergebnisse der anderen Materialien verwendet, die als Darstellungsagentien geeignet betrachtet werden.
TABELLE 5
Tabelle 5 zeigt, daß Gußteile, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, etwas mehr α-Randschicht aufweisen können, als sie durch einfache Verwendung von Yttriumoxid als ein feuerfestes Material auftritt, wie es erwartet werden würde. Gußteile mit einer kontinuierlichen α-Randschicht von etwa 0,051 cm (0,020 Inch) oder weniger, bevorzugt etwa 0,038 cm (0,015 Inch) oder weniger und einer gesamter α-Randschicht von 0,089 cm (0,035 Inch) oder weniger, und bevorzugt etwa 0,064 cm (0,025 Inch) oder weniger werden noch als geeignete Gußteile betrachtet. Als ein Ergebnis zeigt Tabelle 5, daß gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Gegenstände annehmbar sind, obwohl solche Gußteile etwas mehr α-Randschicht als Gußteile aufweisen können, die unter Verwendung von Gießformen hergestellt werden mit Yttriumoxidauskleidungsbeschichtungen, die kein Darstellungsagens umfassen.
Wenn jedoch normale Gußherstellungsweisen in zu viel α-Randschicht unter Verwendung von gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Gießformen resultieren, können dann andere Vorgehensweisen in Kombination mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um die α-Randschicht abzusenken. Beispielsweise könnte die Gießform von der normalen Gußtemperatur von etwa 982°C (1.800°F) auf eine niedrigere Temperatur, wie eine Temperatur von etwa 371°C (700°F) abgekühlt werden. Siehe die α-Randschicht-Ergebnisse, die unten für Beispiele 11-17 und 19-20 wiedergeben werden. Alternativ können verzögerte Gießmethoden verwendet werden. Ein verzögertes Gießen wird in der US-Anmeldung 08/829,534, eingereicht am 28. März 1997 mit dem Titel Method for Reducing Contamination of Investment Castings by Aluminum, Yttrium or Zirconium diskutiert, welche hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
BEISPIEL 5
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung einer Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und Ti-6-4-Stufenkeilteststangenguß unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen, ebenso wie den Umfang an durch in Form gießen solcher Teststangen erzeugter α-Randschicht. Wie für Beispiel 2 verwendete dieses Beispiel eine physikalische Mischung eines feuerfesten Materials, d.h. Yttriumoxid, und eines Darstellungsagens, d.h. Gadoliniumoxid, für die Herstellung der Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung. Ansonsten wurden die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 6 wiedergeben.
TABELLE 6
Stufenkeiltestgußteile [3,81 cm (1,5 Inch); 2,54 cm (1 Inch); 1,27 cm (0,5 Inch); 0,64 cm (0,25 Inch) und 0,318 cm (0,125 Inch)] wurden aus Ti-6-4-Legierungsmetall unter Verwendung von Gießformen mit einer unter Verwendung der in Tabelle 6 dargestellten Zusammensetzung hergestellten Auskleidungsbeschichtung in Form gegossen. α-Randschicht-Testergebnisse für diese Stufenkeilgußteile sind unten in Tabelle 7 wiedergegeben. C bezeichnet eine kontinuierliche α-Randschicht, während T die gesamte α-Randschicht angibt.
TABELLE 7
1A ist ein N-Strahlenbild einer 5,08 cm (2 Inch) dicken, einen Einschluß enthaltenden Teststange, die mit drei Auskleidungsbeschichtungs-simulierenden Einschlüssen, sandwichartig zwischen zwei 2,54 cm (1 Inch) dicken Platten angeordnet, hergestellt ist, einschließend einen Einschluß, der aus Yttriumoxid hergestellt ist, und agierend als eine Kontrolle, wo kein Einschluß erkannt wird (der mit „3" in 1A bezeichnete Einschluß), und einen Einschluß, der mit „aa" bezeichnet ist, der eine physikalische Mischung aus Yttriumoxid und 2,25 Gewichtsprozent (Aufschlämmungsbasis)/2,58 Gewichtsprozent (Trockenbasis) Gadoliniumoxid umfaßt. Der Einschluß, der die Yttrium-Gadoliniumoxid-Darstellungszusammensetzung umfaßt, wird in 1A klar erkannt. Somit demonstriert 1A, daß Einschlüsse unter Verwendung von N-Strahlendarstellung von Gußteilen detektiert werden können, die aus Gießformen hergestellt werden, die Darstellungsagentien umfassen, die physikalisch mit anderen feuerfesten Materialien gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gemischt worden sind.
BEISPIEL 6
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung einer Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und Ti-6-4-Teststangenguß unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen, ebenso wie den Umfang an α-Randschicht, der durch Gießen solcher Teststangen erzeugt wird. Wie für Beispiel 2 verwendete dieses Beispiel eine physikalische Mischung eines feuerfesten Materials, d.h. Yttriumoxid, und eines Darstellungsagens, d.h. Gadoliniumoxid, für die Herstellung der Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung. Ansonsten wurden die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 8 wiedergeben.
TABELLE 8
1A ist das N-Strahlenbild, das oben in Beispiel 5 diskutiert wurde, wo die mit „ab" markierte Probe ein Einschluß ist, der eine physikalische Mischung aus Yttriumoxid und 21,30 Gewichtsprozent (Aufschlämmungsbasis)/25,97 Gewichtsprozent (Trockenbasis) Gadoliniumoxid umfaßt, der hergestellt wurde unter Verwendung der Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmungszusammensetzung, die in Tabelle 8 genannt ist. Der Einschluß, der mit 25,97 Gewichtsprozent Gadoliniumoxid hergestellt wurde, ist der am klarsten zu erkennende Einschluß in 1A. Somit demonstriert 1A nicht nur, daß Auskleidungsbeschichtungseinschlüsse im Inneren des Titanlegierungsgußteils leicht unter Verwendung einer N-Strahlendarstellung und Gadoliniumoxiddarstellungsagentien gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung leicht detektiert werden, sondern ferner, daß die Klarheit des N-Strahlenbilds durch die Menge des verwendeten Darstellungsagens eingestellt werden kann. Dies legt nahe, daß Einschlüsse in Gußteilen mit Querschnitten von größer als 2 Inch durch Erhöhen der Menge an verwendetem Darstellungsagens detektiert werden können. Ein mögliches Verfahren zum Bestimmen der maximalen Menge eines bestimmten Darstellungsagens, das zum Bilden eines Gußteils verwendet werden kann, besteht darin, die Menge an Darstellungsagens zu bestimmen, die verwendet werden kann, um im allgemeinen ein Gußteil mit einer kontinuierlichen α-Randschicht von etwa 0,05 cm (0,020 Inch) oder weniger und einer gesamten α-Randschicht von etwa 0,089 cm (0,035 Inch) oder weniger zu erhalten.
BEISPIEL 7
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung einer Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und Ti-6-4-Teststangenguß unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen, ebenso wie den Umfang an α-Randschicht, die durch Gießen solcher Teststangen erzeugt wird. Wie für Beispiel 2 verwendete dieses Beispiel eine physikalische Mischung eines feuerfesten Materials, d.h. Yttriumoxid, und eines Darstellungsagens, d.h. Samariumoxid, für die Herstellung der Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung. Ansonsten wurden die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 9 wiedergegeben.
TABELLE 9
1B ist ein N-Strahlenbild einer einen Einschluß enthaltenden Teststange mit drei Auskleidungsbeschichtungs-simulierenden Einschlüssen. Der in 1B mit „ba" markierte Einschluß umfaßte eine physikalische Mischung aus Yttriumoxid und 11,45 Gewichtsprozent (Aufschlämmungsbasis)/13,11 Gewichtsprozent (Trockenbasis) Samariumoxid, der unter Verwendung der Aufschlämmungszusammensetzung aus Tabelle 9 hergestellt wurde, und der mit „3" markierte Einschluß war Yttriumoxid als eine Kontrolle. Der mit 13,11 Gewichtsprozent Samariumoxid hergestellte Einschluß kann in 1B klar erkannt werden, was anzeigt, daß Samariumoxid als ein Darstellungsagens für N-Strahlungsdarstellung von Einschlüssen gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
BEISPIEL 8
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung einer Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und Ti-6-4-Teststangenguß unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen, ebenso wie die Menge an α-Randschicht, die durch Gießen solcher Teststangen erzeugt wird. Wie bei Beispiel 2 verwendete dieses Beispiel eine physikalische Mischung eines feuerfesten Materials, d.h. Yttriumoxid, und eines Darstellungsagens, d.h. Gadoliniumoxid, für die Herstellung der Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung. Ansonsten wurden die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 10 wiedergeben.
TABELLE 10
1B ist das N-Strahlenbild, das in Beispiel 7 diskutiert wurde, wo der mit „bb" markierte Einschluß eine physikalische Mischung aus Yttriumoxid und 4,49 Gewichtsprozent (Aufschlämmungsbasis)/5,14 Gewichtsprozent (Trockenbasis) Gadoliniumoxid umfaßt, der unter Verwendung der Auskleidungsbeschichtungszusammensetzung, die in Tabelle 10 genannt ist, hergestellt wurde. Einschluß „bb", hergestellt mit 5,14 Gewichtsprozent Gadoliniumoxid, wird in 1B klar erkannt, und ist so unterscheidbar wie Einschluß „ba" in 1B, hergestellt aus der Aufschlämmung mit 11,95 Gewichtsprozent Samariumoxid.
BEISPIEL 9
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung einer Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und Ti-6-4-Teststangenguß unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen, ebenso wie die Menge an α-Randschicht, die durch Gießen solcher Teststangen erzeugt wird. Wie bei Beispiel 2 verwendete dieses Beispiel eine physikalische Mischung eines feuerfesten Materials, d.h. Yttriumoxid, und eines Darstellungsagens, d.h. Samariumoxid, für die Herstellung der Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung. Ansonsten wurden die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 11 wiedergeben.
TABELLE 11
1C ist das N-Strahlenbild einer einen Einschluß enthaltenden Teststange mit drei Auskleidungsbeschichtungs-simulierenden Einschlüssen. Der in 1C mit „ca" markierte Einschluß umfaßte eine physikalische Mischung aus Yttriumoxid und 49,86 Gewichtsprozent (Aufschlämmungsbasis)/56,03 Gewichtsprozent (Trockenbasis) Samariumoxid, der unter Verwendung der Aufschlämmungszusammensetzung, die in Tabelle 11 genannt ist, hergestellt wurde. Der in 1C mit „3" markierte Einschluß ist Yttriumoxid, welches als eine Kontrolle verwendet wurde. Der Einschluß, der mit 56,03 Gewichtsprozent Samariumoxid hergestellt wurde, kann als „ca" in 1C klar erkannt werden.
BEISPIEL 10
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung einer Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und Ti-6-4-Teststangenguß unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen, ebenso wie die Menge an α-Randschicht, die durch Gießen solcher Teststangen erzeugt wird. Wie bei Beispiel 2 verwendete dieses Beispiel eine physikalische Mischung eines feuerfesten Materials, d.h. Yttriumoxid, und eines Darstellungsagens, d.h. Samariumoxid, für die Herstellung der Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung. Ansonsten wurden die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 12 wiedergeben.
TABELLE 12
1C ist das N-Strahlenbild, das in Beispiel 1 diskutiert wurde, wo der mit „cd" markierte Einschluß eine physikalische Mischung aus Yttriumoxid und 27,11 Gewichtsprozent (Aufschlämmungsbasis)/30,80 Gewichtsprozent (Trockenbasis) Samariumoxid umfaßt, der unter Verwendung der Auskleidungsbeschichtungszusammensetzung, die in Tabelle 12 genannt ist, hergestellt wurde. Der mit „cd" gekennzeichnete Einschluß, der mit 30,80 Gewichtsprozent Samariumoxid hergestellt wurde, ist in 1C klar zu erkennen.
BEISPIEL 11 (VERGLEICH)
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung von Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmungen, die eine innige Mischung eines Gießformbildungsmaterials und eines Darstellungsagens umfassen, Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und Ti-6-4-Teststangenguß unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen, ebenso wie die Menge an α-Randschicht, die durch Gießen solcher Teststangen bei zwei verschiedenen Temperaturen erzeugt wird, nämlich 371°C (700°F) und 982°C (1.800°F). Dieses Beispiel 11 betrifft eine Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, die eine innige Mischung aus calciniertem Erbiumoxid/Yttriumoxid umfaßt. Ansonsten wurden die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 13 wiedergeben.
TABELLE 13
α-Randschichtdaten sind unten in Tabelle 14 für Teststangenguß bei 982°C (1.800°F) und 371°C (700°F) unter Verwendung von Schalen mit der in Beispiel 11 diskutierten Zusammensetzung wiedergeben.
TABELLE 14 Beispiel 11 – 982°C (1.800°F)
Beispiel 11 – 371°C (700°F)
Die α-Randschicht-Daten, die in Tabelle 14 bereitgestellt werden, zeigen, daß Gußteile unter Verwendung von Schalen, die wie in Beispiel 11 beschrieben hergestellt wurden, eine annehmbare α-Randschicht aufwiesen, d.h. weniger als etwa 0,051 cm (0,020 Inch) kontinuierliche α-Randschicht, und weniger als etwa 0,089 cm (0,035 Inch) gesamte α-Randschicht. Die α-Randschichtdaten zeigen ebenfalls, wie zu erwarten ist, daß ein Vermindern der Gießformtemperatur ebenfalls den Umfang an α-Randschicht reduziert. Dies wird am besten durch Vergleichen der gesamten α-Randschicht an den zwei unterschiedlichen Temperaturen für Gußteile einer bestimmten Dicke veranschaulicht. Beispielsweise wies die 2,54 cm (1 Inch) Teststange eine gesamte α-Randschicht von etwa 0,041 cm (0,016 Inch) bei 982°C (1.800°F) und 0,033 cm (0,013 Inch) bei 371°C (700°F) auf.
BEISPIEL 12 (VERGLEICH)
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung von Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmungen, die eine innige Mischung eines Gießformbildungsmaterials und eines Darstellungsagens umfassen, Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und Ti-6-4-Teststangenguß unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen, ebenso wie die Menge an α-Randschicht, die durch Gießen solcher Teststangen erzeugt wird. Dieses Beispiel 12 betrifft eine Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, die calciniertes Erbiumoxid/Yttriumoxid umfaßt. Ansonsten wurden die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 15 wiedergeben.
TABELLE 15
α-Randschichtdaten bei 982°C (1.800°F) und 371°C (700°F) für Teststangen, die unter Verwendung von Schalen mit der in Beispiel 11 diskutierten Zusammensetzung hergestellt wurden, sind unten in Tabelle 16 wiedergeben.
Beispiel 12 – 982°C (1.800°F) TABELLE 16
Beispiel 12 – 371°C (700°F)
Eine Information, die durch Tabelle 16 bereitgestellt wird, zeigt, daß Gußteile unter Verwendung von Schalen, die wie in Beispiel 12 beschrieben hergestellt wurden, eine annehmbare α-Randschicht aufwiesen, und daß ein Vermindern der Gießformtemperatur ebenfalls im allgemeine den Umfang an α-Randschicht vermindert.
BEISPIEL 13
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung von Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmungen, die eine innige Mischung eines Gießformbildungsmaterials und eines Darstellungsagens umfassen, Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und Ti-6-4-Teststangenguß unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen, ebenso wie die Menge an α-Randschicht, die durch Gießen solcher Teststangen erzeugt wird. Dieses Beispiel 13 betrifft eine Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, die calciniertes Dysprosiumoxid/Yttriumoxid umfaßt. Ansonsten wurden die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 17 wiedergeben.
TABELLE 17
1D ist ein N-Strahlenbild einer Teststange, die aus einer Gießform mit der oben beschriebenen Auskleidungsbeschichtungszusammensetzung hergestellt wurde. 1D zeigt die Gegenwart des Einschlusses.
α-Randschichtdaten bei 982°C (1.800°F) und 371°C (700°F) für Teile, die unter Verwendung solcher Schalen mit der in Beispiel 13 diskutierten Zusammensetzung hergestellt wurden, sind unten in Tabelle 18 wiedergegeben.
Beispiel 13 – 982°C (1.800°F) TABELLE 18
Beispiel 13 – 371°C (700°F)
BEISPIEL 14
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung von Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmungen, die eine innige Mischung eines Gießformbildungsmaterials und eines Darstellungsagens umfassen, Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und Ti-6-4-Teststangenguß unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen, ebenso wie die Menge an α-Randschicht, die durch Gießen solcher Teststangen erzeugt wird. Dieses Beispiel 14 betrifft eine Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, die calciniertes Dysprosiumoxid/Yttriumoxid umfaßt. Ansonsten wurden die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 19 wiedergeben.
TABELLE 19
1E ist ein N-Strahlenbild einer Teststange, die aus einer Gießform mit der oben beschriebenen Auskleidungsbeschichtungszusammensetzung hergestellt wurde. 1E zeigt die Gegenwart des Einschlusses.
α-Randschichtdaten für Teststangenguß unter Verwendung von Schalentemperaturen von 982°C (1.800°F) und 371°C (700°F) und unter Verwendung von Schalen mit der in Beispiel 14 diskutierten Zusammensetzung sind unten in Tabelle 20 wiedergegeben.
Beispiel 14 – 982°C (1.800°F) TABELLE 20
Beispiel 14 – 371°C (700°F)
BEISPIEL 15
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung von Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmungen, die eine innige Mischung eines Gießformbildungsmaterials und eines Darstellungsagens umfassen, Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und Ti-6-4-Teststangenguß unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen, ebenso wie die Menge an α-Randschicht, die durch Gießen solcher Teststangen erzeugt wird. Dieses Beispiel 15 betrifft eine Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, die calciniertes Gadoliniumoxid/Yttriumoxid umfaßt. Ansonsten wurden die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 21 wiedergeben.
TABELLE 21
1F ist ein N-Strahlenbild einer Teststange, die aus einer Gießform mit der oben beschriebenen Auskleidungsbeschichtungszusammensetzung hergestellt wurde. 1F zeigt die Gegenwart des Einschlusses.
α-Randschichtdaten für Teststangenguß unter Verwendung von Schalen mit der in Beispiel 15 diskutierten Zusammensetzung hergestellt wurden, sind unten in Tabelle 22 wiedergegeben.
Beispiel 15 – 982°C (1.800°F) TABELLE 22
Beispiel 15 – 371°C (700°F)
BEISPIEL 16
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung von Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmungen, die eine innige Mischung eines Gießformbildungsmaterials und eines Darstellungsagens umfassen, Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und Ti-6-4-Teststangenguß unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen, ebenso wie die Menge an α-Randschicht, die durch Gießen solcher Teststangen erzeugt wird. Dieses Beispiel 16 betrifft eine Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, die calciniertes Gadoliniumoxid/Yttriumoxid umfaßt. Ansonsten wurden die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 23 wiedergeben.
TABELLE 23
2G ist ein N-Strahlenbild einer Teststange, die aus einer Gießform mit der oben beschriebenen Auskleidungsbeschichtungszusammensetzung hergestellt wurde. 2G zeigt die Gegenwart des Einschlusses.
α-Randschichtdaten für Teststangen, die wie in Beispiel 16 diskutiert gegossen wurden, sind unten in Tabelle 24 wiedergegeben.
Beispiel 16 – 982°C (1.800°F) TABELLE 24
Beispiel 16 – 371°C (700°F)
BEISPIEL 17
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung von Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmungen, die eine innige Mischung eines Gießformbildungsmaterials und eines Darstellungsagens umfassen, Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und Ti-6-4-Teststangenguß unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen, ebenso wie die Menge an α-Randschicht, die durch Gießen solcher Teststangen erzeugt wird. Dieses Beispiel 17 betrifft eine Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, die calciniertes Gadoliniumoxid/Yttriumoxid umfaßt. Ansonsten wurden die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufchlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 25 wiedergeben.
TABELLE 25
2H ist ein N-Strahlenbild einer Teststange, die aus einer Gießform mit der oben beschriebenen Auskleidungsbeschichtungszusammensetzung hergestellt wurde. 2H zeigt die Gegenwart des Einschlusses.
α-Randschichtdaten für Teststangen, die wie in Beispiel 17 diskutiert gegossen wurden, sind unten in Tabelle 26 wiedergegeben.
Beispiel 17 – 982°C (1.800°F) TABELLE 26
Beispiel 17 – 371°C (700°F)
BEISPIEL 18
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung von Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmungen, die Gadoliniumoxid sowohl als das Gießformbildungsmaterial als auch das Darstellungsagens umfassen, und Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden. Die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform wurden auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 27 wiedergeben.
TABELLE 27
Gießformen, die gemäß diesem Beispiel 18 hergestellt werden, werden nicht als geeignet zum In Form-gießen von Teilen erachtet. Dies liegt offensichtlicherweise in der erhöhten wäßrigen Lösbarkeit von Gadoliniumoxid relativ zu Yttriumoxid. Die Probleme, die mit diesem Beispiel 18 verbunden sind, können jedoch wahrscheinlich durch Berücksichtigung der erhöhten wäßrigen Löslichkeit des reinen Gadoliniumoxids verglichen mit anderen Darstellungsmaterialien, und Mischungen von Gießformbildungsagentien und Darstellungsagentien beachtet werden.
BEISPIEL 19
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung von Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmungen, die eine innige Mischung eines Gießformbildungsmaterials und eines Darstellungsagens umfassen, Gießformen, die unter Verwendung einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und Ti-6-4-Teststangenguß unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen, ebenso wie die Menge an α-Randschicht, die durch Gießen solcher Teststangen erzeugt wird. Dieses Beispiel 19 betrifft eine Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, die calciniertes Samariumoxid/Yttriumoxid umfaßt. Ansonsten wurden die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 28 wiedergeben.
TABELLE 28
2I ist ein N-Strahlenbild einer Teststange, die aus einer Gießform mit der oben beschriebenen Auskleidungsbeschichtungszusammensetzung hergestellt wurde. 2I zeigt die Gegenwart des Einschlusses.
α-Randschichtdaten für Teststangenguß bei Schalentemperaturen von 982°C (1.800°F) und 371°C (700°F) unter Verwendung von Schalen, die mit der in Beispiel 19 diskutierten Zusammensetzung hergestellt wurden, sind unten in Tabelle 29 wiedergegeben.
Beispiel 19 – 982°C (1.800°F) TABELLE 29
Beispiel 19 – 371°C (700°F)
BEISPIEL 20
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung von Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmungen, die eine innige Mischung eines Gießformbildungsmaterials und eines Darstellungsagens umfassen, Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und Ti-6-4-Teststangenguß unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen, ebenso wie die Menge an α-Randschicht, die durch Gießen solcher Teststangen erzeugt wird. Dieses Beispiel 20 betrifft eine Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, die calciniertes Samariumoxid/Yttriumoxid umfaßt. Ansonsten wurden die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 30 wiedergeben.
TABELLE 30
2J ist ein N-Strahlenbild einer Teststange, die aus einer Gießform mit der oben beschriebenen Auskleidungsbeschichtungszusammensetzung hergestellt wurde. 2J zeigt die Gegenwart des Einschlusses.
α-Randschichtdaten für Teststangen, die wie in Beispiel 20 diskutiert gegossen wurden, sind unten in Tabelle 31 wiedergegeben.
Beispiel 20 – 982°C (1.800°F) TABELLE 31
Beispiel 20 – 371°C (700°F)
BEISPIEL 21
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung von Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmungen, die eine innige Mischung eines Gießformbildungsmaterials und eines Darstellungsagens umfassen, Gießformen, die mit einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und Ti-6-4-Teststangenguß unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen, ebenso wie die Menge an α-Randschicht, die durch Gießen solcher Teststangen erzeugt wird. Dieses Beispiel 21 betrifft eine Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, die calciniertes Gadoliniumoxid/Yttriumoxid umfaßt. Ansonsten wurden die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 32 wiedergeben.
TABELLE 32
2K ist ein N-Strahlenbild einer Teststange, die aus einer Gießform mit der oben beschriebenen Auskleidungsbeschichtungszusammensetzung hergestellt wurde. 2K zeigt die Gegenwart des Einschlusses.
BEISPIEL 22
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung von Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmungen, die eine innige Mischung eines Gießformbildungsmaterials und eines Darstellungsagens umfassen, Gießformen, die unter Verwendung einer solchen Auskleidungsbeschichtung in Form gegossen worden sind, und Ti-6-4-Teststangenguß unter Verwendung solcher Gießformen, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellung unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen, ebenso wie die Menge an α-Randschicht, die durch Gießen solcher Teststangen erzeugt wird. Dieses Beispiel 22 betrifft eine Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, die calciniertes Gadoliniumoxid/Yttriumoxid umfaßt. Ansonsten wurden die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung herzustellen, sind unten in Tabelle 33 wiedergeben.
TABELLE 33
2L ist ein N-Strahlungsbild einer Teststange, die aus einer Gießform mit der oben beschriebenen Auskleidungsbeschichtungszusammensetzung hergestellt wurde. 2L zeigt die Gegenwart des Einschlusses.
BEISPIEL 23
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung von Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmungen, die eine innige Mischung eines Gießformbildungsmaterials und eines Darstellungsagens umfassen, Gießformen, die unter Verwendung einer solchen Auskleidungsbeschichtung hergestellt werden, und strukturelle Ti-6-4-Gußteile, die unter Verwendung solcher Gießformen hergestellt werden, um die Wirksamkeit der Einschlußdarstellungsagentien unter Verwendung des Auskleidungsbeschichtungsmaterials zu bestimmen, ebenso wie die Menge an α-Randschicht, die durch Gießen solcher Teststangen erzeugt wird. Dieses Beispiel 23 betrifft eine Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, die calciniertes Gadoliniumoxid/Yttriumoxid umfaßt. Ansonsten wurden die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung und die Gießform auf eine Weise hergestellt, die im wesentlichen identisch ist zu derjenigen aus Beispiel 1. Die verwendeten Materialien, um die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung bereitzustellen, sind in Tabelle 23 wiedergegeben. α-Randschicht -Ergebnisse aus vier Stellen sind in Tabelle 34 gezeigt.
TABELLE 34
Ein nicht-destruktives Testen unter Verwendung einer N-Strahlenanalyse zeigte die Gegenwart von zwei Einschlüssen (3) in einer Abschnittsdicke von etwa 2,54 cm (1 Inch), wobei die Einschlüsse beobachtete Längen von etwa 0,064 cm (0,025 Inch) und 0,127 cm (0,050 Inch) aufwiesen. Standardherstellungsmethoden zur Inspektion unter Verwendung sowohl einer Röntgenstrahlenanalyse als auch einer Ultraschallinspektion zeigten diese Einschlüsse nicht. Dieses Beispiel demonstriert daher (1) die Fähigkeit der mit Gadoliniumoxid dotierten Auskleidungsbeschichtung, Gußteile mit annehmbaren α-Randschicht-Niveaus herzustellen, und (2) den Nutzen der Verwendung einer N-Strahlenanalyse, um Einschlüsse zu detektieren, welche ansonsten unter Verwendung herkömmlicher Methoden, die vor der vorliegenden Erfindung entwickelt wurden, nicht detektiert werden würden.

Claims

Verfahren zum Investmentguß eines Titan- oder Titanlegierungsgegenstands, welches umfaßt: Bilden einer Gießform unter Verwendung wenigstens einer Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, welche ein feuerfestes Material vermischt mit einem Darstellungsagens umfaßt; Gießen des Gegenstandes unter Verwendung der Gießform; und Verwenden eines Darstellungsverfahrens, um den Gießgegenstand zu analysieren, um Einschlüsse in dem Gießgegenstand zu detektieren; dadurch gekennzeichnet, daß das Darstellungsagens ein Material einschließt, das ein Metall umfaßt, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Bor, Neodym, Samarium, Europium, Gadolinium, Dysprosium, Holmium, Ytterbium, Lutetium, Iridium, physikalischen Mischungen derselben und chemischen Mischungen derselben, wobei die Auskleidungsbeschichtung von etwa 1 bis etwa 100 Gewichtsprozent des Darstellungsmaterials umfaßt, wobei das Darstellungsmaterial ausgewählt ist, so daß ein linearer Schwächungskoeffizient des Gegenstands und ein linearer Schwächungskoeffizient des Darstellungsagens ausreichend unterschiedlich sind, um ein Darstellen eines Einschlusses durch N-Strahlenanalyse zu ermöglichen; und wobei die N-Strahlenanalyse verwendet wird, um Einschlüsse in dem Gießgegenstand zu detektieren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidungsbeschichtung im wesentlichen vollständig Gadoliniumoxid sowohl als das Darstellungsagens als auch das feuerfeste Material umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Material Yttriumoxid, Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid, Calciumoxid, Siliciumoxid, Zirkon, Titanoxid, Wolfram, physikalische Mischungen derselben und chemische Mischungen derselben ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Darstellungsagens und das feuerfeste Material miteinander verschmolzen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Darstellungsagens und das feuerfeste Material cokalziniert sind.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidungsbeschichtung Yttriumoxid cokalziniert mit Gadoliniumoxid umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidungsbeschichtung innig vermischte Darstellungsagentien umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidungsbeschichtung innig vermischte feuerfeste Materialien umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, welches weiter den Schritt eines Infiltrierens wenigstens eines Teils der Auskleidungsbeschichtung unter Verwendung einer wässrigen oder nicht wässrigen Lösung des Darstellungsagens umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Infiltrierens wenigstens eines Teils der Auskleidungsbeschichtung den Schritt umfaßt eines Anordnens der Lösung des Darstellungsagens innerhalb einer Aushöhlung der Gießform; Ermöglichen der Lösung, um in der Aushöhlung für eine ausreichende Zeitdauer zu verbleiben, um wenigstens die Auskleidungsbeschichtung der Gießform zu infiltrieren; und Entfernen der Lösung des Darstellungsagens aus der Aushöhlung.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Infiltrierens wenigstens eines Teils der Auskleidungsbeschichtung ein Eintauchen wenigstens eines Teils des Musters mit der Auskleidungsbeschichtung in eine wässrige oder nicht wässrige Lösung des Darstellungsagens für eine Zeitdauer umfaßt, die ausreichend ist, um die Auskleidungsbeschichtung mit dem Darstellungsagens zu infiltrieren.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Form ferner wenigstens eine Halteschicht einschließt, die ein Darstellungsagens umfaßt, und ferner den Schritt eines Infiltrierens wenigstens einer der mehreren Formhalteschichten mit einer wässrigen oder nicht wässrigen Lösung des Darstellungsagens umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Form ferner wenigstens eine Halteschicht einschließt, die ein Darstellungsagens umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, welches ferner die Schritte umfaßt: eines Auftragens einer Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung auf ein Muster, um die Auskleidungsbeschichtung zu bilden; serielles Auftragen der mehreren Halteschichten auf das Muster; und Brennen des Musters, um die Gießform zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, die verwendet wird, um die Auskleidungsbeschichtung abzuscheiden, von etwa 1 bis etwa 65 Gewichtsprozent des Darstellungsagens umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidungsbeschichtungsaufschlämmung, die verwendet wird, um die Auskleidungsbeschichtung abzuscheiden, von etwa 2 bis etwa 25 Gewichtsprozent des Darstellungsagens umfaßt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Darstellungsagens im wesentlichen einheitlich verteilt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Darstellungsagens in Mengen verteilt wird, die zum Darstellen von Einschlüssen ausreichend sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Darstellungsagens ein Metallsalz, ein Metalloxid, ein Intermetall, ein Borid oder eine Mischung derselben ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Darstellungsagens einen linearen Koeffizienten aufweist, der größer ist als derjenige von Erbium.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Titan- oder Titanlegierungsgegenstands eine Dicke von größer als etwa 5 cm (2 Inch) aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches weiter den Schritt eines Analysierens des Gegenstands durch Röntgenstrahlenanalyse umfaßt.