EP0749790B1 - Verfahren und Herstellung eines gerichtet erstarrten Giesskörpers und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

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EP0749790B1
EP0749790B1 EP96810192A EP96810192A EP0749790B1 EP 0749790 B1 EP0749790 B1 EP 0749790B1 EP 96810192 A EP96810192 A EP 96810192A EP 96810192 A EP96810192 A EP 96810192A EP 0749790 B1 EP0749790 B1 EP 0749790B1
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EP
European Patent Office
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gas
chamber
baffle
cooling chamber
casting mould
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EP96810192A
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EP0749790A1 (de
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Edvard L. Prof. Dr. Kats
Maxim Dr. Konter
Joachim Dr. Rösler
Vladimir P. Dr. Lubenets
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GE Vernova GmbH
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ABB Alstom Power Switzerland Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B22D27/045—Directionally solidified castings

Definitions

  • Using methods to produce a directionally solidified Casting body can be complicated and high components subject to thermal and mechanical loads, such as vanes or blades of gas turbines, getting produced.
  • the directionally solidified casting body as a single crystal formed or aligned in a preferred direction Stem crystals are formed. Is of particular importance that the directional solidification takes place under conditions, where between a chilled part of a molten starting material receiving mold and the still molten starting material a strong heat exchange takes place.
  • a zone can then be directed form solidified material with a solidification front, which with continuous removal of heat to form the directly solidified casting body wanders through the casting mold.
  • the production of a faultless casting body depends essentially on the size of the temperature gradient on the solidification front and the rate of solidification. With low temperature gradient and high solidification rate cannot be a directionally solidified casting getting produced. In contrast, with a large temperature gradient and with a slow solidification rate although a directionally solidified casting body is produced, however, such a casting has undesirable defects on how especially chained and coaxial aligned grains (freckles).
  • the invention is based on a method for Production of a directionally solidified casting body and a device for performing the method as it for example, in US-A-3,532,155.
  • the described method is used to manufacture the barrel and Guide blades of gas turbines and uses an evacuable Oven.
  • This oven has two by one water-cooled Wall separated and arranged one above the other Chambers, of which the upper chamber is heatable is and a swiveling crucible to accommodate pouring material, for example a nickel-based alloy, having.
  • the one with this heating chamber Opening in the water-cooled wall connected lower chamber is coolable and has walls through which water flows on.
  • One through the bottom of this cooling chamber and the opening drive rod guided in the water-cooled wall a water-cooled cooling plate, which the bottom of a the mold is located in the heating chamber.
  • the first step is in the crucible liquefied alloy in the in the heating chamber cast mold is poured.
  • This forms above the cooling plate forming the mold base from a narrow zone directed solidified alloy.
  • With one in the cooling chamber directed downward movement of the mold becomes this shape through the opening provided in the water-cooled wall guided.
  • a zone of directionally solidified alloy limiting solidification front migrates to form a directional solidified casting body from bottom to top the entire mold.
  • a is the Stefan-Boltzmann constant
  • a method for the production is also from the Japanese application JP 53-57127 known from directionally solidified castings.
  • the mold led down by a heating chamber and with a cooling ring, which with an inert gas is operated, cooled.
  • a disadvantage of this method is that that not the mold itself, but only the housing, which is around the mold is arranged, cooled, resulting in a much lower one Temperature gradients in the solidification front leads.
  • there is no baffle between Heating and cooling element available which also negatively affects the temperature gradient in the solidification front and thus affects grain growth.
  • the method according to the invention is characterized in that that it directionally froze and near vacancies Casting body provides low porosity, which itself complex design practically shatterproof are.
  • the process also enables fast throughput times and can also be used in prior art devices be carried out, which can be converted with little effort have been.
  • the single figure shows a schematic representation a preferred embodiment of a device for performing of the inventive method.
  • the device shown in the single figure has one Vacuum chamber 2 evacuable via a vacuum system 1.
  • the Vacuum chamber 2 takes two through a baffle (radiation shield) 3 separate chambers 4 arranged one above the other, 5 and a pivotable crucible 6 for receiving a Alloy, for example a nickel base super alloy, on.
  • the upper 4 of the two chambers is heatable.
  • the with the heating chamber 4 through an opening 7 in the baffle 3rd connected lower chamber 5 contains a device for Generating and guiding a gas flow.
  • This device contains a cavity with openings or nozzles 8, which point inwards to a mold 12 and a system for Generation of gas flows 9.
  • the from the openings or nozzles 8 emerging gas flows are mostly centripetal.
  • Drive rod 10 carries an optionally water-flowed Cooling plate 11, which forms the bottom of a mold 12.
  • This casting mold can be applied to the drive rod 10 acting drive from the heating chamber 4 through the opening 7 in the cooling chamber 5 are guided.
  • the mold 12 has above the cooling plate 11 thin-walled, for example 10 mm thick, part 13 Ceramic, which promotes the formation of crystals Can accommodate germs and / or a helix starter.
  • the cooling plate 11 can open or close the mold 12 become.
  • the mold 12 is open and can via a filling device led into the heating chamber 4 14 with melted alloy 15 from the crucible 6 be filled.
  • the mold 12 in the heating chamber 4 surrounding Electric heating elements 16 hold the one in the heating chamber Part of the mold 12 located alloy part above their liquidus temperature.
  • the cooling chamber is connected to the entrance of a vacuum system 17 Removing the inflowing gas from the vacuum chamber 2 and connected for cooling and cleaning the removed gas.
  • Casting mold 12 With a downward movement of the cooling chamber 5 Casting mold 12 becomes the ceramic part 13 of the casting mold 12 successively through the opening 7 provided in the baffle 3 guided. A zone of directionally solidified alloy limiting solidification front 19 migrates to form a directed solidified casting body 20 from bottom to top through the entire mold (figure).
  • the inert gas streams emerging from the openings or nozzles 8 strike the surface of the ceramic part 13 and are guided downwards along the surface. Here they withdraw heat q from the mold 12 and thus also from the already solidified part of the mold content q.
  • a particularly high heat extraction even with a complex trained mold is achieved when the baffle 3 is cooled and / or when its opening 7 of flexible, at the mold 21 adjacent fingers 21 is limited.
  • the inert gas blown into the cooling chamber 5 can by the Vacuum system 17 removed from the vacuum chamber 2, cooled filtered and - compressed to a few bar - pipes 18 are supplied with the openings or nozzles 8 in Active connection.
  • the furnace geometries, the heating temperatures and the pouring temperatures were identical in all processes.
  • the solidification front typically has one concave shape.
  • the solidification front on the other hand, is flat or even convex. With the method according to the invention, such a single-crystal Solidification of a turbine blade in the area of its inside and its outer end can be adjusted better.
  • the method according to the invention is evident at high speed through the furnace from that the cast body produced afterwards a special high single crystal breaking strength, low porosity and have no defects.

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Description

TECHNISCHES GEBIET
Mit Verfahren zur Herstellung eines gerichtet erstarrten Giesskörpers können kompliziert ausgebildete und hohen thermischen und mechanischen Belastungen aussetzbare Bauteile, wie etwa Leit- oder Laufschaufeln von Gasturbinen, hergestellt werden. Je nach den Verfahrensbedingungen kann hierbei der gerichtet erstarrte Giesskörper als Einkristall ausgebildet oder von in einer Vorzugsrichtung ausgerichteten Stengelkristallen gebildet sein. Von besonderer Bedeutung ist es, dass die gerichtete Erstarrung unter Bedingungen stattfindet, bei denen zwischen einem gekühlten Teil einer geschmolzenes Ausgangsmaterial aufnehmenden Giessform und dem noch geschmolzenen Ausgangsmaterial ein starker Wärmeaustausch stattfindet. Es kann sich dann eine Zone gerichtet erstarrten Materials mit einer Erstarrungsfront ausbilden, welche bei dauerndem Entzug von Wärme unter Bildung des direkt erstarrten Giesskörpers durch die Giessform wandert.
Die Herstellung eines fehlerfreien Giesskörpers hängt wesentlich von der Grösse des Temperaturgradienten an der Erstarrungsfront und der Verfestigungsgeschwindigkeit ab. Mit geringem Temperaturgradienten und hoher Verfestigungsgeschwindigkeit kann kein gerichtet erstarrter Giesskörper hergestellt werden. Hingegen kann mit einem grossen Temperaturgradienten und mit geringer Verfestigungsgeschwindigkeit zwar ein gerichtet erstarrter Giesskörper hergestellt werden, jedoch weist ein solcher Giesskörper unerwünschte Fehlstellen auf, wie insbesondere in Ketten angeordnete und gleichachsig ausgerichtete Körner (freckles).
STAND DER TECHNIK
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Verfahren zur Herstellung eines gerichtet erstarrten Giesskörpers und von einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wie es beispielsweise in US-A-3,532,155 beschrieben ist. Das beschriebene Verfahren dient der Herstellung der Lauf- und Leitschaufeln von Gasturbinen und verwendet einen evakuierbaren Ofen. Dieser Ofen weist zwei durch eine wassergekühlte Wand voneinander getrennte und übereinander angeordnete Kammern auf, von denen die obere Kammer heizbar ausgebildet ist und einen schwenkbaren Schmelztiegel zur Aufnahme von zu vergiessendem Material, beispielsweise eine Nickel-Basislegierung, aufweist. Die mit dieser Heizkammer durch eine Öffnung in der wassergekühlten Wand verbundene untere Kammer ist kühlbar ausgebildet und weist wasserdurchströmte Wände auf. Eine durch den Boden dieser Kühlkammer und die Öffnung in der wassergekühlten Wand geführte Antriebsstange trägt eine wasserdurchströmte Kühlplatte, welche den Boden einer in der Heizkammer befindlichen Giessform bildet.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird zunächst die im Schmelztiegel verflüssigte Legierung in die in der Heizkammer befindliche Giessform gegossen. Hierbei bildet sich oberhalb der den Formboden bildenden Kühlplatte eine schmale Zone aus gerichtet erstarrter Legierung. Bei einer in die Kühlkammer gerichteten Abwärtsbewegung der Giessform wird diese Form durch die in der wassergekühlten Wand vorgesehene Öffnung geführt. Eine die Zone aus gerichtet erstarrter Legierung begrenzende Erstarrungsfront wandert unter Bildung eines gerichtet erstarrten Giesskörpers von unten nach oben durch die gesamte Giessform.
Zu Beginn des Erstarrungsprozesses werden ein grosser Temperaturgradient und eine hohe Verfestigungsgeschwindigkeit erreicht, da das in die Form gegossene Material zunächst unmittelbar auf die Kühlplatte auftrifft und die der Schmelze zu entziehende Wärme von der Erstarrungsfront durch eine vergleichsweise dünne Schicht erstarrten Materials mit einer Wärmeübergangszahl αcm zur Kühlplatte geleitet wird. Weist das Material eine relativ geringe spezifische Wärmeleitfähigkeit auf, so wird mit wachsendem Abstand zwischen Kühlplatte und Erstarrungsfront in zunehmendem Masse Wärme durch die Wände der Giessform mit einer Wärmeübergangszahl αcmd abgeleitet als auch von der Formoberfläche mit einer Wärmeübergangszahl αr in die kühlere Umgebung abgestrahlt. Gemäss dem Newtonschen Wärmeübergangsgesetz bestimmt sich dann die dem Giesskörper entzogene Wärme q wie folgt: q = α(T - To), wobei T die mittlere Temperatur des Giesskörpers und To die Umgebungstemperatur, wie sie etwa durch die wassergekühlten Wände der Kühlkammer bestimmt ist, bedeuten, und wobei 1/α = 1/αcm + 1/αcmd + 1/αr.
Für eine grosse Gasturbinenschaufel aus einer Nickel-Basissuperlegierung ergeben sich typischerweise folgende Werte der Wärmeübergangszahlen: αcm = lambdam/δm = 816 J/m2sK, αcmd = lambdamd/δmd = 200 J/m2sK, wobei lambdam bzw. lambdamd die spezifische Wärmeleitfähigkeit der Legierung bzw. der keramischen Giessform und δm bzw. δmd die Dicke der bereits erstarrten Metallschicht (angenommen als 30 mm) zwischen dem unter der wassergekühlten Wand gelegenen Teil der Formwand und der Erstarrungsfront bzw. die Dicke der Formwand (angenommen als 10 mm) bedeuten, und αr = σ(ε1T1 4 - ε2T0 4)/(T1 - T0) = 130 J/m2sK, wobei a die Stefan-Boltzmann-Konstante, ε1, T1 bzw. ε2, T0 die Emissionsfähigkeit und Temperatur der Giessformoberfläche bzw. die Absorptionsfähigkeit und Temperatur der Umgebung bedeuten (ε1 = ε2 = 0,5; T1 = 1500K; T0 = 400K).
Hieraus ergibt sich α = 72 J/m2sK.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines gerichtet erstarrten Giesskörpers ist aus US-A-3,763,926 bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine mit einer aufgeschmolzenen Legierung gefüllte Giessform allmählich und kontinuierlich in ein auf ca.260°C aufgeheiztes Zinnbad eingetaucht. Hierdurch wird eine besonders rasche Abfuhr von Wärme aus der Giessform erreicht. Der mit diesem Verfahren gebildete, gerichtet erstarrte Giesskörper zeichnet sich durch eine Mikrostruktur mit geringen Inhomogenitäten aus. Bei der Herstellung von vergleichbar ausgebildeten Gasturbinenschaufeln können mit diesem Verfahren nahezu doppelt so grosse α-Werte erreicht werden wie mit dem Verfahren nach US-A-3,532,155. Zur Vermeidung unerwünschter gasbildender Reaktionen, die die bei der Durchführung dieses Verfahrens eingesetzte Vorrichtung beschädigen können, benötigt dieses Verfahren jedoch eine besonders genaue Temperaturregelung. Zudem ist die Wandstärke der Giessform grösser als beim Verfahren nach der US-A-3,532,155 zu wählen.
Auch aus der japanischen Anmeldung JP 53-57127 ist ein Verfahren zur Herstellung von gerichtet erstarrten Gusskörpern bekannt. Bei diesem Verfahren wird die Gussform von einer Heizkammer nach unten geführt und mit einem Kühlring, welcher mit einem inerten Gas betrieben wird, gekühlt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist allerdings, dass nicht die Gussform selbst, sondern lediglich das Gehäuse, welches um die Giessform angeordnet ist, gekühlt wird, was zu einem wesentlich niedrigeren Temperaturgradienten in der Erstarrungsfront führt. Zudem ist kein Baffle zwischen Heiz- und Kühlelement vorhanden, was sich ebenfalls negativ auf den Temperaturgradienten in der Erstarrungsfront und damit auf das Kornwachstum auswirkt.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem in einfacher Weise gerichtet erstarrte Giesskörper mit einer geringen Anzahl an Fehlstellen hergestellt werden können, und zugleich eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Durchführung dieses Verfahrens in vorteilhafter Weise begünstigt. Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 7 aufgeführten Merkmale gelöst.
Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es gerichtet erstarrte und nahe fehlstellenfreie Giesskörper geringer Porosität liefert, welche selbst bei komplexer Ausgestaltung praktisch splitterfrei ausgebildet sind. Zudem ermöglicht das Verfahren rasche Durchlaufzeiten und kann auch in Vorrichtungen nach dem Stand der Technik durchgeführt werden, welche mit geringem Aufwand umgerüstet worden sind.
WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
Hierbei zeigt die einzige Figur in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.
Die in der einzigen Figur dargestellte Vorrichtung weist eine über ein Vakuumsystem 1 evakuierbare Vakuumkammer 2 auf. Die Vakuumkammer 2 nimmt zwei durch ein Baffle (Strahlungsschild) 3 voneinander getrennte, übereinander angeordnete Kammern 4, 5 und einen schwenkbaren Schmelztiegel 6 zur Aufnahme einer Legierung, beispielsweise einer Nickel-Basissuperlegierung, auf. Die obere 4 der beiden Kammern ist heizbar ausgebildet. Die mit der Heizkammer 4 durch eine Öffnung 7 im Baffle 3 verbundene untere Kammer 5 enthält eine Vorrichtung zum Erzeugen und Führen einer Gasströmung. Diese Vorrichtung enthält einen Hohlraum mit Öffnungen bzw. Düsen 8, welche nach innen auf eine Giessform 12 weisen sowie ein System zum Erzeugen von Gasströmen 9. Die aus den Öffnungen bzw. Düsen 8 tretenden Gasströme sind überwiegend zentripetal geführt. Eine beispielsweise durch den Boden der Kühlkammer 5 geführte Antriebsstange 10 trägt eine gegebenenfalls wasserdurchströmte Kühlplatte 11, welche den Boden einer Giessform 12 bildet.
Diese Giessform kann durch einen auf die Antriebsstange 10 wirkenden Antrieb von der Heizkammer 4 durch die Öffnung 7 in die Kühlkammer 5 geführt werden.
Die Giessform 12 weist oberhalb der Kühlplatte 11 ein dünnwandiges, beispielsweise 10 mm dickes, Teil 13 aus Keramik auf, welches die Bildung von Kristallen fördernde Keime und/oder einen Helixstarter aufnehmen kann. Durch Abheben von der Kühlplatte 11 bzw. durch Aufsetzen auf die Kühlplatte 11 kann die Giessform 12 geöffnet bzw. geschlossen werden. An ihrem oberen Ende ist die Giessform 12 offen und kann über eine in die Heizkammer 4 geführte Füllvorrichtung 14 mit aufgeschmolzener Legierung 15 aus dem Schmelztiegel 6 gefüllt werden. Die Giessform 12 in der Heizkammer 4 umgebende elektrische Heizelemente 16 halten den im heizkammerseitigen Teil der Giessform 12 befindlichen Legierungsteil oberhalb ihrer Liquidustemperatur.
Die Kühlkammer ist mit dem Eingang eines Vakuumsystems 17 zum Entfernen des einströmenden Gases aus der Vakuumkammer 2 und zum Kühlen und Reinigen des entfernten Gases verbunden.
Zur Herstellung eines gerichtet erstarrten Giesskörpers wird zunächst die Giessform 12 durch eine Aufwärtsbewegung der Antriebsstange 10 in die Heizkammer 4 gebracht (in der Figur gestrichelt angedeutet). Im Schmelztiegel 6 verflüssigte Legierung wird sodann über die Füllvorrichtung 14 in die Giessform 12 gegossen. Hierbei bildet sich oberhalb der den Formboden bildenden Kühlplatte 11 eine schmale Zone aus gerichtet erstarrter Legierung (in der Figur nicht dargestellt).
Bei einer in die Kühlkammer 5 gerichteten Abwärtsbewegung der Giessform 12 wird das Keramikteil 13 der Giessform 12 sukzessive durch die im Baffle 3 vorgesehene Öffnung 7 geführt. Eine die Zone aus gerichtet erstarrter Legierung begrenzende Erstarrungsfront 19 wandert unter Bildung eines gerichtet erstarrten Giesskörpers 20 von unten nach oben durch die gesamte Giessform (Figur).
Zu Beginn des Erstarrungsprozesses werden ein grosser Temperaturgradient und eine hohe Verfestigungsgeschwindigkeit erreicht, da das in die Form gegossene Material zunächst unmittelbar auf die Kühlplatte auftrifft und die der Schmelze zu entziehende Wärme von der Erstarrungsfront durch eine vergleichsweise dünne Schicht erstarrten Materials zur Kühlplatte 11 geführt wird. Wenn der von der Kühlplatte 11 gebildete Boden der Giessform 12, gemessen von der Unterseite des Baffle 3, einige Millimeter, beispielsweise 5 bis 40 mm, in die Kühlkammer 5 eingedrungen ist, wird aus den Öffnungen bzw. Düsen 8 inertes, mit dem erhitzten Material nicht reagierendes Druckgas, beispielsweise ein Edelgas, wie etwa Helium oder Argon, oder ein anderes inertes Fluid, zugeführt. Die aus den Öffnungen bzw. Düsen 8 austretenden Inertgasströme prallen auf die Oberfläche des Keramikteils 13 auf und werden längs der Oberfläche nach unten weggeleitet. Hierbei entziehen sie der Giessform 12 und damit auch dem bereits gerichtet erstarrten Teil des Giessforminhalts Wärme q. Entsprechend dem Stand der Technik nach US-A-3,532,155 errechnet sich die entzogene Wärme wie folgt: q = α(T - To), wobei T die Temperatur des Giesskörpers an der Erstarrungsfront und To die Umgebungstemperatur, wie sie durch die Wände der Kühlkammer 5 bzw. der Vakuumkammer 2 bestimmt ist, bedeuten, und wobei 1/α = 1/αcm + 1/αcmd + 1/αGCC, mit αGCC = αr (Wärmeübergang durch Strahlung) + αcvgas (Wärmeübergang durch Konvektion).
Ein besonders hoher Wärmentzug auch bei einer komplex ausgebildeten Giessform wird erreicht, wenn das Baffle 3 gekühlt ist und/oder wenn seine Öffnung 7 von flexiblen, an der Giessform 12 anliegenden Fingern 21 begrenzt ist.
Für eine grosse Gasturbinenschaufel aus einer Nickel-Basissuperlegierung ergeben sich typischerweise folgende Werte der Wärmeübergangszahlen: αcm = lambdam/δm = 816 J/m2sK, αcmd = lambdamd/δmd = 200 J/m2sK, wobei lambdam bzw. lambdamd die spezifische Wärmeleitfähigkeit der Legierung bzw. der keramischen Giessform 12 und δm bzw. δmd die Dicke der bereits erstarrten Metallschicht (angenommen als 30 mm) zwischen Formwand (unter dem Baffle 3 gelegen) und Erstarrungsfront bzw. die Dicke der Formwand (angenommen als 10 mm) bedeuten, und αGCC = 800 J/m2sK. Hieraus ergibt sich mit α = 134 J/m2sK ein Wärmeübergangswert, welcher demjenigen nach dem schwerer beherrschbaren Verfahren gemäss US-A-3,763,926 entspricht.
Das in die Kühlkammer 5 eingeblasene Inertgas kann durch das Vakuumsystem 17 aus der Vakuumkammer 2 entfernt, abgekühlt gefiltert und - auf einige bar komprimiert - Rohrleitungen 18 zugeführt werden, die mit den Öffnungen bzw. Düsen 8 in Wirkverbindung stehen.
Das Befüllen einer nächsten Giessform mit geschmolzenem Metall kann nach Entfernen der Giessform 12 und Evakuieren der Vakuumkammer 2 ausgeführt werden.
Nachfolgend sind die Eigenschaften von als Gasturbinenschaufeln ausgebildeten Giesskörpern angegeben, welche nach den Verfahren gemäss US-A-3,532,155, gemäss US-A-3,763,926 und gemäss der Erfindung hergestellt worden sind. Diese Schaufeln wiesen jeweils gleiche geometrische Abmessungen auf (Länge jeweils 200 mm) und bestanden aus einer Nickel-Basissuperlegierung mit folgenden Hauptkomponenten in Gewichtsprozent:
Cr=6,5; Co=9,5; Mo=0.6; W= 6,5; Ta=6,5; Re=2,9; Al=5,6; Ti=1,0; Hf=0,1; Ni=Rest.
Bei allen Verfahren waren die Ofengeometrien, die Heiztemperaturen und die Abgiesstemperaturen identisch.
Figure 00100001
Bei den Verfahren nach US-A-3,532,155 und insbesondere US-A-3,763,926 weist die Erstarrungsfront typischerweise eine konkave Form auf. Beim Verfahren nach der Erfindung ist die Erstarrungsfront hingegen eben oder sogar konvex ausgebildet. Mit dem Verfahren nach der Erfindung kann so eine einkristalline Erstarrung einer Turbinenschaufel im Bereich ihres innen und ihres aussen liegenden Endes besser eingestellt werden.
Ersichtlich zeichnet sich das Verfahren nach der Erfindung bei hoher Durchlaufgeschwindigkeit durch den Ofen dadurch aus, dass die danach hergestellten Giesskörper eine besonders grosse Einkristallbruchfestigkeit, eine geringe Porosität und keine Fehlstellen aufweisen. Darüber hinaus werden bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung Giesskörper hergestellt, die nahezu frei von Freckles und slivers sind.
Bezugszeichenliste
1
Vakuumsystem
2
Vakuumkammer
3
Baffle (Strahlungsschild)
4
Heizkammer
5
Kühlkammer
6
Schmelztiegel
7
Öffnung
8
Düsen
9
Inertgasströme
10
Antriebsstange
11
Kühlplatte
12
Giessform
13
Keramikteil
14
Füllvorrichtung
15
aufgeschmolzene Legierung
16
Heizelemente
17
Vakuumsystem
18
Rohrleitungen
19
Erstarrungsfront
20
Giesskörper
21
Finger

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Giesskörpers (20) in einer Vakuumkammer (2), bei dem eine in einer Giessform (12) befindliche flüssige Legierung aus einer Heizkammer (4) in einer Kühlkammer (5) geführt wird und dabei gerichtet erstarrt, wobei die Heizkammer (4) von der Kühlkammer (5) durch ein mit einer Öffnung (7) versehenes Baffle (3) getrennt ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Giessform unterhalb des Baffles (3) von aussen zusätzlich mit strömendem Gas gekühlt wird, wobei das Gas in der Kühlkammer (5) in Richtung der Oberfläche der Giessform (12) geführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas ein Inertgas, wie insbesondere Argon oder Helium, ist.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas nach Eintreten des Bodens der Giessform (12) in die Kühlkammer (5) geführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Gas anschliessend aus der Vakuumkammer (2) entfernt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas durch Abpumpen in Führungsrichtung der Giessform (12) aus der Vakuumkammer (2) entfernt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das abströmende Gas abgesaugt, gekühlt, gefiltert und danach erneut in die Kühlkammer (5) geführt wird.
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Giessform (12) in einer Vakuumkammer (2), welche eine Heiz- (4) und einer Kühlkammer (5) aufweist, beide Kammern durch ein mit einer Öffnung versehenes Baffle (3) getrennt, sowie einer Transportvorrichtung (10) für die Giessform (12), dadurch gekennzeichnet, dass auf der von der Heizkammer (4) abgewandten Seite des Baffles (3) in der Nähe des Baffles Düsen (8) zum Erzeugen und Führen der Gasströmung angeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen die Perforationen mindestens einer perforierten Wand sind.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung und Führung der Gasströmung ringförmig um die im Baffle (3) vorgesehene Öffnung (7) angeordnet sind und überwiegend radial nach innen gerichtete Öffnungen oder Düsen (8) aufweisen.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung der Gasströmung wassergekühlt sind.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf die Kühlkammer (5) und/oder das Baffle (3) wirkende zusätzliche Kühlvorrichtung vorgesehen ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Baffle (3) gekühlt ist und/oder von in die Öffnung (7) geführten flexiblen, an der Giessforn (12) anliegenden Fingern (21) begrenzt ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkammer (5) mit dem Eingang eines Vakuumsystems (17) zum Entfernen des Gases aus der Kühlkammer (5) und zum Kühlen und Reinigen des entfernten Gases verbunden ist, welches Teil eines der Kühlkammer (5) wieder Gas zuführenden geschlossenen Kreislaufs ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang des Vakuumsystems (17) mit zu den Düsen oder Öffnungen (8) führenden Rohrleitungen (18) verbunden ist.
EP96810192A 1995-06-20 1996-03-26 Vorrichtung zur Herstellung eines gerichtet erstarrten Giesskörpers Expired - Lifetime EP0749790B2 (de)

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DE19522266 1995-06-20
DE19539770 1995-10-26
DE19539770A DE19539770A1 (de) 1995-06-20 1995-10-26 Verfahren zur Herstellung eines gerichtet erstarrten Gießkörpers und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

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Publication Number Publication Date
EP0749790A1 EP0749790A1 (de) 1996-12-27
EP0749790B1 true EP0749790B1 (de) 2000-08-23
EP0749790B2 EP0749790B2 (de) 2004-11-03

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EP96810192A Expired - Lifetime EP0749790B2 (de) 1995-06-20 1996-03-26 Vorrichtung zur Herstellung eines gerichtet erstarrten Giesskörpers

Country Status (5)

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US (1) US5921310A (de)
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