EP1053804A1

EP1053804A1 - Kernstütze

Info

Publication number: EP1053804A1
Application number: EP99810444A
Authority: EP
Inventors: John Dr. Fernihough
Original assignee: Asea Brown Boveri AG; ABB Asea Brown Boveri Ltd; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: Asea Brown Boveri AG; ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2000-11-22

Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren, mit Hilfe derer es ermöglicht wird, ein Halteelement (1) zur Halterung eines Gießkernes in einer Gießform nach einem Gießen eines Gußteils in dem Gußteil zu belassen, ohne hierdurch die Materialeigenschaften des Gußteils, insbesondere die Festigkeit, in dem Bereich des Halteelements (1) erheblich zu beeinträchtigen. Erfindungsgemäß wird hierzu das Halteelements (1) zumindest in einem Teilbereich aus einem Grundwerkstoff und einem Zusatzwerkstoff hergestellt ist, wobei durch den Zusatzwerkstoff die Oxidationsbeständigkeit des Halteelements erhöht wird. Als Grundwerkstoff wird vorzugsweise der zur Herstellung des Gußteils verwendete Gußwerkstoff verwendet. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist als Grundwerkstoff eine Nickel-Basis-Legierung zu wählen und als Zusatzwerkstoff ein Element aus der Gruppe umfassend die Elemente Yttrium, Lanthan, Magnesium und die Seltenerdmetalle oder Kombinationen dieser Elemente. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft Halteelemente zur Halterung von Gießkernen in Gießformen.

Stand der Technik

Gießen stellt als ein Urformverfahren ein weithin gebräuchliches Verfahren zur Herstellung von Guß- oder Formteilen dar. Hierbei wird ein erschmolzener, flüssiger Werkstoff, zumeist eine Metallschmelze, in eine Form eingegossen. Als Folge des anschließenden Abkühlprozesses erstarrt der flüssige Werkstoff in der Form, wodurch eine der Form entsprechende Formhaltigkeit des Gußteils erzielt wird. Bei den hierzu eingesetzten Formen unterscheidet man verlorene Formen und Dauerformen. Beiden gemeinsam ist, daß sie die äußere Kontur des Gußteils in Form eines Negativabdrucks wiedergeben. Im Anschluß an den Gießprozeß werden verlorene Formen zerstört, um das hergestellte Gußteil freizugeben. Für jedes herzustellende Gußteil ist somit eine verlorene Form erforderlich. Dauerformen hingegen bleiben erhalten, so daß mit einer Dauerform viele Gußteile hergestellt werden können.
Zur Erzeugung von Hohlräumen in den Gußteilen werden üblicherweise Kerne in die Form eingelegt, so daß das flüssige Metall, das in die Form eingegossen wird, nur in die Freiräume zwischen der Form und dem Kern gelangt. Nach Entfernen des Kernes verbleibt somit ein Hohlraum im Gußteil. Um derartige, in der Form angeordnete Kerne in ihrer Lage zu fixieren, werden in der Regel Halteelemente, die oftmals auch als Kernmarken bezeichnet werden, verwendet. Diese Halteelemente können hierbei entweder als separate Bauteile oder auch als in die jeweilige Form oder den Kern integrierte Bauteile ausgeführt sein. Weithin gebräuchlich ist hierbei beispielsweise die Ausgestaltung der Halteelemente in Form von Stiften, die aus Quarz, Siliziumoxid bzw. Quarzsand oder auch aus Platin hergestellt werden. Zur Fixierung dieser Stifte sind in der Form Bohrungen oder Vertiefungen vorgesehen, wobei jeder Stift an einem seiner Enden in einer Bohrung oder Vertiefung gehalten wird. Mit dem jeweils anderen Ende ragt der Stift in den von der Form umschlossenen Hohlraum, wobei das andere Ende an den in die Form eingelegten Kern angrenzt. Durch die Verwendung von zumeist mehreren Stiften wird der in die Form eingelegte Kern somit von der Innenwandkontur des Hohlraumes beabstandet und gleichzeitig in seiner Position innerhalb des Hohlraumes fixiert.
Vor dem eigentlichen Gießprozeß sind solche Halteelemente aufgrund hoher Temperaturbelastungen hochgradig oxidierenden Atmosphären ausgesetzt. Dies betrifft einerseits insbesondere einen Vorheizprozeßschritt, bei dem die Form mitsamt des Kernes und den Halteelementen auf eine Temperatur von ungefähr 1000°C aufgeheizt wird, um im darauffolgenden Gießprozeßschritt ein möglichst gleichmäßiges Erstarren der Schmelze zu gewährleisten. Halteelemente, die in die Form integriert sind, werden zusätzlich während der Herstellung der Form, beispielsweise während eines Sinterprozesses ("Ausbacken der Form"), mit hohen Temperaturen beaufschlagt. Aufgrund dieser hohen Temperaturen bildet sich auf der Außenseite des Bauteils in der Regel eine Oxidschicht aus (das sogenannte Verzundern des Bauteils), die aus mehreren Gründen unerwünscht ist. So können beispielsweise während des Gießens Teile der Oxidschicht abplatzen und den Gußwerkstoff verunreinigen. Ferner verhindert die Oxidschicht aufgrund ihrer hohen Schmelztemperatur ein teilweises oder vollständiges Schmelzen der Halteelemente. Infolgedessen bilden sich während des sich anschließenden Erstarrungsvorgangs auch keine oder nur in einem sehr geringen Umfang chemische Bindungen zwischen dem Halteelement und dem Gußwerkstoff aus. Aus diesem Grund werden die Halteelemente üblicherweise aus den oben aufgeführten Werkstoffen hergestellt, die eine hohe Resistivität gegen Oxidation aufweisen.
Nachteilig bei der Verwendung dieser Werkstoffe wirkt sich aus, daß diese Werkstoffe weitgehend inkompatibel mit dem Gußwerkstoff sind, so daß die Halteelemente nach dem Gießen aus dem Gußteil entfernt werden müssen. Die Inkompatibilität dieser Werkstoffe mit dem Gußwerkstoff bezieht sich hierbei sowohl auf die Unterschiede in der Ausbildung chemischer Bindungen als auch auf Werkstoffeigenschaften, wie beispielsweise unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten, unterschiedliche Festigkeiten oder Oxidationsbeständigkeiten. Die nach dem Entfernen der Halteelemente aus dem Gußteil in dem Gußteil verbleibenden Löcher müssen oftmals verschlossen werden, da aus ihnen beispielsweise im Falle der Verwendung des Gußteils als innengekühlte Turbinenschaufel Kühlluft entweichen würde. Ein Verschließen der Löcher kann mittels Hartlöten erfolgen, wobei das Hartlöten wiederum mehrere Nachteile in sich birgt. So ist der Vorgang des Hartlötens einerseits arbeits- und zeitintensiv, wodurch die Gesamtkosten für die Herstellung des Gußteils erheblich steigen. Andererseits wirkt sich der Lötvorgang infolge der thermischen Belastung während des Lötens und der hierdurch hervorgerufenen Diffusionsvorgänge in dem das Loch umgebenden Material nachteilig auf die Gefügestruktur des Gußteils in Lochnähe aus. So tritt hier infolge des Lötvorgangs oftmals eine Versprödung des Gußmaterials auf. Ferner resultiert hieraus oftmals eine Verminderung der Korrosionsbeständigkeit des Gußmaterials. Darüber hinaus ist der Lötwerkstoff zumeist von geringerer Festigkeit als der Gußwerkstoff, so daß bereits hierdurch eine Schwächung der Lötstelle bedingt ist. Des weiteren ist es möglich und in der Praxis häufig der Fall, daß der Lötvorgang mißlingt, wodurch, insbesondere bei Präzisionsgußteilen, das gesamte Gußteil als Ausschuß unbrauchbar wird.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit Hilfe derer die Nachteile des Stands der Technik vermieden werden. Insbesondere soll die Erfindung eine kostengünstigere Herstellung von Gußteilen dadurch ermöglichen, daß die Halteelemente nach dem Gießprozeß in dem Gußteil verbleiben können, ohne daß hierdurch die Materialeigenschaften des Gußteils, insbesondere die Festigkeit, in den Bereichen der Halteelemente erheblich beeinträchtigt werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Halteelement zumindest in einem Teilbereich aus zumindest einem Grundwerkstoff und einem Zusatzwerkstoff hergestellt ist, wobei durch den Zusatzwerkstoff die Oxidationsbeständigkeit des Halteelements erhöht wird. Der Zusatzwerkstoff ist hierzu vorteilhaft dem Grundwerkstoff möglichst homogen beigemischt. Der verhältnismäßige Anteil an Zusatzwerkstoff, der dem Grundwerkstoff beigemischt wird, ist jeweils in Abhängigkeit des Grundwerkstoffs so zu bemessen, daß sich insgesamt eine ausreichende Passivierung des Halteelements gegen Oxidation einstellt. Der Teilbereich, in dem dem Grundwerkstoff ein Zusatzwerkstoff beigemischt wird, erstreckt sich bei Anordnung des Halteelements in einer Gießform zumindest über den Bereich zwischen der Gießform und einem in der Gießform angeordneten, durch das Halteelement gehalterten Gießkern. In diesen Bereich zwischen Gießform und Gießkern wird in einem Gießverfahren zur Herstellung eines Gußteils ein erschmolzener Gußwerkstoff, eine sogenannte Schmelze, eingegossen. Aufgrund der Oxidationsbeständigkeit des erfindungsgemäßen Halteelements kommt es auch im Falle sehr hoher Temperaturen, wie sie beispielsweise während des Eingießens der Schmelze in die Gießform auftreten, zu keiner oder zu einer nur geringfügigen Oxidation (Verzunderung) des Halteelements. Bei Metallschmelzen sind Temperaturen von 1000°C und darüber durchaus üblich. Derart hohe Temperaturen, die die Oxidation fördern, treten aber beispielsweise auch bei der Herstellung der Gießform mittels eines Sinterverfahrens während des sogenannten Ausbackens der Gießform, d.h. dem Erhitzen der Gießform auf eine hohe Temperatur, auf.
Es wurde gefunden, daß das erfindungsgemäß ausgeführte Halteelement nach dem Erstarrungsprozeß vorteilhaft in dem Gußteil verbleiben kann. Aufgrund der sich nicht oder in nur geringem Umfang ausbildenden Oxidschicht kann es insbesondere durch ein Aufschmelzen der äußeren Schicht des Halteelements während des Eingießens der Schmelze und dem anschließenden Erstarren zur Ausbildung chemischer Bindungen zwischen dem Gußwerkstoff und dem Werkstoff des Halteelements kommen. Infolge der hierdurch bewirkten, sehr guten Verbindung zwischen dem Halteelement und dem Gußwerkstoff ist keine oder eine nur geringe lokale Schwächung des Gußteils im Bereich des Halteelements zu verzeichnen.

Vorteilhaft ist der Grundwerkstoff gleich oder ähnlich dem Gußwerkstoff. Die Ähnlichkeit des Grundwerkstoffs zu dem Gußwerkstoff bezieht sich hierbei insbesondere auf die Festigkeit und/oder die thermische Ausdehnung des Werkstoffs sowie vorzugsweise auch auf die gegenseitige Löslichkeit der beiden Werkstoffe. Die Werkstoffkennwerte sollten vorzugsweise um nicht mehr als 20% voneinander abweichen. Besonders bevorzugt weichen die Werkstoffkennwerte um weniger als 10% voneinander ab. Ferner bezieht sich die Ähnlichkeit des Grundwerkstoffs zu dem Gußwerkstoff zweckmäßig auf eine ähnliche Resistivität der beiden Werkstoffe gegen Oxidation sowie vorteilhaft auf Festigkeitseigenschaften der beiden Werkstoffe im Hochtemperaturbereich, insbesondere die Kurzzeitfestigkeit, die Zeitfestigkeit und die Dauerfestigkeit sowie das Kriechverhalten. Als Hochtemperaturbereich gilt hierbei der Temperaturbereich zwischen 800° C und 1000° C. Die Festigkeitseigenschaften im Hochtemperaturbereich weichen bei einer Betrachtung der Bauteillebensdauer im Falle konstanter Temperaturbelastung bevorzugt um maximal ±50%, besonders bevorzugt um ±25% voneinander ab. Schwankt hingegen die Temperatur, so ist es vorteilhaft, wenn die beiden Werkstoffe so gewählt sind, daß sich im Falle einer Schwankung der Temperatur um 50° C, besonders bevorzugt bei einer Schwankung der Temperatur um 100°C, eine jeweils gleiche Lebensdauer der aus den beiden Werkstoffen hergestellten Bauteile einstellt. Vorteilhaft wiesen die beiden Werkstoffe darüber hinaus ähnliche Elastizitätsmodule auf, so daß sich an den Werkstoffgrenzen keine lokalen Spannungsüberhöhungen ausbilden. Die Elastizitätsmodule als auch vorteilhaft die Zugfestigkeit weichen hierbei zweckmäßig um ±25%, besonders bevorzugt um ±10%, voneinander ab. Im Zusammenhang mit der Bewertung der Ähnlichkeit der beiden verwendeten Werkstoffe ist es nicht erfordelich, daß immer alle hier angeführten Kriterien erfüllt sind. In Abhängigkeit des Einsatzgebietes des herzustellenden Gußteils und der hieraus resultierenden Anforderungen an das Gußteil kann auch im Falle des Erfüllt-Seins nur einer Auswahl der obigen Kriterien eine ausreichende Ähnlichkeit der beiden Werkstoffe gegeben sein.
Insbesondere im Falle der Gleichheit der Werkstoffe kommt es, sofern der Schmelzpunkt des Werkstoffs des Halteelements durch die Beimischung des Zusatzwerkstoffes nicht erheblich erhöht wurde, zu einem zumindest teilweise Erschmelzen des Halteelements. Aufgrund der uneingeschränkten Löslichkeit des Grundwerkstoffes in dem Gußwerkstoff im Falle der Verwendung des gleichen Werkstoffs für das Halteelement und einer vorteilhaften guten Löslichkeit im Falle der Verwendung eines dem Gußwerkstoff ähnlichen Grundwerkstoffs mischt sich der aufgeschmolzene Grundwerkstoff gut mit dem Gußwerkstoff. Bei dem sich an das Eingießen der Schmelze anschließenden Erstarrungsprozeß des Gußteils kommt es infolgedessen auch zur Ausbildung chemischer Bindungen zwischen dem Gußwerkstoff und dem Grundwerkstoff des Halteelements.

In einer vorteilhaften Ausführung ist das Halteelement zusätzlich zumindest in einem Teilbereich mit einer Decksicht aus einem oxidationsbeständigen Material beschichtet. Der mit einer Deckschicht beschichtete Teilbereich erstreckt sich hierbei vorteilhaft wiederum zumindest über den Bereich, der bei Anordnung des Halteelements in einer Gießform zwischen der Gießform und einem in der Gießform angeordneten, durch das Halteelement gehalterten Gießkern zu liegen kommt. Im Falle der Beschichtung des Halteelements kommt es während des Eingießens der Schmelze zunächst zu einem Erschmelzen und einem Abtrag der Beschichtungsschicht. Erst nach dem zumindest lokalen Abtrag der Beschichtungsschicht wird der Grundwerkstoff zusammen mit dem Zusatzwerkstoff erschmolzen. Der Werkstoff der Beschichtungsschicht kann hierzu aus einem hoch oxidationsbeständigen Werkstoff bestehen, der eine Oxidation des Halteelements zuverlässig verhindert. In einem solchen Fall ist es oftmals ausreichend, dem Grundwerkstoff eine geringere Menge Zusatzwerkstoff beizumischen, um eine unerwünscht starke Oxidation zu verhindern.

Um die Verbindung des Halteelements mit dem Gußwerkstoff darüber hinaus zusätzlich zu verbessern, ist es vorteilhaft, das Halteelement in dem Bereich, in dem das Halteelement bei Anordnung in der Gießform zwischen dem Gießkern und der Gießform zu liegen kommt, mit einer unregelmäßig ausgeformten Gestalt auszuführen. Durch die unregelmäßig ausgeformte Gestalt stellt sich zwischen dem Halteelement und dem Gußwerkstoff nach der Erstarrung ein Formschluß ein, der neben den chemischen Bindungen eine feste Verbindung des Halteelements in dem Gußteil gewährleistet.

Das Verfahren zur Herstellung von Gußteilen unter Verwendung von zumindest einem Gießkern umfaßt in einem ersten Arbeitsschritt das Herstellen einer Gießform. Die Herstellung der Gießform ist im Stand der Technik bekannt. In einem weiteren Arbeitsschritt wird zumindest ein erfindungsgemäßes Halteelement, wie oben ausgeführt, hergestellt und an einer zur Halterung eines Gießkerns geeigneten Position in der Gießform angeordnet. Es kann hier aber auch sein, daß das Halteelement als integrales Bestandteil der Gießform zusammen mit dieser hergestellt wird. In diesem Fall entfällt demgemäß auch der Arbeitsschritt des Anordnens des Halteelements in der Gießform. In einem weiteren Arbeitsschritt wird der Gießkern hergestellt und so in der Gießform angeordnet, daß der Gießkern von dem zumindest einen Halteelement gehaltert wird. Zwischen der Gießform und dem Gießkern verbleibt infolge der Halterung mittels des Halteelements ein Freiraum, in den in einem anschließenden Arbeitsschritt der erschmolzene Gußwerkstoff eingegossen wird. Durch ein sich anschließendes Abkühlen des Gußwerkstoffes kommt es zu einem Erstarren des Gußwerkstoffes in der Gießform. Zweckmäßig wird in einem weiteren Arbeitsschritt der Gießkern und die Gießform entfernt, wobei das Halteelement erfindungsgemäß in dem Gußteil verbleibt. Anschließend ist es vorteilhaft, das Gußteil zu putzen, d.h. überstehende Grate und auch Eingußsteiger in zumeist mechanischer Weise durch beispielsweise Schleifen zu entfernen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1: einen Schnitt durch eine Zusammenstellanordnung einer Gießform mit einem in der Gießform angeordneten, erfindungsgemäßen Halteelement und einem von diesem Halteelement gehalterten Gießkern.
Figur 2: einen Schnitt durch eine zweite Zusammenstellanordnung einer Gießform mit einem in der Gießform angeordneten, erfindungsgemäßen Halteelement und einem von diesem Halteelement gehalterten Gießkern.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt.

Wege zur Ausführung der Erfindung

In Figur 1 ist ein Schnitt durch eine erste Zusammenstellanordnung einer Gießform 4 mit einem in der Gießform 4 angeordneten, erfindungsgemäßen Halteelement 1 und einem von diesem Halteelement 1 gehalterten Gießkern 5 dargestellt. Das Halteelement 1 ist hier als Stift mit einem zylindrischen Querschnitt ausgeführt, wobei der Stift eine stufenartige Verdickung aufweist. Alternativ könnte der Stift aber auch mit einem ovalen oder auch anders geformten Querschnitt mit gleichen Seiten (dreiecksförmig, quadratisch, fünfeckig, etc.) oder auch mit unregelmäßigen Seiten mit gerundeten Kanten und einer glatten Oberfläche (ohne Verstärkungsoder Fixierrippen) ausgeführt sein. Ferner ist der Stift bevorzugt mit einem Durchmesser zwischen 0,5 mm und 20 mm ausgeführt.
Der in Figur 1 dargestellte Stift ist in einer Bohrung in der Gießform 4 fixiert. Das in die Gießform 4 hineinragende Ende des Stiftes 1 grenzt unmittelbar an den Gießkern 5 an, wodurch dieser in seiner Position gehaltert wird. Das Stiftende kann hierbei flach oder auch rund oder auch anderweitig ausgeführt sein. Zweckmäßig ist es an die Kontur des Gießkerns 5 angepaßt.
Das in Figur 1 als Stift dargestellte Halteelement 1 ist aus einem Grundwerkstoff, hier eine Nickel-Basis-Legierung, und einem dem Grundwerkstoff zusätzlich beigemischten Zusatzwerkstoff hergestellt. Der dem Grundwerkstoff beigemischte Zusatzwerkstoff führt zu einer Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit des Halteelements. Die anteilsmäßige Menge an beizumischendem Zusatzwerkstoff ist jeweils abhängig von dem verwendeten Grundwerkstoff. Als Grundwerkstoff wiederum ist aus Gründen der Kompatibilität zu dem Gußwerkstoff, der bei Verwendung der Gießform zur Herstellung eines Gußteils verwendet wird, bevorzugt ein dem Gußwerkstoff gleicher oder ähnlicher Werkstoff zu wählen.
Insbesondere für thermisch oder mechanisch hoch belastete Bauteile, beispielsweise Schaufeln für Gasturbinen, wird zur Herstellung von Gußteilen oftmals eine Nickel-Basis-Legierung als Gußwerkstoff verwendet. Die chemische Zusammensetzung typischer Nickel-Basis-Legierungen, die als Gußwerkstoffe Verwendung finden, sind in den Tabellen 1 bis 3 aufgeführt.

Werkstoff: G-Ni 60CrMoTiAl LC; Feinguß
Legierungsbestandteile (Angaben in Gewichts-% oder ppm)
C	0,09 bis 0,13		B	0,007 bis 0,012
Si	max. 0,05	Zr	0,02 bis 0,07
Mn	max. 0,1	Fe	max. 0,5
P	max. 0,005	Cu	max. 0,02
S	max. 0,003	Bi	max. 0,1 ppm
Cr	15,7 bis 16,3	Tl	max. 0,2 ppm
Ni	Rest	Ag	max. 0,4 ppm
Co	8,0 bis 9,0	Pb	max. 0,5ppm
Mo	1,5 bis 2,0	Te	max. 0,5 ppm
W	2,4 bis 2,8	Se	max. 1 ppm
Ta	1,5 bis 2,0	Sn	max. 20 ppm
Nb	0,6 bis 1,1	Ga	max. 20 ppm
Al	3,2 bis 3,7	Mg	max. 50 ppm
Ti	3,2 bis 3,7	O₂	max. 15 ppm
Al+Ti	6,5 bis 7,2	N₂	max. 50 ppm

Werkstoff: G-NiCr21Fe18Mo9; Stahlguß
Legierungsbestandteile (Angaben in Gewichts-% und ppm)
C	max. 0,2		Ni	Rest
Si	max. 1,0	Fe	17,0 bis 20,0
Mn	max. 1,0	Mo	8,0 bis 10,0
P	max. 0,04	Co	0,5 bis 2,5
S	max. 0,03	W	0,2 bis 1,0
Cr	20,5 bis 23,0

Wird zur Gußteilherstellung eine Nickel-Basis-Legierung verwendet, so ist es demgemäß von Vorteil, dieselbe Nickel-Basis-Legierung oder einen dieser Nickel-Basis-Legierung ähnlichen Werkstoff als Grundwerkstoff für das Halteelement zu verwenden. Eine Ähnlichkeit der Werkstoffe ist dann gegeben, wenn die Werkstoffkennwerte der betrachteten Werkstoffe, insbesondere die Festigkeit und/oder die thermische Ausdehnung sowie vorzugsweise die Löslichkeit der Werkstoffe miteinander, in einem nur engen Bereich voneinander abweichen.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß insbesondere bei Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung als Grundwerkstoff für das Halteelement 1, wie dies in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall ist, eine Beimischung eines der Elemente der Gruppe umfassend die Elemente Yttrium, Lanthan, Magnesium und die Seltenerdmetalle oder einer Kombination dieser Elemente besonders vorteilhaft ist, um eine hohe Oxidationsbeständigkeit des Haltelements 1 zu erzielen. Bevorzugt werden die Elemente der Gruppe oder Kombinationen dieser Elemente in einem der nachfolgenden Gewichtsverhältnissen dem Grundwerkstoff beigemischt:

0-500 ppm, bevorzugt 100-250 ppm, bei alleiniger Beimischung von Magnesium;
1-500 ppm, bevorzugt 5-100 ppm, bei jeweils alleiniger Beimischung von Yttrium bzw. Lanthan;
1-500 ppm Gesamtmenge des Zusatzwerkstoffes, bevorzugt 5-100 ppm Gesamtmenge des Zusatzwerkstoffes, bei Beimischung von Yttrium und Lanthan,
1-1000 ppm, bevorzugt 5-100 ppm, bei Beimischung eines oder mehrerer der Seltenerdmetalle.

Durch die erfindungsgemäße Beimischung des Zusatzwerkstoffes wird eine Oxidation (Verzunderung) des Werkstoffes zuverlässig auch dann verhindert, wenn hochoxidierende Umgebungsbedingungen vorliegen, d.h. beispielsweise im Falle eines ausreichenden Sauerstoffangebots bei gleichzeitig sehr hohen Umgebungstemperaturen.

Während des Gießprozesses wird geschmolzener Gußwerkstoff, sogenannte Schmelze, in den zwischen dem Gießkern 5 und der Gießform 4 verbleibenden Freiraum 6 eingegossen. Das Halteelement 1 wird hierbei vollständig von Schmelze umschlossen. Aufgrund der hohen Temperaturen der Schmelze kommt es zu einem zumindest teilweisen Erschmelzen des Halteelements 1 und bei dem anschließenden Abkühlvorgang zu einem Erstarren der Schmelze unter Ausbildung chemischer Bindungen zwischen Atomen des Halteelements 1 und der zugeführten Schmelze. Hieraus resultiert eine sehr gute Verbindung des Halteelements 1 mit der erstarrten Schmelze.
Im Anschluß an das Eingießen der Schmelze in die Gießform 4 und dem Erstarren der Schmelze wird in einem weiteren Arbeitsschritt sowohl die Gießform 4 als auch der Gießkern 5 entfernt. Das mit dem Gußteil verbundene Halteelement 1 verbleibt jedoch in dem Gußteil und wird in einem weiteren, zweckmäßigen Arbeitsschritt beispielsweise durch Schleifen so bearbeitet, daß es konturbündig mit dem Gußteil abschließt.
Das erfindungsgemäß auf diese Weise hergestellte Gußteil weist in dem Bereich des in dem Gußteil verbliebenen Halteelements 1 keine oder nur geringfügig verschlechterten Werkstoffeigenschaften auf.

Der in Figur 1 dargestellte Stift 1 weist eine Querschnittsveränderung in Form eines Absatzes 7 auf, wobei der Absatz 7 des Stiftes 1 bei Anordnung des Stiftes 1 in der Gießform 4 in der dargestellten Weise in dem Bereich zwischen der Gießform 4 und dem Gießkern 5 zu liegen kommt. Nach dem Erstarren des Gußwerkstoffes wirkt die Querschnittsveränderung 7 des Stiftes 1, sofern der Stift 1 während des Gießprozesses nicht vollständig erschmolzen wurde und sich demgemäß nicht vollständig mit dem Gußwerkstoff vermischt hat, ähnlich einer Wellenschulter und führt neben den chemischen Bindungen, die sich während des Erstarrens zwischen dem Gußwerkstoff und dem Halteelement ausgebildet haben, zusätzlich zu einer formschlüssigen Verbindung des Halteelements 1 in dem hergestellten Gußteil.

Alternativ kann der Stift 1, wie in Figur 2 dargestellt, in dem Bereich zwischen der Gießform 4 und dem Gießkern 5 auch bauchig ausgeführt sein. Durch die bauchig ausgeführte Querschnittsveränderung des Stiftes wird eine formschlüssige Verbindung des Halteelements 1 in dem Gußteil sichergestellt.

Insbesondere in den Fällen, in denen eine Nickel-Basis-Legierung als Gußwerkstoff Verwendung findet, erwies es sich zudem als äußerst vorteilhaft, das Halteelement mit einer Deckschicht zu beschichten. Die Deckschicht besteht hierbei vorteilhaft aus einem Werkstoff aus der Gruppe umfassend Cr, Al, Pt, Au, Platinoxid, MCrAIY oder Kombinationen hieraus. Wird die Deckschicht ausreichend dünn ausgeführt, beispielsweise nur 0,1 µm bis maximal 2000µm dick, so wird diese Deckschicht des Halteelements in dem Bereich des Freiraums zwischen dem Gießkern und der Gießform während des Eingießens der Schmelze vollständig von der Schmelze aufgeschmolzen und von dem Halteelement wegtransportiert. Nach dem Abtrag der Deckschicht wird im weiteren Verlauf des Gießprozesses der Grundwerkstoff des Halteelements aufgeschmolzen, so daß sich in dem anschließenden Erstarrungsvorgang chemische Bindungen zwischen dem Halteelement und dem Gußwerkstoff ausbilden. Vorteilhaft ist es im Falle einer Deckschicht möglich, dem Grundwerkstoff auch weniger Zusatzwerkstoff als oben aufgeführt beizumischen. Durch die geringere Beimischung von Zusatzwerkstoff wird das Halteelement auch in einem nur geringeren Maße resistiv gegen Oxidation. Die Restresistivität gegen Oxidation ist aber in diesem Falle ausreichend, um eine unerwünscht übermäßige Oxidbildung zu verhindern, da diese Oxidbildung erst nach dem Abtrag der Decksicht des Halteelements erfolgen kann. Insbesondere bei Verwendung von einem dem Gußwerkstoff gleichen Grundwerkstoff läßt sich hierdurch eine homogenere Werkstoffzusammensetzung des Gußteils im Bereich des Halteelements erzielen.

Bezugszeichenliste

1: Halteelement / Stift
2: Grundform
4: Gießform
5: Gießkern
6: Bereich zwischen Gießform und Gießkern
7: Querschnittsverengung

Claims

Halteelement (1) zur Halterung eines Gießkernes (5) in einer Gießform (4), das zumindest in einem Teilbereich aus einem Grundwerkstoff und einem Zusatzwerkstoff hergestellt ist, wobei durch den Zusatzwerkstoff die Oxidationsbeständigkeit des Halteelements erhöht wird.
Halteelement nach Anspruch 1,
wobei der Grundwerkstoff gleich oder ähnlich einem Gußwerkstoff, der zur Gußteilherstellung verwendet wird, ist.
Halteelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Grundwerkstoff des Halteelements (1) eine Nickel-Basis-Legierung ist.
Halteelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Zusatzwerkstoff aus einer Gruppe umfassend die Elemente Yttrium, Lanthan, Magnesium und Seltenerdmetalle oder Kombinationen dieser Elemente besteht.
Halteelement nach Anspruch 4,
wobei der Zusatzwerkstoff in einem der nachfolgenden Gewichtsverhältnisse zugemischt wird:

0-500 ppm, bevorzugt 100-250 ppm, bei alleiniger Beimischung von Magnesium;

1-500 ppm, bevorzugt 5-100 ppm, bei jeweils alleiniger Beimischung von Yttrium bzw. Lanthan;

1-500 ppm Gesamtmenge des Zusatzwerkstoffes, bevorzugt 5-100 ppm Gesamtmenge des Zusatzwerkstoffes, bei Beimischung von Yttrium und Lanthan,

1-1000 ppm, bevorzugt 5-100 ppm, bei Beimischung eines oder mehrerer der Seltenerdmetalle.
Halteelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Halteelement (1) als Stift ausgebildet ist und der Durchmesser des Stiftes bevorzugt zwischen 0,5 mm und 20 mm beträgt.
Halteelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Halteelement (1) in dem Bereich, der bei Anordnung des Halteelements in der Gießform (4) zwischen der Gießform (4) und dem Gießkern (5) zu liegen kommt, eine unregelmäßig ausgeformte Gestalt aufweist.
Halteelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Halteelement zumindest in Teilbereichen mit einer Deckschicht aus einem oxidationsbeständigen Material beschichtet ist.
Verfahren zur Herstellung von Gußteilen unter Verwendung von zumindest einem Gießkern, wobei das Verfahren folgende Arbeitsschritte umfaßt

a) Anordnen von zumindest einem Haltelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 in einer Gießform an einer zur Halterung des Gießkerns geeigneten Position;

b) Anordnen des Gießkerns in der Gießform so, daß der Gießkern von dem zumindest einem Halteelement gehaltert wird;

c) Eingießen des Gußwerkstoffs in die zwischen dem Gießkern und der Gießform verbleibenden Freiraum.
Verfahren nach Anspruch 9,
ferner umfassend die Arbeitsschritte
d) Entfernen des Gießkerns und der Gießform, wobei das Halteelement in dem Gußteil verbleibt;
Gußteil,
dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest ein Halteelement zur Halterung eines Gießkerns gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in dem Gußteil enthalten ist.