EP1053805A1

EP1053805A1 - Support element

Info

Publication number: EP1053805A1
Application number: EP99810445A
Authority: EP
Inventors: John Dr. Fernihough; Markus Dr. Oehl
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

Holding element has a base mold coated with a oxidation-resistant covering layer in a partial region. Independent claims are also included for:(A) a process for producing a holding element comprising forming a base mold of th holding element from a base material, and coating with a covering layer made of an oxidation-resistant material; and (B) a proce for producing a cast part comprising forming a cast mold and core, forming a holding element from the mold and core, arranging t core in the mold so that the core is held by the element, and pouring the cast material into the space between the core and mold

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft Halteelemente zur Halterung von Gießkernen in Gießformen.The invention relates to holding elements for holding casting cores in casting molds.

Stand der TechnikState of the art

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.Casting, as a primary molding process, is a widely used process for the production of cast or molded parts. Here, a molten, liquid material, usually a molten metal, is poured into a mold. As a result of the subsequent cooling process, the liquid material solidifies in the mold, as a result of which the cast part retains its shape. In the forms used for this, a distinction is made between lost forms and permanent forms. Common to both is that they reproduce the outer contour of the casting in the form of a negative impression. Following the casting process, lost molds are destroyed in order to release the cast part produced. A lost mold is therefore required for each cast part to be produced. Permanent molds, on the other hand, are retained so that many castings can be produced with one permanent mold.
To create cavities in the castings, cores are usually placed in the mold so that the liquid metal that is poured into the mold only reaches the free spaces between the mold and the core. After removal of the core, a cavity remains in the casting. In order to fix such cores, which are arranged in the form, in their position, holding elements, which are often also referred to as core marks, are generally used. These holding elements can either be designed as separate components or as components integrated into the respective shape or the core. The configuration of the holding elements in the form of pins, which are produced from quartz, silicon oxide or quartz sand or also from platinum, is widely used. To fix these pins, bores or depressions are provided in the form, each pin being held at one of its ends in a bore or depression. The other end of the pin projects into the cavity enclosed by the mold, the other end abutting the core inserted into the mold. By using mostly several pins, the core inserted into the mold is thus spaced from the inner wall contour of the cavity and at the same time fixed in its position within the cavity.
Before the actual casting process, such holding elements are exposed to highly oxidizing atmospheres due to high temperature loads. On the one hand, this relates in particular to a preheating process step in which the mold together with the core and the holding elements is heated to a temperature of approximately 1000 ° C. in order to ensure that the melt solidifies as uniformly as possible in the subsequent casting process step. Holding elements which are integrated into the mold are additionally subjected to high temperatures during the manufacture of the mold, for example during a sintering process ("baking the mold"). Because of these high temperatures, an oxide layer (the so-called scaling of the component) usually forms on the outside of the component, which is undesirable for several reasons. For example, parts of the oxide layer may flake off during the casting and contaminate the casting material. Furthermore, due to its high melting temperature, the oxide layer prevents the holding elements from partially or completely melting. As a result, no chemical bonds, or only to a very small extent, form between the holding element and the cast material during the subsequent solidification process. For this reason, the holding elements are usually made from the materials listed above, which have a high resistance to oxidation.
The disadvantage of using these materials is that these materials are largely incompatible with the cast material, so that the holding elements have to be removed from the cast part after casting. The incompatibility of these materials with the cast material relates here both to the differences in the formation of chemical bonds and to material properties, such as different coefficients of thermal expansion, different strengths or resistance to oxidation. The holes remaining in the cast part after the holding elements have been removed from the cast part often have to be closed, since cooling air would escape from them, for example if the cast part were used as an internally cooled turbine blade. The holes can be closed by means of brazing, the brazing again having several disadvantages. The process of brazing is labor-intensive and time-consuming on the one hand, whereby the total costs for the production of the casting increase considerably. On the other hand, the soldering process due to the thermal load during the soldering and the diffusion processes caused thereby in the material surrounding the hole has a disadvantageous effect on the microstructure of the casting near the hole. Embrittlement of the cast material often occurs here as a result of the soldering process. Furthermore, this often results in a reduction in the corrosion resistance of the cast material. In addition, the soldering material is usually of lower strength than the casting material, so that weakening of the soldering point is already caused by this. Furthermore, it is possible, and in practice often the case, that the soldering process fails, as a result of which the entire cast part becomes unusable as a scrap, in particular in the case of precision castings.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Vorrichtungen und Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit Hilfe derer Gußteile unter Vermeidung der Nachteile des Stand der Technik einfacher und kostengünstiger hergestellt werden können. Insbesondere soll es mit Hilfe der Erfindung möglich sein, die Halteelemente in den Gußteilen zu belassen, ohne hierdurch die Materialeigenschaften des Gußteils, insbesondere die Festigkeit, in den Bereichen der Halteelemente erheblich zu beeinträchtigen.The object of the invention is therefore to provide devices and methods make, with the help of their castings while avoiding the disadvantages of the prior art Technology can be manufactured more easily and cost-effectively. In particular it should be possible with the help of the invention, the holding elements in the castings leave without thereby the material properties of the casting, in particular the Strength, significantly impair in the areas of the holding elements.

Gemäß der Erfindung wird zumindest ein Halteelement, das zur Halterung eines Gießkernes in einer Gießform dient und in einem ersten Schritt in seiner Grundform aus zumindest einem Grundwerkstoff hergestellt ist, zumindest in einem Teilbereich mit einer Deckschicht beschichtet. Als Beschichtungswerkstoff ist hierbei vorzugsweise ein Werkstoff mit einer hohen Resistivität gegen Oxidation zu wählen, wodurch verhindert wird, daß sich vor dem Gießprozeß aufgrund hoher Temperaturbelastungen oder anderweitiger Einflußfaktoren auf der Außenseite des Halteelements eine übermäßige Oxidschicht ausbildet. Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß es im Falle einer erfindungsgemäßen Beschichtung des Halteelements nicht mehr erforderlich ist, das Halteelement zumindest in den Bereichen, in denen das Halteelement beschichtet ist, aus einem Werkstoff mit einer hohen Resistivität gegen Oxidation herzustellen. Die Grundform des Halteelements kann somit aus einem beliebigen, für diesen Einsatzzweck geeigneten Grundwerkstoff hergestellt werden. Hierbei ist es vorteilhaft, die Grundform aus einem Grundwerkstoff herzustellen, der gleich oder ähnlich dem verwendeten Gußwerkstoff ist. Die Ähnlichkeit der beiden Werkstoffe 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 sollen hierbei 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 die Resistivität der beiden Werkstoffe gegen Oxidation sowie vorteilhaft auf die Festigkeitseigenschaften im Hochtemperaturbereich, wie beispielsweise die Kurzzeitfestigkeit, die Zeitfestigkeit, die Dauerfestigkeit oder das Kriechverhalten. Als Hochtemperaturbereich gilt hierbei der Temperaturbereich zwischen 800° C und 1000° C. Die Resistivität gegen Oxidation sowie auch die Festigkeitseigenschaften im Hochtemperaturbereich weichen hierbei bevorzugt um maximal ±50%, besonders bevorzugt um ±25% voneinander ab, wobei im Falle der Bestimmung der Festigkeitseigenschaften im Hochtemperaturbereich die Temperatur konstant gehalten wird. Schwankt die Temperatur in einem Temperaturbereich, so ist es vorteilhaft, wenn die jeweiligen, aus den beiden Werkstoffen hergestellten Bauteile möglichst gleiche Lebensdauer aufweisen. Darüber hinaus sind zweckmäßig die Elastizitätsmodule der beiden Werkstoffe ähnlich, so daß sich an den Werkstoffgrenzen keine lokalen Spannungsüberhöhungen ausbilden. Die Elastizitätsmodule weichen hierbei vorteilhaft nur um maximal ±25% 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.
Die Grundform des Halteelements sollte zumindest in dem Teilbereich mit der Deckschicht beschichtet werden, in denen das Halteelement unmittelbar mit dem Gußwerkstoff in Berührung kommt, d.h. in dem Bereich des Halteelements, der bei Anordnung des Halteelements in der Gießform zwischen dem Gießkern und der Gießform zu liegen kommt. Oftmals ist es jedoch fertigungstechnisch einfacher oder aus anderen Gründen vorteilhaft, das Halteelement vollständig mit der Deckschicht zu beschichten.
Ist das Halteelement erfindungsgemäß mit einer Deckschicht beschichtet, so kann bei einer geeigneten Wahl des Grundwerkstoffs das Halteelement nach dem Gießen eines Gußteils in dem Gußteil verbleiben. Durch die verringerte Oxidschicht wird eine verbesserte Verbindung zwischen dem Halteelement und dem Gußwerkstoff erzielt. Wurde die Grundform des Halteelements überdies aus einem Grundwerkstoff hergestellt, der gleich oder ähnlich dem verwendeten Gußwerkstoff ist, so ergibt sich hieraus zusätzlich der Vorteil, daß aufgrund des Verbleibens des Halteelements in dem Gußteil keine oder eine nur geringe Beeinträchtigung der Materialeigenschaften des Gußteils in dem Bereich des Halteelements auftreten. Insbesondere weist das Gußteil auch in dem Bereich des in dem Gußteil verbliebenen Halteelements zweckmäßig ähnliche Festigkeitseigenschaften sowie vorteilhaft auch ein ähnliches thermisches Ausdehnungsverhalten auf wie der Gußwerkstoff, so daß durch den Verbleib des Halteelements in dem Gußteil weder eine lokale Schwächung des Bauteils hervorgerufen wird, noch im Falle thermischer Belastungszyklen infolge unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsverhaltens Mikrorisse entstehen würden. Da das Halteelement in dem Gußteil verbleiben kann, wird der Aufwand zur Nachbearbeitung des Gußteils nach dem Gießprozeß erheblich vermindert. Neben dem Entfernen des Kernes muß das Gußteil lediglich nur noch geputzt werden, d.h. die überstehenden Grate und auch die aus dem Gußteil herausragenden Bereiche des Halteelements müssen entfernt werden. Es ist somit nicht mehr erforderlich, die bei einer vollständigen Herausnahme der Halteelemente in dem Gußteil zurückbleibenden Löcher durch beispielsweise Löten zu verschleißen. Demgemäß werden auch alle durch den Lötvorgang bedingten, bereits oben beschriebenen Nachteile, wie beispielsweise eine lokale Gefügeveränderung infolge der lokalen thermischen Belastungen, oder auch die nachteiligen Eigenschaften des Lotes, wie z.B. eine im Vergleich zu dem Gußwerkstoff geringere Festigkeit, vermieden. Überdies lassen sich die Herstellungskosten der Gußteile durch die erfindungsgemäße Ausführung der Halteelemente aufgrund des geringeren Fertigungsaufwands erheblich vermindern.According to the invention, at least one holding element, which serves to hold a casting core in a casting mold and, in a first step, is produced in its basic form from at least one base material, is coated with a cover layer in at least one partial area. A material with a high resistance to oxidation should preferably be selected as the coating material, thereby preventing an excessive oxide layer from forming on the outside of the holding element before the casting process due to high temperature loads or other influencing factors. It was surprisingly found that in the case of a coating of the holding element according to the invention, it is no longer necessary to produce the holding element from a material with a high resistance to oxidation, at least in the areas in which the holding element is coated. The basic shape of the holding element can thus be produced from any base material suitable for this purpose. It is advantageous here to produce the basic shape from a basic material which is the same or similar to the casting material used. The similarity of the two materials relates in particular to the strength and / or the thermal expansion of the material and preferably also to the mutual solubility of the two materials. The material parameters should preferably not differ from each other by more than ± 20%. The material characteristics deviate from one another particularly preferably by less than ± 10%. Furthermore, the similarity of the base material to the cast material expediently relates to the resistivity of the two materials to oxidation and advantageously to the strength properties in the high temperature range, such as, for example, the short-term strength, the fatigue strength, the fatigue strength or the creep behavior. The high temperature range here is the temperature range between 800 ° C. and 1000 ° C. The resistance to oxidation and also the strength properties in the high temperature range preferably deviate from one another by a maximum of ± 50%, particularly preferably by ± 25%, in the case of the determination of the strength properties in the high temperature range the temperature is kept constant. If the temperature fluctuates in a temperature range, then it is advantageous if the respective components made from the two materials have the same service life as possible. In addition, the elasticity modules of the two materials are expediently similar, so that no local stress increases occur at the material boundaries. The elasticity modules advantageously differ from one another only by a maximum of ± 25%. In connection with the assessment of the similarity of the two materials used, it is not necessary that all of the criteria listed here are always met. Depending on the area of application of the cast part to be produced and the resulting requirements for the cast part, even if only one selection of the above criteria is met, there may be sufficient similarity between the two materials.
The basic shape of the holding element should be coated with the cover layer at least in the partial area in which the holding element comes into direct contact with the casting material, that is to say in the area of the holding element which, when the holding element is arranged in the casting mold, lies between the casting core and the casting mold is coming. However, it is often simpler in terms of production technology or advantageous for other reasons to completely coat the holding element with the cover layer.
If the holding element is coated according to the invention with a cover layer, the holding element can remain in the casting after a casting has been cast, with a suitable choice of the base material. Due to the reduced oxide layer, an improved connection between the holding element and the cast material is achieved. If the basic shape of the holding element was also made from a base material that is the same or similar to the casting material used, this also has the advantage that due to the retention of the holding element in the casting, there is little or no impairment of the material properties of the casting in the area of the holding element occur. In particular, the cast part also expediently has similar strength properties in the region of the holding element that remains in the cast part, and advantageously also a similar thermal expansion behavior to that of the cast material, so that local retention of the component is neither caused by the retention of the holding element in the cast part, nor in In the event of thermal loading cycles, microcracks would arise as a result of different thermal expansion behavior. Since the holding element can remain in the casting, the effort required to rework the casting after the casting process is considerably reduced. In addition to removing the core, the cast part only has to be cleaned, ie the protruding ridges and also the areas of the holding element protruding from the cast part must be removed. It is therefore no longer necessary to wear the holes remaining in the casting when the holding elements are completely removed, for example by soldering. Accordingly, all of the disadvantages already described above caused by the soldering process, such as, for example, a local structural change as a result of the local thermal loads, or else the disadvantageous properties of the solder, such as, for example, a lower strength compared to the cast material, are avoided. In addition, the manufacturing costs of the cast parts can be significantly reduced by the inventive design of the holding elements due to the lower manufacturing costs.

Es kann von Vorteil sein, das Halteelement nur in dem Bereich des Halteelements, der bei Anordnung des Halteelements in der Gießform zwischen dem Gießkern und der Gießform zu liegen kommt, erfindungsgemäß mit einer Deckschicht zu beschichten. Das Halteelement ist in diesem Bereich darüber hinaus zweckmäßig aus einem dem Gußwerkstoff gleichen oder ähnlichen Werkstoff hergestellt. In den übrigen Bereichen kann das Halteelement in diesem Falle auch aus einem anderen Werkstoff, beispielsweise einem zur Herstellung des Kerns oder der Gießform üblichen Werkstoff, hergestellt sein. Oftmals wird zur Herstellung des Kerns oder der Gießform Quarzsand verwendet, der in einem Sinterprozeß so behandelt wird, daß die Form (bsp. der Kern oder auch das Halteelement) nach dem Gießprozeß ohne großen äußeren Aufwand zerfällt. Durch die bevorzugte Ausführungsform des Halteelements läßt sich der zur Nachbearbeitung eines hergestellten Gußteils erforderliche Aufwand nochmals vermindern.It can be advantageous to use the holding element only in the area of the holding element, of the arrangement of the holding element in the mold between the casting core and the mold comes to rest, according to the invention with a cover layer coat. The holding element is also useful in this area made of a same or similar material to the cast material. In the In this case, the holding element can also be made from another area Material, for example one for the production of the core or the casting mold usual material. Often it is used to manufacture the core or the casting mold uses quartz sand, which is treated in a sintering process that the shape (e.g. the core or the holding element) after the casting process disintegrates without much external effort. By the preferred embodiment of the Retaining element can be used to rework a cast part Reduce necessary effort again.

Für zahlreiche Einsatzzwecke ist es von Vorteil, eine Nickel-Basis-Legierung, wie bsp. Inconel, Hastelloy, usw., als Gußwerkstoff zu verwenden. Nickel-Basis-Legierungen zeichnen sich durch eine hohe Temperaturfestigkeit und einen hohen Kriechwiderstand aus. Sie eignen sich somit insbesondere zum Einsatz für thermisch oder auch mechanisch hoch belastete Bauteile, wie beispielsweise Turbinenschaufeln, Wärmetauscher, etc.. Hierbei ist es vorteilhaft, auch die Grundform des Halteelements zumindest in dem Bereich, der bei Anordnung des Halteelements in der Gießform zwischen dem Gießkern und der Gießform zu liegen kommt, aus derselben Nickel-Basis-Legierung oder einem ähnlichen Werkstoff herzustellen. For numerous uses, it is advantageous to use a nickel-based alloy, such as E.g. Inconel, Hastelloy, etc., to be used as the casting material. Nickel-based alloys are characterized by a high temperature resistance and a high Creep resistance. They are therefore particularly suitable for use Components that are subject to high thermal or mechanical loads, such as, for example Turbine blades, heat exchangers, etc. Here it is advantageous to also use the Basic shape of the holding element at least in the area that when the Holding element in the mold to lie between the mold core and the mold comes from the same nickel-based alloy or a similar material to manufacture.

Die Deckschicht ist vorzugsweise aus einer Gruppe umfassend Cr, Al, Pt, Au, Platinoxid, MCrAIY oder Kombinationen hieraus gebildet. Die aufgeführten Gruppenelemente sind vorteilhaft einerseits hoch oxidationsbeständig als auch andererseits fertigungstechnisch mit bekannten Beschichtungsverfahren auf eine Grundsubstanz aufbringbar. Ein sehr gutes Haften dieser Gruppenelemente läßt sich insbesondere auf Nickel-Basis-Legierungen erzielen. Die Beschichtung wird vorzugsweise mittels chemischen Bedampfens und Sputterns, des Plasmabogen-Sprühverfahrens in Luft oder im Vakuum, des Drahtbogen-Sprühverfahrens oder des Elektronenstrahlbedampfens aufgebracht. Diese Verfahren sind bereits im Stand der Technik bekannt. Um die Haftung der Beschichtung auf dem Grundwerkstoff zu verbessern, ist es überdies oftmals von Vorteil, das Halteelement im Anschluß an den Verfahrensschritt der Beschichtung einer Wärmebehandlung, beispielsweise einem Anlaßvorgang, auszusetzen. Durch Diffusionsvorgänge dringen hierbei Atome des Beschichtungswerkstoffs tiefer in den Grundwerkstoff ein und führen so zu einer verbesserten Haftung der Beschichtung auf der Grundform. Die Temperatur-Zeit-Folgen der Wärmebehandlung sind hierbei den jeweiligen Werkstoffkombinationen anzupassen.The cover layer is preferably from a group comprising Cr, Al, Pt, Au, Platinum oxide, MCrAIY or combinations thereof are formed. The listed Group elements are advantageously highly resistant to oxidation on the one hand as well on the other hand, manufacturing technology with known coating methods on a Base substance can be applied. A very good adherence of these group elements leaves achieve especially on nickel-based alloys. The coating is preferably by means of chemical vapor deposition and sputtering, the plasma arc spraying process in air or in vacuum, the wire arc spray process or of electron beam vapor deposition. These procedures are already in the State of the art known. To ensure the adhesion of the coating on the Furthermore, it is often an advantage to improve the base material Holding element following the step of coating a Suspend heat treatment, for example a tempering process. By Diffusion processes penetrate atoms of the coating material deeper the base material and thus lead to an improved adhesion of the Coating on the basic form. The temperature-time consequences of Heat treatment are the respective material combinations adapt.

Vorteilhaft wird die Deckschicht mit einer Dicke zwischen 0,1 µm und 2000 µm auf die Grundform aufgebracht. Besonders vorteilhaft beträgt die Dicke im unteren Bereich zwischen 1 µm und 300 µm und im oberen Bereich zwischen 1500 µm und 2000 µm. Die zu bevorzugenden Dicken der Deckschichten können aber auch in Abhängigkeit der jeweils vorliegenden Werkstoffkombinationen oder auch der Prozeßparameter, wie beispielsweise der Sintertemperatur (sofern das Halteelement während des Sinterprozesses zur Herstellung der Gießform ausgesetzt war) oder der Temperatur der Schmelze, hiervon abweichen, so daß dann eine optimale Beschichtungsdicke zumeist mit Hilfe von Versuchen gefunden werden muß.
Im Falle einer vorteilhaft dünn ausgebildeten Deckschicht wurde gefunden, daß sich die Deckschicht während des Gießprozesses im Wesentlichen vollständig auflöst, d.h. die jeweils äußerste Materialschicht wird sukzessive von der heißen Schmelze erschmolzen, vermischt sich mit dieser und wird z.T. auch mittels Diffusion oder Konvektion aus dem Bereich des Halteelements abtransportiert. Sobald die Deckschicht zumindest lokal vollständig aufgelöst ist, kommt es zu einem Erschmelzen des Grundwerkstoffs der Grundform in der jeweils äußersten Schicht. Da das Halteelement während des Gießprozesses vollständig von der Schmelze umgeben ist, tritt hierbei keine Oxidation des erschmolzenen Grundwerkstoffs auf. Der erschmolzene Grundwerkstoff der Grundform vermischt sich in gewünschter Weise mit der Schmelze, wobei eine möglichst homogene Vermischung angestrebt ist. Ist der Grundwerkstoff der Grundform gleich dem Gußwerkstoff oder diesem zumindest ähnlich, so wird eine sehr hohe Homogenität der Durchmischung erzielt. Während des sich anschließenden Erstarrungsprozesses der Schmelze bildet sich infolgedessen auch eine homogene Gefügestruktur aus, die optimale Festigkeitseigenschaften aufweist.
Im Falle einer vorteilhaft dick ausgebildeten Deckschicht wurde gefunden, daß sich die Deckschicht während des Gießprozesses nicht vollständig auflöst. Der Grundwerkstoff der Grundform des Halteelements wird somit im erstarrten Gußteil durch eine Zwischenschicht, die aus dem Beschichtungswerkstoff besteht, von dem Gußwerkstoff abgegrenzt. Es kommt somit zu keinem unmittelbaren Übergang zwischen dem Gußwerkstoff und dem Grundwerkstoff. Eine dick ausgebildete Deckschicht ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mit Hilfe des Beschichtungswerkstoffs eine verbesserte Verbindung zwischen dem Halteelement und dem Gußwerkstoff in dem erstarrten Gußteil erzielt werden kann. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Beschichtungswerkstoff in Bezug auf den Gußwerkstoff eine bessere Löslichkeit aufweist als der Werkstoff der Grundform.The cover layer is advantageously applied to the basic shape with a thickness between 0.1 μm and 2000 μm. The thickness in the lower region is particularly advantageously between 1 μm and 300 μm and in the upper region between 1500 μm and 2000 μm. The preferred thicknesses of the cover layers can also vary depending on the respective material combinations or the process parameters, such as the sintering temperature (if the holding element was exposed during the sintering process to produce the casting mold) or the temperature of the melt, so that then an optimal coating thickness usually has to be found with the help of experiments.
In the case of an advantageously thin top layer, it was found that the top layer essentially completely dissolves during the casting process, that is to say the outermost material layer is successively melted by the hot melt, mixes with it and is partly removed from the area by means of diffusion or convection transported away from the holding element. As soon as the covering layer is completely dissolved at least locally, the base material of the basic shape melts in the outermost layer. Since the holding element is completely surrounded by the melt during the casting process, no oxidation of the melted base material occurs here. The melted base material of the basic shape mixes with the melt in the desired manner, with the aim of mixing as homogeneously as possible. If the base material of the basic shape is equal to or at least similar to the cast material, a very high homogeneity of the mixing is achieved. As a result, during the subsequent solidification process of the melt, a homogeneous microstructure is formed that has optimal strength properties.
In the case of an advantageously thick top layer, it was found that the top layer did not completely dissolve during the casting process. The base material of the basic shape of the holding element is thus delimited from the cast material in the solidified casting by an intermediate layer consisting of the coating material. There is therefore no immediate transition between the cast material and the base material. A thick covering layer is particularly advantageous if an improved connection between the holding element and the casting material in the solidified casting can be achieved with the aid of the coating material. This is the case, for example, if the coating material has a better solubility in relation to the casting material than the material of the basic shape.

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. In addition to the connection of the holding element with the cast material In addition to improve, it is advantageous to in the holding element in the area which the holding element when arranged in the mold between the casting core and the mold comes to rest, with an irregular shape to execute. Due to the irregular shape it stands between the Holding element and the cast material after solidification, a positive connection in addition to the chemical bonds, a firm connection of the holding element in guaranteed the casting.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist das Halteelement als Stift ausgeführt, wobei der Stift bevorzugt einen Durchmesser zwischen 0.5 mm und 20 mm aufweist. Das als Stift ausgeführte Halteelement ist einerseits einfach herstellbar. Andererseits kann der Stift an einem Ende in einfacher Weise mittels einer Bohrung in der Gießform angeordnet und positioniert werden, so daß hierzu ein nur geringer Fertigungsaufwand erforderlich ist. Mit dem freien Ende ragt das als Stift angeordnete Halteelement in den durch die Gießform umschlossenen Hohlraum, wobei der Stift an dem freien Ende an den Kern angrenzt und ihn somit haltert. In einer weiteren Ausführung könnte der Stift auch in eine an dem Kern angebrachte Bohrung oder Vertiefung eingreifen.In an expedient embodiment, the holding element is designed as a pin, the pin preferably having a diameter between 0.5 mm and 20 mm having. The holding element designed as a pin is easy to manufacture. On the other hand, the pin can be easily drilled at one end by means of a hole Arranged and positioned in the mold, so that only a small Manufacturing effort is required. With the free end, this protrudes as a pen arranged holding element in the cavity enclosed by the casting mold, the pin being adjacent to the core at the free end and thus holding it. In In another embodiment, the pin could also be attached to the core Intervene in the hole or recess.

Alternativ hierzu kann das Halteelement vorteilhaft aber auch mit der Gießform oder auch dem Gießkern einteilig ausgeführt sein. Als Vorteil resultiert hieraus eine geringe Anzahl von Teilen, die für die Gußteilherstellung erforderlich sind. Darüber hinaus ist die Position des Halteelements in Bezug auf die Gießform oder den Gießkern fixiert und kann somit nicht versehentlich verändert werden.As an alternative to this, the holding element can advantageously also be provided with the casting mold or also be made in one piece to the casting core. This results in an advantage small number of parts required for the production of castings. About that In addition, the position of the holding element with respect to the mold or the The core is fixed and cannot be changed accidentally.

Das Verfahren zur Herstellung des Halteelements umfaßt in einem ersten Verfahrensschritt das Herstellen der Grundform des Halteelements aus zumindest einem Grundwerkstoff. Das Halteelement kann hierbei als ein isoliertes Bauteil ausgeführt sein, welches dann in eine getrennt von dem Halteelement hergestellte Gießform eingesetzt wird. Ferner kann das Halteelement aber auch als ein in die Gießform oder auch in den Gießkern integriertes Bauteil ausgeführt sein. In einem zweiten Verfahrensschritt zur Herstellung des Halteelements wird die Grundform mit einem oxidationsbeständigen Material beschichtet. Bevorzugte Materialien für die Beschichtung als auch für die Grundform sowie bevorzugte Beschichtungsverfahren wurden bereits oben aufgeführt.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Halteelement vorzugsweise wärmebehandelt.In a first method step, the method for producing the holding element comprises producing the basic shape of the holding element from at least one base material. The holding element can in this case be designed as an insulated component, which is then inserted into a casting mold which is produced separately from the holding element. Furthermore, the holding element can also be designed as a component integrated into the casting mold or into the casting core. In a second process step for producing the holding element, the basic shape is coated with an oxidation-resistant material. Preferred materials for the coating as well as for the basic shape and preferred coating methods have already been listed above.
In a further process step, the holding element is preferably heat-treated.

Das Verfahren zur Herstellung eines Gußteils unter Verwendung von zumindest einem Gießkern umfaßt in einem ersten Arbeitsschritt das Herstellen einer Gießform. In einem weiteren Arbeitsschritt wird zumindest ein erfindungsgemäßes Halteelement hergestellt. Das Halteelement kann als eigenständiges Bauteil ausgeführt sein, das in der Gießform angeordnet wird. Gleichermaßen kann das Halteelement aber auch einteilig mit der Gießform oder auch einteilig mit dem Gießkern ausgeführt sein. Im den beiden letzteren Fällen ist es zweckmäßig den Verfahrensschritt der Herstellung der Gießform bzw. des Gießkerns und des Halteelementes miteinander zu kombinieren. Der Gießkern wird mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt und in der Gießform so angeordnet, daß er von dem zumindest einen Halteelement gehaltert wird. Zwischen dem Gießkern und der Gießform verbleibt ein Freiraum, in den in einem sich an die bisherigen Arbeitsschritte anschließenden Arbeitsschritt der erschmolzene Gußwerkstoff, die sogenannte Schmelze, eingegossen wird. Nach dem Eingießen und Erstarren des Gußwerkstoffes wird zweckmäßig die Gießform und der Gießkern entfernt. Erfindungsgemäß verbleibt das Halteelement zumindest teilweise in dem Gußteil. In einem weiteren, zweckmäßigen Arbeitsschritt wird das Gußteil geputzt, d.h. überstehende Grate oder auch Eingußsteiger werden entfernt. Hieran anschließen kann sich eine Weiterverarbeitung des Gußteils durch beispielsweise spanabhebende Bearbeitungsverfahren.The process of making a casting using at least In a first step, a casting core comprises the production of a Mold. In a further step, at least one according to the invention Holding element made. The holding element can be used as an independent component be executed, which is arranged in the mold. Likewise, it can Holding element but also in one piece with the mold or in one piece with the Pouring core. In the latter two cases, it is advisable Process step of the production of the casting mold or the casting core and the To combine holding element with each other. The casting core is made with one Processes known in the art and manufactured in the mold arranged that it is held by the at least one holding element. There is a free space between the mold core and the mold, in one the subsequent work step of the melted casting material, the so-called melt, is poured in. To pouring and solidification of the casting material, the casting mold is useful and the pouring core removed. According to the invention, the holding element remains at least partly in the casting. In a further, expedient step, this will be Cast part cleaned, i.e. protruding burrs or sprue risers are removed. This can be followed by further processing of the cast part for example machining processes.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

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

Figur 1: ein erfindungsgemäßes Halteelement im Querschnitt;
Figur 2: einen Schnitt durch eine erste Zusammenstellanordnung einer Gießform mit einem in der Gießform angeordneten, erfindungsgemäßen Halteelement und einem von diesem Halteelement gehalterten Gießkern;
Figur 3: einen Schnitt durch eine zweite Zusammenstellanordnung einer Gießform mit einem in der Gießform angeordneten, erfindungsgemäßen Halteelement und einem von diesem Halteelement gehalterten Gießkern.

The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments in conjunction with the drawings. It shows:

Figure 1: a holding element according to the invention in cross section;
Figure 2: a section through a first assembly arrangement of a casting mold with a holding element according to the invention arranged in the casting mold and a casting core held by this holding element;
Figure 3: a section through a second assembly arrangement of a casting mold with a holding element according to the invention arranged in the casting mold and a casting core held by this holding element.

Es sind jeweils nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt.They are only the elements essential for understanding the invention shown.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention

In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Halteelement 1 im Querschnitt dargestellt. Das Halteelement 1 ist hier als Stift ausgeführt, wobei der Stift einen in der Schnittebene runden Querschnitt aufweist. Die Ausführung des Halteelements 1 mit einem runden Querschnitt ist insofern von Vorteil, als das Halteelement 1 mittels einer einfach herzustellenden Bohrung in einer Gießform positioniert und fixiert werden kann. Eine unregelmäßig ausgeformte Umfangskontur, beispielsweise ein Vieleck, mit einem sich zusätzlich zweckmäßig entlang der Längsachse verändernden Querschnitt, beispielsweise durch eine sprunghafte Verdickung des Halteelements, bietet hingegen den Vorteil, daß das Halteelement nach dem Gießprozeß in dem erstarrten Gußwerkstoff neben chemischen Bindungen auch durch einen Formschluß fixiert ist. In einer besonders zu bevorzugenden Ausführung weist das Halteelement somit in dem Bereich, in dem es in der Gießform verankert wird, einen runden Querschnitt auf, wohingegen das Halteelement in dem Bereich, der bei Anordnung des Halteelements in der Gießform zwischen dem Gießkern und der Gießform zu liegen kommt, eine unregelmäßig ausgeformte Umfangskontur mit zweckmäßigen Querschnittsveränderungen aufweist.
Das in Figur 1 dargestellte Halteelement 1 umfaßt eine Grundform 2, die aus einem Grundwerkstoff hergestellt ist und mit einer Deckschicht 3 beschichtet ist. Zu berücksichtigen ist hierbei, daß die der Veranschaulichung der Erfindung dienende Figur 1 die Größenverhältnisse nicht maßstabsgetreu gemäß einer zu bevorzugenden Ausführung der Erfindung wiedergibt. Insbesondere die Beschichtung 3 ist in Figur 1 bis 3 zur Verdeutlichung mit einer größeren als einer gemäß der Erfindung zu bevorzugenden Dicke dargestellt. Bevorzugt weist die Beschichtung 3 eine Dicke zwischen 0,1 µm und 2000 µm auf. Besonders vorteilhaft beträgt die Dicke in einem unteren Dickenbereich zwischen 1 µm und 300 µm und in einem oberen Dickenbereich zwischen 1500 µm und 2000 µm, wohingegen der Durchmesser des als Stift ausgeführten Halteelements bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,5 mm und 20 mm liegt. Die Beschichtung 3 besteht aus einem Werkstoff, der eine hohe Resistivität gegen Oxidation aufweist. Der Beschichtungswerkstoff ist ferner zweckmäßig insbesondere unter dem Aspekt einer guten Haftung der Beschichtung 3 auf der Grundform 2 und somit in Abhängigkeit des Grundwerkstoffs der Grundform 2 zu wählen. Der Grundwerkstoff der Grundform 2 wiederum ist zweckmäßig in Abhängigkeit des Gußwerkstoffes zu wählen, wobei der Grundwerkstoff bevorzugt gleich oder ähnlich dem Gußwerkstoff sein sollte. Die Ähnlichkeit bezieht sich hierbei insbesondere auf die Stoffkennwerte der Festigkeit, der thermischen Ausdehnung und der gegenseitigen Löslichkeit der beiden Werkstoffe. Insbesondere für thermisch hochbelastete Teile, beispielsweise Bauteile, die im Heißgasteil einer Gasturbine eingesetzt werden, kommen als Gußwerkstoffe oftmals Nickel-Basis-Legierungen zum Einsatz. 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

In Figure 1, a holding element 1 according to the invention is shown in cross section. The holding element 1 is designed here as a pin, the pin having a cross section that is round in the sectional plane. The design of the holding element 1 with a round cross section is advantageous in that the holding element 1 can be positioned and fixed in a casting mold by means of an easily produced bore. On the other hand, an irregularly shaped circumferential contour, for example a polygon, with a cross-section that also expediently changes along the longitudinal axis, for example due to a sudden thickening of the holding element, offers the advantage that the holding element after the casting process in the solidified casting material, in addition to chemical bonds, also by a positive fit is fixed. In a particularly preferred embodiment, the holding element thus has a round cross-section in the area in which it is anchored in the casting mold, whereas the holding element in the area which, when the holding element is arranged in the casting mold, faces between the casting core and the casting mold lies, has an irregularly shaped circumferential contour with appropriate cross-sectional changes.
The holding element 1 shown in Figure 1 comprises a basic shape 2, which is made of a base material and is coated with a cover layer 3. It should be taken into account here that FIG. 1, which serves to illustrate the invention, does not show the proportions to scale in accordance with a preferred embodiment of the invention. In particular, the coating 3 is shown in FIGS. 1 to 3 for clarification with a greater than a thickness that is preferred according to the invention. The coating 3 preferably has a thickness between 0.1 μm and 2000 μm. The thickness in a lower thickness range between 1 μm and 300 μm and in an upper thickness range between 1500 μm and 2000 μm is particularly advantageous, whereas the diameter of the holding element designed as a pin is preferably in a range between 0.5 mm and 20 mm. The coating 3 consists of a material that has a high resistance to oxidation. The coating material is furthermore expediently to be chosen, in particular, from the point of good adhesion of the coating 3 to the basic shape 2 and thus as a function of the basic material of the basic shape 2. The base material of basic shape 2 is in turn expediently to be selected depending on the cast material, the base material preferably being the same or similar to the cast material. The similarity relates in particular to the material properties of strength, thermal expansion and the mutual solubility of the two materials. Nickel-based alloys are often used as casting materials, in particular for thermally highly stressed parts, for example components which are used in the hot gas part of a gas turbine. The chemical composition of typical nickel-based alloys that are used as casting materials are listed in Tables 1 to 3.

Material: G-Ni 60CrMoTiAl LC; Investment casting Alloy components (figures in% by weight or ppm) C. 0.09 to 0.13 B 0.007 to 0.012 Si Max. 0.05 Zr 0.02 to 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 to 16.3 Tl Max. 0.2 ppm Ni rest Ag Max. 0.4 ppm Co 8.0 to 9.0 Pb Max. 0.5ppm Mon 1.5 to 2.0 Te Max. 0.5 ppm W 2.4 to 2.8 Se Max. 1 ppm Ta 1.5 to 2.0 Sn Max. 20 ppm Nb 0.6 to 1.1 Ga Max. 20 ppm Al 3.2 to 3.7 Mg Max. 50 ppm Ti 3.2 to 3.7 O ₂ Max. 15 ppm Al + Ti 6.5 to 7.2 N ₂ Max. 50 ppm

Material: G-NiCr21Fe18Mo9; Cast steel Alloy components (figures in% by weight and ppm) C. Max. 0.2 Ni rest Si Max. 1.0 Fe 17.0 to 20.0 Mn Max. 1.0 Mon 8.0 to 10.0 P Max. 0.04 Co 0.5 to 2.5 S Max. 0.03 W 0.2 to 1.0 Cr 20.5 to 23.0

Insbesondere in den Fällen, in denen eine Nickel-Basis-Legierung als Gußwerkstoff Verwendung findet, erwies es sich als äußerst vorteilhaft, die Beschichtung 3 aus einem Werkstoff aus der Gruppe umfassend Cr, Al, Pt, Au, Platinoxid, MCrAIY oder Kombinationen hieraus herzustellen. Hierfür wird der Beschichtungswerkstoff mit Hilfe eines Beschichtungsverfahrens auf die zuvor hergestellte Grundform 2 aufgebracht. Als typische Beschichtungsverfahren, die bereits im Stand der Technik bekannt sind, können hier beispielsweise chemisches Bedampfen oder Sputtern zur Anwendung kommen. In vielen Fällen ist es zweckmäßig, die Grundform 2 des Halteelements 1 auf ihrer gesamten Oberfläche zu beschichten. Insbesondere in den Fällen, in denen die Grundform 2 des Halteelements 1 bereichsweise aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt ist, kann es aber auch von Vorteil sein, die Grundform in nur einem oder mehreren Teilbereichen zu beschichten.
Mittels der Beschichtung 3 des Halteelements 1 aus Figur 1 wird verhindert, daß Sauerstoff oder auch andere aggressive Substanzen an den Grundwerkstoff der Grundform 2 des Halteelements 1 gelangen können und hier insbesondere zu einer Oxidation des Grundwerkstoffs führen können. Speziell hohe Temperaturen, wie sie beispielsweise bei der Herstellung der Gießform durch Sintern oder auch beim Vorheizen der Gießform unmittelbar vor dem eigentlichen Gießprozeß auftreten, würden, sofern auf eine Beschichtung 3 der Grundform 2 verzichtet würde, zu einer erheblichen Oxidation (Verzunderung) des Grundwerkstoffs führen. Der oxidierte Grundwerkstoff wäre dem Gußwerkstoff in seinen Werkstoffeigenschaften nicht mehr ähnlich. Insbesondere weist der oxidierte Grundwerkstoff eine nur geringe Löslichkeit mit dem Gußwerkstoff auf, so daß es zu einer nur bedingt geeigneten Verbindung des Halteelements 1 mit dem Gußwerkstoff käme. Üblicherweise würde durch die Oxidation auch die Festigkeit des Gußteils zumindest in den Bereichen, in denen sich der oxidierte Werkstoff ablagert, stark vermindert werden. Durch die Beschichtung 3 der Grundform 2 des Halteelements 1 wird somit das Halteelement 1 gegen Oxidation widerstandsfähig, obwohl das Halteelement 1 zu einem überwiegenden Teil aus einem oxidationsanfälligen Werkstoff hergestellt ist.
Während des eigentlichen Gießprozesses, d.h. dem Eingießen der Schmelze in die Gießform, wird aufgrund der hohen Temperatur der Schmelze die Beschichtung 3 zumindest teilweise erschmolzen. Ist die Beschichtung 3 mit einer nur geringen Dicke ausgeführt, so wird die Beschichtung 3 durch die Schmelze vollständig abgetragen und der Grundwerkstoff des Halteelements 1 kommt unmittelbar mit der aus Gußwerkstoff bestehenden Schmelze unmittelbar in Kontakt, wodurch auch zumindest ein Teil des Grundwerkstoffs erschmolzen wird. Aufgrund der guten Löslichkeit des Werkstoffs der Grundform 2 des Halteelements 1 in dem Gußwerkstoff und umgekehrt bilden sich während der anschließenden Erstarrungsphase chemische Bindungen zwischen dem ursprünglichen Halteelement und dem Gußteil aus, die infolgedessen zu einer guten Verbindung der beiden Teile miteinander führen. Im Idealfall vermischt sich der Werkstoff des Halteelements 1 vollständig mit dem Gußwerkstoff. Lokale Unterschiede in den Werkstoffeigenschaften aufgrund des Verbleibs des Halteelements 1 in dem Gußstück lassen sich somit durch die erfindungsgemäße Ausführung des Halteelements 1 vermindern oder sogar vollständig vermeiden.
Wird die Dicke der als Deckschicht ausgeführten Beschichtung 3 hingegen etwas dicker gewählt, so wird diese von der Schmelze nicht vollständig abgetragen. Es verbleibt somit ein Rest der Deckschicht 3 in dem fertigen Gußteil, wodurch der Gußwerkstoff von dem Werkstoff der Grundform2 des Halteelements 3 abgegrenzt wird. Bei einer geeigneten Wahl der Werkstoffe kommt es jedoch zu einer ausreichenden Verbindung des Beschichtungswerkstoffs mit dem Gußwerkstoff, so daß eine lokale Verschlechterung der Werkstoffeigenschaften im Bereich des in dem Gußteil verbliebenen Halteelements nur in einem sehr geringen Umfang auftritt. In particular, in cases where a nickel-based alloy is used as the casting material, it has proven to be extremely advantageous to produce the coating 3 from a material from the group comprising Cr, Al, Pt, Au, platinum oxide, MCrAlY or combinations thereof . For this purpose, the coating material is applied to the previously produced basic shape 2 using a coating process. As typical coating processes that are already known in the prior art, chemical vapor deposition or sputtering can be used here, for example. In many cases it is expedient to coat the basic shape 2 of the holding element 1 on its entire surface. In particular, in cases in which the basic shape 2 of the holding element 1 is made in regions from different materials, it can also be advantageous to coat the basic shape in only one or more partial areas.
The coating 3 of the holding element 1 from FIG. 1 prevents oxygen or other aggressive substances from reaching the base material of the basic shape 2 of the holding element 1 and here, in particular, from leading to oxidation of the base material. Particularly high temperatures, such as occur during the manufacture of the casting mold by sintering or also when the casting mold is preheated immediately before the actual casting process, would, if there was no coating 3 on the basic mold 2, lead to considerable oxidation (scaling) of the base material . The material properties of the oxidized base material would no longer be similar to the cast material. In particular, the oxidized base material has only a low solubility with the cast material, so that a connection of the holding element 1 with the cast material would only be suitable to a limited extent. Usually, the oxidation would also greatly reduce the strength of the cast part, at least in the areas in which the oxidized material is deposited. The coating 3 of the basic shape 2 of the holding element 1 thus makes the holding element 1 resistant to oxidation, although the holding element 1 is predominantly made of a material susceptible to oxidation.
During the actual casting process, ie the pouring of the melt into the casting mold, the coating 3 is at least partially melted due to the high temperature of the melt. If the coating 3 is made with a small thickness, the coating 3 is completely removed by the melt and the base material of the holding element 1 comes into direct contact with the melt consisting of the cast material, whereby at least part of the base material is melted. Due to the good solubility of the material of the basic shape 2 of the holding element 1 in the casting material and vice versa, chemical bonds form between the original holding element and the casting during the subsequent solidification phase, which consequently lead to a good connection of the two parts to one another. Ideally, the material of the holding element 1 mixes completely with the cast material. Local differences in the material properties due to the fact that the holding element 1 remains in the casting can thus be reduced or even completely avoided by the inventive design of the holding element 1.
If, on the other hand, the thickness of the coating 3 in the form of a covering layer is chosen to be somewhat thicker, this is not completely removed by the melt. A remainder of the cover layer 3 thus remains in the finished casting, as a result of which the casting material is delimited from the material of the basic shape 2 of the holding element 3. With a suitable choice of materials, however, there is an adequate connection of the coating material with the cast material, so that a local deterioration of the material properties in the area of the holding element remaining in the cast part occurs only to a very small extent.

In Figur 2 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 ausgeführt und in einer Bohrung in der Gießform 4 fixiert. Der Stift 1 ist in einfacher Weise als Zylinder mit einem längs der Mittelachse konstanten Querschnitt ausgeführt. 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.
Der Stift 1 in Figur 2 ist aus einer Grundform 2 und einer Deckschicht 3 aufgebaut, wobei die Deckschicht 3 die Grundform 2 vollständig umschließt. Die Dicke dert Deckschicht ist in Figur 2 zur Veranschaulichung vergrößert dargestellt. Die Decksicht 3 besteht aus einem Werkstoff, der eine hohe Resistivität gegen Oxidation aufweist. Die Grundform 2 des Halteelements ist vorteilhaft aus dem Gußwerkstoff oder einem dem Gußwerkstoff ähnlichen Werkstoff hergestellt. Durch die Deckschicht 3 wird eine Oxidation (Verzunderung) des Werkstoffes der Grundform 2 zuverlässig auch dann verhindert, wenn sowohl der Werkstoff der Grundform 2 leicht oxidierbar ist als auch andererseits 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. Bei einer dicken Beschichtung 3 werden in der Regel nur die äußeren Bereiche der Beschichtung 3 aufgeschmolzen. In dem erstarrten Gußteil bleibt somit zwischen dem Gußwerkstoff und dem Werkstoff der Grundform 2 eine Zwischenschicht zurück, die aus dem Werkstoff der Beschichtung 3 besteht. Bei einer kleinen Schichtdicke der Beschichtung 3 kommt es in dem Bereich zwischen der Gießform und dem Gießkern durch die Schmelze weitestgehend zu einem vollständigen Abtrag der Beschichtung 3. Darüber hinaus wird durch die hohe Temperatur der Schmelze ein Teil des Werkstoffs der Grundform 2 des Halteelements 1 erschmolzen, so daß sich bei dem anschließenden Erstarrungsvorgang chemische Bindungen unmittelbar zwischen dem Werkstoff der Grundform 2 und dem Gußwerkstoff ausbilden.
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 wandbündig mit dem Gußteil abschließt.
Das erfindungsgemäß auf diese Weise hergestellte Gußteil weist in dem Bereich des in dem Gußteil verbliebenen Halteelements keine oder nur geringfügig verschlechterte Werkstoffeigenschaften auf.FIG. 2 shows a section through a first assembly arrangement of a casting mold 4 with a holding element 1 according to the invention arranged in the casting mold 4 and a casting core 5 held by this holding element 1. The holding element 1 is designed here as a pin and fixed in a bore in the mold 4. The pin 1 is designed in a simple manner as a cylinder with a constant cross section along the central axis. The end of the pin 1 protruding into the casting mold 4 directly adjoins the casting core 5, as a result of which the latter is held in its position. The end of the pin can be made flat or round or otherwise. It is expediently adapted to the contour of the casting core 5.
The pin 1 in FIG. 2 is made up of a basic shape 2 and a cover layer 3, the cover layer 3 completely enclosing the basic shape 2. The thickness of the cover layer is shown enlarged in FIG. 2 for illustration. The top view 3 consists of a material that has a high resistance to oxidation. The basic shape 2 of the holding element is advantageously made of the cast material or a material similar to the cast material. The cover layer 3 reliably prevents oxidation (scaling) of the material of the basic shape 2 even if the material of the basic shape 2 is easily oxidizable and on the other hand there are highly oxidizing ambient conditions, that is to say, for example, in the case of a sufficient supply of oxygen at very high ambient temperatures.
During the casting process, molten casting material, so-called melt, is poured into the free space 6 remaining between the casting core 5 and the casting mold 4. The holding element 1 is completely surrounded by melt. Because of the high temperatures of the melt, there is at least partial melting of the holding element 1 and during the subsequent cooling process the melt solidifies with the formation of chemical bonds between atoms of the holding element 1 and the supplied melt. This results in a very good connection of the holding element 1 with the solidified melt. In the case of a thick coating 3, as a rule only the outer areas of the coating 3 are melted. An intermediate layer, which consists of the material of the coating 3, thus remains in the solidified casting between the casting material and the material of the basic shape 2. With a small layer thickness of the coating 3, there is largely complete removal of the coating 3 in the area between the casting mold and the casting core. In addition, part of the material of the basic shape 2 of the holding element 1 is melted by the high temperature of the melt , so that during the subsequent solidification process chemical bonds form directly between the material of the basic shape 2 and the casting material.
Following the pouring of the melt into the casting mold 4 and the solidification of the melt, both the casting mold 4 and the casting core 5 are removed in a further working step. However, the holding element 1 connected to the casting remains in the casting and is processed in a further expedient working step, for example by grinding, in such a way that it is flush with the casting.
The cast part produced in this way according to the invention has no or only slightly deteriorated material properties in the region of the holding element remaining in the cast part.

Figur 3 zeigt einen Schnitt durch eine zweite Zusammenstellanordnung einer Gießform 4 mit einem in der Gießform 4 angeordneten, erfindungsgemäßen Halteelement 1 und einem von diesem Halteelement 1 gehalterten Gießkern 5. Die Zusammenstellanordnung in Figur 3 ist hierbei ähnlich der Zusammenstellanordnung aus Figur 2 ausgeführt. Lediglich das als Stift ausgeführte Haltelement 1 in Figur 3 weist längs seiner Mittelachse einen sich verändernden Querschnitt auf, wohingegen der Querschnitt des Stiftes 1 in Figur 2 längs seiner Mittelachse konstant ist. Der in Figur 3 dargestellte Stift 1 ist mit einer Querschnittsverengung in Form eines Absatzes 7 ausgeführt, 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. Der weitere Aufbau des Stiftes 1 als auch der Gießprozeß entsprechen den Ausführungen zu Figur 2. Nach dem Erstarren des Gußwerkstoffes wirkt jedoch in Ergänzung der Ausführungen zu Figur 2 die Querschnittsverengung 7 des Stiftes 1, sofern der Stift 1 während des Gießprozesses nicht vollständig erschmolzen wurde, 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 Gußteil.Figure 3 shows a section through a second assembly arrangement Casting mold 4 with a mold 4 according to the invention Holding element 1 and a casting core 5 held by this holding element 1 Compilation arrangement in Figure 3 is similar to this Assembly arrangement from Figure 2 executed. Only that as a pen executed retaining element 1 in Figure 3 has one along its central axis changing cross-section, whereas the cross-section of the pin 1 in Figure 2 is constant along its central axis. The pin 1 shown in Figure 3 is with a Cross-sectional constriction in the form of a paragraph 7, the paragraph 7 the pin 1 when the pin 1 is arranged in the mold 4 in the illustrated Way to lie in the area between the mold 4 and the casting core 5 is coming. The further structure of the pin 1 and the casting process correspond to the Comments on Figure 2. However, after the casting material has solidified, in 2, the cross-sectional constriction 7 of the pin 1, if the pin 1 was not completely melted during the casting process, similar to a wave shoulder and leads alongside the chemical bonds that arise during solidification between the casting material and the holding element have trained in addition to a positive connection of the Holding element 1 in the casting.

BezugszeichenlisteReference list

11: Halteelement / StiftHolding element / pin
22nd: GrundformBasic form
33rd: BeschichtungCoating
44th: GießformMold
55: GießkernPouring core
66: Bereich zwischen Gießform und GießkernArea between mold and core
77: QuerschnittsverengungCross-sectional narrowing

Claims

Holding element (1) for holding a casting core (5) in a casting mold (4),
a basic shape (2) of the holding element (1) being produced from at least one base material,
characterized in that
the basic shape (2) is coated at least in a partial area with a cover layer (3).

Holding element (1) according to claim 1,
wherein the cover layer (3) consists of an oxidation-resistant material, preferably from a group comprising Cr, Al, Pt, Au, platinum oxide, MCrAlY or combinations thereof.

Holding element (1) according to one of the preceding claims,
wherein the base material of the holding element (1), at least in an area that comes to lie when the holding element (1) is arranged in the casting mold (4) between the casting mold (4) and the casting core (5), is the same as that used for producing the cast part Is cast material.

Holding element (1) according to one of claims 1 or 2,
wherein the base material of the holding element (1) lies at least in the area which, when the holding element (1) is arranged in the casting mold (4), lies between the casting mold (4) and the casting core (5), the casting material with regard to strength parameters and / or thermal expansion and / or solubility is similar.

Holding element (1) according to one of the preceding claims,
the casting material being a nickel-based alloy.

Holding element (1) according to one of the preceding claims,
wherein the holding element (1) is designed as a pin, the diameter of the pin preferably being in a range between 0.5 mm and 20 mm.

Holding element (1) according to one of the preceding claims,
wherein the holding element (1) has an irregularly shaped shape in the region that comes to rest when the holding element (1) is arranged in the casting mold (4) between the casting mold (4) and the casting core (5).

Holding element (1) according to one of the preceding claims,
the cover layer (3) being between 0.1 µm and 2000 µm thick.

Holding element (1) according to one of the preceding claims,
the thickness of the cover layer (3) being chosen so that the cover layer essentially completely dissolves during the casting process and the casting material mixes directly with the base material of the holding element during the casting process.

Holding element (1) according to one of claims 1 to 8,
the thickness of the cover layer (3) is selected so that the cover layer does not completely dissolve during the casting process and a layer of the cover layer material arranged between the base material of the holding element and the cast material also remains in the finished cast part.

Method for producing a holding element (1),
the method comprising the following steps:

a) producing a basic shape (2) of the holding element (1) from at least one base material, the basic shape (2) being designed either as an insulated component or in one piece with a casting mold (4) or in one piece with a casting core (5);

b) coating the basic shape (2) of the holding element (1) with a cover layer (3) made of oxidation-resistant material, preferably from a group comprising Cr, Al, Pt, Au, platinum oxide, MCrAlY or combinations thereof;

A method according to claim 11,
wherein the coating described in process step b is carried out by means of chemical vapor deposition or sputtering or a plasma arc spraying process in air or in vacuum or a wire arc spraying process or electron beam vapor deposition.

Method according to one of claims 11 or 12,
after step b
c) the holding element (1) is heat-treated to improve the adhesion of the cover layer (3) on the basic shape (2).

A method for producing a casting using at least one casting core (5), the method comprising the following steps

a) making a mold (4);

b) producing a casting core (5);

c) Manufacture of at least one holding element (1) according to one of the preceding claims 1 to 10 or 11 to 13, wherein the holding element is either an isolated component or in one piece with the casting mold (4) or in one piece with the casting core (5);

d) arranging the casting core (5) in the casting mold (4) so that the casting core (5) is held by the at least one holding element (1);

e) pouring the casting material into a free space (6) remaining between the casting core (5) and the casting mold (4).

The method of claim 14
also comprehensive the work steps

f) removing the casting core (5) and the casting mold (4), the holding element (1) remaining at least partially in the casting;

g) cleaning the casting.

Casting,
characterized in that
at least one holding element (1) for holding a casting core (5) according to one of claims 1 to 10 is arranged in the casting.