JP2001505175A - Method and apparatus for making directionally solidified castings - Google Patents

Method and apparatus for making directionally solidified castings

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JP2001505175A JP50084298A JP50084298A JP2001505175A JP 2001505175 A JP2001505175 A JP 2001505175A JP 50084298 A JP50084298 A JP 50084298A JP 50084298 A JP50084298 A JP 50084298A JP 2001505175 A JP2001505175 A JP 2001505175A
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ニコラエビッチ カブロフ,イエゲニ
ウラディミロビッチ ゲラシモフ,ビクトール
イリイチ ネクラソフ,ウラジミール
セルゲイエイチ シャリモフ,アレクセイ
マルコビッチ デモニス,ジョセフ
ミカイロフナ ウイスク,イエレナ
ウィクトロフナ ウオロビオハ,イエレナ
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ゼネラル エレクトリック カンパニイ
オール−ロシアン サイエンティフィック リサーチ インスティチュート オブ アビアシオン マテリアルズ
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    • B22D27/04Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
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    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/52Alloys

Abstract

(57)【要約】 鋳込み高さが200mmより高く、好ましくは300mmより高い大型方向性凝固鋳造物品を製造する方法及び装置が提供される。サスペンダー要素で保護された鋳型の中に溶融超合金を調整注入することにより、鋳型の信頼性、鋳造装置が改善される。本発明により、製造された鋳造物品は、航空機、発電装置に特に有用で、ブレード、エアフォイル、バケット、ノズルのような形態を含むが、これに限定されない。 SUMMARY OF THE INVENTION A method and apparatus are provided for producing large directional solidified cast articles having a casting height of greater than 200 mm, preferably greater than 300 mm. Conditioned injection of molten superalloy into a mold protected by suspender elements improves mold reliability and casting equipment. Cast articles made in accordance with the present invention are particularly useful in aircraft, power plants, and include, but are not limited to, blades, airfoils, buckets, and nozzles.

Description

【発明の詳細な説明】 方向性凝固鋳物を作るための方法と装置 技術分野 本発明は、方向性凝固鋳物を作ることのための方法と装置と、それから作る物 品に関連する。特に、本発明はガスタービンエンジンのための200mm長より 大きいパーツを作ることに関連する。本発明は、さらに、物品のための鋳造工程 の中で使うセラミックの鋳型の改善された信頼性を与える方法と装置に関連する 。 発明の背景 一方向性の柱状晶または単結晶の物品を製造する方向性鋳物技術によって、超 合金の性質を改善できるということが知られている。単結晶の物品は、主に相異 なって任意の方向を向いた結晶同士の間の境界が無いという点で、従来の多結晶 の物品と異なる。現在、航空機と地上のガスタービンビジネスのような超合金鋳 造物品を利用する産業には、単結晶か多結晶の方向性凝固鋳造物品の選択の自由 があることが要求される。 単結晶と多結晶を含む方向性凝固鋳物は、一方向凝固法によって製作される。 そこでは、溶融超合金材料を含んでいる鋳物シェル型が、加熱炉から下方へ引き 出される。溶融超合金は、徐々に鋳型のより低い端から、上の端まで凝固される 。単結晶鋳物のための、<011>のような、結晶学的な方向をもつ種結晶が、 鋳型のベースに設置される。 方向性凝固鋳物を製作する1つの工程は、加熱領域においてチル板によってベ ースが冷やされる鋳型への溶融金属の注入と、徐々に鋳型を加熱領域から引き出 すことによって続いて起こる溶融金属の結晶化を含む。これにより、鋳型の底が 、そして上方へ、対流的な熱放射によって冷やされ、鋳造物品を凝固させる。本 工程は、米国特許第3857436号の中で検討されている。 方向性凝固鋳造物品を作ることのためのもう一つの工程が、加熱領域に位置し 、過熱された鋳型へ溶融金属を注ぎ、液体の冷却剤浴内に、該鋳型を炉から引き 出すことを含むが、該冷却剤浴は、鋳造金属の固相線温度より低い温度である。 本工程は、米国特許第3915761号の中で記述される。これらの方法の追加 の変形は、ロシア連邦特許N2010672とロシア発明者証USSR N10 61926の中で記述される。 上記の方法は、製造される鋳造物品の寸法長と断面が限られている点で、不十 分である。これは、一つには、鋳造工程間の鋳型の非信頼性による。いわゆる2 00mm長より大きい大型の鋳型では、溶融合金が鋳型へ注がれ、かつ鋳型がそ の後に冷やされるとき、静水圧の力が鋳型に作用する。これらの力は、鋳型と、 結果として生じる鋳造物品の外形をゆがめる傾向がある。鋳型自身は、大きい物 品の鋳造の間、たびたび破壊される。このように、鋳造工程を通して鋳型が信頼 できるようにして、だいたい200mm長より大きい大型の鋳造物品を製造する 方法と装置の必要性がある。 発明の概要 本発明は、方向性凝固鋳造品を作る方法を与えることによって、上記の必要性 を満たす。該方法は、鋳型が改善された信頼性を有することによって区別され、 下記の各工程を含んでいる。すなわち、鋳造炉の中の加熱帯の中で鋳型をあらか じめ決められた温度に加熱すること;方向性凝固鋳造物品の結晶成長の乱れを防 ぐために、溶融超合金のレベルを鋳造物品の凝固前線より上に維持するのに十分 な最初の量で、溶融超合金を加熱帯の中の鋳型へ注入すること;鋳型を加熱帯か ら冷却帯に引き出すことによって、鋳型の中で溶融超合金を一方向に凝固させつ つ、凝固前線より上の溶融超合金のレベルを維持する割合で、溶融超合金を鋳型 の中にさらに注入すること;そして、鋳造物品の凝固した部分の高さが、鋳造物 品の全体高さの半分より大きくなるようにして、鋳型への溶融超合金の鋳込を終 了すること。 本発明のもう一つの特徴において、鋳造工程の間、鋳型の信頼性を改善するサ スペンダー方式が提供される。サスペンダー方式は、鋳造炉の中で密接に鋳型を 取り巻く水平荷重受けビームかロッドから構成される。サスペンダー方式のもう 一つの実施例は、前記ビームかロッドを、その鋳型自体の製造に組み込むことを 含む。これは、鋳型形成のためのワックスか樹脂の材料からパターンを作ること によって達成される。 本発明のさらにもう一つの特徴において、鋳型の垂直な側面の高さに沿って、 鋳型に付けられる注入押湯を提供する。鋳込押湯は、鋳型の内部の空洞への1つ 以上の通路を、好ましくは複数の通路を有し、固定された受口を鋳込押湯に入れ 子式に接続する。この受口は、炉の最上部の近くに位置する。 以下の図面および詳細な説明で、さらに本発明を記述する。 図面の簡単な説明 図1は、サスペンダー方式でベースを上にした鋳造物品ブレードのためのセラ ミックのシェル型の概略図である。 図2は、サスペンダー方式でベースを下にした鋳造物品ブレードのためのセラ ミックのシェル型の概略図である。 図3は、図1および2の点A−A(左方)から見た鋳造物品ブレードのための セラミックのシェル型の概要の側面図である。 図4は、鋳込押湯、鋳型の空洞への少くとも1つの通路および固定された受口 を有するセラミックのシェル型の概略図である。 図5は、シェル型の鋳造パターン、サスペンダー方式を鋳型パターンに取り入 れた鋳型の骨組み設計、サスペンダー方式のフランジおよび溶融超合金の方向性 凝固の開始のための鋳型の中のスタート領域の概略図である。 発明の詳細な説明 本発明は、200mmを超え、および好ましくは、300mmを超える鋳型高 さを有している大型の方向性凝固鋳造物品を製造するための方法および装置に関 する。本発明の結果、鋳型の信頼性と鋳造装置が改善される。本発明の方法によ って作られた鋳造物品は、航空機および発電機器において特別に重要であり、ブ レード、エアフォイル、バケット、ノズルなどのような部品を含むが、制限され るものではない。 一般的に、鋳型か、シェルか、シェル型か、鋳型を加熱するように、本発明は 記述されることができる。これらは、通常はセラミックの原料を含む鋳型を、鋳 造炉の中で加熱帯の中のあらかじめ決められた温度に加熱することを意味する。 あらかじめ決められた温度は、超合金の結晶化か、凝固が開始する前において 溶融超合金材料を受けるのに十分な鋳型の温度である。超合金の融解温度より高 い鋳型の予熱温度が推奨される。鋳造炉内雰囲気は、減圧条件の下で大体維持さ れる。 鋳型は、所望の結晶学的な方向性単結晶物品の成長を始めるために、スタータ ー種結晶を空洞内に有してもよい。結果として、鋳型は、多結晶の、または単結 晶の鋳造物品のために設計されうる。 あらかじめ決められた温度に鋳型を熱した後に、溶融超合金(ここでまた、融 解物とも呼ばれる)は、鋳型へ注がれる。超合金金属は、別個の炉の中で、また は鋳造炉の別個の区画の中で、加熱されて、溶かされてもよい。 溶融超合金(融解物)の鋳型への注入時の温度は、結晶化の開始に対応した温 度より、だいたい100〜120℃高くてもよいが、鋳型の温度よりいくぶん低 くてもよい。 本発明の方法は、溶融超合金の十分な量が鋳型へ注がれたあと、溶融超合金の 方向性凝固が開始して、凝固前線より上の溶融超合金のレベルあるいは高さが、 方向性凝固工程の間、結晶の形成の乱れを防ぐために適切に維持されることでさ らに特徴づけられる。鋳型へ注がれる溶融超合金の十分な最初の量は、鋳型の容 積のだいたい10〜40%であってよく、好ましくは、鋳型容積のだいたい20 〜30%である。溶融超合金の十分な量が、鋳型へ注がれれたら、溶融超合金の 方向性凝固は、鋳型を加熱帯から冷却帯に引き出すことによって開始する。冷却 帯は、チル板か、液体金属浴か、他の適当な冷却手段でよい。本発明は、液体錫 かアルミニウムのような液体金属冷却浴である冷却帯に関して、ここで記述され る。また、一方向に鋳造物品を凝固させるときに温度勾配を増やすために、バッ フルが冷却帯と加熱帯の間に存在してもよいことに注目される。 容積でだいたい20〜30%程度の十分な量の溶融超合金を、初めに鋳型に鋳 込んでおいて、その後、鋳造物品の結晶成長の乱れを防ぐために、溶融超合金の 必要なレベルが鋳込超合金金属の凝固前線より上に維持されるように、方向性凝 固工程と同時に、受口を通して鋳型へ溶融超合金を更に鋳込みが実行される。 鋳型へ注ぐ超合金の最初の容積が、凝固工程の開始前において、十分な量でな いならば、いろいろな結晶学的な方向の寄生的な結晶粒成長が起こるかもしれな いことが、指摘されるべきである。 このように、当該技術の当業者は、鋳造物品の単結晶か多結晶の一方向性凝固 を促進するために、鋳型に鋳込むべき溶融超合金金属の望ましい最初の量を決定 しうる。前述したように、鋳型の容積のだいたい20〜30%が、注入融解超合 金の最初の量に好ましい。 本発明で、凝固前線より上で溶融超合金レベルが徐々に上昇していく速度に比 例して溶融超合金の鋳込みを行うとともに、凝固が生じる。その際、融解物鋳込 みが終わるとき、鋳造物品の凝固部分の高さが当該鋳造物品の全鋳造高さのうち のだいたい0.5(1/2)より大きくなるべきである。これも、セラミックの 鋳型に係る機械的な荷重を減少させるのに役立つ。高品質の受け入れられる鋳物 を製造するために、乱れが鋳造物品の凝固に影響しないように、凝固前線より上 の溶融超合金レベルが十分な高さであるべきである。提案された高さは、だいた い30〜70mmがよい。また、当業者は、過度な実験なしで、鋳型サイズと形 に従い、適当な高さレベルを決定しうる。 また、鋳型の信頼性を増やす本発明のもう一つの要素は、特別なサスペンダー 方式である。シェル型は、鋳造工程の開始に先立ち、鋳造炉内のサスペンダー方 式に置いてもよいし、あるいは、サスペンダー方式はシェル型を作るパターン段 階の間に作られた実際のシェル型のパーツに作られてもよい。最初の例では、サ スペンダー方式は、鋳型高さの1/4区分間隔で複数の点あるいは位置で、シェ ル型を取り巻くあるいは囲む水平な荷重受けビームからなるサスペンダー部品あ るいは要素を含む。 溶融超合金が鋳型に鋳込まれるとき、ビームは溶融超合金の静水圧に耐える。 ビームあるいはロッドは、モリブデンか、グラファイトか、グラファイト基複合 材料かそれらの混合物でできている。 図1において、上側のグラファイトインサート3の開口部に置かれる2つの上 側水平荷重受けビーム2の上に、シェル型1は懸架される。ついで、水平ビーム 4の次の対が、正しい位置に置かれる。ビームが密接に鋳型側面を取り巻くと、 サスペンダー方式の中でシェル型の位置を固定するために、グラファイトか、モ リブデンか、グラファイト基複合材かそれらの混合物の楔で固定される。使われ るビームの量は、高さ、幅と鋳型の断面ディメンションに依存する。例えば、鋳 物の幅が200mm未満であるとき、水平ビームは、100±50mm毎に位置 決めされるべきである。当業者は、鋳造動作の間の鋳型を取り巻くためと、支え るために、標準の機械的な原理を使って、ビームの量と間隔を調整できる。本サ スペンダー方式は、モリブデンか、グラファイトか、グラファイト基複合材料か それらの混合物でできている2つの垂直なハンガーで鋳造炉内に掛けられる。そ れから、鋳型がサスペンダー方式内に取り付けられる。 図2において、上側のグラファイトインサート7の開口部に置かれる2つの上 側水平荷重受けビーム6の上で、シェル型5は懸架される。それから、水平ビー ム8の次の対が、正しい位置に置かれる。 図3は、図1と2の断面図である。上側のグラファイトインサート11の開口 部に置かれる2つの上側水平荷重受けビーム10の上で、シェル型9は懸架され る。それから、水平ビーム12の次の対が、正しい位置に置かれる。 サスペンダー方式のもう一つの実施例で、ビーム、バーかロッドのようなサス ペンダー部品かあるいは要素が供給されて、鋳型自体の一部として組み込まれる 。サスペンダー部品や要素は、鋳型の外部で鋳型の鋳造パターンに置かれる。 鋳型は、ワックスや樹脂型パターンから最初に作られ、その後に、物品の鋳造 のために、セラミックの鋳型を作り上げるために、セラミックのスラリーコーテ ィングを受ける。ワックスや樹脂型パターンを作り上げる最初の段階の中で、水 平なビームと垂直な支持体ビームは、骨組みとして鋳型のための鋳造パターンに 置かれる。当該骨組みは、例えば、円筒形の部材で、フランジが鋳型の表面ある いは外側の接合端に形成される。サスペンダー要素のための骨組み区分は、鋳型 に外側の空洞を形成する。一度、鋳型が、従来技術の中で知られたスラリー鋳造 のような方法に従って製造されると、サスペンダー部品や、すなわちモリブデン や、グラファイトや、グラファイト基複合材やそれらの混合物と、ロッド、ビー ムは、鋳型の骨組み内に置かれ、骨組みの接合端はセラミックのスラリーで封じ られる。骨組み部材は、鋳型のスタート領域より上に置かれると、鋳型の全高さ に沿って一様に配置される。それから、鋳型は、上記したように、本発明の方法 について、あらかじめ決められた温度に加熱された鋳造炉の中で、ハンガーに置 かれる。 図5は、鋳造パターン19とフランジ21付き骨組み20のパターンとスター ト領域22を示す。 本発明のサスペンダー要素に加えて、受口と鋳込押湯を含む本発明の他の特徴 が提供される。受口は、鋳造炉の加熱帯の、鋳型の中に置かれる。鋳型に鋳込む ときに溶融超合金がスパッターリングするのを防止するために、受口は、鋳型内 の内側コアがないならば、鋳型のベースに入る細長い側部分を有する。内側のコ アが鋳型の中にあるならば、受口は特別な鋳込みチャネルに入る。 本発明のもう一つの実施例の中で、凝固ラインより上の溶融超合金の注入時の 乱れを少なくするために、鋳込押湯は、鋳型の一方の横側に配置される。これは 、鋳型の鋳造パターンの中でなされる。鋳込押湯は、パターンの全高さに沿って 、かつ鋳造空洞に、水平面に対して、だいたい−70〜+70の角度で傾けられ た通路によって、接続されている。 溶融超合金が鋳型に鋳込まれるとき、濾過の役割を果たすならば、各通路の断 面は、だいたい1〜3mmであればよい。このように、鋳型のためのパターンが 作られるとき、鋳込押湯とサスペンダー方式は、該パターンに組み込まれて、か つその後の最終的な鋳型のパーツになるようにしてよい。 図4において、セラミックのシェル型13は、小さい断面の通路15を介して 鋳型の横側に置かれた鋳込押湯14を有する。受口16は、動かぬものであり、 かつ炉の最上部の近くに位置する。また、溶融超合金を鋳型の2つのクラスター に同時に鋳込むための固定の受口17が示されている。 本発明の中で、溶融超合金は、炉の最上部区分に位置した固定の受口を通して 、鋳型に鋳込まれる。 受口は、鋳込押湯に入れ子式に入る。溶融超合金を少なくとも2つの鋳型クラ スターに同時に鋳込むことが要求されるとき、各鋳込押湯のための注入部材を有 する固定の受口が使われる。 適当な角度で、水平な面に対して傾けられた通路を通して、鋳型に押湯から鋳 込まれる溶融超合金は、先に述べたように、鋳造物品の中で寄生的な結晶粒成長 を引き起こしうるいかなる乱流もなく、溶融超合金のスムーズな動きとなる。さ らに、小さい十分な断面を有する通路は、鋳造物品の中で、非金属介在物の形成 を防止する助けとなる。 以下の例は、さらに本発明の範囲を示すのに役立つが、制限するものではない 。 実施例1 液体の冷却剤浴(ロシアの商用の典型的な単位UVNK-8P)をもつ鋳造炉 が、本発明に従って大型鋳物を作るために使われた。シェル型は、400mmに 等しい高さのディメンション、180mmの弦あるいは断面、かつ200mmの ベース幅を有する大型のエアフォイルのためであった。 シェル型は、だいたい8〜10mmの厚さを有し、ベースを上向きにして凝固 された。鋳型は、スタート空洞の中に単結晶の種結晶を有し、かつ図1および3 の中で示されるように、特別なサスペンダーに置かれた。サスペンダー方式は、 2つの開口部を有するグラファイトインサート(楔)によって相互に連結された 20mmの直径のロッドから成っている2つの垂直なモリブデンハンガーを含み 、開口部の間隔は、シェル型の厚さと等しかった。 それ自身の重さと溶融超合金静水圧の影響で鋳型が変形するのを防止するため に、荷重はサスペンダーの水平ビームヘ伝達される。これらのビームは、密接に 鋳型の周辺部を取り巻き、効果的にその変形を防ぐ。水平荷重受けビームは、モ リブデンでできていて、20mmの10倍の断面を有する。 受口が、寸法決めされた注入穴を有して、該注入穴が鋳型の上の縁からだいた い200mmの高さに位置決めされるようにして、鋳型空洞に置かれる。 ロシア型式ZhSKSの、耐食性ニッケル基超合金が、だいたい20〜25キ ログラムの容積のるつぼを有する誘導電気炉の中で溶かされた。鋳型は、超合金 の融解温度よりだいたい80〜100℃高い温度に予熱された。るつぼの中の超 合金は、だいたい1560±20℃に加熱させられた。溶融超合金は、鋳型に受 口を通して鋳込まれた。溶融超合金のだいたい4〜5キログラム(鋳型の容積の だいたい20%)が鋳型に鋳込まれると、加熱帯から冷却帯に鋳型を下げること によって、方向性凝固工程が始められ、鋳型が冷却帯に引き出されるように、溶 融超合金が誘導炉から鋳型に同時に鋳込まれた。 溶融超合金を鋳型に鋳込み終えた時には、鋳型のだいたい半分が冷却帯に下げ られていた。鋳型が完全に冷却帯に沈められるまで、鋳型は冷却帯に超合金と共 に下げられ続けた。凝固された鋳型はサスペンダーから外され、鋳造物品のマク ロ構造を表すために、セラミックの鋳型から外された。スタート領域における単 結晶の使用と、結晶学方位の選定と方向性凝固工程とにより、鋳物の全高さに沿 って、所望の一定方向への単結晶構造を有している鋳物が供給されることが判明 した。 実施例2 この実施例では、エアフォイルはそのベースを下方にして凝固された。サスペ ンダー方式の中のその位置決め方法は、図2の中で示される。水平な荷重受けビ ームは、焼結されたグラファイトでできていた。この実施例では、鋳型(だいた い7〜7.5キログラムの溶融超合金)の容積のだいたい30%がニッケル基超 合金(ロシアの型ZhS)で満たされた後、方向性凝固工程が始まった。超合金 の鋳込みを調整する方法および方向性凝固工程条件が、実施例1の中で記述され ている。こうして製造された大型のエアフォイル鋳物は、全高さに沿って単結晶 構造を有していた。 同時的方向性凝固工程による溶融超合金の調整鋳込の使用、更には特別な鋳型 サスペンダー方式の使用は、シェル型の鋳物および鋳造機器の信頼性を改善する 。 方向性凝固工程の効率も改善されて、200mm高より大きく、好ましくは30 0mm高を超える大きいエアフォイルとブレード鋳物の製造を可能にする。これ は、単結晶と多結晶の鋳造物品に適用される。 実施例3 本実施例は、本発明のもう一つの実施例である。大きいエアフォイル(ブレー ド)パターンの横側の1つに、全高さに沿って、直径2mmのだいたい8つの( 8)通路によって、鋳物空洞と相互に連結された鋳込押湯が配置された。該通路 は、だいたい70°の角度で水平面に対して傾けられた。それから、サスペンダ ー要素の骨組みは、該骨組みが接合端にフランジを有するように設けられた。 該パターンが製造されたあと、セラミックシェルは、従来技術で知られるスラ リー浸漬技術に従って作られ、それからだいたい4時間1250℃で焼成された 。モリブデンサスペンダー要素は、セラミック骨組み内の冷やされた鋳型内に置 かれた。それから、骨組み接合端は、セラミックスラリーで密閉された。鋳型と サスペンダーは、鋳造炉(ロシアの商用型UVNK-8P)に置かれ、加熱室は 1×10-3mm m.c.に排気された。ロシアの型ZhSのニッケル基超合金は 、誘導電気炉で溶かされた。 溶融超合金は、傾斜した通路に通じる固定の受口を通して、鋳型に鋳込まれた 。固定の受口は、鋳込押湯に入れ子式に挿入された。鋳込み処理は、2段階で実 行された。始めに、鋳型の容積のだいたい20%の溶融超合金が、鋳型に鋳込ま れ、10mm/分の割合で、冷却剤の中に鋳型を下げることで、凝固が始められ た。 鋳型のスタート領域で凝固が始まってから、溶融超合金の鋳込みが続けられ、 その間も、加熱帯から冷却帯に鋳型の引き下げが続けられた。 溶融超合金の鋳込みが完了した時点で、鋳型の半分の高さが冷却帯に引き出さ れていた。そして、液状金属冷却剤浴に充分に沈められるまで、溶融超合金の鋳 型は完全に引き下げられた。 凝固工程が終了し、予熱炉のスイッチが切られた後に、鋳型は、冷却剤から離 され、凝固した鋳物はサスペンダーとセラミックから離されて、鋳造物品のマク ロ構造が明らかにされた。鋳造物品は450mm高であって、全高さに沿って、 [001]方向の配列の単結晶構造を有した。 方向性凝固工程の間中、セラミック鋳型は、全く変形することはなかった。サ スペンダー要素は、冷却剤金属浴から保護されていた。 また、本工程は、だいたい+70°の角度で傾けられた直径3mmの通路を使 って、繰り返された。通路の直径が3mm以上であれば、通路はフィルターの役 割を果たさず、粗い非金属介在物が鋳物に入り込みうる。1mm未満の直径の通 路は、製造し難いと思われる。 本発明の方法は、単結晶および多結晶の、所望の幾何学的寸法における大型物 品の鋳造を可能とする。 サスペンダー要素は、方向性凝固工程において、再使用できる。Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method and an apparatus for making a directionally solidified casting and to articles made therefrom. In particular, the present invention relates to making parts larger than 200 mm long for gas turbine engines. The present invention further relates to a method and apparatus for providing improved reliability of a ceramic mold used in a casting process for an article. BACKGROUND OF THE INVENTION It is known that the properties of superalloys can be improved by directional casting techniques to produce unidirectional columnar or single crystal articles. Single crystal articles differ from conventional polycrystalline articles mainly in that there is no boundary between crystals oriented differently and in any direction. Currently, industries utilizing superalloy cast articles, such as the aircraft and terrestrial gas turbine businesses, require the freedom of choice of single crystal or polycrystalline directionally solidified cast articles. Directional solidification castings containing single crystals and polycrystals are produced by a unidirectional solidification method. There, a cast shell mold containing the molten superalloy material is drawn down from the furnace. The molten superalloy gradually solidifies from the lower end of the mold to the upper end. A seed crystal having a crystallographic orientation, such as <011>, for a single crystal casting is placed on the base of the mold. One step in making a directionally solidified casting is to inject molten metal into a mold whose base is cooled by a chill plate in a heated area and to subsequently crystallize the molten metal by slowly withdrawing the mold from the heated area. Including. This causes the bottom of the mold to cool down and upward by convective heat radiation, causing the cast article to solidify. This process is discussed in U.S. Patent No. 3,857,436. Another step for making a directionally solidified cast article involves pouring molten metal into a superheated mold located in a heating zone and drawing the mold from a furnace into a liquid coolant bath. However, the coolant bath is at a temperature below the solidus temperature of the cast metal. This process is described in U.S. Patent No. 3,915,761. Additional variants of these methods are described in Russian Federation Patent N2010672 and Russian Inventor Certificate USSR N10 61926. The above methods are unsatisfactory in that the cast articles to be manufactured have limited dimensional length and cross-section. This is due in part to the unreliability of the mold during the casting process. In large molds larger than the so-called 200 mm length, hydrostatic pressure forces act on the mold when the molten alloy is poured into the mold and the mold is subsequently cooled. These forces tend to distort the contours of the mold and the resulting cast article. The mold itself is often destroyed during the casting of large articles. Thus, there is a need for a method and apparatus for manufacturing large cast articles, generally greater than 200 mm long, so that the mold is reliable throughout the casting process. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention meets the above needs by providing a method of making a directionally solidified casting. The method is distinguished by the improved reliability of the mold and includes the following steps. That is, heating the mold to a predetermined temperature in a heating zone in a casting furnace; in order to prevent disturbance of the crystal growth of the directionally solidified cast article, the level of the molten superalloy is raised from the solidification front of the cast article. Injecting the molten superalloy into the mold in a heating zone in an initial amount sufficient to maintain the molten superalloy in one direction in the mold by withdrawing the mold from the heating zone to the cooling zone. Further injecting the molten superalloy into the mold at a rate that maintains the level of the molten superalloy above the solidification front, while solidifying the solid; Finish casting the molten superalloy into the mold so that it is larger than half of the total height. In another aspect of the invention, a suspender system is provided that improves mold reliability during the casting process. The suspender system consists of a horizontal load-bearing beam or rod closely surrounding the mold in a casting furnace. Another embodiment of the suspender method involves incorporating the beam or rod into the manufacture of the mold itself. This is achieved by making a pattern from wax or resin material for mold formation. In yet another aspect of the invention, there is provided a pouring riser applied to the mold along a height of a vertical side of the mold. The caster has one or more passages to the cavity inside the mold, preferably a plurality of passages, and nests a fixed receptacle to the caster. This port is located near the top of the furnace. The following figures and detailed description further describe the invention. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic illustration of a ceramic shell mold for a cast article blade with a base up in a suspender fashion. FIG. 2 is a schematic illustration of a ceramic shell mold for a cast article blade with a base down in a suspender fashion. FIG. 3 is a schematic side view of a ceramic shell mold for a cast article blade as viewed from point AA (left) in FIGS. 1 and 2. FIG. 4 is a schematic illustration of a ceramic shell mold with a casting riser, at least one passage to the mold cavity and a fixed socket. FIG. 5 is a schematic diagram of a shell-shaped casting pattern, a framework design of a mold incorporating the suspender method in the mold pattern, a suspender-type flange, and a start area in the mold for initiating directional solidification of the molten superalloy. is there. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method and apparatus for producing large directional solidified cast articles having a mold height greater than 200 mm, and preferably greater than 300 mm. As a result of the present invention, mold reliability and casting equipment are improved. Cast articles made by the method of the present invention are of particular importance in aircraft and power generation equipment, and include, but are not limited to, components such as blades, airfoils, buckets, nozzles, and the like. In general, the invention can be described as heating a mold, a shell, a shell mold, or a mold. This means that a mold, usually containing ceramic raw materials, is heated in a casting furnace to a predetermined temperature in a heating zone. The predetermined temperature is the mold temperature sufficient to receive the molten superalloy material before the crystallization or solidification of the superalloy begins. A mold preheating temperature higher than the melting temperature of the superalloy is recommended. The atmosphere in the casting furnace is generally maintained under reduced pressure conditions. The template may have a starter seed crystal in the cavity to begin growing the desired crystallographically oriented single crystal article. As a result, the mold can be designed for polycrystalline or single crystal cast articles. After heating the mold to a predetermined temperature, the molten superalloy (also referred to herein as a melt) is poured into the mold. The superalloy metal may be heated and melted in a separate furnace or in a separate section of the casting furnace. The temperature at which the molten superalloy (melt) is injected into the mold may be about 100-120 ° C. higher than the temperature corresponding to the onset of crystallization, but may be somewhat lower than the temperature of the mold. The method of the present invention provides that the directional solidification of the molten superalloy begins after a sufficient amount of the molten superalloy has been poured into the mold and that the level or height of the molten superalloy above the solidification front is It is further characterized by being properly maintained during the sexual solidification step to prevent disturbance of crystal formation. A sufficient initial amount of molten superalloy to be poured into the mold may be about 10 to 40% of the volume of the mold, preferably about 20 to 30% of the volume of the mold. Once a sufficient amount of the molten superalloy has been poured into the mold, the directional solidification of the molten superalloy begins by withdrawing the mold from the heating zone to the cooling zone. The cooling zone may be a chill plate, a liquid metal bath, or other suitable cooling means. The present invention is described herein with reference to a cooling zone that is a liquid metal cooling bath such as liquid tin or aluminum. It is also noted that baffles may be present between the cooling and heating zones to increase the temperature gradient when solidifying the cast article in one direction. A sufficient amount of molten superalloy, of the order of 20 to 30% by volume, is first cast into a mold, and then the required level of molten superalloy is adjusted to prevent disturbance of crystal growth in the cast article. Simultaneously with the directional solidification step, a further casting of the molten superalloy into the mold through the receiving port is performed so that the solidified superalloy metal is maintained above the solidification front. It is pointed out that if the initial volume of superalloy poured into the mold is not sufficient before the start of the solidification process, parasitic grain growth in various crystallographic directions may occur. Should. Thus, one of ordinary skill in the art can determine the desired initial amount of molten superalloy metal to be cast into a mold to facilitate unidirectional solidification of the cast article, single or polycrystalline. As mentioned above, approximately 20-30% of the volume of the mold is preferred for the initial amount of the injected molten superalloy. In the present invention, solidification occurs while casting the molten superalloy in proportion to the rate at which the molten superalloy level gradually increases above the solidification front. At that time, when the casting of the melt is finished, the height of the solidified portion of the cast article should be larger than about 0.5 (1/2) of the total casting height of the cast article. This also helps to reduce the mechanical load on the ceramic mold. To produce a high quality acceptable casting, the level of molten superalloy above the solidification front should be high enough so that turbulence does not affect the solidification of the cast article. Suggested heights should be around 30-70 mm. Also, those skilled in the art can determine appropriate height levels according to template size and shape without undue experimentation. Another element of the present invention that increases the reliability of the mold is a special suspender system. The shell mold may be placed in a suspender system in the casting furnace prior to the start of the casting process, or the suspender system may be formed on the actual shell mold parts created during the shell mold pattern stage. You may. In a first example, the suspender system includes a suspender component or element consisting of a horizontal load bearing beam surrounding or surrounding the shell at a plurality of points or locations at quarter section intervals of the mold height. When the molten superalloy is cast into a mold, the beam withstands the hydrostatic pressure of the molten superalloy. The beam or rod is made of molybdenum, graphite, a graphite-based composite, or a mixture thereof. In FIG. 1, a shell mold 1 is suspended on two upper horizontal load-bearing beams 2 which are placed in openings of an upper graphite insert 3. The next pair of horizontal beams 4 is then placed in the correct position. As the beam closely surrounds the mold sides, it is secured with wedges of graphite, molybdenum, graphite-based composites, or mixtures thereof to secure the position of the shell within the suspender system. The amount of beam used depends on the height, width and cross-sectional dimensions of the mold. For example, when the width of the casting is less than 200 mm, the horizontal beam should be positioned every 100 ± 50 mm. One skilled in the art can adjust the amount and spacing of the beams using standard mechanical principles to surround and support the mold during the casting operation. The suspender system is hung in a casting furnace with two vertical hangers made of molybdenum, graphite, a graphite-based composite, or a mixture thereof. Then, the mold is mounted in the suspender system. In FIG. 2, the shell mold 5 is suspended on two upper horizontal load-bearing beams 6 which are placed in the openings of the upper graphite insert 7. Then the next pair of horizontal beams 8 is placed in the correct position. FIG. 3 is a cross-sectional view of FIGS. The shell mold 9 is suspended on two upper horizontal load bearing beams 10 which are placed in the openings of the upper graphite insert 11. Then the next pair of horizontal beams 12 is placed in the correct position. In another embodiment of the suspender system, suspender parts or elements such as beams, bars or rods are provided and incorporated as part of the mold itself. The suspender parts and elements are placed in the casting pattern of the mold outside the mold. The mold is first made from a wax or resin mold pattern, and then is subjected to a ceramic slurry coating to make up a ceramic mold for casting of the article. In the first step of building a wax or resin mold pattern, the horizontal beam and the vertical support beam are laid as a framework in a casting pattern for a mold. The skeleton is, for example, a cylindrical member, and a flange is formed on the surface of the mold or on the outer joint end. The skeleton section for the suspender element forms an outer cavity in the mold. Once the mold is manufactured according to methods such as slurry casting known in the prior art, the rods, beams, and suspender components, i.e., molybdenum, graphite, graphite-based composites and mixtures thereof, Placed in the mold skeleton, the joint ends of the skeleton are sealed with a ceramic slurry. When the framing member is placed above the starting area of the mold, it is uniformly positioned along the entire height of the mold. The mold is then placed on a hanger in a casting furnace heated to a predetermined temperature for the method of the present invention, as described above. FIG. 5 shows the pattern of the casting pattern 19 and the frame 20 with the flange 21 and the start area 22. In addition to the suspender elements of the present invention, other features of the present invention are provided including a spout and a caster. The port is placed in the mold of the heating zone of the casting furnace. To prevent the molten superalloy from spattering when cast into the mold, the receptacle has an elongated side portion that enters the base of the mold if there is no inner core in the mold. If the inner core is in the mold, the receptacle enters a special casting channel. In another embodiment of the present invention, a casting riser is located on one side of the mold to reduce turbulence during injection of the molten superalloy above the solidification line. This is done in the casting pattern of the mold. The casting riser is connected to the casting cavity along the entire height of the pattern and by a passage inclined at an angle of approximately -70 to +70 relative to a horizontal plane. If the molten superalloy is cast into a mold, and has a role of filtration, the cross section of each passage may be about 1 to 3 mm. Thus, when the pattern for the mold is created, the caster and suspender system may be incorporated into the pattern and then become the final mold part. In FIG. 4, the ceramic shell mold 13 has a casting riser 14 placed on the side of the mold via a passage 15 of small cross section. Receptacle 16 is immobile and is located near the top of the furnace. Also shown is a fixed socket 17 for simultaneously casting the molten superalloy into the two clusters of the mold. In the present invention, the molten superalloy is cast into a mold through a fixed socket located in the top section of the furnace. The receiving port is nested into the caster. When it is required to simultaneously cast the molten superalloy into at least two mold clusters, a fixed socket having a pouring member for each pouring feeder is used. The molten superalloy cast from the riser into the mold at an appropriate angle, through a passage inclined to the horizontal plane, causes parasitic grain growth in the cast article, as described above. There is no smooth turbulence and the smooth movement of the molten superalloy. In addition, a passageway with a small enough cross section helps to prevent the formation of non-metallic inclusions in the cast article. The following examples serve to further illustrate, but not limit, the scope of the invention. Example 1 A casting furnace with a liquid coolant bath (a typical unit of Russian commercial UVNK-8P) was used to make large castings according to the invention. The shell mold was for a large airfoil having a height dimension equal to 400 mm, a chord or cross section of 180 mm, and a base width of 200 mm. The shell mold had a thickness of approximately 8-10 mm and was solidified with the base facing up. The mold had a single crystal seed in the start cavity and was placed in a special suspender as shown in FIGS. The suspender method includes two vertical molybdenum hangers consisting of 20 mm diameter rods interconnected by a graphite insert (wedge) with two openings, the spacing between the openings being the thickness of the shell mold and It was equal. To prevent the mold from deforming under the influence of its own weight and the hydrostatic pressure of the molten superalloy, the load is transmitted to the horizontal beam of the suspender. These beams closely surround the periphery of the mold and effectively prevent its deformation. The horizontal load bearing beam is made of molybdenum and has a cross section 10 times 20 mm. A receptacle is placed in the mold cavity with a dimensioned injection hole such that the injection hole is positioned at a height of approximately 200 mm from the upper edge of the mold. A corrosion-resistant nickel-base superalloy of Russian type ZhSKS was melted in an induction electric furnace having a crucible with a volume of approximately 20-25 kilograms. The mold was preheated to a temperature approximately 80-100C above the melting temperature of the superalloy. The superalloy in the crucible was heated to approximately 1560 ± 20 ° C. The molten superalloy was cast into a mold through a socket. When about 4-5 kilograms (approximately 20% of the volume of the mold) of the molten superalloy is cast into the mold, the directional solidification process is initiated by lowering the mold from the heating zone to the cooling zone, where the mold is cooled. The molten superalloy was simultaneously cast from an induction furnace into a mold to be drawn. By the time the molten superalloy had been cast into the mold, approximately half of the mold had been lowered into the cooling zone. The mold continued to be lowered with the superalloy into the cooling zone until the mold was completely submerged in the cooling zone. The solidified mold was removed from the suspenders and removed from the ceramic mold to represent the macrostructure of the cast article. The use of a single crystal in the starting region, and the selection of crystallographic orientation and the directional solidification step provide a casting having a single crystal structure in a desired constant direction along the entire height of the casting. There was found. Example 2 In this example, the airfoil was solidified with its base down. Its positioning method in the suspender mode is shown in FIG. The horizontal load bearing beam was made of sintered graphite. In this example, the directional solidification process began after approximately 30% of the volume of the mold (approximately 7-7.5 kilograms of molten superalloy) was filled with a nickel-based superalloy (Russian type ZhS). The method of adjusting the casting of the superalloy and the directional solidification process conditions are described in Example 1. The large airfoil castings produced in this way had a single crystal structure along the entire height. The use of controlled casting of molten superalloys by a simultaneous directional solidification process, as well as the use of special mold suspenders, improves the reliability of shell-type castings and casting equipment. The efficiency of the directional solidification process is also improved, allowing the production of large airfoil and blade castings greater than 200 mm high, preferably greater than 300 mm high. This applies to monocrystalline and polycrystalline cast articles. Embodiment 3 This embodiment is another embodiment of the present invention. On one side of the large airfoil (blade) pattern, along the entire height was placed a pouring runner interconnected with the casting cavity by approximately eight (8) passages of 2 mm diameter. The passage was inclined with respect to the horizontal at an angle of approximately 70 °. The framing of the suspender element was then provided such that the framing had a flange at the joint end. After the pattern was manufactured, the ceramic shell was made according to slurry dipping techniques known in the art and then fired at 1250 ° C. for approximately 4 hours. The molybdenum suspender element was placed in a chilled mold in a ceramic framework. The framing joint was then sealed with a ceramic slurry. The mold and suspenders were placed in a casting furnace (commercial UVNK-8P in Russia) and the heating chamber was 1 × 10 −3 mm mc. Exhausted. A Russian type ZhS nickel-base superalloy was melted in an induction electric furnace. The molten superalloy was cast into a mold through a fixed port leading to an inclined passage. The fixed receptacle was nested into a caster. The pouring process was performed in two stages. Initially, about 20% of the volume of the molten superalloy was cast into the mold and solidification was initiated by lowering the mold into a coolant at a rate of 10 mm / min. After solidification started in the mold start zone, the casting of the molten superalloy continued, and during that time, the mold was lowered from the heating zone to the cooling zone. By the time casting of the molten superalloy was complete, half the height of the mold had been drawn into the cooling zone. The molten superalloy mold was then completely lowered until it was fully submerged in the liquid metal coolant bath. After the solidification process was completed and the preheating furnace was switched off, the mold was released from the coolant, and the solidified casting was released from the suspenders and ceramic, revealing the macrostructure of the cast article. The cast article was 450 mm high and had a [001] oriented single crystal structure along the entire height. During the directional solidification process, the ceramic mold did not deform at all. The suspender element was protected from the coolant metal bath. The process was also repeated using a 3 mm diameter passage inclined at an angle of approximately + 70 °. If the diameter of the passage is 3 mm or more, the passage does not serve as a filter, and coarse non-metallic inclusions can enter the casting. Passages with a diameter of less than 1 mm would be difficult to manufacture. The method of the present invention allows for the casting of large articles of desired crystal dimensions, both monocrystalline and polycrystalline. The suspender element can be reused in the directional solidification process.

【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成10年6月5日(1998.6.5) 【補正内容】 方向性凝固鋳造物品を作ることのためのもう一つの工程が、加熱領域に位置し 、過熱された鋳型へ溶融金属を注ぎ、液体の冷却剤浴内に、該鋳型を炉から引き 出すことを含むが、該冷却剤浴は、鋳造金属の固相線温度より低い温度である。 本工程は、米国特許第3915761号の中で記述される。これらの方法の追加 の変形は、ロシア連邦特許N2010672とロシア発明者証USSR N10 61926の中で記述される。他の方法に関し、米国特許第5309976号で は、鋳造室または炉の中で、鋳型を部分的に溶融金属で充填し、残りの溶融金属 を凝固前線が溶融金属中を進行していくにつれて、最初の鋳型充填より小さい速 度で鋳型に注入していくことが教示されている。第2の注入速度は、溶融金属の 凝固速度に対応する。米国特許第5309976号の方法は、鋳型破壊を防止す るための最初の注入速度と第2の注入速度に限定される。 上記の方法は、製造される鋳造物品の寸法長と断面が限られている点で、不十 分である。これは、一つには、鋳造工程間の鋳型の非信頼性による。いわゆる2 00mm長より大きい大型の鋳型では、溶融合金が鋳型へ注がれ、かつ鋳型がそ の後に冷やされるとき、静水圧の力が鋳型に作用する。これらの力は、鋳型と、 結果として生じる鋳造物品の外形をゆがめる傾向がある。鋳型自身は、大きい物 品の鋳造の間、たびたび破壊される。米国特許第3927710号には、鋳型が セラミックリングで支持されることが教示されている。このように、鋳造工程を 通して鋳型が信頼できるようにして、だいたい200mm長より大きい大型の鋳 造物品を製造する方法と装置の必要性がある。 発明の概要 本発明は、方向性凝固鋳造品を作る方法を与えることによって、上記の必要性 を満たす。該方法は、鋳型が改善された信頼性を有することによって区別され、 下記の各工程を含んでいる。すなわち、鋳造炉の中の加熱帯の中で鋳型をあらか じめ決められた温度に加熱すること;方向性凝固鋳造物品の結晶成長の乱れを防 ぐために、溶融超合金のレベルを鋳造物品の凝固前線より上に維持するのに十分 な最初の量で、溶融超合金を加熱帯の中の鋳型へ注入すること;鋳型を加熱帯か ら冷却帯に引き出すことによって、鋳型の中で溶融超合金を一方向に凝固させつ つ、凝固前線より上の溶融超合金のレベルを維持する割合で、溶融超合金を鋳型 の中にさらに注入すること;そして、鋳造物品の凝固した部分の高さが、鋳造物 品の全体高さの半分より大きくなるようにして、鋳型への溶融超合金の鋳込を終 了すること。 本発明のもう一つの特徴において、鋳造工程の間、鋳型の信頼性を改善するサ[Procedure of Amendment] Article 184-8, Paragraph 1 of the Patent Act [Submission date] June 5, 1998 (1998.6.5) [Correction contents]   Another process for making directionally solidified cast articles is located in the heating zone. Pour the molten metal into a superheated mold and pull the mold from the furnace into a liquid coolant bath. The coolant bath is at a temperature below the solidus temperature of the cast metal. This process is described in U.S. Patent No. 3,915,761. Add these methods Variants of the Russian Federation patent N2010672 and the Russian inventor certificate USSR N10 61926. For another method, see US Pat. No. 5,309,976. In a casting room or furnace, partially fill the mold with molten metal and As the solidification front progresses through the molten metal, It is taught to inject into the mold in degrees. The second injection rate is Corresponds to the solidification rate. The method of US Pat. No. 5,309,976 prevents mold destruction. To the first injection rate and the second injection rate.   The above method is inadequate in that the dimensional length and cross-section of the manufactured cast article is limited. Minutes. This is due in part to the unreliability of the mold during the casting process. So-called 2 For large molds larger than 00 mm long, the molten alloy is poured into the mold and the mold is When cooled after the hydrostatic force acts on the mold. These forces are The resulting cast article tends to distort the profile. The mold itself is a big one Often destroyed during casting. U.S. Pat. No. 3,927,710 discloses that a mold It is taught to be supported by a ceramic ring. Thus, the casting process Through the mold to make it reliable There is a need for a method and apparatus for manufacturing an artificial article. Summary of the Invention   The present invention addresses the above need by providing a method of making a directionally solidified casting. Meet. The method is distinguished by the mold having improved reliability, It includes the following steps. That is, the mold is exposed in the heating zone in the casting furnace. Heating to a predetermined temperature; preventing crystal growth disorder in directionally solidified cast articles Sufficient to maintain the level of molten superalloy above the solidification front of the cast article. Injecting the molten superalloy into the mold in the heating zone in a reasonable amount; The molten superalloy in one direction in the mold by drawing it into the cooling zone. Mold the molten superalloy at a rate that maintains the level of molten superalloy above the solidification front. Further pouring into the casting; and the height of the solidified portion of the casting Finish casting the molten superalloy into the mold so that it is larger than half the overall height of the part. To complete.   In another aspect of the invention, a support for improving mold reliability during the casting process.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),CN,JP,KR,U S (72)発明者 カブロフ,イエゲニ ニコラエビッチ ロシア連邦共和国、101000、モスクワ、ポ タポフスキ ペレウロク、ドーム12、アパ ートメント29 (72)発明者 ゲラシモフ,ビクトール ウラディミロビ ッチ ロシア連邦共和国、105225、モスクワ、ブ デンノゴ プロスペクト、ドーム41/17、 アパートメント25 (72)発明者 ネクラソフ,ウラジミール イリイチ ロシア連邦共和国、107066、モスクワ、ス パルタコフスカヤ ストリート18、アパー トメント21 (72)発明者 シャリモフ,アレクセイ セルゲイエイチ ロシア連邦共和国、143980、モスクワ レ ジオン、チェレスノドロスニュイ、ピオネ ルスカヤ ストリート12エー、アパートメ ント39 (72)発明者 デモニス,ジョセフ マルコビッチ ロシア連邦共和国、103064、モスクワ、エ ー.ガイダラ ペレウロク、ドーム5エ ー、アパートメント46 (72)発明者 ウイスク,イエレナ ミカイロフナ ロシア連邦共和国、121471、モスクワ、ク リラツキエ コオルミ ストリート、ドー ム26/3、アパートメント435 (72)発明者 ウオロビオハ,イエレナ ウィクトロフナ ロシア連邦共和国、105094、モスクワ、セ メノフツカヤ ナブ.2/1、アパートメ ント56────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L U, MC, NL, PT, SE), CN, JP, KR, U S (72) Inventors Kabrov, Jegeni Nikolaevich             Russian Federation, 101000, Moscow, Po             Tapovski Peleurok, Dome 12, Apa             Statement 29 (72) Inventor Gerasimov, Victor Vladimilovi             Switch             Russian Federation, 105225, Moscow, Bu             Dennogo Prospect, Dome 41/17,             Apartment 25 (72) Inventor Nekrasov, Vladimir Ilyich             Russian Federation, 107066, Moscow, Su             Partakowskaya Street 18, Upper             Toment 21 (72) Inventors Shalimov, Alexei Sergey             Russian Federation, 143980, Moscow Les             Zion, Celesnodrosny, Pione             Luskaya Street 12A, Apartment             39 (72) Inventors Demonis, Joseph Markovich             Russian Federation, 103064, Moscow, D             -. Gaidara Pereleok, Dome 5             ー, apartment 46 (72) Inventor Whisk, Jelena Mikairovna             Russian Federation, 121471, Moscow, Ku             Liratsukie Koolumi Street, Do             26/3, Apartment 435 (72) Inventors Urobioha, Jelena Wictrokhna             Russian Federation, 105094, Moscow,             Menofutskaya nab. 2/1, apartment             56

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)鋳型の改善された信頼性を有することによって区別され、以下の段階から なる、方向性凝固鋳造物品を作る方法: 鋳造炉の中の加熱帯中で、あらかじめ決められた温度に、鋳型を熱すること; 方向性凝固鋳造物品の結晶成長の乱れを防ぐために、鋳造物品の凝固前線より 上に、溶融超合金のレベルを維持するのに十分な最初の量で、加熱帯の中の鋳型 に溶融超合金を注入すること; 鋳型を加熱帯から冷却帯に引き出すことによって、溶融超合金を一方向に同時 に凝固すると共に、前記凝固前線より上に溶融超合金のレベルを維持する割合で 、さらに溶融超合金を鋳型に注入すること;そして、 鋳造物品の凝固された部分の高さが該鋳造物品の全体高さの半分より大きいよ うにして、鋳型への溶融超合金の鋳込を終了すること。 (2)一方向に凝固された鋳込物品が単結晶や多結晶の物品である請求項1に記 載の方法。 (3)鋳型が溶融超合金の融解温度より上に加熱される請求項1に記載の方法。 (4)鋳型に注入された溶融超合金の最初の量が鋳型の容積のだいたい20〜3 0%である請求項1に記載の方法。 (5)凝固前線より上の溶融超合金のレベルがだいたい30〜70mm高である 請求項1に記載の方法。 (6)冷却帯が液体金属浴からなる請求項1に記載の方法。 (7)冷却帯が補助加熱なしでチル板、空間からなる請求項1に記載の方法。 (8)鋳型が複数の鋳造物品を作るために1つ以上の内部空洞を含む請求項1に 記載の方法。 (9)鋳型が垂直に炉内に掛けられ、サスペンダー方式によって取り巻かれる請 求項1に記載の方法。 (10)サスペンダー方式が水平と垂直の懸架要素を含む請求項9に記載の方法 。 (11)懸架要素が、モリブデン、グラファイト、グラファイト基複合材、それ らの混合物から成っている群から選ばれた材料からなる請求項10に記載の方法 。 (12)鋳型がサスペンダー骨組みを有しているパターンから作られる請求項1 に記載の方法。 (13)サスペンダー骨組みが外側の鋳型の空洞に置かれたサスペンダー要素を 有し、前記懸架要素の端がセラミックスラリーで密封されている請求項12に記 載の方法。 (14)前記鋳型の横面に鋳込押湯を取り付けてあり、鋳型の内部の空洞に少く とも1つの通路が入り込んでいる請求項1に記載の方法。 (15)前記鋳型が1つ以上の内部空洞を有し、各内部空洞に鋳込押湯から少く とも1つの通路が入り込んでいる請求項14に記載の方法。 (16)前記通路が水平な面に対し、−70〜+70°間の角度を有する請求項 15に記載の方法。 (17)前記通路がだいたい少くとも1ミリメートルの直径を有する請求項16 に記載の方法。 (18)鋳込押湯が入れ子式に鋳込押湯に入る固定の受口を有する請求項14に 記載の方法。 (19)請求項1の方法に従って作られた物品。 (20)単結晶である請求項14に記載の物品。 (21)方向性凝固された物品を鋳造するために以下の要素からなる装置: 金属を加熱する誘導電気炉、 金属を加熱するために誘導電気炉に接続した加熱手段、 鋳型を予熱するための室、 鋳型と室を予熱する加熱手段、 加熱された金属を予熱された鋳型に鋳込む誘導電気炉内の注入手段、 鋳型を予熱するための室の中の鋳型サスペンダー手段、 冷却室、 各室において制御された雰囲気ガスを維持する手段。 (22)鋳造物品のディメンションの内部空洞およびサスペンダー要素のための 外側空洞を有している鋳型。[Claims] (1) distinguished by having improved reliability of the mold, from the following stages: How to make a directionally solidified cast article:   Heating the mold to a predetermined temperature in a heating zone in a casting furnace;   In order to prevent disturbance of crystal growth of the directionally solidified cast article, On top of the mold in the heating zone, with an initial amount sufficient to maintain the level of molten superalloy Injecting molten superalloy into the   By drawing the mold from the heating zone to the cooling zone, the molten superalloy can be At the rate that maintains the level of molten superalloy above the solidification front. Injecting further molten superalloy into the mold; and   The height of the solidified portion of the cast article is greater than half the overall height of the cast article. Thus, the casting of the molten superalloy into the mold is completed. (2) The cast article solidified in one direction is a monocrystalline or polycrystalline article according to claim 1. The method described. 3. The method of claim 1 wherein the mold is heated above the melting temperature of the molten superalloy. (4) The initial amount of molten superalloy injected into the mold is approximately 20 to 3 times the volume of the mold. 2. The method according to claim 1, wherein the amount is 0%. (5) The level of molten superalloy above the solidification front is about 30-70 mm higher The method of claim 1. (6) The method of claim 1 wherein the cooling zone comprises a liquid metal bath. (7) The method according to claim 1, wherein the cooling zone comprises a chill plate and a space without auxiliary heating. (8) The method of claim 1, wherein the mold includes one or more internal cavities for making a plurality of cast articles. The described method. (9) The mold is hung vertically in the furnace, and it is surrounded by suspenders. The method of claim 1. 10. The method of claim 9, wherein the suspender system includes horizontal and vertical suspension elements. . (11) The suspension element is molybdenum, graphite, a graphite-based composite material, 11. The method of claim 10 comprising a material selected from the group consisting of a mixture of the above. . 12. The mold of claim 1 wherein the mold is made from a pattern having a suspender skeleton. The method described in. (13) Suspenders frame with suspender elements placed in the outer mold cavity 13. The method according to claim 12, wherein the suspension element has an end sealed with a ceramic slurry. The method described. (14) A casting riser is attached to the side surface of the mold, and a small amount is formed in the cavity inside the mold. 2. The method according to claim 1, wherein at least one passage is penetrated. (15) The mold has one or more internal cavities, and each internal cavity has less than 15. The method according to claim 14, wherein both of the passages enter. (16) The passage has an angle of -70 to +70 with respect to a horizontal plane. 16. The method according to 15. (17) The passage has a diameter of at least about 1 millimeter. The method described in. (18) The caster according to claim 14, wherein the caster has a fixed receiving port into which the caster enters the caster. The described method. (19) An article made according to the method of claim 1. (20) The article according to claim 14, which is a single crystal. (21) An apparatus for casting a directionally solidified article, comprising:   Induction electric furnace for heating metal,   Heating means connected to the induction furnace to heat the metal,   Chamber for preheating the mold,   Heating means for preheating the mold and chamber,   Injection means in an induction electric furnace for casting the heated metal into a preheated mold,   Mold suspender means in the chamber for preheating the mold,   Cooling room,   Means for maintaining a controlled atmosphere gas in each chamber. (22) For the internal cavity and suspender elements of the dimension of the cast article A mold having an outer cavity.
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