JPH0910915A - 鋳型空隙部中の溶融物の鋳造方法及び鋳型空隙部中の溶融物のインベストメント鋳造方法、指向性凝固鋳物の製造方法、そしてチャンバを迅速に加圧する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、鋳型空隙部の溶融物による充填を
向上し得ることを目的としている。 【構成】 このため、内部鋳肌様相を形成させるために
コアを内蔵したインベストメント鋳型の鋳型空隙部中の
溶融物を鋳造することによって指向性凝固鋳物を作る方
法には、前記インベストメント鋳型をチル部材に載置し
て前記鋳型空隙部が前記チル部材に連通している状態の
ままで前記鋳型空隙部を減圧し、前記溶融物が前記チル
部材に接触して一方向に除熱されて指向性凝固するよう
に前記溶融物をこの減圧した鋳型空隙部中の前記コア周
辺に導入することが含まれる。次に、前記鋳型空隙部中
に注湯した前記溶融物にガス圧力を印加するとともに、
このガス圧力の印加は、前記溶融物と前記コアの間の表
面張力効果によってこの注湯した溶融物に内在する局所
化した空洞領域を減少させるべく、前記鋳型空隙部中へ
の導入後、充分迅速に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は１つ以上の鋳型空
隙部の溶融物による充填を向上させる方式で、特に、内
部鋳肌様相を形成させるために鋳型空隙部に内設したセ
ラミックコア周辺の充填を向上させる方式で、鋳型中の
前記溶融物を鋳造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ニッケル基超合金のタービンブレードと
ベーン等、ガスタービンエンジンの部品の製造において
は、ガスタービンエンジンのタービン部で直面する高温
時の機械的特性を向上させた単結晶の鋳物又は柱状結晶
粒の鋳物を生成するために、従来、指向性凝固インベス
トメント鋳造法を採用してきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近代的で高推力のガス
タービンエンジンのタービンブレードとベーンの製造に
おいては、複雑な内部冷却通路を有する内部冷却式のブ
レードとベーンであって、前記内部冷却通路には、この
冷却通路を通り抜ける空気の流れを制御するためにペデ
スタル、タービュレータ、及び回転ベーンのような様相
を前記通路中に格納し、このブレード又はベーンの所望
の冷却ができるようにしている、前記内部冷却式ブレー
ドとベーンに対する需要がガスタービン製造業者に未だ
にある。通常、これら小さな内部鋳肌様相の形成は、溶
融物を鋳込む鋳型空隙部中に複雑なセラミックコアを格
納することによって行われる。ペデスタル、タービュレ
ータ、回転ベーン、又はその他の内面様相を形成させる
ために寸法を小さくした表面様相を有する複雑なコアが
存在すると、このコア周辺の鋳型空隙部を溶融物で充填
することが一層困難になり、むらになり易い。このよう
な場合、鋳型の充填を向上させるとともに局所化した空
洞を減らすために、湿潤性セラミックスと、鋳型に作用
する高い金属静圧頭とを使用してきたが、これらは高価
であり、鋳造装置の物理的サイズで制限を受けることが
ある。

【０００４】本発明の目的は、１つ以上の鋳型空隙部の
溶融物による充填を向上させる方式で鋳型中の前記溶融
物を鋳造する方法を提供することにある。

【０００５】本発明のもう一つの目的は、内部鋳肌様相
を形成させるために鋳型空隙部に内設したセラミックコ
ア周辺の充填を向上させる方式で、特に、内部冷却式タ
ービンブレードとベーンの場合、前述したペデスタル、
タービュレータ、及び回転ベーン等の微細な又は小さく
定寸した肌様相を形成させるために鋳型空隙部に内設し
たセラミックコア周辺の充填を向上させる方式で、鋳型
中の溶融物を鋳造する方法を提供することにある。

【０００６】本発明のもう一つの目的は、前記溶融物の
凝固中に形成する内部ポロシテーのレベルを下げること
にある。

【０００７】更に本発明のもう一つの目的は、減圧した
鋳型中に溶融物を注湯し、この後に続いて、前記鋳型中
に注湯した前記溶融物に圧力を迅速に印加し、微細な又
は小さく定寸した内部鋳肌様相のような内部鋳肌様相を
形成させるために前記鋳型に内設したセラミックコア周
辺の充填を向上させるようにする方法を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこでこの発明は、上述
不都合を除去するために、最初に相対的に減圧した鋳型
の鋳型空隙部中に溶融物を導入し、次に、前記鋳型空隙
部中に注湯した前記溶融物にガス圧力を印加するととも
に、このガス圧力の印加は、前記溶融物と鋳型の構成要
素との間の表面張力効果によってこの注湯した溶融物に
内在する局所化した空洞領域を減少させるべく、前記鋳
型中への注湯後、充分迅速に行うことから成ることを特
徴とする。

【０００９】また、内部鋳肌様相を形成させるためにコ
アを内蔵した鋳型空隙部を減圧し、この減圧した鋳型空
隙部中の前記コア周辺に溶融物を導入し、次に、前記鋳
型空隙部中に注湯した前記溶融物にガス圧力を印加する
とともに、このガス圧力の印加は、前記溶融物と前記コ
アの間の表面張力効果によってこの注湯した溶融物に内
在する局所化した空洞領域を減少させるべく、注湯後、
充分迅速に行うことから成ることを特徴とする。

【００１０】更に、内部鋳肌様相を形成させるためにコ
アを内蔵したインベストメント鋳型をチル部材に載置し
て前記インベストメント鋳型の鋳型空隙部が前記チル部
材に連通している状態のままで前記鋳型空隙部を減圧
し、超合金の溶融物が前記チル部材に接触して一方向に
除熱されるように前記超合金溶融物をこの減圧した鋳型
空隙部中の前記コア周辺に導入し、次に、前記鋳型空隙
部中に注湯した前記溶融物にガス圧力を印加するととも
に、このガス圧力の印加は、前記溶融物と前記コアの間
の表面張力効果によってこの注湯した溶融物に内在する
局所化した空洞領域を減少させるべく、前記鋳型空隙部
中への導入後、充分迅速に行うことから成ることを特徴
とする。

【００１１】更にまた、ガスのソースと、前記ガスのソ
ースに連通させた圧力容器であって、チャンバ中に所定
のガス圧力が得られるようにチャンバ体積に応じて選択
した適切な体積とガス圧力を内蔵する前記圧力容器と、
前記圧力容器と前記チャンバの間に介設した高速作動弁
と、前記高速作動弁と前記チャンバの間のガス供給管と
を具備することを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】上述の如く発明したことにより、
本発明は、１実施例において、減圧した鋳型空隙部中に
溶融物を導入し、次に、前記鋳型空隙部中に注湯した前
記溶融物にガス圧力を印加するとともに、このガス圧力
の印加は、前記溶融物と、セラミックコア表面及び／又
は鋳型表面等の鋳型の構成要素と、の間の表面張力効果
によってこの注湯した溶融物に内在する局所化した空洞
領域を減少させるべく充分迅速に行う、鋳型中の溶融物
を鋳造する方法を提供するものである。前記ガス圧力の
印加は、前記鋳型を前記溶融物で充填した後、前記溶融
物中の１つ以上の局所化した空洞領域を縮小させるべく
充分迅速に行い、前記鋳型の通気性によって前記空洞領
域内のガス圧力が均一化する前に行う。

【００１３】この発明の１実施例においては、先ず前記
鋳型空隙部を減圧し、この減圧した鋳型空隙部中に前記
溶融物を導入し、前記溶融物が前記鋳型空隙部を充填し
た直後にガス圧力を前記鋳型空隙部中の前記溶融物に印
加する。前記鋳型空隙部の減圧は、前記鋳型を内設した
真空鋳造チャンバを減圧することによって行うことがで
き、前記鋳造チャンバを加圧ガスで詰め戻すことによっ
てガス圧力を、前記鋳型空隙部に導入した前記溶融物に
印加することができる。このガス圧力は、前記溶融物に
実質的に無反応である不活性ガス等の加圧ガスから成る
ことが望ましい。

【００１４】指向性凝固の鋳物を作るこの発明のもう一
つの特定の実施例においては、セラミック・インベスト
メント・シェル鋳型をチル部材に載置して鋳型空隙部が
前記チル部材に連通している状態で、通常、減圧した鋳
造チャンバに前記鋳型を内設することによって前記鋳型
空隙部を減圧し、超合金の溶融物が前記チル部材に接触
して一方向に除熱されるように前記超合金溶融物をこの
減圧した鋳型空隙部のコア周辺に導入し、次に、前記鋳
型空隙部中に注湯した前記溶融物にガス圧力を印加する
とともに、このガス圧力の印加は、前記溶融物と前記コ
ア表面及び／又は鋳型表面との間の表面張力効果によっ
てこの注湯した溶融物に内在する局所化した空洞領域を
減少（例えば、縮小）させるべく、前記鋳型空隙部中へ
の導入後、充分迅速に行う。前記鋳造チャンバは、前記
鋳型空隙部に導入した前記溶融物にガス圧力を印加する
手段としてガスで詰め戻される。

【００１５】また、本発明は、鋳造チャンバ又はその他
のチャンバを迅速に（例えば、約２秒以下で）加圧する
装置を提供するものであり、この装置には、サージタン
ク等の圧力容器であって、前記チャンバ中に所定の圧力
が得られるようにチャンバ体積に応じて選んだ内部体積
とガス圧力を内蔵する前記圧力容器と、迅速な開弁を完
全に行うことができる高速作動弁と、前記チャンバに吸
入するガスを減速させるべくオプションのガス拡散器を
介して前記高速作動弁と前記チャンバとに連通させたガ
ス供給管とを配設している。

【００１６】

【実施例】以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１７】図１と図２には、複数の超合金単結晶鋳物
を生成するためにこの発明の１実施例を実施する鋳造装
置をこの発明の説明のために図示しているが、但し、こ
の発明は、この図示した特定の鋳造装置に限定したり、
あるいは単結晶鋳物の鋳造に限定したりするものではな
い。この発明は、多様な金属と合金の単結晶、柱状結晶
粒又は指向性共晶のミクロ組織を有する等軸結晶の鋳物
と指向性凝固の鋳物を生成するために多種多様な鋳造機
器と協働して実施することができる。

【００１８】この鋳造装置は、セラミック・インベスト
メント・シェル鋳型アゼンブリ１２を従来の方式でチル
部材（プレート）１４に載置した真空鋳造チャンバ１０
を含む。この鋳型アゼンブリ１２の一部分を図２で更に
詳細に図示したが、ここで明かなことは、この鋳型アゼ
ンブリ１２の一番下又は底部の鋳型空隙部開口部１６ａ
を介してこの鋳型アゼンブリ１２の各々の鋳型空隙部１
６がチル部材１４に連通していることである。この鋳型
アゼンブリ１２は、例えば、開示内容を範例の鋳型アゼ
ンブリ構造に基づく引用によってここに含める米国特許
第３ ７６３９２６号に記載の通り、注湯カップ３０の
周りに繞設した複数の鋳型空隙部１６を含む。チル部材
１４は、可動軸１７に載設しており、この可動軸１７
は、鋳型アゼンブリ１２をニッケル基超合金又はコバル
ト基超合金等の溶融物で充填してこの鋳型中の溶融物を
指向性凝固させるようにした後に炉２０からこの鋳型ア
ゼンブリ１２の取り出しを行う。

【００１９】この炉２０は、従来の構造であり、管状蓄
熱器２２を含むとともに、この蓄熱器２２は、通常、黒
鉛スリーブと、蓄熱器２２の周りに繞設したインダクシ
ョンコイル２４と、から成り、このインダクションコイ
ル２４によって蓄熱器が加熱されて次に前記蓄熱器が鋳
型アゼンブリ１２を、溶融物で充填される前に加熱す
る。この蓄熱器のスリーブの下端には、各ヒートシール
ド２６をチル部材１４の外周近くの周辺に設けている。
この蓄熱器２２の上端には、着脱式ヒートシールドカバ
ー２８を載設しており、このヒートシールドカバー２８
は、図２の鋳型アゼンブリ１２の上部注湯カップ３０に
導入される溶融物を受け取る開口部を含むことができ
る。

【００２０】この鋳型アゼンブリ１２の注湯カップ３０
は、各々の充填通路３４に連通するとともに、次に当該
充填通路３４が各々の鋳型空隙部１６に連通し、この鋳
型に溶融物を送給する。米国特許第３ ７６３ ９２６
号に記載の如く、各々の成長空隙部３６に溶融物を送給
するために、点線で図示した代わりの溶融物充填通路３
５を注湯カップ３０から各々の成長空隙部３６まで設け
ることができる。この成長空隙部３６は、ピッグテール
又は螺旋状の通路等のクリスタルセレクタ通路３８を介
して前記鋳型空隙部に連通しており、全て周知の通り、
前記チル部材から前記成長空隙部中の上方に増殖する多
数の結晶又は結晶粒の内の一つが選ばれて、前記成長空
隙部の上方の前記鋳型空隙部を経て更に増殖して前記鋳
型空隙部の形状と相補する構造を有する単結晶鋳物を前
記鋳型空隙部中に形成するようになっている。各々の鋳
型空隙部１６の上には、この鋳型空隙部１６に溶融物の
ソースを提供する押湯空隙部３２があり、鋳型空隙部１
６中で溶融物が凝固する間に溶融物に作用する金属静圧
力又金属静圧頭を充満させるだけでなく凝固中の収縮も
充満させるようになっている。

【００２１】通常、この鋳型アゼンブリ１２は、前述し
た様相を有するセラミック・インベストメント・シェル
鋳型アゼンブリから成るとともに、前記様相は、この鋳
型アゼンブリのろう模型又はその他一過性の模型をセラ
ミックスラリー中に繰り返し浸漬させ、水抜きし、次に
粗粒のセラミックスタッコで被覆して前記模型上の所望
のシェル鋳型厚さが増すようにする周知のロストワック
ス法で形成される。次に、前記模型をこのインベストメ
ントで囲繞されたシェル鋳型から除去して、このシェル
鋳型を高温度で焼成し、鋳造に適した鋳型強度をもたせ
る。

【００２２】内部冷却式のタービンブレード又はベーン
の製造においては、各々の鋳型空隙部１６が、所望のブ
レード又はベーン鋳物形状の外側構造を有する。このブ
レード又はベーン鋳物の内部冷却通路及び関連する肌様
相は、セラミックコア４５で形成され、このセラミック
コア４５は、中子押え、ピン、及びその他既知の技法で
あって本発明の一部を構成するものではない技法で各々
の鋳型空隙部１６に内設している。前述のように、近代
的で高推力のガスタービンエンジンのタービンブレード
とベーンの製造においては、複雑な内部冷却通路を有す
る内部冷却式のブレードとベーンであって、前記内部冷
却通路には、この冷却通路を通り抜ける空気の流れを制
御するためにペデスタル、タービュレータ、及び回転ベ
ーンのような様相を前記通路中に格納し、このブレード
又はベーンの所望の冷却ができるようにしている、前記
内部冷却式ブレードとベーンに対する需要がガスタービ
ン製造業者に未だにある。これら小さな内部通路鋳肌様
相の形成は、各々の鋳型空隙部１６中に複雑なセラミッ
クコア４５を格納することによって行われる。但し、ペ
デスタル、タービュレータ、回転ベーン、又はその他の
内部鋳肌様相を形成させるために寸法の小さな表面様相
を有する複雑なコア４５が存在すると、鋳型空隙部１６
と小さく定寸したコア表面様相とを溶融物で完全に充填
することが一層困難になり、むらになり易い。

【００２３】特に、発明者達が発見したのは、コア表面
様相の小さな寸法だけでなく前記ブレード又はベーン中
に形成すべき冷却通路の小さな寸法も、溶融物とコア表
面及び／又は鋳型表面との間の表面張力効果を促進させ
る場合があり、この表面張力効果によって、局所化した
空洞領域が溶融物中に生じ、したがって出来上がった凝
固鋳物中に生じるということであった。即ち、溶融物
は、小さく定寸した各々の空隙部のコアと隣接の鋳型表
面との間を完全に充填できず、且つ、コア自体の小さく
定寸した表面様相、例えば、凝固鋳物中にペデスタル、
タービュレータ、及び回転ベーンを形成させるように構
成したコア表面を完全に充填できない。例えば、内部冷
却式の鋳造ブレード又はベーン中に外壁の厚さと内壁の
厚さを形成するために、わずか０．０１２インチ乃至
０．０２０インチの幅寸法（壁の厚さ）を有する小さな
空隙部がコアと隣接の鋳型表面との間に存在することが
ある。さらに、断面が丸いペデスタル等のコア表面様相
は、わずか０．０２０インチ乃至０．０３０インチの直
径を有する。このように小さく定寸した空隙部とコア表
面様相によって溶融物とコア表面及び／又は鋳型表面と
の間の表面張力効果が際立ち易くなるとともに、この表
面張力効果によって溶融物で完全に充填することが妨げ
られ、局所化した空洞領域が溶融物中に生じ、したがっ
て凝固鋳物中の溶融物充填の不完全な箇所に生じる。

【００２４】この局所化した表面張力効果を解消するた
めに冶金湿潤と高い金属静圧力とを向上させるべく選ば
れた特定のセラミックスのような技法を用いることは、
高価であり、鋳造炉中の物理的サイズの制約で制限を受
ける場合がある。

【００２５】図１に示した装置で本発明の１実施例を実
施するにあたり、先ず真空鋳造チャンバ１０をバキュー
ムポンプ５０で５ミクロン以下の真空レベルまで減圧す
る。この真空鋳造チャンバは、鋳型アゼンブリ１２を内
設しているので、且つ、この鋳型アゼンブリ１２に通気
性があるので、同様に各々の鋳型空隙部１６が減圧され
る。また、溶融物の導入前に、黒鉛蓄熱器２２の周りに
繞設したインダクションコイル２４を生かすことによっ
て鋳型アゼンブリ１２を高温の鋳込温度（例えば、ニッ
ケル基超合金の溶融物の場合、華氏２８００度）まで予
熱する。この鋳型アゼンブリ１２の予熱温度は、注湯す
る溶融物の種類によって異なる。

【００２６】この減圧した真空鋳造チャンバ１０に設け
たるつぼ５４中のニッケル基超合金の装入物Ｃを、従来
の慣行に基づいて前記るつぼ周辺のインダクションコイ
ル５６を生かして溶融させることによって、ニッケル基
超合金の溶融物が得られる。このニッケル基超合金の溶
融物を適切な過熱状態まで加熱して、次に、前記るつぼ
を既知の方式で適当に回転させてこのるつぼ５４から注
湯カップ３０中に注湯することによって鋳型アゼンブリ
１２に導入する。この過熱させた溶融物は、各々の充填
通路３４を流れ落ちて各々の鋳型空隙部１６に流れ着
き、次に、各々の成長空隙部３６中に流れ込む。各々の
押湯空隙部３２が注湯カップ３０中の溶融物のレベルと
同じレベルまで充満すると、充填は完了である。

【００２７】この溶融物を鋳型アゼンブリに注湯し、鋳
型アゼンブリを充填して各々の押湯空隙部３２に入り込
ませた後に、真空鋳造チャンバ１０を、一般に不活性ガ
ス（例えば、アルゴン）又は鋳型アゼンブリ１２中の超
合金の溶融物に実質的に無反応な他のガス等の気体で詰
め戻す。これによってガス気圧が各々の鋳型空隙部１６
中に導入した溶融物に印加される。このガス圧力は、前
述の小さく定寸した空隙部とコア表面様相の箇所等、溶
融物とコア表面及び／又は鋳型表面との間の表面張力効
果によってこの注湯した溶融物に内在する局所化した空
洞領域を抑制縮小させるべく、溶融物を鋳型アゼンブリ
に導入充填した後、充分迅速に充分に高い圧力レベルま
で上昇させる。

【００２８】通常、ガス加圧の時間は、この通気性イン
ベストメントシェル鋳型１２の通気率によって決まる。
特に、ガス圧力は、溶融物中の１つ以上の局所化した空
洞領域を縮小させるべく充分迅速に上昇させるととも
に、鋳型１２の通気によって前記空洞領域内のガス圧力
の均一化が生じる前に上昇させる。このようにしない
と、溶融物中の空洞領域を縮小させる前に、鋳型の壁の
通気によって溶融物中の空洞領域内のガス圧力の均一化
が生じる場合がある。一般に、印加したガス圧力の程度
又は大きさは、溶融物で充填又は接触すべきコア様相の
寸法によって決まる。単結晶のタービンブレード鋳物の
生成においてニッケル基超合金の溶融物を上述した方式
で鋳造するにあたり、鋳造実験中に各々の押湯空隙部が
前記溶融物で充填していることを目視観察した時点から
様々な間隔で（例えば、ゼロ秒よりも長い秒時間から２
０秒までの範囲にわたる間隔であった）前記真空鋳造チ
ャンバを高純度のアルゴンで詰め戻した。ガス加圧した
のは、溶融物を指向性凝固させるために炉２０から溶融
物で充填した鋳型アゼンブリ１２を取り出す前であっ
た。前述の如く、ガス加圧を行うのは、通気性鋳型壁か
ら通気することによって溶融物の空洞領域内のガス圧力
が均一化する前である。例えば、鋳造実験では、各々の
押湯空隙部が溶融物で充填しているのを観察した時点か
ら２分後にガス加圧しても効果がなく、溶融物中の空洞
領域を縮小できなかった。

【００２９】前記アルゴンは、サージタンク等の圧力容
器６２から真空鋳造チャンバ１０中に導入したが、この
圧力容器６２は、この発明に基づいてこのチャンバ１０
中に所望のアルゴン背圧が得られるように選択した適切
な内部体積と（例えば、１００立方フィートの真空チャ
ンバ体積の場合、１２０ガロン）アルゴンガス圧力（例
えば、５ｐｓｉｇ乃至５０ｐｓｉｇまでの範囲）とを内
蔵する。このガス圧力は、電動式高速作動ボール弁６４
と、直径の大きな（例えば、直径３インチ）銅管又はそ
の他の管６５と、を介して圧力容器６２から供給され、
この高速作動ボール弁６４は、非常に迅速に（例えば、
１秒もかからずに）完全に開弁（又は閉弁）可能であ
り、前記管６５は、真空鋳造チャンバ１０に連通させて
いる。真空鋳造チャンバ１０の上端には、このチャンバ
１０に吸入するアルゴンガスを減速させるためにガス拡
散器６７（概略的に図示）を、このチャンバ１０に至る
前記管６５の注入口に締着させている。このガス拡散器
６７は、十字に交差させて上下３層に重層した直径０．
５インチ長さ８インチの一山のステンレス鋼ロッドから
成り、上端層は、互いに平行に約０．５インチ離間させ
て配設した５つのロッドを含み、中間層は、互いに平行
に約０．５インチ離間させて更に前記上端層の各ロッド
と直交させて配設した５つのロッドを含み、下端層は、
互いに平行に約０．５インチ離間させて更に前記中間層
の各ロッドと直交させて配設し、前記上端層の各ロッド
間の空間の真下に配設した４つのロッドを含む。この十
字に交差させて積み重ねたロッド構成によって、このガ
ス拡散器をその上端層と直交させて見ると、殆ど遮光の
ガス拡散器になる。

【００３０】真空鋳造チャンバ１０に吸入するアルゴン
ガスの速度を調節するためにガス拡散器６７を使用する
代わりに、アルゴンガスが調速されるように管６５の直
径を、３インチの直径から６インチ乃至８インチの直径
まで等、かなり拡径することができる。

【００３１】図１に示す前記装置を使って真空鋳造チャ
ンバ１０中を迅速に所定のアルゴン詰め戻し圧力にする
ことができる。押湯空隙部が充填していることを観察し
たときに、この装置のオペレータが高速作動弁６４を開
弁させるべく電気バルブアクチュエータボタンを押すこ
とによって、真空鋳造チャンバ１０中がこの装置で殆ど
即時に、例えば１秒を僅かに越える時間で、０．５気圧
乃至０．９気圧の通常のアルゴン詰め戻し圧力に達する
又はなることができる。

【００３２】この真空鋳造チャンバ１０中の最終ガス圧
力は、圧力容器６２の初期のガス圧力と体積を調節する
ことによって予め設定される。この圧力容器６２は、締
切弁６１を介してアルゴンガスソース６０から充満され
るが、この圧力容器の充満は、真空鋳造チャンバ１０中
のガス圧力を上昇させるべくこの圧力容器６２を排気管
６５中に排気させる前に行う。

【００３３】別の鋳造実験においては、０．１分から最
長、炉２０から鋳型を完全に取り出す時間までの範囲に
わたる様々な時間の間、真空鋳造チャンバ１０中でアル
ゴンガスの背圧を所定のレベルに維持した。あるいはそ
の代わりに、鋳型の充填後、短時間（例えば１秒〜３
秒）の間にアルゴン背圧を迅速に得ることができ、続い
て真空鋳造チャンバ１０を減圧し、この後に続く鋳型の
取り出し中に初期の真空レベルに戻るようにする。

【００３４】各々の鋳造実験においては、溶融物で鋳型
アゼンブリを充填した直後に上記アルゴン背圧を使って
生成したコア付き単結晶ニッケル基超合金鋳物では、同
じ鋳造手順ではあるが真空鋳造チャンバ中を真空に保っ
て生成した単結晶鋳物、即ち、この発明にしたがって真
空鋳造チャンバ中にアルゴン背圧を得ることをせずに生
成した単結晶鋳物と比較すると、非充填が少ない直径
０．０２０インチのペデスタルを有する単結晶鋳物が産
出した。Ｘ線分析によって明らかになったことは、この
発明に基づいて生成した単結晶鋳物に非充填を呈したも
のは一つも無かったが、アルゴン背圧を使わないで生成
した単結晶鋳物は、全て非充填を呈したことであった。

【００３５】通称タービュレータと呼ばれる様々なサイ
ズのセラミックコア細部を格納する単結晶テストパネル
（図３に示す）の別の鋳造実験においては、鋳型アゼン
ブリを溶融物で充填した直後にこの発明による真空鋳造
チャンバ１０中のアルゴン背圧を使用して産出したの
は、図３（Ａ）に示す如く従来の方式で作った鋳物と比
較して１００％完璧な鋳物（即ち、図３（Ｂ）に示す如
く、鮮明なタービュレータエッジ細部を伴ったタービュ
レータ様相の完璧な充填）であった。従来の鋳物と比較
すると、この発明に基づいて作った鋳物の場合、コア細
部の充填が向上していること及び大々的な収縮が少ない
ことが観察された。

【００３６】直径０．０２０インチ乃至０．０２５イン
チのサイズ範囲の円断面のペデスタルを備えるセラミッ
クコアを使って柱状結晶粒構造を有するコア付き指向性
凝固ニッケル基超合金鋳物を作るために、さらに鋳造実
験を行った。当該実験においては、この発明による真空
鋳造チャンバ中の最終背圧は、０．５気圧のアルゴンで
あった。当該実験の結果、最小寸法のコア・ペデスタル
様相の不完全な充填による鋳損じ率は、従来の鋳造慣行
で作った同様の鋳物と比較すると、わずか３％であった
が、従来の鋳造慣行ではペデスタル様相の不完全な充填
による鋳損じ率が１７％であった。この発明によるアル
ゴンの最終背圧が高くなるにつれて鋳損じの割合が更に
減少して殆どゼロに至るであろうと確信する。

【００３７】この発明は、例示のためにこの発明のある
特定の実施例に基づいて説明したが、これに限定される
ものではないことを理解する必要がある。本発明は、次
の特許請求の範囲に記載する如く、この発明の精神と範
囲を逸脱しない限り本発明の中で改変などを行うことが
できることを想定している。

【００３８】

【発明の効果】以上詳細に説明した如くこの発明によれ
ば、１つ以上の鋳型空隙部の溶融物による充填を向上さ
せている。また、内部鋳肌様相を形成させるために鋳型
空隙部に内設したセラミックコア周辺の充填を向上させ
る方式で、特に、内部冷却式タービンブレードとベーン
の場合、前述したペデスタル、タービュレータ、及び回
転ベーン等の微細な又は小さく定寸した肌様相を形成さ
せるために鋳型空隙部に内設したセラミックコア周辺の
充填を向上させている。更に、前記溶融物の凝固中に形
成する内部ポロシテーのレベルを下げている。更にま
た、減圧した鋳型中に溶融物を注湯し、この後に続い
て、前記鋳型中に注湯した前記溶融物に圧力を迅速に印
加し、微細な又は小さく定寸した内部鋳肌様相のような
内部鋳肌様相を形成させるために前記鋳型に内設したセ
ラミックコア周辺の充填を向上させている。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳型アゼンブリを便宜上概略的に図示した、こ
の発明の方法実施例に基づいて単結晶鋳物を作るこの発
明の１実施例の装置の概略図である。

【図２】図１のインベストメントシェル鋳型アゼンブリ
の拡大断面図である。

【図３】各テストパネルの写真であり、（Ａ）は、従来
の慣行に基づいてタービュレータの様相を鋳造させた単
結晶テストパネルの１．５×の写真、（Ｂ）は、この発
明に基づいてタービュレータ様相を鋳造させた単結晶テ
ストパネルの１．５×の写真である。

【符号の説明】

１０ 真空鋳造チャンバ １２ セラミック・インベストメント・シェル鋳型アゼ
ンブリ １４ チル部材（プレート） １６ 鋳型空隙部 １６ａ 鋳型空隙部開口部 １７ 可動軸 ２０ 炉 ２２ 管状蓄熱器 ２４ インダクションコイル ２６ ヒートシールド ２８ 着脱式ヒートシールドカバー ３０ 注湯カップ ３２ 押湯空隙部 ３４ 充填通路 ３５ 溶融物充填通路 ３６ 成長空隙部 ３８ クリスタルセレクタ通路 ４５ セラミックコア ５０ バキュームポンプ ５４ るつぼ Ｃ ニッケル基超合金の装入物 ５６ インダクションコイル ６１ 締切弁 ６２ 圧力容器 ６４ 電動式高速作動ボール弁 ６５ 直径の大きな（例えば、直径３インチ）銅管又は
その他の管 ６７ ガス拡散器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｆ０１Ｄ 5/18 Ｆ０１Ｄ 5/18 (72)発明者 マーク ジェイ． ストラシェイム アメリカ合衆国 49445 ミシガン州 ノ ース マスケゴン キャディラック ドラ イヴ 902番地 (72)発明者 デニス ジェイ． トンプソン アメリカ合衆国 49461 ミシガン州 ホ ワイトホール ブランク ロード 6570番 地 (72)発明者 ブラッド エル ラース アメリカ合衆国 46184 インディアナ州 ホワイトランド サラ シーティー． 30番地

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 最初に相対的に減圧した鋳型の鋳型空隙
   部中に溶融物を導入し、次に、前記鋳型空隙部中に注湯
   した前記溶融物にガス圧力を印加するとともに、このガ
   ス圧力の印加は、前記溶融物と鋳型の構成要素との間の
   表面張力効果によってこの注湯した溶融物に内在する局
   所化した空洞領域を減少させるべく、前記鋳型中への注
   湯後、充分迅速に行うことから成ることを特徴とする鋳
   型空隙部中の溶融物の鋳造方法。
2. 【請求項２】 耐火性コアを内設した鋳型空隙部であっ
   て、前記コアが内部鋳物様相を形成する表面様相を有す
   る、前記鋳型空隙部中に前記溶融物を注湯し、前記ガス
   圧力の印加によって前記コア表面様相の溶融物による充
   填を向上させることを特徴とする請求項１に記載の鋳型
   空隙部中の溶融物の鋳造方法。
3. 【請求項３】 先ず前記鋳型空隙部を減圧し、この減圧
   した鋳型空隙部中に前記溶融物を注湯し、前記溶融物が
   前記鋳型空隙部を充填した直後に前記ガス気圧を前記鋳
   型空隙部中の前記溶融物に印加することを特徴とする請
   求項１に記載の鋳型空隙部中の溶融物の鋳造方法。
4. 【請求項４】 前記ガス圧力は、前記溶融物に実質的に
   無反応である加圧ガスから成ることを特徴とする請求項
   １に記載の鋳型空隙部中の溶融物の鋳造方法。
5. 【請求項５】 前記ガスが不活性ガスから成ることを特
   徴とする請求項４に記載の鋳型空隙部中の溶融物の鋳造
   方法。
6. 【請求項６】 内部鋳肌様相を形成させるためにコアを
   内蔵した鋳型空隙部を減圧し、この減圧した鋳型空隙部
   中の前記コア周辺に溶融物を導入し、次に、前記鋳型空
   隙部中に注湯した前記溶融物にガス圧力を印加するとと
   もに、このガス圧力の印加は、前記溶融物と前記コアの
   間の表面張力効果によってこの注湯した溶融物に内在す
   る局所化した空洞領域を減少させるべく、注湯後、充分
   迅速に行うことから成ることを特徴とする鋳型空隙部中
   の溶融物のインベストメント鋳造方法。
7. 【請求項７】 前記ガス圧力は、前記溶融物に実質的に
   無反応である加圧ガスから成ることを特徴とする請求項
   ６に記載の鋳型空隙部中の溶融物のインベストメント鋳
   造方法。
8. 【請求項８】 前記ガスが不活性ガスから成ることを特
   徴とする請求項７に記載の鋳型空隙部中の溶融物のイン
   ベストメント鋳造方法。
9. 【請求項９】 鋳型を内設した鋳造チャンバを減圧する
   ことによって前記鋳型空隙部を減圧し、前記鋳造チャン
   バを加圧ガスで詰め戻すことによって前記ガス圧力を印
   加することを特徴とする請求項６に記載の鋳型空隙部中
   の溶融物のインベストメント鋳造方法。
10. 【請求項１０】 内部鋳肌様相を形成させるためにコア
    を内蔵したインベストメント鋳型をチル部材に載置して
    前記インベストメント鋳型の鋳型空隙部が前記チル部材
    に連通している状態のままで前記鋳型空隙部を減圧し、
    超合金の溶融物が前記チル部材に接触して一方向に除熱
    されるように前記超合金溶融物をこの減圧した鋳型空隙
    部中の前記コア周辺に導入し、次に、前記鋳型空隙部中
    に注湯した前記溶融物にガス圧力を印加するとともに、
    このガス圧力の印加は、前記溶融物と前記コアの間の表
    面張力効果によってこの注湯した溶融物に内在する局所
    化した空洞領域を減少させるべく、前記鋳型空隙部中へ
    の導入後、充分迅速に行うことから成ることを特徴とす
    る指向性凝固鋳物の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記ガス圧力は、前記溶融物に実質的
    に無反応である加圧ガスから成ることを特徴とする請求
    項１０に記載の指向性凝固鋳物の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記ガスが不活性ガスから成ることを
    特徴とする請求項１１に記載の指向性凝固鋳物の製造方
    法。
13. 【請求項１３】 前記鋳型を内設した鋳造チャンバを減
    圧することによって前記鋳型空隙部を減圧し、前記鋳造
    チャンバを加圧ガスで詰め戻すことによって前記ガス圧
    力を印加することを特徴とする請求項１０に記載の指向
    性凝固鋳物の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記鋳造チャンバを約０．５気圧乃至
    約０．９気圧の圧力まで不活性ガスで詰め戻すことを特
    徴とする請求項１２に記載の指向性凝固鋳物の製造方
    法。
15. 【請求項１５】 ガスのソースと、前記ガスのソースに
    連通させた圧力容器であって、チャンバ中に所定のガス
    圧力が得られるようにチャンバ体積に応じて選択した適
    切な体積とガス圧力を内蔵する前記圧力容器と、前記圧
    力容器と前記チャンバの間に介設した高速作動弁と、前
    記高速作動弁と前記チャンバの間のガス供給管とを具備
    することを特徴とするチャンバを迅速に加圧する装置。
16. 【請求項１６】 前記チャンバに吸入するガスを減速さ
    せるために前記チャンバに至る前記ガス供給管の注入口
    に隣接するガス拡散器を具備することを特徴とする請求
    項１５に記載のチャンバを迅速に加圧する装置。
17. 【請求項１７】 前記ガス供給管の断面積が前記チャン
    バに吸入するガスを減速させるように選択していること
    を特徴とする請求項１５に記載のチャンバを迅速に加圧
    する装置。