DE19614005A1

DE19614005A1 - Gießform

Info

Publication number: DE19614005A1
Application number: DE1996114005
Authority: DE
Inventors: Evgenij Nikolaevic Clystov; Anatolij Jakovlevic Denisov; Sergej Yuryevic Fedorov; Gennadij Ivanovic Suev
Original assignee: LYULKA SATURN Inc
Current assignee: LYULKA SATURN Inc
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1997-12-11

Description

Die Erfindung betrifft eine Gießform, insbesondere für die Herstellung einkristalliner Turbinenschaufeln, nach dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-A-4 450 889 ist eine keramische Gießform zur Her stellung einkristalliner Metallteile bekannt. Die aus der US- A-4 450 889 bekannte Gießform weist in einer Ummantelung einen Formraum und einen mit dem Formraum über einen sich aufweiten den Starthohlraum in Verbindung stehenden Impfhohlraum auf. Der Starthohlraum hat helikale Form. Bei der Herstellung einkristalliner Metallteile mittels derartiger Gießformen fällt ein nicht unerheblicher Gußausschuß an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gießform be reitzustellen, mit der der Anteil qualitätsgerechter Güsse erhöht und somit der Gußausschußanteil gesenkt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Gießform mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Gießform kann zum Gießen einkristalliner Turbinenschaufeln aus z. B. hitzebeständigen Legierungen ver wendet werden und ermöglicht es, einen Anteil qualitätsgerech ter Güsse von 85% bis 90% zu erreichen.

Die Anordnung des Impfhohlraums an einer Eckkante des Start hohlraums ist besonders günstig für einen thermischen Aus gleich in der keramischen Ummantelung während des Kristalli sationsvorganges einer in die Gießform gefüllten Schmelze.

Wenn der Abstand zwischen der Innenwand und der Außenwand mindestens eines Seitenabschnitts des Starthohlraumes der Höhe des Bodenhohlraumes entspricht, ist es möglich, Turbinen schaufeln mit gegossenem Verankerungsflansch zu erhalten, die keiner mechanischen Bearbeitung bedürfen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich nung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Gieß form,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung längs des Schnittes A-A von Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung längs des Schnittes B-B von Fig. 2 mit nach unten gewandtem Impfhohlraum,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung längs des Schnittes C-C von Fig. 2 mit nach unten gewandtem Impfhohlraum,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung längs des Schnittes D-D von Fig. 2 mit nach unten gewandtem Impfhohlraum,

Fig. 6 eine Schnittdarstellung längs des Schnittes E-E von Fig. 2 mit nach unten gewandtem Impfhohlraum und

Fig. 7 eine Abwicklungsdarstellung einer Starthohlrauminnen wand.

Die in Fig. 1 gezeigte Gießform 10 dient zur Herstellung einer Turbinenschaufel. Die Gießform 10 weist eine Ummantelung 7 auf, die aus Elektrokorund mit Ethylsilikatbinder hergestellt ist.

Im oberen Bereich der Ummantelung 7 ist ein Formraum 1 ausge bildet, der die Form eines zu gießenden Schaufelblattes auf weist. Der Formraum 1 geht an seinem unteren Ende in einen quer zur Längsrichtung des Formraums 1 rechteckig ausgebilde ten Bodenhohlraum 2 mit der Form eines Turbinenschaufelver ankerungsflansches über.

Im Bereich unterhalb des Bodenhohlraums 2 hat der Querschnitt der Ummantelung 7 die Form eines rechteckigen Ringes. In diesem Bereich ist ein im Querschnitt rechteckringförmiger Starthohlraum 4 mit vier sich vertikal nach unten erstrecken den Seitenabschnitten 5, 5′, 6, 6′ in der Ummantelung 7 ausge bildet, der im Umfangsbereich des Bodenhohlraums 2 in diesen übergeht. Die Außenwand und die Innenwand des Starthohlraums 4 verlaufen parallel zueinander, wobei ihr Abstand der Höhe des Bodenhohlraums 2 entspricht.

Die vier Eckkanten des Starthohlraums 4 gehen in die vier Ecken des Bodenhohlraums 2 über.

An einer der sich vertikal nach unten erstreckenden Eckkanten (im folgenden Bezugskante 11 genannt) mündet der Starthohlraum 4 auf der dem Bodenhohlraum 2 abgewandten Seite in einen Impfhohlraum 3 zur Anordnung eines einkristallinen Impfkri stalls.

Die Fig. 3 und 4 zeigen, daß der untere Rand und somit die Bodenfläche 8, 8′ der an die Bezugskante 11 angrenzenden Sei tenabschnitte 5 bzw. 5′ von der Mündung 9 des Impfhohlraums 3 aus zunächst bis etwa zur Hälfte der Breite des entsprechenden Seitenabschnitts 5 bzw. 5′ in einem spitzen Winkel α in Rich tung des Formraums 1 verläuft. Anschließend nimmt die Steigung der Bodenflächen 8, 8′ in Richtung der angrenzenden Seiten abschnitte 6, 6′ ab.

In den Fig. 5 und 6 ist dargestellt, wie die Bodenflächen 12, 12′ der jeweils an die Seitenabschnitte 5 bzw. 5′ angren zenden Seitenabschnitte 6 und 6′ in einem Winkel β zur ent sprechenden Eckkante in die Bodenflächen 8, 8′ übergehen.

Fig. 7 zeigt den Verlauf der einzelnen Bodenflächen 8, 8′, 12, 12′ des Starthohlraums 4 in Abwicklungsdarstellung, wobei die genannten Winkel α und β eingetragen sind.

Die Gießform 10 wird folgendermaßen verwendet:

In einem Vorwärmofen heizt man die Gießform 10 bis auf eine Temperatur auf, die die Liquidustemperatur einer ausgewählten Legierung um ungefähr 100 Kelvin übersteigt. Die gewünschte kristallographische Orientierung (z. B. (001)) der herzustel lenden Turbinenschaufel wird durch Anordnung eines geeignet orientierten einkristallinen Impfkristalls aus Ni-W-Legierung (30% W) im Impfhohlraum erreicht. Es erfolgt dann das Ein füllen der flüssigen Legierung in die Gießform. Schließlich wird die befüllte Gießform mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/min allmählich in ein Flüssigmetallkühlmittel (z. B. flüssi ges Aluminium) eingetaucht, was eine gerichtete Kristallisa tion der Turbinenschaufel gewährleistet.

Experimentell wurde festgestellt, daß die Gußgüte stark von der Größe der genannten Winkel α und β abhängt. Dies ist in folgender Tabelle verdeutlicht.

Wie es aus der Tabelle zu erkennen ist, läßt sich ein beson ders gleichmäßig orientiertes, störkristallfreies Wachsen eines im Impfhohlraum 3 angeordneten Einkristalls über den gesamten Querschnitt des Turbinenschaufelverankerungsflansches und weiter in das Schaufelblatt erreichen, wenn der Winkel α einen Wert zwischen 10° und 35° und der Winkel β einen Wert zwischen 55° und 85° aufweist.

Claims

1. Gießform, insbesondere für die Herstellung einkristalliner Turbinenschaufeln, mit einer Ummantelung (7), in der

- ein Formraum (1), der an seinem unteren Ende in einen vieleckigen Bodenhohlraum (2) übergeht,
- ein Impfhohlraum (3) zur Anordnung eines einkristallinen Impfkristalls und
- ein den Bodenhohlraum (2) mit dem Impfhohlraum (3) ver bindender Starthohlraum (4) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
- der Starthohlraum (4) im Querschnitt vieleckringförmig ist, wobei sich die Außenwand und die Innenwand des Starthohlraums (4) parallel zueinander vertikal nach unten erstrecken,
- der Starthohlraum (4) im Umfangsbereich des Bodenhohl raums (2) in diesen mündet,
- der Impfhohlraum (3) am unteren Ende einer Eckkante (11) des Starthohlraums (4) angeordnet ist, die in eine Ecke des Bodenhohlraums (2) übergeht,
- die Bodenflächen (8, 8′) der an die eine Eckkante (11) angrenzenden ersten Seitenabschnitte (5, 5′) des Start hohlraums (4) in einem Winkel (α) von 10° bis 35° zu der einen Eckkante (11) nach unten in Richtung der Mündung (9) des Impfhohlraums (3) in den Starthohlraum (4) ver laufen, und
- die Bodenflächen (12, 12′) jeweils an die ersten Seiten abschnitte (5, 5′) angrenzender zweiter Seitenabschnitte (6, 6′) des Starthohlraums (4) in einem Winkel (β) von 55° bis 85° zur entsprechenden Eckkante nach unten in die Bodenflächen (8, 8′) der entsprechenden ersten Seitenab schnitte (6, 6′) übergehen.

2. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Innenwand und der Außenwand mindestens eines Seitenabschnitts (5, 5′, 6, 6′) des Starthohlraumes (4) der Höhe des Bodenhohlraumes (2) entspricht.