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WO2008116643A1 - Mold and method for the production of a casting by means of casting - Google Patents

Mold and method for the production of a casting by means of casting Download PDF

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Publication number
WO2008116643A1
WO2008116643A1 PCT/EP2008/002388 EP2008002388W WO2008116643A1 WO 2008116643 A1 WO2008116643 A1 WO 2008116643A1 EP 2008002388 W EP2008002388 W EP 2008002388W WO 2008116643 A1 WO2008116643 A1 WO 2008116643A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mold
casting
heat
conducting element
model
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/002388
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dexin Ma
Andreas BÜHRIG-POLACZEK
Original Assignee
Rwth Aachen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rwth Aachen filed Critical Rwth Aachen
Publication of WO2008116643A1 publication Critical patent/WO2008116643A1/en

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B22D27/045—Directionally solidified castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D15/00—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/002—Crucibles or containers for supporting the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/52—Alloys

Definitions

  • the invention relates on the one hand to a mold for the casting production of a casting, wherein the mold substantially consists of a fired, ceramic material and has a cavity with a cavity contour which substantially corresponds to a surface contour of the casting and on the other hand a process for the casting production of a casting in which first a green body of a ceramic material is molded around a model of the casting and the green body is burned into a mold, then a metal is molten poured into a cavity of the mold and cooled so that the metal solidifies to the casting and then the mold broken and the casting is exposed.
  • "Lost" molds of the aforementioned type and processes for the casting production of a casting using such molds are well known and include, in particular, investment casting with layered ceramic green bodies Prototypes - the greenware for the mold is poured into a mold box around a model, and the greenware is then fired into a mold, with the original wax or plastic model being melted or burned.
  • the locally different thickness of the mold between the cavity and the outer surface of the mold affect the temperature profile: accumulations of material in the casting form so-called heat reservoirs or sources, on the one hand cool down more slowly than the surrounding material and on the other hand radiate into this surrounding material. Added to this is the release of latent heat proportional to the solidifying volume during the solidification of the molten metal. Local thickening of the mold also hampers heat flow from the cavity to the outer surface of the mold, as compared to thinner parts of the mold, and thus also results in proximity to local heat sources in the cooling casting.
  • the invention has for its object to avoid microstructural defects in the casting.
  • the heat-conducting element is separated from the cavity by a separating layer of the ceramic material on a mold according to the invention.
  • a separating layer of the ceramic material on a mold according to the invention.
  • the heat-conducting element penetrates the outer surface of the mold on a mold according to the invention. Slight differences in the heat shrinkage and expansion between the ceramic material of the mold on the one hand and the heat conductor on the other hand can be mechanically more easily compensated for on a heat conducting element so quasi in a "pocket" of the mold Form visible surface of the heat conduction a given case against the ceramic material of the form higher thermal emission and / or absorption of the heat conductor can be used specifically to increase the heat flow.
  • the integration of the heat conductor in a cavity of the mold covered by the ceramic material of the outer surface of the mold is possible.
  • reactions between the heat conductor and the atmosphere surrounding the mold can be avoided.
  • the heat conducting element made of graphite or of silicon carbide is advantageously provided.
  • graphite (C) and silicon carbide (SiC) are available as engineering materials at low cost and in various forms available on the market.
  • electrometallic has been found to be particularly suitable in terms of strength, machinability and purity of impurities for use in a mold according to the present invention, having excellent fire resistance, low heat capacity and high emission coefficient besides its fire resistance
  • Hardness is known in particular as a particularly wear-resistant ceramic bearing material and is available as a sand-shaped raw material in various particle sizes
  • other materials, in particular metals or metals can be used on a mold according to the invention intermetallic phases are used as a heat conductor, whose melting temperature does not fall below the temperature of the mold during firing and casting.
  • Various such materials are well known in the art, such as the metals tungsten and molybdenum or the intermetallic phase NiAl.
  • a heat-conducting element can be arranged on a mold according to the invention on the one hand on an underside of an overhang of the mold, on a turbine blade in particular close to the blade region.
  • this heat-conducting element first enters the cooling zone and causes increased heat removal from the area of the critical change in cross-section.
  • a heat-conducting element can be arranged on an upper side of an overhang of the mold, in the case of a turbine blade in particular far away from the blade region. As the overhang passes through the baffle, this heat-conducting element remains in the heating zone for longer, causing additional heat to enter the potentially undercooling region.
  • the green compact is built up in layers around the model by multiple dipping into a ceramic slurry and in each case subsequent dressing and drying.
  • a mold allows the casting to be manufactured in a Bridgman process.
  • the mold - for a "Genauguss" - also be poured around the model in a box shape.
  • a separating layer of the green body is first applied to the model and then the at least one heat-conducting element is fastened to the separating layer and subsequently further layers of the green body are applied.
  • the heat-conducting element can be bonded - for example by means of an adhesive - on the Separating layer are attached.
  • the preparation of the mold according to the invention is particularly easy.
  • retrofitting of the heat-conducting element, for example into a "pocket" of the mold is possible, Such a pocket can be produced on such a shape, in particular by melting out a wax model of the heat-conducting element or by machining.
  • the portions of the further layers which cover the heat-conducting element are preferably removed in each case.
  • This reworking of each individual layer avoids the formation of shell layers over the heat-conducting element.
  • the emissivity which is markedly increased compared to the known ceramic shell molds, is additionally used for heat removal.
  • a subsequent "free cutting" of the heat-conducting element is also possible.
  • the green compact is preferably fired with the at least one heat-conducting element in a stainless steel box.
  • a stainless steel box Even in a typical way even not sufficiently dense kiln can be adjusted in such a steel box required for the use of the heat conductor case required atmosphere.
  • the steel box for firing the mold can be evacuated and placed under argon protective gas atmosphere and / or provided with "sacrificial graphite" for binding the residual oxygen.
  • Fig. 6 is a solidification front according to the prior art.
  • the casting 1 shown in Figure 1 consists of a metallic nickel-base superalloy IN 939-SC and has (in simplification of the typical geometry of a turbine blade) two leaf areas 2 and a cuboid shroud 3 (4 x 8 x 40 mm).
  • the blade sections 2 are simplified as cylindrical (8 mm diameter).
  • the casting 1 corresponds to the essential typical geometric features of a turbine blade and this is also comparable with respect to the solidification conditions.
  • FIG. 2 schematically shows a ceramic mold 4 made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) according to the invention, produced on this wax model by the lost-wax casting method.
  • An unillustrated Form 4 green compact was prepared by dipping and dressing the wax model.
  • the dipping and Besandungsrea was repeated ten times and finished by dewaxing and firing the mold 4 for casting.
  • the mold 4 on the outer edge 5 of the shroud 3 is relatively thin, but at the transition between sheet portion 2 and shroud 3 locally much more massive.
  • the mold 4 has wedge-shaped firstdaleleit institute 6 made of electrographite C. Conradty Mechanical & Electrical GmbH respectively at the bottom 7 of the shrouds 3 directly in the transition to the blade area 2 and a second heat conduction element 8 also from electrographite at the top 9 of the shroud 3 in the order the shroud 3 formed overhang 10 of the mold 4.
  • the end 12 of the heat-conducting elements 6, 8 pierces the outer surface 13 of the mold 4, respectively.
  • the wax model is first dipped and sanded before attaching the heat-conducting elements 6, 8, to create a complete separation layer 11.
  • the heat-conducting elements 6, 8 are glued onto the wax model only after the drying of the separating layer 11.
  • the adhesive 14 is liquid Keramikschlicker with about 50% water content.
  • the dry and water-permeable separating layer 1 1 allows a uniform drying of the adhesive 14. After each dipping and sanding process, the ends 12 of the heat-conducting elements 6, 8 are cleaned with a brush.
  • the dewaxed green compact is not fired under an air atmosphere so as not to burn the built-in graphite heat conductors.
  • the mold 4 according to FIG. 5 is introduced into a welded stainless steel box 16 placed in the kiln 15 with an access 17 for argon as protective gas.
  • the mold 4 are also in the steel box 16 several pieces Sacrificial graphite 18 placed to absorb the residual oxygen in the steel box 16, thus protecting the heat conductor.
  • Figures 6 and 7 show schematically the course of the solidification front during casting of the cast pieces in a vacuum Bridgman oven not fully shown:
  • the mold 4 In the oven, the mold 4 is placed on the chill and moved into the heating zone 19 above the Baffles 20. After evacuation and heating of the furnace, the superalloy is melted in a tiltable crucible, also not shown.
  • the weight for a casting is approx. 1, 5 kg.
  • the casting and heater temperature is kept at 1500 0 C during casting.
  • the mold 4 is lowered into the cooling zone 21 at a constant rate of 3 mm / min, a typical rate for single crystal solidification of superalloys, by the baffle 20.
  • the following table contains the relevant thermal data of the materials used graphite (C), superalloy (IN939) and ceramic (Al 2 O 3 ), here the thermal conductivity, the heat capacity and the emission coefficient.
  • Graphite has in the relevant temperature range both compared to the superalloy and the ceramic significantly lower heat capacity and a significantly better emissivity and thus allows more effective heat radiation into the cooling zone 21. With increasing temperature, the thermal conductivity of graphite decreases, but it is still much higher than that of ceramic. Even the superalloy is superior to graphite in this regard.
  • FIG. 6 shows the course of the solidification front during the passage of the shroud 3 out of the heating zone 19 through the baffle 20 into the cooling zone 21, as is known from the prior art. It is clear that a monocrystalline region 22 below the shroud 3 and one of FIG the outer edge 5 of the shroud 3 in the direction of the blade region 2, a wedge-shaped tapered supercooled region 23 can be seen in the false grain formation is to be expected.
  • the course of the solidification front is complex here, namely neither purely concave nor purely convex and is characterized by a convex maximum 24 approximately in the middle 25 of the leaf region 2. From here, the isotherm drops first in the direction of the outer edge 5, passes through a concave minimum 26 and rises to the outer edge 5 again. From the solidified in the middle of 25 metal, the heat can be dissipated quickly due to the good thermal conductivity down. As a result, the solidification front is curved upwards at this point.
  • the melt cools rapidly due to the relatively thin form 4 here.
  • the isotherm curves concavely upward.
  • the heat flow is hindered by the locally more massive shape 4, and the solidification front is pressed downwards.
  • it stays warm longer than in the neighboring zones.
  • the transmission of the single crystal growth from the sheet portion 2 into the shroud 3 is prevented and the local mis-grain formation is favored.
  • FIG. 7 shows the profile of a casting 1 equipped according to the invention in the form 4 with heat-conducting elements 6, 8.
  • the first heat-conducting element 6 directly reinforces the heat dissipation from the solidifying metal on the blade area 2 and secures a convex solidification front.
  • the wedge-shaped separating layer 11 between shroud 3 and heat conductor causes a thermal gradient and a continuous crystal growth from the middle 25 to the outer edge 5 of the shroud. 3
  • the second heat-conducting element 8 additionally conducts heat from the heating zone 19 into the molten metal above the solidification front and thus keeps the casting 1 at the outer edge 5 warm for longer. Thus, the liquidus isotherm is shifted downwards and the local subcooling is prevented even before the expansion of the single crystal growth to the outer edge 5.
  • the method according to the invention significantly reduces the formation of false grains in the shroud 3.
  • FIG. 8 a schematically shows the attachment of the heat-conducting element 6 to a ceramic separating layer 11 on the model 27 of the casting 1, which in FIG. 8 b after multiple dipping and surfacing with the green body 28, in FIG. 8 c during the melting of the model 27 and in FIG Burn the mold 4 is shown. Due to the very good machinability of graphite, this method according to the invention is particularly suitable for geometrically complex designs of the heat-conducting element 6. Due to the high tendency of the graphite to oxidize, the mold 4 must be fired under vacuum or inert gas.
  • FIG. 9a schematically shows the attachment of a heat-conducting element 29 made of silicon carbide to a ceramic separating layer 30 on the model 31 of the wax casting shown in FIG. 9b after repeated dipping and surfacing with the green compact 32, in FIG. 9c during melting of the model 31 and in FIG 9d after firing of the mold 33 is shown. Due to the good resistance of silicon carbide, this process according to the invention is particularly suitable for firing the mold 33 under air atmosphere suitable. Due to the high hardness of the silicon carbide, the machining of the heat-conducting element 29 requires the use of a diamond disk.
  • FIG. 10a schematically shows the attachment of a silicon carbide heat conductivity element 34 on a ceramic separating layer 35 on the model 36 of the wax casting shown in FIG. 10b after repeated dipping and surfacing with the green compact 37, in FIG. 10c during melting of the model 36 and in FIG. 10d after the mold 38 has been fired.
  • This inventive method combines the good machinability of the graphite with the lower tendency to oxidation of the silicon carbide.
  • the superficial conversion of the graphite into silicon carbide requires a further high expenditure.
  • FIG. 1 a schematically shows the attachment of a wax model 39 of a heat-conducting element 40 to a ceramic separating layer 41 on the model 42 of the wax casting shown in FIG. 11b after repeated dipping and surfacing with the green body 43, in FIG. 1c during the melting of the wax model 39 and the model 42 and in Figure 1 Id after firing the mold 44 during insertion of the heat-conducting element is shown.
  • This method according to the invention is also suitable if the mold 44 is to be fired under air atmosphere. When inserting the heat-conducting element 40, cavities form between the latter and the mold 44, which reduce the heat conduction.
  • FIG. 12a schematically shows the attachment of a heat-conducting element 45 to a ceramic separating layer 46 on the model 47 of the wax casting, which in FIG. 12b after repeated dipping and surfacing with the green body 48, in FIG. 12c during melting-out of the model 47 and removal of the heat-conducting element 45 and in FIG. 12d after firing of the mold 49 during the introduction of the heat-conducting element 45.
  • This method according to the invention is also suitable if the mold 49 is to be fired under air atmosphere. Again, arise when inserting the heat-conducting element 45 between this and the mold 49 cavities, which reduce the heat conduction.
  • FIG. 13a schematically shows the attachment of a wax model 50 of a heat-conducting element to a ceramic separating layer 51 on the model 52 of FIG Casting of wax, which is shown in Figure 13b after repeated dipping and Besanden with the green compact 53, in FIG. 13c during the melting of the wax model 50 and the model 52 and in Figure 13d after firing the mold 54 during introduction of a pasty heat conductor 55.
  • This method according to the invention is also suitable if firing of the mold 54 is to take place under an air atmosphere.
  • the use of a water-based heat conductor 55 with graphite or silicon carbide sand causes the formation of microscopic voids in the heat-conducting, which reduce its heat conduction.

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Abstract

The invention relates, on the one hand, to a mold (4) for the production of a casting (1) by means of casting, wherein the mold (4) is made substantially of fired, ceramic material and has a hollow space with a hollow space contour, which corresponds substantially to a surface contour of the casting (1), and, on the other hand, to a method for the production of a casting (1) by means of casting, wherein first a green compact made of a ceramic material is formed around a model of the casting (1), and the green compact is fired to form a mold (4), so that a molten metal can be poured into a hollow space of the mold (4) and cooled there such that the metal solidifies and forms the casting (1). Subsequently, the mold (4) is broken and the casting (1) is exposed. In order to prevent joining defects in the casting (1), it is proposed to provide the mold (4) with at least one heat conducting element (6, 8) made of a heat conductor, which has at least twice the heat conductivity than the ceramic material and through which a heat flow can be conducted between the hollow space and an outer surface (13) of the mold (4). It is further proposed that such a mold (4) is used as part of the method and that during the cooling of the metal a heat flow is conducted through the at least one heat conducting element (6, 8).

Description

Form und Verfahren zur gießtechnischen Herstellung eines Gussstücks Mold and method for the casting production of a casting
Die Erfindung betrifft einerseits eine Form für die gießtechnische Herstellung eines Gussstücks, wobei die Form im Wesentlichen aus einem gebrannten, keramischen Material besteht und einen Hohlraum mit einer Hohlraumkontur aufweist, die im Wesentlichen einer Oberflächenkontur des Gussstücks entspricht und andererseits ein Verfahren zur gießtechnischen Herstellung eines Gussstücks, wobei zunächst um ein Modell des Gussstücks ein Grünling aus einem keramischen Material geformt und der Grünling zu einer Form gebrannt, sodann ein Metall schmelzflüssig in einen Hohlraum der Form gegossen und derart abgekühlt wird, dass das Metall zu dem Gussstück erstarrt und wobei anschließend die Form zerbrochen und das Gussstück freigelegt wird.The invention relates on the one hand to a mold for the casting production of a casting, wherein the mold substantially consists of a fired, ceramic material and has a cavity with a cavity contour which substantially corresponds to a surface contour of the casting and on the other hand a process for the casting production of a casting in which first a green body of a ceramic material is molded around a model of the casting and the green body is burned into a mold, then a metal is molten poured into a cavity of the mold and cooled so that the metal solidifies to the casting and then the mold broken and the casting is exposed.
„Verlorene" Formen der vorgenannten Art und Verfahren für die gießtechnische Herstellung eines Gussstücks unter Verwendung solcher Formen sind allgemein bekannt und umfassen insbesondere Feingussverfahren mit schichtweise um ein Modell aufgebauten keramischen Grünlingen. Verfahren der vorgenannten Art umfassen andererseits Genaugussverfahren, für die - insbesondere zur Herstellung von Prototypen — der Grünling für die Form in einem Formkasten um ein Modell gegossen wird. Die Grünlinge werden anschließend jeweils zur Form gebrannt, wobei das ursprüngliche Wachs- oder Kunststoffmodell ausgeschmolzen oder -gebrannt wird."Lost" molds of the aforementioned type and processes for the casting production of a casting using such molds are well known and include, in particular, investment casting with layered ceramic green bodies Prototypes - the greenware for the mold is poured into a mold box around a model, and the greenware is then fired into a mold, with the original wax or plastic model being melted or burned.
Beim Abkühlen des schmelzflüssig in die Form gegossenen Metalls beeinflussen einerseits lokale Materialanhäufungen im Hohlraum - also im Gussstück — und andererseits die lokal unterschiedliche Dicke der Form zwischen Hohlraum und der äußeren Oberfläche der Form den Temperaturverlauf: Materialanhäufungen im Gussstück bilden so genannte Wärmereservoirs oder -quellen, die einerseits langsamer abkühlen als das umgebende Material und andererseits in dieses umgebende Material ausstrahlen. Hinzu kommt die zum erstarrenden Volumen proportionale Freisetzung latenter Wärme bei der Erstarrung des schmelzflüssigen Metalls. Lokale Aufdickungen der Form behindern im Vergleich zu dünneren Stellen der Form zusätzlich den Wärmefluss aus dem Hohlraum zur äußeren Oberfläche der Form und führen so gleichfalls in ihrer Nachbarschaft zu lokalen Wärmequellen im abkühlenden Gussstück. In der Flugzeugtriebwerkstechnik sind durch die Einfuhrung einkristalliner Turbinenschaufeln bedeutende Fortschritte erzielt worden. Das einkristalline, entlang der Beanspruchungsrichfung ausgerichtete Gefüge fuhrt zu deutlich verbesserten Hochtemperatureigenschaften der hochbelasteten Turbinenschaufeln. Insbesondere bei der Herstellung solcher gerichtet oder einkristallin erstarrter Gussstücke durch Feinguss im Bridgman- Verfahren, wie es beispielsweise aus US 1,793,672 allgemein bekannt ist, stellen sich derartige lokale Wärmequellen als äußerst problematisch dar.During cooling of the molten metal poured into the mold on the one hand local accumulations of material in the cavity - ie in the casting - and on the other hand, the locally different thickness of the mold between the cavity and the outer surface of the mold affect the temperature profile: accumulations of material in the casting form so-called heat reservoirs or sources, on the one hand cool down more slowly than the surrounding material and on the other hand radiate into this surrounding material. Added to this is the release of latent heat proportional to the solidifying volume during the solidification of the molten metal. Local thickening of the mold also hampers heat flow from the cavity to the outer surface of the mold, as compared to thinner parts of the mold, and thus also results in proximity to local heat sources in the cooling casting. In aircraft engine technology, the introduction of single-crystal turbine blades has made significant progress. The monocrystalline structure along the stress direction leads to significantly improved high-temperature properties of the highly loaded turbine blades. In particular, in the production of such directed or monocrystalline solidified castings by investment casting in the Bridgman process, as is well known, for example, from US 1,793,672, such local heat sources are extremely problematic.
In Turbinenschaufelgeometrien treten beispielsweise beim Übergang vom Schaufelblatt zum Deckband Querschnittsänderungen auf, an denen sich beim Abkühlen die dendritische Struktur quer zur (senkrechten) Hauptwachstumsrichtung ausbreiten muss. Neben anderen Faktoren ist aus „Undercooling related casting defects in single crystal turbine blades" (Meyer ter Vehn et. al. in Superalloys 1996, The 8th International Symposium on Superalloys, Sept. 1996, Seven Springs, USA) ein stark gekrümmter Verlauf der Liquidus- Isotherme als Ursache thermisch unterkühlter Schmelzzonen an solchen Querschnittsübergängen bekannt: In der unterkühlten Schmelze bilden sich Gefügefehler, die bevorzugte Ausgangspunkte für das Versagen des Bauteils bilden.In turbine blade geometries, for example, in the transition from the blade to the shroud, cross-sectional changes occur in which the dendritic structure has to spread transversely to the (vertical) main growth direction during cooling. Among other factors, a highly curved course of the liquidus is "undercooling related casting defects in single crystal turbine blades" (Meyer ter Vehn et al., Superalloys 1996, The 8th International Symposium on Superalloys, Sept. 1996, Seven Springs, USA) - Isotherm known as the cause of thermally supercooled melt zones at such cross-sectional transitions: In the supercooled melt form structural defects that form preferred starting points for the failure of the component.
Seit Mitte der 1980er Jahre kommt es verstärkt zum Transfer der Einkristalltechnik in den Bereich der industriellen Gasturbinen für die Energieumwandlung in Kraftwerken, um das Energiepotential der Kraftwerksturbinen zu erhöhen. Die Skalierung dieser Technologien auf Bauteilgrößen für Gasturbinen zur Stromerzeugung führt zu Einkristallschaufeln mit Rohteilgewichten von über 10 kg gegenüber weniger als 0,1 kg bei Flugturbinen. In derart großen Turbinenschaufeln kann die abrupte Maßänderung bei Querschnittsübergängen mehrere Zentimeter betragen gegenüber nur mehreren Millimetern bei Flugturbinenschaufeln.Since the mid-1980s, the transfer of single-crystal technology into the field of industrial gas turbines for energy conversion in power plants has increased, in order to increase the energy potential of power plant turbines. The scaling of these technologies to gas turbine engine component sizes results in single crystal vanes with gross weights of over 10 kg versus less than 0.1 kg in aircraft turbines. In such a large turbine blades, the abrupt dimensional change in cross-sectional transitions can be several centimeters compared to only several millimeters in aircraft turbine blades.
Die allgemein bekannten Maßnahmen zur Vermeidung der Fehlkornbildung, wie die Änderung des Baffledesigns, der Formschalendicke, der Absenkgeschwindigkeit und der Heizertemperaturen vermögen diese Fehlkornbildung insbesondere bei der Herstellung großer Turbinenschaufeln für Gasturbinen letztlich ebenso wenig zu vermeiden wie Weiterentwicklungen des Bridgman- Verfahrens mit Flüssigmetall- oder Gaskühlung (sog. „Liquid Metal Cooling"- oder LMC-, bzw. „Gas Cooling Casting" oder GCC-Verfahren). Trotz erheblicher Anstrengungen auf der Gießereiseite steigt, wie „Superalloy - the utilitygas turbine perspective" (B. B. Seth in Superalloys 2000, eds. T.M. Pollock et al., TMS, S. 3-6) nachweist, die Wahrscheinlichkeit für Gießdefekte überproportional mit den Abmessungen der Turbinenschaufeln an.The well-known measures for avoiding the formation of false grains, such as changing the Baffledesigns, the shell mold thickness, the lowering speed and the heater temperatures are able to ultimately avoid this misregistration, especially in the production of large turbine blades for gas turbines as well as further developments of the Bridgman process with liquid metal or gas cooling (so-called "Liquid Metal Cooling" - or LMC, or "Gas Cooling Casting" or GCC method). Despite considerable efforts on the foundry side, as demonstrated by "Superalloy - the utility gas turbine perspective" (BB Seth in Superalloys 2000, eds. TM Pollock et al., TMS, pp. 3-6), the probability of casting defects increases disproportionately with dimensions the turbine blades.
Aufgabetask
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Gefügefehler im Gussstück zu vermeiden.The invention has for its object to avoid microstructural defects in the casting.
Lösungsolution
Ausgehend von den bekannten Formen wird nach der Erfindung vorgeschlagen, in die Form mindestens ein Wärmeleitelement aus einem Wärmeleiter zu integrieren, der gegenüber dem keramischen Material eine mindestens doppelte Wärmeleitfähigkeit aufweist und durch den ein Wärmestrom zwischen dem Hohlraum und einer äußeren Oberfläche der Form leitbar ist. Während die Keramik der Form aus wärmetechnischer Sicht einen Isolator darstellt, der mit einer Wärmeleitfähigkeit typischer Weise in allen relevanten Temperaturbereichen deutlich unter 0,1 W/cm K den Wärmestrom aus dem Hohlraum mit dem Gussstück durch die Form an deren äußere Oberfläche hindert, ermöglicht der erfindungsgemäße Einsatz des Wärmeleitelements die lokale Erhöhung eines anteiligen Wärmestroms.Starting from the known forms is proposed according to the invention to integrate at least one heat conduction from a heat conductor in the form, which has at least twice the thermal conductivity compared to the ceramic material and through which a heat flow between the cavity and an outer surface of the mold is conductive. While the ceramic of the form from an industrial point of view represents an insulator which prevents heat flow from the cavity with the casting by the mold on its outer surface with a heat conductivity typically in all relevant temperature ranges well below 0.1 W / cm K, allows use of the heat conducting element according to the invention the local increase of a proportionate heat flow.
Beim Abkühlen des Gussstücks kann so aus einem Bereich mit lokaler Materialanhäufung, an einer Querschnittsänderung oder an einer lokalen Aufdickung der Form gezielt ein höherer Wärmestrom an die äußere Oberfläche der Form abgeleitet werden, so dass diese Bereiche nicht mehr als Wärmequellen die Ausbildung der planaren Erstarrungsfront behindern. Andererseits kann auch in Bereichen des Gussstücks, in denen einen lokale Unterkühlung zu Erwarten wäre, gezielt ein Wärmestrom zugeführt werden.As the casting cools, a higher heat flow to the outer surface of the mold can thus be deliberately diverted from a region of localized material accumulation, cross-sectional change, or local thickening of the mold, such that these regions no longer hinder the formation of the planar solidification front as heat sources , On the other hand, in areas of the casting in which a local subcooling would be expected, a targeted heat flow can be supplied.
Vorzugsweise ist an einer erfindungsgemäßen Form das Wärmeleitelement durch eine Trennschicht aus dem keramischen Material von dem Hohlraum getrennt. So wird zunächst - insbesondere beim Abguss von Superlegierungen im Bridgman-Prozess zur Herstellung einkristalliner Turbinenschaufeln - der unmittelbare Kontakt, und damit eine chemische Reaktion zwischen dem in die Form eingegossenen Metall und dem Wärmeleiter vermieden. Weiterhin wirkt beim Abkühlen des Metalls die Trennschicht als Puffer und bewirkt ein Verwischen der scharfen wärmetechnischen Grenze zwischen isolierender Keramik und dem Wärmeleiter. Alternativ ist im Rahmen der Erfindung auch ein direkter Kontakt zwischen Wärmeleiter und Hohlraum möglich, insbesondere wenn eine Reaktion mit dem Metall des Gussstücks nicht auftritt, in ihren Folgen irrelevant, oder sogar erwünscht ist.Preferably, the heat-conducting element is separated from the cavity by a separating layer of the ceramic material on a mold according to the invention. Thus, first of all - especially in the casting of superalloys in the Bridgman process for the production of single-crystal turbine blades - the direct contact, and thus a chemical reaction between the poured into the mold metal and the Heat conductor avoided. Furthermore, as the metal cools, the release layer acts as a buffer and blurs the sharp thermal boundary between the insulating ceramic and the heat conductor. Alternatively, in the context of the invention, a direct contact between the heat conductor and the cavity is possible, especially if a reaction with the metal of the casting does not occur, is irrelevant in their consequences, or even desirable.
Besonders bevorzugt durchstößt an einer erfindungsgemäßen Form das Wärmeleitelement die äußere Oberfläche der Form. Geringfügige Unterschiede in der wärmebedingten Schrumpfung und Dehnung zwischen dem keramischen Material der Form einerseits und dem Wärmeleiter andererseits können an einem derart quasi in einer „Tasche" der Form angebrachten Wärmeleitelement mechanisch leichter ausgeglichen werden. Darüber hinaus kann durch die Dimensionierung einer an der äußeren Oberfläche der Form sichtbaren Fläche des Wärmeleitelements ein gegebenen Falls gegenüber dem keramischen Material der Form höherer wärmetechnischer Emissions- und/oder Absorptionsgrad des Wärmeleiters gezielt zur Erhöhung des Wärmestroms genutzt werden.Particularly preferably, the heat-conducting element penetrates the outer surface of the mold on a mold according to the invention. Slight differences in the heat shrinkage and expansion between the ceramic material of the mold on the one hand and the heat conductor on the other hand can be mechanically more easily compensated for on a heat conducting element so quasi in a "pocket" of the mold Form visible surface of the heat conduction a given case against the ceramic material of the form higher thermal emission and / or absorption of the heat conductor can be used specifically to increase the heat flow.
Alternativ ist im Rahmen der Erfindung auch die Integration des Wärmeleiters in einen zur äußeren Oberfläche der Form von deren keramischen Material überdeckten Hohlraum der Form möglich. So können insbesondere Reaktionen zwischen dem Wärmeleiter und der die Form umgebenden Atmosphäre vermieden werden.Alternatively, in the context of the invention, the integration of the heat conductor in a cavity of the mold covered by the ceramic material of the outer surface of the mold is possible. In particular, reactions between the heat conductor and the atmosphere surrounding the mold can be avoided.
An einer erfindungsgemäßen Form besteht vorteilhafter Weise das Wärmeleitelement aus Graphit oder aus Siliziumkarbid. Sowohl Graphit (C) als auch Siliziumkarbid (SiC) stehen als technische Werkstoffe preisgünstig und in verschiedenen Ausprägungen am Markt zur Verfügung. Insbesondere hat sich so genannter „Elektrographit" hinsichtlich Festigkeit, Bearbeitbarkeit und Reinheit von Verunreinigungen zur Verwendung an einer erfindungsgemäßen Form als besonders geeignet erwiesen. Er weist neben seiner Feuerbeständigkeit eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, eine niedrige Wärmekapazität und einen hohen Emissionskoeffizienten auf. Siliziumkarbid ist wegen seiner hohen Härte insbesondere als besonders verschleißfester keramischer Lagerwerkstoff bekannt und steht als sandförmiger Rohstoff in verschiedenen Körnungen zur Verfügung. Alternativ können an einer erfindungsgemäßen Form auch andere Materialien, insbesondere Metalle oder intermetallische Phasen als Wärmeleiter zum Einsatz gelangen, deren Schmelztemperatur die Temperatur der Form beim Brennen und beim Abguss nicht unterschreitet. Verschiedene derartige Materialien sind insoweit als geeignet allgemein bekannt, so beispielsweise die Metalle Wolfram und Molybdän oder die intermetallische Phase NiAl.On a mold according to the invention, the heat conducting element made of graphite or of silicon carbide is advantageously provided. Both graphite (C) and silicon carbide (SiC) are available as engineering materials at low cost and in various forms available on the market. In particular, so-called "electrographite" has been found to be particularly suitable in terms of strength, machinability and purity of impurities for use in a mold according to the present invention, having excellent fire resistance, low heat capacity and high emission coefficient besides its fire resistance Hardness is known in particular as a particularly wear-resistant ceramic bearing material and is available as a sand-shaped raw material in various particle sizes Alternatively, other materials, in particular metals or metals, can be used on a mold according to the invention intermetallic phases are used as a heat conductor, whose melting temperature does not fall below the temperature of the mold during firing and casting. Various such materials are well known in the art, such as the metals tungsten and molybdenum or the intermetallic phase NiAl.
Ein Wärmeleitelement kann an einer erfindungsgemäßen Form einerseits an einer Unterseite eines Überhangs der Form, bei einer Turbinenschaufel insbesondere nahe am Blattbereich angeordnet werden. Beim Durchgang des Überhangs - bei einer Turbinenschaufel namentlich des Deckbandes - durch das Baffle des Bridgman-Ofens gelangt zuerst dieses Wärmeleitelement in die Kühlzone und bewirkt eine erhöhte Wärmeabfuhr aus dem Bereich der kritischen Querschnittsänderung.A heat-conducting element can be arranged on a mold according to the invention on the one hand on an underside of an overhang of the mold, on a turbine blade in particular close to the blade region. During the passage of the overhang - in the case of a turbine blade, namely the shroud - through the baffle of the Bridgman furnace, this heat-conducting element first enters the cooling zone and causes increased heat removal from the area of the critical change in cross-section.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Wärmeleitelement an einer Oberseite eines Überhangs der Form, bei einer Turbinenschaufel insbesondere weit entfernt vom Blattbereich angeordnet werden. Beim Durchgang des Überhangs durch das Baffle verbleibt dieses Wärmeleitelement länger in der Heizzone und bewirkt eine zusätzliche Wärmezufuhr in den potenziell unterkühlenden Bereich.Alternatively or additionally, a heat-conducting element can be arranged on an upper side of an overhang of the mold, in the case of a turbine blade in particular far away from the blade region. As the overhang passes through the baffle, this heat-conducting element remains in the heating zone for longer, causing additional heat to enter the potentially undercooling region.
Ausgehend von den bekannten Verfahren wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, an einer Form der vorgenannten Art beim Abkühlen des Metalls einen Wärmestrom durch das Wärmeleitelement zu leiten. Ein solches erfindungsgemäßes Verfahren nutzt die Vorteile der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Form.Starting from the known methods, it is proposed according to the invention to conduct a heat flow through the heat-conducting element on a mold of the abovementioned type during cooling of the metal. Such a method according to the invention makes use of the advantages of the inventive form described above.
Vorzugsweise wird im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens der Grünling durch mehrfaches Tauchen in einen Keramikschlicker und jeweils nachfolgendes Besanden und Trocknen schichtweise um das Modell aufgebaut. Eine solche Form ermöglicht die Herstellung des Gussstücks in einem Bridgman- Verfahren. Alternativ kann die Form - für einen „Genauguss" - auch um das Modell in einer Kastenform ausgegossen werden.Preferably, in the context of a method according to the invention, the green compact is built up in layers around the model by multiple dipping into a ceramic slurry and in each case subsequent dressing and drying. Such a mold allows the casting to be manufactured in a Bridgman process. Alternatively, the mold - for a "Genauguss" - also be poured around the model in a box shape.
Im Rahmen eines solchen erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorteilhafter Weise zunächst eine Trennschicht des Grünlings auf das Modell aufgebracht und sodann das mindestens eine Wärmeleitelement auf der Trennschicht befestigt und anschließend werden weitere Schichten des Grünlings aufgebracht. Insbesondere kann das Wärmeleitelement stoffschlüssig - beispielsweise mittels eines Klebers - auf der Trennschicht befestigt werden. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Form ist so besonders einfach möglich. Alternativ ist im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens auch ein nachträglicher Einbau des Wärmeleitelements, beispielsweise in eine „Tasche" der Form möglich. Eine solche Tasche kann an einer solchen Form insbesondere durch Ausschmelzen eines Wachsmodells des Wärmeleitelements oder spanend hergestellt werden.In the context of such a method according to the invention, advantageously a separating layer of the green body is first applied to the model and then the at least one heat-conducting element is fastened to the separating layer and subsequently further layers of the green body are applied. In particular, the heat-conducting element can be bonded - for example by means of an adhesive - on the Separating layer are attached. The preparation of the mold according to the invention is particularly easy. Alternatively, as part of a method according to the invention, retrofitting of the heat-conducting element, for example into a "pocket" of the mold, is possible, Such a pocket can be produced on such a shape, in particular by melting out a wax model of the heat-conducting element or by machining.
Im Rahmen eines solchen erfϊndungsgemäßen Verfahrens werden bevorzugt das Wärmeleitelement überdeckende Anteile der weiteren Schichten jeweils entfernt. Durch diese Nacharbeit jeder einzelnen Schicht wird der Aufbau von Schalenschichten über dem Wärmeleitelement vermieden. Beispielsweise beim Einsatz von Wärmeleitelementen aus Graphit oder Siliziumkarbid wird so zusätzlich auch die gegenüber den bekannten keramischen Formschalen deutlich erhöhte Emissivität zur Wärmeabfuhr genutzt. Alternativ ist im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahren auch ein nachträgliches „Freischneiden" des Wärmeleitelements möglich.In the context of such a method according to the invention, the portions of the further layers which cover the heat-conducting element are preferably removed in each case. This reworking of each individual layer avoids the formation of shell layers over the heat-conducting element. For example, when using heat conducting elements made of graphite or silicon carbide, the emissivity, which is markedly increased compared to the known ceramic shell molds, is additionally used for heat removal. Alternatively, in the context of a method according to the invention, a subsequent "free cutting" of the heat-conducting element is also possible.
Vorzugsweise wird der Grünling im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem mindestens einen Wärmeleitelement in einer rostfreien Stahlbox gebrannt. Auch in einem typischer Weise selbst nicht hinreichend dichten Brennofen kann in einer solchen Stahlbox eine für die Verwendung des Wärmeleiters gegebenen Falls erforderliche Atmosphäre eingestellt werden. Insbesondere kann bei Verwendung von Graphit die Stahlbox zum Brennen der Form evakuiert und unter Argon-Schutzgasatmosphäre gestellt und/oder mit „Opfergraphit" zum Binden des Restsauerstoffs versehen werden.In the context of a method according to the invention, the green compact is preferably fired with the at least one heat-conducting element in a stainless steel box. Even in a typical way even not sufficiently dense kiln can be adjusted in such a steel box required for the use of the heat conductor case required atmosphere. In particular, when using graphite, the steel box for firing the mold can be evacuated and placed under argon protective gas atmosphere and / or provided with "sacrificial graphite" for binding the residual oxygen.
Der Abguss des Metalls in die Form und das Abkühlen erfolgen im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise in einem Bridgman-Ofen. Bei der gerichteten und bei der einkristallinen Erstarrung in einem solchen Verfahren kommen die Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders zur Geltung. AusführungsbeispielThe casting of the metal into the mold and the cooling take place in the context of a method according to the invention, preferably in a Bridgman oven. In the directional and monocrystalline solidification in such a process, the advantages of the method according to the invention are particularly effective. embodiment
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausfuhrungsbeispiels erläutert. Es zeigenThe invention will be explained below with reference to an exemplary embodiment. Show it
Fig. 1 ein Gussstück mit vereinfachter Testgeometrie,1 is a casting with simplified test geometry,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Form,2 shows a mold according to the invention,
Fig. 3 ein Detail der Form,3 is a detail of the form,
Fig. 4 ein Detail aus der Herstellung einer erfindungsgemäßen Form,4 shows a detail from the production of a mold according to the invention,
Fig. 5 die erfindungsgemäße Form im Brennofen,5 shows the mold according to the invention in the kiln,
Fig. 6 eine Erstarrungsfront nach dem Stand der Technik undFig. 6 is a solidification front according to the prior art and
Fig. 7 eine Erstarrungsfront nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,7 shows a solidification front according to the method of the invention,
Fig. 8a-d einen schematischen Ablauf dieses,8a-d a schematic sequence of this,
Fig. 9a-d eines weiteren,9a-d of another,
Fig. 10a-d eines weiteren,10a-d of another,
Fig. l la-d eines weiteren,Fig. L la-d another,
Fig. 12a-d eines weiteren undFig. 12a-d another and
Fig. 13a-d eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens.Fig. 13a-d of a further inventive method.
Das in Figur 1 gezeigte Gussstück 1 besteht aus einer metallischen Nickelbasis- Superlegierung IN 939-SC und weist (in Vereinfachung der typischen Geometrie einer Turbinenschaufel) zwei Blattbereiche 2 und ein quaderförmiges Deckband 3 (4 x 8 x 40 mm) auf. Die Blattbereiche 2 werden als zylindrisch (8 mm Durchmesser) vereinfacht. Das Gussstück 1 entspricht in den wesentlichen typischen Geometrieeigenheiten einer Turbinenschaufel und ist dieser auch bezüglich der Erstarrungsbedingungen vergleichbar.The casting 1 shown in Figure 1 consists of a metallic nickel-base superalloy IN 939-SC and has (in simplification of the typical geometry of a turbine blade) two leaf areas 2 and a cuboid shroud 3 (4 x 8 x 40 mm). The blade sections 2 are simplified as cylindrical (8 mm diameter). The casting 1 corresponds to the essential typical geometric features of a turbine blade and this is also comparable with respect to the solidification conditions.
Für den Abguss in einem Feinguss-Verfahren werden in einem nicht dargestellten Wachsmodell Gruppen von je drei Gussstücken 1 auf einem Selektor und mehrere Selektoren in einem Traubenaufbau kreisförmig achsensymmetrisch um eine senkrechte Mittelsäule als Zentrum angeordnet. Figur 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße, auf diesem Wachsmodell nach dem Wachsausschmelzverfahren hergestellte keramische Form 4 aus Aluminiumoxid (Al2O3). Ein nicht dargestellter Grünling der Form 4 wurde durch Tauchen und Besanden des Wachsmodells angefertigt. Um eine ausreichend stabile Wanddicke zu erreichen, wurde der Tauch- und Besandungsprozess zehn mal wiederholt und durch Entwachsen und Brennen die Form 4 zum Abguss fertiggestellt. Wie insbesondere das Detail der Form 4 gemäß Figur 3 zeigt, ist bei dieser Art der Herstellung die Form 4 an der Außenkante 5 des Deckbandes 3 verhältnismäßig dünn, am Übergang zwischen Blattbereich 2 und Deckband 3 jedoch lokal deutlich massiver.For the casting in a precision casting process groups of three castings 1 on a selector and several selectors in a grape structure are arranged in a wax model, not shown, circularly symmetrical about a vertical center column center. FIG. 2 schematically shows a ceramic mold 4 made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) according to the invention, produced on this wax model by the lost-wax casting method. An unillustrated Form 4 green compact was prepared by dipping and dressing the wax model. In order to achieve a sufficiently stable wall thickness, the dipping and Besandungsprozess was repeated ten times and finished by dewaxing and firing the mold 4 for casting. As shown in particular the detail of the mold 4 according to Figure 3, in this type of production, the mold 4 on the outer edge 5 of the shroud 3 is relatively thin, but at the transition between sheet portion 2 and shroud 3 locally much more massive.
Die Form 4 weist keilförmige erste Wärmeleitelemente 6 aus Elektrographit der C. Conradty Mechanical & Electrical GmbH jeweils an der Unterseite 7 der Deckbänder 3 unmittelbar im Übergang zum Blattbereich 2 und ein zweites Wärmeleitelement 8 gleichfalls aus Elektrographit an der Oberseite 9 des Deckbands 3 in dem um das Deckband 3 ausgebildeten Überhang 10 der Form 4 auf. Eine keramische Trennschicht 11 zwischen dem Gussteil und den Wärmeleitelementen 6, 8, die sich zudem zwischen Deckband 3 und dem ersten Wärmeleitelement 6 keilförmig in Richtung der Außenkante 5 verdickt, verhindert die mögliche Reaktion zwischen Metallschmelze und Wärmeleiter. Das Ende 12 der Wärmeleitelemente 6, 8 durchstößt jeweils die äußere Oberfläche 13 der Form 4.The mold 4 has wedge-shaped first Wärmeleitelemente 6 made of electrographite C. Conradty Mechanical & Electrical GmbH respectively at the bottom 7 of the shrouds 3 directly in the transition to the blade area 2 and a second heat conduction element 8 also from electrographite at the top 9 of the shroud 3 in the order the shroud 3 formed overhang 10 of the mold 4. A ceramic separating layer 11 between the casting and the heat-conducting elements 6, 8, which also widens wedge-shaped in the direction of the outer edge 5 between shroud 3 and the first heat-conducting element 6, prevents the possible reaction between the molten metal and the heat conductor. The end 12 of the heat-conducting elements 6, 8 pierces the outer surface 13 of the mold 4, respectively.
Gemäß dem in Figur 4 dargestellten Detail aus der Herstellung der Form 4 wird das Wachsmodell vor dem Anbringen der Wärmeleitelemente 6, 8 zunächst einmal getaucht und besandet, um eine komplette Trennschicht 11 zu schaffen. Die Wärmeleitelemente 6, 8 werden erst nach dem Trocknen der Trennschicht 11 auf das Wachsmodell aufgeklebt. Als Kleber 14 dient flüssiger Keramikschlicker mit ungefähr 50 % Wasseranteil. Die trockene und wasserdurchlässige Trennschicht 1 1 ermöglicht ein gleichmäßiges Trocknen des Klebers 14. Nach jedem Tauch- und Besandungsvorgang werden die Enden 12 der Wärmeleitelemente 6, 8 mit einer Bürste gesäubert.According to the detail shown in Figure 4 from the production of the mold 4, the wax model is first dipped and sanded before attaching the heat-conducting elements 6, 8, to create a complete separation layer 11. The heat-conducting elements 6, 8 are glued onto the wax model only after the drying of the separating layer 11. The adhesive 14 is liquid Keramikschlicker with about 50% water content. The dry and water-permeable separating layer 1 1 allows a uniform drying of the adhesive 14. After each dipping and sanding process, the ends 12 of the heat-conducting elements 6, 8 are cleaned with a brush.
Der entwachste Grünling wird nicht unter Luftatmosphäre gebrannt, um die eingebauten Wärmeleiter aus Graphit nicht zu verbrennen. Zum Brennen in einem handelsüblichen, nicht luftdichten Brennofen 15 wird die Form 4 gemäß Figur 5 in eine in den Brennofen 15 gestellte geschweißte rostfreie Stahlbox 16 mit einem Zugang 17 für Argon als Schutzgas eingebracht. Rund um die Form 4 werden zudem in die Stahlbox 16 mehrere Stücke Opfergraphit 18 gelegt, um den Restsauerstoff in der Stahlbox 16 zu absorbieren und so den Wärmeleiter zu schützen.The dewaxed green compact is not fired under an air atmosphere so as not to burn the built-in graphite heat conductors. For firing in a commercially available, non-airtight kiln 15, the mold 4 according to FIG. 5 is introduced into a welded stainless steel box 16 placed in the kiln 15 with an access 17 for argon as protective gas. Around the mold 4 are also in the steel box 16 several pieces Sacrificial graphite 18 placed to absorb the residual oxygen in the steel box 16, thus protecting the heat conductor.
Figuren 6 und 7 zeigen schematisch den Verlauf der Erstarrungsfront beim Abguss der Gusstücke in einem nicht vollständig dargestellten Vakuum-Bridgman-Ofen: In dem Ofen wird die Form 4 auf die Kühlkokille gesetzt und in die Heizzone 19 oberhalb des Baffles 20 gefahren. Nach dem Evakuieren und Aufheizen des Ofens wird die Superlegierung in einem gleichfalls nicht dargestellten kippbaren Tiegel geschmolzen. Die Einwaage für einen Guss beträgt ca. 1 ,5 kg. Die Gieß- und Heizertemperatur wird beim Guss auf 1500 0C gehalten. Nach dem Eingießen des schmelzflüssigen Metalls wird die Form 4 mit konstant 3 mm/min, einer typischen Geschwindigkeit für die einkristalline Erstarrung von Superlegierungen durch das Baffle 20 in die Kühlzone 21 abgesenkt.Figures 6 and 7 show schematically the course of the solidification front during casting of the cast pieces in a vacuum Bridgman oven not fully shown: In the oven, the mold 4 is placed on the chill and moved into the heating zone 19 above the Baffles 20. After evacuation and heating of the furnace, the superalloy is melted in a tiltable crucible, also not shown. The weight for a casting is approx. 1, 5 kg. The casting and heater temperature is kept at 1500 0 C during casting. After pouring the molten metal, the mold 4 is lowered into the cooling zone 21 at a constant rate of 3 mm / min, a typical rate for single crystal solidification of superalloys, by the baffle 20.
Trotz der unterschiedlichen thermomechanischen Eigenschaften gestaltet sich die Passung der Wärmeleitelemente 6, 8 aus Graphit mit der Form 4 aus Keramik unproblematisch, sowohl beim Entwachsen und Brennen der Form 4 als auch beim Abguss und bei der gerichteten Erstarrung der Superlegierung. Die folgende Tabelle enthält die relevanten wärmetechnischen Daten der verwendeten Materialien Graphit (C), Superlegierung (IN939) und Keramik (Al2O3), hier die Wärmeleitfähigkeit, die Wärmekapazität und den Emissionskoeffizienten.Despite the different thermo-mechanical properties, the fit of the thermally conductive elements 6, 8 made of graphite with the mold 4 made of ceramic unproblematic, both during dewaxing and firing of the mold 4 and during casting and in the directional solidification of the superalloy. The following table contains the relevant thermal data of the materials used graphite (C), superalloy (IN939) and ceramic (Al 2 O 3 ), here the thermal conductivity, the heat capacity and the emission coefficient.
Temp. Wärmeleitfähigkeit Wärmekapazität EmissionskoeffizientTemp. Thermal conductivity Heat capacity Emission coefficient
[0 C] [W/cmK] [J/cm3: K] [ ][ 0 C] [W / cmK] [J / cm 3 : K] []
C IN939 Al2O3 C IN939 Al2O3 C IN939 Al2O3 C IN 939 Al 2 O 3 C IN 939 Al 2 O 3 C IN 939 Al 2 O 3
0 1,3 0,0986 0,074 1,03 3,45 1,97 0,59 0,24 0,10 1.3 0.0986 0.074 1.03 3.45 1.97 0.59 0.24 0.1
250 1 0,1343 0,0464 1,5 4 2,9 0,6 0,27 0,1250 1 0.1343 0.0464 1.5 4 2.9 0.6 0.27 0.1
500 1,027 0,174 0,034 2,2 5,8 3,24 0,64 0,35 0,1500 1.027 0.174 0.034 2.2 5.8 3.24 0.64 0.35 0.1
750 0,962 0,215 0,028 2,48 6,9 3,45 0,68 0,38 0,13750 0.962 0.215 0.028 2.48 6.9 3.45 0.68 0.38 0.13
1000 0,904 0,25 0,025 2,72 7,6 3,57 0,7 0,41 0,181000 0.904 0.25 0.025 2.72 7.6 3.57 0.7 0.41 0.18
1250 0,871 0,29 0,024 2,82 9 3,6 0,73 0,42 0,221250 0.871 0.29 0.024 2.82 9 3.6 0.73 0.42 0.22
1500 0,845 0,43 0,023 2,93 9,3 3,7 0,74 0,44 0,251500 0.845 0.43 0.023 2.93 9.3 3.7 0.74 0.44 0.25
Graphit weist in dem relevanten Temperaturbereich sowohl im Vergleich zu der Superlegierung als auch zur Keramik eine wesentlich niedrigere Wärmekapazität und eine deutlich bessere Emissionsfähigkeit auf und ermöglicht somit eine effektivere Wärmeabstrahlung in die Kühlzone 21. Mit steigender Temperatur nimmt die Wärmeleitfähigkeit von Graphit zwar ab, sie ist aber immer noch viel höher als die von Keramik. Selbst der Superlegierung ist Graphit in dieser Beziehung überlegen.Graphite has in the relevant temperature range both compared to the superalloy and the ceramic significantly lower heat capacity and a significantly better emissivity and thus allows more effective heat radiation into the cooling zone 21. With increasing temperature, the thermal conductivity of graphite decreases, but it is still much higher than that of ceramic. Even the superalloy is superior to graphite in this regard.
Figur 6 zeigt den Verlauf der Erstarrungsfront beim Durchgang des Deckbands 3 aus der Heizzone 19 durch das Baffle 20 in die Kühlzone 21, wie er nach dem Stand der Technik bekannt ist: Deutlich ist ein wie gewünscht einkristalliner Bereich 22 unterhalb des Deckbands 3 und ein von der Außenkante 5 des Deckbands 3 in Richtung auf den Blattbereich 2 sich keilförmig verjüngender unterkühlter Bereich 23 zu erkennen, in dem Fehlkornbildung zu erwarten ist.FIG. 6 shows the course of the solidification front during the passage of the shroud 3 out of the heating zone 19 through the baffle 20 into the cooling zone 21, as is known from the prior art. It is clear that a monocrystalline region 22 below the shroud 3 and one of FIG the outer edge 5 of the shroud 3 in the direction of the blade region 2, a wedge-shaped tapered supercooled region 23 can be seen in the false grain formation is to be expected.
Der Verlauf der Erstarrungsfront ist hier komplex, nämlich weder rein konkav noch rein konvex und zeichnet sich durch ein konvexes Maximum 24 etwa in der Mitte 25 des Blattbereichs 2 aus. Von hier aus fällt die Isotherme zunächst in Richtung Außenkante 5 ab, durchläuft ein konkaves Minimum 26 und steigt bis zur Außenkante 5 wieder an. Aus dem in der Mitte 25 erstarrten Metall kann die Wärme infolge der guten Wärmeleitfähigkeit schnell nach unten abgeführt werden. Dadurch wird die Erstarrungsfront an dieser Stelle nach oben gekrümmt.The course of the solidification front is complex here, namely neither purely concave nor purely convex and is characterized by a convex maximum 24 approximately in the middle 25 of the leaf region 2. From here, the isotherm drops first in the direction of the outer edge 5, passes through a concave minimum 26 and rises to the outer edge 5 again. From the solidified in the middle of 25 metal, the heat can be dissipated quickly due to the good thermal conductivity down. As a result, the solidification front is curved upwards at this point.
An der Außenkante 5 des Deckbands 3 kühlt die Schmelze aufgrund der hier verhältnismäßig dünnen Form 4 schnell ab. Die Isotherme krümmt sich konkav nach oben. In Übergang zwischen Blattbereich 2 und Deckband 3 ist demgegenüber - durch die hier lokal massivere Form 4 - der Wärmefluss behindert, und die Erstarrungsfront wird nach unten gedrückt. Hier bleibt es länger warm als in den benachbarten Zonen. So wird die Übertragung des Einkristallwachstums aus dem Blattbereich 2 in das Deckband 3 verhindert und die lokale Fehlkornbildung begünstigt.At the outer edge 5 of the shroud 3, the melt cools rapidly due to the relatively thin form 4 here. The isotherm curves concavely upward. In transition between leaf area 2 and shroud 3, by contrast, the heat flow is hindered by the locally more massive shape 4, and the solidification front is pressed downwards. Here it stays warm longer than in the neighboring zones. Thus, the transmission of the single crystal growth from the sheet portion 2 into the shroud 3 is prevented and the local mis-grain formation is favored.
Figur 7 zeigt demgegenüber den Verlauf an einem erfindungsgemäß in der Form 4 mit Wärmeleitelementen 6, 8 ausgestatteten Gussstück 1 : Das erste Wärmeleitelement 6, dessen Ende 12 bereits in die kalte Umgebung der Kühlzone 21 abstrahlt, führt als Wärmeausleiter die Wärme aus dem kritischen Bereich schnell ab. Das erste Wärmeleitelement 6 verstärkt unmittelbar am Blattbereich 2 die Wärmeabfuhr aus dem erstarrenden Metall und sichert eine konvexe Erstarrungsfront. Die keilförmige Trennschicht 11 zwischen Deckband 3 und Wärmeleiter bewirkt einen Thermogradienten und ein kontinuierliches Kristallwachstum aus der Mitte 25 bis hin zur Außenkante 5 des Deckbands 3.By contrast, FIG. 7 shows the profile of a casting 1 equipped according to the invention in the form 4 with heat-conducting elements 6, 8. The first heat-conducting element 6, the end 12 of which already radiates into the cold environment of the cooling zone 21, as heat extractor rapidly conducts the heat from the critical region from. The first heat-conducting element 6 directly reinforces the heat dissipation from the solidifying metal on the blade area 2 and secures a convex solidification front. The wedge-shaped separating layer 11 between shroud 3 and heat conductor causes a thermal gradient and a continuous crystal growth from the middle 25 to the outer edge 5 of the shroud. 3
Das zweite Wärmeleitelement 8 fuhrt zusätzlich Wärme aus der Heizzone 19 in das schmelzflüssige Metall oberhalb der Erstarrungsfront und hält so das Gussstück 1 an der Außenkante 5 länger warm. So wird hier die Liquidus-Isotherme nach unten verlagert und die lokale Unterkühlung noch vor der Ausweitung des Einkristallwachstums bis zur Außenkante 5 verhindert. Das erfindungsgemäße Verfahren verringert signifikant die Fehlkornbildung im Deckband 3.The second heat-conducting element 8 additionally conducts heat from the heating zone 19 into the molten metal above the solidification front and thus keeps the casting 1 at the outer edge 5 warm for longer. Thus, the liquidus isotherm is shifted downwards and the local subcooling is prevented even before the expansion of the single crystal growth to the outer edge 5. The method according to the invention significantly reduces the formation of false grains in the shroud 3.
Auch bei Verdopplung der Abzugsgeschwindigkeit auf 6 mm/min ist im Deckband 3 keine Unterkühlung zu erkennen. Durch die Wärmeleitelemente 6, 8 wird die Wärme gleichmäßig zu- beziehungsweise abgeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht so nicht nur eine Verbesserung der Produktqualität, sondern darüber hinaus auch eine Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit.Even when doubling the take-off speed to 6 mm / min, no supercooling can be seen in the shroud 3. By the heat-conducting elements 6, 8, the heat is evenly added or removed. The method according to the invention thus not only enables an improvement in product quality, but also an increase in the production speed.
Figur 8a zeigt schematisch das Anbringen des Wärmeleitelements 6 an einer keramischen Trennschicht 11 auf dem Modell 27 des Gussstücks 1, das in Figur 8b nach mehrfachem Tauchen und Besanden mit dem Grünling 28, in Figur 8c beim Ausschmelzen des Modells 27 und in Figur 8d nach dem Brennen der Form 4 dargestellt ist. Durch die sehr gute Bearbeitbarkeit von Graphit ist dieses erfindungsgemäße Verfahren besonders für geometrisch komplexe Gestaltungen des Wärmeleitelements 6 geeignet. Aufgrund der hohen Oxidationsneigung des Graphits muss das Brennen der Form 4 unter Vakuum oder Schutzgas erfolgen.FIG. 8 a schematically shows the attachment of the heat-conducting element 6 to a ceramic separating layer 11 on the model 27 of the casting 1, which in FIG. 8 b after multiple dipping and surfacing with the green body 28, in FIG. 8 c during the melting of the model 27 and in FIG Burn the mold 4 is shown. Due to the very good machinability of graphite, this method according to the invention is particularly suitable for geometrically complex designs of the heat-conducting element 6. Due to the high tendency of the graphite to oxidize, the mold 4 must be fired under vacuum or inert gas.
Figur 9a zeigt schematisch das Anbringen eines Wärmeleitelements 29 aus Siliziumkarbid an einer keramischen Trennschicht 30 auf dem Modell 31 des Gussstücks aus Wachs, das in Figur 9b nach mehrfachem Tauchen und Besanden mit dem Grünling 32, in Figur 9c beim Ausschmelzen des Modells 31 und in Figur 9d nach dem Brennen der Form 33 dargestellt ist. Durch die gute Beständigkeit von Siliziumkarbid ist dieses erfindungsgemäße Verfahren besonders für ein Brennen der Form 33 unter Luftatmosphäre geeignet. Aufgrund der hohen Härte des Siliziumkarbids erfordert die Bearbeitung des Wärmeleitelements 29 den Einsatz einer Diamantscheibe.FIG. 9a schematically shows the attachment of a heat-conducting element 29 made of silicon carbide to a ceramic separating layer 30 on the model 31 of the wax casting shown in FIG. 9b after repeated dipping and surfacing with the green compact 32, in FIG. 9c during melting of the model 31 and in FIG 9d after firing of the mold 33 is shown. Due to the good resistance of silicon carbide, this process according to the invention is particularly suitable for firing the mold 33 under air atmosphere suitable. Due to the high hardness of the silicon carbide, the machining of the heat-conducting element 29 requires the use of a diamond disk.
Figur 10a zeigt schematisch das Anbringen eines oberflächig in Siliziumkarbid umgewandelten Wärmeleitelements 34 aus Graphit an einer keramischen Trennschicht 35 auf dem Modell 36 des Gussstücks aus Wachs, das in Figur 10b nach mehrfachem Tauchen und Besanden mit dem Grünling 37, in Figur 10c beim Ausschmelzen des Modells 36 und in Figur 10d nach dem Brennen der Form 38 dargestellt ist. Dieses erfindungsgemäße Verfahren vereint die gute Bearbeitbarkeit des Graphits mit der geringeren Oxidationsneigung des Siliziumkarbids. Die oberflächige Umwandlung des Graphits in Siliziumkarbid bedingt aber einen weiteren hohen Aufwand.FIG. 10a schematically shows the attachment of a silicon carbide heat conductivity element 34 on a ceramic separating layer 35 on the model 36 of the wax casting shown in FIG. 10b after repeated dipping and surfacing with the green compact 37, in FIG. 10c during melting of the model 36 and in FIG. 10d after the mold 38 has been fired. This inventive method combines the good machinability of the graphite with the lower tendency to oxidation of the silicon carbide. However, the superficial conversion of the graphite into silicon carbide requires a further high expenditure.
Figur I Ia zeigt schematisch das Anbringen eines Wachsmodells 39 eines Wärmeleitelements 40 an einer keramischen Trennschicht 41 auf dem Modell 42 des Gussstücks aus Wachs, das in Figur I Ib nach mehrfachem Tauchen und Besanden mit dem Grünling 43, in Figur 1 Ic beim Ausschmelzen des Wachsmodells 39 und des Modells 42 und in Figur 1 Id nach dem Brennen der Form 44 beim Einbringen des Wärmeleitelements dargestellt ist. Auch dieses erfindungsgemäße Verfahren eignet sich, wenn ein Brennen der Form 44 unter Luftatmosphäre erfolgen soll. Beim Einsetzen des Wärmeleitelements 40 entstehen zwischen diesem und der Form 44 Hohlräume, die die Wärmeleitung vermindern.FIG. 1 a schematically shows the attachment of a wax model 39 of a heat-conducting element 40 to a ceramic separating layer 41 on the model 42 of the wax casting shown in FIG. 11b after repeated dipping and surfacing with the green body 43, in FIG. 1c during the melting of the wax model 39 and the model 42 and in Figure 1 Id after firing the mold 44 during insertion of the heat-conducting element is shown. This method according to the invention is also suitable if the mold 44 is to be fired under air atmosphere. When inserting the heat-conducting element 40, cavities form between the latter and the mold 44, which reduce the heat conduction.
Figur 12a zeigt schematisch das Anbringen eines Wärmeleitelements 45 an einer keramischen Trennschicht 46 auf dem Modell 47 des Gussstücks aus Wachs, das in Figur 12b nach mehrfachem Tauchen und Besanden mit dem Grünling 48, in Figur 12c beim Ausschmelzen des Modells 47 und Entnehmen des Wärmeleitelements 45 und in Figur 12d nach dem Brennen der Form 49 beim Einbringen des Wärmeleitelements 45 dargestellt ist. Auch dieses erfindungsgemäße Verfahren eignet sich, wenn ein Brennen der Form 49 unter Luftatmosphäre erfolgen soll. Auch hier entstehen beim Einsetzen des Wärmeleitelements 45 zwischen diesem und der Form 49 Hohlräume, die die Wärmeleitung vermindern.FIG. 12a schematically shows the attachment of a heat-conducting element 45 to a ceramic separating layer 46 on the model 47 of the wax casting, which in FIG. 12b after repeated dipping and surfacing with the green body 48, in FIG. 12c during melting-out of the model 47 and removal of the heat-conducting element 45 and in FIG. 12d after firing of the mold 49 during the introduction of the heat-conducting element 45. This method according to the invention is also suitable if the mold 49 is to be fired under air atmosphere. Again, arise when inserting the heat-conducting element 45 between this and the mold 49 cavities, which reduce the heat conduction.
Figur 13a zeigt schematisch das Anbringen eines Wachsmodells 50 eines Wärmeleitelements an einer keramischen Trennschicht 51 auf dem Modell 52 des Gussstücks aus Wachs, das in Figur 13b nach mehrfachem Tauchen und Besanden mit dem Grünling 53, in Figur 13c beim Ausschmelzen des Wachsmodells 50 und des Modells 52 und in Figur 13d nach dem Brennen der Form 54 beim Einbringen eines pastösen Wärmeleiters 55 dargestellt ist. Auch dieses erfindungsgemäße Verfahren eignet sich, wenn ein Brennen der Form 54 unter Luftatmosphäre erfolgen soll. Der Einsatz eines wasserbasierten Wärmeleiters 55 mit Graphit- oder Siliziumkarbidsand bedingt die Bildung von mikroskopischen Hohlräumen im Wärmeleitelement, die dessen Wärmeleitung vermindern. FIG. 13a schematically shows the attachment of a wax model 50 of a heat-conducting element to a ceramic separating layer 51 on the model 52 of FIG Casting of wax, which is shown in Figure 13b after repeated dipping and Besanden with the green compact 53, in FIG. 13c during the melting of the wax model 50 and the model 52 and in Figure 13d after firing the mold 54 during introduction of a pasty heat conductor 55. This method according to the invention is also suitable if firing of the mold 54 is to take place under an air atmosphere. The use of a water-based heat conductor 55 with graphite or silicon carbide sand causes the formation of microscopic voids in the heat-conducting, which reduce its heat conduction.
n Figuren sindn are figures
Gussstückcasting
Blattbereichleaf area
Deckbandshroud
Formshape
Außenkanteouter edge
Wärmeleitelementthermally conductive element
Unterseitebottom
Wärmeleitelementthermally conductive element
Oberseitetop
Überhangoverhang
TrennschichtInterface
Ende äußere OberflächeEnd outer surface
KleberGlue
Brennofenkiln
Stahlboxsteel box
ZugangAccess
Opfergraphitvictims graphite
Heizzoneheating zone
Bafflebaffle
Kühlzone einkristalliner Bereich unterkühlter BereichCooling zone monocrystalline undercooled area
Maximummaximum
Mittecenter
Minimumminimum
Modellmodel
GrünlingGreenfinch
Wärmeleitelementthermally conductive element
Trennschicht ModellInterface model
GrünlingGreenfinch
Formshape
Wärmeleitelementthermally conductive element
TrennschichtInterface
Modellmodel
GrünlingGreenfinch
Formshape
Wachsmodellwax model
Wärmeleitelementthermally conductive element
TrennschichtInterface
Modellmodel
GrünlingGreenfinch
Formshape
Wärmeleitelementthermally conductive element
TrennschichtInterface
Modellmodel
GrünlingGreenfinch
Formshape
Wachsmodellwax model
TrennschichtInterface
Modellmodel
GrünlingGreenfinch
Formshape
Wärmeleiter heat conductor

Claims

Patentansprüche claims
1. Form (4, 33, 38, 44, 49, 54) flir die gießtechnische Herstellung eines Gussstücks (1), wobei die Form (4, 33, 38, 44, 49, 54) im Wesentlichen aus einem gebrannten, keramischen Material besteht und einen Hohlraum mit einer Hohlraumkontur aufweist, die im Wesentlichen einer Oberflächenkontur des Gussstücks (1) entspricht, gekennzeichnet durch mindestens einA mold (4, 33, 38, 44, 49, 54) for the production by casting of a casting (1), wherein the mold (4, 33, 38, 44, 49, 54) consists essentially of a fired, ceramic material and having a cavity with a cavity contour which substantially corresponds to a surface contour of the casting (1), characterized by at least one
Wärmeleitelement (6, 8, 29, 34, 40, 45) aus einem Wärmeleiter, der gegenüber dem keramischen Material eine mindestens doppelte Wärmeleitfähigkeit aufweist und durch den ein Wärmestrom zwischen dem Hohlraum und einer äußeren Oberfläche (13) der Form (4, 33, 38, 44, 49, 54) leitbar ist.Heat conduction element (6, 8, 29, 34, 40, 45) of a heat conductor, which has at least twice the thermal conductivity compared to the ceramic material and through which a heat flow between the cavity and an outer surface (13) of the mold (4, 33, 38, 44, 49, 54) is conductive.
2. Form (4, 33, 38, 44, 49, 54) nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (6, 8, 29, 34, 40, 45) durch eine Trennschicht (11, 30, 35, 41, 46, 51) aus dem keramischen Material von dem Hohlraum getrennt ist.2. mold (4, 33, 38, 44, 49, 54) according to the preceding claim, characterized in that the heat-conducting element (6, 8, 29, 34, 40, 45) by a separating layer (11, 30, 35, 41, 46, 51) of the ceramic material is separated from the cavity.
3. Form (4, 33, 38, 44, 49, 54) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (6, 8, 29, 34, 40, 45) die äußere Oberfläche (13) der Form (4, 33, 38, 44, 49, 54) durchstößt.3. mold (4, 33, 38, 44, 49, 54) according to any one of the preceding claims, characterized in that the heat-conducting element (6, 8, 29, 34, 40, 45), the outer surface (13) of the mold ( 4, 33, 38, 44, 49, 54) pierces.
4. Form (4, 33, 38, 44, 49, 54) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (6, 8, 29, 34, 40, 45) aus Graphit oder aus Siliziumkarbid besteht.4. mold (4, 33, 38, 44, 49, 54) according to any one of the preceding claims, characterized in that the heat-conducting element (6, 8, 29, 34, 40, 45) consists of graphite or of silicon carbide.
5. Form (4, 33, 38, 44, 49, 54) nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Wärmeleitelement (6, 29, 34, 40, 45) an einer Unterseite (7) eines Überhangs (10) der Form (4, 33, 38, 44, 49, 54).5. mold (4, 33, 38, 44, 49, 54) according to any one of the preceding claims, characterized by at least one heat-conducting element (6, 29, 34, 40, 45) on an underside (7) of an overhang (10) of Shape (4, 33, 38, 44, 49, 54).
6. Form (4) nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Wärmeleitelement (8) an einer Oberseite (9) eines Überhangs (10) der Form (4). 6. mold (4) according to any one of the preceding claims, characterized by at least one heat conducting element (8) on an upper side (9) of an overhang (10) of the mold (4).
7. Verfahren zur gießtechnischen Herstellung eines Gussstücks (1), wobei zunächst um ein Modell des Gussstücks (1) ein Grünling (28, 32, 37, 43, 48, 53) aus einem keramischen Material geformt und der Grünling (28, 32, 37, 43, 48, 53) zu einer Form (4, 33, 38, 44, 49, 54) gebrannt, sodann ein Metall schmelzflüssig in einen Hohlraum der Form (4, 33, 38, 44, 49, 54) gegossen und derart abgekühlt wird, dass das Metall zu dem Gussstück (1) erstarrt und wobei anschließend die7. A method for the casting production of a casting (1), wherein first around a model of the casting (1) a green body (28, 32, 37, 43, 48, 53) formed from a ceramic material and the green body (28, 32, 37, 43, 48, 53) into a mold (4, 33, 38, 44, 49, 54), then molten metal is poured into a cavity of the mold (4, 33, 38, 44, 49, 54) and is cooled so that the metal solidifies to the casting (1) and then wherein the
Form (4, 33, 38, 44, 49, 54) zerbrochen und das Gussstück (1) freigelegt wird, gekennzeichnet durch eine Form (4, 33, 38, 44, 49, 54) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei beim Abkühlen des Metalls ein Wärmestrom durch das mindestens eine Wärmeleitelement (6, 8, 29, 34, 40, 45) geleitet wird.Mold (4, 33, 38, 44, 49, 54) broken and the casting (1) is exposed, characterized by a mold (4, 33, 38, 44, 49, 54) according to any one of the preceding claims, wherein upon cooling the metal is a heat flow through which at least one heat conducting element (6, 8, 29, 34, 40, 45) is passed.
8. Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Grünling (28, 32, 37, 43, 48, 53) durch mehrfaches Tauchen in einen Keramikschlicker und jeweils nachfolgendes Besanden und Trocknen schichtweise um das Modell aufgebaut wird.8. The method according to the preceding claim, characterized in that the green body (28, 32, 37, 43, 48, 53) is built up in layers by multiple immersion in a ceramic slurry and each subsequent Besanden and drying around the model.
9. Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine Trennschicht (11, 30, 35, 46, 51) des Grünlings (28, 32, 37, 48, 53) auf das Modell aufgebracht und sodann das mindestens eine9. The method according to the preceding claim, characterized in that first a release layer (11, 30, 35, 46, 51) of the green body (28, 32, 37, 48, 53) applied to the model and then the at least one
Wärmeleitelement (6, 8, 29, 34, 45) auf der Trennschicht (11, 30, 35, 46, 51) befestigt wird und dass anschließend weitere Schichten des Grünlings (28, 32, 37, 48, 53) aufgebracht werden.Heat conducting element (6, 8, 29, 34, 45) on the release layer (11, 30, 35, 46, 51) is attached and that subsequently further layers of the green body (28, 32, 37, 48, 53) are applied.
10. Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (6, 8, 29, 34, 45) überdeckende Anteile der weiteren Schichten jeweils entfernt werden.10. The method according to the preceding claim, characterized in that the heat-conducting element (6, 8, 29, 34, 45) overlapping portions of the further layers are each removed.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Grünling (28) mit dem mindestens einen Wärmeleitelement (6, 8) in einer rostfreien Stahlbox (16) gebrannt wird.11. The method according to any one of claims 7 to 10, characterized in that the green compact (28) with the at least one heat conducting element (6, 8) is fired in a stainless steel box (16).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Abguss des Metalls in die Form (4, 33, 38, 44, 49, 54) und das Abkühlen in einem Bridgman-Ofen erfolgen. 12. The method according to any one of claims 7 to 11, characterized in that the casting of the metal in the mold (4, 33, 38, 44, 49, 54) and the cooling in a Bridgman oven.
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