DE69935176T2 - Process for the production of titanium alloy products by die casting - Google Patents

Abstract

A die cast article composed of titanium alloy is disclosed, and is preferably characterized by a transformed beta microstructure, a relatively fine average grain size and an absence of flow lines. Typical alloys include Ti 6Al-4V and Ti 6Al-2Sn-4Zr-2Mo. Exemplary articles include gas turbine engine components. The articles may be used in place of corresponding forged articles, and have at least comparable mechanical properties.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGCROSS REFERENCE ON RELATED APPLICATION

Einige der in dieser Anmeldung offenbarten Materialien sind in der ebenfalls anhängigen Anmeldung mit dem Titel „Method Of Making Die Cast Articles of High Melting Temperature Materials" (Verfahren zur Herstellung von druckgegossenen Gegenständen aus Materialien mit hoher Schmelztemperatur), die am gleichen Datum eingereicht wurde und durch Bezugnahme ausdrücklich hierin aufgenommen wird, beschrieben und beansprucht.Some The materials disclosed in this application are also in the pending Registration with the title "Method Of Making The Cast Articles Of High Temperature Melting Materials "(Method Of Making of die-cast objects made of materials with high melting temperature), on the same date and incorporated herein by reference, described and claimed.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung eines druckgegossenen Gasturbinenmaschinen-Bauteils, das aus Titanlegierung besteht.The The present invention relates generally to a method of manufacture of a die-cast gas turbine engine component made of titanium alloy consists.

Titan und Titanlegierungen werden bei Anwendungen verwendet, die geringes Gewicht und hohe Festigkeits-Gewicht-Verhältnisse erfordern. Diese Legierungen zeigen eine gute Korrosionsbeständigkeit und sind im Allgemeinen bis hinauf zu relativ hohen Temperaturen, z.B. bis zu etwa 1.200°F/650°C, brauchbar. Im weiten Sinn soll der Begriff „Titanlegierungen" Legierungen umfassen, die aus mindestens etwa 25 Atomprozent Titan bestehen.titanium and titanium alloys are used in applications that are low Require weight and high strength-to-weight ratios. These alloys show good corrosion resistance and are generally up to relatively high temperatures, e.g. up to about 1200 ° F / 650 ° C, usable. In a broad sense, the term "titanium alloys" is intended to include alloys that consist of at least about 25 atomic percent titanium.

In Gasturbinenmaschinen beispielsweise werden Titanlegierungen in der Kompressorsektion der Maschine verwendet, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Strömungsprofile wie Laufschaufeln und Leitschaufeln, sowie Strukturbauteile wie Zwischenstücke und Kompressorgehäuse und Kompressorscheiben. Eine Titanlegierung, die in Gasturbinenmaschinen in breitem Umfang verwendet wird, ist Ti 6-4, die etwa 6 Gew.-% (Gewichtsprozent) Aluminium, etwa 4 Gew.-% Vanadium, Rest im Wesentlichen Titan enthält und in Umgebungen bis zu etwa 600°F verwendet wird.In Gas turbine engines, for example, titanium alloys in the Compressor section of the machine used, including, but not limited on airfoils like blades and vanes, as well as structural components like spacers and compressor housing and compressor disks. A titanium alloy used in gas turbine engines is widely used, Ti is 6-4, which is about 6 wt% (weight percent) Aluminum, about 4 wt .-% vanadium, balance essentially contains titanium and in Environments up to about 600 ° F is used.

Für Anwendungen bei höherer Temperatur, z.B. in Umgebungen bis hin zu etwa 1200°F/650°C, und wo verbesserte Kriecheigenschaften und andere Hochtemperatureigenschaften gebraucht werden, kann Ti-6-2-4-2 verwendet werden, und es enthält etwa 6 Gew.-% Al, etwa 2 Gew.-% Sn (Zinn), etwa 4 Gew.-% Zr (Zirconium) und etwa 2 Gew.-% Mo (Molybdän), Rest im Wesentlichen Titan. Andere Legierungen auf Titanbasis können ebenfalls verwendet werden, wie Ti 8-1-1, die etwa 8 Gew.-% Al, 1 Gew.-% Mo und 1 Gew.-% V (Vanadium), Rest im Wesentlichen Titan enthält, sowie Titan-Aluminide, die im Allgemeinen aus Titan und Aluminium in stöchiometrischen Mengen bestehen, wie TiAl und TiAl₃. Zusätzlich zu den oben diskutierten Eigenschaften müssen diese Materialien zumindest in der Lage sein, zu relativ komplexen, dreidimensionalen Gestaltungen wie Strömungsprofilen geformt zu werden, und sie müssen oxidationsbeständig sein – besonders bei erhöhten Temperaturen.For higher temperature applications, eg in environments up to about 1200 ° F / 650 ° C, and where improved creep properties and other high temperature properties are needed, Ti-6-2-4-2 can be used and it contains about 6 wt % Al, about 2 wt% Sn (tin), about 4 wt% Zr (zirconium) and about 2 wt% Mo (molybdenum), balance essentially titanium. Other titanium-based alloys may also be used, such as Ti 8-1-1, which contains about 8 wt% Al, 1 wt% Mo, and 1 wt% V (vanadium), balance essentially titanium, as well as Titanium aluminides, which generally consist of titanium and aluminum in stoichiometric amounts, such as TiAl and TiAl ₃ . In addition to the properties discussed above, these materials must at least be capable of being formed into relatively complex, three-dimensional shapes, such as airfoils, and must be resistant to oxidation, especially at elevated temperatures.

Titan und Titanlegierungen (ausgenommen Titan-Aluminide) wurden in der Vergangenheit typischerweise präzisionsgeschmiedet, um Teile mit einer feinen mittleren Korngröße und einer Ausgewogenheit von hoher Festigkeit, niedrigem Gewicht und Haltbarkeit oder hoher Zyklus-Ermüdungsbeständigkeit herzustellen. In der Gasturbinenmaschinen-Industrie ist Schmieden ein bevorzugtes Verfahren, das zur Herstellung von Teilen mit komplexen dreidimensionalen Formen wie Laufschaufeln und Leitschaufeln verwendet wird. Wenn sie richtig hergestellt werden, weisen geschmiedete Teile eine Ausgewogenheit von hoher Festigkeit, niedrigem Gewicht und Haltbarkeit auf.titanium and titanium alloys (except titanium aluminides) were used in the Past typically precision-forged, parts with a fine average grain size and a balance high strength, low weight and durability or high Cycle fatigue resistance manufacture. In the gas turbine engine industry is forging a preferred process for the preparation of parts with complex used three-dimensional shapes such as blades and vanes becomes. If they are made properly, have forged parts a balance of high strength, low weight and Shelf life.

In Kürze, zum Schmieden eines Teils wie eines Strömungsprofils wird ein Ingot aus einem Material in Barrenform, typischerweise eine zylindrische für Laufschaufeln und Leitschaufeln, umgewandelt, und wird dann thermomechanisch bearbeitet, wie durch mehrmaliges Erhitzen und Stanzen zwischen Gesenken und/oder Hämmern, die typischerweise der gewünschten Gestalt zunehmend ähnlich geformt sind, um das Material plastisch zu der gewünschten Bauteil-Gestalt zu verformen. Die Schmiedegesenke können typischerweise erhitzt werden. Jedes Bauteil wird typischerweise wärmebehandelt, um gewünschte Eigenschaften zu erhalten, z.B. Härtung/Festigung, Spannungsabbau, Beständigkeit gegen Risswachstum und ein bestimmter Grad an HCF-Beständigkeit, und wird auch nachbearbeitet, z.B. spanabhebend bearbeitet, formgeätzt und/oder lösungsmittelbearbeitet, wenn erforderlich, um das Bauteil mit der präzisen Gestalt, den Abmessungen und/oder Oberflächenmerkmalen auszustatten.In shortly Forging a part like a flow profile becomes an ingot from a material in bar form, typically a cylindrical one for blades and vanes, converted, and is then thermomechanically processed, as by repeated heating and punching between dies and / or Hammer, typically the desired one Form increasingly similar are shaped to make the material plastic to the desired Deform component shape. The forging dies can typically to be heated. Each component is typically heat treated, desired To obtain properties, e.g. Hardening / strengthening, stress reduction, resistance against crack growth and a certain degree of HCF resistance, and is also post-processed, e.g. machined, etched and / or solvent-processed, if required to make the component with the precise shape, dimensions and / or surface features equip.

Die Herstellung von Bauteilen durch Schmieden ist ein teurer, zeitaufwändiger Prozess und ist daher typischerweise nur für Bauteile gerechtfertigt, die ein besonders harmonisches Verhältnis von Eigenschaften, z.B. hohe Festigkeit, geringes Gewicht und Haltbarkeit, sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen, erfordern. Was das Erhalten von Material zum Schmieden betrifft, benötigen bestimmte Materialien lange Vorlaufzeiten. Schmieden umfasst typischerweise eine Reihe von Vorgängen, von denen jeder separate Gesenke und zugehörige Gerätschaften erfordert. Die Nachbearbeitungsvorgänge nach dem Schmieden, z.B. spanabhebend Bearbeiten des Wurzelbereichs einer Laufschaufel und Schaffen der passenden Oberfläche-Beschaffenheit, machen einen signifikanten Teil der Gesamtkosten der Herstellung geschmiedeter Teile aus und weisen einen signifikanten Anteil an Teilen, die aussortiert werden müssen, auf.Forging forgings is a costly, time-consuming process and is therefore typically justified only for components that require a particularly harmonic ratio of properties, such as high strength, low weight and durability, both at room temperature and at elevated temperatures. As for obtaining material for forging, certain materials require long lead times. Forging typically involves a series of operations, each requiring separate dies and associated equipment. Post-forging operations, such as machining the root portion of a blade and creating the appropriate surface finish, account for a significant portion of the total cost of producing forged parts have a significant amount of parts that need to be sorted out.

Während des Schmiedens der Bauteile wird viel von dem ursprünglichen Material (bis zu etwa 85% in Abhängigkeit vom Umfang des Schmiedens) entfernt und bildet keinen Teil des fertigen Bauteils, z.B. ist es Abfall. Die Komplexität der Gestalt des hergestellten Bauteils trägt lediglich zu der Mühe und den Kosten bei, die zur Fertigung des Bauteils erforderlich sind, was eine noch wichtigere Überlegung für Gasturbinenmaschinen-Bauteile mit besonders komplexen Gestalten ist. Titanlegierungen können auch etwas zurückschnellen, z.B. ist das Material elastisch, und das Zurückschnellen muss während des Schmiedens berücksichtigt werden, d.h. die Teile müssen typischerweise „überschmiedet" werden. Wie oben angegeben, können fertiggestellte Bauteile noch eine umfassende Bearbeitung nach dem Schmieden erfordern. Darüber hinaus haben, da Computer-Software verwendet wird, um Computer-Fluiddynamik zum Analysieren und Erzeugen aerodynamisch effizienterer Strömungsprofil-Gestalten anzuwenden, derartige Strömungsprofile und Bauteile noch kompliziertere dreidimensionale Gestalten. Es ist schwieriger oder unmöglich, Titanlegierungen präzise zu diesen fortgeschrittenen, komplizierteren Gestalten zu schmieden, z.B. teilweise wegen der leicht elastischen Natur, die viele Materialien während des Schmiedens zeigen, was weiter zu den Kosten der Bauteile beiträgt oder die Bauteile so kostspielig macht, dass es wirtschaftlich nicht machbar ist, bestimmte Fortschritte in der Maschinentech nologie auszunutzen oder bestimmte Legierungen für manche Bauteile zu verwenden.During the Forging the components takes much of the original material (up to about 85% dependent on from the scope of forging) and forms no part of the finished Component, e.g. it is waste. The complexity of the shape of the manufactured Component contributes only to the trouble and the costs required to manufacture the component which is an even more important consideration for gas turbine engine components with particularly complex shapes. Titanium alloys can also do something smartly e.g. the material is elastic, and the recoil must be during forging considered are, i. the parts have to typically "overmixed." As above indicated finished components still a comprehensive processing after forging require. About that In addition, since computer software is used to computer fluid dynamics to use to analyze and generate aerodynamically more efficient airfoil shapes, Such flow profiles and components even more complicated three-dimensional shapes. It is more difficult or impossible Titanium alloys precise to forge to these more advanced, more complicated figures, e.g. partly because of the slightly elastic nature that many materials while forging, which further contributes to the cost of the components or makes the components so expensive that it is not economical feasible, certain advances in machine technology exploit or use certain alloys for some components.

Geschmiedete Bauteile können Schmiede-Unvollkommenheiten enthalten, die dazu neigen, schwierig zu prüfen zu sein. Darüber hinaus ist die präzise Reproduzierbarkeit ebenfalls ein Thema – Schmieden führt nicht zu Bauteilen mit Abmessungen, die von Teil zu Teil präzise dieselben sind. Nach der Prüfung müssen viele Teile noch erneut bearbeitet werden. Als eine allgemeine Regel müssen geschmiedete Teile zu etwa 20% der Zeit ausrangiert oder signifikant erneut bearbeitet werden. Darüber hinaus sind neuere, fortschrittlichere Legierungen auf Titanbasis zunehmend schwierig (wenn nicht unmöglich) und dementsprechend kostspieliger zu schmieden. Diese Bedenken verstärken sich nur, wenn komplexere dreidimensionale Strömungsprofil-Geometrien verwendet werden.forged Components can Forge Imperfections that tend to be difficult to consider to be. About that It is also precise Reproducibility also an issue - forging does not lead to components with dimensions that are precisely the same from part to part are. After the exam have to many parts will be edited again. As a general rule have to Forged parts are discarded or significant at about 20% of the time be edited again. Furthermore are more recent, more advanced titanium-based alloys difficult (if not impossible) and accordingly more expensive to forge. These concerns increase only when using more complex three-dimensional airfoil geometries become.

Gießen wurde in breitem Umfang verwendet, um Gegenstände einer Gestalt relativ nahe an der fertigen Gestalt herzustellen.Was pouring Widely used to relatively close objects of a shape to produce the finished shape.

Investmentgießen, bei dem geschmolzenes Metall in eine Keramik-Gießmaske mit einem Hohlraum in der Gestalt des zu gießenden Gegenstands gegossen wird, kann zur Herstellung derartiger Gegenstände verwendet werden. Investmentgießen erzeugt jedoch extrem große Körner, z.B. ASTM1 oder größer (relativ zu der kleinen mittleren Korngröße, die durch Schmieden erreichbar ist), und in manchen Fällen umfasst das gesamte Teil ein einziges Korn. Darüber hinaus ist dieser Prozess teuer, da für jedes Teil eine individuelle Form hergestellt wird. Reproduzierbarkeit sehr präziser Abmessungen von Teil zu Teil ist schwierig zu erreichen. Zusätzlich wird das geschmolzene Material typischerweise in Luft oder einem anderen Gas geschmolzen, gegossen und/oder fest werden lassen, was zu Teilen mit unerwünschten Eigenschaften wie Einschlüssen und Porosität führen kann, besonders für Materialien, die reaktive Elemente wie Titan oder Aluminium enthalten.Investment casting, at the molten metal in a ceramic casting mask with a cavity in the shape of the to be poured Cast article can be used for the production of such items become. Investment casting However, it produces extremely large grains e.g. ASTM1 or greater (relative to the small mean grain size passing through Forging is attainable), and in some cases covers the entire part a single grain. About that In addition, this process is expensive, since for each part an individual Mold is made. Reproducibility of very precise dimensions from part to part is difficult to achieve. In addition, the molten Material typically melted in air or another gas, cast and / or solidify, resulting in parts with undesirable properties like inclusions and porosity can lead, especially for Materials containing reactive elements such as titanium or aluminum.

Kokillenguss, bei dem geschmolzenes Material in eine mehrteilige, wiederverwendbare Form gegossen wird und nur unter der Kraft der Schwerkraft in die Form fließt, wurde ebenfalls allgemein zum Gießen von Teilen verwendet. Siehe z.B. das US-Patent Nr. 5 505 246 von Colvin. Kokillenguss hat jedoch mehrere Nachteile. Für dünne Gussteile wie Strömungsprofile kann die Kraft der Schwer kraft nicht ausreichend sein, um das Material in dünnere Abschnitte zu drängen, insbesondere dann, wenn Materialien mit hoher Schmelztemperatur und geringe Überhitzungen verwendet werden, und dementsprechend füllt sich die Form nicht durchweg, und die Teile müssen ausrangiert werden. Die Abmessungstoleranzen müssen relativ groß sein und erfordern dementsprechend mehr Bearbeitung nach dem Gießen, und Wiederholbarkeit ist schwierig zu erreichen. Kokillenguss führt auch zu einer relativ schlechten Oberflächen-Beschaffenheit, was auch mehr Bearbeitung nach dem Gießen erfordert.chill casting, in the molten material in a multipart, reusable Mold is poured and only under the force of gravity in the Shape flows, was also commonly used for casting parts. Please refer e.g. US Pat. No. 5,505,246 to Colvin. Chill casting, however, has several disadvantages. For thin castings like flow profiles The force of gravity may not be sufficient to handle the material in thinner sections to urge especially when materials with high melting temperature and low overheating are used, and accordingly the shape does not fill consistently, and the parts have to be scrapped. The dimensional tolerances must be relatively large and accordingly require more processing after casting, and Repeatability is difficult to achieve. Chill casting also leads to a relatively poor surface texture, which also more processing after casting requires.

Druckguss, bei dem geschmolzenes Metall unter Druck in eine wiederverwendbare Gießform eingespritzt wird, wurde in der Vergangenheit erfolgreich verwendet, um Gegenstände aus Materialien mit relativ niedrigen Schmelztemperaturen, z.B. unterhalb etwa 2000°F/1095°C, herzustellen. Wie beispielsweise in den US-Patenten Nr. 2 932 865, Nr. 3 106 002, Nr. 3 532 561 und Nr. 3 646 990 dargelegt, umfasst eine konventionelle Druckgussmaschine einen Schusskanal, der an eine (typischerweise fixierte) Platte einer mehrteiligen Gießform, z.B. einer zweiteiligen Gießform mit einer fixierten und einer beweglichen Platte, die zusammenwirken, um einen Gießform-Hohlraum zu definieren, montiert ist. Der Schusskanal ist horizontal, vertikal oder zwischen horizontal und vertikal geneigt ausgerichtet. Der Kanal steht mit einem Gießlauf der Gießform in Verbindung und weist eine Öffnung auf dem Kanal auf, durch die geschmolzenes Metall gegossen wird. Ein Kolben ist zur Bewegung in dem Kanal angeordnet, und ein Antriebsmechanismus bewegt den Kolben und zwingt geschmolzenes Metall aus dem Kanal in die Gießform. In einer Druckgussmaschine vom "Kaltkammer-"Typ ist der Schusskanal typischerweise horizontal ausgerichtet und wird nicht erwärmt. Das Gießen geschieht üblicherweise unter atmosphärischen Bedingungen, d.h. die Ausrüstung befindet sich nicht in einer nicht-reaktiven Umgebung wie einer Vakuumkammer oder in inerter Atmosphäre.Die casting, in which molten metal is injected under pressure into a reusable mold, has been used successfully in the past to produce articles of materials having relatively low melt temperatures, eg, below about 2000 ° F / 1095 ° C. For example, as set forth in U.S. Patent Nos. 2,932,865, 3,106,002, 3,332,561, and 3,646,990, a conventional die casting machine includes a firing channel that attaches to a (typically fixed) plate of a multi-part mold , For example, a two-part mold with a fixed and a movable plate, which cooperate to define a mold cavity, is mounted. The firing channel is horizontally, vertically or horizontally and vertically inclined. The channel communicates with a runner of the mold and has an opening on the channel through which molten metal is poured. A piston is disposed for movement in the channel and a drive mechanism moves the piston and forces molten metal out of the channel the mold. In a "cold chamber" type die casting machine, the shot channel is typically oriented horizontally and is not heated. The casting is usually done under atmospheric conditions, ie the equipment is not in a non-reactive environment such as a vacuum chamber or in an inert atmosphere.

Die Nachteile derartiger Maschinen werden ebenfalls in den US-Patenten Nr. 3 646 990 und Nr. 3 791 440, beide von Cross, diskutiert, insbesondere in Verbindung mit der Unfähigkeit, derartige Maschinen zum Gießen von Materialien mit höherem Schmelzpunkt zu verwenden. In konventionellen Maschinen ist die Atmosphäre in dem Schusskanal nicht evakuiert, und der Kolben treibt auch jegliche Luft aus dem Kanal in die Gießform, was zur Porosität druckgegossener Gegenstände führt, ein Zustand, der sowohl unerwünscht als auch unzulässig ist, insbesondere wenn der Gegenstand in anspruchsvollen Anwendungen verwendet werden soll, wie Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt. Dementsprechend muss, um das Einspritzen von Blasen mit dem geschmolzenen Material zu vermeiden, der Schusskanal so vollständig wie möglich gefüllt sein, oder er ist geneigt, so dass jegliche Luft in dem geschmolzenen Material vor dem Einspritzen von der Gießform weg wandert. Drüber hinaus verfestigt sich, da der Schusskanal nicht erhitzt wird, eine Haut oder „Büchse" aus geschmolzenem Metall an der Innenseite des Schusskanals, und um den Kolben durch den Kanal zu bewegen, um das geschmolzene Metall in die Gießform einzuspritzen, muss der Kolben den Widerstand des fest gewordenen Metalls überwinden, wobei er die Haut von dem Kanal weg kratzt und dadurch „die Büchse zerdrückt". Die Büchse bildet jedoch ein strukturmäßig starkes Element, z.B. in der Form eines Zylinders, der von dem Kanal gestützt wird, der Kolben und/oder die zugehörige Anordnung zum Bewegen des Kolbens kann wegen des Widerstands gegen die Kolbenbewegung beschädigt oder zerstört werden. Wenn der Kolben thermisch verformt wird und der Gestalt des Kanals nicht angepasst ist, oder wenn der Kanal thermisch verformt wird, was den freien Raum zwischen dem Kanal und dem Kolben verändert, kann ein Durchtritt von Metall zwischen Kolben und Kanal („Zurückdrücken") auftreten und/oder den Kolben festfressen lassen, was alles die sich ergebenden Gegenstände nachteilig beeinflusst. Siehe auch US-Patent Nr. 3 533 464 von Parlanti et al.The Disadvantages of such machines are also disclosed in the US patents No. 3,646,990 and No. 3,791,440, both to Cross, in particular in connection with the inability such machines for casting of materials with higher To use melting point. In conventional machines is the the atmosphere not evacuated in the firing channel, and the piston also drives any Air from the channel into the mold, what about porosity diecast items leads, a condition that is both undesirable as well as inadmissible is, especially if the subject in demanding applications should be used, such as components for aerospace. Accordingly, in order to inject bubbles with the molten material to avoid being filled the firing channel as completely as possible, or he is inclined allowing any air in the molten material before injecting from the mold walks away. about it In addition, since the firing channel is not heated, one solidifies Skin or "tin" of molten Metal on the inside of the firing channel, and around the piston to move the channel to inject the molten metal into the mold, the piston must overcome the resistance of the solidified metal, scratching the skin away from the canal and thereby "crushing the can." The can forms but a structurally strong Element, e.g. in the shape of a cylinder supported by the channel, the piston and / or the associated Arrangement for moving the piston can because of the resistance against the piston movement is damaged or destroyed. When the piston is thermally deformed and the shape of the channel is not adjusted, or if the channel is thermally deformed, which can change the free space between the channel and the piston a passage of metal between the piston and the channel ("pushing back") occur and / or let the piston seize, which all the resulting objects adversely affected. See also U.S. Patent No. 3,533,464 to Parlanti et al.

Die Schrift Larsen D et al., „Vacuum-Die Casting Titanium for Aerospace and Commercial Components" Jom, The Society, TMS, Warrendale, PA, US, Vol. 51, Nr. 6, Juni 1999 (1999-06), Seiten 26-27, XP001026423 ISSN: 1047-4838, offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt durch Vakuum-Druckgießen von Titanlegierungen.The Scripture Larsen D et al., "Vacuum-Die Casting Titanium for Aerospace and Commercial Components "Jom, The Society, TMS, Warrendale, PA, US, Vol. 51, No. 6, June 1999 (1999-06), pages 26-27, XP001026423 ISSN: 1047-4838, discloses a method for Production of components for the aerospace industry by vacuum die casting of titanium alloys.

Trotz umfangreicher Bemühungen wurden die konventionellen "Kaltkammer-"Druckgussvorrichtungen nicht erfolgreich verwendet, um aus Materialien mit hoher Schmelztemperatur, wie Titanlegierungen und Superlegierungen, bestehende Gegenstände herzustellen. Wie hierin verwendet, beziehen sich Superlegierungen allgemein auf jene Materialien, die durch hohe Festigkeit gekennzeichnet sind und die bei hohen Temperaturen eine hohe Festigkeit beibehalten. Derartige Materialien sind auch durch relativ hohe Schmelzpunkte gekennzeichnet. Versuche in der Vergangenheit, Materialien mit hoher Schmelztemperatur wie Titanlegierungen und Superlegierungen druckzugießen, führten zu nicht betriebsfähigen Druckgussmaschinen sowie zu Gegenständen, die durch mindere Qualität wie Verunreinigungen, übermäßige Porosität und relativ schlechte Festigkeits- und Ermüdungseigenschaften gekennzeichnet waren.In spite of extensive efforts were the conventional "cold chamber" die casting devices unsuccessful to use materials with high melting temperature, such as titanium alloys and superalloys to make existing objects. As used herein, superalloys generally refer to those materials that are characterized by high strength and maintaining high strength at high temperatures. Such materials are also characterized by relatively high melting points characterized. Attempts in the past, materials with high Melting temperature such as titanium alloys and super alloys pressure-casting, led to inoperable die casting machines as well as objects, the by inferior quality like impurities, excessive porosity and relative poor strength and fatigue properties were marked.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, druckgegossene Gegenstände, die aus Materialien mit hoher Schmelztemperatur wie Titanlegierungen bestehen, bereitzustellen.It It is an object of the present invention to provide die-cast articles which made of high melting temperature materials such as titanium alloys exist to provide.

Es ist eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Gegenstände hoher Qualität bereitzustellen, die aus Legierungen mit einem beträchtlichen Gehalt an reaktiven Elementen wie Titan und Aluminium bestehen.It is an extra Object of the present invention to provide high quality articles, made of alloys with a considerable content of reactive Elements such as titanium and aluminum exist.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, druckgegossene Gegenstände aus Titanlegierung mit Eigenschaften, die denjenigen entsprechender geschmiedeter Gegenstände vergleichbar sind, bereitzustellen.It Another object of the present invention is diecast objects Titanium alloy with properties similar to those forged items are comparable to provide.

Es ist eine speziellere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Gegenstände aus Titanlegierung, die eine Festigkeit, Haltbarkeit und Ermüdungsbeständigkeit haben, die mit derjenigen entsprechender geschmiedeter Gegenstände aus Titanlegierung vergleichbar ist, bereitzustellen.It is a more specific object of the present invention to provide articles Titanium alloy, which provides strength, durability and fatigue resistance have those with corresponding forged items made Titanium alloy is comparable to provide.

Es ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, derartige Gegenstände mit komplexen, dreidimensionalen Gestalten (wie Gasturbinenmaschinen-Laufschaufeln und -Leitschaufeln), die schwierig, wenn nicht unmöglich, zu schmieden sind, bereitzustellen.It is yet another object of the present invention, such objects with complex, three-dimensional shapes (such as gas turbine engine blades and Blades) that are difficult, if not impossible, to forge.

Zusätzliche Aufgaben werden für Fachleute auf der Basis der folgenden Offenbarung und der Zeichnungen deutlich.additional Tasks are for Those skilled in the art based on the following disclosure and drawings clear.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY THE INVENTION

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines druckgegossenen Gegenstands aus Titanlegierung offenbart. Der Gegenstand, beispielsweise ein Strömungsprofil für eine Gasturbinenmaschine, hat eine inver se beta-Mikrostruktur und hat bevorzugt auch eine für einen gegossenen Gegenstand feine mittlere Korngröße, z.B. ASTM1 oder kleiner, und ein Fehlen von Fließlinien. Zu beispielhaften Titanlegierungen gehören Ti 6Al-4V (Zusammensetzung aufweisend etwa 4 bis 8 Gew.-% Al und 3 bis 5 Gew.-% V, Rest im Wesentlichen Titan) oder Ti 6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Zusammensetzung aufweisend etwa 5,5 bis 6,5 Gew.-% Al, etwa 1,75 bis 2,25 Gew.-% Sn (Zinn), etwa 3,5 bis 4,5 Gew.-% Zr, etwa 1,8 bis 2,2 Gew.-% Mo, Rest im Wesentlichen Titan). Andere Titanlegierungen wurden ebenfalls erfolgreich druckgegossen, wie Ti 8Al-1Mo-1V und Titan-Aluminide.In accordance with one aspect of the invention, a method of making a die-cast titanium alloy article is disclosed. The Ge The object of the invention, for example an airfoil for a gas turbine engine, has an inverse beta-microstructure and preferably also has a fine grain size which is fine for a cast article, eg ASTM1 or less, and a lack of flowlines. Exemplary titanium alloys include Ti 6Al-4V (composition comprising about 4 to 8 wt.% Al and 3 to 5 wt.% V, balance essentially titanium) or Ti 6Al-2Sn-4Zr-2Mo (composition comprising about 5, 5 to 6.5 wt% Al, about 1.75 to 2.25 wt% Sn (tin), about 3.5 to 4.5 wt% Zr, about 1.8 to 2.2 Wt% Mo, balance essentially titanium). Other titanium alloys have also been successfully die cast, such as Ti 8Al-1Mo-1V and titanium aluminides.

Die Gegenstände haben sowohl eine Streckgrenze als auch eine Zugfestigkeit sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhter Temperatur, die denen geschmiedeter Teile, die aus demselben Material bestehen, zumindest vergleichbar sind, und sie haben auch ähnliche Ermüdungseigenschaften.The objects have both a yield strength and a tensile strength both at room temperature as well as at elevated temperature, which are those Forged parts made of the same material, at least are comparable, and they also have similar fatigue properties.

Die vorliegende Erfindung ist insofern vorteilhaft, als sie jegliches Erfordernis, speziell zugeschnittene Materialbarren herzustellen, beseitigt. Dementsprechend wird die Zeit, die zur Herstellung eines Teils, vom Ingot bis zum fertiggestellten Teil, erforderlich ist, beträchtlich verringert. Druckgießen kann weitgehend in einem einzigen Vorgang durchgeführt werden, im Gegensatz zu mehreren Schmiedevorgängen. Beim Druckgießen können mehrere Teile bei einem einzigen Guss hergestellt werden. Druckgießen ermöglicht die Herstellung von Teilen mit komplexeren dreidimensionalen Gestalten als Schmieden, wodurch es ermöglicht, dass neue Software-Designtechnologie auf Gebieten wie Gasturbinenmaschinen angewendet und ausgenutzt wird, und die Herstellung aerodynamisch wirkungsvollerer Strömungsprofile und anderer Bauteile ermöglicht. Druckgießen ermöglicht die Herstellung derartiger Gegenstände unter Verwendung von Materialien, die schwierig oder unmöglich zu solchen Gestalten schmiedbar sind. Druckgegossene Teile werden mit einer Gestalt, die ihrer fertigen Gestalt näher ist, und mit einer hervorragenden Oberflächenbeschaffenheit hergestellt, wodurch Nachbearbeitungsvorgänge nach der Herstellung minimiert werden und die Kosten der Herstellung derartiger Teile verringert werden.The The present invention is advantageous in that it includes any Requirement to produce specially cut material bars, eliminated. Accordingly, the time needed to produce a Part, from the ingot to the finished part, is required considerably reduced. Die-casting can be performed largely in a single operation, as opposed to several forging operations. When die casting can several parts are produced in a single casting. Die casting allows the Production of parts with more complex three-dimensional shapes as forging, which makes it possible that new software design technology in areas such as gas turbine engines applied and exploited, and the production aerodynamic more effective flow profiles and other components. Die casting allows the Production of such objects using materials that are difficult or impossible to Such figures are malleable. Diecast parts come with a Figure closer to her finished form, and with an outstanding figure Surface texture produced, which post-processing operations after The production is minimized and the cost of manufacture Such parts are reduced.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 ist eine Ansicht eines druckgegossenen Gegenstands aus Titanlegierung, der nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde. 1 FIG. 11 is a view of a titanium alloy die-cast article obtained by a method according to the present invention. FIG.

2 ist eine Mikrofotografie, die die Mikrostruktur eines aus druckgegossenem Ti 6-4 bestehenden Strömungsprofils, das nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, veranschaulicht. 2 Fig. 10 is a photomicrograph illustrating the microstructure of a die-cast Ti 6-4 airfoil obtained by a process according to the present invention.

3 ist eine Mikrofotografie, die die Mikrostruktur eines aus druckgegossenem Ti 6-4 bestehenden Prüfstabs, der nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, veranschaulicht. 3 Fig. 10 is a photomicrograph illustrating the microstructure of a Ti 6-4 die cast test rod obtained by a method according to the present invention.

4 ist eine Mikrofotografie, die die Mikrostruktur eines aus geschmiedetem Ti 6-4 bestehenden Strömungsprofils veranschaulicht. 4 is a photomicrograph illustrating the microstructure of an forged Ti 6-4 airfoil.

5 und 6 veranschaulichen einen Vergleich von Eigenschaften für druckgegossenes Ti 6-4, das nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, und geschmiedetes Ti 6-4. 5 and 6 illustrate a comparison of properties for die cast Ti 6-4 obtained by a process according to the present invention and forged Ti 6-4.

7 und 8 veranschaulichen Ermüdungseigenschaften von druckgegossenem Ti 6-4 und entsprechenden geschmiedeten Gegenständen. 7 and 8th illustrate fatigue properties of die-cast Ti 6-4 and corresponding forged articles.

9 ist eine Mikrofotografie, die die Mikrostruktur eines aus druckgegossenem Ti 6-2-4-2 bestehenden Strömungsprofils, das nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, veranschaulicht. 9 Fig. 10 is a photomicrograph illustrating the microstructure of a die-cast Ti 6-2-4-2 airfoil obtained by a process according to the present invention.

10 ist eine Mikrofotografie, die die Mikrostruktur eines aus druckgegossenem Ti 6-2-4-2 bestehenden Prüfstabs, der nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, veranschaulicht. 10 Fig. 10 is a photomicrograph illustrating the microstructure of a Ti 6-2-4-2 die-cast test rod obtained by a method according to the present invention.

11 ist eine Mikrofotografie, die die Mikrostruktur eines aus geschmiedetem Ti 6-2-4-2 bestehenden Strömungsprofils veranschaulicht. 11 is a photomicrograph illustrating the microstructure of a forged Ti 6-2-4-2 airfoil.

12 veranschaulicht einen Vergleich von Eigenschaften für druckgegossenes Ti 6-2-4-2, das nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, und geschmiedetes Ti 6-2-4-2. 12 Figure 12 illustrates a comparison of properties for die cast Ti 6-2-4-2 obtained by a process according to the present invention and forged Ti 6-2-4-2.

13 ist eine Mikrofotografie, die die Mikrostruktur eines Gegenstands, der aus druckgegossenem Ti 8-1-1 besteht, veranschaulicht. 13 Fig. 10 is a photomicrograph illustrating the microstructure of an article made of die-cast Ti 8-1-1.

14 und 15 sind schematische Ansichten einer Druckgussmaschine, die in einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist. 14 and 15 Fig. 3 are schematic views of a die casting machine to be used in a method according to the present invention.

16 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zum Druckgießen von Materialien mit hoher Schmelztemperatur gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 16 FIG. 10 is a flowchart illustrating a process for die casting high melting temperature materials in accordance with the method of the present invention.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENPRECISE DESCRIPTION THE PREFERRED EMBODIMENTS

Wendet man sich nun 1 zu, wird ein druckgegossener Gegenstand aus Titanlegierung, der nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, allgemein durch die Bezugsziffer 10 bezeichnet. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Gegenstand eine Kompressor-Laufschaufel 10 für eine Gasturbinenmaschine und umfasst ein Strömungsprofil 12, eine Plattform 14 und eine Wurzel 16.Turning now 1 In addition, a diecast titanium alloy article obtained by a method according to the present invention is generally indicated by the reference numeral 10 designated. In the illustrated embodiment, the article is a compressor blade 10 for a gas turbine engine and includes an airfoil 12 , a platform 14 and a root 16 ,

Eine Titanlegierung, die in breitem Umfang für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt verwendet wird (und auch bei vielen anderen Anwendungen verwendet wird), ist Ti-6Al-4V („Ti 6-4"), die im Allgemeinen etwa 4 bis 8 Gew.-% (Gewichtsprozent) Al, 3 bis 5 Gew.-% V, enthält. Ti 6-4 enthält typischerweise auch einige Verunreinigungen und kann beispielsweise auch bis zu 0,5 Gew.-% Fe, bis zu 0,25 Gew.-% O, bis zu 0,20 Gew.-% C, bis zu 0,1 Gew.-% N, bis zu 0,02 Gew.-% H, bis zu 0,01 Gew.-% Y, bis zu 0,4 Gew.-% andere Elemente enthalten.A Titanium alloy, widely used in aerospace applications. and space travel is used (and also used in many other applications is), Ti-6Al-4V ("Ti 6-4 "), which in general about 4 to 8 wt .-% (weight percent) Al, 3 to 5 wt .-% V, contains. Ti 6-4 contains also typically some impurities and can, for example also up to 0.5% by weight Fe, up to 0.25% by weight O, up to 0.20% by weight C, up to 0.1 wt.% N, up to 0.02 wt.% H, up to 0.01 wt.% Y, up to 0.4 Wt .-% contain other elements.

Für Anwendungen bei höherer Temperatur, wo verbesserte Eigenschaften bei höherer Temperatur erforderlich sind, wird Ti 6Al-2Sn-4Zr-2Mo („Ti 6-2-4-2") verwendet, und enthält im Allgemeinen etwa 5 bis 7 Gew.-% Al, 1,5 bis 2,5 Gew.-% Sn (Zinn), 3,0 bis 5,0 Gew.-% Zr, 1,5 bis 2,5 Gew.-% Mo. Ti 6-2-4-2 enthält typischerweise auch einige Verunreinigungen und kann beispielsweise auch 0,05 bis 0,15 Gew.-% Si, bis zu 0,2 Gew.-% Fe, bis zu 0,25 Gew.-% O, bis zu 0,15 Gew.-% Cu, bis zu 0,1 Gew.-% N, bis zu 0,02 Gew.-% H, bis zu 0,010 Y, bis zu 0,4 Gew.-% andere Elemente enthalten.For applications at higher Temperature, where improved properties required at higher temperature Ti 6Al-2Sn-4Zr-2Mo ("Ti 6-2-4-2") is used, and contains generally about 5 to 7 wt.% Al, 1.5 to 2.5 wt.% Sn (tin), 3.0 to 5.0 wt% Zr, 1.5 to 2.5 wt% Mo. Ti 6-2-4-2 typically contains also some impurities and may for example also 0.05 to 0.15 wt% Si, up to 0.2 wt% Fe, up to 0.25 wt% O, to to 0.15% by weight of Cu, up to 0.1 wt.% N, up to 0.02 wt.% H, up to 0.010 Y, up to 0.4% by weight of other elements.

Zu anderen Ti-Legierungen gehören Ti 8-1-1 und Titan-Aluminide, die aus stöchiometrischen Mengen an Titan und Aluminium bestehen. Ti 8-1-1 enthält im Allgemeinen etwa 7 bis 8,5 Gew.-% Al, 0,5 bis 1,5 Gew.-% Mo und 0,5 bis 1,5 Gew.-% V, Rest im Wesentlichen Titan. Ti 8-1-1 enthält typischerweise auch einige Verunreinigungen und kann beispielsweise auch bis zu 0,22 Gew.-% Si, bis zu 0,4 Gew.-% Fe, bis zu 0,15 Gew.-% O, bis zu 0,1 Gew.-% C, bis zu 0,25 Gew.-% Sn, bis zu 0,15 Gew.-% Cu, bis zu 750 ppm N, bis zu 200 ppm H, bis zu 50 ppm B, bis zu 75 ppm Y enthalten.To belong to other Ti alloys Ti 8-1-1 and titanium aluminides consisting of stoichiometric amounts of titanium and aluminum exist. Ti 8-1-1 generally contains about 7 to 8.5% by weight of Al, 0.5 to 1.5% by weight of Mo and 0.5 to 1.5% by weight of V, balance essentially Titanium. Contains Ti 8-1-1 also typically some impurities and can, for example also up to 0.22% by weight of Si, up to 0.4% by weight of Fe, up to 0.15% by weight. O, up to 0.1% by weight C, up to 0.25% by weight Sn, up to 0.15% by weight Cu, up to 750 ppm N, up to 200 ppm H, up to 50 ppm B, up to 75 ppm Y included.

Im Allgemeinen bestehen Titan-Aluminide hauptsächlich aus Titan und Aluminium in stöchiometrischen Mengen, die Zusammensetzungen wie TiAl und TiAl₃ haben. Titan-Aluminide werden beispielsweise in den US-Patenten Nr. 4 294 615 und Nr. 4 292 077, beide von Blackburn et al., die hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden, diskutiert.In general, titanium aluminides consist mainly of titanium and aluminum in stoichiometric amounts that have compositions such as TiAl and TiAl ₃ . Titanium aluminides are discussed in, for example, U.S. Patent Nos. 4,294,615 and 4,292,077, both to Blackburn et al., Which are hereby expressly incorporated herein by reference.

Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte Gegenstände sind durch eine stabile, vorwiegend inverse beta-Mikrostruktur gekennzeichnet, im Gegensatz zu der alpha + beta-Mikrostruktur, die bisher typischerweise in geschmiedeten Titan-Gegenstanden erzeugt wird. Zwar zeigen auch investmentgegossene Gegenstände typischerweise eine inverse beta-Mikrostruktur, aber eine solche Mikrostruktur besteht typischerweise sowohl aus größeren Körnern als auch gröberen alpha/beta-Bezirken (laths) als der druckgegossene Gegenstand, der nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten wurde. Die jeweilige bevorzugte mittlere Korngröße und die maximale zulässige Korngröße hängen von der Anwendung und der Querschnittsdicke des Teils ab, z.B. davon, ob der Gegenstand zum Gebrauch in einer Gasturbinenmaschine gegenüber einer anderen Anwendung, bei drehenden gegenüber nicht-drehenden Teilen, die in Umgebungen niedrigerer Temperatur gegenüber Umgebungen höherer Temperatur arbeiten, gedacht ist. Für Gasturbinenmaschinen-Bauteile, wie Kompressor-Laufschaufeln und -Leitschaufeln, sollte die mittlere Korngröße ASTM1 oder kleiner, bevorzugter ASTM3 oder kleiner, sein.According to the procedure Articles made of the present invention are characterized by a stable, predominantly inverse beta microstructure, in contrast to the alpha + beta microstructure that has typically been found in forged titanium objects is produced. Although show as well investment cast items typically an inverse beta microstructure, but one such Microstructure typically consists of both larger grains than also coarser alpha / beta districts (laths) as the die cast article that obtained by the method of the present invention. The respective preferred average grain size and the maximum allowable grain size depend on the application and the cross-sectional thickness of the part, e.g. from that, whether the article is for use in a gas turbine engine over a other application, with rotating versus non-rotating parts, those in lower temperature environments versus higher temperature environments work, thought is. For Gas Turbine Engine Components, such as Compressor Blades and Vanes, the mean grain size should be ASTM1 or smaller, more preferably ASTM3 or smaller.

Die Gegenstände aus Titanlegierung, wie Laufschaufeln und Leitschaufeln, die nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, sind bevorzugt durch ein Fehlen von Fließlinien gekennzeichnet. Es sollte angemerkt werden, dass die Gegenstände nach dem Gießen thermomechanisch bearbeitet werden können, falls gewünscht. Mit anderen Worten, die druckgegossenen Gegenstände können danach als Vorformen zur Verwendung in einem Schmiedevorgang dienen. Um die Kosteneinsparungen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zu maximieren, bevorzugen wir, dass die druckgegossenen Gegenstände nahezu zu ihrer Nettoform gegossen werden, um die Arbeit nach dem Gießen, die an den Gegenständen durchgeführt wird, und die zugehörigen Ausgaben zu minimieren.The objects made of titanium alloy, such as blades and vanes that after the method according to the present invention Invention are preferred by a lack of flow lines characterized. It should be noted that the items after the casting can be processed thermomechanically, if desired. With In other words, the die cast articles may thereafter be used as preforms for Use in a forging process. To the cost savings to maximize in the context of the present invention we found that the die cast items nearly matched their net shape to be poured to the work after the casting, which is carried out on the objects, and the associated ones Minimize expenses.

Zusätzlich können die druckgegossenen Gegenstände bearbeitet werden, um eine etwaige Rest-Gießporosität, die vorhanden sein mag, zu erhitzen, wie durch isostatische Pressvorgänge wie heißisostatisches Pressen (HIP – hot isostatic pressing). Eine sorgfältige Auswahl der HIP-Parameter, wie Temperatur, Druck und Zeit, ist erforderlich, um irgendeine Porosität ohne Veränderung der feinkörnigen, inversen beta-Mikrostruktur auszuheilen. Die Temperatur muss ausreichend hoch sein, um ein Schließen der Porosität unter Druck zu ermöglichen, z.B. ein Kriechen zu ermöglichen, aber nicht so hoch, um ein Rekristallisieren des Materials zu ermöglichen, z.B. unterhalb der beta-Transustemperatur der Titanlegierung.In addition, the diecast items processed to provide any residual pouring porosity that may be present to heat, as by isostatic pressing operations such as hot isostatic pressing (HIP - hot isostatic pressing). A careful Selection of HIP parameters, such as temperature, pressure and time, is required about any porosity without change the fine-grained, Heal inverse beta microstructure. The temperature must be sufficient be high to a close the porosity under pressure, e.g. to allow a creep but not so high as to allow recrystallization of the material e.g. below the beta-transus temperature of the titanium alloy.

Im Fall von Ti 6-4 sollte die HIP-Temperatur bevorzugt 1750°F/950°C nicht überschreiten, und sie liegt bevorzugt er zwischen etwa 1550 bis 1650°F/845 bis 900°C. Ti 6-4 kann auch nach dem HIPen bei etwa 1550 F in einer nicht-reaktiven Umgebung, bevorzugt Argon oder Vakuum, für mindestens 2 h geglüht werden. Im Falle von Ti 6-2-4-2 sollte die HIP-Temperatur 1850°F/1010°C nicht überschreiten, und sie liegt bevorzugter zwischen 1650 bis 1750°F/9900 950°C. Ti 6-2-4-2 kann bei etwa 1100 F/595°C in einer nichtreaktiven Umgebung, bevorzugt Argon oder Vakuum, für mindestens 8 h hitzebehandelt werden. Eine zusätzliche Bearbeitung nach dem Gießen kann ebenfalls durchgeführt werden, wie Formatzen der Oberfläche, um Oberflächen-Verunreinigungen zu entfernen, eine Lösungsmittel-Behandlung zur Verbesserung der Oberflächen-Beschaffenheit, und zusätzliche thermische Zyklen, um eine besondere Ausgewogenheit der mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Eine solche zusätzliche Bearbeitung variiert in Abhängigkeit von Faktoren wie der Legierungszusammensetzung und den gewünschten Eigenschaften.In the case of Ti 6-4, the HIP temperature should be preferably does not exceed 1750 ° F / 950 ° C, and is preferably between about 1550 to 1650 ° F / 845 to 900 ° C. Ti 6-4 may also be annealed for at least 2 hours after HIPing at about 1550 F in a non-reactive environment, preferably argon or vacuum. In the case of Ti 6-2-4-2, the HIP temperature should not exceed 1850 ° F / 1010 ° C and is more preferably between 1650 to 1750 ° F / 9900 950 ° C. Ti 6-2-4-2 may be heat treated at about 1100 F / 595 ° C in a non-reactive environment, preferably argon or vacuum, for at least 8 hours. Additional post-casting processing may also be performed, such as contouring the surface to remove surface contaminants, solvent treatment to improve surface texture, and additional thermal cycling to achieve a particular balance of mechanical properties. Such additional processing will vary depending on factors such as alloy composition and desired properties.

Aus Ti 6-4 bestehende druckgegossene Gegenstände wurden gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt, wie unten genauer diskutiert wird. Die Gegenstände umfassten Kompressor-Strömungsprofile und Prüfstäbe, und sie beinhalteten auch die obige Bearbeitung nach dem Gießen. Beispielhafte Mikrostrukturen eines Prüfstabs und eines Strömungsprofils sind in den 2 und 3 veranschaulicht. Die Mikrostruktur eines entsprechenden Strömungsprofils, das aus geschmiedetem Ti 6-4 besteht, ist in 4 veranschaulicht.Die cast articles made of Ti 6-4 were prepared according to the method of the present invention, as discussed in more detail below. The articles included compressor airfoils and test bars, and also included the above post cast processing. Exemplary microstructures of a test rod and a flow profile are in the 2 and 3 illustrated. The microstructure of a corresponding airfoil consisting of forged Ti 6-4 is shown in FIG 4 illustrated.

Ein Testen der Gegenstände bestätigte, dass die Eigenschaften denjenigen entsprechender geschmiedeter Gegenstände vergleichbar waren. Die jeweiligen erforderlichen Eigenschaften hängen zwar von der Verwendung, der irgendein bestimmter druckgegossener Gegenstand zugeführt wird, ab, aber druckgegossene Gegenstände, die anstelle von geschmiedeten Gegenständen verwendet werden sollen, müssen Eigenschaften haben, die denjenigen entsprechender geschmiedeter Gegenstände zumindest vergleichbar sind.One Testing the objects confirmed that the properties are comparable to those of corresponding forged articles were. The respective required properties depend on the use of any particular die-cast article supplied is made, but die-cast items, instead of forged objects should be used Have properties corresponding to those forged objects at least comparable.

Die folgenden Werte wurden durch Testen von Standardproben, die aus Obergroßen Prüfstäben durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt wurden, erhalten. Ergebnisse von den druckgegossenen Gegenständen wurden mit Ergebnissen von Proben, die aus entsprechenden geschmiedeten Gegenständen durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt wurden, verglichen, und die Ergebnisse sind in den 5, 6, 7 und 8 gezeigt. Wie durch die 5 und 6 angegeben, sind druckgegossene Gegenstände bei Raumtemperatur und bei etwa 300°F/150°C durch vergleichbare 0,2%-Streckgrenzen, Zugfestigkeiten, Reißdehnungen und Schlagfestigkeiten gekennzeichnet.The following values were obtained by testing standard samples made from oversized test bars by machining. Results from the die-cast articles were compared with results of samples made from corresponding forged articles by machining, and the results are in the 5 . 6 . 7 and 8th shown. How through the 5 and 6 For example, die cast articles are characterized at room temperature and at about 300 ° F / 150 ° C by comparable 0.2% yield strengths, tensile strengths, ultimate elongations and impact strengths.

Im Fall von Kompressor-Strömungsprofilen haben druckgegossene Strömungsprofile zumindest Festigkeitseigenschaften und Stoßeigenschaften, die denjenigen äquivalent sind, die entsprechende geschmiedete Gegenstände zeigen. Aus Ti 6-4 bestehende Kompressor-Strömungsprofile sollten bei Raumtemperatur eine 0,2%-Streckgrenze von mindestens 100 ksi/700 MPa, und bevorzugter mindestens 110 ksi/770 MPa, und am meisten bevorzugt mindestens 125 ksi/875 MPa, haben; und eine Streckgrenze bei 300°F/150°C von mindestens 90 ksi/630 MPa, und bevorzugter 100 ksi/700 MPa, und am meisten bevorzugt mindestens 105 ksi/735 MPa, haben. Derartige Gegenstände haben eine Zugfestigkeit bei Raumtemperatur von mindestens 110 ksi/770 MPa, und bevorzugter mindestens 125 ksi/875 MPa, und am meisten bevorzugt mindestens 135 ksi/945 MPa; und eine Zugfestigkeit bei 300°F/150°C von mindestens 100 ksi/700 MPa, und bevorzugter 110 ksi/770 MPa, und am meisten bevorzugt mindestens 120 ksi/840 MPa. Die Reißdehnung (in 4D) bei Raumtemperatur ist bevorzugt mindestens 10%, und bevorzugter mindestens 15%; und bei 300°F/150°C ist sie bevorzugt mindestens 13%, und bevorzugter mindestens 15%. Die Schlagfestigkeit bei Raumtemperatur ist bevorzugt mindestens 15 ft-lbs/2,1 mg-m, und bevorzugter mindestens 17 ft-lbs/2,35 kg-m; und bei 300 F/150°C ist sie bevorzugt mindestens 15 ft-lbs/2,1 kg-m, und bevorzugter mindestens 22 ft-lbs/3,04 kg-m.in the Have case of compressor flow profiles die-cast flow profiles at least strength properties and impact properties equivalent to those are who show appropriate forged items. Made of Ti 6-4 existing Compressor airfoils should at room temperature have a 0.2% yield strength of at least 100 ksi / 700 MPa, and more preferably at least 110 ksi / 770 MPa, and most preferably at least 125 ksi / 875 MPa; and a yield strength at 300 ° F / 150 ° C of at least 90 ksi / 630 MPa, and more preferably 100 ksi / 700 MPa, and most preferably at least 105 ksi / 735 MPa. Have such items a tensile strength at room temperature of at least 110 ksi / 770 MPa, and more preferably at least 125 ksi / 875 MPa, and most preferably at least 135 ksi / 945 MPa; and a tensile strength at 300 ° F / 150 ° C of at least 100 ksi / 700 MPa, and more preferably 110 ksi / 770 MPa, and most preferably at least 120 ksi / 840 MPa. The elongation at break (in 4D) at room temperature is preferably at least 10%, and more preferably at least 15%; and at 300 ° F / 150 ° C it is preferably at least 13%, and more preferably at least 15%. The impact resistance at Room temperature is preferably at least 15 ft-lbs / 2.1 mg-m, and more preferably at least 17 ft-lbs / 2.35 kg-m; and at 300 F / 150 ° C it is preferably at least 15 ft-lbs / 2.1 kg-m, and more preferably at least 22 ft-lbs / 3.04 kg-m.

Zusätzlich haben derartige Bauteile äquivalente Haltbarkeitseigenschaften, wie Ermüdungsfestigkeit, und insbesondere eine hohe Zyklus-Ermüdungstauglichkeit. Ermüdungstests verglichen auch druckgegossene Ti 6-4-Teile und entsprechende geschmiedete Teile, und die druckgegossenen Gegenstände zeigen Ermüdungslebensdauern, glatt und gekerbt, die geschmiedeten Gegenständen vergleichbar sind, wie in den 7 und 8 angegeben. Die obigen Werte sind entsprechenden geschmiedeten Gegenständen, die AMS 4928 (Rev. N, Apr. 1993) erfüllen, zumindest vergleichbar. Zu anderen relevanten Spezifizierungen gehören AMS 4967, 4965 und 4930, die alle durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden. Wiederum werden die spezifischen erforderlichen Werte in Abhängigkeit von der jeweiligen Verwendung, der die Gegenstände zugeführt werden, variieren.In addition, such components have equivalent durability characteristics such as fatigue resistance, and particularly high cycle fatigue capability. Fatigue tests also compared die-cast Ti 6-4 parts and corresponding forged parts, and the die cast articles exhibit fatigue life, smooth and notched, comparable to forged articles, as in US Pat 7 and 8th specified. The above values are at least comparable to corresponding forged items meeting AMS 4928 (Rev. N, Apr. 1993). Other relevant specifications include AMS 4967, 4965 and 4930, all of which are incorporated herein by reference. Again, the specific values required will vary depending on the particular use to which the articles are being delivered.

Aus Ti 6-2-4-2 bestehende druckgegossene Gegenstände wurden ebenfalls nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt, wie unten genauer diskutiert wird. Die Gegenstände umfassten Kompressor-Strömungsprofile und Prüfstäbe, und sie umfassten auch die obige Bearbeitung nach dem Gießen. Beispielhafte Mikrostrukturen eines Prüfstabs und eines Strömungsprofils sind in den 9 und 10 veranschaulicht. Die Mikrostruktur eines entsprechenden Strömungsprofils, das aus geschmiedetem Ti 6-2-4-2 besteht, ist in 11 veranschaulicht.Die cast articles made of Ti 6-2-4-2 were also made by the process of the present invention, as discussed in more detail below. The articles included compressor airfoils and test bars, and also included the above processing after casting. Exemplary microstructures of a test rod and a flow profile are in the 9 and 10 illustrated. The microstructure of a corresponding airfoil consisting of forged Ti 6-2-4-2 is shown in FIG 11 illustrated.

Wendet man sich nun allgemein 12 zu, haben aus Ti 6-2-4-2 bestehende druckgegossene Gegenstände, die als Kompressor-Strömungsprofile zu verwenden sind, Festigkeitseigenschaften und Stoßeigenschaften, die denjenigen, die entsprechende geschmiedete Gegenstände zeigen, die für diese Anwendung hergestellt werden, zumindest äquivalent sind. Aus Ti 6-2-4-2 bestehende Kompres sor-Strömungsprofile sollten eine Streckgrenze bei 900 F/480°C von mindestens 55 ksi/385 MPa, und bevorzugter 65 ksi/455 MPa, und am meisten bevorzugt mindestens 72 ksi/504 MPa haben. Derartige Gegenstände sollten eine Zugfestigkeit bei 900°F/480°C von mindestens 75 ksi/525 MPa, und bevorzugter 85 ksi/595 MPa, und am meisten bevorzugt mindestens 95 ksi/665 MPa, haben. Die Reißdehnung (in 4D) bei 900 F/480°C ist bevorzugt mindestens 10%, und bevorzugter mindestens 13%.Turning now general 12 For example, die cast articles made of Ti 6-2-4-2 to be used as compressor airfoils have strength properties and impact properties that are at least equivalent to those that produce corresponding forged articles made for this application. Compressor airfoils made of Ti 6-2-4-2 should have a yield strength at 900 F / 480 ° C of at least 55 ksi / 385 MPa, and more preferably 65 ksi / 455 MPa, and most preferably at least 72 ksi / 504 MPa to have. Such articles should have a tensile strength at 900 ° F / 480 ° C of at least 75 ksi / 525 MPa, and more preferably 85 ksi / 595 MPa, and most preferably at least 95 ksi / 665 MPa. The elongation at break (in 4D) at 900 F / 480 ° C is preferably at least 10%, and more preferably at least 13%.

Zusätzlich müssen derartige Bauteile äquivalente Haltbarkeitseigenschaften, wie Ermüdungsfestigkeit, und insbesondere eine hohe Zyklus-Ermüdungstauglichkeit haben. Ermüdungsversuche verglichen auch druckgegossene Ti 6-2-4-2-Teile und entsprechende geschmiedete Teile, und die druckgegossenen Gegenstände zeigen Eigenschaften, die denjenigen geschmiedeter Gegenstände vergleichbar sind, wie in 12 angegeben. Die obigen Werte sind entsprechenden geschmiedeten Gegenständen, die AMS 4976 (Rev. E, Juli 1994) erfüllen, vergleichbar; zu anderen relevanten Spezifizierungen gehört AMS 4975, die alle hierin durch Bezugnahme aufgenommen werden.In addition, such components must have equivalent durability characteristics such as fatigue resistance, and particularly high cycle fatigue capability. Fatigue tests also compared die-cast Ti 6-2-4-2 parts and corresponding forged parts, and the die-cast articles exhibit properties comparable to those of forged articles, as in 12 specified. The above values are comparable to corresponding forged items meeting AMS 4976 (Rev. E, July 1994); other relevant specifications include AMS 4975, all of which are incorporated herein by reference.

Die obigen Beispiele stützen und veranschaulichen, dass Druckgießen verwendet werden kann, um Gegenstände herzustellen, die aus einem breiten Bereich von Titanlegierungszusammensetzungen bestehen. Zur weiteren Stützung wurden auch Gegenstände aus Ti 8-1-1 druckgegossen. Eine beispielhafte Mikrostruktur von druckgegossenem Ti 8-1-1 ist in 13 veranschaulicht. Es wird erwartet, dass Ermüdungsversuche, die druckgegossene Ti 8-1-1-Teile und entsprechende geschmiedete Teile vergleichen, zeigen, dass die druckgegossenen Gegenstände mit geschmiedeten Gegenständen vergleichbare Eigenschaften aufweisen. Die obigen Werte werden sich in Abhängigkeit von der jeweiligen Verwendung, der die Gegenstände zugeführt werden, unterscheiden. Die obigen Werte sind mit entsprechenden geschmiedeten Gegenständen, die AMS 4973 (Rev. D, Okt. 1990) erfüllen, vergleichbar; zu anderen relevanten Spezifizierungen gehört AMS 4972, die alle hierin durch Bezugnahme aufgenommen werden.The above examples support and illustrate that die casting can be used to make articles consisting of a wide range of titanium alloy compositions. For further support, articles made of Ti 8-1-1 were also die-cast. An exemplary microstructure of die-cast Ti 8-1-1 is shown in FIG 13 illustrated. Fatigue tests comparing die-cast Ti 8-1-1 parts and corresponding forged parts are expected to show that the die cast articles have comparable properties with forged articles. The above values will differ depending on the particular use to which the items are supplied. The above values are comparable to corresponding forged items meeting AMS 4973 (Rev. D, Oct. 1990); other relevant specifications include AMS 4972 , which are all incorporated herein by reference.

Wendet man sich den 14, 15 und 16 zu, bevorzugen wir, eine Druckgussmaschine (14 bis 15) des Typs mit einem nicht erhitzten Schusskanal („Kaltkammer") zu verwenden, um Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen. Allgemein wird eine Materialcharge hergestellt (16, Schritt 44), und das Material, das druckgegossen werden soll, wird in der Vorrichtung 18 geschmolzen (Schritt 46 – 16). Wie allgemein bekannt ist, ist geschmolzenes Titan ein aggressives Material und greift das Material, in dem es geschmolzen wird, an. Dementsprechend bevorzugen wir, das Titan durch Induktions-Schalenerschmelzen oder Induktions-Schalenschmelzen (ISR – induction skull remelting or melting) 24 zu schmelzen, beispielsweise in einer Einheit des Typs, die von Consarc Corporation aus Rancocas, NJ, hergestellt wird, die in der Lage ist, eine einzige zu gießende Materialcharge, z.B. bis zu etwa 25 pound Material, schnell, sauber zu schmelzen. Beim ISR wird Material in einem Tiegel geschmolzen, der durch eine Mehrzahl von Metall (typischerweise Kupfer)-Fingern, die in einer Stellung nebeneinander gehalten werden, definiert wird. Der Tiegel ist von einer Induktionsspule umgeben, die an eine Stromquelle 26 gekoppelt ist. Die Finger enthalten Durchgänge für die Zirkulation von Kühlwasser von und zu einer Wasserquelle (nicht gezeigt), um ein Schmelzen der Finger zu verhindern. Das von der Spule erzeugte Feld erhitzt und schmilzt Material, das sich in dem Tiegel befindet. Das Feld dient auch dazu, das geschmolzene Metall zu bewegen oder zu rühren. Eine dünne Schicht des Materials, z.B. des Titans, gefriert an der Tiegelwand und bildet die Schale, wodurch es die Fähigkeit des geschmolzenen Titans, den Tiegel anzugreifen, minimiert. Durch geeignete Wahl des Tiegels und der Spule, und der an die Spule angelegten Stromstärke und -frequenz, ist es möglich, das geschmolzene Material von dem Tiegel weg zu drängen, was das Angreifen der Tiegelwand durch das geschmolzene Material weiter verringert. Durch Schmelzen von nur einer einzigen Charge, anstatt einen großen Behälter mit geschmolzener Legierung zu unterhalten, stellen wir sicher, dass Komponenten mit relativ niedrigen Schmelzpunkten relativ zu der Legierung insgesamt vor dem Gießen nicht verdampft werden und verloren gehen.Turning to the 14 . 15 and 16 to, we prefer, a die-casting machine ( 14 to 15 ) with a non-heated shot channel ("cold chamber") to produce articles in accordance with the present invention. 16 , Step 44 ), and the material to be die-cast becomes in the device 18 melted (step 46 - 16 ). As is well known, molten titanium is an aggressive material and attacks the material in which it is melted. Accordingly, we prefer titanium by induction shell melting or induction skull remelting or melting (ISR). 24 for example, in a unit of the type manufactured by Consarc Corporation of Rancocas, NJ, which is capable of rapidly, cleanly melting a single batch of material to be cast, eg up to about 25 pounds of material. In ISR, material is melted in a crucible defined by a plurality of metal (typically copper) fingers held side by side in a position. The crucible is surrounded by an induction coil connected to a power source 26 is coupled. The fingers contain passages for the circulation of cooling water from and to a source of water (not shown) to prevent melting of the fingers. The field generated by the coil heats and melts material that is in the crucible. The field also serves to move or stir the molten metal. A thin layer of the material, eg, titanium, freezes on the crucible wall and forms the shell, thereby minimizing the ability of the molten titanium to attack the crucible. By suitable choice of the crucible and coil, and the current magnitude and frequency applied to the coil, it is possible to force the molten material away from the crucible, further reducing the attack of the crucible wall by the molten material. By melting only a single batch, rather than maintaining a large container of molten alloy, we ensure that relatively low melting point components relative to the alloy as a whole are not vaporized and lost prior to casting.

Wenn reaktive Materialien, wie Titan und Aluminium und Legierungen, die diese Materialien enthalten, zu gießen sind, ist es wichtig, diese Materialien in einer nichtreaktiven Umgebung zu schmelzen, um eine Reaktion, eine Verunreinigung oder einen anderen Zustand, der die Qualität der sich ergebenden Gegenstände nachteilig beeinflussen könnte, zu verhindern. Da irgendwelche Gase in der Schmelz-Umgebung in dem geschmolzenen Material eingeschlossen werden können und zu einer übermäßigen Porosität in druckgegossenen Gegenständen führen, bevorzugen wir, das Material in einer Vakuum-Umgebung anstatt in einer inerten Umgebung, z.B. Argon, zu schmelzen. Bevorzugter wird das Material in ei ner Schmelzkammer 20, die an eine Vakuumquelle 22 gekoppelt ist, geschmolzen, wobei die Kammer bei einem Druck von weniger als 100 μm, bevorzugt weniger als 50 μm, gehalten wird.When reactive materials such as titanium and aluminum and alloys containing these materials are to be cast, it is important to melt these materials in a non-reactive environment to cause a reaction, contamination, or other condition that compromises the quality of the resulting material Could adversely affect objects. Because any gases in the melt environment can be trapped in the molten material and result in excessive porosity in die cast articles, we prefer to place the material in a vacuum environment rather than in an inert environment. eg argon, to melt. More preferably, the material is in a melting chamber 20 connected to a vacuum source 22 is coupled, wherein the chamber is maintained at a pressure of less than 100 microns, preferably less than 50 microns.

Wir bevorzugen zwar, einzelne oder kleinere Chargen von Titanmaterial unter Verwendung einer (SR-Einheit zu schmelzen, aber das Material kann auf andere Weise, wie durch Vakuum-Induktionsschmelzen (VIM – vakuum induction melting) und Elektronenstrahlschmelzen, geschmolzen werden, solange das Material, das geschmolzen wird, nicht signifikant verunreinigt wird. Darüber hinaus schließen wir nicht aus, Bulkmaterial, z.B. mehrere Materialchargen auf einmal, in einer Vakuum-Umgebung zu schmelzen und dann einzelne Chargen von geschmolzenem Material in den Schusskanal zum Einspritzen in die Gießform zu überführen. Da jedoch das Material in einem Vakuum geschmolzen wird, muss jegliche Vorrichtung, die verwendet wird, um das geschmolzene Material zu überführen, typischerweise in der Lage sein, hohe Temperaturen auszuhalten und in der Vakuumkammer angeordnet sein, und folglich muss die Kammer relativ groß sein. Die zusätzliche Ausrüstung trägt zu den Kosten bei, und die entsprechend große Vakuumkammer braucht zum Evakuieren länger, was die Zykluszeit beeinflusst.We Although prefer single or smaller batches of titanium material using a (SR unit to melt but the material can be done in other ways, such as by vacuum induction melting (VIM vacuum induction melting) and electron beam melting, are melted, as long as the material that is melted is not significantly contaminated becomes. About that we close out not from, bulk material, e.g. several batches of material at once, to melt in a vacuum environment and then individual batches of molten material in the shot channel for injection into the mold to convict. There however, the material must be melted in a vacuum, any must Device used to transfer the molten material, typically to be able to withstand high temperatures and in the vacuum chamber be arranged, and consequently the chamber must be relatively large. The additional equipment contributes the costs, and the correspondingly large vacuum chamber needs to Evacuate longer, which influences the cycle time.

Da notwendigerweise zwischen dem Schmelzen des Materials und dem Einspritzen des geschmolzenen Materials in die Gießform eine gewisse Zeit vergeht, wird das Material mit einer begrenzten Überhitzung geschmolzen – hoch genug, um sicherzustellen, dass das Material zumindest im Wesentlichen geschmolzen bleibt, bis es eingespritzt wird, aber niedrig genug, um sicherzustellen, dass beim Einspritzen ein schnelles Festwerden eintritt, was die Bildung kleiner Körner ermöglicht, und auch, um die thermische Belastung auf die Druckgussvorrichtung (insbesondere jene Bereiche der Vorrichtung, die mit dem geschmolzenen Metall in Berührung kommen) zu minimieren. Wir haben Titanlegierungen mit einer kontrollierten, begrenzten Überhitzung geschmolzen, z.B. haben wir erfolgreich Überhitzungen innerhalb von etwa 100°F bis 200°F/37 bis 95°C über der Schmelztemperatur der Legierung, und bevorzugter innerhalb von etwa 50°F bis 100°F/10 bis 37°C, verwendet, bevorzugt unter Verwendung eines keramikfreien Schmelzsystems wie einer Induktions-Schalenschmelzeinheit. Das Material wird genügend überhitzt, um sicherzustellen, dass es bis zum Einspritzen in die Form geschmolzen bleibt, aber der Betrag der Überhitzung ist niedrig genug, um ein schnelles Festwerden des geschmolzenen Materials nach dem Einspritzen zu ermöglichen.There necessarily between the melting of the material and the injection the melted material goes into the mold a certain amount of time, the material is melted with limited overheating - high enough to ensure that the material is at least substantially melted stays until it's injected, but low enough to make sure that when injecting a rapid solidification occurs, what the Formation of small grains allows and also to the thermal load on the die casting device (In particular, those areas of the device that are molten with Metal in contact to minimize). We have titanium alloys with a controlled, limited overheating melted, e.g. we have successfully overheated within about 100 ° F up to 200 ° F / 37 to 95 ° C above the Melting temperature of the alloy, and more preferably within about 50 ° F to 100 ° F / 10 to 37 ° C, used, preferably using a ceramic-free melting system such as a Induction skull melting unit. The material is overheated enough to make sure it stays molten until injected into the mold, but the amount of overheating is low enough to cause a rapid solidification of the melted Allow material after injection.

Geschmolzene Legierung wird dann in einen horizontalen Schusskanal der Maschine, der sich bevorzugt in einer Vakuum-Umgebung befindet, überführt, und das geschmolzene Material wird dann unter Druck in eine wiederverwendbare Form eingespritzt. Wir haben gefunden, dass der Prozess des Gießens und Einspritzens des geschmolzenen Materials in einer oder zwei Sekunden bei einer Druckgussmaschine mit einem nicht erhitzten Schusskanal gut funktioniert.melted Alloy is then placed in a horizontal shot channel of the machine, which is preferably located in a vacuum environment, transferred, and The molten material is then reused under pressure Mold injected. We found that the process of casting and Injecting the molten material in one or two seconds Good at a die-casting machine with a non-heated shot channel works.

Um geschmolzenes Material von dem Tiegel zu einem Schusskanal 30 der Vorrichtung (Schritt 48 – 16) zu überführen, ist der Tiegel verschiebbar (Pfeil 31 in 15) und auch schwenkbar (Pfeil 33 von 14) um eine Gießachse montiert, und ist wiederum an einem Motor (nicht gezeigt) zum Drehen des Tiegels montiert, um geschmolzenes Material aus dem Tiegel durch ein Gießloch 32 des Schusskanals 30 zu gießen. Die Verschiebung des Tiegels geschieht zwischen der Schmelzkammer 20, in der Material geschmolzen wird, und einer Position in einer separaten Vakuumkammer 34, in der sich der Schusskanal befindet. Die Gießkammer 34 wird auch als eine nichtreaktive Umgebung gehalten, bevorzugt eine Vakuum-Umgebung mit einem Druckniveau von weniger als 100 μm, und bevorzugter weniger als 50 μm. Die Schmelzkammer 20 und die Gießkammer 34 werden durch ein Absperrventil oder ein anderes geeignetes Mittel (nicht gezeigt) getrennt, um den Verlust von Vakuum in dem Fall, dass eine Kammer der Atmosphäre ausgesetzt wird, z.B. um Zugang zu einem Bauteil in der jeweiligen Kammer zu erhalten, zu minimieren. Die veranschaulichte Ausführungsform umfasst zwar getrennte Schmelz- und Gießkammern, aber es ist auch möglich, Schmelzen und Gießen in einer einzigen Kammer durchzuführen. Wir bevorzugen, getrennte Kammern zu verwenden, um den Verlust von Vakuum-Umgebung in dem Fall, dass ein gegebenes Bauteil der Atmosphäre ausgesetzt werden muss, z.B. zum Warten der Schmelzeinheit oder des Schusskanals oder zum Entfernen eines Gussteils, zu minimieren.To melt material from the crucible to a shot channel 30 the device (step 48 - 16 ), the crucible is displaceable (arrow 31 in 15 ) and also pivotable (arrow 33 from 14 ) is mounted around a casting axis, and in turn is mounted on a motor (not shown) for rotating the crucible to melt molten material from the crucible through a pouring hole 32 the firing channel 30 to pour. The displacement of the crucible happens between the melting chamber 20 in which material is melted, and a position in a separate vacuum chamber 34 in which the firing channel is located. The casting chamber 34 is also maintained as a non-reactive environment, preferably a vacuum environment having a pressure level of less than 100 microns, and more preferably less than 50 microns. The melting chamber 20 and the casting chamber 34 are separated by a shut-off valve or other suitable means (not shown) to minimize the loss of vacuum in the event that a chamber is exposed to the atmosphere, eg to gain access to a component in the respective chamber. While the illustrated embodiment includes separate melting and casting chambers, it is also possible to perform melting and casting in a single chamber. We prefer to use separate chambers to minimize the loss of vacuum environment in the event that a given component needs to be exposed to the atmosphere, eg for servicing the melting unit or the shot channel or to remove a casting.

Wie oben angegeben, wird das geschmolzene Material aus dem Tiegel 24 durch ein Gießloch 34 in den Schusskanal 30 überführt. Der Schusskanal 30 ist an eine mehrteilige, wiederverwendbare Gießform 36, die einen Gießform-Hohlraum 38 definiert, gekoppelt. Eine ausreichende Menge an geschmolzenem Material wird in den Schusskanal gegossen, um den Gießform-Hohlraum zu füllen, der ein Teil oder mehr als ein Teil enthalten kann. Wir haben erfolgreich bis zu zwölf Teile in einem einzigen Schuss gegossen, z.B. unter Verwendung einer Gießform mit zwölf Hohlräumen.As stated above, the molten material is removed from the crucible 24 through a pour hole 34 in the firing channel 30 transferred. The firing channel 30 is a multi-part, reusable mold 36 holding a mold cavity 38 defined, coupled. A sufficient amount of molten material is poured into the shot channel to fill the mold cavity, which may contain part or more than one part. We have successfully cast up to twelve parts in a single shot, eg using a mold with twelve cavities.

Die veranschaulichte Gießform 36 umfasst zwei Abschnitte, 36a, 36b (kann aber mehr Abschnitte umfassen), die zusammenwirken, um den Gießform-Hohlraum 38, beispielsweise in der Form einer Kompressor-Laufschaufel oder -Leitschaufel für eine Gasturbinenmaschine, zu definieren. Die Gießform 36 ist auch bevorzugt direkt an die Vakuumquelle und auch durch den Schusskanal gekoppelt, um ein Evakuieren der Gießform vor dem Einspritzen des geschmolzenen Metalls zu ermöglichen. Die Gießform kann sich in einer Vakuumkammer befinden, anstelle direkt an eine Vakuumquelle gekoppelt zu sein, oder zusätzlich dazu. Ein Abschnitt der zwei Abschnitte 36a, 36b der Gießform ist typischerweise fixiert, während der andere Teil relativ zu dem einen Abschnitt, beispielsweise durch ein hydraulisches System (nicht gezeigt), beweglich ist. Die Gießform weist bevorzugt Ausstoßstifte (nicht gezeigt) auf, um das Ausstoßen von verfestigtem Material aus der Gießform zu erleichtern. Die Gießform kann auch einen Abstreifmechanismus (nicht gezeigt) zum Entfernen von Gießmaterial aus der Gießform, während das Material noch heiß ist, aufweisen, um die thermischen Belastungen der Gießform weiter zu verringern.The illustrated mold 36 includes two sections, 36a . 36b (but may include more sections) that work together to mold the cavity 38 For example, in the form of a compressor blade or vane for a Gas turbine engine, define. The mold 36 is also preferably coupled directly to the vacuum source and also through the firing channel to allow evacuation of the mold prior to injecting the molten metal. The mold may be in a vacuum chamber, rather than being coupled directly to a vacuum source, or in addition thereto. A section of the two sections 36a . 36b the mold is typically fixed while the other part is movable relative to the one section, for example by a hydraulic system (not shown). The mold preferably has ejector pins (not shown) to facilitate the ejection of solidified material from the mold. The mold may also include a stripping mechanism (not shown) for removing mold material from the mold while the material is still hot, to further reduce the thermal stresses on the mold.

Die Gießform kann aus verschiedenen Materialien bestehen und sollte eine gute thermische Leitfähigkeit haben und relativ beständig gegen Erosion und chemischen Angriff durch das Einspritzen des geschmolzenen Materials sein. Eine umfassende Liste möglicher Materialien würde recht groß sein und umfasst Materialien wie Metalle, Keramiken, Graphit, Keramikmatrix-Verbundmaterialien und Metallmatrix-Verbundmaterialien. Jedes der verschiedenen Gussform-Materialien hat Attribute, z.B. Einfachheit der maschinellen Bearbeitung, Festigkeit bei erhöhten Temperaturen und Kompromisse der beiden, die es für unterschiedliche Anwendungen wünschenswert machen. Für Titan bevorzugen wir gegenwärtig die Verwendung von Gießformen, die aus weichem Kohlenstoffstahl bestehen, z.B. 1018, wegen seiner geringen Kosten und Einfachheit der maschinellen Bearbeitung. Beschichtungen und Oberflächenbehandlungen können verwendet werden, um das Betriebsverhalten der Vorrichtung und die Qualität der sich ergebenden Teile zu verbessern. Die Gießform kann auch mit einer Kühlmittel-Quelle wie Wasser oder einer Wärmequelle wie Öl (nicht gezeigt) verbunden werden, um die Gießform-Temperatur während des Betriebs thermisch im Griff zu haben. Zusätz lich kann ein Gießform-Schmiermittel auf ein oder mehrere ausgewählte Teile der Gießform und der Druckgussvorrichtung aufgebracht werden. Ein Schmiermittel sollte im Allgemeinen die Qualität von sich ergebenden gegossenen Gegenständen verbessern, und spezieller sollte es gegen thermischen Abbau beständig sein, um das Material, das eingespritzt wird, nicht zu verunreinigen.The mold can be made of different materials and should be a good one thermal conductivity have and relatively stable against erosion and chemical attack by injecting the molten one Be material. A comprehensive list of possible materials would be right be great and includes materials such as metals, ceramics, graphite, ceramic matrix composites and metal matrix composites. Each of the different mold materials has attributes, e.g. Simplicity of machining, strength at elevated Temperatures and trade-offs of the two, which are different Applications desirable do. For We currently prefer titanium the use of molds, made of soft carbon steel, e.g. 1018, because of his low cost and simplicity of machining. coatings and surface treatments can used to determine the performance of the device and the quality improve the resulting parts. The mold can also be used with a coolant source like water or a heat source like oil (not shown) to determine the mold temperature during the process Thermal operation under control. In addition, a casting lubricant can be used on one or more selected Parts of the mold and the die casting device are applied. A lubricant should in general the quality of improve resulting molded articles, and more specifically should it be resistant to thermal decomposition to the material, that is injected, not to contaminate.

Geschmolzenes Metall wird dann aus dem Tiegel in den Schusskanal überführt. Eine ausreichende Menge an geschmolzenem Metall wird in den Schusskanal gegossen, um den Kanal teilweise zu füllen und danach die Gießform zu füllen. Bevorzugt ist der Kanal zu weniger als 50% gefüllt, bevorzugter zu weniger als etwa 40% gefüllt, und am meisten bevorzugt zu weniger als 30% gefüllt.melted Metal is then transferred from the crucible into the firing channel. A Sufficient amount of molten metal is in the firing channel poured to partially fill the channel and then to the mold to fill. Preferably, the channel is less than 50% filled, more preferably less than about 40% filled, and most preferably less than 30% filled.

Eine Einspritzvorrichtung wie ein Kolben 40 wirkt mit dem Schusskanal 30 zusammen, und eine Hydraulik oder ein anderes geeignetes System (nicht gezeigt) treibt den Kolben in die Richtung des Pfeils 42, um den Kolben zwischen der Position, die durch die durchgezogenen Linien veranschaulicht wird, und der Position, die durch die gestrichelten Linien veranschaulicht wird, zu bewegen und dadurch das geschmolzene Material unter Druck aus dem Kanal 30 in den Gießform-Hohlraum 38 einzuspritzen (Schritt 50 – 15). In der Position, die durch durchgezogene Linien veranschaulicht wird, wirken der Kolben und der Kanal zusammen, um ein Volumen zu definieren, das wesentlich größer ist als die Menge an geschmolzenem Material, die eingespritzt werden wird. Bevorzugt beträgt das Volumen mindestens das Doppelte des Volumens des einzuspritzenden Materials, bevorzugter mindestens das Dreifache. Dementsprechend füllt das Volumen des geschmolzenen Materials, das aus dem Tiegel in den Kanal überführt wird, weniger als die Hälfte, und am meisten bevorzugt weniger als etwa ein Drittel, des Kanalvolumens. Da der Kanal nur teilweise gefüllt ist, bildet irgendein Material oder irgendeine Haut, die an dem Kanal fest wird, nur einen Teilzylinder, z.B. eine offene gebogene Oberfläche, und wird während der Metall-Einspritzung leicht abgekratzt oder zerstoßen und wieder in das geschmolzene Material inkorporiert. Zum Einspritzen haben wir Kolbengeschwindigkeiten von zwischen etwa 30 inch/s (ips) und 300 ips (mit einem Schusskanal mit einem Innendurchmesser von etwa 3 inch) verwendet, und gegenwärtig bevorzugen wir, eine Kolbengeschwindigkeit von zwischen etwa 50 bis 175 inch/s (ips)/1,2 bis 4,5 m/s zu verwenden. Der Kolben wird typischerweise mit einem Druck von mindestens 1200 psi/8,4 MPa, und bevorzugter mindestens 1500 psi/10,5 MPa, bewegt.An injector like a piston 40 acts with the firing channel 30 together, and a hydraulic or other suitable system (not shown) drives the piston in the direction of the arrow 42 to move the piston between the position illustrated by the solid lines and the position illustrated by the dashed lines, and thereby the molten material under pressure from the channel 30 in the mold cavity 38 to inject (step 50 - 15 ). In the position illustrated by solid lines, the piston and the channel cooperate to define a volume that is substantially greater than the amount of molten material that will be injected. Preferably, the volume is at least twice the volume of the material to be injected, more preferably at least three times. Accordingly, the volume of molten material transferred from the crucible into the channel fills less than half, and most preferably less than about one-third, of the channel volume. Because the channel is only partially filled, any material or skin that becomes solid on the channel forms only a sub-cylinder, eg, an open curved surface, and is easily scraped or crushed during metal injection and re-incorporated into the molten material , For injection, we used piston speeds of between about 30 inches / s (ips) and 300 ips (with a shot channel having an inside diameter of about 3 inches), and currently we prefer to have a piston speed of between about 50 to 175 inches / s (ips ) / 1.2 to 4.5 m / s. The piston is typically moved at a pressure of at least 1200 psi / 8.4 MPa, and more preferably at least 1500 psi / 10.5 MPa.

Wenn sich der Kolben dem Ende seiner Hublänge nähert, wenn der Gießform-Hohlraum gefüllt ist, beginnt er, Druck auf das Metall zu übertragen. Es kann dann wünschenswert sein, den Druck zu steigern, um ein vollständiges Füllen des Form-Hohlraums sicherzustellen, die jeweiligen Steigerungsparameter hängen von dem gewünschten Ergebnis ab. Die Steigerung wird durchgeführt, um die Porosität zu minimieren und um irgendeine Materialschrumpfung während des Abkühlens zu verringern oder auszuschließen. Wie haben eine Steigerung über 1500 psi/10,5 MPa mit zufriedenstellenden Ergebnissen verwendet. Nach dem Verstreichen einer ausreichenden Zeitspanne, um das Festwerden des Materials in der Gießform sicherzustellen, werden die Ausstoßstifte (nicht gezeigt) betätigt, um die Teile aus der Gießform auszustoßen (Schritt 52 – 16).As the piston nears the end of its stroke length, when the mold cavity is filled, it begins to transfer pressure to the metal. It may then be desirable to increase the pressure to ensure complete filling of the mold cavity, the respective increase parameters depending on the desired result. The increase is made to minimize porosity and to reduce or eliminate any material shrinkage during cooling. As we have used an increase over 1500 psi / 10.5 MPa with satisfactory results. After a sufficient amount of time has passed to ensure the material has set in the mold, the ejector pins (not shown) are actuated to eject the parts from the mold (step 52 - 16 ).

Wie in der Technik bekannt ist, enthalten gegossene Gegenstände typischerweise eine gewisse Porosität, im Allgemeinen bis zu einigen wenigen Prozent. Dementsprechend, und insbesondere wenn derartige Gegenstände bei anspruchsvolleren Anwendungen wie Kompressor-Strömungsprofilen für Gasturbinenmaschinen verwendet werden, gibt es ein Bedürfnis, die Porosität zu verringern und bevorzugt zu beseitigen und in sonstiger Weise zu behandeln, wie erforderlich (Schritt 54 – 16). Die Teile werden daher bevorzugt heißisostatisch gepresst (geHIPt), wie oben beschrieben, um die Porosität in den Teilen, wie gegossen, zu verringern und im Wesentlichen zu beseitigen. Für Gegenstände aus Titanlegierung bevorzugen wir im Allgemeinen, bei einer Temperatur von über etwa 1500 bis 1600°F/815 bis 870°C (und unterhalb der beta-Transustemperatur von etwa 1850 F/1010°C, wenn es erwünscht ist, die vorliegende beta-Phase beizubehalten), bei einem Druck von mindestens 14 ksi/98 MPa, bevorzugter über 14,5 ksi/101,5 MPa, und für mindestens 2 h zu HIPen.As is known in the art, ge typically has some porosity, generally up to a few percent. Accordingly, and particularly when such articles are used in more demanding applications, such as compressor airfoils for gas turbine engines, there is a need to reduce, and preferably eliminate, and otherwise treat the porosity as required (step 54 - 16 ). The parts are therefore preferably hot isostatically pressed (HIPed) as described above to reduce and substantially eliminate porosity in the parts, such as cast. For titanium alloy articles, we generally prefer to use the present beta at a temperature above about 1500 to 1600 ° F / 815 to 870 ° C (and below the beta transus temperature of about 1850 F / 1010 ° C, if desired Phase), at a pressure of at least 14 ksi / 98 MPa, more preferably above 14.5 ksi / 101.5 MPa, and for at least 2 hours to HIPen.

Gewünschtenfalls können die Gegenstände dann wärmebehandelt werden. Wie oben angegeben, können die Gegenstände für Strömungsprofile, die aus druckgegossenem Ti 6-4 bestehen, auf eine Temperatur von zwischen etwa 1500 bis 1600 F/815 bis 870°C in einer inerten Umgebung, z.B. Argon oder Vakuum, für mindestens 2 h erhitzt werden. Für Strömungsprofile, die aus druckgegossenem Ti 6-2-4-2 bestehen, werden die Gegenstände bevorzugt auf eine Temperatur von zwischen etwa 1000 bis 1200 F, bevorzugter etwa 1100 F/590°C, in einer inerten Umgebung, z.B. Argon oder Vakuum, für mindestens 8 h erhitzt. Die tatsächlichen Wärmebehandlungs- und HIP-Parameter können in Abhängigkeit von der ge wünschten Anwendung für den Gegenstand und der Ziel-Zykluszeit für den Prozess variiert werden, jedoch müssen die Temperatur, der Druck und die Zeit, die während des HIPens verwendet werden, ausreichend sein, um im Wesentlichen die gesamte Porosität in den gegossenen Gegenständen zu beseitigen, aber kein signifikantes Kornwachstum und keine Vergröberung irgendeiner alpha-Phase und der beta-Phase in der inversen beta-Mikrostruktur zu erlauben.If desired, can the objects then heat treated become. As stated above, can things for airfoils that Made of die-cast Ti 6-4, to a temperature of between about 1500 to 1600 F / 815 to 870 ° C in an inert environment, e.g. Argon or vacuum, for at least Be heated for 2 h. For flow profiles, Made of die-cast Ti 6-2-4-2, the items are preferred to a temperature of between about 1000 to 1200 F, more preferably about 1100 F / 590 ° C, in an inert environment, e.g. Argon or vacuum, for at least Heated for 8 h. The actual heat treatment and HIP parameters can in dependence of the desired Application for the object and the target cycle time for the process are varied, however, must the temperature, pressure and time used during HIPing be sufficient to substantially all the porosity in the cast objects too eliminate, but no significant grain growth and no coarsening of any alpha phase and the beta phase in the inverse beta microstructure to allow.

Die Teile werden unter Verwendung konventioneller Prüftechniken geprüft (Schritt 56 – 16), z.B. durch Fluoreszenz-Eindringprüfung (FPI – fluorescent penetrant inspection), radiografisch, visuell, und nach dem Durchlaufen der Prüfung können sie verwendet werden oder weiter bearbeitet/erneut bearbeitet werden, falls erforderlich (Schritt 58 – 16).The parts are tested using conventional testing techniques (step 56 - 16 ), eg by fluorescent penetrant inspection (FPI), radiographically, visually, and after passing the test, they can be used or further processed / reprocessed, if necessary (step 58 - 16 ).

Als ein Ergebnis unserer Arbeit mit Titanlegierungen glauben wir, dass mehrere Bedingungen wichtig sind, um Gussteile guter Qualität herzustellen. Das Schmelzen, Gießen und Einspritzen von Material muss, insbesondere für reaktive Materialien wie Titanlegierungen, in einer nicht-reaktiven Umgebung durchgeführt werden, und wir bevorzugen, diese Vorgänge in einer Vakuum-Umgebung, die bei einem Druck von bevorzugt weniger als 100 μm, und bevorzugter weniger als 50 μm, gehalten wird, durchzuführen. Der Betrag der Überhitzung sollte ausreichend sein, um sicherzustellen, dass das Material von der Zeit, zu der es gegossen wird, bis es eingespritzt wird, im Wesentlichen und vollständig geschmolzen bleibt, aber auch, um ein schnelles Abkühlen und die Bildung kleiner Körner zu ermöglichen, sobald es eingespritzt ist. Wegen der relativ geringen Überhitzung muss die Überführung des geschmolzenen Metalls und das Einspritzen schnell genug sein, um vor dem Festwerden des Metalls zu geschehen. Die sich ergebende Mikrostruktur wie die Korngröße scheint der Abschnittsdicke des Teils, das gegossen wird, sowie den verwendeten Gießform-Materialien und der verwendeten Überhitzung zu entsprechen, d.h. dünnere Abschnitte neigen dazu, kleinere Körner zu enthalten, und dickere Abschnitte (insbesondere Innenbereiche dickerer Abschnitte) neigen dazu, größere Körner zu enthalten. Gießform-Materialien mit höherer Wärmeleitfähigkeit führen zu Gegenständen mit kleineren Körnern, wie es die Verwendung geringerer Überhitzungen tut. Wir glauben, dass sich dies aus den relativen Kühlgeschwindigkeiten ergibt. Die Geschwindigkeit, mit der der Kolben bewegt wird, und dementsprechend die Geschwindigkeit, mit der Material in die Form eingespritzt wird, scheint die Oberflächen-Beschaffenheit der Gegen stände, wie gegossen, zu beeinflussen, obwohl die Konstruktion des Einlaufsystems sowie das Gießform-Material in Kombination mit der Einspritzgeschwindigkeit ebenfalls eine Rolle spielen können.When As a result of our work with titanium alloys, we believe that Several conditions are important to produce good quality castings. The melting, pouring and injecting material, especially for reactive Materials such as titanium alloys, in a non-reactive environment carried out and we prefer these processes in a vacuum environment, that at a pressure of preferably less than 100 microns, and more preferably less than 50 μm, is held to perform. The amount of overheating should be sufficient to ensure that the material is from the time it is poured until it is injected in the Essential and complete melted, but also to cool down quickly and the formation of small grains to enable as soon as it is injected. Because of the relatively low overheating must be the transfer of the molten metal and injecting fast enough to to happen before the metal solidifies. The resulting Microstructure seems like the grain size the section thickness of the part being cast and the part used Mold materials and the overheating used correspond, i. thinner Sections tend to contain smaller grains, and thicker ones Sections (especially interior areas of thicker sections) tend to larger grains too contain. Mold materials with higher Thermal conductivity lead to objects with smaller grains, as does the use of lesser overheating. We believe, that this results from the relative cooling rates. The speed at which the piston is moved, and accordingly the speed with which material is injected into the mold seems the surface texture of the Against stalls, as cast, influence, although the construction of the inlet system as well as the mold material in combination with the injection speed also a role can play.

Druckgießen stellt gegenüber dem Schmieden andere signifikante Vorteile bereit. Vom Standpunkt der erforderlichen Ausrüstung her erfordert das Schmieden die Herstellung mehrerer Formen, um ein neues Teil herzustellen, mit signifikanten Kosten. Im Gegensatz dazu ist pro Teil nur ein einziger Gießform-Satz erforderlich, mit relativ zum Schmieden signifikant verringerten Ausgaben. Die Zeit, die zur Herstellung eines Teils, vom Ingot zum fertiggestellten Teil; erforderlich ist, wird signifikant verringert, da es kein Erfordernis gibt, speziell zugeschnittene Materialbarren herzustellen, und da das Gießen allgemein in einem einzigen Schritt durchgeführt wird, im Gegensatz zu mehreren Schmiedevorgängen. Beim Druckgießen können mehrere Teile bei einem einzigen Gießen hergestellt werden. Druckgießen ermöglicht die Herstellung von Teilen mit komplexeren dreidimensionalen Formen, wodurch es ermöglicht, dass neue Software-Designtechnologie auf Gebieten wie Gasturbinenmaschinen angewendet und ausgenutzt wird, und die Herstellung effizienterer Strömungsprofile und anderer Bauteile ermöglicht. Wir glauben, dass das Druckgießen die Herstellung von Gegenständen mit komplexeren Formen ermöglichen wird, wobei Materialien verwendet werden, die schwierig oder unmöglich zu jenen Formen zu schmieden sind. Darüber hinaus können druckgegossene Teile mit einer Form näher an ihrer fertiggestellten Form hergestellt werden, und mit einer hervorragenden Oberflächen-Beschaffenheit, was Nachbearbeitungsvorgänge nach der Herstellung minimiert, was alles ebenfalls die Kosten der Herstellung derartiger Teile verringert.Die casting provides other significant advantages over forging. From the standpoint of required equipment, forging requires the production of multiple molds to produce a new part, at a significant cost. In contrast, only a single mold set is required per part, with significantly reduced expenses relative to forging. The time required to make a part, from the ingot to the finished part; is required is significantly reduced because there is no need to produce specially tailored billets, and because casting is generally performed in a single step, as opposed to multiple forging operations. In die casting, multiple parts can be made in a single casting. Die casting enables the production of parts with more complex three-dimensional shapes, allowing new software design technology to be applied and exploited in areas such as gas turbine engines, and enabling the production of more efficient airfoils and other components. We believe, that die casting will allow for the production of articles of more complex shapes, using materials that are difficult or impossible to forge to those shapes. In addition, die-cast parts can be made with a shape closer to their finished shape, and with excellent surface finish, which minimizes post-fabrication post-processing, all of which also reduces the cost of manufacturing such parts.

Die vorliegende Erfindung wurde zwar oben recht genau beschrieben, aber es versteht sich, dass die Erfindung in veranschaulichender Weise und nicht in beschränkender Weise beschrieben wurde und in den folgenden Ansprüchen definiert wird.The Although the present invention has been described quite accurately above, but It is understood that the invention is illustrated in an illustrative manner and not in limiting Described and defined in the following claims becomes.

Claims (12)

Verfahren zur Herstellung eines druckgegossenen Gasturbinenmaschinen-Bauteils, das aus Titanlegierung besteht, folgende Schritte aufweisend: a) Vorbereiten einer Material-Charge; b) Schmelzen der Material-Charge unter Verwendung einer Induktions-Schalenschmelzeinheit, die unter einer Vakuumumgebung von weniger als 100 μm arbeitet, und Erhitzen der Material-Charge auf eine Überhitzung innerhalb von 50°F bis 100°F/27,7 bis 55,5°C; c) Gießen der geschmolzenen Material-Charge in einen nicht erwärmten horizontalen Schusskanal einer Druckgussmaschine unter der Vakuumumgebung, so dass das geschmolzene Material weniger als 50 % des Schusskanal-Volumens füllt; und d) Einspritzen des geschmolzenen Materials unter Druck in eine wiederverwendbare Form; wobei die Material-Charge ausgewählt wird aus: i) 4 bis 8 Gew.-% Al und 3 bis 5 Gew.-% V, bis zu 0,5 Gew.-% Fe bis zu 0,25 Gew.-% O, bis zu 0,20 Gew.-% C, bis zu 0,1 Gew.-% N, bis zu 0,02 Gew.-% H, bis zu 0,01 Gew.-% Y, Rest Titan und Verunreinigungen; ii) 5 bis 7 Gew.-%, Al, 1,5 bis 2,5 Gew.-% Sn, 3,0 bis 5,0 Gew.-% Zr und 1,5 bis 2,5 Gew.-% Mo, gewünschtenfalls 0,05 bis 0,15 Gew.-% Si, bis zu 0,2 Gew.-% Fe, bis zu 0,25 Gew.-% O, bis zu 0,15 Gew.-% Cu, bis zu 0,1 Gew.-% N, bis zu 0,02 Gew.-% H, bis zu 0,010 Y, Rest Titan und Verunreinigungen; oder iii) 7 bis 8,5 Gew.-% Al, 0,5 bis 1,5 Gew.-% Mo und 0,5 bis 1,5 Gew.-% V, bis zu 0,22 Gew.-% Si, bis zu 0,4 Gew.-% Fe, bis zu 0,15 Gew.-% O, bis zu 0,1 Gew.-% C, bis zu 0,25 Gew.-% Sn, bis zu 0,15 Gew.-% Cu, bis zu 750 ppm N, bis zu 200 ppm H, bis zu 50 ppm B, bis zu 75 ppm Y, Rest Titan und Verunreinigungen.Method for producing a die-cast Gas turbine engine component Titanium alloy consists of the following steps: a) Preparing a material batch; b) Melting the material batch using an induction tray melt unit, which under one Vacuum environment of less than 100 microns works, and heating the Material charge on overheating within 50 ° F up to 100 ° F / 27.7 to 55.5 ° C; c) to water the molten material batch into a non-heated horizontal Shot channel of a die-casting machine under the vacuum environment, so that the molten material is less than 50% of the shot channel volume fills; and d) injecting the molten material under pressure in a reusable form; wherein the material batch is selected out: i) 4 to 8% by weight Al and 3 to 5% by weight V, up to 0.5% by weight Fe up to 0.25 wt% O, up to 0.20 wt% C, up to 0.1 wt% N, up to 0.02 wt% H, up to 0.01 wt% Y, balance titanium and impurities; ii) 5 to 7 wt%, Al, 1.5 to 2.5 wt% Sn, 3.0 to 5.0 wt% Zr and 1.5 to 2.5 wt% Mo, if desired 0.05 to 0.15 wt% Si, up to 0.2 wt% Fe, up to 0.25 wt% O, up to 0.15% by weight of Cu, up to 0.1% by weight of N, up to 0.02% by weight of H, up to 0.010 Y, balance titanium and impurities; or iii) 7 to 8.5% by weight of Al, 0.5 to 1.5% by weight of Mo and 0.5 to 1.5% by weight V, up to 0.22 wt% Si, up to 0.4 wt% Fe, up to 0.15 wt% O, up to 0.1% by weight C, up to 0.25% by weight Sn, up to 0.15% by weight Cu, up to 750 ppm N, up to 200 ppm H, up to 50 ppm B, up to 75 ppm Y, balance titanium and impurities. Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht, bei dem das Volumen an geschmolzenem Material, das in den Schusskanal überführt wird, weniger als 40 % des Schusskanal-Volumens beträgt.A method as claimed in claim 1, wherein the volume of molten material transferred into the firing channel less than 40% of the firing channel volume. Verfahren wie in Anspruch 2 beansprucht, bei dem das Volumen an geschmolzenem Material, das in den Schusskanal überführt wird, weniger als 30 % des Schusskanal-Volumens beträgt.A method as claimed in claim 2, wherein the volume of molten material transferred into the firing channel less than 30% of the firing channel volume. Verfahren wie in Anspruch 1, 2 oder 3 beansprucht, bei dem der Prozess des Gießens und Einspritzens des geschmolzenen Materials in weniger als 2 Sekunden durchgeführt wird.A method as claimed in claim 1, 2 or 3, in which the process of casting and injecting the molten material in less than 2 seconds carried out becomes. Verfahren wie in Anspruch 4 beansprucht, bei dem der Prozess des Gießens und Einspritzens des geschmolzenen Materials in weniger als einer Sekunde durchgeführt wird.A method as claimed in claim 4, wherein the process of casting and injecting the molten material into less than one Second performed becomes. Verfahren wie in irgendeinem vorangehenden Anspruch beansprucht, bei dem die geschmolzene Charge mit einer Kolbengeschwindigkeit von 1,2 bis 4,5 m/s (50 bis 175 inch/s) in die Form eingespritzt wird.A method as in any preceding claim claimed in which the molten batch with a piston speed from 1.2 to 4.5 m / s (50 to 175 inches / s) is injected into the mold. Verfahren wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6 beansprucht, bei dem die Material-Charge aus 5 bis 7 Gew.-% Al, 3,5 bis 4,5 Gew.-% V, bis zu 0,5 Gew.-% Fe, bis zu 0,25 Gew.-% O, bis zu 0,20 Gew.-% C, bis zu 0,1 Gew.-% N, bis zu 0,02 Gew.-% H, bis zu 0,01 Gew.-% Y, Rest Titan und Verunreinigungen besteht.A method as in any of claims 1 to 6, in which the material charge consists of 5 to 7% by weight of Al, 3.5 to 4.5% by weight V, up to 0.5% by weight Fe, up to 0.25% by weight O, up to 0.20% by weight of C, up to 0.1% by weight of N, up to 0.02% by weight of H, up to 0.01 wt .-% Y, balance titanium and impurities. Verfahren wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6 beansprucht, bei dem die Material-Charge aus 5,5 bis 6,5 Gew.-% Al, 1,75 bis 2,25 Gew.-% Sn, 3,5 bis 4,5 Gew.-% Zr, 1,8 bis 2,2 Gew.-% Mo, bis zu 0,2 Gew.-% Fe, bis zu 0,15 Gew.-% C, bis zu 0,25 Gew.-% O, bis zu 0,1 Gew.-% N, bis zu 0,02 Gew.-% H, und bis zu 0,01 Y, Rest Titan und Verunreinigungen besteht.A method as in any of claims 1 to 6, wherein the material charge is 5.5 to 6.5% by weight. Al, 1.75 to 2.25 wt% Sn, 3.5 to 4.5 wt% Zr, 1.8 to 2.2 Wt% Mo, up to 0.2 wt% Fe, up to 0.15 wt% C, up to 0.25 wt% O, up to 0.1 wt% N, up to 0.02 wt% H, and up to 0.01 Y, Residual titanium and impurities exist. Verfahren wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6 beansprucht, bei dem die Material-Charge aus 7,35 bis 8,35 Gew.-% Al, 0,75 bis 1,25 Gew.-% Mo und 0,75 bis 1,25 Gew.-% V, bis zu 0,15 Gew.-% Si, bis zu 0,4 Gew.-% Fe, bis zu 0,15 Gew.-% O, bis zu 0,1 Gew.-% C, bis zu 0,25 Gew.-% Sn, bis zu 0,15 Gew.-% Cu, bis zu 750 ppm N, bis zu 200 ppm h, bis zu 50 ppm, bis zu 75 ppm Y, Rest Titan und Verunreinigungen besteht.A method as in any of claims 1 to 6, wherein the material charge is from 7.35 to 8.35% by weight. Al, 0.75 to 1.25 wt% Mo and 0.75 to 1.25 wt% V, up to 0.15 Wt% Si, up to 0.4 wt% Fe, up to 0.15 wt% O, up to 0.1 Wt% C, up to 0.25 wt% Sn, up to 0.15 wt% Cu, up to 750 ppm N, up to 200 ppm h, up to 50 ppm, up to 75 ppm Y, balance titanium and impurities. Verfahren wie in irgendeinem vorangehenden Anspruch beansprucht, bei dem die Vakuum-Umgebung weniger als 50 μm beträgt.A method as in any preceding claim claimed in which the vacuum environment is less than 50 microns. Verfahren wie in irgendeinem vorangehenden Anspruch beansprucht, bei dem das Bauteil bei einer Temperatur über 1500°F/815°C und unter 1850°F/1010°C bei einem Druck von mindestens 14 ksi/98 MPa für mindestens zwei Stunden heißisostatisch gepresst wird.A process as claimed in any preceding claim, wherein the component is hot-cured at a temperature above 1500 ° F / 815 ° C and below 1850 ° F / 1010 ° C at a pressure of at least 14 ksi / 98 MPa for at least two hours is pressed table. Verfahren wie in irgendeinem vorangehenden Anspruch beansprucht, bei dem mehr als ein Teil in einem einzigen Schuss gegossen wird.A method as in any preceding claim claimed that more than a part in a single shot is poured.