DE69935258T2 - SUPER ALLOY PRESSURE CASTINGS - Google Patents

Abstract

A die cast article (10) composed of a nickel or cobalt base superalloy is disclosed, and is characterized by a microstructure having an absence of flowlines, and a fine average grain size relative to corresponding forged or investment cast articles. The articles include gas turbine engine components.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Druckguss von Nickel-basiertem Waspaloy-Superlegierungen, z.B. typischerweise Waspaloy mit hohen Schmelztemperaturen von über 2300 bis 2500°F/1260 bis 1370°C.The The present invention relates to a method of die casting nickel-based Waspaloy superalloys, e.g. typically Waspaloy with high melting temperatures of over 2300 to 2500 ° F / 1260 to 1370 ° C.

Nickel-basierte und Kobalt-basierte Superlegierungen werden bei Anwendungen benutzt, welche hohe Festigkeit/Gewichtverhältnisse, Korrosionsfestigkeit und Verwendung bei relativ hohen Temperaturen erfordern, beispielsweise bis zu und über ca. 1500°F/815°C. Wie hier verwendet, bezieht sich Superlegierung generell auf jene Materialien, welche durch hohe Festigkeit gekennzeichnet sind und hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen behalten. Solche Materialien sind auch durch relativ hohe Schmelzpunkte gekennzeichnet.Nickel-based and cobalt-based superalloys are used in applications which high strength / weight ratios, corrosion resistance and use at relatively high temperatures, for example up to and over about 1500 ° F / 815 ° C. Like here used superalloy refers generally to those materials, which are characterized by high strength and high strength keep at high temperatures. Such materials are also through characterized relatively high melting points.

In Gasturbinenmaschinen werden diese Superlegierungen beispielsweise typischerweise verwendet im Turbinenbereich und manchmal in den späteren Stufen des Kompressorbereichs der Maschine einschließlich, aber nicht beschränkt auf Strömungsprofile, z.B. Laufschaufeln und Leitschaufeln, wie auch statische und strukturelle Komponenten, z.B. Zwischengehäuse und Kompressorgehäuse, Kompressorscheiben, Turbinengehäuse und Turbinenscheiben. Eine typische in Gasturbinenmaschinen verwendete Nickel-basierte Superlegierung wird unter dem Namen Waspaloy verkauft und ist beispielsweise in den US-Patenten Nr. 4 574 015 und 5 120 373 offenbart.In Gas turbine engines become these superalloys, for example typically used in the turbine area and sometimes in the later Stages of the compressor area of the machine including, but not limited on airfoils, e.g. Blades and vanes, as well as static and structural Components, e.g. intermediate housing and compressor housing, Compressor discs, turbine housing and turbine disks. A typical used in gas turbine engines Nickel-based superalloy is sold under the name Waspaloy and is, for example, in US Pat. Nos. 4,574,015 and 5,120 373 discloses.

Für Zwecke, bei welchen Waspaloy für Gegenstände wie z.B. Laufschaufeln und Leitschaufeln in Gasturbinenmaschinen verwendet wird, erfüllen die Gegenstände zumindest die Anforderungen, welche aufgeführt sind in Aerospace Material Specification AMS 5707 (Rev.H, veröffentlicht August 1994), veröffentlicht durch SAE International aus Warrendale, PA.For purposes at which Waspaloy for objects such as. Blades and vanes in gas turbine engines is used things At least the requirements that are listed in Aerospace material Specification AMS 5707 (Rev.H, published August 1994), published by SAE International from Warrendale, PA.

Gatorized Waspaloy ist eine hoch entwickelte Waspaloy-Zusammensetzung, welche entwickelt wurde, um verbesserte Festigkeit und Temperatureigenschaften gegenüber konventionellem Waspaloy zu bieten. Siehe US-Patente Nr. 4 574 015 und 5 120 373. Es hat eine allgemeine Zusammensetzung in Gew.-% an Chrom 15,00 bis 17,00, Kobalt 12,00 bis 15,00, Molybdän 3,45 bis 4,85, Titan 4,45 bis 4,75, Aluminium 2,00 bis 2,40. Gator Waspaloy kann auch kleine Mengen an anderen Elementen haben, z.B. Zirconium 0,02 bis 0,12, Bor 0,003 bis 0,010 und Magnesium 0,0010 bis 0,005.Gatorized Waspaloy is a sophisticated Waspaloy composition which was developed to improved strength and temperature properties across from Conventional Waspaloy to offer. See U.S. Patent Nos. 4,574,015 and 5,120,373. It has a general composition in wt% chromium 15.00 to 17.00, cobalt 12.00 to 15.00, molybdenum 3.45 to 4.85, titanium 4.45 to 4.75, aluminum 2.00 to 2.40. Gator Waspaloy may also have small amounts of other elements, e.g. zirconium 0.02 to 0.12, boron 0.003 to 0.010 and magnesium 0.0010 to 0.005.

In der Gasturbinenmaschinen-Industrie wird Schmieden angewendet, um Teile mit komplexen dreidimensionalen Formen zu erzeugen, z.B. Leitschaufeln und Laufschaufeln. Viele Nickel-basierte Superlegierungen, Kobalt-basierte Superlegierungen und Eisen-basierte Superlegierungen werden traditionell präzisionsgeschmiedet, um Teile mit einer kleinen durchschnittlichen Korngröße und einer Ausgeglichenheit an hoher Festigkeit, geringem Gewicht und guter Hochzyklus-Ermüdungsrestistenz zu haben. Für manche Anwendungen, z.B. Turbinenlaufschaufeln und Leitschaufeln, wird die Herstellung typischerweise unter Verwendung von Präzisionsgussverfahren hergestellt. Gießen wird verbreitet verwendet, um Gegenstände mit nahezu ihrer endgültigen Form zu erzeugen.In In the gas turbine engine industry, forging is used to To produce parts with complex three-dimensional shapes, e.g. vanes and blades. Many nickel-based superalloys, cobalt-based Superalloys and iron-based superalloys become traditional precision-forged, around parts with a small average grain size and a Balance of high strength, low weight and good High Cycle Ermüdungsrestistenz to have. For some applications, e.g. Turbine blades and vanes, Manufacturing is typically done using precision casting techniques produced. to water is widely used to create items with almost their final shape to create.

Präzisionsgießen, wobei geschmolzenes Metall in eine Keramikschale mit einem Hohlraum in der Gestalt des zu gießenden Gegenstands gegossen wird, kann verwendet werden, um solche Gegenstände zu erzeugen. Präzisionsgießen erzeugt jedoch sehr große Körner, beispielsweise ASTM 0 oder größer (verglichen mit den relativ kleinen Korngrößen, welche durch Schmieden erreicht werden können), und in manchen Fällen weist das gesamte Teil ein einzelnes Korn auf. Da außerdem eine individuelle Gussform für jedes Teil hergestellt wird, ist das Verfahren kostspielig. Reproduzierbarkeit von sehr präzisen Abmessungen von einem zum nächsten Teil ist schwierig zu verwirklichen. Falls das Material geschmolzen, gegossen und/oder verfestigt wird in Gegenwart eines Gases, können die Teile unerwünschte Eigenschaften haben, z.B. Einschlüsse und Porosität, insbesondere bei Materialien, welche reaktive Elemente enthalten, z.B. Titan oder Aluminium. Absplitterungen der Keramikschale tragen auch zum Vorhandensein von Einschlüssen und Verunreinigungen bei.Precision casting, wherein molten metal in a ceramic bowl with a cavity in the shape of the to be poured Cast object can be used to produce such items. Precision casting produced but very big grains for example ASTM 0 or greater (compared to the relatively small grain sizes, which can be achieved by forging), and in some cases points the entire part on a single grain. As well as an individual mold for each Part is made, the process is expensive. reproducibility of very precise Dimensions from one to the next Part is difficult to realize. If the material is melted, poured and / or solidified in the presence of a gas, the Parts unwanted Have properties, e.g. Inclusions and porosity, in particular for materials containing reactive elements, e.g. titanium or aluminum. Splintering of the ceramic shell also contribute to Presence of inclusions and impurities at.

Permanent-Formgießen, wobei geschmolzenes Material in eine mehrteilige, wiederverwendbare Form gegossen wird und nur aufgrund der Schwerkraft in die Form fließt, wird auch allgemein verwendet, um Teile zu gießen. Siehe beispielsweise US-Patent 5 505 246 von Colvin. Permanent-Formgießen hat jedoch verschiedene Nachteile. Für dünne Gussteile, z.B. Strömungsprofile, kann die Schwerkraft nicht ausreichend sein, um das Material in die dünneren Bereich zu zwingen, insbesondere wenn hoch schmelzende Materialien und geringe Überhitzen verwendet werden, und entsprechend wird die Form nicht konsistent aufgefüllt, und die Teile müssen verworfen werden. Abmessungstoleranzen müssen relativ groß sein und erfordern entsprechend mehr Nachbearbeitung nach Gießen, und Wiederholbarkeit ist schwer zu verwirklichen. Permanent-Formgießen führt auch zu relativ schlechten Oberflächen, was auch zusätzliches Nachbearbeiten nach Gießen erforderlich macht.Permanent molding, wherein molten material is poured into a multi-part, reusable mold and flows into the mold only by gravity, is also commonly used to cast parts. See, for example, Colvin U.S. Patent 5,505,246. However, permanent molding has several disadvantages. For thin castings, eg airfoils, gravity may not be sufficient to force the material into the thinner area, especially when using high melting point materials and low overheating, and accordingly the mold is not consistently filled up and the parts must be discarded , Dimensional tolerances must be relatively large and require correspondingly more rework after casting, and repeatability is difficult to achieve. perma nent molding also results in relatively poor surfaces, which also requires additional rework after casting.

Druckguss, wobei geschmolzenes Material unter Druck in eine wiederverwendbare Form gegossen wird, wurde in der Vergangenheit erfolgreich verwendet, um Gegenstände aus Materialien mit relativ niedrigen Schmelzpunkten zu erzeugen, beispielsweise unter ca. 2000°F/1093°C. Wie beispielsweise in den US-Patenten Nr. 2 932 865, 3 106 002, 3 532 561 und 3 646 990 beschrieben, umfasst eine konventionelle Druckgussmaschine eine Schussbüchse, welche auf eine (typischerweise fixierte) Platte einer mehrteiligen Form montiert ist, beispielsweise einer zweiteiligen Form einschließlich einer fixierten und einer beweglichen Platte, welche zusammenwirken, um einen Formhohlraum zu definieren. Die Schussbüchse ist horizontal, vertikal oder zwischen horizontal und vertikal geneigt ausgerichtet. Die Schussbüchse ist mit einem Zulauf der Form verbunden und umfasst eine Öffnung an der Schussbüchse, durch welche das geschmolzene Material gegossen wird. Ein Kolben ist zur Bewegung in der Büchse positioniert, und ein Antriebsmechanismus bewegt den Kolben und zwingt geschmolzenes Metall aus der Büchse in die Form. In einer Druckgussmaschine vom „Kaltkammer"-Typ ist die Schussbüchse typischerweise horizontal orientiert und ist unbeheizt. Gießen findet normalerweise unter atmosphärischen Bedingungen statt, d.h. die Ausrüstung ist nicht in einer nicht-reaktiven Umgebung, z.B. Vakuumkammer oder Inertatmosphäre, angeordnet.Diecast, molten material under pressure into a reusable Cast mold has been used successfully in the past, around objects to produce materials with relatively low melting points, for example below about 2000 ° F / 1093 ° C. Like for example in U.S. Patent Nos. 2,932,865, 3,106,002, 3,532,561 and 3,646 990, a conventional die casting machine includes a Shot sleeve, which on a (typically fixed) plate of a multipart Mold is mounted, for example, a two-part mold including a fixed and a movable plate which cooperate to to define a mold cavity. The firing box is horizontal, vertical or oriented horizontally and vertically. The shot sleeve is connected to an inlet of the mold and includes an opening the firearm, through which the molten material is poured. A piston is to move in the box positioned, and a drive mechanism moves the piston and forces molten metal from the tin into the mold. In a "cold chamber" type die casting machine, the shot sleeve is typical oriented horizontally and is unheated. Casting usually takes place under atmospheric Conditions take place, i. equipment is not in a non-reactive environment, e.g. Vacuum chamber or inert atmosphere, arranged.

Die Nachteile solcher Maschinen werden auch in den US-Patenten Nr. 3 646 990 und 3 791 440, beide von Cross, diskutiert, insbesondere in Verbindung mit der Unfähigkeit, solche Maschinen zum Gießen von Materialien mit höherem Schmelzpunkt zu verwenden. In konventionellen Maschinen wird die Atmosphäre in der Schussbüchse nicht evakuiert, und der Kolben zwingt auch jegliche Luft aus der Büchse in die Form, was zu Porosität der Druckgussgegenstände führt, ein Zustand, der sowohl unerwünscht als auch unannehmbar ist, insbesondere wenn der Gegenstand bei anspruchsvollen Anwendungen verwendet wird, z.B. bei Luftfahrtkomponenten. Um dementsprechend das Einspritzen von Blasen mit dem geschmolzenen Material zu vermeiden, muss die Schussbüchse so vollständig wie möglich gefüllt sein oder so geneigt sein, dass jegliche Luft vor dem Einspritzen sich von der Form weg bewegt. Da außerdem die Schussbüchse ungeheizt ist, verfestigt sich eine Haut bzw. „Dose" des geschmolzenen Materials auf der Innenseite der Schussbüchse, und um den Kolben durch die Schussbüchse zum Einspritzen des geschmolzenen Metalls in die Form zu bewegen, muss der Kolben Widerstand des verfestigten Metalls überwinden, die Haut von der Büchse herunter kratzen und somit die „Dose" zerdrücken. Die Dose bildet jedoch ein strukturell festes Element, beispielsweise in Form eines Zylinders, welcher durch die Büchse gestützt wird, und der Kolben und/oder die verbundene Struktur zum Bewegen des Kolbens kann beschädigt oder zerstört werden aufgrund des Widerstands gegenüber der Kolbenbewegung. Wenn der Kolben thermisch verformt ist und der Büchsenform nicht entspricht bzw. die Büchse thermisch verformt ist, wobei die Freiräume zwischen Büchse und Kolben verändert werden, kann das Durchströmen von Metall zwischen Kolben und Büchse („Blowback") stattfinden und/oder den Kolben binden, was alles die erzeugten Artikel nachteilig beeinflusst. Siehe auch das an Parlanti et al. erteilte US-Patent Nr. 3 533 464.The Disadvantages of such machines are also disclosed in US Pat. Nos. 3 646,990 and 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, the the atmosphere in the firing box not evacuated, and the piston also forces any air out of the rifle into the mold, causing porosity the die-cast objects leads, a condition that is both undesirable as well as unacceptable, especially if the item is demanding Applications is used, e.g. in aviation components. In order accordingly to avoid the injection of bubbles with the molten material must the firing box so completely as possible filled be or inclined so that any air before injecting moving away from the mold. In addition, since the firing box unheated is a skin or "can" of the molten material solidified on the Inside of the firing box, and around the piston through the firing box for injecting the molten one Metal to move into the mold, the piston must be resistant to the solidified Overcome metal, the skin from the rifle Scrape down and crush the "can" but the can forms a structurally strong element, for example in the form of a cylinder, which through the rifle supported is, and the piston and / or the associated structure for moving the Piston may be damaged or destroyed are due to the resistance to the piston movement. If the piston is thermally deformed and does not correspond to the sleeve shape or the rifle is thermally deformed, with the spaces between bush and Piston changed can be flowing through of metal between piston and bush ("Blowback") take place and / or bind the piston, which affects all the articles produced adversely. See also that to Parlanti et al. granted U.S. Patent No. 3,533,464.

Trotz ausgiebiger Anstrengungen wurden die konventionellen „Kaltkammer"-Druckgussmaschinen bisher nicht erfolgreich zur Erzeugung von Gegenständen verwendet, welche aus hoch schmelzenden Materialien gebildet sind, z.B. aus Titanlegierungen und Superlegierungen. Wie hier verwendet, bezieht sich Superlegierung im Allgemeinen auf jene Materialien, die durch hohe Festigkeit gekennzeichnet sind und hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen beibehalten. Solche Materialien sind auch durch relativ hohe Schmelzpunkte gekennzeichnet. Vergangene Versuche, hoch schmelzende Materialien, z.B. Titanlegierungen und Superlegierungen, mit Druckguss zu gießen, führte zu unverwendbaren Druckgussmaschinen, wie auch zu Gegenständen, welche durch mindere Qualität gekennzeichnet waren, z.B. Unreinheiten, übermäßige Porosität und relativ geringe Festigkeit und schlechte Ermüdungseigenschaften.In spite of Extensive efforts have been the conventional "cold chamber" die casting machines so far not used successfully for the production of objects which high-melting materials are formed, e.g. made of titanium alloys and superalloys. As used herein, superalloy refers generally on those materials characterized by high strength are and maintain high strength at high temperatures. Such Materials are also characterized by relatively high melting points. Past trials, high melting materials, e.g. titanium alloys and superalloys, die-cast, resulted in unusable die-casting machines, as well as objects, which by inferior quality were characterized, e.g. Impurities, excessive porosity and relative low strength and poor fatigue properties.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Druckgussgegenstände bereitzustellen, welche aus Nickel-basierten und Kobalt-basierten Superlegierungen gebildet sind.It is an object of the present invention to provide die-cast articles, which are nickel-based and cobalt-based superalloys are formed.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Druckgussgegenständen bereitzustellen, welche aus hoch schmelzenden Materialien wie Waspaloy gebildet sind; insbesondere um Gegenstände mit relativ komplexer Form herzustellen, z.B. Gasturbinenmaschinen-Komponenten, welche nur schwierig, falls überhaupt, geschmiedet werden können; und Gegenstände herzustellen, welche Festigkeit, Haltbarkeit und Ermüdungsresistenz haben, die vergleichbar sind mit entsprechenden Gegenständen, welche auf andere Weise hergestellt wurden, z.B. durch Präzisionsgießen und Schmieden; und insbesondere um Gegenstände bereitzustellen mit komplexen dreidimensionalen Formen, welche nur schwierig, falls überhaupt, schmiedbar sind.It It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing to provide die-cast articles, which are made of high-melting materials such as Waspaloy; especially for objects with relatively complex shape, e.g. Gas turbine engine components, which are difficult, if any, can be forged; and objects which strength, durability and fatigue resistance that are comparable to corresponding objects which are on other ways have been made, e.g. through precision casting and forging; and particularly around objects to provide with complex three-dimensional shapes, which only difficult, if any, malleable are.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Druckgießen eines aus Waspaloy gebildeten Gegenstands gemäß Patentanspruch 1 offenbart. Der dadurch hergestellte Gegenstand, beispielsweise eine Lauf- oder Leitschaufel einer Gasturbinenmaschine, hat eine Mikrostruktur ohne Strömungslinien und hat vorzugsweise auch eine feine durchschnittliche Korngröße, z.B. mindestens ASTM 0 oder kleiner. Für Gasturbinenmaschinen-Komponenten ist die durchschnittliche Korngröße vorzugsweise ASTM 3 oder kleiner.Corresponding The present invention is a method for die casting a Waspaloy formed article according to claim 1 discloses. The article produced thereby, for example, a running or Guide vane of a gas turbine engine, has a microstructure without Streamlines and preferably also has a fine average grain size, e.g. at least ASTM 0 or less. For gas turbine engine components the average grain size is preferable ASTM 3 or smaller.

Die Gegenstände haben sowohl Formfestigkeit als auch Bruchfestigkeit bei Raumtemperatur und erhöhter Temperatur, welche zumindest vergleichbar sind mit Teilen, welche aus dem gleichen Material aufgebaut sind, aber durch andere verfahren hergestellt wurden, z.B. Schmieden oder Präzisionsgießen, und sie haben auch vergleichbare Hoch- und Niedrigzyklus-Ermüdungseigenschaften.The objects have both dimensional stability and breaking strength at room temperature and heightened Temperature, which are at least comparable to parts, which are made of the same material, but by other methods were prepared, e.g. Forging or precision casting, and they also have comparable High and low cycle fatigue properties.

Bestimmte bevorzugte Ausführungsformen werden nun in größerem Detail lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben:Certain preferred embodiments will now be in greater detail merely by way of example and with reference to the accompanying drawings described:

1 ist eine Ansicht eines Druckgussgegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 is a view of a diecast article according to the present invention.

2 und 2A sind Mikroskopaufnahmen, welche die Mikrostruktur des Druckguss-Waspaloy gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. 2 and 2A are micrographs showing the microstructure of the die-cast Waspaloy according to the present invention.

3 und 4 sind schematische Ansichten einer bevorzugten Druckgussmaschine, welche verwendet wird, um Gegenstände zu erzeugen, welche aus hoch schmelzenden Materialien bestehen. 3 and 4 FIGS. 10 and 12 are schematic views of a preferred die casting machine used to produce articles made of refractory materials.

5 ist ein Flussdiagramm eines bevorzugten Verfahrens. 5 is a flowchart of a preferred method.

Es wird nun auf 1 Bezug genommen. Ein Druckguss-Superlegierungsgegenstand gemäß der vorliegenden Erfindung ist allgemein durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet. In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Gegenstand eine Turbinenschaufel 10, welche aus einem Druckguss-Superlegierungsmaterial gebildet ist und in Gasturbinenmaschinen verwendet wird, obwohl nicht beabsichtigt ist, die vorliegende Erfindung auf Gasturbinenmaschinen-Komponenten zu beschränken. Der Gegenstand umfasst ein Strömungsprofil 12, eine Plattform 14 und eine Wurzel 16.It will be up now 1 Referenced. A die-cast superalloy article according to the present invention is generally designated by the reference numeral 10 designated. In the illustrated embodiment, the article comprises a turbine blade 10 , which is formed of a die-cast superalloy material and used in gas turbine engines, although it is not intended to limit the present invention to gas turbine engine components. The article comprises a flow profile 12 , a platform 14 and a root 16 ,

Der Gegenstand gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise gekennzeichnet durch eine Abwesenheit von Strömungs- oder Flusslinien. Es wird angemerkt, dass die Gegenstände nach dem Gießen, falls erwünscht, thermomechanisch verarbeitet werden können. Anders ausgedrückt können die Druckgussgegenstände im Folgenden als Vorformen zur Verwendung in einem Schmiedevorgang dienen. Um die mit der Erfindung verbundenen Kosteneinsparungen zu maximieren, bevorzugen wir, dass die Druckgussgegenstände in nahezu ihrer endgültigen Form gegossen werden, um an dem Gegenstand vorgenommene Nachbearbeitungen nach dem Gießen und die damit verbundenen Kosten zu minimieren. Die Gegenstände können im Zustand nach dem Gießen wärmebehandelt werden, um erwünschte mechanische Eigenschaften zu ermöglichen.Of the An article according to the present Invention is preferably characterized by an absence from flow or flow lines. It is noted that the items are after the casting, if desired, can be processed thermomechanically. In other words, the Die cast articles hereinafter preforms for use in a forging process serve. To the cost savings associated with the invention To maximize, we prefer that the die cast objects in near their final Mold to be cast to the object made post-processing after the pouring and minimize the associated costs. The items can be stored in the Condition after casting heat treated become desirable to allow mechanical properties.

Wie bereits erwähnt, wird eine in Gasturbinenmaschinen verwendete Superlegierung unter dem Namen Waspaloy vertrieben und ist beispielsweise offenbart in den US-Patenten Nr. 4 574 015 und 5 120 373, welche hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme mit aufgenommen werden. Waspaloy ist eine Nickel-basierte Superlegierung und hat, grob gesprochen, eine Zusammensetzung in Gew.-% von ca. 18 bis 21 Cr, 3,5 bis 5 Mo, 12 bis 15 Co, 2,75 bis 3,25 T, 1,2 bis 1,6 Al, 0,01 bis 0,08 Zr, 0,003 bis 0,010 B, Rest im Allgemeinen Nickel. Das Material kann auch Spuren anderer Elemente aufweisen. 2 und 2A sind Mikroskopaufnahmen, welche die Mikrostruktur von Druckguss-Waspaloy im Zustand nach dem Gießen gemäß der vorliegenden Erfindung und nach Ausgesetztsein über eine HIP-Temperatur von 2050°F/1121 °C über 4 h ohne Druck zeigen. Wie dargestellt, reduziert die Anwendung einer HIP-Temperatur ohne Druck die Entmischung. Die Anwendung eines geeigneten Drucks wird die Porosität reduzieren oder eliminieren.As already mentioned, a superalloy used in gas turbine engines is marketed under the name Waspaloy and is disclosed, for example, in US Pat. Nos. 4,574,015 and 5,120,373, which are hereby expressly incorporated by reference. Waspaloy is a nickel-based superalloy and, roughly speaking, has a composition in wt% of about 18 to 21 Cr, 3.5 to 5 Mo, 12 to 15 Co, 2.75 to 3.25 T, 1 , 2 to 1.6 Al, 0.01 to 0.08 Zr, 0.003 to 0.010 B, balance generally nickel. The material may also have traces of other elements. 2 and 2A are micrographs showing the microstructure of die-cast Waspaloy in the as-cast condition in accordance with the present invention and exposed to HIP temperature at 2050 ° F / 1121 ° C for 4 hours without pressure. As shown, applying a HIP temperature without pressure reduces segregation. The application of a suitable pressure will reduce or eliminate the porosity.

Proben gemäß der vorliegenden Erfindung werden druckgegossen und dann mit HIP behandelt. Die Arbeitsstücke, welche für Gasturbinenmaschinen behandelt werden sollen, werden vorzugsweise auch Lösungs-behandelt, Stabilisierungsbehandelt und/oder Präzipitations-wärmebehandelt in einer Schutzatmosphäre.rehearse according to the present Invention are die cast and then treated with HIP. The work pieces, which for gas turbine engines are to be treated, are preferably also solution-treated, Stabilization treated and / or precipitation heat treated in a protective atmosphere.

Gegenstände, welche als Gasturbinenmaschinen-Komponenten verwendet werden sollen, haben die folgenden Eigenschaften: Eigenschaft Zugspannung, min/bevorzugt 160 ksi/1,12GPa Streckspannung, 0,2%, min/bevorz. 110 ksi/770 Mpa Dehnung in 4D, min 12% Flächenreduktion 12% Articles to be used as gas turbine engine components have the following characteristics: property Tensile stress, min / preferred 160 ksi / 1.12 GPa Yield stress, 0.2%, min / pref. 110 ksi / 770 Mpa Elongation in 4D, min 12% area reduction 12%

Zusätzlich wurden Standard-Bruchproben (aufweisend Material, welches gemäß der Erfindung hergestellt wurde) getestet. Die Proben wurden bei ca. 1350°F/732°C gehalten und kontinuierlich belastet, nachdem eine anfängliche axiale Belastung von zwischen ca. 75 ksi/525 Mpa erzeugt wurde. Die Proben brachen nur nach mindestens 23 h und mit einer Dehnung nach Bruch von mindestens ca. 10%.Additionally were Standard fracture specimens (comprising material produced according to the invention produced) tested. The samples were held at about 1350 ° F / 732 ° C and continuously loaded after an initial axial load of between about 75 ksi / 525 Mpa was generated. The samples just broke at least 23 h and with a stretch after break of at least about 10%.

Für Gasturbinenmaschinen-Komponenten zu verwendende Arbeitsstücke sollten eine Mindest-Bruchfestigkeit von mindestens ca. 100 ksi/700 MPa, bevorzugt 110 ksi/770 Mpa haben; eine Streckspannung von mindestens 95 ksi/665 Mpa, bevorzugt 100 ksi/700 Mpa; und eine Dehnung in 4D von mindestens 3%.For gas turbine engine components Workpieces to be used should have a minimum breaking strength of at least about 100 ksi / 700 MPa, preferably 110 ksi / 770 Mpa; a yield stress of at least 95 ksi / 665 Mpa, preferably 100 ksi / 700 Mpa; and an elongation in 4D of at least 3%.

Es wird Bezug genommen auf die 3, 4 und 5. Wir bevorzugen die Verwendung einer Druckgussmaschine des Typs mit einer unbeheizten Schussbüchse („Kaltkammer"), um Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung zu erzeugen. Allgemein gesprochen, wird eine Charge eines Materials bereitgestellt (5, Schritt 44), und das zu gießende Material wird in dem Apparat 18 (Schritt 46, 5) geschmolzen. Wir bevorzugen es, das Superlegierungsmaterial durch Induktionsschalen-Rückschmelzen oder -Schmelzen (induction skull remelting or melting – ISR) 24 zu schmelzen, beispielsweise in einer Einrichtung des durch die Consarc Corporation aus Rancocas, NJ hergestellten Typs, welche in der Lage ist, rasch und sauber eine einzelne Charge eines zu gießenden Metalls zu schmelzen, z.B. bis zu 25 Pfund/12 kg Material. Bei ISR wird Material in einem Tiegel geschmolzen, welcher durch eine Mehrzahl von Metallfingern (typischerweise Kupfer) definiert ist, welche in Position aneinander gehalten sind. Der Tiegel ist umgeben durch eine mit einer Stromversorgung 26 verbundenen Induktionsspule. Die Finger umfassen Passagen für die Zirkulation von Kühlwasser von und zu einer Wasserquelle (nicht gezeigt), um ein Schmelzen der Finger zu verhindern. Das durch die Spule erzeugte Feld erwärmt und schmilzt das im Tiegel angeordnete Material. Das Feld dient auch dazu, das geschmolzene Metall zu bewegen bzw. zu rühren. Eine dünne Schicht des Materials friert an der Tiegelwand und bildet die Schale, wodurch die Fähigkeit des geschmolzenen Materials, den Tiegel anzugreifen, minimiert wird. Durch geeignetes Wählen von Tiegel und Spule und der auf die Spule angewendeten Leistung und Frequenz ist es möglich, das geschmolzene Material von dem Tiegel weg zu zwingen, wodurch der Angriff der Tiegelwand durch das geschmolzene Material weiter reduziert wird. Durch Schmelzen nur einer einzelnen Charge anstelle von Bereithalten eines großen Behälters an geschmolzener Legierung stellen wir sicher, dass Komponenten mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt in Bezug auf die Gesamtlegierung nicht verdampfen und vor dem Gießen verloren gehen.It is referred to the 3 . 4 and 5 , We prefer to use a die casting machine of the unheated "cold chamber" type to produce articles according to the present invention. 5 , Step 44 ), and the material to be cast is in the apparatus 18 (Step 46 . 5 ) melted. We prefer to use superalloy material by induction peel remelting or melting (ISR) 24 in a device of the type manufactured by the Consarc Corporation of Rancocas, NJ, which is capable of rapidly and neatly melting a single batch of metal to be cast, eg up to 25 lbs / 12 kg of material. In ISR, material is melted in a crucible defined by a plurality of metal fingers (typically copper) held together in position. The crucible is surrounded by one with a power supply 26 connected induction coil. The fingers include 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 the material disposed in the crucible. The field also serves to move or stir the molten metal. A thin layer of the material freezes on the crucible wall to form the shell, minimizing the ability of the molten material to attack the crucible. By properly selecting the crucible and coil and the power 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 instead of having a large container of molten alloy available, we ensure that relatively low melting point components do not volatilize with respect to the overall alloy and are lost prior to casting.

Wenn reaktive Materialien, z.B. Titan und Aluminium und diese Materialien enthaltende Legierungen, gegossen werden sollen, ist es wichtig, die Materialien in einer nicht-reaktiven Umgebung zu schmelzen, um eine Reaktion, Kontamination oder andere Umstände zu vermeiden, welche die Qualität der resultierenden Ge genstände nachteilig beeinflussen könnte. Da jegliche Gase in der Schmelzumgebung im geschmolzenen Material eingefangen werden können und zu übermäßiger Porosität in den Druckgussgegenständen führen können, bevorzugen wir es, das Material in einer Vakuumumgebung anstelle einer Inertumgebung, z.B. Argon, zu schmelzen. Stärker bevorzugt wird das Material in einer Schmelzkammer 20 geschmolzen, welche mit einer Vakuumquelle 22 verbunden ist, wobei die Schmelzkammer bei einem Druck von weniger als 100 μ/13,33 Pa, vorzugsweise weniger als 50 μ/6,665 Pa gehalten wird.When reactive materials, such as titanium and aluminum, and alloys containing these materials are to be cast, it is important to melt the materials in a non-reactive environment to avoid reaction, contamination, or other circumstances that compromise the quality of the resulting Ge could adversely affect the objects. Since any gases in the melt environment can be trapped in the molten material and result in excessive porosity in the die cast articles, we prefer to melt the material in a vacuum environment rather than an inert environment, such as argon. More preferably, the material is in a melting chamber 20 melted, which with a vacuum source 22 wherein the melting chamber is maintained at a pressure of less than 100 μ / 13.33 Pa, preferably less than 50 μ / 6.665 Pa.

Obwohl wir bevorzugen, einzelne oder kleinere Chargen an Material unter Verwendung einer ISR-Einrichtung zu schmelzen, kann das Material auf andere Weise geschmolzen werden, z.B. durch Vakuum-Induktionsschmelzen (vacuum induction melting, VIM) und Elektronenstrahl-Schmelzen, solange das Material nicht beträchtlich kontaminiert wird. Außerdem schließen wir das Schmelzen von Massenmaterial, z.B. mehrere Materialchargen auf einmal, in einer Vakuumumgebung und anschließendes Übertragen einzelner Chargen an geschmolzenem Material in die Schussbüchse zum Einspritzen in die Form nicht aus. Da das Material jedoch in einem Vakuum geschmolzen wird, muss jegliche Ausrüstung, die zum Transfer des geschmolzenen Material verwendet wird, typischerweise in der Lage sein, hohen Temperaturen zu widerstehen und in der Vakuumkammer positioniert zu werden, und folglich muss die Kammer relativ groß sein. Die zusätzliche Ausrüstung erhöht Kosten, und die entsprechend große Vakuumkammer benötigt mehr Zeit zum Evakuieren, wodurch die Zykluszeit beeinträchtigt wird.Even though We prefer single or smaller batches of material below Using an ISR device to melt, the material may melted in another way, e.g. by vacuum induction melting (vacuum induction melting, VIM) and electron beam melting, as long as the material is not considerable contaminated. Furthermore shut down we melt the bulk material, e.g. several batches of material at once, in a vacuum environment, and then transferring individual batches of molten material in the shot sleeve for injection into the Do not shape. However, because the material melted in a vacuum must, any equipment, which is used to transfer the molten material, typically to be able to withstand high temperatures and in the vacuum chamber to be positioned, and thus the chamber must be relatively large. The additional equipment increases costs, and the correspondingly large Vacuum chamber needed more time to evacuate, affecting cycle time.

Da etwas Zeit notwendigerweise zwischen dem Schmelzen des Materials und Einspritzen des geschmolzenen Materials in die Form vergeht, wird das Material mit einer begrenzten Überhitze geschmolzen – hoch genug, um zu gewährleisten, dass das Material zumindest im Wesentlichen geschmolzen bleibt, bis es eingespritzt wird, aber niedrig genug, um zu gewährleisten, dass rasche Verfestigung nach dem Einspritzen stattfindet, was die Bildung von kleinen Körnern ermöglicht, und auch, um die Wärmebelastung auf die Druckgussausrüstung (insbesondere jene Teile der Ausrüstung, welche in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall kommen) zu minimieren. Wir haben Superlegierungsmaterial mit einer kontrollierten, begrenzten Überhitze geschmolzen, z.B. haben wir erfolgreich Überhitzen innerhalb ca. 100°F bis 200°F/38 bis 93°C oberhalb der Schmelztemperatur der Legierung verwendet und stärker bevorzugt innerhalb ca. 50°F bis 100°F/10 bis 38°C, vorzugsweise unter Verwendung eines Schmelzsystems ohne Keramik, z.B. eine Induktionsschalen-Schmelzeinrichtung. Das Material wird ausreichend überhitzt, um zu gewährleisten, dass es geschmolzen bleibt, bis es in die Form eingespritzt wird, aber die Menge an Überhitze ist niedrig genug, um rasche Verfestigung des geschmolzenen Materials nach Einspritzen zu ermöglichen. Die geschmolzene Legierung wird dann in eine horizontale Schutzbüchse der Maschine übertragen, welche vorzugsweise in einer Vakuumumgebung angeordnet ist, und das geschmolzene Material wird unter Druck in eine wiederverwendbare Form eingespritzt. Wir haben gefunden, dass das Verfahren des Gießens und Einspritzens des geschmolzenen Materials in ein oder zwei Sekunden gut funktioniert in einer Druckgussmaschine mit einer unbeheizten Schussbüchse.Since some time is necessarily between melting the material and injecting the ge molten material into the mold, the material is melted with limited superheat - high enough to ensure that the material at least substantially remains melted until it is injected, but low enough to ensure that rapid solidification occurs after the mold Injection takes place, which allows the formation of small grains, and also to minimize the heat load on the die casting equipment (especially those parts of the equipment which come in contact with the molten metal). We have melted superalloy material with a controlled, limited superheat, eg we have successfully used overheating within about 100 ° F to 200 ° F / 38 to 93 ° C above the melting temperature of the alloy, and more preferably within about 50 ° F to 100 ° F / 10 to 38 ° C, preferably using a non-ceramic fusing system, eg, an induction tray fuser. The material is overheated enough to ensure that it remains molten until it is injected into the mold, but the amount of overheat is low enough to allow rapid solidification of the molten material after injection. The molten alloy is then transferred to a horizontal protective sleeve of the machine, which is preferably located in a vacuum environment, and the molten material is injected under pressure into a reusable mold. We have found that the process of pouring and injecting the molten material works well in one or two seconds in a die casting machine with an unheated gun.

Um das geschmolzene Material vom Tiegel zu einer Schussbüchse 30 des Apparats (148 – 5) zu übertragen, ist der Tiegel zur Translationsbewegung (Pfeil 31 in 4) und auch zur Drehbewegung (Pfeils 33 von 3) um eine Gießachse angebracht und ist wiederum an einem Motor (nicht gezeigt) montiert, um den Schmelztiegel zu rotieren, um geschmolzenes Material von dem Schmelztiegel durch ein Gießloch 32 der Schussbüchse 30 zu gießen. Die Translation bzw. Seitwärtsbewegung des Schmelztiegels findet statt zwischen der Schmelzkammer 20, in welcher das Material geschmolzen wird und einer Position in einer separaten Vakuumkammer 34, in welcher die Schussbüchse angeordnet ist. Die Gießkammer 34 wird auch als nicht-reaktive Umgebung aufrechterhalten, vorzugsweise als Vakuumumgebung mit einem Druck von weniger als 100 μ/13,33 Pa und vorzugsweise weniger als 50 μ/6,665 Pa. Die Schmelzkammer 20 und die Gießkammer 34 sind durch ein Absperrventil oder eine andere geeignete Einrichtung (nicht gezeigt) getrennt, um den Verlust an Vakuum zu minimieren, in dem Fall, dass eine Kammer der Atmosphäre ausgesetzt wird, z.B. um Zugang zu einem bestimmten Bauteil in einer bestimmten Kammer zu erhalten. Während die dargestellte Ausführungsform eine separate Schmelz- und Gießkammer aufweist, ist es auch möglich, das Schmelzen und Gießen in einer einzelnen Kammer durchzuführen. Wir bevorzugen es, separate Kammern zu verwenden, um den Verlust an Vakuum zu minimieren, in dem Fall, dass ein bestimmtes Bauteil der Atmosphäre ausgesetzt wird, z.B. um die Schmelzeinrichtung oder die Schussbüchse zu warten oder ein Gussstück zu entnehmen.To get the molten material from the crucible to a shotgun 30 of the apparatus (148 - 5 ), the crucible for translational movement (arrow 31 in 4 ) and also to the rotary movement (arrow 33 from 3 ) is mounted around a casting axis and is in turn mounted on a motor (not shown) to rotate the crucible to remove molten material from the crucible through a pouring hole 32 the firing box 30 to pour. The translation of the crucible takes place between the melting chamber 20 in which the material is melted and a position in a separate vacuum chamber 34 in which the firing bush is arranged. The casting chamber 34 is also maintained as a non-reactive environment, preferably as a vacuum environment with a pressure of less than 100 μ / 13.33 Pa and preferably less than 50 μ / 6.665 Pa. The melting chamber 20 and the casting chamber 34 are isolated by a shut-off valve or other suitable means (not shown) to minimize the loss of vacuum in the event a chamber is exposed to the atmosphere, eg to gain access to a particular component in a particular chamber. While the illustrated embodiment has a separate melting and casting chamber, it is also possible to carry out the melting and casting in a single chamber. We prefer to use separate chambers to minimize the loss of vacuum in the event that a particular component is exposed to the atmosphere, eg to service the melter or gun, or to remove a casting.

Wie bereits festgestellt, wird das geschmolzene Material von dem Tiegel 24 in die Schussbüchse 30 durch ein Gießloch 34 übertragen. Die Schussbüchse 30 ist verbunden mit einer mehrteiligen, wiederverwendbaren Form 36, welche einen Formhohlraum 38 definiert. Eine ausreichende Menge an geschmolzenem Material, um den Formhohlraum zu füllen, wird in die Schussbüchse gegossen, wobei der Formhohlraum ein Teil oder mehrere Teile umfassen kann. Wir haben erfolgreich bis zu 12 Teile mit einem einzelnen Schuss gegossen, z.B. durch Verwendung einer Form mit 12 Hohlräumen.As stated earlier, the molten material is removed from the crucible 24 in the firing box 30 through a pour hole 34 transfer. The firing box 30 is associated with a multi-part, reusable form 36 which form a cavity 38 Are defined. A sufficient amount of molten material to fill the mold cavity is poured into the shot sleeve, which mold cavity may comprise one or more parts. We have successfully cast up to 12 parts with a single shot, eg by using a mold with 12 cavities.

Die dargestellte Form 36 umfasst zwei Bereiche, 36a, 36b (kann aber mehr Bereiche aufweisen), welche miteinander wirken, um den Formhohlraum 38 zu definieren, beispielsweise in Form einer Verdichter-Laufschaufel oder -Leitschaufel für eine Gasturbinenmaschine. Die Form 36 ist vorzugsweise direkt mit einer Vakuumquelle und auch durch die Schussbüchse verbunden, um die Evakuierung der Form vor dem Einspritzen des geschmolzenen Metalls zu ermöglichen. Die Form kann in einer Vakuumkammer angeordnet sein, anstelle von oder zusätzlich zu der direkten Kopplung mit einer Vakuumquelle. Ein Bereich der beiden Bereiche 36a, 36b der Form ist typischerweise fix, während der andere Teil relativ zu dem einen Teil beweglich ist, beispielsweise durch eine hydraulische Anordnung (nicht gezeigt). Die Form umfasst vorzugsweise Auswurfstäbe (nicht gezeigt), um den Auswurf des verfestigten Materials von der Form zu erleichtern. Die Form kann auch einen Stripper-Mechanismus aufweisen (nicht gezeigt), um Gussmaterial von der Form zu entfernen, während das Material noch heiß ist, um die Wärmebelastung auf die Form weiter zu reduzieren.The illustrated form 36 includes two areas, 36a . 36b (but may have more areas) which interact with each other around the mold cavity 38 For example, in the form of a compressor blade or vane for a gas turbine engine. Form 36 is preferably directly connected to a vacuum source and also through the firing box to allow the evacuation of the mold prior to injection of the molten metal. The mold may be placed in a vacuum chamber, instead of or in addition to being directly coupled to a vacuum source. An area of the two areas 36a . 36b the mold is typically fixed while the other part is movable relative to the one part, for example by a hydraulic arrangement (not shown). The mold preferably includes ejection bars (not shown) to facilitate ejection of the solidified material from the mold. The mold may also include a stripper mechanism (not shown) to remove casting material from the mold while the material is still hot to further reduce heat stress on the mold.

Die Form kann aus verschiedenen Materialien bestehen und sollte eine gute Wärmeleitfähigkeit haben und relativ widerstandsfest gegen Erosion und chemischen Angriff vom Einspritzen des geschmolzenen Materials sein. Eine umfassende Liste möglicher Materialien wäre relativ groß und umfasst Materialien wie Metalle, Keramiken, Grafit, Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe und Metallmatrix-Verbundwerkstofte. Jede der verschiedenen Gussform-Materialien hat Eigenschaften, z.B. einfache Bearbeitbarkeit, Festigkeit bei erhöhten Temperaturen und Kompromisse aus den beiden, was es geeignet für verschiedene Anwendungen macht. Wir bevorzugen zur Zeit, für Superlegierungen aus Kohlenstoff-Flussstahl, z.B. 1018, gebildete Formen zu verwenden, aufgrund dessen geringer Kosten und leichter Bearbeitbarkeit. Beschichtungen und Oberflächenbehandlungen können verwen det werden, um die Geräteleistung und Qualität der resultierenden Teile zu verbessern. Die Form kann auch mit einer Kühlmittelquelle, z.B. Wasser, oder Wärmequelle, z.B. Öl (nicht gezeigt), verbunden sein, um die Gussform-Temperatur während des Betriebs zu regulieren. Außerdem kann ein Gussform-Schmiermittel auf eines oder mehrere ausgewählte Teile der Form und pro Gussmaschine aufgetragen werden. Jegliches Schmiermittel sollte allgemein die Qualität der resultierenden Gussteile verbessern und sollte insbesondere resistent gegenüber wärmebedingtem Zerfall sein, um das einzuspritzende Material nicht zu verunreinigen.The mold may be made of different materials and should have good thermal conductivity and be relatively resistant to erosion and chemical attack from injection of the molten material. A comprehensive list of possible materials would be relatively large, including materials such as metals, ceramics, graphite, ceramic matrix composites, and metal matrix composites. Each of the various mold materials has properties such as ease of workability, elevated temperature strength, and compromise between the two, making it suitable for a variety of applications. We currently prefer to use forms formed for superalloys of carbon mild steel, eg 1018 due to its low cost and ease of machining. Coatings and surface treatments can be used to improve the performance and quality of the resulting parts. The mold may also be connected to a source of coolant, eg water, or heat source, eg oil (not shown), to regulate the mold temperature during operation. In addition, a mold lubricant can be applied to one or more selected parts of the mold and per casting machine. Any lubricant should generally improve the quality of the resulting castings and, in particular, should be resistant to heat degradation so as not to contaminate the material to be injected.

Geschmolzenes Metall wird dann vom Tiegel zur Schussbüchse übertragen. Eine ausreichende Menge des geschmolzenen Materials, um die Schussbüchse teilweise zu füllen und im Folgenden die Form zu füllen, wird in die Büchse gegossen. Vorzugsweise ist die Büchse zu weniger als 50% gefüllt, stärker bevorzugt zu weniger als ca. 40% gefüllt und höchst bevorzugt zu weniger als 30% gefüllt.melted Metal is then transferred from the crucible to the firing box. A sufficient Quantity of molten material to the firing box partially to fill and to fill in the form below, will be in the box cast. Preferably, the sleeve filled to less than 50%, stronger preferably less than about 40% filled and most preferably less than 30% filled.

Eine Einspritzvorrichtung, z.B. ein Kolben 40 wirkt mit der Schussbüchse 30 und einer Hydraulik oder einer anderen geeigneten Anordnung (nicht gezeigt) zum Antrieb des Kolbens in Richtung des Pfeils 42 zusammen, um den Kolben zwischen der mit durchgezogenen Linien dargestellten Position und der mit unterbrochenen Linien dargestellten Position zu bewegen und damit das geschmolzene Material unter Druck von der Büchse 30 in den Formhohlraum 38 einzuspritzen (Schritt 50 – 4). In der durch die durchgezogenen Linien dargestellten Position kooperieren der Kolben und die Büchse, um ein Volumen zu definieren, welches wesentlich größer ist als die Menge an geschmolzenem Material, welche eingespritzt wird. Vorzugsweise ist das Volumen mindestens das Zweifache des Volumens von einzuspritzendem Material, stärker bevorzugt mindestens das Dreifache. Entsprechend führt das geschmolzene Material, welches von dem Tiegel zu der Büchse übertragen wird, weniger als die Hälfte und stärker bevorzugt weniger als ca. ein Drittel des Büchsenvolumens. Da die Büchse nur teilweise gefüllt ist, bildet jegliches Material bzw. jegliche Haut, welche sich auf der Büchse verfestigt, nur einen Teil-Zylinder, d.h. eine offene gebogene Fläche, und wird während des Metall-Einspritzens ohne Probleme abgekratzt oder zerdrückt und in das geschmolzene Material zurückgebracht. Zum Einspritzen haben wir Kolbengeschwindigkeiten von zwischen ca. 30 inch/s (ips)/0,76 m/s und 300 ips/7,62 m/s verwendet, wobei eine Schussbüchse einen Innendurchmesser von ca. 3 inch (76 mm) hat, und wir bevorzugen zur Zeit, eine Kolbengeschwindigkeit von zwischen ca. 50 bis 175 inch/s (ips)/1,28 bis 4,5 m/s zu verwenden. Der Kolben wird typischerweise mit einem Druck von mindestens 1200 psi/8,4 MPa und stärker bevorzugt von mindestens 1500 psi/10,5 MPa bewegt. Wenn der Kolben sich dem Ende seines Stoßes nähert und wenn der Formhohlraum gefüllt ist, beginnt er, Druck auf das Metall zu übertragen. Es kann dann vorteilhaft sein, den Druck zu vergrößern, um ein komplettes Füllen des Formhohlraums zu gewährleisten, die jeweiligen Vergrößerungsparameter sind abhängig vom gewünschten Ergebnis. Die Vergrößerung wird durchgeführt, um Porosität zu minimieren und um jegliche Materialschrumpfung während des Abkühlens zu reduzieren. Wir haben eine Vergrößerung auf über 1500 psi/10,5 MPa mit zufrieden stellenden Ergebnissen verwendet. Nachdem eine ausreichende Zeitdauer vergangen ist, um die Verfestigung des Materials in der Form zu gewährleisten, werden die Auswurfstäbe (nicht gezeigt) betätigt, um Teile aus der Form auszuwerfen (Schritt 52 – 5).An injection device, eg a piston 40 acts with the firing box 30 and a hydraulic or other suitable arrangement (not shown) for driving the piston in the direction of the arrow 42 to move the piston between the solid line position and the broken line position, and thus the molten material under pressure from the sleeve 30 into the mold cavity 38 to inject (step 50 - 4 ). In the position shown by the solid lines, the piston and the sleeve cooperate to define a volume which is substantially greater than the amount of molten material which is injected. Preferably, the volume is at least twice the volume of material to be injected, more preferably at least three times. Accordingly, the molten material transferred from the crucible to the can carries less than half and more preferably less than about one third of the can volume. Since the sleeve is only partially filled, any material or skin that solidifies on the sleeve forms only a partial cylinder, ie an open curved surface, and is scraped or crushed during the metal injection without any problems and in the brought back molten material. For injection, we used piston speeds of between about 30 inches / s (ips) / 0.76 m / s and 300 ips / 7.62 m / s, with a shot sleeve having an inside diameter of about 3 inches (76 mm) , and we currently prefer to use a piston speed of between about 50 to 175 in / sec (ips) / 1.28 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. As the piston nears the end of its stroke and when the mold cavity is filled, it begins to apply pressure to the metal. It may then be advantageous to increase the pressure to ensure a complete filling of the mold cavity, the respective magnification parameters are dependent on the desired result. The enlargement is performed to minimize porosity and to reduce any material shrinkage during cooling. We have used magnification of over 1500 psi / 10.5 MPa with satisfactory results. After a sufficient amount of time has elapsed to ensure solidification of the material in the mold, the ejector rods (not shown) are actuated to eject parts from the mold (step 52 - 5 ).

Wie aus der Technik bekannt, weisen Druckgussgegenstände typischerweise etwas Porosität auf, im Allgemeinen bis zu einigen wenigen Prozent. Dementsprechend und insbesondere wenn solche Gegenstände in anspruchsvolleren Anwendungen verwendet werden, z.B. Verdichter-Strömungsprofile für Gasturbinenmaschinen, besteht ein Erfordernis, die Porosität zu reduzieren und vorzugsweise zu eliminieren und, falls notwendig, anders zu behandeln (Schritt 54 – 5). Die Teile werden daher vorzugsweise mit heißem isostatischem Pressen (HIP), wie beschrieben, behandelt, um Porosität in den Teilen im Zustand nach dem Gießen zu reduzieren und im Wesentlichen zu eliminieren. Tatsächliche Wärmebehandlungs- und NIP-Parameter können abhängig von der gewünschten Anwendung für den Gegenstand und der zu erzielenden Zykluszeit für das Verfahren variiert werden, die Temperatur, der Druck und die Zeit, welche während HIP verwendet werden, müssen jedoch ausreichend sein, um im Wesentlichen die gesamte Porosität in den Druckgussgegenständen zu eliminieren, ohne jedoch signifikantes Kornwachstum zu ermöglichen. Typische Korngrößen sind kleiner als ASTM 0, wobei stärker beanspruchte Teile, z.B. Gasturbinenmaschinen-Komponenten, vorzugsweise ASTM 3 oder weniger haben.As known in the art, die cast articles typically have some porosity, generally up to a few percent. Accordingly, and particularly when such articles are used in more demanding applications, eg, compressor airfoils for gas turbine engines, there is a need to reduce and preferably eliminate porosity and, if necessary, treat it differently (step 54 - 5 ). The parts are therefore preferably treated with hot isostatic pressing (HIP) as described to reduce and substantially eliminate porosity in the parts after casting. Actual heat treatment and NIP parameters may be varied depending on the desired application for the article and the cycle time to be achieved for the process, but the temperature, pressure, and time used during HIP must be sufficient to substantially to eliminate all porosity in the die cast articles without, however, allowing significant grain growth. Typical grain sizes are less than ASTM 0, with heavier loaded parts, eg, gas turbine engine components, preferably having ASTM 3 or less.

Die Teile werden inspiziert (Schritt 56 – 5) unter Verwendung konventioneller Inspektionstechniken, z.B. durch Fluoreszenz-Penetrantinspektion (FPI), radiografische und visuelle Inspektion, und nach durchlaufener Inspektion können die Teile verwendet werden oder weiter behandelt/wieder behandelt werden, falls erforderlich (Schritt 58 – 5).The parts are inspected (step 56 - 5 ) using conventional inspection techniques, such as fluorescence penetrant inspection (FPI), radiographic and visual inspection, and post-inspection inspection, the parts can be used or further treated / re-treated if necessary (step 58 - 5 ).

Als Folge unserer Arbeit mit Superlegierungen sind wir der Ansicht, dass mehrere Bedingungen wichtig sind, um Gussstücke mit guter Qualität zu produzieren. Das Schmelzen, Gießen und Einspritzen von Material, insbesondere bei reaktiven Materialien, muss in einer nicht-reaktiven Umgebung durchgeführt werden, und wir bevorzugen, diese Arbeitsvorgänge in einer Vakuumumgebung durchzuführen, welche bei einem Druck von vorzugsweise weniger als 100 μ/13,33 Pa und stärker bevorzugt von weniger als 50 μ/6,665 Pa gehalten wird. Das Ausmaß an Überhitze sollte ausreichend sein, um zu gewährleisten, dass das Material im Wesentlichen und vollständig geschmolzen bleibt von dem Zeitpunkt, an welchem es gegossen wird, bis es eingespritzt wird, aber auch, um rasches Kühlen und die Bildung von kleinen Körnern zu ermöglichen, sobald es eingespritzt wird. Ausgrund der relativ geringen Überhitze muss der Transfer und das Einspritzen von geschmolzenem Material rasch genug sein, um vor der Metallverfestigung stattzufinden. Die resultierende Mikrostruktur, z.B. Korngrößen, scheint mit der Schichtdecke des gegossenen Teils wie auch mit den verwendeten Formmaterialien und der verwendeten Überhitze zu korrespondieren, d.h. dünnere Bereiche neigen dazu, kleinere Körner aufzuweisen, und dickere Bereiche (insbesondere interne Abschnitte der dickeren Bereiche) neigen dazu, größere Körner aufzuweisen. Gussformmaterialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit führen zu Gegenständen mit kleineren Körnern wie auch die Verwendung von geringeren Überhitzen. Wir sind er Ansicht, dass dies aus den relativen Abkühlraten resultiert. Die Rate, mit welcher der Kolben bewegt wird, und entsprechend die Rate, mit welcher das Material in die Form eingespritzt wird, scheint die Oberflächenbeschaffenheiten der Gegenstände im Zustand nach dem Gießen zu beeinflussen, obwohl die Konstruktion des Angusses, wie auch das Gussformmaterial, auch eine Rolle in Kombination mit der Einspritzgeschwindigkeit spielen können.As a result of our work with superalloys, we believe that several conditions have disappeared to produce castings of good quality. The melting, pouring, and injection of material, particularly reactive materials, must be carried out in a non-reactive environment, and we prefer to perform these operations in a vacuum environment operating at a pressure of preferably less than 100 μ / 13.33 Pa and more preferably less than 50μ / 6.665 Pa. The amount of overheat should be sufficient to ensure that the material remains substantially and completely molten from the time it is poured until it is injected, but also to allow rapid cooling and the formation of small grains as soon as it is injected. Because of the relatively low superheat, the transfer and injection of molten material must be rapid enough to take place prior to metal consolidation. The resulting microstructure, eg, grain sizes, appears to correspond to the layered roof of the cast part as well as the molding materials used and the superheat used, ie thinner areas tend to have smaller grains, and thicker areas (especially internal portions of the thicker areas) tend to to have larger grains. High thermal conductivity mold materials result in articles with smaller grains as well as the use of lower overheating. We believe that this results from relative cooling rates. The rate at which the piston is moved and, accordingly, the rate at which the material is injected into the mold, appears to affect the surface finishes of the articles in the post-cast condition, although the construction of the sprue, as well as the mold material, also play a role in combination with the injection speed.

Druckguss bietet andere beträchtliche Vorteile gegenüber Schmieden. Vom Gesichtspunkt der benötigten Ausrüstung her betrachtet erfordert Schmieden das Herstellen von mehreren Gussformen zur Erzeugung eines neuen Teils mit beträchtlichen Kosten. Demgegenüber wird nur ein einzelner Gussform-Satz pro Teil bei signifikant reduzierten Kosten im Vergleich zum Schmieden benötigt. Die zur Herstellung eines Teils benötigte Zeit vom Barren zum fertigen Teil ist signifikant reduziert, da es kein Erfordernis gibt, besonders angefertigte Formlinge des Materials herzustellen und das Druckgießen allgemein in einem einzelnen Schritt durchgeführt wird, im Gegensatz zu mehreren Schmiedevorgängen. Beim Druckgießen können mehrere Teile in einem einzelnen Guss hergestellt werden. Druckgießen ermöglicht die Herstellung von Teilen mit komplexeren dreidimensionalen Gestalten, wodurch ermöglicht wird, neue Software-Konstruktionstechnologie in Bereichen anzuwenden und auszunutzen, wie z.B. Gasturbinenmaschinen, und es ermöglicht die Herstellung von effizienteren Strömungsprofilen und anderen Komponenten. Wir sind der Ansicht, dass Druckgießen die Herstellung von Gegenständen mit komplexen Gestalten ermöglichen wird, unter Verwendung von Materialien, welche nur mit Schwierigkeiten oder gar nicht in diese Form geschmiedet werden können. Außerdem können die Druckgussgegenstände näher an ihrem Endzustand mit besseren Oberflächeneigenschaften produziert werden, was Nachbearbeitungsvorgänge nach dem Gießen minimiert, all das reduziert auch die Kosten der Herstellung solcher Teile.diecast offers other considerable Advantages over Forge. Required from the point of view of the required equipment Forging the production of several molds to produce a new part with considerable Costs. In contrast, only a single mold set per part is significantly reduced Cost compared to forging needed. The for making a Partly needed Time from ingot to finished part is significantly reduced since there is no requirement, specially shaped moldings of the material manufacture and die casting generally performed in a single step, as opposed to several Forging operations. When die casting can several parts are made in a single cast. Die casting allows the Producing parts with more complex three-dimensional shapes, which allows is going to apply new software design technology in areas and exploit, such as Gas turbine engines, and it allows the Production of more efficient flow profiles and other components. We believe that die-casting involves the manufacture of objects enable complex shapes will, using materials which only with difficulty or can not be forged in this form. In addition, the Die cast articles closer to their final state with better surface properties are produced, what post-processing operations after the pouring minimized, all of which also reduces the cost of producing such Parts.

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung eines aus Waspaloy gebildeten Gegenstands, aufweisend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Charge eines Materials, welches in Gew.-% aus 18 bis 21 Cr, 3,5 bis 5 Mo, 12 bis 15 Co, 2,75 bis 3,25 Ti, 1,2 bis 1,6 Al, 0,01 bis 0,08 Zr, 0.003 bis 0,010 B, Rest Ni und zufälligen Verunreinigungen besteht; b) Schmelzen der Charge des Materials in einer Vakuumumgebung bei einem Druck von weniger als 100 μ (13,33 Pa) in einem Keramik-freien Schmelzsystem und Erwärmen der Charge des Materials auf eine begrenzte Überhitze innerhalb von 200 °F (93 °C) oberhalb des Schmelzpunkts der Legierung; c) Giessen der geschmolzenen Charge des Materials in eine Schussbüchse eines Druckgussapparats in der Vakuumumgebung, so dass das geschmolzene Material weniger als die Hälfte der Schussbüchse füllt; und d) Einspritzen des geschmolzenen Materials unter Druck in eine wiederverwendbare Form.Process for the preparation of a Waspaloy formed article, comprising the following steps: a) Providing a batch of a material, which in wt .-% of 18 to 21 Cr, 3.5 to 5 Mo, 12 to 15 Co, 2.75 to 3.25 Ti, 1.2 to 1.6 Al, 0.01 to 0.08 Zr, 0.003 to 0.010 B, balance Ni and random impurities; b) Melting the batch of material in a vacuum environment at one Pressure of less than 100 μ (13.33 Pa) in a ceramic-free melting system and heating the Charge the material to a limited superheat within 200 ° F (93 ° C) above the melting point of the alloy; c) pouring the melted Batch of the material in a shot sleeve of a die-casting apparatus in the vacuum environment, so that the molten material less than half the firing box fills; and d) injecting the molten material under pressure in a reusable form. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Volumen des in die Schussbüchse gebrachten geschmolzenen Materials weniger als ein Drittel des Volumens der Schussbüchse füllt.The method of claim 1, wherein the volume in the firing box brought molten material less than one third of the volume the firing box crowded. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welchem die Schussbüchse nicht beheizt ist.Method according to one of claims 1 or 2, in which the shot sleeve not heated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 2, bei welchem eine Induktionsschalen-Schmelzeinrichtung verwendet wird, um die Charge des Materials zu schmelzen.Method according to one of claims 1, 2 or 2, in which an induction tray melting device is used to provide the Batch of material to melt. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Prozess des Giessens und Einspritzens in weniger als zwei Sekunden durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein which the process of casting and injection in less than two seconds becomes. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Schussbüchse horizontal ist.Method according to one of the preceding claims, wherein which the firing box is horizontal. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Vakuumumgebung weniger als 50 μ (6,665 Pa) ist.Method according to one of the preceding claims, wherein where the vacuum environment is less than 50μ (6.665 Pa). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die begrenzte Überhitze innerhalb von 50 bis 100 °F (10 bis 38 °C) über der Schmelztemperatur der Legierung ist.Method according to one of the preceding claims, wherein which the limited superheat within 50 to 100 ° F (10 to 38 ° C) above the Melting temperature of the alloy is. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Gegenstand, der hergestellt wird, eine Gasturbinenkomponente ist.Method according to one of the preceding claims, wherein which of the article being manufactured, a gas turbine component is.