DE1076333B - Verfahren zum Giessen von hochtemperaturbestaendigen, Aluminium und Titan enthaltenden Nickellegierungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Gießen von hochtemperaturbeständigen, Aluminium und Titan enthaltenden Nickellegierungen in einer inerten Schutzgasatmosphäre.

Hochtemperaturlegierungen auf Nickelbasis werden hauptsächlich zum Gießen von Turbinenbeschaufelungen für Flugzeugmotoren verwendet. Derartige Beschaufelungen müssen von Oxyd- oder Nitrideinschlüssen und Oberflächenvertiefungen zuverlässig frei sein.

Die Anwesenheit von Aluminium und Titan in solchen Legierungen erschwert deren Vergießen erheblich, weil diese Elemente sehr leicht oxydieren und durch Bildung schwer schmelzbarer Oxyde die gefürchteten Oxydeinschlüsse verursachen.

Das Auftreten einer solchen größeren »Einfaltung« von Oxydhäuten verursacht eine schwache Stelle, da quer zu einer solchen Fehlstelle nur geringe Festigkeit vorhanden ist. Selbst sehr kleine Einschlüsse dieser Art sind als Spannungszentren zu betrachten und müssen an allen Stellen vermieden werden, die Dauerbeanspruchungen ausgesetzt sind.

Derartige Oxydeinschlüsse können durch Röntgenuntersuchungen nicht leicht entdeckt werden, da die tatsächliche Größe einer »Einfaltung« aus der Größe der Fehlstelle, die an der Oberfläche liegt, nicht genau bestimmt werden kann. Es ist daher erforderlich, ein Gießverfahren anzuwenden, welches entweder dasAuftreten von Oxydhäuten ganz vermeidet oder wenigstens die Bildung von Oxydeinschlüssen in den Gußstücken, die hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind, vermindert.

Es ist bereits bekannt, beim Gießen vonAluminiumlegierungen als Schutzgasatmosphäre chlorierte Kohlenwasserstoffe zu verwenden, um eine Oxydbildung zu vermeiden. Diese chlorierten Kohlenwasserstoffe wirken wegen ihres Chlorgehaltes ähnlich wie elementares Chlor, das zur Entfernung von Verunreinigungen in Aluminium ebenfalls verwendet wurde. Chlorkohlenwasserstoffe als Schutzgasatmosphäre haben jedoch den schwerwiegenden Nachteil, daß sie an das geschmolzene Metall Wasserstoff abgeben. Eine derartige Absorption von Wasserstoff durch die Schmelze ist jedoch unerwünscht.

Ferner wurde vorgeschlagen, beim Gießen von Magnesium dem Formsand einen fluorierten Kohlenwasserstoff beizugeben. Diese Maßnahme ist jedoch unbefriedigend, da das zugesetzte Material so lange wirkungslos bleibt, bis das flüssige Metall die Formenwand erreicht hat. Das Metall ist also gerade zu Beginn des Gießens ungeschützt, so daß es durch den vorhandenen Luftsauerstoff oxydiert.

Schließlich ist bekannt, als Schutzgas beim Gießen von Metallen Argon oder Helium zu verwenden. Ver-

von hochtemperaturbeständigen,

Aluminium und Titan enthaltenden

Nickellegierungen

Anmelder:

General Motors Corporation,
Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. W. Müller-Bore und Dipl.-Ing. H. Gralfs, Patentanwälte, Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Beanspruchte Priorität:
V. Sit. ν. Amerika vom 23. Juli 1952

Fred J. Webbere, Royal Oak, Mich. (V. St. A.)_r
ist als Erfinder genannt worden

suche haben jedoch gezeigt, daß Argon und Helium für sich allein gerade beim Gießen von hochtemperaturbeständigen, Aluminium und Titan enthaltenden Nickellegierungen keinen zureichenden Schutz bieten.

Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß

man durch Kombination von Argon oder Helium mit einem gasförmigen fluorierten Kohlenwasserstoff eine Schutzgasatmosphäre erhält, die ein einwandfreies Vergießen derartiger Nickellegierungen ermöglicht.

Demgemäß ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Gießen von hochtemperaturbeständigen, Aluminium und Titan enthaltenden Nickellegierungen in einer inerten, aus Argon oder Helium bestehenden Schutzgasatmosphäre dadurch gekennzeichnet, daß in die Schutzgasatmosphäre noch zusätzlich gasförmiger, fluorierter Kohlenwasserstoff, wie Dichlordifluormethan, Kohlenstofftetrafluorid, Trifluorbrommethan, Trichlorfluormethan, Trifluorchlormethan oder Dichlortetrafluoräthan, eingeleitet wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der gasförmige fluorierte Kohlenwasserstoff in einen Strom von Argon oder Helium mit einer solchen Geschwindigkeit eingeleitet, daß die Menge des fluorierten Kohlenwasserstoffes zwischen 20 und 70% der gesamten Gasmenge beträgt und der Gasstrom in die Gießform eingeleitet und so lange aufrechterhalten wird, bis die Luft in dem Gießhohlraum vollständig verdrängt ist, worauf dann das Metall ein-

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gegossen wird. Von diesen Fluorkohlenwasserstoffen hat Dichlordifluormethan bei weitern die besten Resultate ergeben.

Wesentlich für den Erfolg des Verfahrens nach der Erfindung ist, daß die Schutzgasatmosphäre sowohl inertes Gas als auch fluorierten Kohlenwasserstoff nebeneinander enthält, da beide Komponenten für sich allein nicht ausreichen. Demgemäß wird auch nur für die Kombination von inertem Schutzgas mit fluoriertem Kohlenwasserstoff Patentschutz begehrt und nicht für die einzelnen Elemente.

Vorzugsweise wird die Schutzgasatmosphäre gemäß der Erfindung, d. h. fluorierte Kohlenwasserstoffe gemeinsam mit einem trockenen, inerten Gas, beispielsweise Helium oder Argon, für eine kurze Zeit über die Oberfläche der Schmelze geführt, ehe die Gießform an dem Ofen befestigt wird. Ist die Gießform angebracht, folgt eine kurze Reinigung mit einem aktiven Gas.

Zur Probe für die Anwendung der Erfindung in einem bestimmten Fall können zunächst Probeschmelzen der Legierung vergossen werden, die man in einer passenden Form erstarren läßt, die kleine Chargen zum Wiedereinschmelzen gestattet. Man kann Stangen, kleine Knüppel oder Schrott verwenden und als Öfen eignen sich sowohl Induktionsöfen als auch indirekt beheizte Öfen. In jedem Fall muß jedoch der Ofen mit entsprechenden Rohrleitungen zum Einleiten des Gases über die Oberfläche der Schmelze ausgerüstet und soll mit Magnesia oder einem anderen passenden feuerfesten Material ausgekleidet sein.

Vorzugsweise wird der Ofen so gebaut, daß die Eingußöffnung der Form direkt über der Gieß schnauze des Ofens festgeklemmt werden kann. Ebenso ist es wünschenswert, den Ofen in Schildzapfen zu lagern, so daß Form und Ofen als eine Einheit gekippt werden können. Während des eigentlichen Gießvorganges soll der Metallfluß so weich wie möglich, möglichst unter Vermeidung von Wirbeln und Spritzern, vor sich gehen, während das Material in die Form fließt.

Um noch sicherer die Bildung von Einschlüssen von Metalloxyden und Nitridfilmen zu vermeiden, soll die Schmelzzeit so kurz wie möglich gehalten werden. Auch ist eine genauere Temperaturkontrolle möglich, wenn die Oberfläche der Schmelze frei von Oxyden ist. In den meisten Fällen wird der Film auf der Schmelze reißen, wenn die Temperatur steigt. In sehr hartnäckigen Fällen kann der Film durch Zusätze einer geringen Menge eines starken Reduktionsmittels, z. B. Calcium-Silicid, zerrissen werden, wobei Zusatzmengen in der Größenordnung von ungefähr 0,05 Gewichtsprozent genügen.

Um die besten Resultate zu erzielen, muß während des Schmelzens eine Schutzgasatmosphäre in dem Ofen vorhanden sein. Vorzugsweise wird hierfür in den meisten Fällen Argon an Stelle von Helium verwendet. Die erforderliche Durchflußmenge an Schutzgas für Öfen, die eine Fassung von 2,5 bis 10 kg haben, beträgt beispielsweise 110 bis 450 l/Std. Bei einer besonderen Anwendungsform, nämlich zum Gießen von Turbinenschaufeln, .wurde gefunden, daß bei einer so kleinen Ofenkapazität eine Durchflußmenge von ungefähr 110 1/Std. bei jedem Guß ausreicht.

Wie bereits oben angedeutet, soll das aktive Schutzgas, beispielsweise Dichlordifluormethan, in den Argonstrom oder den Heliumstrom kurz vor dem Anbringen der Gießform an dem Ofen eingeleitet werden. Zu Beginn genügt eine Menge von ungefähr 110 1/Std. Dichlordifluormethan für eine kurze Reinigung von etwa 5 bis 10 Sekunden Dauer. Nach dieser kurzen Reinigung mit einer Mischung von inerten und aktiven Gasen wird die Form in Stellung gebracht und die

ίο Reinigung noch kurze Zeit, gewöhnlich etwa 5 bis 30 Sekunden lang, fortgesetzt, damit die in der Form befindliche Luft vollständig verdrängt wird. Während dieses Vorganges wird der Durchfluß von Dichlordifluormethan für etwa 10 bis 15 Sekunden vorzugsweise auf 2201/Std. gesteigert. So wird während der Reinigung der Durchfluß von aktivem Gas auf ungefähr 20 bis 70 % Gesamtmenge beider Gase gehalten.

Ofen und Form werden dann mit gleichmäßiger Geschwindigkeit gekippt, wobei das geschmolzene Metall aus dem Ofen in die Form gegossen wird. Es ist allgemein ratsam, bei Beginn des Kippens den Durchfluß von Argon und Dichlordifluormethan zu unterbrechen. Die Verwendung von fluoriertem Kohlenwasserstoffgas, beispielsweise Dichlordifluormethan, ergibt eine schwere Atmosphäre in dem Ofen, die sich nicht leicht von Luft verdrängen läßt. Dichlordifluormethan ist außerdem bei den in der Schmelze herrschenden Temperaturen reaktiv.. Chlor sowohl wie Fluor bilden Flußmittel, die jeden Film an der Oberfläche der Schmelze beim Gießen weniger leicht abreißen lassen. Auch Flüssigkeiten können bei diesem Verfahren als Flußmittel verwendet werden, indem man das neutrale Trägergas z. B. in gewöhnlichen Waschflaschen mit aktiven Dämpfen sättigt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Gießen von hochtemperaturbeständigen, Aluminium und Titan enthaltenden Nickellegierungen in einer inerten, aus Argon oder Helium bestehenden Schutzgasatmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schutzgasatmosphäre noch zusätzlich gasförmiger, fluorierter Kohlenwasserstoff, wie Dichlordifluormethan, Kohlenstoff tetrafluorid, Trifluorbrommethan, Trichlorfluormethan, Trifluorchlormethan oder Dichlortetrafluoräthan, eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gasförmige fluorierte Kohlen-

- wasserstoff in einen Strom von Argon oder Helium mit einer solchen Geschwindigkeit eingeleitet wird, daß die Menge des fluorierten Kohlenwasserstoffes zwischen 20 und 70% der gesamten Gasmenge beträgt und der Gasstrom in die Gießform eingeleitet und so lange aufrechterhalten wird, bis die Luft in dem Gießhohlraum vollständig verdrängt ist, worauf dann das Metall eingegossen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 579 770, 665 581,
671748;

USA.-Patentschrift Nr. 1 960 712.