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EP1266706A1 - Casting apparatus, process for producing a casting apparatus and its use - Google Patents

Casting apparatus, process for producing a casting apparatus and its use Download PDF

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Publication number
EP1266706A1
EP1266706A1 EP01114393A EP01114393A EP1266706A1 EP 1266706 A1 EP1266706 A1 EP 1266706A1 EP 01114393 A EP01114393 A EP 01114393A EP 01114393 A EP01114393 A EP 01114393A EP 1266706 A1 EP1266706 A1 EP 1266706A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casting device
intermediate layer
casting
layer
front layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01114393A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Dr. Hermann
Frank Scheppe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP01114393A priority Critical patent/EP1266706A1/en
Priority to JP2002169519A priority patent/JP2003001367A/en
Priority to CA002390246A priority patent/CA2390246A1/en
Priority to US10/167,587 priority patent/US6920910B2/en
Publication of EP1266706A1 publication Critical patent/EP1266706A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C3/00—Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04—Use of lost patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
    • B22C9/24—Moulds for peculiarly-shaped castings for hollow articles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/13—Hollow or container type article [e.g., tube, vase, etc.]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/13—Hollow or container type article [e.g., tube, vase, etc.]
    • Y10T428/131—Glass, ceramic, or sintered, fused, fired, or calcined metal oxide or metal carbide containing [e.g., porcelain, brick, cement, etc.]
    • Y10T428/1314—Contains fabric, fiber particle, or filament made of glass, ceramic, or sintered, fused, fired, or calcined metal oxide, or metal carbide or other inorganic compound [e.g., fiber glass, mineral fiber, sand, etc.]

Definitions

  • the invention relates to a casting device for casting a metallic component.
  • the invention also relates to a method and use of such a casting device.
  • a casting method and a casting device for manufacturing DE 198 21 770 C1 shows a metallic hollow body.
  • the casting device comprises an outer casting mold, at least has an inner core which forms the cavity of the hollow body is used.
  • the outer mold is in at least two outer parts are made divisible and the inner core is over at least one connecting element that the formation of a Passage opening in the wall into the cavity serves, connected to an outer part of the outer mold.
  • the Casting device shown is used for casting hollow gas turbine blades. Such gas turbine blades are thermal during operation very heavily loaded. Therefore, thermal often come here heavy-duty materials such as Superalloys, for use. However, such materials can be used in the production lead to difficulties in the casting process.
  • the object of the invention is to provide a casting device for casting a metallic component, with which in particular cracking is reduced.
  • Other objects of the invention are the corresponding details of manufacture and use a casting device.
  • the task of specifying a procedure is solved by a method of manufacturing a casting device according to one of the above statements, in which the Casting device is hardened by a burning process, wherein the firing temperature is below 1300 ° C.
  • Limiting the firing temperature ensures that the sandwich-like structure of the front layer and intermediate layer is sufficiently hardened, but at the same time the compliant property of the intermediate layer is not impaired becomes.
  • the casting core is preferably filled with a filling material and then hardened by a burning process, the Filling material burns during the burning process, causing the casting core is formed as a hollow core.
  • a filling material burns during the burning process, causing the casting core is formed as a hollow core.
  • polystyrene balls come considered as filler. This will the cast core stabilized. Stabilization can take place after hardening of the cast core in the burning process.
  • the task aimed at specifying a use is according to the invention solved by using a casting device according to one of the above explanations for casting a metallic Component made of an intermetallic nickel-aluminum alloy.
  • the component is preferably a gas turbine blade or a heat shield element.
  • FIG. 1 shows a casting device 1 in a longitudinal section.
  • the casting device 1 is for casting a heat shield element suitable. More detailed information on such heat shield elements follow later in connection with Figure 3.
  • the casting device 1 has a cavity 3 which is for receiving of liquid metal is provided.
  • the cavity 3 is from a wall 6 limited.
  • the wall 6 is sandwiched from several Layers built up: a front layer 7 borders on the Cavity 3.
  • the front layer 7 is surrounded by an intermediate layer 5.
  • the intermediate layer 5 is in turn connected an outer layer 9.
  • the wall 6 thus forms a molded shell 21 for casting a heat shield element. For later Receiving a retaining bolt penetrates the molded shell 21 a central, approximately cylindrical space 11 the cavity Third
  • a material is chosen as the front layer, which as a Front layer base material very fine corundum flour, corundum flour somewhat coarser type and corundum powder with a grain size up to 0.12 mm used.
  • This front layer base material is free of silicon dioxide Water-based mowilite added as a binder. There is no need for a wetting agent.
  • octanol is used as a defoamer.
  • the intermediate layer exposes itself an intermediate layer base made of fine corundum flour and Corundum powder with a grain size of up to 0.12 mm and a binder Silicon-free water-based mowiol. It Octanol is also used as a defoamer. Here too no wetting agent is used.
  • As a workpiece detachment lightening sanding material comes for the front layer Corundum with a grain size of up to 0.25 mm, for the intermediate layer up to 0.5 mm and for the outer layer up to 1 mm.
  • a casting device 1 is shown schematically, which enables the casting of a hollow component.
  • a conventional one Mold shell 21 is a cast core 23 mounted, the the structure described above from a front layer, one Has intermediate layer and an outer layer.
  • the outer layer in this case limits an internal cavity of the Cast core 23, which by burning out a polystyrene ball filling is created from polystyrene balls 25.
  • FIG. 3 shows schematically a gas turbine 51.
  • the gas turbine 51 has a compressor 53, a combustion chamber 55 and Turbine part 57.
  • the combustion chamber 55 has an inner one Combustion chamber liner 56 on.
  • the combustor liner 56 is formed from heat shield elements 33 as enlarged are also shown.
  • gas turbine blades 31 arranged in the turbine part 57 .
  • Such a gas turbine blade 31 is shown in more detail in FIG. 4. It has an airfoil 35, which has a cavity 37 for internal cooling encloses. An attachment area borders on the airfoil 35 39 on. Both the gas turbine blade 31 and the heat shield element 33 are also subjected to very high thermal loads.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

Casting device (1) comprises a front layer (7) facing a hollow chamber and an intermediate layer (5) bordering the front layer. The intermediate layer is soft so that a cooling contraction of the metallic component occurs. An Independent claim is also included for a process for the production of the casting device. Preferred Features: The front layer and the intermediate layer are free from silica (SiO2). The intermediate layer is made from ground corundum. A binder or defoaming agent is added to the intermediate layer.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gussvorrichtung zum Gießen eines metallischen Bauteils. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren und eine Verwendung einer solchen Gussvorrichtung.The invention relates to a casting device for casting a metallic component. The invention also relates to a method and use of such a casting device.

Ein Gießverfahren und eine Gussvorrichtung zur Herstellung eines metallischen Hohlkörpers zeigt die DE 198 21 770 C1. Die Gussvorrichtung umfasst eine Außengussform, die zumindest einen Innenkern aufweist, der zur Ausbildung des Hohlraums des Hohlkörpers dient. Die Außengussform ist in mindestens zwei Außenteile teilbar ausgeführt und der Innenkern ist über mindestens ein Verbindungselement, das der Ausbildung einer Druchtrittsöffnung in der Wandung in den Hohlraum hinein dient, mit einem Außenteil der Außengussform verbunden. Die gezeigte Gussvorrichtung dient zum Gießen hohler Gasturbinenschaufeln. Solche Gasturbinenschaufeln sind im Betrieb thermisch sehr hoch belastet. Daher kommen hier häufig thermisch hoch beanspruchbare Materialien, wie z.B. Superlegierungen, zum Einsatz. Solche Materialien können aber bei der Herstellung im Gussprozess zu Schwierigkeiten führen.A casting method and a casting device for manufacturing DE 198 21 770 C1 shows a metallic hollow body. The casting device comprises an outer casting mold, at least has an inner core which forms the cavity of the hollow body is used. The outer mold is in at least two outer parts are made divisible and the inner core is over at least one connecting element that the formation of a Passage opening in the wall into the cavity serves, connected to an outer part of the outer mold. The Casting device shown is used for casting hollow gas turbine blades. Such gas turbine blades are thermal during operation very heavily loaded. Therefore, thermal often come here heavy-duty materials such as Superalloys, for use. However, such materials can be used in the production lead to difficulties in the casting process.

Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer Gussvorrichtung zum Gießen eines metallischen Bauteils, mit der insbesondere eine Rissbildung reduziert wird. Weitere Aufgaben der Erfindung sind die entsprechenden Angaben der Herstellung und Verwendung einer Gussvorrichtung.The object of the invention is to provide a casting device for casting a metallic component, with which in particular cracking is reduced. Other objects of the invention are the corresponding details of manufacture and use a casting device.

Erfindungsgemäß wird die auf eine Gussvorrichtung gerichtete Aufgabe gelöst durch eine Gussvorrichtung zum Gießen eines metallischen Bauteils in einem von der Gussvorrichtung begrenzten Hohlraum, mit einer dem Hohlraum zugewandten Frontschicht und einer an die Frontschicht angrenzenden Zwischenschicht, wobei die Zwischenschicht so weich ausgebildet ist, dass sie einer abkühlungsbedingten Kontraktion des metallischen Bauteils nachgibt.According to the invention, it is directed towards a casting device Task solved by a casting device for casting a metallic component in a limited by the casting device Cavity, with a front layer facing the cavity and an intermediate layer adjacent to the front layer, the intermediate layer being so soft that they have a cooling-related contraction of the metallic Component yields.

Mit diesem sandwich-artigen Aufbau der Gussvorrichtung wird erstmals von einer völlig starren Konfiguration der Gussvorrichtung abgewichen und eine nachgiebige Zwischenschicht eingeführt, durch die eine Kontraktion des metallischen Bauteils abgefedert wird. Das metallische Bauteil zieht sich aufgrund der thermisch bedingten Längenverkürzung zusammen. Dies führt bei einer starren Gussvorrichtung zum Aufbau hoher Eigenspannungen in dem Bauteil. Hierdurch kann es zur Bildung von Rissen kommen, die die Qualität des Bauteils beeinträchtigen. Indem nun eine vergleichsweise weiche Zwischenschicht vorgesehen ist, wird dieser Kontraktion des metallischen Bauteils nachgegeben. Die bei der Abkühlung auftretenden Eigenspannungen sind somit erheblich geringer als bei einer starren Gussvorrichtung. Gleichzeitig wird mit der Frontschicht trotz der vergleichsweise weichen Zwischenschicht eine Formtreue sichergestellt.

  • A) Vorzugsweise ist die Frontschicht im wesentlichen frei von Siliciumdioxid. Dies hat eine besonders geringe Neigung einer chemischen Reaktion mit dem metallischen Bauteil zur Folge.
  • B) Bevorzugt ist die Zwischenschicht im wesentlichen frei von Siliciumdioxid.
  • C) Bevorzugtermaßen weist die Zwischenschicht als Zwischenschicht-Grundstoff Korundmehl auf. Weiter bevorzugt ist dem Zwischenschicht-Grundstoff als Binder Mowiol zugesetzt. Weiter bevorzugt ist dem Zwischenschicht-Grundstoff Octanol als Entschäumer zugesetzt.
  • D) Bevorzugtermaßen weist die Frontschicht als Frontschicht-Grundstoff Korundmehl auf. Weiter bevorzugt ist dem Frontschicht-Grundstoff als Binder Mowolith zugesetzt. Weiter bevorzugt ist dem Frontschicht-Grundstoff Octanol als Entschäumer zugesetzt. Mowiol und Mowolith sind keramische Binder auf Wasserbasis. Der Bindemechanismus läuft über den Wasserentzug (Polykondensation) und nicht über eine Sol-Gel-Bildung auf Si-Bais. Octanol ist Octan-Alkohol, C8H17-OH und dient zum Entschäumen infolge der Herabsetzung der Oberflächenspannung.
  • E) Vorzugsweise ist eine die Zwischenschicht umgebende und an die Zwischenschicht angrenzende Außenschicht vorgesehen, die so hart ist, dass sie die Zwischenschicht formerhaltend stützt. Eine solche Außenschicht, die insbesondere aus einem sonst für Formschalen üblichen harten keramischen Material besteht, wird die vergleichsweise weiche Zwischenschicht gestützt, so dass die Gussvorrichtung gut handhabbar bleibt und keinen Formveränderungen unterliegt.
  • F) Vorzugsweise umfasst die Gussvorrichtung eine die Frontschicht und die Zwischenschicht aufweisende Formschale sowie einen die Frontschicht und die Zwischenschicht aufweisenden Gusskern. Der Gusskern wird in der Formschale angeordnet, so dass zwischen der Formschale und dem Gusskern der Hohlraum verbleibt. Eine solche Anordnung dient zum Gießen hohler oder Hinterschneidungen oder Bohrungen aufweisender metallischer Bauteile. Gerade auf den Gusskern werden bei der abkühlungsbedingten Kontraktion des metallischen Bauteils hohe Kräfte ausgeübt, die sich im konventionellen Gusskern in den erwähnten (hohen) Eigenspannungen im metallischen Bauteil widerspiegeln. Gerade im Gusskern ist somit der Aufbau mit der nachgiebigen Zwischenschicht besonders vorteilhaft.
    • This sandwich-like structure of the casting device for the first time deviates from a completely rigid configuration of the casting device and introduces a flexible intermediate layer, by means of which a contraction of the metallic component is cushioned. The metallic component contracts due to the thermally induced length reduction. With a rigid casting device, this leads to the build-up of high internal stresses in the component. This can lead to the formation of cracks which affect the quality of the component. By providing a comparatively soft intermediate layer, this contraction of the metallic component is yielded. The residual stresses that occur during cooling are thus considerably lower than with a rigid casting device. At the same time, the shape of the front layer is ensured despite the comparatively soft intermediate layer.
  • A) The front layer is preferably essentially free of silicon dioxide. This results in a particularly low tendency for a chemical reaction with the metallic component.
  • B) The intermediate layer is preferably essentially free of silicon dioxide.
  • C) The intermediate layer preferably has corundum flour as the intermediate layer base material. Mowiol is more preferably added to the intermediate layer base material as a binder. Octanol is more preferably added to the interlayer base material as a defoamer.
  • D) The front layer preferably has corundum flour as the front layer base material. Mowolite is more preferably added to the front layer base material as a binder. Octanol is more preferably added to the front layer base material as a defoamer. Mowiol and Mowolith are ceramic water-based binders. The binding mechanism runs through water removal (polycondensation) and not through sol-gel formation on Si-Bais. Octanol is octane alcohol, C 8 H 17 -OH and is used for defoaming due to the reduction in surface tension.
  • E) An outer layer surrounding the intermediate layer and adjoining the intermediate layer is preferably provided, which is so hard that it supports the intermediate layer in a shape-retaining manner. Such an outer layer, which consists in particular of a hard ceramic material that is otherwise customary for molded shells, supports the comparatively soft intermediate layer, so that the casting device remains easy to handle and is not subject to any changes in shape.
  • F) The casting device preferably comprises a molded shell having the front layer and the intermediate layer and a casting core having the front layer and the intermediate layer. The cast core is arranged in the mold shell, so that the cavity remains between the mold shell and the cast core. Such an arrangement is used for casting hollow or undercuts or bores with metallic components. When the metal component is contracted due to cooling, high forces are exerted on the casting core in particular, which are reflected in the conventional casting core in the (high) internal stresses mentioned in the metal component. In the cast core, in particular, the structure with the flexible intermediate layer is particularly advantageous.

    • Die Ausführungen gemäß den Punkten A) bis F) können natürlich auch untereinander kombiniert werden.The explanations according to points A) to F) can of course can also be combined with each other.

    Die auf Angabe eines Verfahrens gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Gussvorrichtung gemäß einem der oben genannten Ausführungen, bei dem die Gussvorrichtung durch einen Brennvorgang gehärtet wird, wobei die Brenntemperatur unter 1300 °C liegt. The task of specifying a procedure is solved by a method of manufacturing a casting device according to one of the above statements, in which the Casting device is hardened by a burning process, wherein the firing temperature is below 1300 ° C.

    Durch die Begrenzung der Brenntemperatur wird sichergestellt, dass der sandwich-artige Aufbau aus Frontschicht und Zwischenschicht ausreichend gehärtet wird, gleichzeitig aber die nachgiebige Eigenschaft der Zwischenschicht nicht beeinträchtigt wird.Limiting the firing temperature ensures that the sandwich-like structure of the front layer and intermediate layer is sufficiently hardened, but at the same time the compliant property of the intermediate layer is not impaired becomes.

    Vorzugsweise wird der Gusskern mit einem Füllmaterial gefüllt und anschließend durch einen Brennvorgang gehärtet, wobei das Füllmaterial bei dem Brennvorgang verbrennt, wodurch der Gußkern als Hohlkern ausgebildet wird. Insbesondere kommen Polystyrolkugeln als Füllmaterial in Betracht. Hierdurch wird der Gusskern stabilisiert. Die Stabilisierung kann nach Härtung des Gusskerns im Brennvorgang wegfallen.The casting core is preferably filled with a filling material and then hardened by a burning process, the Filling material burns during the burning process, causing the casting core is formed as a hollow core. In particular, polystyrene balls come considered as filler. This will the cast core stabilized. Stabilization can take place after hardening of the cast core in the burning process.

    Die auf Angabe einer Verwendung gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Verwendung einer Gussvorrichtung gemäß einer der obigen Ausführungen zum Gießen eines metallischen Bauteils aus einer intermetallischen Nickel-Aluminium-Legierung.The task aimed at specifying a use is according to the invention solved by using a casting device according to one of the above explanations for casting a metallic Component made of an intermetallic nickel-aluminum alloy.

    Bei einer intermetallischen Nickel-Aluminium-Legierung kommt es zu einem schlagartigen Wechsel von duktilem zu sprödem Werkstoffverhalten währen der Abkühlung. Dies führt nun bei solchen Werkstoffen zu einer besonderen Anfälligkeit hinsichtlich der Rissbildung bei einer Kontraktion des Metalls. Das Abfedern mittels der nachgiebigen Zwischenschicht führt somit für diese Materialgruppe zu besonders großen Vorteilen.When it comes to an intermetallic nickel-aluminum alloy it suddenly changes from ductile to brittle Material behavior during cooling. This now leads to such materials to a particular vulnerability with regard to the formation of cracks when the metal contracts. The cushioning by means of the flexible intermediate layer leads therefore, for this material group to particularly great advantages.

    Vorzugsweise ist das Bauteil eine Gasturbinenschaufel oder ein Hitzeschildelement.The component is preferably a gas turbine blade or a heat shield element.

    Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen teilweise schematisch und nicht maßstäblich:

    FIG 1
    eine Gussvorrichtung zum Gießen eines Hitzeschildelementes,
    FIG 2
    eine Gussvorrichtung zum Gießen eines hohlen Bauteils,
    FIG 3
    eine Gasturbine und
    FIG 4
    eine Gasturbinenschaufel.
    The invention is explained in more detail using the drawing as an example. Some of them show schematically and not to scale:
    FIG. 1
    a casting device for casting a heat shield element,
    FIG 2
    a casting device for casting a hollow component,
    FIG 3
    a gas turbine and
    FIG 4
    a gas turbine blade.

    Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.The same reference numerals have in the different figures same meaning.

    Figur 1 zeigt in einem Längsschnitt eine Gussvorrichtung 1. Die Gussvorrichtung 1 ist zum Gießen eines Hitzeschildelementes geeignet. Nähere Ausführungen zu solchen Hitzeschildelementen folgen später im Zusammenhang mit Figur 3. Die Gussvorrichtung 1 weist einen Hohlraum 3 auf, der zum Aufnehmen von flüssigem Metall vorgesehen ist. Der Hohlraum 3 wird von einer Wand 6 begrenzt. Die Wand 6 ist sandwichartig aus mehreren Schichten aufgebaut: eine Frontschicht 7 grenzt an den Hohlraum 3. Die Frontschicht 7 ist umgeben von einer Zwischenschicht 5. An die Zwischenschicht 5 schließt sich wiederum eine Außenschicht 9 an. Die Wand 6 bildet so eine Formschale 21 zum Gießen eines Hitzeschildelementes. Zur späteren Aufnahme eines Haltebolzens durchdringt die Formschale 21 mit einem zentralen, etwa zylinderförmigen Raum 11 den Hohlraum 3.FIG. 1 shows a casting device 1 in a longitudinal section. The casting device 1 is for casting a heat shield element suitable. More detailed information on such heat shield elements follow later in connection with Figure 3. The casting device 1 has a cavity 3 which is for receiving of liquid metal is provided. The cavity 3 is from a wall 6 limited. The wall 6 is sandwiched from several Layers built up: a front layer 7 borders on the Cavity 3. The front layer 7 is surrounded by an intermediate layer 5. The intermediate layer 5 is in turn connected an outer layer 9. The wall 6 thus forms a molded shell 21 for casting a heat shield element. For later Receiving a retaining bolt penetrates the molded shell 21 a central, approximately cylindrical space 11 the cavity Third

    Als flüssiges Metall, welches in den Hohlraum 3 eingefüllt wird, wird eine intermetallische Nickel-Aluminium-Legierung verwendet. Diese kühlt in der Formschale 21 ab. Dabei zieht sie sich zusammen. Durch dieses Zusammenziehen werden im kristallisierten Metall Eigenspannungen aufgebaut. Die Zwischenschicht 5 ist nunmehr nachgiebig gestaltet, so dass die Kontraktion des Metalls durch ein Eindrücken der Zwischenschicht 5 abgefedert wird. Hierdurch bleiben die im Metall induzierten Eigenspannungen so klein, dass es nicht zu einer Rissbildung kommt. Gleichzeitig ist die Frontschicht 7 frei von Siliciumdioxid ausgeführt, so dass es nicht zu Reaktionen zwischen der Metallschmelze und dem Material der Zwischenschicht kommt. Die Außenschicht 9 ist aus einer Keramik gebildet, die in konventionellen Formschalen zum Einsatz kommt. Hierdurch wird der gesamten Formschale 21 die nötige Stabilität verliehen.As liquid metal, which is filled into the cavity 3 is an intermetallic nickel-aluminum alloy used. This cools down in the molded shell 21. Doing so them together. This contraction causes crystallization Metal residual stresses built up. The intermediate layer 5 is now flexible, so that the contraction of the metal by indenting the intermediate layer 5 is cushioned. As a result, those induced in the metal remain Residual stresses so small that there is no cracking comes. At the same time, the front layer 7 is free of silicon dioxide executed so that there is no reaction between the molten metal and the material of the intermediate layer comes. The outer layer 9 is formed from a ceramic which is used in conventional molded shells. hereby the entire shell 21 is given the necessary stability.

    Als Frontschicht wird ein Material gewählt, das als ein Frontschicht-Grundstoff sehr feines Korundmehl, Korundmehl etwas gröberer Art und Korundpulver einer Körnung bis 0,12 mm verwendet. Diesen Frontschicht-Grundstoff wird Siliciumdioxid-freies Mowilith auf Wasserbasis als Binder hinzugefügt. Auf einen Benetzer kann verzichtet werden. Als Entschäumer kommt Octanol zum Einsatz. Die Zwischenschicht setzt sich aus einem Zwischenschicht-Grundstoff aus feinem Korundmehl und Korundpulver der Körnung bis 0,12 mm und einem Binder aus Siliciumdioxid-freiem Mowiol auf Wasserbasis zusammen. Es wird ebenfalls Octanol als Entschäumer verwendet. Auch hier kommt kein Benetzer zum Einsatz. Als ein die Werkstückablösung erleichterndes Besandungsmaterial kommt für die Frontschicht Korund einer Korngröße bis 0,25 mm, für die Zwischenschicht bis 0,5 mm und für die Außenschicht bis 1 mm zum Einsatz.A material is chosen as the front layer, which as a Front layer base material very fine corundum flour, corundum flour somewhat coarser type and corundum powder with a grain size up to 0.12 mm used. This front layer base material is free of silicon dioxide Water-based mowilite added as a binder. There is no need for a wetting agent. As a defoamer octanol is used. The intermediate layer exposes itself an intermediate layer base made of fine corundum flour and Corundum powder with a grain size of up to 0.12 mm and a binder Silicon-free water-based mowiol. It Octanol is also used as a defoamer. Here too no wetting agent is used. As a workpiece detachment lightening sanding material comes for the front layer Corundum with a grain size of up to 0.25 mm, for the intermediate layer up to 0.5 mm and for the outer layer up to 1 mm.

    In Figur 2 ist schematisch eine Gussvorrichtung 1 gezeigt, die das Gießen eines hohlen Bauteils ermöglicht. In eine konventionelle Formschale 21 ist ein Gusskern 23 montiert, der den oben beschriebenen Aufbau aus einer Frontschicht, einer Zwischenschicht und einer Außenschicht aufweist. Die Außenschicht begrenzt in diesem Fall einen inneren Hohlraum des Gusskerns 23, der durch Ausbrennen einer Polystyrolkugelfüllung aus Polystyrolkugeln 25 entstanden ist.In Figure 2, a casting device 1 is shown schematically, which enables the casting of a hollow component. In a conventional one Mold shell 21 is a cast core 23 mounted, the the structure described above from a front layer, one Has intermediate layer and an outer layer. The outer layer in this case limits an internal cavity of the Cast core 23, which by burning out a polystyrene ball filling is created from polystyrene balls 25.

    Figur 3 zeigt schematisch eine Gasturbine 51. Die Gasturbine 51 weist einen Verdichter 53, eine Brennkammer 55 und ein Turbinenteil 57 auf. Die Brennkammer 55 weist eine innere Brennkammerauskleidung 56 auf. Die Brennkammerauskleidung 56 ist gebildet aus Hitzeschildelementen 33, wie sie vergrößert zusätzlich dargestellt sind. Im Turbinenteil 57 sind Gasturbinenschaufeln 31 angeordnet. Eine solche Gasturbinenschaufel 31 ist in Figur 4 näher dargestellt. Sie weist ein Schaufelblatt 35 auf, welches einen Hohlraum 37 für eine innere Kühlung umschließt. An das Schaufelblatt 35 grenzt ein Befestigungsbereich 39 an. Sowohl die Gasturbinenschaufel 31 als auch das Hitzeschildelement 33 sind thermisch sehr hoch belastet. Aus diesem Grund kommen hier spezielle Legierungen wie Nickel-Aluminium-Legierungen zum Einsatz, die eine besondere Hochwarmfestigkeit zeigen. Gerade bei einem durch Fliehkräfte auch besonders mechanisch belasteten Bauteil wie einer Gasturbinenschaufel 31 müssen Risse im Gussprozess unbedingt vermieden werden. Dies wird mit der oben beschriebenen Gussvorrichtung 1 erreicht.Figure 3 shows schematically a gas turbine 51. The gas turbine 51 has a compressor 53, a combustion chamber 55 and Turbine part 57. The combustion chamber 55 has an inner one Combustion chamber liner 56 on. The combustor liner 56 is formed from heat shield elements 33 as enlarged are also shown. In the turbine part 57 there are gas turbine blades 31 arranged. Such a gas turbine blade 31 is shown in more detail in FIG. 4. It has an airfoil 35, which has a cavity 37 for internal cooling encloses. An attachment area borders on the airfoil 35 39 on. Both the gas turbine blade 31 and the heat shield element 33 are also subjected to very high thermal loads. For this reason, special alloys such as Nickel-aluminum alloys are used, which is a special Show high heat resistance. Especially with centrifugal forces also particularly mechanically stressed component such as a gas turbine blade 31 cracks in the casting process are essential be avoided. This is done with the casting device described above 1 reached.

    Claims (16)

    Gussvorrichtung (1) zum Gießen eines metallischen Bauteils (31, 33) in einem von der Gussvorrichtung (1) begrenzten Hohlraum (37),
    mit einer dem Hohlraum (37) zugewandten Frontschicht (7) und einer an die Frontschicht (7) angrenzenden Zwischenschicht (5), wobei die Zwischenschicht (5) so weich ausgebildet ist, daß sie einer abkühlungsbedingten Kontraktion des metallischen Bauteils (31, 33) nachgibt.    Casting device (1) for casting a metallic component (31, 33) in a cavity (37) delimited by the casting device (1),
    With a front layer (7) facing the cavity (37) and an intermediate layer (5) adjoining the front layer (7), the intermediate layer (5) being so soft that it causes a contraction of the metallic component (31, 33) due to cooling. gives way.         Gussvorrichtung nach Anspruch 1,
    bei der die Frontschicht (7) im wesentlichen frei von SiO2 ist.    Casting device according to claim 1,
    in which the front layer (7) is essentially free of SiO2.         Gussvorrichtung nach Anspruch 1,
    bei der die Zwischenschicht (5) im wesentlichen frei von SiO2 ist.    Casting device according to claim 1,
    in which the intermediate layer (5) is essentially free of SiO2.         Gussvorrichtung nach Anspruch 1,
    bei der die Zwischenschicht (5) als Zwischenschicht-Grundstoff Korundmehl aufweist.    Casting device according to claim 1,
    in which the intermediate layer (5) has corundum flour as the intermediate layer base material.         Gussvorrichtung nach Anspruch 4,
    bei der dem Zwischenschicht-Grundstoff als Binder Mowiol zugesetzt ist.    Casting device according to claim 4,
    in which Mowiol is added to the intermediate layer base material as a binder.         Gussvorrichtung nach Anspruch 4,
    bei der dem Zwischenschicht-Grundstoff Octanol als Entschäumer zugesetzt ist.    Casting device according to claim 4,
    in which octanol is added to the interlayer base material as a defoamer.         Gussvorrichtung nach Anspruch 1,
    bei der die Frontschicht (7) als Frontschicht-Grundstoff Korundmehl aufweist.     Casting device according to claim 1,
    in which the front layer (7) has corundum flour as the front layer base material.         Gussvorrichtung nach Anspruch 7,
    bei der dem Frontschicht-Grundstoff als Binder Mowolith zugesetzt ist.    Casting device according to claim 7,
    in which mowolite is added to the front layer base material as a binder.         Gussvorrichtung nach Anspruch 7,
    bei der dem Frontschicht-Grundstoff Octanol als Entschäumer zugesetzt ist.    Casting device according to claim 7,
    where octanol is added to the front layer base material as a defoamer.         Gussvorrichtung nach Anspruch 1,
    mit einer die Zwischenschicht (5) umgebenden und an die Zwischenschicht (5) grenzenden Außenschicht (9) , die so hart ist, daß sie die Zwischenschicht (5) formerhaltend stützt.    Casting device according to claim 1,
    with an outer layer (9) surrounding the intermediate layer (5) and bordering the intermediate layer (5), which is so hard that it supports the intermediate layer (5) in a shape-retaining manner.         Gussvorrichtung nach Anspruch 1,
    mit einer die Frontschicht (7) und die Zwischenschicht (5) aufweisenden Formschale (21) und mit einem die Frontschicht (7) und die Zwischenschicht (5) aufweisenden Gußkern (23) zur Anordnung in der Formschale (21) zum Gießen zumindest teilweise hohler Bauteile (31).    Casting device according to claim 1,
    with a molded shell (21) having the front layer (7) and the intermediate layer (5) and with a cast core (23) having the front layer (7) and the intermediate layer (5) for arrangement in the molded shell (21) for casting at least partially hollow Components (31).         Verfahren zur Herstellung einer Gussvorrichtung (1) nach Anspruch 1,
    bei dem die Gussvorrichtung (1) durch einen Brennvorgang gehärtet wird, wobei die Brenntemperatur unter 1300 °C liegt.    A method for producing a casting device (1) according to claim 1,
    in which the casting device (1) is hardened by a firing process, the firing temperature being below 1300 ° C.         Verfahren zur Herstellung einer Gussvorrichtung (1) nach Anspruch 11,
    bei dem der Gußkern (23) mit einem Füllmaterial (25) gefüllt und anschließend durch einen Brennvorgang gehärtet wird, wobei das Füllmaterial (25) bei dem Brennvorgang verbrennt, wodurch der Gusskern (23) als Hohlkern ausgebildet wird.    A method for producing a casting device (1) according to claim 11,
    in which the casting core (23) is filled with a filling material (25) and then hardened by a firing process, the filling material (25) burning during the burning process, whereby the casting core (23) is designed as a hollow core.         Verwendung einer Gussvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 zum Gießen eines metallischen Bauteils (31, 33) aus einer intermetallischen Nickel-Aluminium Legierung. Use of a casting device (1) according to claim 1 for Casting a metallic component (31, 33) from an intermetallic Nickel aluminum alloy. Verwendung gemäß Anspruch 14, wobei das Bauteil eine Gasturbinenschaufel (31) ist.Use according to claim 14, wherein the component is a gas turbine blade (31) is. Verwendung gemäß Anspruch 14, wobei das Bauteil ein Hitzeschildelement (33) einer Brennkammerauskleidung (56) ist.Use according to claim 14, wherein the component is a heat shield element (33) is a combustion chamber liner (56).
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