[go: up one dir, main page]

NL7908785A - Apparatus and method for the targeted solidification of molten metals. - Google Patents

Apparatus and method for the targeted solidification of molten metals. Download PDF

Info

Publication number
NL7908785A
NL7908785A NL7908785A NL7908785A NL7908785A NL 7908785 A NL7908785 A NL 7908785A NL 7908785 A NL7908785 A NL 7908785A NL 7908785 A NL7908785 A NL 7908785A NL 7908785 A NL7908785 A NL 7908785A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
seed
molten metal
cavity
mold
casting
Prior art date
Application number
NL7908785A
Other languages
Dutch (nl)
Other versions
NL185271C (en
NL185271B (en
Original Assignee
United Technologies 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 United Technologies Corp filed Critical United Technologies Corp
Publication of NL7908785A publication Critical patent/NL7908785A/en
Publication of NL185271B publication Critical patent/NL185271B/en
Application granted granted Critical
Publication of NL185271C publication Critical patent/NL185271C/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/14Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method characterised by the seed, e.g. its crystallographic orientation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B22D27/045Directionally solidified castings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/52Alloys

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

'N'N

- i -- i -

Inrichting en werkwijze voor het gericht stollen van gesmolten metalen,Apparatus and method for the directed solidification of molten metals,

De uitvinding heeft betrekking op methodes en inrichtingen voor het gericht stollen van gesmolten metalen, meer in het bijzonder op de vervaardiging van een-kristallen met een geregelde kristallografische oriëntatie.The invention relates to methods and devices for the direct solidification of molten metals, more particularly to the production of single crystals with a controlled crystallographic orientation.

5 Het is bekend, dat grote verbetering bij de uitvoering van metalen constructies kunnen worden verkregen door eenrichtingsgiettechnieken, waarmee voorwerpen worden voortgebracht met stengelkristalstruktuur of een-kristalstruktuur.It is known that great improvements in the construction of metal structures can be obtained by unidirectional casting techniques, with which objects are produced with stem crystal structure or single crystal structure.

In dit verband kan bijv. worden verwezen naar het Amerikaan-10 se octrooischrift 3.260.505, alsmede het Amerikaanse octrooischrift 3.494.709. Het hoofddoel van deze bekende inrichtingen, methodes, en voorwerpen is geweest het verschaffen van strukturen, die versterkte eigenschappen hebben langs de hoofdas van het voorwerp, dat wil zeggen 15 de hoofdas van het voorwerp is kenmerkend de stollings-aangroeias of the as, waarlangs het stollingsfront zich verplaatst.In this connection, reference may be made, for example, to U.S. Pat. No. 3,260,505, as well as U.S. Pat. No. 3,494,709. The main object of these known devices, methods, and articles has been to provide structures that have reinforced properties along the main axis of the article, ie the main axis of the article is typically the solidification growth axis of the axis along which it clotting front moves.

Wanneer metalen gericht worden gestold, stollen of groeien zij door hun aard veelal sneller in één kristallo-20 grafische oriëntatie dan in andere. In nikkelbasis- superlegeringen is bijv. gebleken, dat de (001)-oriëntatie predomineert. Als gevolg zullen een-kristalgietstukken, vervaardigd door middelen beschreven in het genoemde Amerikaanse octrooischrift 3.494.709 de (001)-oriëntatie 25 gelegen hebben langs de groeias. Teneinde een andere kristallografische oriëntatie voort te brengen langs de hoofdas van stolling, moeten daarom gespecialiseerde technieken worden gebruikt. Verder is de oriëntatie van kristallen ten opzichte van het vlak loodrecht op de 30 stollingsas bij de meeste gericht gestolde voorwerpen willekeurig tenzij er stappen worden ondernomen om dit te kunnen regelen. De kristallografische oriëntatie, gemeten langs de hoofdas van een gietstuk, wordt de primaire oriëntatie genoemd, terwijl de polaire oriëntatie in het vlak 35 loodrecht op de hoofdas de secundaire oriëntatie wordt genoemd.When metals are solidified, they by nature tend to solidify or grow faster in one crystallographic orientation than in others. For example, in nickel base superalloys, it has been found that the (001) orientation predominates. As a result, single crystal castings made by means described in the aforementioned U.S. Pat. No. 3,494,709 will have the (001) orientation along the growth axis. Therefore, in order to produce a different crystallographic orientation along the major axis of solidification, specialized techniques must be used. Furthermore, the orientation of crystals relative to the plane perpendicular to the solidification axis is arbitrary in most directional solidified objects unless steps are taken to control this. The crystallographic orientation, measured along the major axis of a casting, is called the primary orientation, while the polar orientation in the plane perpendicular to the major axis is called the secondary orientation.

fï ^ ^ *7 λ e , 3 J q ƒ & Qfï ^ ^ * 7 λ e, 3 J q ƒ & Q

St r - 2 -St r - 2 -

De eigenschappen van een metaal zoals, een stengel-kristal of een-kristalmateriaa1 worden beïnvloed door de kristallografische oriëntatie ervan. Zo zal bijv. de elasti-citeitsmodulus belangrijk variëren in veel legeringen, en 5 de werking van delen onder druk en spanning daardoor beïnvloeden. Bijgevolg is het bij meer verfijnde toepassingen van geavanceerde materialen van toenemend belang om zowel de primaire als de secundaire oriëntaties te regelen. De kristallografische oriëntaties van materialen kunnen worden 10 bepaald door gebruikelijke non-destructieve laboratoriumtechnieken. Radiografische diffractie, bijv. door de methode van Laue is daarbij het meest bruikbaar. Verder kunnen veranderingen in kristallografische struktuur gemakkelijk worden vastgesteld door gebruikelijk kristaletsen. Indien 15 de oriëntatie op een locatie In een deel is bepaald, zal deze oriëntatie hetzelfde zijn in een ander gebied in afwezigheid van een tussen beiden komende korrelgrens, daargelaten klein© kristalvariaties buiten het kader van deze bespreking.The properties of a metal such as a stem crystal or single crystal material are affected by its crystallographic orientation. For example, the modulus of elasticity will vary significantly in many alloys, thereby affecting the action of parts under pressure and stress. Consequently, in more sophisticated applications of advanced materials, it is increasingly important to control both the primary and secondary orientations. The crystallographic orientations of materials can be determined by conventional non-destructive laboratory techniques. Radiographic diffraction, e.g. by the Laue method, is the most useful. Furthermore, changes in crystallographic structure can be easily detected by conventional crystal etching. If the orientation at a location is determined in one part, this orientation will be the same in another region in the absence of an intervening grain boundary, apart from small crystal variations outside the scope of this discussion.

Een bruikbare techniek voor het regelen van de 20 kristallografische struktuur in gegoten voorwerpen, is het gebruik van een tevoren gemaakte metaalkiem, die de gewenste struktuur bezit. Indien het voorwerpgieten kan geschieden door middel van epitaxiale aangroeilng vanuit de kiem, zal de kiemstruktuur worden gereproduceerd.A useful technique for controlling the crystallographic structure in cast articles is to use a pre-made metal seed having the desired structure. If the object casting can be done by epitaxial growth from the seed, the seed structure will be reproduced.

25 Vanzelfsprekend is het aangroeien van voorwerpen vanuit kiemen bekend. In dit verband zij bijv. gewezen op de Bridgman-methode voor epitaxiale een-kristalvorming, beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 1.793.672 en andere publikaties, daterende van de jaren 1920. In het 30 Amerikaanse octrooischrift 2.791.813 beschrijft Delano strukturen met geregelde kristallografische oriëntaties, waarbij kiemkristallen worden gebruikt voor het verkrijgen van het gewenste resultaat. In het Amerikaanse octrooischrift 3.759.310 beschrijft Barrow e.a. een inrichting en een 35 elektrische boogmethode voor het maken van een-kristalvoor-werpen met een verbruikbare elektrode, waarbij een kiem-kristal aan de bodem van de vorm wordt gebruikt. Meer recent beschrijven Petrov e.a. in het Amerikaanse octrooischrift 3.857.436 een verbeterde methode en inrichting voor het 40 vervaardigen van een—kristalvoorwerpen. Daarin worden ; α Π 3 7 * 3Obviously, the growth of objects from germs is known. In this regard, reference should be made, for example, to the Bridgman method of epitaxial single crystal formation described in U.S. Patent 1,793,672 and other publications dating from the 1920s. In U.S. Patent 2,791,813, Delano describes structures with controlled crystallographic orientations, where seed crystals are used to obtain the desired result. In US Pat. No. 3,759,310, Barrow et al. Describes an apparatus and an electric arc method for making single crystal articles with a consumable electrode using a seed crystal at the bottom of the mold. More recently, Petrov et al. In U.S. Pat. No. 3,857,436 describe an improved method and apparatus for making crystal articles. In it become; α Π 3 7 * 3

VV

- 3 - - middelen en methoden beschreven voor het inzetten van kristallisatie aan een conisch gevormde bodemkamer, waar abrupte superkoelcondities worden gecreëerd. In genoemd Amerikaans octrooischrift worden verdere verfijningen 5 beschreven. Verder beschrijft Copley in het Amerikaanse octrooischrift 3.598.169 het gieten van betrekkelijk vlakke voorwerpen onder gebruikmaking van kiemlagen en de tot standkoming van radiaal naar buiten gaande stolling.- 3 - - Described means and methods for the application of crystallization to a conically shaped bottom chamber, where abrupt supercooling conditions are created. Further refinements are described in said US patent. Furthermore, Copley in U.S. Pat. No. 3,598,169 describes the casting of relatively flat objects using seed layers and the formation of radially outward solidification.

Uitgezonderd Barrow anticiperen al de genoemde tech-10 nieken het verhitten van de vorm voorafgaand aan het invoeren van het gesmolten metaal. De praktijk in de bekende techniek is, dat de kiem in de vorm is gedurende het verhitten. Bijgevolg wordt deze samen met de vorm eveneens verhit tot een relatief hoge temperatuur, hoewel 15 in sommige situaties de locatie ervan een geringere verhitting zou aanwijzen. Wanneer het oververhitte gesmolten metaal wordt ingevoerd in de vorm en in staat gesteld om te stabiliseren, komt dit in contact met de verhitte kiem en doet deze gedeeltelijk smelten. Vanzelfsprekend 20 is het nodig dat ten minste een deel, evenwel slechts een deel, van de kiem smelt, en dit maakt een regeling noodzakelijk over de initiële en veranderende condities van het kiemmiddel, de vorm, het gesmolten metaal, en andere beïnvloedende faktoren.With the exception of Barrow, all of the aforementioned techniques anticipate heating the mold prior to the introduction of the molten metal. The practice in the known art is that the seed is in the form during heating. Consequently, it is also heated to a relatively high temperature along with the mold, although in some situations its location would indicate less heating. When the superheated molten metal is introduced into the mold and allowed to stabilize, it contacts the heated seed and partially melts it. Of course, it is necessary that at least a portion, but only a portion, of the seed melt, and this necessitates control over the initial and changing conditions of the seed, shape, molten metal, and other influencing factors.

25 Een groot deel van de bekende techniek betreft laboratoriumtechnieken en is niet gericht op massaproduktié. Momenteel bestaat er een trend naar grotere commerciële benutting van voorwerpen met een geregelde kristallografische struktuur, zoals stengelkristal en monokristalgasturbine-3Q luchtbladen. Dit heeft geleid tot de ontwikkeling van automatische giettechnieken voor het voortbrengen van voorwerpen in grote hoeveelheden op economische basis. Volgens ëên van deze technieken, beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.895.672, wordt een verhitte vorm vast-35 geklemd op een koele gietplaat onmiddellijk voorafgaand aan het invoeren van gesmolten metaal in de vorm. Indien het kiemkristal wordt gebruikt, wordt dit bevestigd op de gietplaat en is dientengevolge corresponderend koel. De korte duur tussen het aanpassen van de hete vorm en de 4CT koele gietplaat geeft weinig tijd voor de temperatuur van 7903735 > - 4 - de kiem om toe te nemen- Dezelfde moeilijkheid kan zich voordoen bij sommige van de bekende apparaten en methodes. Indien de kiem te koud is, zal er onvoldoende smelten optreden, en zal er geen epitaxiale aangroeiing plaatsvinden.Much of the known art concerns laboratory techniques and is not aimed at mass production. There is currently a trend towards greater commercial utilization of objects with a controlled crystallographic structure, such as stem crystal and single crystal gas turbine-3Q air blades. This has led to the development of automatic casting techniques for producing articles in large quantities on an economic basis. According to one of these techniques, described in U.S. Pat. No. 3,895,672, a heated mold is clamped to a cool casting plate immediately prior to the introduction of molten metal into the mold. If the seed crystal is used, it is attached to the casting plate and is accordingly cool. The short time between adjusting the hot mold and the 4CT cool casting plate gives little time for the temperature of 7903735> -4 - the germ to increase- The same difficulty can arise with some of the known devices and methods. If the seed is too cold, there will be insufficient melting, and no epitaxial growth.

5 Eén methode om dit te overwinnen is om het gesmolten metaal in toenemende mate over te verhitten, maar dit heeft nadelen, aangezien oververhitting veelal leidt tot toegenomen tijd en verhoogde kosten, ongewenste verdamping van elementen, en toegenomen achteruitgang van de vorm.One method of overcoming this is to increasingly overheat the molten metal, but this has drawbacks, since overheating often leads to increased time and expense, undesired evaporation of elements, and increased mold deterioration.

10 Het is eveneens nadelig om de kiem separaat te verhitten of de kiem bij de vorm te includeren, wanneer de vorm wordt verhit volgens de methodes van de bekende techniek, zowel vanwege mechanische en vervaardigingscomplicaties, alsook om de kiem ongewenst kan worden geoxideerd of op andere 15 wijze verontreinigd.It is also disadvantageous to heat the seed separately or to include the seed in the mold when the mold is heated according to the methods of the known art, both because of mechanical and manufacturing complications, and because the germ can be oxidized undesirably or on other 15 contaminated.

Een andere overweging bij de vervaardiging van voorwerpen met geregelde primaire en secundaire kristallografische oriëntatie is, dat na de vervaardiging de oriëntatie van de kiem in de eerste plaats nauwkeurig moet worden bepaald 20 door geschikte inspectietechnieken, en in de tweede plaats nauwkeurig geregeld met betrekking tot de assen van de te gieten voorwerpen. Dienovereenkomstig kan de voorziening van kiemen voor het gieten een aanzienlijke kostenvermeerdering betekenen. Het is daarom gewenst, dat de kiemen kunnen 25 worden teruggewonnen van het gietproces, nadat het artikel is gevormd, en indien mogelijk opnieuw worden gebruikt.Another consideration in the manufacture of articles with controlled primary and secondary crystallographic orientation is that after manufacture, the orientation of the seed must firstly be accurately determined by suitable inspection techniques, and secondly precisely controlled with respect to the axes of the objects to be cast. Accordingly, the provision of seeds for casting can significantly increase costs. It is therefore desirable that the seeds can be recovered from the casting process after the article has been formed and reused if possible.

Wanneer de kiem evenwel sterk is gesmolten gedurende de gietbewerking, of omringd door een grotere hoeveelheid gestold metaal van afwijkende oriëntatie, is terugwinning 30 voor hergebruik moeilijk.However, when the seed is strongly melted during the casting operation, or surrounded by a greater amount of congealed metal of different orientation, recovery for reuse is difficult.

Een doel van de uitvinding is nu het verschaffen van een verbeterde methode, inrichting, en vorm voor de produktie van gietstukken met geregelde kristallografische oriëntatie onder gebruikmaking van epitaxiale aangroeiing 35 vanuit kiemen, die een bekende oriëntatie bezitten. Een verder doel van de uitvinding is het zorgen voor het behoeden, terugwinnen en hergebruik van kiemen.An object of the invention is now to provide an improved method, apparatus, and mold for the production of controlled crystallographic orientation castings using epitaxial growth from seeds having a known orientation. A further object of the invention is to ensure the protection, recovery and reuse of germs.

Volgens de uitvinding wordt gesmolten metaal ingevoerd in een vorm voor gerichte stolling op een zodanige 40 wijze, dat er een gedeelte over de kiem vloeit teneinde een g V ij! g 'ti? - 5 ' * deel daarvan te verhitten en te smelten,· alsmede een ongewenste verontreinigengsfilm, die aanwezig kan zijn, te verwijderen. Wanneer gebruikt in samenhang met een gietplaat is de vorm zodanig geconfigureerd, dat er een startholte 5 wordt bepaald van voldoende volume om de kiem te bevatten en gesmolten metaal te ontvangen, dat over de kiem vloeit.In accordance with the present invention, molten metal is introduced in a directional solidification form in such a manner that a portion flows over the seed to form a free flow. g 'ti? - heat and melt 5 '* part of it, and remove any unwanted contamination film that may be present. When used in conjunction with a pouring plate, the mold is configured to define a starting cavity 5 of sufficient volume to contain the seed and receive molten metal flowing over the seed.

De kiem kan uitsteken in de startholte teneinde het mogelijk te maken, dat gesmolten metaal daarover vloeit en het verhit. Een barrièrelaag, bijv. een keramische bekleding, 10 kan zijn aangebracht op gekozen delen van de kiem om de verwijdering ervan uit het gestolde metaalgietstuk voor hergebruik te vergemakkelijken. Bij éên uitvoeringsvorm wordt er een thermische isolatie geplaatst op de gietplaat in delen aangrenzend aan de kiem, teneinde het stollen 15 van gesmolten metaal van niet geregelde oriëntatie binnen de startholte te vertragen, en te waarborgen, dat epitaxiaal gestold metaal, beginnende vanuit de kiem, in het voorwerp aanwezig zal zijn.The seed may protrude into the starting cavity to allow molten metal to flow over and heat it. A barrier layer, eg a ceramic coating, 10 may be applied to selected parts of the seed to facilitate its removal from the solidified metal casting for reuse. In one embodiment, a thermal insulation is placed on the casting plate in portions adjacent to the seed, to retard solidification of molten metal of uncontrolled orientation within the starting cavity, and to ensure that epitaxially solidified metal, starting from the seed, will be present in the object.

Bij één uitvoeringsvorm van de uitvinding bezit een 20 vorm een voorwerpssectie, in verbinding met de startsectie via de selectorsectie. De startsectie is in staat om de kiem de bevatten en een volume te leveren in staat om een deel van het gesmolten metaal op te nemen, dat om de kiem vloeit om deze te verhitten en te smelten. De selector-25 sectie is gelegen in dichte nabijheid van het gebied in de startsectie, waar de kiem ontvankelijk is en heeft als funktie alleen metaal, dat epitaxiaal is gestold vanuit de kiem door te laten in de voorwerpssectie. In een voorkeursuitvoering is de vorm in staat om gesmolten metaal 3Q op te nemen via de voorwerpssectie, en de afvoer ervan uit de selectorsectie, waar doorheen het gaat, is zodanig geregeld, dat het metaal terecht komt op het oppervlak van de kiem, waardoor de kiem doelmatig wordt verhit en gesmolten.In one embodiment of the invention, a mold has an article section, in communication with the start section via the selector section. The start section is capable of containing the seed and providing a volume capable of absorbing a portion of the molten metal that flows around the seed to heat and melt it. The selector section is located in close proximity to the region in the start section where the seed is receptive and functions to pass only metal epitaxially solidified from the seed into the article section. In a preferred embodiment, the mold is capable of receiving molten metal 3Q through the article section, and its discharge from the selector section, through which it passes, is regulated such that the metal lands on the surface of the seed, whereby the germ is efficiently heated and melted.

35 De uitvinding is geschikt voor de produktie van gietvoorwerpen van elke legering, in elke gewenste geregelde struktuur, die vanuit een kiem produceerbaar is.The invention is suitable for the production of castings of any alloy, in any desired controlled structure, which can be produced from a seed.

Een bijzonder bruikbare toepassing is de produktie van stengelkristal of een-kristalcomponenten van nikkel-4 Q superlegeringen.A particularly useful application is the production of stem crystal or single crystal components of nickel-4Q superalloys.

0 Π ? 7 3 ξ « ** '*> £ +J ^ - 6 -0 Π? 7 3 ξ «** '*> £ + J ^ - 6 -

Door middel van de uitvinding wordt een geschikt smelten verkregen van de kiem teneinde de gewenste epi-taxiale aangroeilng van daaruit te waarborgen, waarbij de onvolkomen gietstukken, die kunnen worden geproduceerd, 5 wanneer de kiem niet adequaat is gesmolten, of wanneer de verontrelnigingslaag niet volledig is verwijderd, zijn overwonnen. Verder maakt de uitvinding het gebruik mogelijk van kiemkristallen, die niet aanmerkelijk zijn verhit voorafgaand aan het Invoeren van het gesmolten metaal in 10 de vorm. In een voorkeursuitvoering worden volgens de uitvinding verder de kosten van kiemen gereduceerd door er voor te zorgen, dat zij gemakkelijk kunnen worden teruggewonnen van gestolde gietstukken en daarna weer opnieuw worden gebruikt. Het gebruik van kiemen is econo-15 mischer gemaakt en daardoor beter toepasbaar in vergelijking met aangroeilng zonder kiemwerking, waardoor de realisering van voordelen van primaire en secundaire oriëntatieregeling mogelijk zijn gemaakt. Monokristalvormontwerpen kunnen worden vereenvoudigd en de Initiële stollingssnelheden 20 verhoogd, waardoor de produktie-opbrengst kan worden verhoogd.By means of the invention, a suitable melting of the seed is obtained in order to ensure the desired epitaxial growth from therein, whereby the imperfect castings which can be produced, when the seed is not melted adequately, or when the irritant layer is not completely has been removed, have been overcome. Furthermore, the invention allows the use of seed crystals, which have not been heated significantly prior to the introduction of the molten metal into the mold. In a preferred embodiment, according to the invention, the cost of germination is further reduced by ensuring that they can be easily recovered from solidified castings and then reused. The use of germs has been made more economical and therefore more applicable compared to growth without germination, allowing the realization of advantages of primary and secondary orientation control. Monocrystal molding designs can be simplified and the Initial solidification rates increased, thereby increasing the production yield.

De hiervoor genoemde en andere doeleinden, aspecten, en voordelen van de uitvinding zullen thans nader worden toegelicht aan de hand van de gedetailleerde beschrijving 25 van de voorkeursuitvoering van de uitvinding onder verwijzing naar de tekening. In de tekening toont: fig. 1 een dwarsdoorsnede van een vorm, die een kiem bevat, gemonteerd op een gietplaat, fig. 2 een dwarsdoorsnede van de voorwerpsholte van 30 de vorm van fig. 1, fig. 3 een gedeeltelijk in doorsnede gegeven aanzicht van een kiemholte van een vorm op een gietplaat, fig. 4 een detail van de zeteling van de kiem, fig. 5 een aanzicht gedeeltelijk in doorsnede van 35 een kiem met een barrièrelaag rond zijn omtrek, en fig. 6 een gedeeltelijk dwarsdoorsnedeaanzicht van een alternatieve uitvoering van kiem en gietplaatbarrière-lagen.The aforementioned and other objects, aspects and advantages of the invention will now be further elucidated with reference to the detailed description of the preferred embodiment of the invention with reference to the drawing. In the drawing: Fig. 1 shows a cross-section of a mold containing a seed mounted on a casting plate, Fig. 2 shows a cross-section of the object cavity of the mold of Fig. 1, Fig. 3 is a partly sectioned view of a germinal cavity of a mold on a casting plate, fig. 4 is a detail of the seat of the germ, fig. 5 is a partial cross-sectional view of a germ with a barrier layer around its circumference, and fig. 6 is a partial cross-sectional view of a alternative version of germ and pour plate barrier layers.

De voorkeursuitvoeringsvorm wordt beschreven in 40 termen van een vorm, in het bijzonder geschikt voor algemeen 7 § 0 ? 7 9 5 - 7 - gebruik bij het systeem beschreven in het genoemde Amerikaanse octrooischrift 3.895.672 voor de produktie van uit één stuk monokristal bestaande nikkellegerings-gietstukken,· hoewel het gebruik ervan niet daartoe is 5 beperkt.The preferred embodiment is described in 40 terms of a shape, particularly suitable for general 7 § 0? 7 9 5-7 use in the system described in the aforementioned U.S. Pat. No. 3,895,672 for the production of one-piece monocrystal nickel alloy castings, although their use is not limited thereto.

Een vorm 20, vervaardigd van keramisch materiaal geschikt voor het vormen van een een-kristalsvoorwerp, is gemonteerd op een koperen gietplaat 22, zoals getoond in fig. 1. De vorm bestaat uit een sectie, die een voorwerps-10 holte 24 bepaalt, die, zoals in fig. 2 is aangegeven, is geconfigureerd volgens een gasturbineluchtblad, voor de produktie waarvan de uitvinding in het bijzonder bijdraagt. De vorm heeft verder een eerste einde 26 voor het opnemen van gesmolten metaal en dit door te laten in de voorwerps-15 holte, en een tweede einde 33, in staat om een gietplaat te contacteren.A mold 20, made of ceramic material suitable for forming a single crystal object, is mounted on a copper casting plate 22, as shown in Fig. 1. The mold consists of a section defining an object cavity 24, which as shown in FIG. 2 is configured according to a gas turbine air blade for the production of which the invention particularly contributes. The mold further has a first end 26 for receiving molten metal and allowing it to pass into the article cavity, and a second end 33 capable of contacting a casting plate.

Een kiem 28 met een vastgestelde kristallografische oriëntatie is gemonteerd in een uitsparing 30 in de gietplaat 22. De kiem is daardoor in innig contact met, en 20 zal worden gekoeld door, de gietplaat. Rondom de kiem bevindt zich een startholte 32, bepaalt door het tweede einde 33, de startsectie van de vorm en de gietplaat 22.A seed 28 with an established crystallographic orientation is mounted in a recess 30 in the casting plate 22. The seed is therefore in intimate contact with, and will be cooled by, the casting plate. Surrounding the seed is a starting cavity 32, defined by the second end 33, the starting section of the mold and the pouring plate 22.

Een selectorsectie 34 verbindt de startholte 32 en de voorwerpsholte 24. De selectorsectie 34 heeft een aanzien-25 lijk kleinere dwarsdoorsnede dan elk van de kiemkristal-holte en de voorwerpsholte.A selector section 34 connects the start cavity 32 and the object cavity 24. The selector section 34 has a substantially smaller cross section than each of the seed crystal cavity and the object cavity.

In de getoonde voorkeursuitvoeringsvorm zijn de kiem, de startholte, en de selectorholte cirkelvormig in dwarsdoorsnede, hoewel andere dwarsdoorsnedevormen eveneens 3Q funktioneel zijn.In the preferred embodiment shown, the seed, the start cavity, and the selector cavity are circular in cross-section, although other cross-sectional shapes are also functional.

De relatieve afmetingen van de respectievelijke elementen zijn niet gefixeerd, maar kan in algemeen perspectief worden gesteld door middel van een voorbeeld: voor het vervaardigen van nikkelsuperlegeringsvoorwerpen 35 zoals gasturbineluchtbladen van 10 tot 25 cm hoog verdient een kiem van de superlegering met een diameter van 2—2,5 cm en overeenkomstige hoogte de voorkeur. De starterholte moet dan een diameter hebben van ongeveer 5 cm en de ingang naar de selectorsectie moet ongeveer 0,5-1,0 cm 40 boven het oppervlak van de kiem zijn. Zodoende heeft de *» η ή * *? s s * - 8 - starterholte een yolume van meer dan vijf keer dat van de daarin bevatte kiem. Zoals- in bet onderstaande wordt uiteengezet, is dit volume beschikbaar voor het opnemen van gesmolten metaal voor het verhitten van de kiem en 5 het inzetten van epitaxiale stolling van daaruit.The relative dimensions of the respective elements are not fixed, but can be put in general perspective by way of an example: for the manufacture of nickel superalloy articles 35 such as gas turbine air blades 10 to 25 cm high, a seed of the superalloy with a diameter of 2— 2.5 cm and corresponding height are preferred. The starter cavity should then have a diameter of about 5 cm and the entrance to the selector section should be about 0.5-1.0 cm 40 above the surface of the seed. Thus, the * »η ή * *? s s * - 8 - starter cavity a yolume of more than five times that of the germ contained therein. As explained in the following, this volume is available for the incorporation of molten metal for heating the seed and initiating epitaxial clotting from there.

Het startsectie-einde 33 is geplaatst dicht tegen de gietplaat aan het oppervlak 36 daarvan teneinde het ontsnappen van gesmolten metaal te beletten. Middelen voor het vastklemmen, getoond als bouten in fig. 3, worden 10 gebruikt om een goed contact te onderhouden tussen de vorm en de gietplaat. Andere mechanische bevestigingsmiddelen en fixturen zijn evenzeer geschikt, zolang zij zijn gelegen buiten de weg van het gesmolten metaal en in staat zijn om een vorm vast te houden, die op een hoge temperatuur is.The start section end 33 is placed close to the casting plate on its surface 36 to prevent molten metal from escaping. Clamping means, shown as bolts in Fig. 3, are used to maintain good contact between the mold and the casting plate. Other mechanical fasteners and fixtures are equally suitable as long as they are out of the way of the molten metal and capable of holding a high temperature mold.

15 Vanzelfsprekend is voor massaproduktie bij de selectie van vastklemorganen het criterium, het gemak en de snelheid van koppeling en ontkoppeling.Obviously, for mass production in the selection of clamping members, the criterion, ease and speed of coupling and uncoupling.

Wanneer de vorm en de gietplaat vast op elkaar geklemd zijn, is het samenstel geschikt om te worden ge-20 plaatst binnen verschillende apparaten, beschreven in de bekende techniek voor het gerichte stollen. Gesmolten metaal kan worden ingevoerd en de vereiste thermische gradiënt aangelegd aan de vorm teneinde te zorgen voor gerichte stolling van het gietstuk. Het gebruik van het apparaat 25 is als volgt: Gesmolten metaal wordt ingevoerd in de vorm 20 via het ontvangende einde 26, gaat daar doorheen door de voorwerpssectie 24 de selectorsectie 34, en valt op en stroomt langs het oppervlak 38 van de kiem 28. De werking van het gesmolten metaal op het kiemoppervlak 38 zorgt 30 voor verhitting daarvan en doet dit smelten, en verhoogt door turbulentie de verwijdering van enige afzettingen of films. Het gesmolten metaal wordt, na te zijn gegaan over het oppervlak van de kiem, afgezet in de startholte 32 aangrenzend aan de kiem. Aldus funktioneert de startholte 35 als een ontvangstreservoir voor het gesmolten metaal, die wordt gebruikt voor het verhitten van het metaal.When the mold and casting plate are clamped together tightly, the assembly is suitable for placement within various devices described in the prior art directional solidification technique. Molten metal can be introduced and the required thermal gradient applied to the mold to ensure targeted solidification of the casting. The use of the device 25 is as follows: Molten metal is introduced into the mold 20 through the receiving end 26, passes through the article section 24 through the selector section 34, and falls and flows along the surface 38 of the seed 28. The action of the molten metal on the seed surface 38 causes its heating and melting, and by turbulence increases the removal of any deposits or films. The molten metal, after passing over the surface of the seed, is deposited in the starting cavity 32 adjacent to the seed. Thus, the starter cavity 35 functions as a receiving reservoir for the molten metal used for heating the metal.

Het ontvangende reservoir kan desgewenst zijn gelegen verwijderd van de holte die de kiem bevat. Metaalinvoer via een afzonderlijke poort, zoals getoond in het Amerikaanse 40 octrooischrift 3.915.761 is een andere mogelijkheid., In > - 9 - dergelijke gevallen moet de startholte nog steeds zodanig zijn geconfigureerd, dat een doorstroom van gesmolten metaal mogelijk is. Bij de configuratie in de voorkeursuitvoering van fig. 1 omgeeft het gesmolten metaal, na te zijn gegaan 5 over het kiemoppervlak, de kiem zijdelings, waardoor er verdere warmte daaraan wordt gegeven.The receiving reservoir may optionally be located away from the cavity containing the seed. Metal input through a separate port, as shown in U.S. Pat. No. 3,915,761, is another possibility. In such cases, the starter cavity must still be configured to allow flow of molten metal. In the configuration in the preferred embodiment of Fig. 1, the molten metal, after passing over the seed surface, surrounds the seed laterally, thereby imparting further heat to it.

Wanneer de vorm is gevuld met metaal wordt door het onttrekken van warmte via de gietplaat en de vormwanden volgens bekende praktijk het gesmolten metaal op progressieve 10 wijze tot stollen gebracht via de hoofdas van de vorm, dat wil zeggen vertikaal. Het metaal in de startsectie zal het eerst stollen, en vanzelfsprekend is daarbij een hoofdbestanddeel van de kiem in vaste toestand aanwezig. Voor zover de selectorsectie 34 is gecentreerd boven de kiem 28, 15 zal metaal, dat epitaxiaal stolt op het oppervlak van de kiem, bij voorkeur eerst de selectorsectie bereiken en daar doorheen gaan. Aangezien het stollende metaal, dat gaat door de selectorsectie, epitaxiaal stolt vanuit het kiem-kristal, zal het dezelfde oriëntatie bezitten als het 20 kiémkristal. Op overeenkomstige wijze zal het voorwerp, gevormd in de holte 24 een overeenkomstige oriëntatie hebben, naarmate het zijn struktuur inneemt vanuit het eerder gevormde materiaal van de selectorsectie.When the mold is filled with metal, by drawing heat from the casting plate and the mold walls according to known practice, the molten metal is solidified progressively via the main axis of the mold, ie vertically. The metal in the starting section will solidify first, and of course a main component of the seed is present in the solid state. Insofar as the selector section 34 is centered above the seed 28, 15, metal that solidifies epitaxially on the surface of the seed will preferably first reach and pass through the selector section. Since the solidifying metal passing through the selector section solidifies epitaxially from the seed crystal, it will have the same orientation as the seed crystal. Similarly, the object formed in the cavity 24 will have a corresponding orientation as it assumes its structure from the previously formed material of the selector section.

Fig. 3 laat in meer details de uitvoering zien van 25 de belangrijke elementen van de uitvinding in de startsectie. Teneinde een gewenste secundaire oriëntatie te verkrijgen, is het nodig, dat het kiémkristal is georiënteerd op vastgestelde wijze met betrekking tot de voorwerpsholte 24.Fig. 3 shows in more detail the implementation of the important elements of the invention in the starting section. In order to obtain a desired secondary orientation, it is necessary that the seed crystal is oriented in an established manner with respect to the object cavity 24.

Dit kan worden bereikt door zowel de kiem als de vorm te 30 oriënteren in een vaste relatie ten opzichte van de gietplaat 22. Zoals getoond in fig. 3, is de vorm georiënteerd ten opzichte van de gietplaat door middel van bouten 37, die tevens de funktie hebben om de vorm op de gietplaat vast te klemmen ter voorkoming van lekkage. Vanzelfsprekend 35 kunnen andere oriëntatiemiddelen worden gebruikt, in het bijzonder bij massaproduktie, zoals polarisatie van de gietplaat en de vorm door hun vormgeving aan hun contactpunten, of door gebruik te maken van electro-optische sensoren met geschikte aanwijzingen. Zoals getoond in de 40 details van fig. 4, zijn er middelen voor het oriënteren * ft A s ^ ** - 10 - van de kiem ten opzichte van de gietplaat. De vertikale of primaire asoriëntatie wordt uitgevoerd door het voor de hand liggende middel om de kiem te laten rusten op het oppervlak van de gietplaat. De secundaire oriëntatie, of 5 de polaire oriëntatie rondom de primaire as, wordt geregeld door midden van een aangepast slot-en-sleutelsysteem. Zoals getoond heeft het kiemkristal een eenvoudige gleuf 46 over zijn diameter, welke het slot vormt, terwijl de gietplaat is uitgerust met een integrale sleutelweg 48, Andere 10 mechanische vertandingen en locatoren en andere polarisatie-methodes kunnen eveneens worden gebruikt.This can be achieved by orienting both the seed and the mold in a fixed relationship to the pouring plate 22. As shown in Fig. 3, the mold is oriented with respect to the pouring plate by means of bolts 37, which are also the function to clamp the mold to the casting plate to prevent leakage. Of course, other orienting means can be used, especially in mass production, such as polarization of the casting plate and mold by their shape at their contact points, or by using electro-optical sensors with appropriate directions. As shown in the 40 details of Fig. 4, there are means for orienting the seed relative to the casting plate. The vertical or primary axis orientation is performed by the obvious means of resting the seed on the surface of the casting plate. The secondary orientation, or the polar orientation around the primary axis, is controlled by the center of an adapted lock-and-key system. As shown, the seed crystal has a simple slit 46 over its diameter, which forms the lock, while the casting plate is equipped with an integral keyway 48, Other mechanical gears and locators and other polarization methods can also be used.

Verder getoond in de fig. 3 en 4 is een keramisch schild 40, dat de omtrek van de kiem 28 omgeeft. Dit is een barrièrelaag om te voorkomen, dat gesmolten metaal, 15 dat is gegaan over het oppervlak 38 van de kiem en tot rust is gekomen in de startholte 32, zal hechten aan de omtrek 42 van de kiem. Het schild 48 zorgt ervoor, dat smelten aan de omtrek 42 van de kiem wordt verhinderd en voorkomt het aanhechten van het gesmolten metaal in de holte aan 20 de omtrek van de kiem.Also shown in FIGS. 3 and 4 is a ceramic shield 40 surrounding the periphery of seed 28. This is a barrier layer to prevent molten metal, which has passed over the surface 38 of the seed and has settled into the start cavity 32, from adhering to the periphery 42 of the seed. The shield 48 prevents melting at the periphery 42 of the seed and prevents adhesion of the molten metal in the cavity at the periphery of the seed.

Dienovereenkomstig kan het gietstuk, nadat het metaal in de holte 32 is gestold en het gehele gietstuk uit de vorm is verwijderd, worden gesneden over het vlak van het oppervlak 38, waarbij de kiem gemakkelijk kan worden 25 losgemaakt uit het startsectiegietstukdeel en met weinig voorbereiding opnieuw kan worden gebruikt.Accordingly, after the metal has solidified in the cavity 32 and the entire casting is removed from the mold, the casting can be cut across the face of the surface 38, the seed being easily detachable from the starter section casting and with little preparation again can be used.

Fig. 5 toont een alternatieve uitvoering van het keramische schild 40, waarbij dit schild doorloopt in een uitsparing in de gietplaat samen met de kiem. Het schild 30 kan zijn vervaardigd van een keramisch materiaal of enige andere substantie die bestand is tegen de werking van het gesmolten metaal gedurende de korte tijd, dat dit daaraan wordt blootgesteld voorafgaand aan het stollen daarvan.Fig. 5 shows an alternative embodiment of the ceramic shield 40, this shield extending into a recess in the casting plate together with the seed. The shield 30 can be made of a ceramic material or any other substance that can withstand the action of the molten metal for the short time that it is exposed prior to solidification.

Het is slechts vereist, dat het schild is gevormd van een 35 materiaal, dat de vereiste warmte en corrosiebestendigheid bezit, en in toevoeging een voldoende mechanische sterkte bezit om niet losgemaakt te worden onder de inwerking van het gesmolten metaal. Teneinde het doel van de uitvinding te bereiken, behoeft vanzelfsprekend de barrièrelaag rond 40 de omtrek van de kiem niet een afzonderlijk fysisch element 7908735 - 11 - te zijn, maar kan dit ook bestaan uit een bekleding, aangebracht op de kiem., Fig. 6 toont een nog andere uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarin de kiem is gemonteerd in lijn met een neergedrukt gebied van het oppervlak van de 5 gietplaat samen met schild 40. In toevoeging is een keramische ringvormige schijf 44 getoond, die rust op het gletplaatoppervlak 36 aangrenzend aan de kiem. De schijf 44 heeft de funktie van het reduceren van het koelen door de gietplaat, en daardoor de snelheid van stollen van het 10 gesmolten metaal aangrenzend aan de kiem in vergelijking met wat deze zou zijn geweest, indien de schijf niet aanwezig is. Vanzelfsprekend zal de metaalstolling vanuit het gletplaatoppervlak 36 niet de gewenste kristallografische oriëntatie van de kiem bezitten. In speciale startholte-15 configuraties geeft de aanwezigheid van de schijf 44 meer zekerheid, dat metaal met een ongewenste kristallografische oriëntatie niet de selectorseetIe 34 zal bereiken, voordat metaal, dat epitaxiaal stolt vanuit het kiemoppervlak 38 dat doet. In fig. 6 is de schijf 44 getoond als een 20 separaat element, dat de gehele blootliggende gietplaat bedekt In de holte 32. De diameterovermaat van bedekking kan evenwel worden gevarieerd, bijv. door het verminderen van de diameter van de schijf 44, zodat een gedeelte van het gletplaatoppervlak aan de omtrek van de holte is bloot-25 gesteld. Variatie van de bedekking van de gietplaat kan op regelbare wijze de warmte-extractie wijzigen van het metaal in de holte 32, teneinde een gewenst stollen van het voorwerp te effectueren. In toevoeging kan de schijf 44 zijn vervaardigd integraal met het scherm 40, zoals is 30 getoond in fig. 3. Als ander alternatief kan de schijf 44 zijn vervaardigd Integraal met de vorm 20, in welk geval de binnendiameter van het schijfgedeelte kan worden gevarieerd voor het regelen van de warmte-extractie. De schijf 44 kan ook zijn geconfigureerd als bekleding op de gietplaat, 35 en de funktionering van de schijf kan worden gevarieerd door de dikte en de thermische karakteristieken van het constructiemateriaal.It is only required that the shield be formed of a material that has the required heat and corrosion resistance, and in addition has sufficient mechanical strength not to be detached under the action of the molten metal. Of course, in order to achieve the object of the invention, the barrier layer around the circumference of the seed need not be a separate physical element 7908735-11, but may also consist of a coating applied to the seed. 6 shows yet another embodiment of the invention, wherein the seed is mounted in line with a depressed area of the surface of the casting plate together with shield 40. In addition, a ceramic annular disk 44 resting on the glazing plate surface 36 adjacent is shown. germinating. The disk 44 has the function of reducing cooling by the casting plate, and thereby the solidification rate of the molten metal adjacent to the seed compared to what it would have been if the disk were not present. Of course, the metal solidification from the slit plate surface 36 will not have the desired crystallographic orientation of the seed. In special cavity configurations, the presence of the disk 44 provides greater assurance that metal with an undesired crystallographic orientation will not reach selector set 34 before metal that solidifies epitaxially from the seed surface 38. In Fig. 6, the disk 44 is shown as a separate element covering the entire exposed casting plate in the cavity 32. However, the diameter excess of coating can be varied, eg by reducing the diameter of the disk 44, so that a portion of the glacier plate surface at the periphery of the cavity is exposed. Variation of the coating of the casting plate can controlably alter the heat extraction of the metal in the cavity 32 to effect a desired solidification of the article. In addition, the disk 44 may be manufactured integrally with the screen 40, as shown in Fig. 3. Alternatively, the disk 44 may be manufactured integrally with the mold 20, in which case the inner diameter of the disk portion may be varied for controlling the heat extraction. The disk 44 may also be configured as a coating on the casting plate, 35 and the functioning of the disk may be varied by the thickness and thermal characteristics of the construction material.

Het gebruik van het apparaat en de hier beschreven methode kan worden aangepast aan de produktie van enkel-40 voudige onderdelen of multiple onderdelen. Vanzelfsprekend 7806735 f- - 12 - kunnen multiple stukken worden gemaakt door het arrangeren van een veelvoud van vormen van het type, getoond in fig. 1/ als een assemblement, zoals gebruikelijk is bij massaproduktie van gericht gestolde bekledingsgietstukken, Alternatief 5 kan meer dan êén deel zijn vervaardigd van een enkelvoudig kiemkristal door de vorm uit te spreiden onmiddellijk boven het selectorgedeelte, op een dergelijke wijze zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.857,436.The use of the device and the method described here can be adapted to the production of single-40 parts or multiple parts. Obviously, 7806735 f- - 12 - multiple pieces can be made by arranging a plurality of shapes of the type shown in Fig. 1 / as an assembly, as is common in mass production of directional solidified cladding castings, Alternative 5 may be more than one part are made of a single seed crystal by spreading the shape immediately above the selector portion, in such a manner as described in U.S. Pat. No. 3,857,436.

Hoewel in het voorgaande de uitvinding is beschreven 10 aan de hand van een voorkeursuitvoering in termen van een een-kristalgietstuk, valt het binnen het kader van de uitvinding, dat ook stengelkristalgietstukken en andere epitaxiaal ontwikkelde gietstukstrukturen kunnen worden geproduceerd.Although the invention has been described above with reference to a preferred embodiment in terms of a single crystal casting, it is within the scope of the invention that stem crystal castings and other epitaxially developed casting structures can also be produced.

De uitvinding is bruikbaar met elke gietbare legering, waar-15 voor een geschikte vorm kan worden vervaardigd. Het zal verder de vakman duidelijk zijn, dat er verschillende veranderingen, modificaties en omissies in vorm en detail mogelijk zijn zonder te treden buiten het kader van de uitvinding.The invention is useful with any castable alloy where a suitable shape can be manufactured. It will further be apparent to those skilled in the art that various changes, modifications and omissions in shape and detail are possible without departing from the scope of the invention.

- conclusies: - 7908785- conclusions: - 7908785

Claims (14)

1. Inrichting voor het doen stollen van gesmolten metaal tot een voorwerp met geregelde kristallografische oriëntatie, gekenmerkt door een gietplaat voor het koelen van gesmolten metaal 5 gedurende gerichte stolling, een kiem van bekende kristallografische oriëntatie voor het inleiden van een gewenste epitaxiale stolling in het voorwerp, middelen voor het houden van de kiem in een vast-10 gestelde oriëntatie ten opzichte van de vorm in de nabijheid van de gietplaat, zodat de warmte-overdracht van de kiem naar de gietplaat kan worden bereikt, een vorm met een voorwerpssectie en een startsectie, zodanig gevormd, dat gesmolten metaal kan vloeien rond de 15 kiem, waarbij de startsectie in contact is met de gietplaat en samen met de gietplaat een volume bepaalt, in staat om de kiem te bevatten en een gedeelte te ontvangen van het gesmolten metaal, dat vloeit rond de kiem, en middelen voor het houden van de vorm in gefixeerde 20 relatie ten opzichte van de gietplaat, teneinde de oriëntatie van de vorm ten opzichte van de kiem te regelen.1. Apparatus for solidifying molten metal into an object of controlled crystallographic orientation, characterized by a pouring plate for cooling molten metal 5 during direct solidification, a seed of known crystallographic orientation for introducing a desired epitaxial solidification into the object means for holding the seed in a fixed orientation relative to the mold in the vicinity of the casting plate so that the heat transfer from the seed to the casting plate can be achieved, a mold with an article section and a starting section shaped so that molten metal can flow around the seed, the starting section being in contact with the casting plate and defining together with the casting plate a volume capable of containing the seed and receiving a portion of the molten metal, which flows around the seed, and means for holding the mold in a fixed relationship to the casting plate, in order to orient ie the shape in relation to the germ. 2. Inrichting volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de vorm een selectorsectie heeft, die de voorwerpssectie en de startsectie met elkaar verbindt, 25 teneinde te waarborgen, dat uitsluitend epitaxiaal gestold materiaal zich vormt in de voorwerpssectie.2. Device according to claim 1, characterized in that the shape has a selector section connecting the object section and the start section to ensure that only epitaxially solidified material forms in the object section. 3. Inrichting volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat deze verder middelen omvat voor het laten vallen van gesmolten metaal op het oppervlak van de 30 kiem teneinde de verhitting daarvan te verhogen en opper-vlakteverontreinigingsfIlms, die tussenbeide kunnen komen bij de epitaxiale stolling, te verwijderen.3. Device according to claim 1, characterized in that it further comprises means for dropping molten metal on the surface of the seed in order to increase its heating and surface contamination films which may interfere with the epitaxial clotting, to delete. 4. Inrichting volgens conclusie l,met het kenmerk, dat deze verder een kiem omvat, die uitsteekt 35 in de startholte zodanig, dat gesmolten metaal, dat vloeit i ii i- ' -< -* I V ~ J ’ ·’ - 14 - in de startholte, de kiem omringt aan een ander oppervlak dan dat, van waaruit de epitaxiale stolling in liet voorwerp plaatsvindt, teneinde extra verhitting aan de kiem te geven»4. Device as claimed in claim 1, characterized in that it further comprises a seed projecting into the starting cavity such that molten metal flows, i - '- <- * IV ~ J' - '- 14 - in the starting cavity, the germ surrounds a different surface from that from which the epitaxial coagulation takes place in the object, in order to give additional heating to the germ » 5. Inrichting volgens conclusie 2, m e t het 5 kenmerk, dat deze verder middelen omvat om te voorkomen, dat gesmolten metaal zich. hecht aan de kiem op vastgestelde plaatsen, teneinde het verwijderen van de kiem uit het gestolde gietstuk te vergemakkelijken.5. Device according to claim 2, characterized in that it further comprises means for preventing molten metal from settling. adheres to the seed at predetermined locations to facilitate removal of the seed from the solidified casting. 6. Inrichting volgens conclusie 1 en 2, met het 10 kenmerk, dat deze verder middelen omvat voor het thermisch isoleren van een gedeelte van de gietplaat aangrenzend aan de kiem teneinde het warmteverlies van overmaat metaal, geplaatst in de startholte, te verminderen.6. Device according to claims 1 and 2, characterized in that it further comprises means for thermally insulating a part of the casting plate adjacent to the seed in order to reduce the heat loss of excess metal placed in the starting cavity. 7. Inrichting volgens conclusie 1, m e t het 15 kenmerk, dat de kiem een monokristal is»7. Device according to claim 1, characterized in that the seed is a single crystal » 8. Werkwijze voor het gieten van metaal tot een voorwerp met geregelde kristallografische oriëntatie met de inrichting volgens conclusies 1 - 7, onder gebruikmaking van epitaxiale gerichte stolling vanuit een kiem, die initieel 20 aanzienlijk koeler is dan het smeltpunt van het te gieten metaal, met het kenmerk, dat men het gesmolten 'metaal laat vallen op en vloeien over het oppervlak van de kiem in voldoende hoeveelheid om een gedeelte van de kiem te verhitten en te smelten, en oppervlaktecontaminatie 25 te verwijderen, die tussenbeide kan komen bij de epitaxiale stolling vanuit de kiem.8. A method of casting metal into an article of controlled crystallographic orientation with the device of claims 1 to 7, using epitaxial directional solidification from a seed, which is initially substantially cooler than the melting point of the metal to be cast, with characterized in that the molten metal is dropped and flowed over the surface of the seed in sufficient amount to heat and melt a portion of the seed, and to remove surface contamination which may interfere with the epitaxial clotting from the germ. 9. Werkwijze volgens conclusie 8, gekenmerkt door het plaatsen van een kiem op een gietplaat in een 30 geregelde oriëntatie ten opzichte daarvan, het aanbrengen van een verhitte vorm op de gietplaat in een vaste oriëntatie ten opzichte daarvan teneinde de kiem daarbinnen te bevatten en gesmolten metaal op te nemen, 35 het vullen van de vorm met gesmolten metaal onder 7308735 - 15 - gebruikmaking van een middel, dat waarborgt, dat een gedeelte van de gesmolten metaal over het oppervlak van de kiem stroomt naar een reservoir in voldoende hoeveelheid om een gedeelte van de kiem te verhitten en gedeeltelijk 5 te smelten, en het verwijderen van enige verontreinigings-filmen daarop, en het epitaxiaal laten stollen van het gesmolten metaal voor het vormen van een voorwerp vanuit de kiem met een kristallografische oriëntatie, die wordt bepaald 10 door de kiem.9. A method according to claim 8, characterized by placing a seed on a casting plate in a controlled orientation relative thereto, applying a heated mold to the casting plate in a fixed orientation relative thereto to contain the seed and melted therein metal, filling the mold with molten metal under 7308735 - using an agent which ensures that a portion of the molten metal flows over the surface of the seed to a reservoir in sufficient quantity to contain a portion of the seed and partially melting, and removing any contamination films thereon, and solidifying the molten metal epitaxially to form an object from the seed with a crystallographic orientation, which is determined by the germ. 10. Werkwijze volgens conclusie 9,met het kenmerk, dat deze verder omvat het plaatsen van een barriêrelaag, bestand tegen het gesmolten metaal, rond een gedeelte van de kiem ter voorkoming van aanhechten 15 van gesmolten metaal aan de kiem zonder daardoor het omhullen van de kiem door gesmolten metaal te elimineren, welke aanhechting zou optreden bij afwezigheid van de barriêrelaag, teneinde de verwijdering van de kiem van het gietstuk na stolling ervan te vergemakkelijken.10. A method according to claim 9, characterized in that it further comprises placing a barrier layer, resistant to the molten metal, around a portion of the seed to prevent adhesion of molten metal to the seed without thereby enveloping the germ by eliminating molten metal, which would occur in the absence of the barrier layer, to facilitate removal of the germ from the casting after solidification. 11. Werkwijze volgens conclusie 8, gekenmerkt door het vormen van een vorm, die een eerste einde heeft in staat om gesmolten metaal op te vangen, een tweede einde in staat om een startholte te bepalen in contact met een 25 gietplaat, een voorwerpsholte in staat om gesmolten metaal te bevatten en de vormen, en een selectorsectie, gelegen tussen het tweede einde en de voorwerpsholte, het verhitten van de vorm, het aanbrengen op een koele gietplaat van een kiem, 30 die aanzienlijk kleiner is dan de startholte, het contacteren van het tweede einde van de vorm met de gietplaat op een zodanige wijze, dat zowel de kiem in de startholte wordt gevat alsook een ruimte wordt verschaft in de holte in staat om gesmolten metaal op te 35 nemen en te bevatten, het vullen van de vorm door het schenken van gesmolten metaal in het eerste einde van de vorm, zodat dit gesmolten metaal gaat naar het tweede einde en vloeit 7908735 - 16 - f naar een reservoir daarbij lopende over het. oppervlak, van de kiem, zodat een gedeelte, van de kiem wordt verhit en gesmolten, het koelen van de vorm, zodat het gesmolten metaal 5 epitaxiaal stolt vanuit het tweede einde naar in de voorwerpsholte voor het vormen van een voorwerp met ëen kristallografische oriëntatie, die wordt bepaald door de kiem.11. A method according to claim 8, characterized by forming a mold having a first end capable of receiving molten metal, a second end capable of determining a starting cavity in contact with a casting plate, capable of an object cavity to contain molten metal and the molds, and a selector section, located between the second end and the object cavity, heating the mold, applying to a cool casting plate a seed, which is considerably smaller than the starting cavity, contacting the second end of the mold with the casting plate in such a way that both the seed is contained in the starting cavity and a space is provided in the cavity capable of receiving and containing molten metal, filling the mold by pouring molten metal into the first end of the mold so that this molten metal goes to the second end and flows to a reservoir thereby passing over it. surface of the seed such that a portion of the seed is heated and melted, cooling the mold so that the molten metal solidifies epitaxially from the second end into the object cavity to form an object having a crystallographic orientation, it is determined by the germ. 12. Vorm voor het epitaxiaal gieten van metaal vanuit 10 een kiem tot een voorwerp met geregelde kristallografische oriëntatie, waarbij de vorm is bevestigd aan een gietplaat, en gesmolten metaal gericht wordt gestold, met h. e t kenmerk, dat deze vorm bestaat uit: een voorwerpsholte voor het vormen van gesmolten 15 metaal tot een voorwerp, een selectorholte, verbonden met de voorwerpsholte voor het regelen van de kristallografische oriëntatie van metaal, dat aangroeit door stolling in de voorwerpsholte vanuit een startholte, 20 een startholte, verbonden met de selectorholte, en met een dwarsdoorsnedeoppervlak aanzienlijk groter dan de selectorholte, en een volume, voldoende om een kiem te bevatten en gesmolten metaal, ingevoerd in de vorm voor het verhitten van de kiem, en 25 middelen voor het invoeren van gesmolten metaal in de vorm, zodat dit vloeit over de kiem naar de startholte, waar er een volume is voor het bevatten van dit gesmolten metaal.12. Mold for epitaxial casting of metal from a seed to an object of controlled crystallographic orientation, the mold being attached to a casting plate, and the molten metal being solidified with h. characterized in that this shape consists of: an object cavity for molding molten metal into an object, a selector cavity, connected to the object cavity to control the crystallographic orientation of metal, which grows by solidification in the object cavity from a starting cavity, 20 a starting cavity, connected to the selector cavity, and having a cross-sectional area considerably larger than the selector cavity, and a volume sufficient to contain a seed and molten metal, introduced in the form for heating the seed, and means for introduction of molten metal in the mold so that it flows over the seed to the starting cavity, where there is a volume for containing this molten metal. 13. Vorm volgens conclusie 11,met het ken- 30 merk, dat de selectorholte een nagenoeg rechte tunnel is, in lijn gelegen tussen de startholte en de voorwerpsholte, waarbij de tunnelas nagenoeg evenwijdig is aan de hoofd-aangroeias van het in de vorm te vormen voorwerp.13. Mold according to claim 11, characterized in that the selector cavity is a substantially straight tunnel, aligned between the start cavity and the object cavity, the tunnel axis being substantially parallel to the main growth axis of the mold form object. 14. Vorm volgens conclusie 12,met het ken-35 merk, dat de vormstartholte zodanig is gevormd, dat het warmteverlies aan een gietplaat in gebieden aangrenzend aan de kiem tot een minimum is teruggebracht. 7908785Mold according to claim 12, characterized in that the mold starting cavity is formed such that the heat loss to a casting plate in areas adjacent to the seed is minimized. 7908785
NLAANVRAGE7908785,A 1978-12-13 1979-12-05 APPARATUS FOR CLOTHING MELTED METAL TO AN ARTICLE WITH REGULAR CRYSTALLOGRAPHIC ORIENTATION. NL185271C (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US96913078A 1978-12-13 1978-12-13
US96913078 1978-12-13

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NL7908785A true NL7908785A (en) 1980-06-17
NL185271B NL185271B (en) 1989-10-02
NL185271C NL185271C (en) 1990-03-01

Family

ID=25515222

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NLAANVRAGE7908785,A NL185271C (en) 1978-12-13 1979-12-05 APPARATUS FOR CLOTHING MELTED METAL TO AN ARTICLE WITH REGULAR CRYSTALLOGRAPHIC ORIENTATION.

Country Status (14)

Country Link
JP (1) JPS5581064A (en)
BE (1) BE880402A (en)
BR (1) BR7908118A (en)
CA (1) CA1142839A (en)
CH (1) CH644408A5 (en)
DE (1) DE2949446A1 (en)
DK (1) DK158629C (en)
FR (1) FR2444092A1 (en)
GB (1) GB2037200B (en)
IL (1) IL58882A (en)
IT (1) IT1127731B (en)
NL (1) NL185271C (en)
NO (1) NO794028L (en)
SE (1) SE7910137L (en)

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4289570A (en) * 1978-12-13 1981-09-15 United Technologies Corporation Seed and method for epitaxial solidification
IL65014A0 (en) * 1981-03-02 1982-04-30 Trw Inc Method of casting an article
FR2734187A1 (en) * 1981-09-25 1996-11-22 Snecma Casting and directional solidification. of a cluster of turbine rotor vanes
GB2110299A (en) * 1981-11-03 1983-06-15 Rolls Royce I.C. engine poppet valve
US4605452A (en) * 1981-12-14 1986-08-12 United Technologies Corporation Single crystal articles having controlled secondary crystallographic orientation
US4475582A (en) * 1982-01-27 1984-10-09 United Technologies Corporation Casting a metal single crystal article using a seed crystal and a helix
US4412577A (en) * 1982-01-27 1983-11-01 United Technologies Corporation Control of seed melt-back during directional solidification of metals
US4580613A (en) * 1982-08-05 1986-04-08 Howmet Turbine Components Corporation Method and mold for casting articles having a predetermined crystalline orientation
US4612969A (en) * 1983-04-27 1986-09-23 Howmet Turbine Components Corporation Method of and apparatus for casting articles with predetermined crystalline orientation
EP0171343A1 (en) * 1984-05-11 1986-02-12 United Technologies Corporation Polygon cross section seed for directional solidification
GB2212890B (en) * 1984-07-04 1989-11-22 Wisotzki Juergen Funnel-shaped or shell-shaped insert for hollow charges and a process and a mould for producing it.
US5061154A (en) * 1989-12-11 1991-10-29 Allied-Signal Inc. Radial turbine rotor with improved saddle life
DE4039808C1 (en) * 1990-12-13 1992-01-02 Mtu Muenchen Gmbh
US5291937A (en) * 1992-07-30 1994-03-08 General Electric Company Method for providing an extension on an end of an article having internal passageways
US5304039A (en) * 1992-07-30 1994-04-19 General Electric Company Method for providing an extension on an end of an article and extended article
DE19526344C1 (en) * 1995-07-19 1996-08-08 Mtu Muenchen Gmbh Rotor blade for turbo engine
DE19611866A1 (en) * 1996-03-26 1997-10-02 Lyulka Saturn Inc Casting mould for production of single crystal casting having growth cavity and nucleation cavity
US6103993A (en) * 1996-07-10 2000-08-15 Mtu Motoren-Und Turbinen-Union Munchen Gmbh Hollow rotor blade of columnar structure having a single crystal column in which a series of holes are laser drilled
US7343960B1 (en) 1998-11-20 2008-03-18 Rolls-Royce Corporation Method and apparatus for production of a cast component
US6932145B2 (en) 1998-11-20 2005-08-23 Rolls-Royce Corporation Method and apparatus for production of a cast component
US6497272B1 (en) 1999-10-14 2002-12-24 Howmet Research Corporation Single crystal casting mold
DE10033688B4 (en) * 2000-07-11 2008-04-24 Alstom Technology Ltd. Process for the production of directionally solidified castings
US7575038B2 (en) 2001-06-11 2009-08-18 Howmet Research Corporation Single crystal seed
US20050211408A1 (en) * 2004-03-25 2005-09-29 Bullied Steven J Single crystal investment cast components and methods of making same
CN1332070C (en) * 2004-12-24 2007-08-15 中国科学院金属研究所 Structure of initiating terminal in directional solidification in method of seed crystal, and application
US11383295B2 (en) 2019-10-04 2022-07-12 Raytheon Technologies Corporation Arcuate seed casting method
US11377753B2 (en) * 2019-10-04 2022-07-05 Raytheon Technologies Corporation Arcuate seed casting method
US11198175B2 (en) 2019-10-04 2021-12-14 Raytheon Technologies Corporation Arcuate seed casting method
CN111364096B (en) 2020-03-30 2021-01-22 上海交通大学 Substrate-triggered single crystal high-temperature alloy directional solidification process

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1793672A (en) * 1926-02-16 1931-02-24 Percy W Bridgman Crystals and their manufacture
BE542375A (en) * 1954-10-28
NL136758C (en) * 1963-10-21 1900-01-01
US3494709A (en) * 1965-05-27 1970-02-10 United Aircraft Corp Single crystal metallic part
US3598169A (en) * 1969-03-13 1971-08-10 United Aircraft Corp Method and apparatus for casting directionally solidified discs and the like
US3759310A (en) * 1971-08-30 1973-09-18 United Aircraft Corp Nsumable electrode method and apparatus for providing single crystal castings using a co
US3763926A (en) * 1971-09-15 1973-10-09 United Aircraft Corp Apparatus for casting of directionally solidified articles
US3857436A (en) * 1973-02-13 1974-12-31 D Petrov Method and apparatus for manufacturing monocrystalline articles
US3895672A (en) * 1973-12-26 1975-07-22 United Aircraft Corp Integrated furnace method and apparatus for the continuous production of individual castings
US4015657A (en) * 1975-09-03 1977-04-05 Dmitry Andreevich Petrov Device for making single-crystal products

Also Published As

Publication number Publication date
IT7928074A0 (en) 1979-12-17
NO794028L (en) 1980-06-16
SE7910137L (en) 1980-06-14
CH644408A5 (en) 1984-07-31
FR2444092B1 (en) 1984-05-11
CA1142839A (en) 1983-03-15
DE2949446C2 (en) 1989-01-26
BR7908118A (en) 1980-07-29
IL58882A (en) 1982-12-31
GB2037200B (en) 1983-02-09
GB2037200A (en) 1980-07-09
NL185271C (en) 1990-03-01
FR2444092A1 (en) 1980-07-11
DK529479A (en) 1980-06-14
JPS6358669B2 (en) 1988-11-16
JPS5581064A (en) 1980-06-18
IT1127731B (en) 1986-05-21
BE880402A (en) 1980-04-01
DK158629B (en) 1990-06-25
IL58882A0 (en) 1980-03-31
NL185271B (en) 1989-10-02
DK158629C (en) 1990-11-26
DE2949446A1 (en) 1980-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NL7908785A (en) Apparatus and method for the targeted solidification of molten metals.
US4714101A (en) Method and apparatus for epitaxial solidification
US4469161A (en) Method of and mould for making a cast single crystal
US4813470A (en) Casting turbine components with integral airfoils
US3538981A (en) Apparatus for casting directionally solidified articles
US3376915A (en) Method for casting high temperature alloys to achieve controlled grain structure and orientation
JPH0379103B2 (en)
EP0719606B1 (en) A Method of manufacturing metallic slurry for casting
US7204294B2 (en) Casting method
US4289570A (en) Seed and method for epitaxial solidification
CA1202490A (en) Alloy remelting process
US20100051142A1 (en) Directional solidification mould
US5404930A (en) Method and apparatus for casting an airfoil
US3939895A (en) Method for casting directionally solidified articles
KR20010040138A (en) Liquid metal cooled directional solidification process
EP0038660B1 (en) Casting method
US4213497A (en) Method for casting directionally solidified articles
EP0104794B1 (en) Method of casting a one-piece wheel
US5048591A (en) Apparatus and method for use in casting
EP0059550B1 (en) Method of casting
US3485291A (en) Method of casting by directional solidification
JP6917964B2 (en) Aluminum alloy casting and its manufacturing method
JPH07108451B2 (en) A mold for casting superalloy turbine engine blades with a platform by single crystal solidification.
RU2123909C1 (en) Method of producing castings with oriented crystallization and device for its embodiment
US3841387A (en) Method and apparatus for casting metal

Legal Events

Date Code Title Description
A85 Still pending on 85-01-01
BA A request for search or an international-type search has been filed
BB A search report has been drawn up
BC A request for examination has been filed
V1 Lapsed because of non-payment of the annual fee