Solche durch Feinguß hergestellten Bauteile sind daher anschließend durch ein sogenann- tes HIP-Verfahren zu vergüten, d. h. durch einen heissisostatischen Pressvorgang sind Gießlunker zu verdichten und ist durch anschließende Wärmebehandlung das Gefüge des durch Gießen hergestellten Bauteils zu stabilisieren.

Die Einhaltung vorgegebener Werkstoffspezifikationen für solche derart herzustellenden Bauteile ist daher überaus kostenintensiv und hohe Ausschussquoten sind unvermeidlich.

Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe es ist, die Herstellung von Bauteilen aus NE- Metalliegierungen insbesondere für den Einsatz im Turbomaschinenbau mittels Feinguss signifikant zu verbessern.

Ausgehend von dem bekannten Schleuderformguss, bei dem durch Rotation eines Teils der Gießeinrichtung die Zentrifugalkräfte Einfluss auf die Formgestaltung, die Formfüllung und die Kristallisation der Schmelze nehmen, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur maßgenauen Feingussherstellung mit der Außenform der jeweils herzu- stellenden Bauteile korrespondierenden, aus beheizten Formschalen bestehenden Gussfor- men, denen die Schmelze über eine beheizte Eingussvorrichtung derart zugeführt wird, dass ein vollständiges Füllen der Gussformen über die Beschleunigungskräfte sowie der bei Rota- tion auftretenden Coriolis-Kräfte und der der Schmelze aufgeprägten Zentrifugalkräfte er- folgt.

Hierbei wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Schmelze für den Gießvorgang mittels der Zentrifugalkräfte entgegen der durch die Schwerkraft bestimmten Fließrichtung um annähernd 30°-180° umgelenkt und beim Einfließen in die Gussformen durch die Co- riolis-Kräfte zur homogenen Füllung der Gussformen gezwungen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die beheizte Eingussvorrichtung und die beheizten Gussformen auf vorbestimmten, mit den für die Feingussherstellung verwen- deten NE-Metalilegierungen korrespondierenden, deren Fließfähigkeit aufrechterhaltenden, vorzugsweise 10 bis 200° C über dem Schmelzpunkt der NE-Metalllegierung liegenden Ver- fahrenstemperaturen gehalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Abdampfrate der Schmelze verringert und durch die strömungsmechanisch optimierte Aus- gestaltung der Eingussvorrichtung zur Ausnutzung der Coriolis-Kräfte die Porosität der Gussteile im Hinblick auf die erzielbare Verkleinerung der Poren in der Schmelze verringert und damit feinere Gefüge als bisher erzielbar sind. Daher ist eine Nachbehandlung der aus der Form entnommenen Gussteile zwecks Vergütung durch heiss-isostatisches Pressen und anschließende Zufuhr von Wärme zwecks Stabilisierung des Legierungsgefüges nicht mehr notwendig. Dies führt zu einer wesentlichen Kostenreduzierung bei der Herstellung solcher Bauteile sowie zu Einsparungen bei den Materialkosten für die zu verwendenden NE- Metalllegierungen bezüglich Menge, Zusammensetzung und Reinheit. Darüber hinaus wird die Ausschussrate kleiner und werden Nachbehandlungskosten stark reduziert, wenn nicht gar eingespart.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach der Erfindung als Einguss- vorrichtung ein senkrecht stehender, drehbar gelagerter napfförmiger Behälter mit strö- mungsgünstig ausgebildeter Bodenfläche verwendet, mit dem die seiner Mantelfläche zuge- ordneten im vorbestimmten Abstand zur Bodenfläche angeordneten aus Formschalew De- stehenden Gussformen kommunizieren, deren räumliche Anstellwinkel in Bezug auf die je- weils zugeordnete ebenfalls strömungsgünstig ausgebildeten Austrittsöffnungen des Behäl- ters einstellbar ist, dies alles in derartiger Anordnung, dass die Gussformfüllung ohne Strö- mungsabrisse der Schmelze erfolgt.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen Behälter und Guss- formen aus gegenüber der Schmelze reaktionsarmer Keramik mit eingelagerten Metallparti- keln, sodass Behälter und Gussformen vorzugsweise induktiv an sich bekannter Induktoren oder mittels Mikrowellen exakt steuerbar beheizbar sind.

Vorteilhaft ist es, wenn nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die der Zuführung der Schmelze dienende Gießrinne in Bezug auf die Schmelze ebenfalls strömungsgünstig aus- gebildet ist und aus gegenüber der Schmelze reaktionsarmer beheizbarer Keramik mit ein- gelagerten Metallpartikeln besteht. Die Schmelze kann aber gemäß einem weiteren Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung auch innerhalb des Behälters der Eingussvorrichtung während dessen Rotation erzeugt werden.

Schließlich können Einfüllvorrichtungen und Gießrinne aus beschichtetem Stahl, beschichte- ten Graphit, aus Tantal, aus Titan oder aus Niob bestehen.

Als NE-Metalllegierung gelangt gemäß der Erfindung eine TiAI-Legierung zur Verwendung mit 30 bis 33 Gew. % Al, 4 bis 6 Gew. % Nb, 0,5 bis 3 Gew. % Mn und 0,1 bis 0,5 Gew. % B, Rest Ti.

Im Rahmen der Erfindung weist eine solche TiAI-Legierung mit 0,5 bis 3 Gew. % Mn einen Sauerstoffgehalt von 0 bis 2000 ppm, einen Kohlenstoffgehalt von 0 bis 2000 ppm, vor- zugsweise 800 bis 1200 ppm, einen Nickel-Gehalt von 100 bis 2000 ppm und einen Stick- stoff-Gehalt von 0 bis 2000 ppm auf. Selbstverständlich sind auch andere NE- Metalliegierungen zur Durchführung der erfindungsgemäßen maßgenauen Feingussherstel- lung einsetzbar.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben.

Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Ver- fahrens nach der Erfindung und Fig. 2 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach Figur 1.

Die Vorrichtung nach Figur 1 zeigt eine um eine Achse 10 drehbare insgesamt mit der Be- zugsziffer 11 bezeichnete Eingussvorrichtung, der die Schmelze aus einer Gießpfanne 12 über eine strömungsgünstig ausgebildete Gießrinne 14 zugeführt wird.

Die Eingussvorrichtung 11 ist senkrecht stehend drehbar gelagert-die hierzu erforderliche Antriebsvorrichtung ist der Übersicht halber nicht dargestellt-, und umfasst einen napfför- migen Behälter 15 mit einer rotationssymmetrischen Seitenwandung 16 und einem daran angeformten strömungsoptimiert ausgebildeten Boden 18. Im Abstand a vom Boden 18 befinden sich symmetrisch am Umfang der Seitenwandung 16 verteilt strömungsmecha- nisch optimierte Austrittsöffnungen 19, die mit aus Halbschalen 20 bestehenden Gussfor- men 22 kommunizieren.

Die Gussformen sind um räumliche Winkel sr in Bezug auf die zugeordneten Austrittsöff- nungen 19 einstellbar mit dem Behälter 15 verbunden. Die Einstellung der Winkel sr erfolgt in Abhängigkeit der spezifischen Gewichte der verwendeten NE-Me-talllegierung, der Gieß- temperatur und der Drehzahl n des Behälters sowie des jeweiligen spezifischen Gewichts der Legierung, sodass die gesamte Zuführung strömungsmechanisch optimiert ausgebildet ist.

Der Behälter 15 und die zugeordneten Gussformen 22 sind in ihrer vorbestimmten Lage mittels einer aus geeigneter Keramik bestehenden, als Matrix für diese dienenden Halterung 23 angeordnet, die zwischen einer Grundplatte 24 und einer Deckplatte 26 eingespannt ist.

Über eine Öffnung 28 kann die auf Gießtemperatur aufgeheizte Schmelze aus der Gießpfan- ne 12 austretende und über die Gießrinne 14 weitergeleitete Schmelze in den Behälter 15 eintreten. Über geeignet exakt steuerbare Heizvorrichtungen 30-wie z. B. Induktoren-wer- den sowohl die Eingussvorrichtung 11 und Gießrinne 14 als auch die Gussformen 22 derart induktiv beheizt, dass die Schmelze bis zum vollendeten Guss auf Gießtemperatur verbleibt.

Diese die Fließfähigkeit der Schmelze aufrechterhaltenden Temperaturen korrespondieren mit den für die Feingussherstellung verwendeten NE-Metalllegierungen. Hierzu bestehen Gießrinnen 14, Behälter 15 und Gussformen 22 aus gegenüber der Schmelze reaktionsar- mer Keramik mit eingelagerten Metallpartikeln. Behälter und Gießformen können aber auch aus beschichteten Stahl, aus Tantal, aus Titan oder aus Niob bestehen.

Mit Coriolis-Kraft wird bekanntlich die Trägheitskraft bezeichnet, die neben der Führungs- kraft und der Zentrifugalkraft auf einen sich in einem rotierenden System bewegenden Kör- per einwirkt. Die Coriolis-Kraft steht senkrecht auf der vom Geschwindigkeitsvektor und der Drehachse gebildeten Ebene.

Als NE-Metalllegierung gelangt eine TiAI-Legierung mit 30 bis 33 Gew.-Anteilen Aluminium, 4 bis 6 Gew. % Niob, 0,5 bis 3 Gew. % Mangan und 0,1 bis 0,5 Gew. % Bor, Rest Titan zur An- wendung. Vorzugsweise wird eine TiAI-Metalllegierung mit einem Sauerstoff-Gehalt von 0 bis 2000 ppm, einem Kohlenstoffgehalt von 0 bis 2000 ppm, vorzugsweise 800 bis 1200 ppm, einem Nickel-Gehalt von 100 bis 2000 ppm und einem Stickstoff-Gehalt von 0 bis 2000 ppm verwendet.

Für den Gießvorgang wird die in der Gießpfanne 12 befindliche NE-Metalllegierung durch Erhitzen in üblicher Weise in die gewünschte Schmelze überführt und gelangt-wie bereits beschrieben-über die beheizte Gießrinne 14 in die rotierende ebenfalls beheizte Einguss- vorrichtung 11, wo sie durch Schwerkraft auf den Boden 18 des Behälters 15 gelangt. Infol- ge der Drehung des Behälters wirken auf die Schmelze Zentrifugalkräfte, die eine Rich- tungsumkehr der Fließrichtung der Schmelze von annährend 30° bis 180° bewirken, sodass diese an der Innenwandung der Seitenwandung 16 anliegend aufsteigt bis in die Höhe der Austrittsöffnungen 19. Da die räumlichen Anstellwinkel sr der Gussformen 22 derart ge- wählt sind, dass diese mit der Richtung der Coriolis-Kraftvektoren koinzidieren, wirken diese zusätzlich zu den Zentrifugalkräften auf die Schmelze ein, was zur Folge hat, dass die Schmelze nicht nur über die Öffnungen 19 in die Gussformen eintreten kann, sondern (Sss diese die sich an die Öffnungen 19 anschließenden Hohlräume der Gussformen schnell und sicher sowie vollständig und homogen ausfüllt. Nach Erstarren der Schmelze werden die Gussformen abgenommen und das jeweilige Feingussbauteil in üblicher Weise ausgebracht.

Bei dem in Figur 2 dargestellten, insgesamt mit der Bezugziffer 40 bezeichneten Ausfüh- rungsbeispiel der Eingussvorrichtung, dessen der Eingussvorrichtung 11 entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugziffern bezeichnet sind, befinden sich die in ihrer Winkelstellung sr einstellbaren, in der Haltung 23 gehaltenen Gussformen 22 am oberen Rand des in der Eingussvorrichtung 11 nunmehr drehbar gelagerten Behälters 15. Dieser weist in diesem Bereich einen für die Schmelze als Düse wirkenden Verteiler 42 auf. Die zum Inneren der Gussform 22 führenden Austrittsöffnungen 19 sind-wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 1-ebenfalls für die Schmelze strömungsgünstig ausgebildet.

Die NE-Metalllegierung wird hier dem Behälter 15 als im rotierenden Behälter aufschmel- zender sogenannter Ingot zugeführt, sodass Gießpfanne 12 und Gießrinne 14 des Ausfüh- rungsbeispiels nach Figur 1 entfallen. Für das Einsetzen des Ingots in den Behälter 15 weist dieser einen hierfür zu öffnenden Deckel 44 auf, an den Verteiler 42 befestigt ist. Hierzu ist die Deckplatte 26 abnehmbar mit der Eingussvorrichtung 40 verbunden. Da der ebenfalls induktiv aufheizbare Behälter 15 für sich allein drehbar in der Eingussvorrichtung 40 gela- gert ist, sind temperaturbeständige Dichtungen 45 zwischen den Einlassöffnungen der still- stehenden Gussformen 22 und den Austrittsöffnungen 19 des sich drehenden Behälters 15 vorgesehen. Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Eingussvorrichtung ent- spricht der in Verbindung mit Figur 1 beschriebenen Wirkungsweise, wobei jedoch über den düsenwirkungsentfaltenden Verteiler 42 die Zuführung der Schmelze in die Gussformen 22 und damit deren Füllung günstig beeinflusst wird.

Für beide Ausführungsformen, also nach Figur 1 und Figur 2, ist vorgesehen, dass die ge- gossenen Bauteile noch in den Gussformen auf 600 bis 700° C aufgeheizt werden können, was ebenfalls induktiv über die vorhandenen Heizvorrichtungen 30 erfolgt. Auf diese Weise wird die Abkühlungsrate der gegossenen Bauteile gesteuert niedrig gehalten, um Risse, Brüche u. ä. in den Bauteilen zu vermeiden. Die Entnahme der gegossenen Bauteile aus den Gussformen erfolgt also erst nach Erreichen des jeweils gewünschten Abkühlungsgrades, der je nach Zusammensetzung der jeweils verwendeten NE-Metalilegierung zu wählen is't Mit der vorstehend beschriebenen Erfindung wird erstmals sichergestellt, dass die Coriolis- Kräfte der der Schmelze aufgeprägten Zentrifugalkräfte gezielt ebenfalls wirksam werden können und die Schmelze ähnlich einem Druckstempel beaufschlagen und damit die Schmelze vollständig und homogen in die Gussform drängen, diese also vollständig und lunkerfrei füllen, ohne dass ein schädlicher Strömungsabriss der Schmelze sowie eine un- terschiedlich erstarrende Grenzschichtbildung erfolgen kann. Durch das Aufheizen des ge- gossenen Bauteils in der Gussform wird die Abkühlungsrate gesteuert niedrig gehalten, so- dass die bei ungesteuerter Abkühlung auftretenden Eigenspannungen in den Bauteilen und daraus resultierende Risse, Brüche u. ä. vermieden werden.