JPS6243777B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は単結晶金属製品を鋳造するのに有用な
モールド及びその製造方法に係る。

単結晶金属製品を鋳造する場合には、その下端
部に結晶成長ゾーン或は結晶成長キヤビテイを有
し且つ該結晶成長キヤビテイの上方にこれと連通
した狭小な通路を有するモールドが、例えば米国
特許第3494209号に開示されている如く広く使用
されている。一般にモールドの結晶成長キヤビテ
イは、モールドが鋳造中チルプレート上に載置さ
れると、その中の溶融金属が単一方向に凝固され
て通路へ向けて柱状の結晶成長をするよう、開い
た底部を有している。狭小な通路は更にモールド
内を結晶成長するよう多数の結晶の中から結晶成
長キヤビテイ内を上方へ成長する単一の結晶を選
択する働きをなす。過去に於てはかかる狭小な通
路は結晶成長キヤビテイに比べてその断面が小さ
い螺旋の形をとるのが一般的であつた。かかる通
路は米国特許第3625275号、同第3627015号、同第
3667533号、同第3690368号、同第3700023号、及
び同第3712368号に開示されている。

一つの従来技術の方法に於ては、単結晶鋳造に
使用されるモールドは、よく知られたシエルモー
ルド法、或はセラミツク材料の層がワツクス原型
の如き使い捨ての原型上に溶着されるロストワツ
クス法により形成される。ワツクス原型は一般に
製品部分と螺旋部分とを含んでおり、螺旋部分は
他の二つの部分の間に手によつてワツクス接合さ
れる。かくして接合し組立てられたワツクス原型
は次いでセラミツク層にて覆われ、それらの周り
にシエルモールドが形成される。所要の厚さのセ
ラミツクシエルが溶着された後ワツクス原型が溶
融により除去され、断面の小さい螺旋状通路によ
り結晶成長キヤビテイに接続された上部製品キヤ
ビテイを有するセラミツクシエルモールドが得ら
れる。

ワツクス製の螺旋状通路は断面が小さく従つて
構造上脆弱であるのでワツクス原型部分を組立て
たりシエルモールドを形成する際に螺旋状通路或
は他のワツクス部分が変形したり或は破断したり
するという問題が生じる。かかる問題のために上
述した如き工程中に細心の注意を払う必要がある
が、細心の注意を払つてもしばしば螺旋状通路が
変形したり破断したりし、製造性が低下して鋳造
コストが上昇する。

他の一つの従来技術の方法に於ては、単結晶鋳
造するためのモールドは、米国特許第3965963号
に開示されている如く、予め鋳造された中央モー
ルド要素或は支持体を予め形成されたアウタモー
ルド要素の間に組立てることによつて用意され
る。かかる方法に於てはモールド要素は、セラミ
ツクスラリーを適当な形状に形成されたモールド
キヤビテイ内に射出することにより予め形成或は
予め鋳造される。

本発明は単結晶金属製品の鋳造に有用な改良さ
れたモールド及びその製品方法を提供することを
目的としている。

一般に改良されたモールドは少くとも一つのメ
イン製品キヤビテイを有し又その下端部に於て該
製品キヤビテイの下方に埋設され且つそれと連通
した予め形成されたセラミツク製の単結晶スター
タインサートを有するセラミツクス製の焼流し精
密鋳造モールドを含んでいる。かかる予め形成さ
れたスタータインサートは開いた下端部がチルプ
レートと係合するようその底部に結晶成長キヤビ
テイを有し又該結晶成長キヤビテイをモールドの
製品キヤビテイへ接続する上方へ向かい傾斜した
通路を有するセラミツクボデイを含んでおり、前
記通路は更に製品キヤビテイ内を結晶成長するよ
う、前記結晶成長キヤビテイより単一の金属結晶
を選択するよう適当な形状に形成されている。

本発明はかかるモールドを形成する場合に、結
晶成長キヤビテイとは反対側のスタータインサー
トの端部を適当な形状とされた原型モールドに露
呈し且つスタータインサートの前記端部に対し溶
融ワツクスの如き使い捨て材料をモールド内に射
出し、鋳造されるべき製品の原型を形成するのみ
ならずその原型をスタータインサートへ接続或は
取付ようとするものである。予め形成されたスタ
ータインサートと使い捨ての製品原型とがかくし
て組立てられた構造体は、次いで焼流し精密鋳造
モールド工程へ移され、結晶成長キヤビテイの開
いた下端部が露呈された状態で前記製品原型の周
りにセラミツクモールドが形成される。使い捨て
の製品原型を除去すると、単結晶の金属製品を鋳
造するのに使用されるモールドが得られる。

本発明のモールド及び方法は、非常に精密で再
製造性を有するスタータインサートをモールド内
に組込み、しかも螺旋の手による組立やその変形
或は破断を実質的に低限するという見地から特に
有利なものである。更にスタータインサートを検
査したり、又その形状や構造を鋳造される特定の
金属や製品に適合するようにすることができる。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明をその好
ましい実施例について詳細に説明する。

添付の第１図及び第２図に、予め形成されたセ
ラミツク製の単結晶凝固スタータインサート２が
それぞれのみで、又説明の目的でエアフオイルセ
クシヨン４ａ、ルートセクシヨン４ｂ、注湯カツ
プ４ｃを有するタービンブレード４として図示さ
れた使い捨ての原型に接続された状態で図示され
ている。このスタータインサート２はその底部に
結晶成長キヤビテイ８を有するセラミツクボデイ
６を含んでおり、従来の要領にて開いた下端部８
ａが適当なチルプレート（図示せず）上に載置さ
れるようになつている。結晶成長キヤビテイ８に
比べ断面が小さい螺旋状通路１０が該結晶成長キ
ヤビテイ８の最上部及び使い捨てのブレード原型
の最下部と連通している。鋳造中にはこの螺旋状
通路１０は更に製品キヤビテイ内を結晶成長する
よう多数の結晶の中から結晶成長キヤビテイ内に
て上方に結晶成長する単一の金属結晶を選択する
働きをなす。かかる結晶形成及び選択のプロセス
の詳細な説明が上述の米国特許第3494709号に開
示されている。セラミツクボデイ６は一つ或はそ
れ以上のワツクス排出孔（図示せず）を含んでお
り、これにより使い捨てのブレード原型の除去が
容易に行えるようになつている。かかるワツクス
排出孔は垂直な方向に配向されており排出通路を
与えるべく原型の最下部を結晶成長キヤビテイ８
へ接続している。結晶成長キヤビテイ８とは反対
側のセラミツクボデイ６の端部は、図示の如くブ
レード原型のルートセクシヨン４ｂの下端部を受
けるよう適当な形状に形成された原型取付面１３
を含んでいる。

一般にセラミツク製の単結晶スタータインサー
ト２は周知の高圧或は低圧セラミツク射出プロセ
スにより適当な金属ダイス型内にて予め鋳造され
る。勿論一度適当なダイス型が作られれば、スタ
ータインサートは鋳造される金属及び使用される
モールド材料に特に適合するよう調整することが
できる適当なセラミツク材料より多量に形成する
ことができる。ニツケル基合金を鋳造する際に有
用な代表的なセラミツク材料は、約20％のシリカ
と30％のジルコニアを含む混合物である。かかる
目的で使用するに有用な他の材料も当業者によく
知られている。

予め形成された或は予め鋳造されたセラミツク
製のスタータインサートを使用すればいくつかの
利点が得られる。それらの利点のなかには寸法の
制御や再製造性が改善されること、セラミツク製
の焼流し精密鋳造モールド内に埋設する前にスタ
ータインサートを検査することができることなど
がある。更に結晶成長キヤビテイや螺旋状通路の
領域に於ける絶縁効果を増大して温度勾配を改善
し且つ凝似的な結晶核生成を最少限にするよう必
要に応じてセラミツクボデイの厚さを変化するこ
とができる。勿論従来技術に於ける広範囲に亘る
手動的な組み立て工程がほとんどなくなる。又予
め形成された単結晶のスタータインサートを使用
することにより、より高品質の鋳造品を形成する
よう結晶形成やその選択を最適のものとすること
ができる。

予め形成されたスタータインサートをブレード
原型に取付ける好ましい方法に於ては、鋳造され
るべきブレードの形状を有し注湯カツプを含む金
属製の原型モールドが使用される。かかる方法に
於ては、スタータインサートの取付面１３はモー
ルドの内部に曝され、溶融ワツクス或は他の原型
材料がその中に射出される。ブレード原型が所要
の形状に形成され、これと同時に溶融ワツクスが
凝固する際に取付面１３に於てスタータインサー
トに取付けられる。かかる方法により形成された
構造体が第２図に図示されている。かかる方法
は、スタータインサートと扱いにくい原型との手
によつて組立てる必要がないので特に有利であ
る。

第２図の構造体はそれが図示の如く形成された
後、シエル型或はソリツド型の焼流し精密鋳造モ
ールドを含む従来の焼流し精密鋳造モールド形成
工程へ移されて該構造体の周りにセラミツクモー
ルドが形成される。勿論スタータインサート２の
端部８ａは鋳造中溶融金属がチルプレートと接触
するよう開いた状態のままでなければならない。
従つて焼流し精密鋳造モールドを形成する間スタ
ータインサートの端部８ａ上に平坦なプレートを
配置してセラミツク材料が該端部を閉じることが
ないようにするのが望ましい。モールド形成後に
は平坦なプレートを容易に取外すことができる。

シエル型の焼流し精密鋳造モールドの形成は於
ては、第２図の構造体が十分なモールド壁厚を有
するセラミツクシエルが得られるまで繰返しセラ
ミツクスラリー内に浸漬され且つ乾燥される。例
えばかかるモールド形成法により形成されたセラ
ミツクシエルモールド４が、ブレード原型を除去
された後の状態で第３図に図示されている。第３
図に於てはシエルモールドは方向性鋳造中チルプ
レート（図示せず）上に載置される基部或はフラ
ンジ部１５を有する状態で図示されている。

螺旋状通路はその断面が極めて小さく、従つて
そのワツクス排出能力が小さいのでワツクス排出
孔がスタータインサート内に設けられた場合に
は、ワツクスブレード原型を溶融して除去するこ
とがかなり容易になる。しかし鋳造前には予め形
成されたセラミツクプラグなどをかかるワツクス
排出孔内に挿入し、鋳造中該ワツクス排出孔内を
金属結晶が上方へ向けて成長するのを阻止する必
要がある。

ソリツド型の焼流し精密鋳造モールドの形成に
於ては、第２図の構造体はコンテナ或は枠鋳型内
にはめ込まれ、スタータインサートの端部８ａが
露呈された状態でセラミツクモールドスラリーが
それらの周りに注がれる。スラリーが凝固した後
上述の如くブレード原型が除去されて所要のモー
ルドが形成される。

以上に於ては本発明をその特定の実施例につい
て詳細に説明したが本発明はかかる実施例に限定
されるものではなく、本発明の範囲内にて種々の
修正並びに省略が可能であることが当業者にとつ
て明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は予め形成されたセラミツク製のスター
タインサートの解図的斜視図である。第２図はガ
スタービンブレードの使い捨て原型に接続された
予め形成されたセラミツク製のスタータインサー
トを示す解図である。第３図は焼流し精密鋳造モ
ールドを形成しワツクス原型を除去した後に於け
る第１図の構造体の解図的断面図である。 ２…スタータインサート、４…ガスタービンブ
レード、４ａ…エアフオイルセクシヨン、４ｂ…
ルートセクシヨン、４ｃ…注湯カツプ、６…セラ
ミツクボデイ、８…結晶成長キヤビテイ、１０…
螺旋状通路、１３…原型取付面、１４…セラミツ
クシエルモールド、１５…基部或はフランジ部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 単結晶金属製品を鋳造するためのセラミツク
   モールドにして、メイン製品キヤビテイを有し又
   その下端部に於て前記製品キヤビテイの下方に埋
   設され且つ前記製品キヤビテイと連通した予め形
   成されたセラミツク製の単結晶スタータインサー
   トを有することを特徴とする焼流し精密鋳造モー
   ルドを含み、前記スタータインサートは鋳造中開
   いた下端部がチルプレートに係合するようその底
   部に結晶成長キヤビテイを有しており且つ前記結
   晶キヤビテイを前記製品キヤビテイに接続する上
   方へ向かい傾斜した通路を有しており、前記通路
   は更に前記製品キヤビテイ内を結晶成長するよう
   前記結晶成長キヤビテイより単一の金属結晶を選
   択するよう適当な形状に形成されていることを特
   徴とするセラミツクモールド。 ２ 特許請求の範囲第１項のセラミツクモールド
   に於て、前記焼流し精密鋳造モールドはセラミツ
   クシエルモールドであることを特徴とするセラミ
   ツクモールド。 ３ 特許請求の範囲第１項のセラミツクモールド
   に於て、前記製品キヤビテイはガスタービンエン
   ジンのブレードの形状であることを特徴とするセ
   ラミツクモールド。 ４ 特許請求の範囲第１項のセラミツクモールド
   に於て、前記スタータインサートの通路はその形
   状が螺旋状であることを特徴とするセラミツクモ
   ールド。 ５ 単結晶金属製品を鋳造する際に使用されるセ
   ラミツクモールドを製造する方法にして、 (a) 或る予め形成されたセラミツク製の単結晶ス
   タータインサートを用意することを含み、前記
   インサートは開いた下端部が鋳造中チルプレー
   トに係合するようその底部に結晶成長キヤビテ
   イを有しており、原型取付面が前記結晶成長キ
   ヤビテイとは反対側の前記インサートの端部に
   設けられており、上方へ向かい傾斜した通路が
   前記結晶成長キヤビテイを前記原型取付面に接
   続していることと、 (b) 鋳造されるべき製品の形状の内部キヤビテイ
   を有する原型ダイス型を用意することと、 (c) 前記インサートの前記原型取付面を前記ダイ
   ス型の内部キヤビテイに露呈し、前記内部キヤ
   ビテイ内に使い捨ての原型材料を射出して製品
   原型を形成しこれと同時に前記スタータインサ
   ートの上端に設けられた前記原型取付面に前記
   原型ダイス型を取付けることを含み、前記イン
   サートの上方へ向かい傾斜した通路が前記結晶
   成長キヤビテイを前記製品原型へ接続している
   ことと、 (d) 前記結晶成長キヤビテイの下端部が開いた状
   態のままで焼流し精密鋳造により前記スタータ
   インサートと前記使い捨ての製品原型とよりな
   る組立体の周りにセラミツクモールドを形成す
   ることと、 (e) 製品キヤビテイと該製品キヤビテイの下方に
   埋設された予め形成されたスタータインサート
   とを有するモールドを形成すべく焼流し精密鋳
   造された組立体より前記使い捨ての製品原型を
   除去することを含み、前記インサートの前記結
   晶成長キヤビテイは上方へ向かい傾斜した通路
   により前記製品キヤビテイに接続されているこ
   とと、 を含んでいることを特徴とする方法。 ６ 特許請求の範囲第５項の方法に於て、ワツク
   ス原型を形成し且つこれと同時に該原型を前記イ
   ンサートと一体に接続すべく溶融ワツクスが前記
   原型ダイス型内に射出されることを特徴とする方
   法。 ７ 特許請求の範囲第５項の方法に於て、前記モ
   ールドは焼流し精密鋳造シエルモールド法により
   形成されることを特徴とする方法。 ８ 特許請求の範囲第５項の方法に於て、前記ワ
   ツクス原型は加熱により除去され、溶融されたワ
   ツクスが前記結晶成長キヤビテイの開いた下端部
   を経て前記モールドより流れ出るようになつてい
   ることを特徴とする方法。