(57)【要約】エンジン構造等で使用するための非鉄金属合金からなる部品の寸法的に高精度な鋳造を行うための方法は、各場合において製造されるべき部品の外部形状に対応する複数の鋳造型（２２）を使用する遠心鋳造方法を使用して、使用される合金について比較的に非反応性を有し、流体力学的に最適化されるランナ・チャンネル（１４）を介して鋳造型に溶解物が送られ、鋳造型は、同様にランナ・ロケーティング（１９）で流体力学的に最適化され、回転可能に取り付けられたランナ装置（１１）に対し３次元的に調整可能に配置され、鋳造工程中に温度管理の目的のために全体が誘導的に加熱される（３０）ことが可能で、これらすべては、鋳造型が図１の溶解物に加えられる遠心力のコリオリ力によってキャビティを有することなく完全に均一に充填されるような方法で配置される。
2005527375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン工学等の分野で使用される非鉄金属合金からなる部品の寸法的に高精度な鋳造方法であって、各場合において製造されるべき部品の外形に対応し、加熱された成型殻を有する鋳造型を使用して、溶解物に加えられる遠心力のコリオリの力を含む加速力によって前記鋳造型が完全に充填されるような方法で、加熱され、回転可能に取り付けられたランナ装置を介して前記鋳造型に溶解物が供給される方法。
【請求項２】
前記ランナ装置において、鋳造工程において前記溶解物は、重力によって決定された流れの方向に対する遠心力によってほぼ３０°から１８０°の範囲で転向され、前記鋳造型に流れ込むとき、コリオリの力を含む加速力によって前記鋳造型を均一に充填するように作用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
加熱され、回転可能に取り付けられたランナおよび加熱鋳造型は、所定の処理温度で維持され、前記処理温度は、精密な鋳造による製造のために使用される非鉄金属合金に対応し、この合金の流れる能力を維持し、前記非鉄金属合金の溶融点以上で好ましくは、１０℃から２００℃であることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記溶解物は、前記ランナ装置の外側または内側で生成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記鋳造型内にある精密な鋳造部品の冷却速度の制御された下降のために、これらの部品が１００℃から９００℃まで加熱されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
使用される前記ランナ装置（１１）は、垂直方向に配置され、回転可能に取り付けられたカップ状の容器（１５）であり、該容器（１５）は、流体力学的に有利に構成された底部表面を有し、前記容器は、側面（側壁１６）に配置され底部表面（１８）から所定の距離（ａ）にある成型殻を有する鋳造型（２２）と連通しており、前記容器（１５）内で流体力学的に有利に構成されている、該容器と前記鋳造型との各連通する出口開口（１９）に関する鋳造型の３次元の設定角度（ｓｒ）は調整可能であり、これらすべては、前記鋳造型が前記溶解物内の流れの分離を生じることなく、均一に充填されるような方法で配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法を実施する装置。
【請求項７】
前記ランナ装置（４０）の前記容器（１５）は、調整可能に配置（３次元角度ｓｒ）された鋳造型（２２）に対して回転可能に取り付けられ、非鉄金属合金からなるインゴットを受け、前記容器の内径に対応する閉鎖可能なカバー（４４）を備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法を実行する装置。
【請求項８】
前記鋳造型（２２）は、前記容器（１５）の前記上縁近傍に配置され、それらの入口開口は、ノズル作用を有し前記容器（１５）の内側に配置されたディストリビュータ（４２）に割り当てられることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記容器（１５）および鋳造型（２２）は、前記溶解物に対して比較的に非反応性を有し、金属粒子を含むセラミックからなることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記溶解物を供給するために使用されるランナ・チャンネル（１４）は、前記溶解物の流体力学に関して有利に構成されており、同様に、前記溶解物に関して比較的に非反応性を有し、金属粒子を含むセラミックからなることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
前記容器および鋳造型は、コーティングされたスチール、コーティングされた黒鉛、タンタル、チタンまたはニオビウムからなることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１２】
前記ランナ装置（１０）および鋳造型（２２）は、誘導的に、またはマイクロ波によって加熱されることを特徴とする請求項６から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
３０から３３％の重量比のＡｌ、４から６％の重量比のＮｂ、０．５から３％の重量比のＭｎ、および０．１から０．５％の重量比のＢ、残りがＴｉを含むＴｉＡｌに基づいた請求項１に記載の方法を実施するための非鉄金属合金。
【請求項１４】
０から２０００ｐｐｍの酸素含有物、０から２０００ｐｐｍ、好ましくは、８００から１２００ｐｐｍの炭素含有物、１００から２０００ｐｐｍのＮｉ含有物および０から２０００ｐｐｍの窒素含有物を有するＴｉＡｌ金属合金に基づいた請求項１３に記載の非鉄金属合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
特に、タービン工学の分野で使用される非鉄金属合金、好ましくは、ＴｉＡｌ製の部品の精密な鋳造は、高価で困難である。なぜならば、加熱および鋳造工程中の金属から合金成分が蒸発し、鋳造工程に悪影響を有する境界層が形成され、鋳造キャビティが形成される危険性があり、合金微小構造の不安定化を招く危険があるからである。このような状況において、実際の鋳造工程に必要な時間は、溶解物を加熱するために必要とされる時間と比較してごくわずかであることを計算にいれなければならない。
【０００２】
したがって、精密な鋳造によってつくられるこのタイプの部品は、ＨＩＰとして知られる工程によって連続的に処理され、すなわち、鋳造キャビティが、Hot Isostatic Pressing（熱間等方圧加圧工程）によってコンパクト化される必要があり、鋳造によって生じる部品の微細構造は、連続的な熱処理によって安定化されなければならない。
【０００３】
したがって、この方法によって製造すべき部品の所定の材料仕様に従うことは非常に高価であり、高いスクラップ発生率を避けることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これは本発明が介在する部分であり、本発明の目的は、特に精密鋳造によってタービン工学の分野に使用される非鉄金属からの部品の製造を著しく改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
鋳造装置の一部が回転する結果、遠心力が溶解物の成形、成型殻充填および結晶化に影響する、公知の遠心鋳造処理に鑑みて、この目的は、本発明によれば、各場合において製造されるべき部品の外形に対応し、加熱された成型殻を有する鋳造型を使用して、加速力および回転中に生じるコリオリの力および溶解物に加えられる遠心力によって前記鋳造型が完全に充填されるような方法で、加熱されたランナ装置を介して前記鋳造型に溶解物が供給される、寸法的に高精度な鋳造方法によって達成される。
【０００６】
本発明の他の特徴によれば、ランナ装置において、鋳造工程において前記溶解物は、重力によって決定された流れの方向に対して遠心力によってほぼ３０°から１８０°の範囲で転向され、前記鋳造型に流れ込む際に、コリオリの力によって前記鋳造型を均一に充填するように作用する。
【０００７】
本発明の他の特徴によれば、加熱されたランナ装置および加熱された鋳造型は、所定の処理温度で維持され、この処理温度は、精密な鋳造による製造のために使用される非鉄金属合金に対応し、この合金の流れる能力を維持し、前記非鉄金属合金の融点以上で好ましくは、１０℃から２００℃である。
【０００８】
本発明による方法は、多数の利点を含む。
【０００９】
驚くべき事に、本発明による処理は、溶解物の蒸発率を低下させるという事実が分かった。ランナ装置がコリオリ力を利用するために流体力学的に最適化されるという事実は、溶解物で実現することができる孔隙の寸法の減少によって鋳造物の孔隙率が低減されることを意味し、その結果、従来のものよりさらに細かな微小構造を達成することができる。したがって、ＨＩＰおよび次に熱を加えて合金の微小構造を安定化させることによって型鋳造の処理をさらに行う必要はない。したがって、このタイプの部品の製造の際の大幅なコストの低減、さらに、量、組成分および純度について使用される非鉄金属合金の材料コストの節減が可能となる。さらに、スクラップ発生率が低減され、完全に除去されなくとも、処理コストは、非常に低減される。
【００１０】
本発明による方法を実施するために、本発明は、ランナ装置として、垂直方向に配置され、回転可能に取り付けられたカップ状の容器であり、該容器は、流体力学的に有利に構成された底部表面を有し、側面に配置され底部表面から所定の距離にある成型殻を有する鋳造型はカップ状の容器と連通しており、前記容器内で流体力学的に有利に構成されている該容器と前記鋳造型との各連通する出口開口に関する鋳造型の３次元の設定角度は調整可能であり、これらすべては、前記鋳造型が前記溶解物内の流れの分離を生じることなく充填される方法で配置されている。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、容器および鋳造型は、溶解物に関して比較的に非反応性を有し、金属粒子を含むセラミックからなり、その容器および鋳造型は、正確に制御可能な方法で、好ましくは、それ自身公知であるインダクタを誘導的に使用するか、マイクロ波によって加熱されることができる。
【００１２】
本発明の特徴によれば、溶解物を供給するために使用されるランナ・チャンネルは同様に、溶解物の流体力学に関して有利に設計され、溶解物に関して比較的に非反応性を有し、金属粒子を有する加熱可能なセラミックからなる。しかしながら、さらに本発明の他の実施形態によれば、溶解物は、ランナ装置が回転中にランナ装置の容器の内側で生成可能である。
【００１３】
最後に、充填装置およびランナ・チャンネルは、コーティングされたスチール、コーティングされた黒鉛、タンタル、チタンまたはニオビウムからなっていてもよい。
【００１４】
本発明によれば、使用される非鉄金属は、３０から３３％の重量比のＡｌ、４から６％の重量比のＮｂ、０．５から３％の重量比のＭｎ、および０．１から０．５％の重量比のＢ、残りがＴｉを含むＴｉＡｌ合金である。
【００１５】
本発明において、０．５〜３重量％のＭｎを備えるこの種のＴｉＡｌ合金は、０から２０００ｐｐｍの酸素含有物、０から２０００ｐｐｍ、好ましくは、８００から１２００ｐｐｍの炭素含有物、１００から２０００ｐｐｍのニッケル含有物および０から２０００ｐｐｍの窒素含有物を含む。もちろん、本発明による寸法的に高精度な鋳造による製造を実施するために他の非鉄金属合金を使用することも可能である。
【００１６】
本発明の他の特徴は、従属クレームに示される。
【００１７】
本発明を、図面に概略的に示した２つの例示的な実施形態について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１に示す装置は、軸線１０の周りで回転することができるランナ装置を示しており、その全体が符号１１によって示されている。ランナ装置には流体力学的に有利に設計されているランナ・チャンネル１４を介して鋳造レードル１２から溶解物が供給される。
【００１９】
ランナ装置１１は、垂直方向に配置され、回転可能に取り付けられ、この方法に必要な駆動装置は、明確には図示しないが、回転対称の側壁１６を有し、側壁に一体的に形成され流体力学的に最適化される底部１８とを有するカップ状の容器１５を含む。流体力学的に最適化され、半殻部分２０を有する複数の鋳造型２２と連通している出口開口１９は、底部１８から所定の距離で側壁１６の周面に対称的に配分されている。
【００２０】
前記鋳造型は、連通する出口開口１９に関して３次元の角度ｓｒの範囲で調整されることができるように容器１５に連結されている。角度ｓｒの調整は、全体の供給が、流体力学的に最適化された設計となるように、使用される非鉄金属合金の相対密度、鋳造温度、容器の回転速度ｎおよび合金の各相対密度の関数として行われる。
【００２１】
容器１５およびそれに連通された鋳造型２２は、適当なセラミックスからなるホルダ２３によってそれらの所定の位置に配置される。このホルダ２３は、それらの基材として機能し、ベース・プレート２４とカバー・プレート２６との間にクランプされる。鋳造温度まで加熱された溶解物は、鋳造レードル１２から現れ、ランナ・チャンネル１４を介して通過し、開口２８を介して容器１５に注入される。例えば、インダクタのような適切な精度で制御することができる加熱装置３０によって、ランナ装置１１、ランナ・チャンネル１４および鋳造型２２は、鋳造が完了するまで溶解物が鋳造温度のままであるような方法で誘導的に加熱される。溶解物が流れる能力を維持するこれらの温度は、精密な鋳造による製造のために使用される非鉄金属に対応する。この目的のために、ランナ・チャンネル１４、容器１５および鋳造型２２は、溶解物に対して比較的に非反応性を有し、金属粒子を含んでいるセラミックからなる。しかしながら、容器および鋳造型は、コーティングされたスチール、タンタル、チタンまたはニオビウムからなることも可能である。
【００２２】
コリオリの力という用語は、案内力と遠心力に加えて回転装置内で移動する本体に作用する慣性力として知られている。コリオリの力は、速度ベクトルおよび回転軸線によって形成される平面に垂直である。
【００２３】
使用される非鉄金属合金は、３０から３３％の重量比のアルミニウムであり、４から６％の重量比のニオビウムであり、０．５から３％の重量比のマンガンであり、０．１から０．５％の重量比のホウ素であり、残りがチタンからなるＴｉＡｌ合金である。酸素の含有量が０から２０００ｐｐｍ、炭素の含有量が０から２０００ｐｐｍ、好ましくは８００から１２００ｐｐｍ、ニッケルの含有量が１００から２０００ｐｐｍ、窒素の含有量が０から２０００ｐｐｍのＴｉＡｌ金属合金を使用することが好ましい。
【００２４】
鋳造工程において、鋳造レードル１２内の非鉄金属合金は、上述したように一般的な方法により所望の溶解物に変換され、加熱されたランナ・チャンネル１４を介して加熱されたランナ装置１１に送られ、同様に回転する。この場合、それは重力により、容器１５の底部１８に送られる。容器の回転によって、約３０°から１８０°の溶解物の流れの方向に変化を生じる遠心力が溶解物に作用し、それは、出口開口１９の高さに到達するまで側壁１６の内壁に対して上昇する。鋳造型２２の３次元の設定角度ｓｒは、コリオリ力のベクトルの方向と一致するような方法で選択されるので、コリオリの力は、遠心力に加えて溶解物に作用し、その結果、溶解物は、開口１９を介して鋳造型に注入されることができるだけでなく、開口１９に隣接する鋳造型のキャビティを迅速に、信頼性を持って、また、完全におよび均一に満たす。溶解物が固まった後、鋳造型は、取り外され、対応する精密鋳造部品は、通常の方法で取り出される。
【００２５】
図２に示すランナ装置の実施形態において、ランナ装置は、全体が符号４０で示され、ランナ装置１１に対応する部品、鋳造型２２は、同一の番号で表され、その角度位置ｓｒが、調整可能であり、保持手段２３で保持される鋳造型２２は、容器１５の上縁に配置される。保持装置２３は、ランナ装置１１に回転可能に取り付けられている。この領域において、容器１５は、溶解物のノズルとして作用するディストリビュータ４２を有する。図１に示した実施形態と同様に鋳造型２２の内側に連通する出口開口１９は、溶解物の流体力学に関して有利に構成されている。
【００２６】
非鉄金属合金は、この場合、回転容器内で溶融するインゴットとして容器１５に送られるため、図１に示す実施形態の鋳造レードル１２およびランナ・チャンネル１４を設ける必要はない。容器１５に導入され受け入れられるインゴットについて、容器１５は、カバー４４を有し、カバー４４は、この目的のために開放可能であり、さらに、ディストリビュータ４２が固定されている。この目的のためにカバー・プレート２６は、ランナ装置４０に取り外し可能に結合されている。同様に誘導的に加熱可能な容器１５は、ランナ装置４０内でそれ自身で回転することができるように取り付けられ、静止鋳造型２２の入口開口と回転容器１５の出口開口１９との間に耐熱シール４５が設けられている。上述したランナ装置が作動する方法は鋳造型２２への溶解物の供給、したがって、鋳造型２２の充填がノズル作用を有するディストリビュータ４２によって有利に行われることを除いて、図１において説明したランナ装置が作動する方法に相当する。
【００２７】
双方の実施形態、すなわち、図１および図２に示す実施形態において、鋳造部品が、鋳造型内にある間、６００℃から７００℃まで加熱されることができ、これは、同様に既存の加熱装置３０によって誘導的に行われる。この方法において、鋳造部品の冷却速度は、部品内のひび、割れ等を避けるために制御されたロー・レベルで保持される。したがって、鋳造部品は、各場合に使用される非鉄金属合金の組成分の関数として選択されるべき、特定の所望の冷却度に到達した後に、鋳造型から取り除かれるのみである。
【００２８】
最初に説明した本発明は、溶解物に加えられる遠心力のコリオリの力が、圧力ラムと同様な方法で溶解物に制御された方法で作用され得るので、それによって、いかなるキャビティもなく、溶解物内で有害な流れの分離および差異のある固化境界層の形成を発生させることなく、鋳造型を完全に均一に充填するように溶解物を完全に均一に鋳造型に送る。鋳造型の鋳造部品の加熱によって、制御されたロー・レベルで冷却速度を維持するので、制御されない冷却工程の場合に部品内に発生する内部応力及び、その結果のひび、割れ等が回避される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による方法を実行するための装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】図１に示す装置のその他の実施形態を示す図である。
【図１】
2005527375.tif 000003
【図２】
2005527375.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成16年6月1日(2004.6.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン工学等の分野で使用される非鉄金属合金からなる部品の寸法的に高精度な鋳造方法であって、各場合において製造されるべき部品の外形に対応し、加熱された成型殻を有する鋳造型を使用して、該鋳造型に、加熱され回転可能に取り付けられたランナ装置によって溶解物が出口開口を通して送られる鋳造方法において、各連通する出口開口に関しての前記鋳造型の３次元の設定角度は、前記溶解物に加えられる遠心力のコリオリの力を含む加速力によって前記鋳造型が完全に充填されるような方法で設定されることを特徴とする鋳造方法。
【請求項２】
前記ランナ装置において、鋳造工程において前記溶解物は、重力によって決定された流れの方向に対する遠心力によってほぼ３０°から１８０°の範囲で転向され、前記鋳造型に流れ込むとき、コリオリの力を含む加速力によって前記鋳造型を均一に充填するように作用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
加熱され、回転可能に取り付けられたランナおよび加熱鋳造型は、所定の処理温度で維持され、前記処理温度は、精密な鋳造による製造のために使用される非鉄金属合金に対応し、この合金の流れる能力を維持し、前記非鉄金属合金の溶融点以上で好ましくは、１０℃から２００℃であることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記溶解物は、前記ランナ装置の外側または内側で生成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記鋳造型内にある精密な鋳造部品の冷却速度の制御された下降のために、これらの部品が１００℃から９００℃まで加熱されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
ランナ装置（１１）として、垂直方向に配置され、回転可能に取り付けられたカップ状の容器（１５）を有し、該容器（１５）は、流体力学的に有利に構成された底部表面を有し、
鋳造型（２２）を有し、該鋳造型は、前記底部表面（１８）から所定の距離（ａ）で側面（側壁１６）に配置され、出口開口を介して前記容器（１５）と連通しており、成型殻を有し、
前記ランナ装置（１１）および前記鋳造型（２２）を加熱する手段を有する方法を実行するための装置において、
前記容器（１５）内で流体力学的に有利に構成されている、該容器と前記鋳造型との各連通する出口開口（１９）に関する鋳造型（２２）の３次元の設定角度（ｓｒ）は、前記鋳造型が前記溶解物内の流れの分離を生じることなく、均一に充填されるような方法で調整可能であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置。
【請求項７】
前記ランナ装置（４０）の前記容器（１５）は、調整可能に配置（３次元角度ｓｒ）された鋳造型（２２）に対して回転可能に取り付けられ、非鉄金属合金からなるインゴットを受け、前記容器の内径に対応する閉鎖可能なカバー（４４）を備えていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記鋳造型（２２）は、前記容器（１５）の前記上縁近傍に配置され、それらの入口開口は、ノズル作用を有し前記容器（１５）の内側に配置されたディストリビュータ（４２）に割り当てられることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記容器（１５）および鋳造型（２２）は、前記溶解物に対して比較的に非反応性を有し、金属粒子を含むセラミックからなることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記溶解物を供給するために使用されるランナ・チャンネル（１４）は、前記溶解物の流体力学に関して有利に構成されており、同様に、前記溶解物に関して比較的に非反応性を有し、金属粒子を含むセラミックからなることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
前記容器および鋳造型は、コーティングされたスチール、コーティングされた黒鉛、タンタル、チタンまたはニオビウムからなることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１２】
前記ランナ装置（１０）および鋳造型（２２）は、誘導的に、またはマイクロ波によって加熱されることを特徴とする請求項６から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
３０から３３％の重量比のＡｌ、４から６％の重量比のＮｂ、０．５から３％の重量比のＭｎ、および０．１から０．５％の重量比のＢ、残りがＴｉを含むＴｉＡｌに基づいた請求項１に記載の方法を実施するための非鉄金属合金。
【請求項１４】
０から２０００ｐｐｍの酸素含有物、０から２０００ｐｐｍ、好ましくは、８００から１２００ｐｐｍの炭素含有物、１００から２０００ｐｐｍのＮｉ含有物および０から２０００ｐｐｍの窒素含有物を有するＴｉＡｌ金属合金に基づいた請求項１３に記載の非鉄金属合金。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
特に、タービン工学の分野で使用される非鉄金属合金、好ましくは、ＴｉＡｌ製の部品の精密な鋳造は、高価で困難である。なぜならば、加熱および鋳造工程中の金属から合金成分が蒸発し、鋳造工程に悪影響を有する境界層が形成され、鋳造キャビティが形成される危険性があり、合金微小構造の不安定化を招く危険があるからである。このような状況において、実際の鋳造工程に必要な時間は、溶解物を加熱するために必要とされる時間と比較してごくわずかであることを計算にいれなければならない。
【０００２】
したがって、精密な鋳造によってつくられるこのタイプの部品は、ＨＩＰとして知られる工程によって連続的に処理され、すなわち、鋳造キャビティが、Hot Isostatic Pressing（熱間等方圧加圧工程）によってコンパクト化される必要があり、鋳造によって生じる部品の微細構造は、連続的な熱処理によって安定化されなければならない。
【０００３】
したがって、この方法によって製造すべき部品の所定の材料仕様に従うことは非常に高価であり、高いスクラップ発生率を避けることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これは本発明が介在する部分であり、本発明の目的は、特に精密鋳造によってタービン工学の分野に使用される非鉄金属からの部品の製造を著しく改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
鋳造装置の一部が回転する結果、遠心力が溶解物の成形、成型殻充填および結晶化に影響する、公知の遠心鋳造処理に鑑みて、この目的は、本発明によれば、各場合において製造されるべき部品の外形に対応し、加熱された成型殻を有する鋳造型を使用して、加速力および回転中に生じるコリオリの力および溶解物に加えられる遠心力によって前記鋳造型が完全に充填されるような方法で、加熱されたランナ装置を介して前記鋳造型に溶解物が供給される、寸法的に高精度な鋳造方法によって達成される。
【０００６】
本発明の他の特徴によれば、ランナ装置において、鋳造工程において前記溶解物は、重力によって決定された流れの方向に対して遠心力によってほぼ３０°から１８０°の範囲で転向され、前記鋳造型に流れ込む際に、コリオリの力によって前記鋳造型を均一に充填するように作用する。
【０００７】
本発明の他の特徴によれば、加熱されたランナ装置および加熱された鋳造型は、所定の処理温度で維持され、この処理温度は、精密な鋳造による製造のために使用される非鉄金属合金に対応し、この合金の流れる能力を維持し、前記非鉄金属合金の融点以上で好ましくは、１０℃から２００℃である。
【０００８】
本発明による方法は、多数の利点を含む。
【０００９】
驚くべき事に、本発明による処理は、溶解物の蒸発率を低下させるという事実が分かった。ランナ装置がコリオリ力を利用するために流体力学的に最適化されるという事実は、溶解物で実現することができる孔隙の寸法の減少によって鋳造物の孔隙率が低減されることを意味し、その結果、従来のものよりさらに細かな微小構造を達成することができる。したがって、ＨＩＰおよび次に熱を加えて合金の微小構造を安定化させることによって型鋳造の処理をさらに行う必要はない。したがって、このタイプの部品の製造の際の大幅なコストの低減、さらに、量、組成分および純度について使用される非鉄金属合金の材料コストの節減が可能となる。さらに、スクラップ発生率が低減され、完全に除去されなくとも、処理コストは、非常に低減される。
【００１０】
本発明による方法を実施するために、本発明は、ランナ装置として、垂直方向に配置され、回転可能に取り付けられたカップ状の容器であり、該容器は、流体力学的に有利に構成された底部表面を有し、側面に配置され底部表面から所定の距離にある成型殻を有する鋳造型はカップ状の容器と連通しており、前記容器内で流体力学的に有利に構成されている該容器と前記鋳造型との各連通する出口開口に関する鋳造型の３次元の設定角度は調整可能であり、これらすべては、前記鋳造型が前記溶解物内の流れの分離を生じることなく充填される方法で配置されている。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、容器および鋳造型は、溶解物に関して比較的に非反応性を有し、金属粒子を含むセラミックからなり、その容器および鋳造型は、正確に制御可能な方法で、好ましくは、それ自身公知であるインダクタを誘導的に使用するか、マイクロ波によって加熱されることができる。
【００１２】
本発明の特徴によれば、溶解物を供給するために使用されるランナ・チャンネルは同様に、溶解物の流体力学に関して有利に設計され、溶解物に関して比較的に非反応性を有し、金属粒子を有する加熱可能なセラミックからなる。しかしながら、さらに本発明の他の実施形態によれば、溶解物は、ランナ装置が回転中にランナ装置の容器の内側で生成可能である。
【００１３】
最後に、充填装置およびランナ・チャンネルは、コーティングされたスチール、コーティングされた黒鉛、タンタル、チタンまたはニオビウムからなっていてもよい。
【００１４】
本発明によれば、使用される非鉄金属は、３０から３３％の重量比のＡｌ、４から６％の重量比のＮｂ、０．５から３％の重量比のＭｎ、および０．１から０．５％の重量比のＢ、残りがＴｉを含むＴｉＡｌ合金である。
【００１５】
本発明において、０．５〜３重量％のＭｎを備えるこの種のＴｉＡｌ合金は、０から２０００ｐｐｍの酸素含有物、０から２０００ｐｐｍ、好ましくは、８００から１２００ｐｐｍの炭素含有物、１００から２０００ｐｐｍのニッケル含有物および０から２０００ｐｐｍの窒素含有物を含む。もちろん、本発明による寸法的に高精度な鋳造による製造を実施するために他の非鉄金属合金を使用することも可能である。
【００１６】
本発明の他の特徴は、従属クレームに示される。
【００１７】
本発明を、図面に概略的に示した２つの例示的な実施形態について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１に示す装置は、軸線１０の周りで回転することができるランナ装置を示しており、その全体が符号１１によって示されている。ランナ装置には流体力学的に有利に設計されているランナ・チャンネル１４を介して鋳造レードル１２から溶解物が供給される。
【００１９】
ランナ装置１１は、垂直方向に配置され、回転可能に取り付けられ、この方法に必要な駆動装置は、明確には図示しないが、回転対称の側壁１６を有し、側壁に一体的に形成され流体力学的に最適化される底部１８とを有するカップ状の容器１５を含む。流体力学的に最適化され、半殻部分２０を有する複数の鋳造型２２と連通している出口開口１９は、底部１８から所定の距離で側壁１６の周面に対称的に配分されている。
【００２０】
前記鋳造型は、連通する出口開口１９に関して３次元の角度ｓｒの範囲で調整されることができるように容器１５に連結されている。角度ｓｒの調整は、全体の供給が、流体力学的に最適化された設計となるように、使用される非鉄金属合金の相対密度、鋳造温度、容器の回転速度ｎおよび合金の各相対密度の関数として行われる。
【００２１】
容器１５およびそれに連通された鋳造型２２は、適当なセラミックスからなるホルダ２３によってそれらの所定の位置に配置される。このホルダ２３は、それらの基材として機能し、ベース・プレート２４とカバー・プレート２６との間にクランプされる。鋳造温度まで加熱された溶解物は、鋳造レードル１２から現れ、ランナ・チャンネル１４を介して通過し、開口２８を介して容器１５に注入される。例えば、インダクタのような適切な精度で制御することができる加熱装置３０によって、ランナ装置１１、ランナ・チャンネル１４および鋳造型２２は、鋳造が完了するまで溶解物が鋳造温度のままであるような方法で誘導的に加熱される。溶解物が流れる能力を維持するこれらの温度は、精密な鋳造による製造のために使用される非鉄金属に対応する。この目的のために、ランナ・チャンネル１４、容器１５および鋳造型２２は、溶解物に対して比較的に非反応性を有し、金属粒子を含んでいるセラミックからなる。しかしながら、容器および鋳造型は、コーティングされたスチール、タンタル、チタンまたはニオビウムからなることも可能である。
【００２２】
コリオリの力という用語は、案内力と遠心力に加えて回転装置内で移動する本体に作用する慣性力として知られている。コリオリの力は、速度ベクトルおよび回転軸線によって形成される平面に垂直である。
【００２３】
使用される非鉄金属合金は、３０から３３％の重量比のアルミニウムであり、４から６％の重量比のニオビウムであり、０．５から３％の重量比のマンガンであり、０．１から０．５％の重量比のホウ素であり、残りがチタンからなるＴｉＡｌ合金である。酸素の含有量が０から２０００ｐｐｍ、炭素の含有量が０から２０００ｐｐｍ、好ましくは８００から１２００ｐｐｍ、ニッケルの含有量が１００から２０００ｐｐｍ、窒素の含有量が０から２０００ｐｐｍのＴｉＡｌ金属合金を使用することが好ましい。
【００２４】
鋳造工程において、鋳造レードル１２内の非鉄金属合金は、上述したように一般的な方法により所望の溶解物に変換され、加熱されたランナ・チャンネル１４を介して加熱されたランナ装置１１に送られ、同様に回転する。この場合、それは重力により、容器１５の底部１８に送られる。容器の回転によって、約３０°から１８０°の溶解物の流れの方向に変化を生じる遠心力が溶解物に作用し、それは、出口開口１９の高さに到達するまで側壁１６の内壁に対して上昇する。鋳造型２２の３次元の設定角度ｓｒは、コリオリ力のベクトルの方向と一致するような方法で選択されるので、コリオリの力は、遠心力に加えて溶解物に作用し、その結果、溶解物は、開口１９を介して鋳造型に注入されることができるだけでなく、開口１９に隣接する鋳造型のキャビティを迅速に、信頼性を持って、また、完全におよび均一に満たす。溶解物が固まった後、鋳造型は、取り外され、対応する精密鋳造部品は、通常の方法で取り出される。
【００２５】
図２に示すランナ装置の実施形態において、ランナ装置は、全体が符号４０で示され、ランナ装置１１に対応する部品、鋳造型２２は、同一の番号で表され、その角度位置ｓｒが、調整可能であり、保持手段２３で保持される鋳造型２２は、容器１５の上縁に配置される。保持装置２３は、ランナ装置１１に回転可能に取り付けられている。この領域において、容器１５は、溶解物のノズルとして作用するディストリビュータ４２を有する。図１に示した実施形態と同様に鋳造型２２の内側に連通する出口開口１９は、溶解物の流体力学に関して有利に構成されている。
【００２６】
非鉄金属合金は、この場合、回転容器内で溶融するインゴットとして容器１５に送られるため、図１に示す実施形態の鋳造レードル１２およびランナ・チャンネル１４を設ける必要はない。容器１５に導入され受け入れられるインゴットについて、容器１５は、カバー４４を有し、カバー４４は、この目的のために開放可能であり、さらに、ディストリビュータ４２が固定されている。この目的のためにカバー・プレート２６は、ランナ装置４０に取り外し可能に結合されている。同様に誘導的に加熱可能な容器１５は、ランナ装置４０内でそれ自身で回転することができるように取り付けられ、静止鋳造型２２の入口開口と回転容器１５の出口開口１９との間に耐熱シール４５が設けられている。上述したランナ装置が作動する方法は鋳造型２２への溶解物の供給、したがって、鋳造型２２の充填がノズル作用を有するディストリビュータ４２によって有利に行われることを除いて、図１において説明したランナ装置が作動する方法に相当する。
【００２７】
双方の実施形態、すなわち、図１および図２に示す実施形態において、鋳造部品が、鋳造型内にある間、６００℃から７００℃まで加熱されることができ、これは、同様に既存の加熱装置３０によって誘導的に行われる。この方法において、鋳造部品の冷却速度は、部品内のひび、割れ等を避けるために制御されたロー・レベルで保持される。したがって、鋳造部品は、各場合に使用される非鉄金属合金の組成分の関数として選択されるべき、特定の所望の冷却度に到達した後に、鋳造型から取り除かれるのみである。
【００２８】
最初に説明した本発明は、溶解物に加えられる遠心力のコリオリの力が、圧力ラムと同様な方法で溶解物に制御された方法で作用され得るので、それによって、いかなるキャビティもなく、溶解物内で有害な流れの分離および差異のある固化境界層の形成を発生させることなく、鋳造型を完全に均一に充填するように溶解物を完全に均一に鋳造型に送る。鋳造型の鋳造部品の加熱によって、制御されたロー・レベルで冷却速度を維持するので、制御されない冷却工程の場合に部品内に発生する内部応力及び、その結果のひび、割れ等が回避される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による方法を実行するための装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】図１に示す装置のその他の実施形態を示す図である。
【国際調査報告】
2005527375.tif 000005
2005527375.tif 000006
2005527375.tif 000007
2005527375.tif 000008
2005527375.tif 000009
2005527375.tif 000010
2005527375.tif 000011
2005527375.tif 000012