DE10207279A1

DE10207279A1 - Gießverfahren und Gussteil

Info

Publication number: DE10207279A1
Application number: DE10207279A
Authority: DE
Inventors: Simon E Coulson
Original assignee: Howmet Research Corp
Current assignee: Howmet Corp
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2002-02-21
Publication date: 2002-10-24
Also published as: US6582197B2; JP2002283000A; FR2820997B1; FR2820997A1; GB2372472B; GB0203557D0; US20020114701A1; GB2372472A

Abstract

Verfahren zum Gießen eines metallischen Gussteils, bei dem an einem verlorenen Modell des Gussteils ein Reliefmuster vorgesehen wird, das eine spezielle Teileidentifikationsnummer darstellt, das Modell mit einer Maskenform umgeben wird, das Modell aus der Maskenform entfernt wird und geschmolzenes metallisches Material in die Maskenform eingebracht wird, um das ausgehärtete Gussteil mit dem auf diesem dauerhaft eingegossenen Reliefmuster zu bilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen eines metalli schen Gussteiles sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Gussteil. Die Erfin dung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Genaugießen von Metallen und Le gierungen in keramischen Maskenformen, die unter Verwendung eines verlorenen Modells des Gussteiles hergestellt werden.

Bei dem Genauguss (investment casting) von Gasturbinen-Laufschaufeln und -Leitschaufeln aus einer Superlegierung unter Verwendung herkömmlicher gleichachsiger und gerichteter Erstarrungstechniken werden keramische Masken formen mit oder ohne keramischem Kern mit geschmolzenem Metall bzw. einer geschmolzenen Legierung gefüllt, das bzw. die in der Form aushärtet. Die kerami sche Maskenform (shell mold) wird durch das bekannte Wachsmodellverfahren hergestellt, bei dem ein (z. B. aus Wachs, einem thermoplastischem Kunststoff und dgl. bestehendes) verlorenes Modell der Schaufel oder eines anderen Gussteils mehrfach in eine keramische Schlämme getaucht wird, von überschüssiger Schlämme befreit und anschließend mit keramischen Teilchen wie z. B. kerami schem Sand (Stuck) stukkatiert wird, um die Wanddicke der Maskenform bis zu einem gewünschten Wert aufzubauen. Das Modell wird dann aus der Maskenform durch thermische oder chemische Wachsentfernungstechniken entfernt, und die Grünform wird dann gebrannt, um eine ausreichende Formfestigkeit für den Gieß vorgang zu entwickeln. Die US 5 353 717 und US 5 975 188 beschreiben ein typi sches Verfahren zum Herstellen derartiger keramischer Maskenformen.

Nachdem geschmolzenes Metall bzw. eine geschmolzene Legierung in die Maskenform gegossen und ausgehärtet wurde, wird das Gussteil entfernt und einem oder mehreren nachträglichen Bearbeitungsvorgängen unterzogen, die unter ande rem die folgenden Schritte umfassen: Entfernen eines keramischen Kerns, sofern vorhanden, Strahlputzen zum Entwickeln mechanischer Eigenschaften, isostatisches Heißpressen zum Schließen von Gussporosität; Säureätzen, um die Mikrostruktur zu inspizieren, und anodisches Ätzen, um die Oberfläche auf Defekte hin zu untersu chen.

Bei dem derzeitig üblichen Genauguss von Gasturbinenschaufeln aus einer Superlegierung unter Verwendung herkömmlicher gleichachsiger und gerichteter Erstarrungstechniken wird ein Verfahrensablaufblatt erstellt, das eine Teileidentifi kationsnummer (z. B. Seriennummer) umfasst, und das Verfahrensablaufblatt wird dann durch das Fertigungsverfahren von der Modellstufe bis zu der sich an den Gießvorgang anschließenden Nachbearbeitungsstufe getragen.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen definiert.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Genauguss mehrerer metallischer Gussteile, bei dem ein Reliefmuster, vorzugsweise in Form eines drei dimensionalen Strichcodes, der eine spezielle Teileidentifikationsnummer darstellt, an jedem verlorenen Modell vorgesehen wird und zunächst auf jede Maskenform und dann auf jedes metallische Gussteil in der Maskenform übertragen wird, so dass der Strichcode dauerhaft in jedes Gussteil "eingegossen" ist, in der Weise, dass der Strichcode an den Gussteilen die im Anschluss an den Gießvorgang erfolgenden Nachbearbeitungsvorgänge übersteht, um einen lesbaren, speziellen Strichcode an jedem ausgelieferten Gussteil vorzusehen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Identifikationsstreifen aus Kunststoff, der den Strichcode trägt, an einer Oberfläche jedes verlorenen Mo dells angebracht. Beispielsweise wird ein polymerer Identifikationsstreifen, der den Strichcode trägt, durch Wachsschweißen an eine Oberfläche jedes Wachsmodells des Gussteiles angebracht, worauf eine Weiterverarbeitung entsprechend dem Wachsmodellverfahren erfolgt, um eine keramische Maskenform um das Modell herum zu bilden. Der aus Kunststoff bestehende Identifikationsstreifen wird von der Maskenform entfernt oder zerstört, wenn das verlorene Modell aus der Maskenform entfernt wird. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein spezieller dreidimensionaler Strichcode eingraviert, eingeprägt oder in anderer Weise in einer Oberfläche jedes verlorenen Modells gebildet. Der Strichcode wird auf die Masken form und dann auf das metallische Gussteil übertragen und verbleibt dauerhaft daran während der Nachbearbeitungsvorgänge, so dass er an dem ausgelieferten Gussteil vorhanden ist.

Die Erfindung hat somit den Vorteil, dass an jedem nach diesem Verfahren hergestellten Gussteil ein dauerhafter spezieller dreidimensionaler Strichcode vor handen ist, der als Teileidentifikationsnummer lesbar ist, um die Teile während und nach der Fertigung identifizieren zu können. Das Vorhandensein des Strichcodes an dem verlorenen Modell, der Maskenform und dem Gussteil macht es überflüssig, dass bei der anschließenden Bearbeitung von Bedienungspersonen eine Teileidenti fikationsnummer an jede Arbeitsstation angebracht werden muss. Außerdem er möglicht das Vorhandensein des speziellen Strichcodes an jedem an Kunden ausge lieferten Gussteil, dass der Kunde Zugang zu dem computerisierten Teileidentifika tionssystem des Herstellers hat, indem der Teileidentifikationscode im Zusammen hang mit zugehörigen Abmessungs- und Bearbeitungsdaten gespeichert ist.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Wachsmodells einer Gasturbinen schaufel mit einem Identifikationsstreifen aus Kunststoff, der einen speziellen drei dimensionalen Strichcode an einer Oberfläche eines Fußabschnittes der Turbinen schaufel trägt;

Fig. 1A eine vergrößerte Ansicht des Fußabschnittes des Schaufelmodells, um zu zeigen, wie der Identifikationsstreifen durch Wachsschweißen daran befestigt ist;

Fig. 1B eine weitere vergrößerte Ansicht des Fußabschnittes des Schaufelmodells entsprechend Fig. 1A,

Fig. 1 C eine vergrößerte Ansicht des Fußabschnittes der Turbinenschaufel, bei der ein dreidimensionaler Strichcode in die Oberfläche des Fußabschnittes ein graviert ist;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer keramischen Maskenform mit dem schaufelförmigen Formhohlraum, der durch das verlorene Modell darin gebildet wird, und dem dreidimensionalen Strichcode, der durch den aus Kunststoff beste henden Identifikationsstreifen (oder durch Eingravieren oder Einprägen) des Mo dells gebildet wurde;

Fig. 3 eine Seitenansicht der gegossenen Turbinenschaufel, die in der Maskenform hergestellt wurde und die mit dem dreidimensionalen Strichcode ver sehen ist, welcher von einem schematisch dargestellten kontaktfreien Scanner gele sen werden kann.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren für den Genauguss (invest ment casting) mehrerer metallischer Gussteile, bei dem ein dreidimensionaler Strichcode, der eine spezielle Teileidentifikationsnummer darstellt, an jedem verlo renen Modell vorgesehen ist und zunächst auf jede Maskenform (shell mold) und dann auf jedes metallische Gussteil in dieser Maskenform so übertragen wird, dass der Strichcode dauerhaft an jedem Gussteil verbleibt. Der Strichcode an den Gussteilen übersteht daher die im Anschluss an den Gießvorgang erfolgenden Nachbearbeitungsvorgänge, um einen lesbaren, speziellen dreidimensionalen Strichcode an jedem ausgelieferten Gussteil zu bilden.

Wenngleich die Erfindung im folgenden unter Bezugnahme auf den Genau guss mittlerer Gasturbinenschaufeln aus einer Superlegierung beschrieben wird, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt; sie kann vielmehr zum Herstellen einer Reihe anderer Art metallischer Gegenstände eingesetzt werden, bei denen jeder ge gossene Gegenstand einen "eingegossenen" dreidimensionalen Strichcode aufweist, der eine Teileidentifikationsnummer wie z. B. eine Teileseriennummer darstellt.

Es wird zunächst auf die Fig. 1, 1A und 1B Bezug genommen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein verlorenes Modell 10 verwendet, das jedes einer Anzahl von herzustellenden Gegenständen (Gussteilen) wiedergibt. Die Fig. 1 zeigt ein verlorenes Modell 10 in Form einer Gasturbinenschaufel mit einem Fußabschnitt 10a und einem Tragflügelabschnitt 10b sowie einem Zwischenabschnitt 10c. Der Fußabschnitt umfasst einen Vor sprung 10p, der mit einem Angusskanal zu verbinden ist, wie weiter unten be schrieben wird. Jedes verlorene Modell 10 kann aus einem üblichen Wachsmodell bestehen, wie es beim Genauguss von Gasturbinenschaufeln üblicherweise verwen det wird und wie es durch Einspritzen von gegossenem Wachsmaterial in einen Formhohlraum in bekannter Weise hergestellt wird. Das Material des Wachsmo dells kann aus einem herkömmlichen Modellwachs bestehen. Die US 5 983 982 beschreibt ein zu diesem Zweck geeignetes Wachsmaterial, worauf ausdrücklich Bezug genommen wird. Das verlorene Modell kann auch aus einem thermoplasti schen Material wie z. B. Polyurethan bestehen, das durch Reaktionsspritzgießen in einen Modellformhohlraum eingebracht wird, wie dies in der anhängigen US-Pa tentanmeldung Serial No. 09/237 435 beschrieben wird. Weitere mögliche Materia lien für das verlorene Modell können auch thermoplastische Kunststoffe und "rapid prototype" Kunststoffmaterialien umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein dreidimensionaler Strichcode 20, der eine spezielle Teileidentifikationsnummer darstellt, an jedem verlorenen Modell 10 vorgesehen und zunächst auf jede Maskenform und dann auf jedes me tallische Gussteil, das in dieser Maskenform hergestellt wird, übertragen. Bei der Ausführungsform der Fig. 1A wird der Strichcode 20 in Form eines aus Kunststoff bestehenden Identifikationsstreifens 30 aufgebracht, der einen speziellen dreidimen sionalen Strichcode trägt und der an einer Oberfläche 10s des Fußabschnittes 10a des verlorenen Modells 10 befestigt wird. Beispielsweise kann der Identifikations streifen 10 an seinem Umfangsrand mit der Fußoberfläche 10s jedes Modells wachsverschweißt werden, wie dies schematisch in Fig. 1B dargestellt ist. Ge nauer gesagt wird der Identifikationsstreifen 30 auf der Oberfläche 10s des Modells 10 angeordnet, und ein heißes Bügeleisen (nicht gezeigt) wird mit engem Abstand zu der Oberfläche 10s positioniert und so bewegt, dass eine Randmasse P aus Wachs der Oberfläche 10s um den Außenrand des Streifens 30 herum geschmolzen wird, und es kommt dann zu einer Überlappung und Aushärtung an dem Außenrand des Identifikationsstreifens 30, um ihn an der Modelloberfläche durch Wachs schweißen zu befestigen. Ein schmaler Rand R des gehärteten Wachses verbleibt dann an der Oberseite des Umfangs des Identifikationsstreifens 30 (Fig. 1A und 1B). Das Bügeleisen kann ein herkömmliches Löteisen sein, wie es zum Reparieren und Formen von Wachsmodellen verwendet wird. Eine andere Möglichkeit ist es, einen geeigneten Kleber (nicht gezeigt) an der Rückseite 30r des Identifikations streifens 30, die der Fußoberfläche 10s des Modells zugewandt ist, aufzutragen, und der Identifikationsstreifen 30 wird auf der Fußoberfläche 10s des Modells angeord net, um durch den Kleber damit haftend verbunden zu werden. Auch kann der Iden tifikationsstreifen 30 an der Modelloberfläche 10s angeordnet werden, und Kleber (nicht gezeigt) kann an der Oberfläche 10s um den Außenumfang des Identifikati onsstreifens 30 herum so angeordnet werden, dass er den Außenumfang des Identi fikationsstreifens überlappt, so dass er an der Modelloberfläche haftet.

Der Teileidentifikationsstreifen 30 kann irgendeine geeignete Form und er wünschte Abmessungen haben, beispielsweise die dargestellte Rechteckform, wobei der dreidimensionale Strichcode eingeprägt wird, und zwar unter Verwendung eines von einem Schrittmotor angetriebenen Prägegerätes, wie es unter der Bezeichnung "model C400 embosser" von der Edward Pryor & Son Limited, Sheffield, England erhältlich ist. Der Identifikationsstreifen 30 hat Abmessungen von beispielsweise 75 mm Länge und 55 mm Breite bei einer Dicke von 0,8 mm, und er kann aus einem schlagfesten Polysterol bestehen, wie er von der Firma Bluemay Limited, Devizes, Wiltshire, England erhältlich ist.

In Fig. 1A enthält der dreidimensionale Strichcode 20 eine Information (z. B. eine Teileidentifikationsnummer), die in Form eines Reliefmusters 60 auf der Streifen-Oberfläche 30s eincodiert ist. Das Reliefmuster 60 ist vorzugsweise vom Typ der Posicode B Schrift und beschrieben in der US 5 393 967 und US 5 677 522; es enthält mehrere erhabene Striche 62 und dazwischenliegende Ausnehmun gen 64. Der Strichcode (beispielsweise Änderungen im seitlichen Abstand der Stri che 62) wird von einem handelsüblichen kontaktfreien Scanner 100 (Fig. 3) gele sen, der zu diesem Zweck entwickelt wurde und in den oben erwähnten US-Paten ten Nr. 5 393 967 und 5 677 522 beschrieben ist. Derartige Strichcode-Scanner sind von der Traceability Systems, Inc., Pittsburgh, PA, USA erhältlich.

Der Identifikationsstreifen 30 enthält, wie in den Fig. 1, 1A und 1B dargestellt, außerdem eine alphanumerische Darstellung der Teileidentifikations nummer, um auch von Menschen gelesen werden zu können. Der Strichcode 20, der in den Identifikationsstreifen 30 eingeprägt ist, wird als positives Reliefmuster inso fern angesehen, als die Striche 62 über die Streifenoberfläche 30s erhaben sind. Dieses positive Reliefmuster 30 erzeugt ein positives Reliefmuster an der gegosse nen Turbinenschaufel (Fig. 3).

Fig. 1 C zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der diesel ben Merkmale durch dieselben Bezugszeichen, versehen mit einem Apostroph, be zeichnet werden. Die Fig. 1C unterscheidet sich von den Fig. 1, 1A und 1B dadurch, dass der Identifikationsstreifen 30 weggelassen wurde und der Strichcode 20' in die Fußoberfläche 10s' des Modells eingraviert wurde, um ein negatives Re liefmuster 60' zu bilden, bei dem die Striche 62' nun aus Vertiefungen in der Ober fläche 10s' bestehen und die Zwischenräume 64' zwischen den Strichen 62 erha bene Flächen entsprechend der Oberfläche 10s' sind, der Strichcode 20' (beispiels weise in Form von Änderungen des seitlichen Abstandes der vertieften Striche 64') wird von dem kontaktfreien Scanner 100 (Fig. 3) gelesen. Dieses negative Relief muster 60' erzeugt ein entsprechendes negatives Reliefmuster an der gegossenen Turbinenschaufel. Das negative Reliefmuster 60' kann in die Oberfläche 10s des Modells manuell oder maschinell eingraviert werden. Jedes Modell 10' wird wäh rend des Graviervorganges in einer geeigneten Haltevorrichtung (nicht gezeigt) an geordnet, um sicherzustellen, dass der Strichcode 20' immer an derselben Stelle jedes der Modelle 10' vorgesehen ist, um von dem oben erwähnten Scanner gelesen werden zu können.

Das positive oder negative Reliefbild 60 (60') des Strichcodes 20 (20'), das an dem verlorenen Modell und somit an dem Gussteil vorhanden ist, muss die im Anschluss an den Gießvorgang erfolgenden Nachbearbeitungsvorgänge überstehen, damit er auf dem an Kunden ausgelieferten Produkt in lesbarer Form erhalten bleibt. Für die oben erwähnte Posicode B Schrift werden die Abmessungen der Striche 62 des positiven oder negativen Reliefmusters 60 zu diesem Zweck entsprechend ge wählt. Beispielsweise ist eine typische Längenabmessung (vertikale Abmessung in Fig. 1B) jedes der Striche 62 etwa 45,5 mm, eine typische Breitenabmessung (ho rizontale Abmessung in Fig. 1B) jedes der Striche 62 kann 0,6 mm sein, und eine typische Tiefen- bzw. Höhenabmessung (senkrecht zur Ebene des Identifikations streifens 30 in Fig. 1B) jeder der Striche 62 kann 0,45 mm betragen. Die Mittel punkt der Striche 62 in einer Positionssymbolik wie z. B. der Posicode B Schrift sind so spezifiziert, dass sie auf einem Gitter gleichmäßig beabstandeter paralleler Linien liegen. Der Abstand zwischen diesen Gitterlinien wird als G-Abmessung bezeichnet. Eine typische G-Abmessung ist z. B. 0,1814 mm für eine Posicode B Schrift bei einer Strichbreite von 0,6 mm, wie gerade erwähnt. Eine von einem Schrittmotor angetriebene Prägevorrichtung, wie sie unter der Bezeichnung "model C400 embosser" von der Edward Pryor & Son Limited, Sheffield, England erhält lich ist, kann dazu verwendet werden, den Posicode-Strichcode auf dem Streifen 30 mit einer derartigen Breite und G-Abmessung einzuprägen bzw. zu bilden. Zu Ver anschaulichungszwecken kann eine derartige von einem Schrittmotor angetriebene Prägevorrichtung ein Schrittverhältnis von 0,1814 mm haben, wobei ein typischer Strichcode 243 Schritte aufweisen kann. Die G-Abmessung hängt von dem Schritt verhältnis der Bewegung einer speziellen Prägevorrichtung in Richtung der G-Ab messung ab (z. B. ein Schritt = "x" Anzahl mm oder Zoll). Die G-Abmessung ist gleich dem Schrittverhältnis der von einem Schrittmotor angetriebenen Prägevor richtung. Anstelle eines schrittmotorgetriebenen Systems kann die Prägevorrichtung einen Antrieb in Form einer Leitspindel umfassen, derart, dass die G-Abmessung von der Teilung der Leitspindel des Antriebes abhängt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine spezielle Prägevorrichtung beschränkt.

Das Modell 10 (10') mit seinem speziellen positiven oder negativen Strich code 20 (20') wird typischerweise in Verbindung mit weiteren Modellen verknüpft, um eine Modellanordnung zu bilden, um eine Gruppe von Maskenformen herzu stellen, bei denen die Modellanordnung mehrere Modelle 10 (10') umfasst, die je weils durch Wachsschweißen mit einem Wachsangussmaterial verbunden sind, der wiederum mit einem Gießtrichter in herkömmlicher Weise durch Wachsschweißen verbunden ist. Jedes Modell 10 umfasst einen Vorsprung 10p an dem Fußabschnitt 10a, um an diesem Ende eine Verbindung mit einem Angusskanal durch Wachs schweißen herzustellen. Die auf diese Weise hergestellte Modellanordnung wird dem bekannten Wachsmodellverfahren unterzogen, um eine keramische Masken form um die Modellanordnung herum aufzubauen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Ausführungsformen beschränkt, bei denen mehrere Modelle in Form einer Mo dellgruppe angeordnet sind; sie lässt sich vielmehr auch in Verbindung mit einem einzelnen Modell oder in anderer Weise untereinander verbundenen Modellen aus führen.

Die Modellanordnung aus mehreren Modellen 10 (10') wird dem bekannten Wachsmodellverfahren unterzogen, um eine keramische Maskenform herzustellen. Bei einer möglichen Ausführungsform wird die verlorene Modellanordnung in eine keramische Schlämme getaucht. Überschüssige Schlämme lässt man dann von der Modellanordnung bzw. der vorher aufgebrachten Maskenformschicht abtropfen. Relativ grobe Keramikteilchen (z. B. keramische Sand- bzw. Stuckteilchen) werden auf die nasse keramische Schlämmeschicht aufgebracht und unter Luft getrocknet.

Diese Schrittfolge wird wiederholt, um eine keramische Maskenform einer ge wünschten Dicke auf der Modellanordnung aufzubauen.

Nach jeder derartigen Schrittfolge (Eintauchen in keramischer Schlämme und Auftragen von Sand oder Stuck) kann die Modellanordnung in herkömmlicher Weise getrocknet werden, indem sie durch einen oder mehrere Trocknungsräume bewegt wird, bevor die nächste entsprechende Schrittfolge wiederholt wird. Das Trocknen einer entsprechenden Modellanordnung ist in der US 4 114 285 und der anhängigen US-Patentanmeldung Serial No. 09/690 144 vom 16. Oktober 2000 be schrieben, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.

Insbesondere wird eine als Innenschicht dienende keramische Schlämme zu erst auf das Modell aufgebracht, indem das Modell in die keramische Innenschicht- Schlämme getaucht wird. Die Zusammensetzung der Innenschichtschlämme wird in Abhängigkeit von den Gussteil-Spezifikationen und dem Metall bzw. der Legie rung, das bzw. die in die Maskenform gegossen werden soll, gewählt. Überschüs sige Schlämme lässt man unter Schwerkraft von dem Modell abtropfen, und dann werden keramische Sand- bzw. Stuckteilchen auf die nasse keramische Innenschicht an der Modellanordnung aufgebracht, typischerweise durch Schwerkraftschauern des keramischen Sandes bzw. Stucks aus einem Verteiler (nicht gezeigt), der ober halb der beschichteten Modellanordnung angeordnet ist.

Nachdem das Modell in die Innenschichtschlämme getaucht, von über schüssiger Schlämme befreit, mit Teilchen versehen und getrocknet wurde, werden zusätzliche primäre und sekundäre Schichten aus Schlämme und Sand oder Stuck aufgebracht, um die Maskenform auf eine gewünschte Wanddicke aufzubauen. Eine typische Wanddicke der Maskenform liegt im Bereich von 1/8 bis 1/2 Zoll, wenn gleich auch andere Wanddicken je nach Anwendungsfall hergestellt werden kön nen. Beispielsweise kann eine zweite bis achte Schicht auf die Innenschicht aufge bracht werden. Die Zusammensetzung und die Anzahl der weiteren Schichten kann je nach der speziellen Anwendung unterschiedlich gewählt werden. Eine äußerste Deckschicht in Form einer keramischen Schlämme ohne Sand oder Stuck kann auf die äußerste Schicht aufgetragen werden, um die Maskenform abzudichten.

Die zusätzlichen Schichten und die Deckschicht bestehen typischerweise aus Schlämmen und Sand oder Stuck, die verschieden sind von denjenigen, die für die Innenschicht verwendet werden, wie an sich bekannt ist. Die keramische Schlämme der Innenschicht zum Gießen von Superlegierungen auf Nickelbasis kann bei spielsweise eine Schlämme sein, die feines Aluminiumoxidpulver in einer Menge von 75 Gew.-% in einer kolloidalen Siliziumoxidsuspension auf Wasserbasis ent hält, mit weiteren herkömmlichen Additiven wie z. B. Tensiden, organischen Grün festigkeitsadditiven und Schaumreduktionsmitteln; derartige Additive sind bei spielsweise in der US 5 975 188 beschrieben. Die Schlämme der Innenschicht kön nen mit feinen Aluminiumoxid-Sandpartikeln versehen sein. Die nächst der Innen schicht aufgetragenen primären Zusatzschichten (z. B. die zweite und dritte Schicht) können eine relativ niedrig viskose Schlämme auf Wasserbasis mit kolloidalem Si liziumoxid und geschmolzenem Siliziumoxid-Zirkonpulver und einem etwas gröbe ren geschmolzenen Siliziumoxidsand aufweisen. Weitere sekundäre Zusatzschich ten (z. B. die vierte bis achte Schicht) und die auf den primären Zusatzschichten auf getragene Deckschicht können eine höher viskose Schlämme auf Wasserbasis mit kolloidalem Siliziumoxid und geschmolzenem Siliziumoxid- und Zirkon-Keramik pulver und noch groberem geschmolzenem Siliziumoxidsand oder -stuck aufwei sen.

Nachdem die keramische Maskenform um die Modellanordnung herum gebildet wurde, wird die Modellanordnung durch herkömmliche thermische oder chemische Techniken wahlweise entfernt. Beispielsweise kann eine Modellanord nung aus Wachs dadurch entfernt werden, dass die Modellanordnung unter Ver wendung eines herkömmlichen Heizschrittes in einem Ofen bei einer Temperatur erwärmt wird, die hoch genug ist, um die Modellanordnung aus Wachs auszu schmelzen. Andere herkömmliche Modellentfernungstechniken wie z. B. Mikro wellenerwärmung, chemische Auflösung, usw. können genauso verwendet werden.

Der aus Kunststoff bestehende Identifikationsstreifen 30 wird typischerweise thermisch zerstört (geschmolzen), wenn die verlorene Modellanordnung aus der Maskenform entfernt wird. Die Schmelztemperatur des Streifenmaterials ist typi scherweise niedriger als die Schmelztemperatur des Modellwachses. Wenn daher das Wachsmodell aus der Maskenform ausgeschmolzen wird, schmilzt der Identifi kationsstreifen 30 aus der Maskenform ebenfalls. Die Maskenform wird typischer weise umgedreht, wenn das Modell und der Identifikationsstreifen ausgeschmolzen werden, damit das geschmolzene Modellmaterial und Streifenmaterial aus der Mas kenform ausfließen kann. Das Modell und der Idenfifikationsstreifen können jedoch auch unter Verwendung anderer Techniken aus der Maskenform entfernt werden.

Wenn die Modellanordnung entfernt ist, verbleibt eine Maskenformgruppe aus mehreren einzelnen Maskenformen, die durch Angießkanäle mit einem Gieß trichter verbunden sind, wie dies in einer herkömmlichen Maskenformgruppe ty pisch ist. Fig. 2 zeigt eine derartige Maskenform 110 mit einem Schmelzeinlass kanal 112, der mit einem von dem Gießtrichter kommenden Angusskanal (nicht gezeigt) in Verbindung steht. Wenn geschmolzenes Metall bzw. eine geschmolzene Legierung (z. B. geschmolzene Superlegierung) in den Gießtrichter gegossen wird, fließt das Material in jede Maskenform 110 durch den Angusskanal 112.

Jede Maskenform 110 der Formgruppe hat einen Strichcode 20 (20') an sei ner Innenwand W, die der Stelle entspricht, an der der Fußabschnitt 10a des Mo dells 10 vor dem Entfernen des Modells angeordnet war. D. h., dass der spezielle Strichcode 20 (20') auf die Wand W jeder Maskenform 110 von dem verlorenen Modell her übertragen wird. Der Strichcode, der von dem verlorenen Modell auf die Formwand W übertragen wurde, ist ein negatives Reliefmuster, wenn der Streifen 30 mit dem positiven Reliefmuster 60 an der Oberfläche 10s des Modells (Fig. 1A) befestigt worden war. Der Strichcode ist dagegen eine positives Reliefmuster, wenn das negative Reliefmuster 60' in die Oberfläche 10' des Modells eingraviert worden war (Fig. 1C).

Die Grünformgruppe wird typischerweise auf eine hohe Brenntemperatur erwärmt, um eine ausreichende Gussfestigkeit für den Gießvorgang nach dem Ent fernen der Modellanordnung zu entwickeln. Diese Temperatur kann je nach dem Maskenformmaterial unterschiedlich gewählt werden und liegt typischerweise im Bereich von 1000 bis 1200°C.

Der spezielle Strichcode 20 (20') wird auf die Wand E jeder Maskenform 110 und dann auf jedes metallische Gussteil 200 übertragen, das in der jeweiligen Maskenform 110 gegossen wurde (Fig. 3), um von einem Scanner 100 gelesen zu werden, und zwar unter Verwendung von Licht, das von einem optischen Übertra ger 100a ausgesendet und auf den Strichcode gerichtet und auf einen optischen Empfänger 100b des Scanners 100 reflektiert wird, wie dies durch die Pfeile ange deutet ist. Das geschmolzene Metall bzw. die geschmolzene Legierung wird in die Maskenformgruppe gegossen, worauf es bzw. sie unter Verwendung herkömmli cher Gieß- und Erstarrungstechniken ausgehärtet wird, um entweder Gussteile mit gleichachsigem Korn oder richtungserstarrte Gussteile mit einer Säulenkorn-Mikro struktur oder einer Einzelkristall-Mikrostruktur herzustellen. Der spezielle Strich code 20 (20') wird von jeder Formwand B auf das in diese Maskenform ausgehär tete Gussteil 200 übertragen und bleibt dauerhaft an dem jeweiligen Gussteil auch während der anschließenden Nachbearbeitungsvorgänge und somit an dem ausge lieferten Gussteil. In Fig. 3 umfasst die gegossene Turbinenschaufel 200 einen Fußbereich 210 mit dem speziellen Strichcode 20 (20'), der darin eingegossen ist, einem Tragflügelprofil 212 und einem Zwischenbereich 214.

Beispielsweise werden die Gussteile nach dem Entfernen aus der Maskenformgruppe typischerweise Nachbearbeitungsvorgängen unterzogen, die die folgenden Schritte umfassen, ohne auf sie beschränkt zu sein: Entfernen eines ke ramischen Kerns, sofern er in dem Gussteil vorhanden ist, Putzstrahlen, um verblie benes keramisches Formmaterial zu entfernen, Wärmebehandlung, um gussmecha nische Eigenschaften zu entwickeln, isostatisches Heißpressen, um Gussporositäten zu schließen, Säureätzen, um die Gussmikrostruktur zu überprüfen, und anodisches Ätzen, um die Gussoberfläche auf Defekte hin zu untersuchen. Der eingegossene Strichcode an den Gussteilen wie z. B. der in Fig. 3 dargestellten Turbinenschaufel übersteht erwiesenermaßen derartige Nachbearbeitungsvorgänge, so dass jedes Gussteil mit einem lesbaren, speziellen dreidimensionalen Strichcode versehen ist, wenn es an einen Kunden ausgeliefert wird.

Claims

1. Verfahren zum Gießen eines metallischen Gussteils, bei dem an einem verlorenen Modell des Gussteils ein Reliefmuster vorgesehen wird, das eine spe zielle Teileidentifikationsnummer darstellt, das Modell mit einer Maskenform um geben wird, das Modell aus der Maskenform entfernt wird und geschmolzenes me tallisches Material in die Maskenform eingebracht wird, um das ausgehärtete Gussteil mit dem dauerhaft auf diesem dauerhaft eingegossenen Reliefmuster zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell mit der Maskenform dadurch umgeben wird, dass das Modell wiederholt in eine kera mische Schlämme taucht und keramische Teilchen aufgebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil einem oder mehreren Nachbearbeitungsvorgängen unterzogen wird und hierbei das Reliefmuster zum Einlesen durch einen Scanner auf dem Gussteil ver bleibt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nach bearbeitungsvorgänge einen oder mehrere der folgenden Schritte umfassen: Entfernen eines keramischen Kerns, Strahlputzen, Wärmebehandlung, isostatisches Heißpressen, Säureätzen und anodisches Ätzen.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Reliefmuster auf dem Modell dadurch vorgesehen wird, dass ein das Reliefmuster tragender Identifikationsstreifen an einer Oberfläche jedes verlo renen Modells befestigt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein geprägter Identifikationsstreifen, der das Reliefmuster trägt, an einer Oberfläche eines aus Wachs bestehendem verlorenen Modells durch Wachsschweißen angebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Identifikati onsstreifen an einem Fußabschnitt eines Wachsmodells in Form einer Gasturbinen schaufel durch Wachsschweißen angebracht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reliefmuster auf dem Modell dadurch vorgesehen wird, dass es in eine Oberfläche eines verlorenen Wachsmodells eingraviert wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Reliefmuster einen Strichcode aufweist, der aus mehreren beabstandeten Strichen besteht.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Modell die Form einer Gasturbinenschaufel hat und das Relief muster an einem Fußabschnitt des Modells vorgesehen wird.

11. Metallisches Gussteil mit einem eingegossenen Reliefmuster, das eine spezielle Teileidentifikationsnummer darstellt.

12. Gussteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reliefmus ter einen Strichcode in Form mehrerer beabstandeter Striche aufweist.

13. Gussteil in Form einer Gasturbinenschaufel aus einer Superlegierung mit einem eingegossenen Reliefmuster, das eine spezielle Teileidentifikationsnummer darstellt, an einem Fußabschnitt der Schaufel.

14. Gussteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Reliefmus ter einen Strichcode in Form mehrerer beabstandeter Striche aufweist.