DE102021000614A1

DE102021000614A1 - Kokille zur rissfreien Herstellung eines Metallgegenstandes mit mindestens einem Hinterschnitt, insbesondere aus intermetallischen Legierungen wie TiAl, FeAl und anderen spröden oder rissanfälligen Werkstoffen, sowie ein entsprechendes Verfahren.

Info

Publication number: DE102021000614A1
Application number: DE102021000614.3A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Holling; Jan Schievenbusch; Frank Esser; Matthias Bünck
Original assignee: Access eV
Current assignee: Access eV
Priority date: 2021-02-08
Filing date: 2021-02-08
Publication date: 2022-08-11

Abstract

Kokille und Verfahren zur Herstellung eines Metallgegenstandes mit mindestens einem Hinterschnitt.Rissanfällige und spröde Legierungen, z.B. TiAl oder FeAI, können derzeit nicht rissfrei in Kokillen zu Bauteilen mit mindestens einem Hinterschnitt verarbeitet werden, da sie bei der Festkörperkontraktion auf die Kokille aufschrumpfen und infolge der hohen Spannungen Risse ausbilden.Kokille zum Gießen eines konturierten Metallgegenstands, bestehend aus mehreren verbindbaren Kokillenteilen (2a, 2b, 3a, 3b, 4), dadurch gekennzeichnet, dass das Kokillenteil (4) (nachfolgend Einleger genannt) die jeweils paarweise miteinander verbundenen Kokillenteile 2a und 2b, 3a und 3b miteinander verbindet und den Schmelzefluss entlang der gesamten Kavität während der Formfüllung ermöglicht und derart angeordnet ist, dass der Einleger bei Erkalten des gegossenen Metallgegenstandes der Volumenkontraktion nachgibt, um die kontraktionsbedingt auftretenden Spannungen zwischen den entlang der Längsachse variierenden Volumina abzubauen, wobei mindestens ein Kokillenteilpaar 2a/2b oder 3a/3b beweglich montiert werden muss, sodass diese vom kontrahierenden gegossenen Metallgegenstand zueinander bewegt werden können.Herstellung von Gussteilen mit Hinterschnitt im Kokillenguss aus rissanfälligen und spröden Legierungen z.B. intermetallischen Legierungen wie TiAl oder FeAl.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kokille zum Gießen eines Metallgegenstands mit Hinterschnitt, bestehend aus mehreren miteinander verbindbaren Kokillenteilen, wobei sich die Kokillenteile bei geschlossener Kokille zu einer Kavität mit einem entlang der Längsachse variierenden Volumen mit einer oder mehreren Hinterschneidungen ergänzen und längs einer ebenen oder freigeformten Trennebene voneinander lösbar sind.
Zum Gießen eines Metallgegenstandes aus einer Schmelze werden üblicherweise Kokillen verwendet. Diese definieren über eine Kavität, die über die Formnester der lösbar miteinander verbindbaren Kokillenteile definiert wird, die Kontur des fertigen, gegossenen Metallgegenstands. Die Schmelze wird in die Kokille gegossen, wonach sie erstarrt. Zwar können eine Vielzahl unterschiedlicher Metalle oder Metalllegierungen durch einen Kokillenguss verarbeitet werden, jedoch gibt es Werkstoffgruppen, die schlechte Gießeigenschaften und/oder sprödes Versagensverhalten aufweisen, wobei sich insbesondere Probleme ergeben, wenn der Metallgegenstand eine über seine Längsachse variierende Volumenverteilung mit einer oder mehreren Hinterschneidungen aufweist. Eines von vielen Beispielen für eine solche gießtechnisch schwer zu verarbeitende Werkstoffgruppe ist die der Titanaluminide. Die Werkstoffgruppe der Titanaluminide bietet aufgrund ihrer geringen Dichte von etwa 4 g/cm³ und der guten Hochtemperatureigenschaften das Potential, Superlegierungen in ihrem Einsatzgebiet als Werkstoff für hochbelastete Bauteile in Kolbenmaschinen und Gasturbinen, insbesondere Schaufeln, zu ersetzen und gleichzeitig einen Gewichtsvorteil zu erzielen. Aufgrund der schlechten Verarbeitungseigenschaften dieser Werkstoffe ist es derzeit nicht möglich, komplex geformte Bauteile über einen Kokillenguss herzustellen. Aus diesem Grund werden solche Bauteile zumeist über eine kombinierte Guss-/Schmiederoute hergestellt. Diese umfasst den Guss eines Halbzeugs mit rotationssymmetrischer, meist zylindrischer oder konischer Geometrie in einer metallischen Dauerform, also die Herstellung eines geometrisch sehr einfach konzipierten, keine Hinterschneidungen oder dergleichen aufweisenden Halbzeugs (Güther et al., „Metallurgical processing of titanium aluminides on industrial scale“, Intermetallics 103, Seiten 12-22, 2018) ( EP 3 109 337 B1 ). Dem Guss folgt eine mehrstufige Umformung und eine abschließende Wärmebehandlung und Endbearbeitung zur Darstellung des Endbauteils (Janschek, „Wrought TiAl blades“, Materials Today: Proceedings 2S, Seiten S92-S97, 2015). Durch das Schmieden und eine anschließende Wärmebehandlung lassen sich gute Eigenschaften der Bauteile erzielen, allerdings ist hiermit ein relativ hoher Materialverbrauch und Prozessaufwand verbunden. Alternativ wird das Endbauteil nach erfolgter Wärmebehandlung direkt durch mechanische Bearbeitung aus dem Gussblock erzeugt, siehe Patente EP 3 083 132 B1 , EP 3 083 133 B1 , EP 3 083 134 B1 oder WO 2015/092239 A1 , WO 2016/189254 A1 , WO 2016/142611 A1 .
Dieser hohe Materialeinsatz könnte reduziert werden, wenn eine Möglichkeit gegeben wäre, Halbzeuge, die bereits nach dem Guss eine über die Längsachse variierende Volumenverteilung mit einer oder mehreren Hinterschneidungen aufweisen, über einen Kokillenguss herstellen zu können. Der Einsatz eines solchen Rohlings im Schmiede- oder Bearbeitungsprozess würde gegenüber der bisher bekannten Vorgehensweise eine Reduzierung der Anzahl von Umformschritten ( DE 10 2015 103 422 B3 ) mit anschließender Wärmebehandlung und Endbearbeitung ermöglichen oder die Möglichkeit bieten, bei möglichst endkonturnahem (near-net-shape) Guss direkt durch eine Kombination aus Wärmebehandlung und Endbearbeitung das Fertigbauteil herstellen zu können (Schievenbusch J., Verbundprojekt Skin, Schlussbericht von Access e.V., 2017) (Janschek P., Verbundprojekt Skin, Schlussbericht von Leistritz Turbinentechnik GmbH, 2017).
Aufgrund der Gießeigenschaften von Titanaluminid-Legierungen (TiAI-Legierungen) sowie deren duktil-spröd-Übergang beim Abkühlen sowie dem äußerst spröden Verhalten bei Raumtemperatur ist das Gießen von vorkonturierten Halbzeugprofilen in Dauerformen, insbesondere von Profilen, die in der Gießform definierte Hinterschneidungen aufweisen, nicht möglich. Dies resultiert insbesondere aus der Festkörperkontraktion der erkaltenden TiAI-Legierung, also der Volumenschwindung. Hierdurch kommt es insbesondere im Bereich der Hinterschneidungen zu einer hohen Belastung des Gusswerkstoffs, die zu einer Schädigung des Gussteils bis hin zur Ausbildung von Rissen oder zum Bruch führen kann. Ähnliche Herausforderungen ergeben sich beim Gießen von Eisenaluminiden und anderen spröden oder rissanfälligen Werkstoffen.
In den Patenten EP 3 225 330 A1 und EP 3 225 331 A1 sind verschiedene Möglichkeiten genannt, ein konturiertes Gussteil, insbesondere aus spröden Werkstoffen, in einer metallischen Dauerform herzustellen. Hierbei wird über an dem Gussteil bzw. der Kokille angebrachte Formschrägen die Kraft des kontrahierenden Gussteils genutzt, um die Kokillenhälften zu öffnen. Um die teilweise schweren Kokillenhälften öffnen zu können wird eine gewisse Kraft erforderlich. Diese Kraft muss bereits in der Anfangsphase der Erstarrung, d.h. im teilerstarrten Gussteil aufgebracht werden. Bei diesen hohen Temperaturen weisen die meisten Legierungen geringe Fließgrenzen auf. Bei geringen Bauteilquerschnitten wie sie bei filigranen Turbinenschaufeln vorkommen, kann daher keine ausreichende Kraft zum Öffnen der Kokillenhälften aufgebracht werden, sodass nur Bauteile mit größerer Wandstärke realisiert werden können. Ein weiterer Nachteil der in diesem Patent dargestellten Lösung ist der zusätzliche Materialbedarf um die am Gussteil benötigten Formschrägen mit einem Winkel von 30-60° zur Teilungsebene anzubringen. Bei größeren Winkeln nimmt die Reibungskomponente zwischen Gussteil und Kokille soweit zu, dass das gezeigte Funktionsprinzip nicht mehr anwendbar ist. Auch für Gussteile ohne Schrägflächen wird eine Lösung in dem Patent genannt. Hierbei sind die Schrägflächen zwischen den Kokillenteilen vorgesehen und bewirken ebenfalls ein Öffnen der Kokille. Doch auch hier ist die Reibung ein entscheidender Faktor. Das noch heiße oder sogar teilflüssige Gussteil muss bei der Kontraktion die Reibung zwischen den Kokillenteilen und die Reibung zwischen Gussteil und Kokille überwinden. Dies gestaltet sich in der Praxis nur bei sehr großen Bauteildurchmessern umsetzbar. Daher wird weiterhin eine Lösung für dünnwandige und komplexe Gussteile benötigt. Durch die ebenfalls genannten aktuatorunterstützten Öffnungsprinzipien können einige der Herausforderungen gelöst werden, jedoch ist dies mit einem erheblichen Kosten- und Wartungsaufwand verbunden, sodass eine günstige und wartungsarme Lösung weiterhin benötigt wird.
Des Weiteren ist es mit dieser Lösung nicht möglich, Freiformflächen zu verwenden, da diese ebenfalls zu einer weiter erhöhten Reibung führen würden oder sogar als unüberwindbarer Widerstand agieren. Daher ist weiterhin eine Lösung notwendig, um auch Gussteile mit Freiformflächen, geringen Wandstärken, mit Flächen, welche einen großen Winkel zur Längsachse des Gussteils aufweisen, vorzugsweise größer 60° und ohne fehleranfällige/teure Aktuatoren, herstellen zu können.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Kokille und ein entsprechendes Verfahren anzugeben, das den Guss von Werkstoffen mit sprödem Versagensverhalten und Neigung zu Rissbildung, insbesondere intermetallischen Legierungen wie z.B. den Titanaluminid- oder Eisenaluminid-Legierungen oder anderen spröden und rissanfälligen Werkstoffen zur Herstellung auch komplex konturierter Metallgegenstände ermöglicht.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Kokille der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass im Bereich des geringsten Durchmessers entlang der Längsachse des zu gießenden Metallgegenstandes (Gussteil) ein Einleger genutzt wird, welcher die davor bzw. dahinter liegenden Kokillenteile verbindet und die Kavität vollendet, um eine vollständige Formfüllung zu gewährleisten und mit Beginn der Volumenkontraktion in der Lage ist, durch Verformung den auftretenden Kräften nachzugeben. Dieser Einleger (Schrumpfring) kann entweder durch elastische oder durch plastische Verformung der Volumenkontraktion des Gussteils nachgeben. Bei elastischer Verformung kann er erneut wiederverwendet werden, bei plastischer Verformung muss für jedes Gussteil ein neuer oder überarbeiteter Einleger eingesetzt werden. Alternativ kann der Einleger auch durch Sprödbruch nachgeben und somit, nachdem er zerbrochen ist, eine freie Kontraktion des Gussteils durch den freigelegten Teil erlauben. Hierbei ist wichtig, dass der Bruch, die elastische oder plastische Verformung des Einlegers erfolgt, bevor das Gussteil über seine Streckgrenze hinaus belastet wird, um Deformation oder Rissbildung im Gussteil zu vermeiden. Ein wesentlicher Unterschied zu der in EP 3 225 330 A1 genannten Lösung ist, dass keine Öffnung der Kokille stattfindet und somit weiterhin eine hohe Wärmeabfuhr aus dem Gussteil durch geringe Spaltbildung ermöglicht wird. Einzig im Bereich des Einlegers kann es je nach eingesetztem Werkstoff und Wandstärke des Einlegers zu einer verminderten Wärmeabfuhr kommen. Bei geringer Wandstärke des Einlegers oder einem Werkstoff mit geringer Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zum Rest der Kokille, kann es zur Bildung eines Wärmezentrums kommen. Dies kann gegebenenfalls zu Lunkerbildung an entsprechender Stelle im Gussteil führen. Um dies zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, den Einleger in der Nähe eines Speisers zu positionieren und durch eine gelenkte Erstarrung dicht zu speisen. Ein weiterer Vorteil der hier genannten Lösung besteht darin, dass ein Abscheren des Gussteils über die Formschrägen zum Öffnen der Kokille nicht notwendig ist und die dabei entstehende Reibung zwischen den Oberflächen von Gussteil und Kokille vermieden wird. Durch die Reibung kann es zu einer erhöhten Oberflächenbelastung kommen, welche den Verschleiß der Kokille erhöht und zu Oberflächendefekten am Gussteil führen kann.
Die erfindungsgemäße Kokille zeichnet sich dadurch aus, dass Mittel vorgesehen sind, die es ermöglichen, der Kontraktion des Gussteils nachzugeben, um zusätzliche abkühlungs- und schrumpfungsbedingt einstellende Spannungen im Rohling zu vermeiden, so dass sich diese nicht negativ auf die Eigenschaften des gegossenen Metallgegenstandes auswirken. Zu diesem Zweck ist eint sind mehrere Einleger vorgesehen, die einerseits den Fluss der metallischen Schmelze von einem Formnest zum anderen ermöglichen und so eine vollständige Formfüllung sicherstellen und andererseits nach vollständiger Formfüllung der Volumenkontraktion nachgeben können.
Nachfolgend wird der Einfüllvorgang der Schmelze in die Kokille und die daraufhin erfolgende Volumenkontraktion des gegossenen Metallgegenstandes näher erläutert. Durch eine Vertiefung (23) in den jeweils umliegenden Kokillenteilen kann der Einleger an einer Position fixiert werden. Der Einleger definiert über seine Länge den Abstand zwischen den umliegenden Kokillenteilen und damit die Ausgangslänge des Gussteils. Beim Einfließen der Schmelze agiert der Einleger als eine Art „Leitung“ und sorgt für eine vollständige Formfüllung der Kavität. Das Gussteil füllt nun die Kavität vollständig aus und liegt an allen Bereichen eng an der Kokillenwand an. Die Erstarrung des Gussteils erfolgt vom Rand hin zur Mitte, wodurch sich zu Beginn eine Randschale bildet. Diese Randschale kontrahiert mit zunehmender Abkühlung entsprechend dem thermischen Ausdehnungskoeffizient der verwendeten Legierung und löst sich teilweise von der Kokillenwand ab. Beim weiteren Abkühlen ändert der Metallgegenstand seine Größe (Festkörperschwindung) und zwar in jeder Raumrichtung, sofern er ungehindert Schrumpfen kann. Diese Größenänderung ist abhängig vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der Temperaturdifferenz und der Ausgangslänge des Gussteils. Der Ausdehnungskoeffizient und die Temperaturdifferenz ist für das gesamte Gussteil gleich, die Ausgangslänge in jede der drei Raumrichtungen ist jedoch in der Regel nicht gleich, sodass das Gussteil entlang seiner unterschiedlichen Längenausdehnungen verschieden stark schrumpft/kontrahiert. Entlang der größten Längenausdehnung kontrahiert das Gussteil demnach absolut stärker, wodurch höhere Spannungen zwischen Gussteil und Kokille in dieser Raumrichtung entstehen. Diese müssen von der Kokille abgebaut werden, um die Belastung auf das noch heiße/teilflüssige Gussteil zu reduzieren und ein Reißen des Gussteils zu vermeiden. Diese Aufgabe übernimmt der Einleger in der Kokille. Er weist eine geringere Festigkeit als der kontrahierende Gusskörper auf und wird somit gestaucht. Je größer der schrumpfungsbedingte Volumenschwund des Metallgegenstands, mithin also seine Größenänderung, desto näher werden die Kokillenteile zueinander bewegt. Auf die Formgebung des konturierten Metallgegenstandes hat dieses Öffnen der Kokillenteile keinen Einfluss mehr, da der Metallgegenstand zumindest randseitig und mit zunehmender Abkühlung auch im Volumen bereits erstarrt ist. In Folge des durch den Metallgegenstand selbst erwirkte Stauchen der Kokille werden folglich die zwischen dem Metallgegenstand und der Kokille schrumpfungsbedingt entstehenden Spannungen reduziert respektive abgebaut, so dass der Metallgegenstand weitgehend spannungsfrei erstarren und abkühlen kann.
Nachfolgend wird das Stauchen der Kokille durch den erstarrenden Metallgegenstand selbst, näher erläutert. Dies geschieht wie beschrieben dadurch, dass der erstarrende Metallgegenstand aufgrund der Volumenunterschiede entlang seiner Längsachse auf einige Flächen der Kokille aufschrumpft. Diese Flächen können je nach Kontur des Metallgegenstands respektive der Kavität frei geformt sein. Diese Fläche wirkt wie eine Art Anker für das kontrahierende Gussteile und würde in einer starren Kokille die Volumenkontraktion verhindern. Dies kann je nach Gusswerkstoff zu Einschnürung durch plastische Verformung, Rissen oder dem vollständigen Versagen des Gussteils führen. Insbesondere spröde Werkstoffe versagen in einem solchen Fall katastrophal durch Bruch. Daher wird in dieser Erfindung die über die genannte Fläche oder die Flächen aufgenommene Kraft auf den zwischen zwei oder mehr Kokillenteilen liegenden Einleger übertragen. Dieser wird durch die auftretenden Kräfte gestaucht und gleicht damit die Volumenkontraktion des Gussteils aus. Der Einleger muss hierbei so ausgelegt werden, dass die vom kontrahierenden Gussteil induzierten Spannungen ausreichen, dabei muss sich der Einleger soweit verformen können, dass er die Volumenkontraktion des Gussteils vollständig ausgleicht.
Nachfolgend wird der Einleger näher beschrieben. Der Einleger kann in verschiedenen Geometrien ausgeführt sein und damit eine Vielzahl verschiedener Gussbauteile abbilden. Es ist möglich den Einleger als Hohlzylinder, Rechteckrohr oder Freiform (bspw. Schaufelprofil) auszulegen und er kann aus verschiedenen Materialien gefertigt werden. Je nach auftretenden Kräften kann ein passendes Material und eine geeignete Wandstärke verwendet werden. Die auftretenden Kräfte sind abhängig von der Gusslegierung, den Abkühlbedingungen und dem Querschnitt des Gussteils. Bevorzugte Wandstärken des Einlegers liegen zwischen 0,2 mm und 10 mm. Es können auch innerhalb eines Einlegers verschiedene Wandstärken eingesetzt werden, wenn beispielsweise eine komplexe Geometrie mit unterschiedlich auftretenden Kontraktionskräften vorliegt oder gezielt eine Sollbruchstelle des Einlegers erzeugt werden soll. Wird der Einsatz aus einem Stück eingelegt, so muss dieser nach dem Guss mit einem geeigneten Verfahren mechanisch entfernt werden. Als sehr praktikabel hat es sich erwiesen den Einleger mehrteilig zu gestalten. So kann er, nachdem das Gussteil vollständig abgekühlt ist, abgenommen werden und es liegt das fertige Gussteil bereit.
Der Einleger selbst besteht bevorzugt entsprechend der Kokille aus einem Metallwerkstoff und sollte in Bezug auf die resultierenden Kräfte infolge der Volumenkontraktion des Gussteils ausgewählt werden. Der Einleger muss in Abhängigkeit seiner Temperatur und Geometrie nachgiebig genug sein, um Rissbildung oder Dehnung des Gussmaterials zu vermeiden. Des Weiteren muss der Einleger der metallischen Schmelze ausreichend Widerstand bieten, um beispielsweise ein frühzeitiges Verformen während der Formfüllung, ein Schmelzen des Einlegers und Auslaufen der Schmelze, eine Verunreinigung der Schmelze durch Reaktion/Anlösen oder weitere denkbare Fehler zu verhindern. Der Einleger kann aus dem gleichen Werkstoff wie die Kokille bestehen oder aber aus einem unterschiedlichen Material oder einem unterschiedlichen Werkstoff gefertigt sein. Der Einleger muss dabei allerdings nicht aus einem metallischen Werkstoff bestehen. Ein Einleger aus Graphit, speziellem Glas oder Keramik ist ebenfalls verwendbar, da dieser eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist und eine vollständige Formfüllung ermöglicht. Mit Beginn der Volumenkontraktion des Gussteils und Überschreiten einer kritischen Spannung zerspringt der Graphit-, Glas- oder Keramikeinsatz und ermöglich anschließend eine nahezu widerstandsfreie Volumenkontraktion des Gussteils. Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr aus dem Gussteil, kann der Einleger mit wärmeableitenden Materialien umhüllt werden, welche die Stauchung des Ringes nicht oder nur geringfügig beeinflussen. Hierfür eignen sich beispielsweise Wärmeleitpaste und Wärmeleitmatten.
Die Kokille selbst ist bevorzugt eine metallene Dauerform. Sie besteht aus einem Metallwerkstoff wie beispielsweise Gusseisen, Stahl, Kupfer, Niob oder Molybdän sowie etwaigen hieraus gebildeten Legierungen. Die Kokille kann jedoch auch aus Graphit gefertigt sein. Grundsätzlich können alle Werkstoffe verwendet werden, die aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften und chemischen Beständigkeit gegenüber der Metallschmelze verwendet werden können.
Die Kokille kann je nach Auslegung sowohl im Schleudergieß- als auch im Schwerkraftgießverfahren oder im Kippgussverfahren, sowie weiteren Gießverfahren verwendet werden.
Die Kokillenteile sind wie beschrieben so miteinander gekoppelt, dass sie durch hinreichenden Druck, den der Metallgegenstand auf eine oder beide Kokillenteile ausübt, zueinander bewegt werden können, sie sind also nicht in Gänze unbeweglich miteinander verspannt.
Zweckmäßig ist es, wenn die Kokillenteile über Führungsmittel aneinander geführt bewegbar sind. Die Kokillenteile sind also über die Verbindungsabschnitte oder Führungen definiert relativ zueinander angeordnet, so dass sich eine definiert geschlossene Kokille mit einer geschlossenen Kavität ergibt. Beim Heranziehen der Kokillenteile während der Gussteilkontraktion entsteht Reibung zwischen den benachbarten Kokillenteilen und/oder der Montageplatte. Um diese Reibung zu verringern kann eine Beschichtung aufgetragen werden oder die entsprechenden Kokillenteile gelagert montiert werden. Hierfür eignen sich Kugellager, Gleitlager oder andere Lagertypen.
Eine weitere Möglichkeit, das Gussteil bei der Kontraktion zu unterstützen besteht darin, die Kokille mit Hilfe von Federn vorzuspannen. Hierzu muss die Federkraft so gewählt werden, dass die auf den Einleger wirkende Spannung unterhalb seiner Fließgrenze liegt, um ein frühzeitiges Stauchen der Kokille zu verhindern. Alternativ ist die Verwendung von Aktuatoren zur Unterstützung der Stauchung des Einlegers anwendbar. Nach erfolgreicher Formfüllung kann durch einen/mehrere Aktuator/en die Stauchung des Einlegers eingeleitet werden. Hierzu muss die Bewegung des Aktuators/ der Aktuatoren an die Festkörperkontraktion des Gussteils angepasst werden.
Beschreibung des Verfahrens
Neben der Kokille selbst betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zum Gießen eines Metallgegenstands unter Verwendung einer Kokille bestehend aus mehreren verbindbaren Kokillenteilen, wobei sich die Kokillenteile bei geschlossener Kokille zu einer Kavität mit einem entlang der Längsachse variierenden Volumen mit einer oder mehreren Hinterschneidungen ergänzen und längs einer ebenen oder freigeformten Trennebene voneinander lösbar sind, insbesondere einer Kokille der zuvor beschriebenen Art. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass nach dem Einbringen einer Schmelze in die Kavität die Kokille zum Abbau schrumpfungsbedingt im Inneren entstehender Kräfte gestaucht wird. Der durch Abkühlen insbesondere über seine Längsachse schrumpfende Metallgegenstand drückt erfindungsgemäß schrumpfungs- oder kontraktionsbedingt direkt oder indirekt gegen eine Fläche, von der aus die wirkende Kraft auf den Einleger übertragen wird und dieser bei Überschreiten seiner maximalen Festigkeit der Kontraktion des Gussteils nachgibt. Die Kokille kann je nach Auslegung sowohl im Schleudergieß- als auch im Schwerkraftgießverfahren oder im Kippgussverfahren, sowie weiteren Gießverfahren verwendet werden.
Erfindungsgemäß wird ein Metallgegenstand aus einer intermetallischen Legierung wie beispielsweise Titanaluminid oder Eisenaluminid oder ein anderer Werkstoff, welcher beim Abkühlen zu Rissbildung neigt, verarbeitet. Als Kokille wird eine Dauerform verwendet, welche die physikalischen und chemischen Eigenschaften aufweist, die den Guss der verwendeten Legierung erlauben respektive hinreichend gegenüber diesem Material beständig sind.
Bevorzugt, jedoch nicht zwingend, wird eine Kokille der zuvor beschriebenen Art verwendet.
Sämtliche Ausführungen betreffend die Kokille gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren, und umgekehrt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Einzelne Vorteile und Einzelheiten sind auch miteinander kombinierbar und es werden nicht alle möglichen Kombinationen gezeigt. Dabei zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung einer Kokille in einer Schnittansicht,
2 eine Prinzipdarstellung eines Metallgegenstands mit Hinterschnitt einer ersten Ausführungsform, beispielsweise für die Herstellung einer Niederdruckturbinenschaufel,
3 eine Prinzipdarstellung einer Kokille einer zweiten Ausführungsform in einer Schnittansicht a) und einer Ansicht auf die Teilungsebene b),
4 eine Prinzipdarstellung eines Metallgegenstands einer zweiten Ausführungsform, beispielsweise für die Herstellung einer Niederdruckturbinenschaufel, in einer Seitenansicht a) und einer Draufsicht b), der in der Kokille nach 3 gegossen werden kann,
5 eine erfindungsgemäße Kokille einer ersten Ausführungsform in drei Zuständen a) Kokille mit eingefüllter Schmelze, b) Beginn der Gussteilkontraktion und Stauchung des Einlegers und c) Kokille und Gussteil nach vollständiger Abkühlung und Kontraktion mit verformten Einleger, zur Erläuterung des Kontraktionsvorgangs des Gussteils und der daraus resultierenden Stauchung des Einlegers,
6 eine erfindungsgemäße Kokille einer dritten Ausführungsform mit einem geführten Kokilleneinsatz zur Vermeidung von Verzug in drei Zuständen a) Kokille mit eingefüllter Schmelze, b) Beginn der Gussteilkontraktion und Stauchung des Einlegers und c) Kokille und Gussteil nach vollständiger Abkühlung und Kontraktion mit verformten Einleger,
7 eine erfindungsgemäße Kokille einer vierten Ausführungsform mit Kugellagern zwischen den Kokillenteilen,
8 eine erfindungsgemäße Kokille einer fünften Ausführungsform für den Vertikalschleuderguss in drei Zuständen a) Kokille mit eingefüllter Schmelze, b) Beginn der Gussteilkontraktion und Stauchung des Einlegers und c) Kokille und Gussteil nach vollständiger Abkühlung und Kontraktion mit verformten Einleger,
9 Prinzipdarstellung verschiedener Varianten des Einlegers mit Sicht in Flucht der Längsachse a) einteiliger, geschlossener Ring, b) mehrteiliger, geteilter Ring, c) einteiliges, geschlossenes Rechteckrohr, d) mehrteiliges, geteiltes Rechteckrohr, e) einteiliger freigeformter Einleger, angepasst an Schaufelprofil einer Turbinenschaufel, f) mehrteiliger, freigeformter Einleger, angepasst an Schaufelprofil einer Turbinenschaufel
10 eine Prinzipdarstellung eines Metallgegenstands einer dritten Ausführungsform, beispielsweise für die Herstellung einer Niederdruckturbinenschaufel,
11 eine Prinzipdarstellung einer Kokille einer weiteren Ausführungsform für den in 10 gezeigten Metallgegenstand
12 eine erfindungsgemäße Kokille einer weiteren Ausführungsform für Gussteile mit mehr als einer Hinterschneidung
13 eine Detailansicht des Einlegerbereichs einer erfindungsgemäßen Kokille ohne eingesetzten Einleger a) und mit eingesetztem Einleger b)

1 zeigt eine Kokille 1 bestehend aus fünf Kokillenteilen 2a, 2b, 3a, 3b, 4. In der zusammengesetzten Form definieren diese eine Kavität 5, die zum Gießen eines konturierten Metallgegenstandes mit Schmelze zu füllen ist.
Die beiden Kokillenteile 2a und 2b sowie 3a und 3b sind voneinander längs einer im gezeigten Beispiel ebenen Trennebene 6 trennbar, um den erstarrten und abgekühlten Metallgegenstand aus der Kavität 5 entnehmen zu können.
Im gezeigten Beispiel ist die Kavität 5 zum Gießen eines Metallgegenstandes zur Herstellung einer Niederdruckturbinenschaufel ausgelegt. Die Kavität 5 weist ein über ihre Längsachse variierendes Volumen mit zwei randseitigen größeren Volumenbereichen 5a, 5b sowie einen mittleren, schmaleren Volumenbereich 5c auf. Ersichtlich weisen die Volumenbereiche 5a, 5b jeweils Hinterschneidungen auf, resultierend aus der Durchmesservergrößerung. Die Volumenabschnitte 5a, 5b, 5c können rotationssymmetrisch, also rund sein, sie können aber auch drei-, vier- oder mehreckig oder freigeformt sein, je nach gewünschter Form.
2 zeigt ein Beispiel eines Metallgegenstandes 7, der mit einer Kokille 1 gemäß 1 gegossen werden kann. Dieser Metallgegenstand 7 dient wie beschrieben exemplarisch zur Herstellung einer Niederdruckturbinenschaufel. Er zeichnet sich durch ein Deckband 8, das im Volumenbereich 5b von den Kokillenteilen 3a und 3b abgebildet wird, einen Schaufelfuß 9, der im Volumenbereich 5a von den Kokillenteilen 2a und 2b abgebildet wird, und einem Schaufelblatt 10, das im Volumenbereich 5c von allen Kokillenteilen abgebildet wird, aus. Seine Form entspricht der der Kavität 5, er ist lediglich schrumpfungsbedingt etwas kleiner vom Volumen, verglichen mit dem Volumen der Kavität 5. Hierauf wird nachfolgend noch eingegangen.
4 zeigt in einer Draufsicht a) und einer Seitenansicht b) eine zweite Ausführungsform eines Metallgegenstandes 7', der gleichermaßen zur Herstellung einer Niederdruckturbinenschaufel geeignet ist und der in einer Kokille 11 gemäß 3 gegossen werden kann. Dieser Metallgegenstand 7' weist ebenfalls ein Deckband 8', einen Schaufelfuß 9' sowie ein Schaufelblatt 10' auf. An ihm ist jedoch, seitlich vorspringend, ein Speiser 12 angebracht, der einen Materialnachfluss in den eigentlichen Raum der Kavität 5 ermöglicht. Dieser Speiser 12 dient also als Materialreservoir zum Ausgleich der erstarrungsbedingten Volumenschwindung des Gussteils. Die Kavität 5 weist hierzu, siehe 3, einen entsprechenden, seitlich erweiterten Formnestabschnitt 5d auf. In 3 ist im oberen Teil a) exemplarisch eine Schnittansicht durch die fünf Kokillenteile 2a, 2b, 3a, 3b und 4 gezeigt, während 3 im Teil b) eine Draufsicht auf die Kokillenteile 2a, 3a und eine Hälfte des Einlegers 4 zeigt.
Beim Gießen derartiger Metallgegenstände 7, 7', wie in den 2 und 4 gezeigt, beispielsweise aus einer Titanaluminid-Legierung, stellt sich eine beachtliche Volumenkontraktion des Gussteils während der Abkühlung ein, die zu hohen Spannungen des in der Kavität 5 eingeschlossenen Metallgegenstandes führen würde, da die Volumenschrumpfung über die Hinterschneidungen im Bereich der Volumenabschnitte 5a, 5b respektive 5d behindert wäre. Um einen Spannungsabbau zu realisieren ist jedoch, wie in den nachfolgenden 5 - 8 gezeigt wird, eine Möglichkeit angegeben, wie die Kokille 1 und weitere Ausführungsformen definiert kontrahiert werden können, um einen Spannungsabbau zu realisieren.
5 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kokille 1 bestehend aus den fünf Kokillenteilen 2a, 2b, 3a, 3b und 4. Die Kokillenteile 2a und 2b sowie 3a und 3b sind miteinander verbunden. Dies kann über Klemmen, Schrauben oder andere Hilfsmittel gelöst werden. Diese beiden Teilkokillen 2a/2b und 3a/3b sind zueinander bewegbar und werden durch den Einleger 4 in einem von seiner Länge abhängigen Abstand zueinander positioniert. In dem gezeigten Beispiel wird die Kokille im Schwerkraftguss verwendet. Die beiden miteinander verbundenen unteren Kokillenteile 3a und 3b stehen hierbei auf dem Boden. Die beiden oberen miteinander verbundenen Kokillenteile 2a und 2b stehen auf dem Einleger 4 und bilden somit die vollständige Kavität ab.
Ausgehend vom Bildabschnitt a) wird zunächst die Schmelze in die Kavität 5 der Kokille 1 eingebracht, die sodann langsam in der Kokille 1 erstarrt, so dass sich der Metallgegenstand 7 (gleichermaßen könnte auch der Metallgegenstand 7' gebildet werden) bildet.
Mit zunehmender Erstarrung und Abkühlung schrumpft der Metallgegenstand 7, wie im Figurenteil b) gezeigt ist. Über die beiden Pfeile 13 ist angedeutet, dass sich das Volumen insbesondere axial reduziert, das heißt, dass sich der Metallgegenstand quasi verkürzt. Nachdem der Metallgegenstand randseitig, gegebenenfalls bereits im gesamten Volumen erstarrt ist, kommt es dazu, dass der Metallgegenstand 7 durch den Hinterschnitt infolge der entlang der Längsachse variierenden Volumen auf die Kokille aufschrumpft. Es baut sich also ein Druck auf den Einleger auf. Aufgrund der geringeren Festigkeit des Einlegers gegenüber dem erstarrenden Gussteil wird infolge der Volumenkontraktion des Gussteils der Einleger durch die von der Kokille übertragene Kraft deformiert.
Nimmt die Abkühlung und damit die Volumenkontraktion weiter zu, wie in c) durch die Pfeile 13 gezeigt ist, so drückt respektive arbeitet der Metallgegenstand 7 immer weiter respektive stärker gegen den Einleger, so dass der Einleger immer weiter gestaucht wird. Die Kraft wird hierbei vom gegossenen Metallgegenstand 7 ausgehend über die Kokillenteile auf den Einleger übertragen. Der Schrumpfungs- und Verformungsgrad ist in den Figuren (dies gilt für alle Figuren) übercharakterisiert, um das Funktionsprinzip anschaulich darstellen zu können. Außerdem ist ausschließlich die Kontraktion in Längsrichtung des Gussteils dargestellt. Die auftretende Kontraktion in die anderen Raumrichtungen ist nicht dargestellt.
Dadurch, dass der Einleger in diesem Fall sukzessive durch den sukzessiv schrumpfenden Metallgegenstand gestaucht wird, wird hierüber zwangsläufig die Spannung zwischen Metallgegenstand und den Kokillenteilpaaren 2a/2b und 3a/3b reduziert bzw. geringgehalten. Diese geringen Spannungen können sich, bei korrekter Auslegung des Einlegers, nicht mehr schädlich auf den Metallgegenstand auswirken. Das Stauchen der Kokille erfolgt hier allein durch den schrumpfenden Metallgegenstand selbst.
Es ist ebenfalls möglich das zueinander bewegen der Kokillenteilpaare 2a/2b und 3a/3b durch Federelemente und/oder Aktuatoren zu unterstützen. Hierdurch ist die vom Gussteil aufzubringende Kraft entsprechend der Federkraft und/oder den Kräften des Aktuators reduziert, um den Einleger zu deformieren.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kokille 1. Die im gezeigten Beispiel aus fünf Kokillenteilen 2a, 2b, 3a, 3b und 4 besteht, welche in ihrer Gesamtheit wiederum die Kavität 5 bilden. Die Kokillenteile 2a und 2b sowie 3a und 3b sind jeweils über eine vertikale Trennebene 6 voneinander trennbar. Verbunden werden können die Kokillenteile 2a und 2b sowie 3a und 3b mit Hilfe von Schrauben, Klemmen oder anderen Hilfsmitteln, welche ein Öffnen der Kokille durch den metallostatischen Druck der eingefüllten Schmelze verhindern.
Im gezeigten Beispiel ist das Kokillenteilpaar 2a/2b wiederum über entsprechende Führungen 14 geführt mit dem anderen Kokillenteilpaar 3a/3b in Kontakt und die beiden gebildeten Kavitäten werden durch den Einleger 4 vollendet. Die Form der Kavität entspricht angenommenermaßen der Kavität wie zu 5 beschrieben, also der des Metallgegenstands 7. Gleichermaßen könnte die Kavität 5 aber auch die Form aufweisen, wie sie der Metallgegenstand 7' zeigt.
Gemäß 6 a) wird auch hier zunächst Schmelze in die Kavität 5 der Kokille 1 eingebracht, die zur Bildung des Metallgegenstandes 7 erstarrt. Es kommt wiederum mit zunehmender Erstarrung und Abkühlung zu einer Volumenkontraktion, wie durch die Pfeile 13 in Teilfigur b) dargestellt ist, die primär in Längsrichtung des Metallgegenstandes 7 gegeben ist. Der Metallgegenstand 7 zieht auch hier die Kokillenteilpaare 2a/2b und 3a/3b durch Deformation des Einlegers 4 zueinander. Die Kraft wird hierbei ebenfalls vom gegossenen Metallgegenstand 7 ausgehend über die Kokillenteile auf den Einleger übertragen. Dieser gibt als schwächstes Glied nach und ermöglicht eine spannungsarme Kontraktion des gegossenen Metallgegenstands 7.
Würde ein Metallgegenstand 7' gegossen, so hätte die Kavität die in 3 gezeigte Form und würde nach dem gleichen Funktionsprinzip funktionieren. Nach vollständiger Abkühlung und einhergehender Kontraktion des gegossenen Metallgegenstandes, dargestellt in 6 c), wird durch die Führung 14 des beweglichen Kokillenteilpaares 2a/2b die Maßhaltigkeit verbessert, indem ein seitliches Ausknicken des Gussteils verhindert wird.
7 zeigt eine Erweiterung der in 6 beschriebenen Kokille. Hierbei wurde zur Reduzierung der Reibung zwischen den Kokillenteilpaaren 2a/2b und 3a/3b im Bereich der Führung 14 ein Lager 15 eingebracht. Das Lager 15 kann als Gleitlager, Wälzlager oder ähnliches Lager ausgeführt sein und dient der Reduzierung der Reibkräfte zwischen den Kokillenteilen während der Gussteilkontraktion.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kokille 1, die für die Verwendung im Vertikalschleuderguss ausgelegt ist. In der dargestellten Variante handelt es sich um einen Aufbau ähnlich der zuvor in 6 gezeigten Kokille, wobei die beweglichen Kokillenteile 2a/2b geführt werden. Das Prinzip ist auch ohne die Führung im Schleuderguss, entsprechend den zuvor gezeigten Varianten anwendbar. In der zuvor dargestellten Variante sind die fixierten Kokillenteile 3a/3b zum Schmelzeverteiler hin (Eingussseite) positioniert und die beweglichen Kokillenteile 2a/2b liegen weiter entfernt vom Rotationsmittelpunkt 17 des Drehtellers 18. Bei dieser Variante wird die Endposition der beweglichen Kokillenteile 2a/2b durch einen Endanschlag 19 festgelegt, infolge der Fliehkraft werden die Kokillenteile gegen diesen Endanschlag gedrückt. Das gleiche Prinzip ist ebenfalls umgekehrt anwendbar, sodass die beweglichen Kokillenteile zum Rotationszentrum hin (Eingussseite) ausgerichtet sind und außerhalb davon die fixierten Kokillenteile auf dem Drehteller montiert werden. In diesem Fall wird der Endanschlag 19 nicht benötigt. Durch Rotation der Kokille auf einem Drehteller 18 wird die einströmende Schmelze durch die Fliehkraft 16 nach außen in die Kavität gedrückt. Nach vollständiger Formfüllung beginnt wie bei den zuvor beschriebenen Varianten die Kontraktion des erkaltenden Metallgegenstandes 7, wobei die beweglichen Kokillenteile 2a/2b in der dargestellten Version zum Rotationszentrum hingezogen werden und der Einleger 4 gestaucht wird, 8 b) und c).
9 zeigt verschiedene Ausführungsformen des zuvor gezeigten Einlegers 4 im Querschnitt. Dieser kann wie in Figurenteil a) zylindrisch mit Wandstärken >0,2 mm und < der umliegenden Kokillenteile ausgelegt sein oder wie im Figurenteil c) als Rechteck. Es sind jedoch auch komplexere Geometrien umsetzbar, wie im Figurenteil e) für ein Turbinenschaufelblatt beispielhaft angedeutet. Diese und weitere Querschnitte für den Einleger 4 sind auch mit Teilungsebene realisierbar. Dies hat den großen Vorteil, dass nach der Entnahme des gegossenen Metallgegenstandes der geteilte Einleger abgenommen werden kann. Bei geschlossenen Einlegern muss dieser nach dem Abguss entfernt werden. Die hier dargestellten Querschnitte möglicher Einleger dienen nur zur Anschauung der realisierbaren Variantenvielfalt und beschränken die in diesem Patent genannte Lösung nicht auf die beispielhaft dargestellten Geometrien.
10 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Metallgegenstandes 7", der gleichermaßen zur Herstellung einer Niederdruckturbinenschaufel geeignet ist und der in einer Kokille 20 gemäß 11 gegossen werden kann. Dieser Metallgegenstand 7" weist ebenfalls ein Deckband 8", einen Schaufelfuß 9" sowie ein Schaufelblatt 10" auf. Der Unterschied zu Metallgegenstand 7 ist die Stufe 21 im Schaufelblatt, welche sich aus der in Kokille 20 vorliegenden Stufe 22 bildet. Bei dieser Variante wird der Einleger nicht zwischen den Kokillenteilpaaren eingespannt, sondern liegt an einer Seite direkt am Metallgegenstand 7" an. Dies reduziert die nach der vollständigen Abkühlung des Metallgegenstandes verbleibenden Restspannungen, wodurch die Entnahme des Metallgegenstandes aus der Kokille vereinfacht wird. Diese Variante ist allerdings nur dann sinnvoll einsetzbar, wenn der erstarrende Metallgegenstand zu Beginn des Erstarrungsvorgangs eine Randschale bildet, an der sich der Einleger anlegen kann. Ebenfalls könnte ein angepasster Metallgegenstand 7' mit dieser Variante hergestellt werden.
12 zeigt eine Gussform zur Herstellung von Gussteilen mit mehreren Hinterschneidungen nach dem bereits zuvor ausführlich beschriebenen Prinzip. In dieser Darstellung handelt es sich prinzipiell um eine Gussform entsprechend 1, bei der die Kokillenteile 3a/3b nicht nach unten hin verschlossen sind, sondern die metallische Schmelze über einen weiteren Einleger 4 in die beiden Kokillenteile 24a und 24b geleitet wird. Es entsteht dementsprechend ein Gussteil mit zwei Hinterschnitten. Am zusätzlichen Hinterschnitt wird durch den weiteren Einleger in gleicher Weise die Volumenkontraktion ausgeglichen. Die Kokille kann um weitere Elemente ergänzt werden, um mehrfach hinterschnittene Gussteile herzustellen. Aus diesem Gussteil können anschließend beispielsweise Nockenwellen oder auch mehrere Turbinenschaufeln gefertigt werden.
13 zeigt die Aufnahmemöglichkeit für einen Einleger in einer möglichen Kokille. Durch eine in die Kokille eingebrachte Vertiefung 23, welche entsprechend der Wandstärke des Einlegers ausgeführt sein sollte, kann der Einleger so in der Kokille platziert werden, dass die Zielgeometrie des zu gießenden Metallgegenstandes nicht verändert wird.
Die erfindungsgemäße Kokille, gleich welcher Ausführungsform, wird insbesondere dazu verwendet, einen Metallgegenstand respektive ein Halbzeug mit einer über die Längsachse variierenden Volumenverteilung für eine schmiede- und/oder bearbeitungstechnische Weiterverarbeitung zum Fertigteil oder direkt ein Fertigteil mit einer über die Längsachse variierenden Volumenverteilung herzustellen. Das Fertigteil kann insbesondere, jedoch nicht ausschließlich für den Einsatz in einer Kolbenmaschine oder einer Gasturbine, insbesondere in Flugtriebwerken, vorgesehen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3109337 B1 [0002]
EP 3083132 B1 [0002]
EP 3083133 B1 [0002]
EP 3083134 B1 [0002]
WO 2015/092239 A1 [0002]
WO 2016/189254 A1 [0002]
WO 2016/142611 A1 [0002]
DE 102015103422 B3 [0003]
EP 3225330 A1 [0005, 0008]
EP 3225331 A1 [0005]

Claims

Kokille zum Gießen eines Metallgegenstands mit mindestens einem Hinterschnitt, bestehend aus mehreren verbindbaren Kokillenteilen (2a, 2b, 3a, 3b, 4, ggf. 24a und 24b), wobei sich die Kokillenteile bei geschlossener Kokille (1) zu einer Kavität (5) mit einem längs einer Achse variierenden Volumen mit einer oder mehreren Hinterschneidungen ergänzen und entlang einer ebenen oder freigeformten Trennebene (6) voneinander lösbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Kokillenteil (4) (nachfolgend Einleger genannt) die jeweils paarweise miteinander verbundenen Kokillenteile 2a und 2b, 3a und 3b, sowie ggf. weitere Kokillenteile (24a und 24b) miteinander verbindet und den Schmelzefluss entlang der gesamten Kavität während der Formfüllung ermöglicht und derart angeordnet ist, dass der/die Einleger bei Erkalten des gegossenen Metallgegenstandes der Volumenkontraktion nachgibt, um die kontraktionsbedingt auftretenden Spannungen zwischen den entlang der Längsachse variierenden Volumina abzubauen, wobei mindestens ein Kokillenteilpaar 2a/2b oder 3a/3b oder 24a/24b beweglich montiert werden muss, sodass diese vom kontrahierenden gegossenen Metallgegenstand zueinander bewegt werden können.
Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen des Einlegers (4) derart in den umliegenden Kokillenteilen eingebracht werden, dass die kontraktionsbedingt auftretenden Kräfte von der Kokille auf den Einleger übertragen werden können.
Kokille nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (4) mit einer oder beiden Stirnflächen direkt am gegossenen Metallgegenstand anliegt.
Kokille nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eingesetzte Einleger (4) geometrisch frei der Kontur des zu gießenden Metallgegenstandes angepasst werden kann.
Kokille nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (4) eine Wandstärke >0,2 mm und < der Kokillenwandstärke aufweist und aus einem Werkstoff besteht, welcher nicht mit der vergossenen Schmelze reagiert.
Kokille nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (4) zur Erhöhung der Wärmeabfuhr mit Wärme ableitenden Materialien umhüllt ist.
Kokille nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger (4) aus mehreren Teilen besteht.
Kokille nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Kokillenteile, zum Vermeiden von Verzug entlang der Längsachse des gegossenen Metallgegenstands, zueinander geführt werden.
Kokille nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Kokillenteile, zum leichteren zusammenziehen durch den gegossenen Metallgegenstand, beschichtet oder gelagert ausgeführt sind.
Kokille nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Kokillenteile zum leichteren zusammenziehen durch den gegossenen Metallgegenstand, mit einer vorgespannten Feder und/oder Aktuatoren unterstützt werden.
Verfahren zum Gießen eines konturierten Metallgegenstands unter Verwendung einer Kokille (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche bestehend aus mehreren verbindbaren Kokillenteilen (2a, 2b, 3a, 3b, 4), wobei sich die Kokillenteile bei geschlossener Kokille (1) zu einer Kavität (5) mit wenigstens einer Hinterschneidung ergänzen und längs einer ebenen oder freigeformten Trennebene (6) voneinander lösbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen einer Schmelze in die Kavität (5) der Einleger (4) zum Abbau eines schrumpfungsbedingt im Inneren entstehenden Drucks gestaucht wird, wobei - entweder die Kokillenteile durch den schrumpfenden Metallgegenstand gegen den von dem Einleger ausgehenden Widerstand zusammengezogen werden, - oder die Kontraktion des Metallgegenstands durch an der Kokille angebrachte Federn und/oder Aktuatoren unterstützt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallgegenstand (7, 7', 7") aus einer intermetallischen Legierung wie Titanaluminid, Eisenaluminid oder einer sonstigen spröden Legierung gegossen wird, welche beim Aufschrumpfen auf die Form infolge der Festkörperkontraktion zu Rissen neigt.