CH246741A - Turbinenschaufel, die mindestens zum Teil aus gesintertem Werkstoff besteht, für Arbeitsmittel hoher Temperatur. - Google Patents

Description

  Turbinenschaufel, die     mindestens        zum    Teil aus gesintertem     Werkstoff    besteht,       für        Arbeitsmittel    hoher Temperatur.         Eine    Turbinenschaufel für     Arbeitsmittel     hoher Temperatur, z. B.     eine        Gasturbinen-          Schaufel,    sollte wenigstens folgende Eigen  schaften besitzen:  1. Hohe     Dauerstandfestigkeit    bis zu Tem  peraturen über 700  C.  



  2. Kleines.     spezifisches        Gewicht.     



  d,. Gute Wärmeleitfähigkeit und     Tempe-          raturwechselbeständigkeit.     4. Grosse Oberflächenhärte.  



  5. Einfache und solide     Befestigungsmög-          lichkeit.     



  6. Schwere     Oxydierbarkeit,    das     heisst     gute     Zunderbeständigkeit.        _     Es     ist    bekannt,     gesinterte    Turbinenschau  feln aus     homogen    gemischten Metall- und       Keramikpulvern    herzustellen. Solche Schau  feln sind spezifisch leichter als Stahlschau  feln. Ihre Beanspruchung ist also weniger  hoch. Bei gleicher Dauerstandfestigkeit bei  der     Schaufeln    gestattet die gesinterte Bau  art eine höhere     Betriebstemperatur.    Der Fuss  muss aber nicht die Festigkeit der Schaufel  haben, weil er kälter ist.

   Er kann also aus  einer bekannter Stahllegierung mit hoher  Dauerstandfestigkeit bestehen. Die Verbin  dung zwischen     Keramikkörpern        einerseits     und Metallkörpern anderseits hat man bereits  bei andern Gegenständen in der Weise voll  zogen, dass man vorerst Keramik- und Me  tallpulver derart gemischt,     übereinanderge-          schichtet        und    gepresst hat, dass der entste  hende     Pulverpresskörper    sich vom einen bis    zum andern Ende allmählich oder stufen  weise von reiner Keramik     zum    reinen Metall  ändert.

   Dieser     Pulverpresskörper        wird    dar  auf erhitzt, oder es wird das geschichtete     Pul-          vergemisch    gleichzeitig gepresst und erhitzt,  um dem     entstehenden        Sinterkörper        ein    beson  ders dichtes Gefüge zu geben. An dem aus  reinem Metall     bestehenden    Ende des     Sinter-          körpers    kann ein Metallkörper angelötet oder  in sonst geeigneter Weise befestigt werden.

    Von diesem Vorschlag wird bei der vorlie  genden     Erfindung    Gebrauch gemacht, die  eine     Turbinenschaufel    für Arbeitsmittel ho  her Temperatur betrifft.  



  Gemäss der Erfindung besitzt die Schau  fel     einen    Fuss aus Metall, an den sich ein  Schaft anschliesst, der mindestens an der  Oberfläche aus einem gesinterten, metallische  und     ogydische    Stoffe enthaltenden Pulver  gemisch mit vom     Werkstoff    des Fusses weg  abnehmendem Metallgehalt besteht.  



       Eine    so geschichtete Schaufel, z: B. mit       Stahlfuss,    lässt .sich ebensogut befestigen wie  eine solche ganz aus Stahl. Der Schaufelfuss  kann im Innern des Schaftes in diesen über  gehen.  



  In der Zeichnung sind beispielsweise  zwei verschiedene Ausführungsarten solcher  Schaufeln gemäss der Erfindung im Längs  schnitt dargestellt. In beiden Beispielen ist     a     der     Schaufelfuss,    hier     beispielsweise        in    der  bekannten Bauart nach de     Laval,        b    der  Schaufelschaft.

   Der separat hergestellte Fuss      besteht nach     Fig.    1 aus Stahl, ist also nicht  gesintert, und erstreckt sich tief in den  Schaft     hinein.    Dieser ist aus einem metal  lische und     oxydische    Stoffe enthaltenden       Pulvergemisch    derart zusammengesetzt, dass  der Metallgehalt vom Werkstoff des     Fusses     weg     immer    mehr abnimmt, so dass eine     gifte     Verbindung von     Schaft    und     Fuss    möglich ist.  



  Nach dem Beispiel in     Fig.    2 bestehen Fuss  und Schaft aus gesintertem Werkstoff in der  Weise, dass die Mischung vom Fuss zum Kopf  der Schaufel vom ungefähr reinen Metall des  Fusses allmählich oder stufenweise zu     reiner     Keramik übergeht.  



  Der Schaft kann schliesslich auch eine  Schaufelgrundform aus Stahl, z. B.     Molyb-          dän-    oder     Wolframstahi    mit einer Schutz  schicht aus metallische und     oxydische    Stoffe  enthaltendem Pulvergemisch besitzen.     Molyb-          dän        und    Wolfram oxydieren nämlich bei       Glühtemperaturen    sehr leicht und     brennen    ab.  Ohne geeignete Deck- oder Schutzschichten       sind    sie für     Gasturbinenschaufeln    unbrauch  bar. Die Schutzschicht muss genügend dicht  und nicht leicht verletzlich sein.

   Mit Kera  mik allein gemischt, ist der Schutz noch       ungenügend,    wenn das Metall der Aussen  schicht .sich mit Sauerstoff verbinden kann.  Günstiger liegt der Fäll bei einem Misch  körper aus dauerstandfestem Stahl und  Keramik, weil das Metall gleichzeitig meist  sehr     zunderfest        ist.    Als Metallpulver können  reine Metalle, wie Eisen, Nickel, Chrom,  Kobalt, Wolfram,     Molybdän,    Titan, oder  ihre Legierungen, insbesondere solche hoher  Dauerstandfestigkeit verwendet werden.  Auch Metallpulver aus     Hartmetallegierungen,     wie     Wolframkarbid    mit Kobalt- oder Nickel  zusatz, sind geeignet.

   Den     oxydischen    Teil  des Pulvergemisches wählt man     vorteilhaft     aus den     reinen    Oxyden hochschmelzender,       hiöchfeüerfester    Werkstoffe, insbesondere  solchen mit grosser Wärmeleitfähigkeit, wie  des     Berylliums    oder     Aluminiums,        Zirkons,          Magnesiums,        Thoriums.    Ferner sind Ge  mische und     Verbindungen    dieser Oxyde, wie       t          Spinell,        Zirkonsilikat    und andere, sowie  Oxyde, die weniger hoch schmelzen, wie    Quarz,

       Titanoxyd,    aber auch Porzellan (Ge  misch aus     Kaolin,    Quarz und     Feldspat),    oder  Stoffe der     Steatitgruppe        mit        Speckstein    oder  Talk .als Hauptstoff verwendbar, oder man  nimmt Glaspulver von Hartgläsern, wie       Pyrex    und     Duran,    die man infolge der     Sin-          terung    als keramikähnlich     ansprechen    kann.  



  Eine     Turbinenschaufel    gemäss der Erfin  dung kann unter gewissen     Bedingungen     sämtliche der eingangs erwähnten Eigen  schaften vereinigen:  Zu 1. Versuche haben ergeben, dass Mo  lybdändraht bei 800  C eine     Dauerstand-          festigkeit    von 10 kg/mm' hat. Für Wolfram       Jiegt    der Wert noch höher. Die Zugfestigkeit  von Keramik allein ist, verglichen mit der  von Metall, gering (0,3 bis 0,8     kg/mm').    Die  ganze Belastung muss also bei einer     Metall-          Keramikschaufel    vom Metallgerüst über  nommen werden.

   Dieses Metallgerüst kann       nun    aus den bekannten     Legierungen    hoher  Dauerstandfestigkeit bestehen oder dann aus       Molybdän    oder     Wolfram;    oder Gemischen aus  beiden.  



  Zu 2. Wie scheu .erwähnt, ist eine gesin  terte Schaufel aus     Keramikmetall    spezifisch  leichter als eine Stahlschaufel.  



  Zu 3. Es gibt keramische Stoffe, wie       Berylliumoxyd    oder     Aluminiumoxyd.,    mit  einer Wärmeleitfähigkeit ähnlich der des  Eisens. Es handelt sich um Oxyde mit  Schmelztemperaturen über 2000  C.  



  Zu 4. Die Oberflächenhärte keramischer  Werkstoffe ist bekanntlich grösser - als die  gehärteter     Stahllegierungen.    Ein Mischkör  per der beschriebenen Art wird also auch in  dieser Hinsicht günstig     sein.     



  Zu 5. -Eine geschichtete Schaufel mit  Stahlfuss lässt sich     ebensogut        befestigen    wie  eine solche ganz     aus    Stahl.  



  Zu G. Ein Mischkörper aus     dauerständ-          festem-Stahl    und     Keramik    ist schwer     oxy-          dierbar,    das heisst     zunderfest.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Turbinenschaufel, - die mindestens zum Teil aus gesintertem Werkstoff besteht; für Arbeitsmittel hoher Temperatur, dadurch- ge- kennzeichnet, dass die Schaufel einen Fuss aus Metall besitzt, an den sich ein Schaft an schliesst, der mindestens .an der Oberfläche aus einem gesinterten, metallische und oxy- dische Stoffe enthaltenden Pulvergemisch mit 'vom Werkstoff des Fusses weg abneh mendem Metallgehalt besteht.

   UNTERANSPRtJ'CHE 1. Turbinenschaufel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der oxydische Teil des Pulvergemisches ein oberhalb 2000 Celsius schmelzendes Oxyd aufweist. 2. Turbinenschaufel nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der oxydische Teil des Pulverge misches mindestens zum Teil aus Beryllium oxyd besteht. 3. Turbinenschaufel nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der oxydische Teil des Pulverge misches mindestens zum Teil aus Alumi niumoxyd besteht. 4.

   Turbinenschaufel nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der oxydische Teil des Puverge- misches aus einem Gemisch verschiedener Oxyde besteht. 5. Turbinenschaufel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der oxydische Teil des Pulvergemisches aus Porzellan be steht. 6. Turbinenschaufel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der oxydische Teil des Pulvergemisches aus Steatit besteht.

   7. Turbinenschaufel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der oxydische Teil des Pulvergemisclhes aus Glaspulver von Hartgläsern besteht. $. Turbinenschaufel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpul ver aus Eisen besteht. 9. Turbinenschaufel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpul ver aus Nickel besteht. 10. Turbinenschaufel nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver aus Chrom besteht. 11. Turbinenschaufel nach.

   Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver aus Molybdän besteht. 12. Turbinenschaufel nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver aus einer dauerstandfesten Le gierung besteht. 13: Turbinenschaufel nach Patentan spruch und Unteranspruch 12, dadurch ge kennzeichnet, dass das Metallpulver aus einer Hartmetallegierung besteht. 14. Turbinenschaufel nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaufelfuss in den Schaufelschaft hineinragt und im Innern desselben in diesen übergeht. 15.

   Turbinenschaufel nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, da.ss eine Metallschaufel mit mindestens den Schaft allseitig deckender Schutzschicht aus dem gesinterten, metallische und oxydische Stoffe enthaltenden Pulvergemisch versehen ist. 16. Turbinenschaufel nach Patentan spruch und Unteranspruch 15, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgesinterte Schutz schicht eine zunderfeste Metallegierung ent hält.

   17. Turbinenschaufel nach Patentan spruch und Unteranspruch 15, dadurch ge kennzeichnet, dass die aufgesinterte Schutz- Schicht Chrompulver enthält.