CN103797134B - 用于制造压缩机叶片的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制造压缩机叶片的方法，包括下述步骤：由奥氏体-铁素体钢锻造坯件；将坯件单轴地拉伸并且塑性地变形，同时至少检测并且监控坯件的应变和变形力；并且在达到应力的确定的边界值后结束拉伸。

Description

用于制造压缩机叶片的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造压缩机叶片的方法。

背景技术

用于抽吸大气空气的轴流式压缩机的压缩机叶片由于腐蚀受到损害。有问题的尤其是两个第一压缩机级，因为在该区域中抽吸的空气能够包含湿气。在后面的压缩机级中，空气通过压缩而被加热进而干燥。在实际中，因此，为两个第一列的压缩机叶片使用尤其耐腐蚀的材料。以所述方式，通过材料疲劳所引起的损坏降低，其中所述材料疲劳由疲劳强度因腐蚀而减小引起。通常对此使用双相钢，所述双相钢具有低的为0.2％的屈服极限。这种钢具有双相的组织，所述组织由铁素体基体连同由奥氏体构成的岛组成。当然，低的屈服极限限制了轴流式压缩机的允许的离心力进而转速。因此，压缩机叶片的构造上的结构可能性被材料特性限制，尤其在所谓的闭锁叶片(Schlossschaufeln)的情况下。

EP0005439A1公开了铁素体-奥氏体Cr-Ni钢用于锻造的涡轮机叶片的应用。所述文献描述了，叶片被分割并且确定机械的质量指标，所述质量指标在两倍的变形度时就已经必须在最小拉伸极限为600N/mm<2>时具有大于35焦耳的缺口冲击韧性。

JP62187538A、WO03/076100A1和EP0976469A2分别提及由钢制造产品，其中能够通过工件的塑性变形来实现屈服极限的增大。

在常规的轴流式压缩机中，转速受到限制，使得在压缩机叶片中不超过为0.2％的屈服极限。在此，然而不利的是，在与此相应地构造的闭锁叶片中出现高的生产成本。替选地，已经提出，为压缩机叶片使用具有高的为0.2％的屈服极限和高的耐腐蚀性的镍基合金，当然，这种镍基合金引起非常高的成本并且导致高的特定的重量。

发明内容

因此，本发明基于下述目的，提出一种用于制造压缩机叶片的方法，所述方法能够实现低成本的生产。

为了实现所述目的，开始提及类型的方法设有下述步骤：由奥氏体-铁素体钢来锻造坯件；将坯件单轴地拉伸并且塑性地变形，同时至少检测和监控坯件的应变和变形力；并且在达到应力的确定的边界值后结束拉伸。

本发明基于下述知识：通过拉伸坯件能够利用所使用的奥氏体-铁素体的钢的塑性可变形性的一部分，以便明显地提高材料的0.2％屈服极限。也称作双相钢的奥氏体-铁素体钢的特征在于高的塑性变形能力，其断裂延伸率为至少25％。与此相对地，为轴流式压缩机的后面的级使用马氏体的钢，其断裂延伸率典型地仅为至少14％。以所述方式能够大大地提高坯件的0.2％屈服极限，其中断裂延伸率几乎具有与在后面的叶片列中相同的数值。对于根据本发明的方法重要的是目的明确的、受到监控的过程，其中坯件受控地伸展，其中检测和监控应变和变形力、必要时还有其他的过程参数。

在根据本发明的方法中，优选的是，设置下述应力作为用于拉伸坯件的边界值，所述应力相应于期望的0.2％屈服极限，而最后仍存在的断裂延伸率没有下降到大约14％的数值之下。所述数值理解成近似值，对于特定的应用而言也能够设有更低的或更高的边界值，例如断裂延伸率能够位于10％和20％之间。

为了在根据本发明的方法中准确地设定所期望的材料参数、尤其是0.2％屈服极限，能够提出，检测在拉伸坯件时所使用的拉力和/或坯件的瞬时的横截面。按照根据本发明的方法的一个改进方案，能够控制或调控应变，以便控制拉伸过程。在此，必要时也在多个部位上测量和监控坯件的瞬时的横截面，以便必要时通过减小或增大来匹配拉力。以所述方式确保，拉伸过程在达到应力的确定的边界值时结束。由此，实现了叶片列的所有的压缩机叶片具有实际相同的材料特征值，使得这些压缩机叶片具有一致的性能。尤其地，这些压缩机叶片具有均匀提高的屈服极限Rp0.2*。拉伸坯件引起冷作硬化，随后，坯件的特征在于明显更高的屈服极限，其中抗拉强度几乎保持不变。

通过在根据本发明的方法中提出的目的明确的、受到监控的过程来确保，坯件的横截面基本上均匀地变形。

在根据本发明的方法的范围中，能够提出，将坯件在拉伸后分割，以便由此制造多个压缩机叶片。坯件随后被铣削成形，以便制造所期望的轮廓。

除此之外，本发明涉及一种压缩机叶片。根据本发明的压缩机叶片的特征在于其根据上述类型的方法来制造。尤其地，根据本发明的压缩机叶片由坯件通过受控的拉伸和塑性变形来制造。在下文中描述本发明的另外的设计方案。

附图说明

本发明的其他的优点和细节根据实施例参照附图来阐述。附图是示意图并且示出：

图1示出应力-应变图表；

图2示出另一个应力-应变图表；

图3示出另一个应力-应变图表；

图4示出在拉伸前的用于压缩机叶片的坯件，并且

图5示出在拉伸后的图4的坯件。

具体实施方式

图1是应力-应变图表，其中应变在横坐标上绘制并且应力在纵坐标上绘制。

在用于制造压缩机叶片的方法中使用奥氏体-铁素体钢。该不锈的钢也称作双相钢。首先由所述钢来锻造坯件。坯件为四角棒料，所述四角棒料随后被分割。以所述方式能够由坯料制造多个压缩机叶片。

从图1中得出，钢在拉力负荷下首先表现为是线性弹性的，所述区域由附图标记1示出。紧随其后的是塑性区域，也就是说，在超过确定的应变之后，在卸荷后留下塑性形变。作为线性弹性区域1和塑性区域2之间的边界值例如能够使用0.2％屈服极限3，在应力-应变图表的该点处，材料具有关于其初始状态为0.2％的应变。在图1中识别出，所应用的双相钢具有高的塑性变形能力，断裂延伸率A₅为大约25％。在弹性形变的同时达到最大的应力R_m，所述应力表示抗拉强度。

在用于制造压缩机叶片的方法中使用下述事实，在塑性形变中出现材料的冷作硬化。对此，变形过程、尤其是拉伸目的明确地中断。

图2示出应力-应变图表，其中坯件首先在线性弹性区域1中伸展。随后，经过塑性区域的开始4，直至达到特定的应变。在达到应力的确定的边界值时中断拉伸过程，使得存在特定的保持的变形。

图4示意性示出坯件5，所述坯件具有中部区域6以及直径增大的端部区段7、8。端部区段7、8在拉力机的夹爪9、10中夹紧。通过夹爪之一的轴向行进，在坯件5上施加有均匀的单轴的拉力。在坯件5上设置有测量系统11，以用于检测实际横截面。测量系统提供信号，所述信号对拉伸过程的每个时刻提供坯件5的实际的、瞬时的横截面面积的大小。因此，实际上存在的应力能够根据所应用的拉力通过除以实际的横截面面积来随时检测并且通过应变来调控。牵拉过程或拉伸过程在达到确定的应力后结束。在示出的实施例中，拉伸过程在达到应力σ*时结束，所述应力σ*明显地大于Rp0.2。

图5示出在拉伸过程结束之后的图4的坯件5。通过由拉力机使用的拉力，坯件5然而仅在其中部区域6中、而没有在端部部段7、8的区域中被塑性变形。通过所监控的过程，坯件5的整个横截面被均匀变形，使得在图5中示出的、经过拉伸的坯件5具有非常均匀的特性。

图3示出应力-应变图表，所述应力-应变图表描述坯件在拉伸之后的性能。通过拉伸出现的冷作硬化引起：屈服极限R_p0.2*与在图1和2中示出的拉伸之前相应的屈服极限相比提高。这意味着，由这种坯件制造的压缩机叶片在运行中能够承受较高的应力，因此具有这种压缩机叶片的轴流式压缩机能够以较高的转速运行。

连接于线性区域12的是塑性区域13，其中抗拉强度R_m与没有拉伸的坯件相比保持为未改变。断裂延伸率A₅*与在图1中示出的没有拉伸的坯件的断裂延伸率A₅相比仅轻微地减小。断裂延伸率A₅*以相应于拉伸过程的数值减小，然而，由于双相钢的整体高的断裂延伸率，所述减小并非是不利的。

在拉伸过程结束之后，预伸展的坯件被分割成各个部段，压缩机叶片的期望的轮廓通过铣削过程产生。

虽然本发明详细地通过优选的实施例来详细地图示和描述，本发明没用通过所公开的实例受到限制并且其他的变型形式能够由本领域技术人员从中导出，而没有脱离本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于制造压缩机叶片的方法，包括下述步骤：

-由奥氏体-铁素体钢锻造坯件；

-将所述坯件单轴地拉伸并且塑性地变形，同时至少检测和监控所述坯件的应变和变形力；

-在达到应力的确定的边界值后结束拉伸。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

设置期望的0.2％的屈服极限作为拉伸所述坯件的边界值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

检测在拉伸所述坯件时所使用的拉力和/或所述坯件的瞬时的横截面。

4.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

所述坯件的横截面基本上均匀地变形。

5.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

将坯件在拉伸后分割，以便由此制造多个压缩机叶片。

6.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于，

将所述坯件在分割后铣削，以便产生特定的轮廓。