DE102004035892A1 - Verfahren zum Herstellen eines Gussbauteils - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere eines Gasturbinenbauteils, durch Gießen. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zumindest die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Schmelztiegels; b) Bereitstellen eines Halbzeug-Granulats aus einem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff; c) Befüllen des Schmelztiegels mit dem Halbzeug-Granulat, wobei die Menge des in den Schmelztiegel gefüllten Halbzeug-Granulats der zum Gießen des Bauteils benötigten Menge entspricht; d) Schmelzen des Halbzeug-Granulats aus dem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff in dem Schmelztiegel; e) Bereitstellen einer Gussform; f) Einfüllen der Schmelze in die Gussform; g) Erstarren der Schmelze in der Gussform; h) Herauslösen des Gussbauteils aus der Gussform.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Gussbauteils.
- Die hier vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Bauteilen aus einem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff, insbesondere die Herstellung von Gasturbinenbauteilen, mithilfe eines Gießverfahrens. Beim Gießen werden Formen, sogenannte Gussformen, verwendet, wobei die Gussformen eine Innenkontur aufweisen, die der Außenkontur des herzustellenden Bauteils entspricht. Prinzipiell unterscheidet man bei Gießverfahren solche, die mit verlorenen Gussformen oder Dauergussformen arbeiten. Bei Gießverfahren, die mit verlorenen Gussformen arbeiten, kann mit einer Gussform immer nur ein Bauteil hergestellt werden. Bei Gießverfahren, die mit Dauergussformen arbeiten, können die Gussformen mehrfach verwendet werden. Zu den Gießverfahren, die mit verlorenen Gussformen arbeiten, zählt unter anderem das sogenannte Feingießen. Bei den Gießverfahren, die mit Dauergussformen arbeiten, sei hier exemplarisch auf das Kokillengießen verwiesen.
- Bei der gusstechnischen Herstellung von Bauteilen aus einem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff wird nach dem Stand der Technik so vorgegangen, dass ein Schmelztiegel mit einem Halbzeug befüllt wird, wobei es sich nach dem Stand der Technik bei dem Halbzeug um Stangen aus dem intermetallischen Werkstoff handelt, die aus Presslingen der metallischen Elemente durch Lichtbogenschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen hergestellt werden. Die Herstellung dieser Halbzeuge und damit die Herstellung des Gussbauteils ist sehr kostenintensiv, wobei die Werkstoffqualität stark von der zur Bereitstellung des Halbzeugs angewandten Schmelztechnologie abhängt. Nach dem Stand der Technik wird das stangenförmige Halbzeug zum Befüllen eines Schmelztiegels funkenerosiv oder durch Wasserstrahlschneiden zerkleinert, wobei die in den Schmelztiegel eingefügte Menge des stangenförmigen Halbzeugs auf das Schmelztiegelmaß abgestimmt ist. Hierdurch ergibt sich eine kostenintensive Befüllung der Schmelztiegel bei der Herstellung von Gussbauteilen aus intermetallischen Werkstoffen.
- Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Herstellen eines Gussbauteils zu schaffen.
- Dieses Problem wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zumindest die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Schmelztiegels; b) Bereitstellen eines Halbzeug-Granulats aus einem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff; c) Befüllen des Schmelztiegels mit dem Halbzeug-Granulat, wobei die Menge des in den Schmelztiegel gefüllten Halbzeug-Granulats der zum Gießen des Bauteil benötigten Menge entspricht; d) Schmelzen des Halbzeug-Granulats aus dem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff in dem Schmelztiegel; e) Bereitstellen einer Gussform; f) Einfüllen der Schmelze in die Gussform; g) Erstarren der Schmelze in der Gussform; h) Herauslösen des Gussbauteils aus der Gussform.
- Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, zum Herstellen eines intermetallischen Gussbauteils ein Halbzeug-Granulat aus einem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff bereitzustellen. Die Granulatform bietet gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Stangenform erhebliche Vorteile. So ist ein Halbzeug in Granulatform flexibler handhabbar. Weiterhin kann ein kontinuierlicher Schmelz- und Gussbetrieb durch Verwendung eines granulatförmigen Halbzeugs etabliert werden. Weiterhin wird im Sinne der Erfindung ein Schmelztiegel derart mit dem Halbzeug-Granulat befüllt, dass die Menge des in den Schmelztiegel gefüllten Halbzeug-Granulats exakt der zum Gießen des Bauteils benötigten Menge entspricht. Die in den Schmelztiegel gefüllte Menge an Halbzeug ist demnach nicht wie beim Stand der Technik auf das Schmelztiegelmaß, sondern vielmehr auf das herzustellende Bauteil abgestimmt. Hierdurch ergeben sich deutliche Kostenvorteile.
- Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Nachfolgend wird das hier vorliegende Verfahren zum Herstellen von Gussbauteilen, insbesondere von Gasturbinengussbauteilen, in größerem Detail beschrieben.
- Bei der gusstechnischen Herstellung eines Bauteils aus einem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff wird so vorgegangen, dass in einem ersten Schritt ein Schmelztiegel bereitgestellt wird. In einem zweiten Schritt wird sodann ein Halbzeug-Granulat aus einem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff bereitgestellt.
- Bei der Bereitstellung des Halbzeug-Granulats aus dem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff wird so vorgegangen, dass Titanoxid und Aluminiumoxid in einem Reduktionsprozess unter Verwendung von Magnesium und/oder Calcium zu Elementpulvern, nämlich zu Titanpulver und Aluminium pulver, reduziert werden. Anschließend werden die Reaktionsprodukte Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid vom Aluminiumpulver sowie Titanpulver entfernt bzw. getrennt, insbesondere ausgesiebt. Das Aluminiumpulver sowie Titanpulver werden dann vermahlen und bei einer Temperatur, die unterhalb der Schmelztemperatur von Aluminium sowie Titan liegt, wärmebehandelt. Durch die hiermit verbundene Festkörperreaktion werden das Titanpulver und Aluminiumpulver in ein intermetallisches Titan-Aluminium-Granulat (TiX-AlY-Granulat) überführt.
- Die Herstellung eines solchen Halbzeug-Granulats aus einem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff verfügt gegenüber der Bereitstellung der aus dem Stand der Technik bekannten stangenförmigen Halbzeuge über den Vorteil, dass das Halbzeug wesentlich geringere Schwankungen der Legierungsbestandteile aufweist. Das Halbzeug-Granulat wird ohne die nach dem Stand der Technik erforderlichen Schmelzvorgänge hergestellt, was den Vorteil mit sich bringt, dass eine bei den Schmelzvorgängen stattfindende Abdampfung von Legierungsbestandteilen sowie Reaktionen der Legierungsbestandteile vermieden werden. Weiterhin lässt sich ein granulatförmiges Halbzeug wesentlich einfacher handhaben und weiterverarbeiten als ein stangenförmiges Halbzeug.
- Nach dem Bereitstellen des Halbzeug-Granulats aus dem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff wird der bereitgestellte Schmelztiegel mit dem Halbzeug-Granulat befüllt, wobei die Menge des in den Schmelztiegel gefüllten Halbzeug-Granulats exakt der zum Gießen des herzustellenden Bauteils benötigten Menge entspricht.
- Nach einem weiteren Aspekt der hier vorliegenden Erfindung wird das Halbzeug-Granulat in oberhalb des Schmelztiegels angeordneten Kästen bereitgehalten. Zum Befüllen des Schmelztiegels wird mindestens einer der Kästen geöffnet und entleert, wobei dann das Halbzeug-Granulat in den Schmelztiegel gelangt. Nach dem Entleeren eines solchen Kastens kann derselbe unabhängig von der Weiterverarbeitung des Halbzeug-Granulats in Schmelztiegel sowie Gussform neu mit Halbzeug-Granulat befüllt werden. Hierdurch kann die Flexibilität des Gießverfahrens deutlich gesteigert werden.
- Nach dem Befüllen des Schmelztiegels mit Halbzeug-Granulat wird das Halbzeug-Granulat aus dem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff im Schmelztiegel geschmolzen. Der Schmelztiegel wird auch als Kaltwandtiegel bezeichnet. Das in dem Schmelztiegel geschmolzene Halbzeug-Granulat wird als Schmelze in eine Gussform eingefüllt, wobei die Schmelze in der Guss form erstarrt und anschließend das Gussbauteil aus der Gussform herausgelöst wird.
- Das erfindungsgemäße Verfahren findet bevorzugt Verwendung bei der Herstellung von Gasturbinenbauteilen, insbesondere bei der Herstellung von Schaufeln für Flugtriebwerke, aus einem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Qualität der gusstechnisch hergestellten Bauteile aus dem Titan-Aluminium-Werkstoff deutlich gesteigert werden. Des weiteren ergibt sich eine erhöhte Flexibilität des Gießverfahrens sowie ein Kostenvorteil gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren.
Claims (6)
- Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere eines Gasturbinenbauteils, durch Gießen, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Bereitstellen eines Schmelztiegels; b) Bereitstellen eines Halbzeug-Granulats aus einem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff; c) Befüllen des Schmelztiegels mit dem Halbzeug-Granulat, wobei die Menge des in den Schmelztiegel gefüllten Halbzeug-Granulats der zum Gießen des Bauteil benötigten Menge entspricht; d) Schmelzen des Halbzeug-Granulats aus dem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff in dem Schmelztiegel; e) Bereitstellen einer Gussform; f) Einfüllen der Schmelze in die Gussform; g) Erstarren der Schmelze in der Gussform; h) Herauslösen des Gussbauteils aus der Gussform.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung des Halbzeug-Granulats aus dem intermetallischen Titan-Aluminium-Werkstoff Titanoxid und Aluminiumoxid zu Titanpulver und Aluminiumpulver reduziert werden, dass das Titanpulver und das Aluminiumpulver anschließend vermahlen und durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur dieser Elemente in ein intermetallisches TiX-AlY-Granulat überführt werden.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktion von Titanoxid und Aluminiumoxid zu Titanpulver und Aluminiumpulver unter Verwendung von Magnesium und/oder Calcium durchgeführt wird, wobei die Reaktionsprodukte Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid vor dem Vermahlen des Titanpulvers und Aluminiumpulvers entfernt, insbesondere ausgesiebt, werden.
- Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug-Granulat in oberhalb des Schmelztiegels angeordneten Kästen bereitgehalten wird, wobei zum Befüllen des Schmelztiegels mindestens einer der Kästen geöffnet und entleert wird.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entleeren des oder jedes Kastens und während des Schmelzen des Halbzeug-Granulats in dem Schmelztiegel der oder jede Kasten mit Halbzeug-Granulat neu befüllt wird.
- Verwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 zum Herstellen von Gasturbinenschaufeln.
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