DE102006016949A1 - Method for producing a component - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere eines Gasturbinenbauteils, mit zumindest folgenden Schritten: a) Fertigen eines Bauteils mit mehreren Bauteiloberflächen, wobei mindestens ein Übergangsbereich zwischen zwei Bauteiloberflächen einen Übergangsradius aufweist, der größer 0,05 mm und kleiner 0,3 mm ist; b) Verfestigen des Bauteils zumindest an dem oder jedem Übergangsbereich durch Ultraschall-Kugelstrahlen.The invention relates to a method for manufacturing a component, in particular a gas turbine component, with at least the following steps: a) Manufacturing a component with several component surfaces, at least one transition area between two component surfaces having a transition radius that is greater than 0.05 mm and less than 0.3 mm is; b) Solidifying the component at least at the or each transition area by ultrasonic shot peening.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere eines Gasturbinenbauteils.The Invention relates to a method for producing a component, in particular a gas turbine component.

Moderne Gasturbinen, insbesondere Flugtriebwerke, müssen höchsten Ansprüchen im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Gewicht, Leistung, Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer gerecht werden. Bei der Entwicklung von Gasturbinen spielt die Werkstoffauswahl, die Suche nach neuen, geeigneten Werkstoffen sowie die Suche nach neuen Fertigungsverfahren eine entscheidende Rolle. Die wichtigsten, heutzutage für Flugtriebwerke oder sonstige Gasturbinen verwendeten Werkstoffe sind Titanlegierungen, Nickellegierungen und hochfeste Stähle. Die hochfesten Stähle werden für Wellenteile, Getriebeteile, Verdichtergehäuse und Turbinengehäuse verwendet. Titanlegierungen sind typische Werkstoffe für Verdichterteile. Nickellegierungen sind für die heißen Turbinenteile des Flugtriebwerks geeignet.modern Gas turbines, in particular aircraft engines, must meet the highest demands in the In terms of reliability, Weight, performance, economy and durability meet. In the development of gas turbines, the choice of materials, the search for new, suitable materials as well as the search for new manufacturing processes are crucial. The most important, for these days Aeroengines or other gas turbines used materials are titanium alloys, nickel alloys and high strength steels. The high-strength steels be for Shaft parts, gear parts, compressor housing and turbine housing used. Titanium alloys are typical materials for compressor parts. nickel alloys are for the hot ones Turbine parts of the aircraft engine suitable.

Als Fertigungsverfahren für Gasturbinenbauteile aus Titanlegierungen, Nickellegierung oder sonstigen Legierungen sind aus dem Stand der Technik in erster Linie das Feingießen sowie Schmieden bekannt. Alle hochbeanspruchten Gasturbinenbauteile sind Schmiedeteile. Bauteile für eine Turbine werden hingegen in der Regel als Feingussteile ausgeführt. Für die Fertigung bzw. Herstellung von komplexen Bauteilen stellt das pulvermetallurgische Spritzgießen eine Alternative dar. Das pulvermetallurgische Spritzgießen ist mit dem Kunststoffspritzguss verwandt und wird auch als Metallform-Spritzen oder Metal Injection Moulding-Verfahren (MIM-Verfahren) bezeichnet.When Manufacturing process for Gas turbine components of titanium alloys, nickel alloy or other Alloys are from the state of the art primarily the investment casting as well Forging known. All highly stressed gas turbine components are Forgings. Components for On the other hand, a turbine is usually designed as a precision casting. For the production or production of complex components is the powder metallurgy injection molding a Alternative dar. The powder metallurgical injection molding is akin to plastic injection molding and is also called metal mold spraying or Metal Injection Molding (MIM) method.

Bei Gasturbinenbauteilen handelt es sich um Bauteile mit komplexen Geometrien bzw. Oberflächenkonturen, wobei insbesondere Gasturbinenschaufeln Übergangsbereiche zwischen Bauteiloberflächen aufweisen, die durch relativ kleine Übergangsradien gekennzeichnet sind. So sind insbesondere im Bereich einer Schaufelhinterkante eines Schaufelblatts einer Laufschaufel kleine Übergangsradien zwischen einer Saugseitenoberfläche und einer Druckseitenoberfläche gewünscht, um das aerodynamische Verhalten solcher Laufschaufeln zu optimieren. Ebenso sind im Bereich eines Schaufelfußes kleine Übergangsradien zwischen einer tannenbaumartig oder schwalbenschwanzartig profilierten Oberfläche und einer Stirnfläche wünschenswert, um so die Tragfläche von Schaufelfüßen zu erhöhen.at Gas turbine components are components with complex geometries or surface contours, in particular, gas turbine blades have transition areas between component surfaces, through relatively small transition radii Marked are. Thus, in particular in the region of a blade trailing edge of a blade of a blade small transition radii between a suction side and a print side surface desired to optimize the aerodynamic behavior of such blades. Similarly, in the area of a blade root small transition radii between a fir-tree or dovetailed profiled surface and a face desirable, around the wing to increase from shovel feet.

Um die Lebensdauer solcher Bauteile zu erhöhen, werden dieselben im Bereich ihrer Oberflächen, also auch in den Übergangsbereichen mit den re lativ kleinen Übergangsradien, durch Strahlen verfestigt. Dabei findet nach dem Stand der Technik das konventionelle Kugelstrahlen Verwendung, bei welchem als Kugeln ausgebildete Strahlkörper mit Hilfe von Druckluft auf das zu verfestigende Bauteil gerichtet werden. Um hierbei unerwünschte Verformungen des Bauteils an den durch einen geringen Übergangsradius gekennzeichneten Übergangsbereichen zwischen Bauteiloberflächen des Bauteil zu vermeiden, müssen nach dem Stand der Technik minimale Übergangsradien von 0,3 mm eingehalten werden. Hieraus folgt, dass z.B. im Bereich einer Schaufelhinterkante eines Schaufelblatts nach dem Stand der Technik eine minimale Dicke von 0,6 mm eingestellt werden kann. Es besteht ein Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, mit welchem an Übergangsbereichen zwischen zwei Bauteiloberflächen des herzustellenden Bauteils geringere Übergangsradien gewährleistet werden können.Around To increase the life of such components are the same in the field their surfaces, So also in the transition areas with the relatively small transition radii, solidified by radiation. It takes place according to the state of the art the conventional shot peening use, in which as balls trained jet body directed by compressed air on the component to be solidified become. To this undesirable Deformations of the component to the by a small transition radius marked transition areas between component surfaces to avoid the component According to the state of the art minimum transition radii of 0.3 mm are complied with. It follows that e.g. in the area of a blade trailing edge of a Blade sheet according to the prior art, a minimum thickness of 0.6 mm can be adjusted. There is a need for a method for producing a component with which at transition areas between two component surfaces of the component to be manufactured ensures lower transition radii can be.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Herstellen eines Bauteils zu schaffen. Dieses Problem wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zumindest die folgenden Schritte: a) Fertigen eines Bauteils mit mehreren Bauteiloberflächen, wobei mindestens ein Übergangsbereich zwischen zwei Bauteiloberflächen einen Übergangsradius aufweist, der größer 0,05 mm und kleiner 0,30 mm ist; b) Verfestigen des Bauteils zumindest an dem oder jedem Übergangsbereichs durch Ultraschall-Kugelstrahlen.Of these, Based on the present invention, the problem underlying to provide a novel method of manufacturing a component. This Problem is solved by a method for manufacturing a component according to claim 1 solved. According to the invention the process comprises at least the following steps: a) producing a Component having a plurality of component surfaces, wherein at least one transition region between two component surfaces a transition radius which is greater than 0.05 mm and less than 0.30 mm; b) solidifying the component at least the or each transitional area by ultrasonic shot peening.

Mit der hier vorliegenden Erfindung wird eine Prozesskette zur Herstellung eines Bauteils vorgeschlagen, mit Hilfe dessen an Übergangsbereichen zwischen zwei Bauteiloberflächen Übergangsradien zwischen 0,05 mm und 0,30 mm eingehalten werden können, ohne das die Gefahr besteht, dass beim Verfestigen des Bauteils durch relativ kleine Übergangsradien gekennzeichnete Übergangsbereiche beschädigt werden.With The present invention is a process chain for the production proposed a component, with the help of this at transition areas between two component surfaces transition radii between 0.05 mm and 0.30 mm can be maintained without the risk that during solidification of the component by relatively small transition radii marked transition areas damaged become.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:preferred Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description. Embodiments of the invention without being limited to this to be closer to the drawing explained. Showing:

1 ein stark schematisiertes Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils. 1 a highly schematic flow diagram of the inventive method for manufacturing a component.

Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere ein Verfahren zum Herstellen einer Laufschaufel eines Gasturbinenrotors. Unter Bezugnahme auf 1 wird nachfolgend die Erfindung für das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Herstellung einer Laufschaufel beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen konkreten Anwendungsfall beschränkt.The present invention relates to a method for producing a component, in particular a method for manufacturing a rotor blade of a gas turbine rotor. With reference to 1 Below is the invention for the preferred embodiment of the preparation of a Blade described. However, the invention is not limited to this specific application.

In einem ersten Schritt 10 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Laufschaufel einer Gasturbine gefertigt. Eine solche Laufschaufel verfügt über mehrere Bauteiloberflächen, wobei Übergangsbereiche zwischen zwei Bauteiloberflächen durch einen Übergangsradius gekennzeichnet sind. Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird in Schritt 10 eine Laufschaufel bereitgestellt, die mindestens einen Übergangsbereich mit einem relativ kleinen Übergangsradius aufweist, der größer 0,05 mm und kleiner 0,30 mm ist.In a first step 10 In the method according to the invention, a moving blade of a gas turbine is produced. Such a blade has a plurality of component surfaces, wherein transition areas between two component surfaces are characterized by a transition radius. For the purposes of the present invention is in step 10 provided a blade having at least one transition region with a relatively small transition radius which is greater than 0.05 mm and less than 0.30 mm.

Bei diesem Übergangsbereich mit dem relativ kleinen Übergangsradius kann es sich z.B. um einen Übergangsbereich an einer Schaufelhinterkante eines Schaufelblatts der Laufschaufel handeln, also um einen Übergangsbereich zwischen einer Saugseitenoberfläche und einer Druckseitenoberfläche des Schaufelblatts. Bei einem Übergangsradius von 0,05 mm kann so eine Dicke der Schaufelhinterkante von 0,10 mm bereitgestellt werden.at this transitional area with the relatively small transition radius it can be e.g. around a transition area at a blade trailing edge of a blade of the blade act, ie a transition area between a suction side surface and a print side surface of the Airfoil. At a transition radius of 0.05 mm, a thickness of the blade trailing edge of 0.10 may be such mm are provided.

Weiterhin kann es sich bei dem Übergangsbereich mit dem relativ kleinen Übergangsradius um einen Übergangsbereich an einem Schaufelfuß der Laufschaufel handeln, nämlich um einen Übergangsbereich zwischen einer tannenbaumartig oder schwalbenschwanzartig profilierten, im Wesentlichen in Längsrichtung der Laufschaufel verlaufenden Tragfläche und einer im Wesentlichen in Querrichtung der Laufschaufel verlaufenden Stirnfläche des Schaufelfußes.Farther it may be at the transition area with the relatively small transition radius around a transition area on a blade foot of the blade act, namely around a transition area between a fir-tree-like or dovetail-like profiled, essentially in the longitudinal direction the blade extending wing and a substantially in the transverse direction of the blade extending end face of the blade root.

In Schritt 10 wird die Laufschaufel durch Schmieden oder durch Feingießen oder auch durch pulvermetallurgisches Spritzgießen gefertigt.In step 10 the blade is made by forging or investment casting or by powder metallurgy injection molding.

Nach dem Fertigen der Laufschaufel im Sinne des Schritts 10 erfolgt vorzugsweise unmittelbar anschließend im Sinne eines Schritts 11 ein Verfestigen des Bauteil zumindest an dem oder jedem Übergangsbereich durch Ultraschall-Kugelstrahlen. Dabei werden als Strahlkörper Präzisionskugeln mit einer glatten Oberfläche verwendet.After making the blade in the sense of the step 10 preferably takes place immediately afterwards in the sense of a step 11 a solidification of the component at least at the or each transition region by ultrasonic shot peening. Precision balls with a smooth surface are used as the jet body.

Beim Ultraschall-Kugelstrahlen werden die als Strahlkörper verwendeten Präzisionskugeln nicht wie beim konventionellen Kugelstrahlen mit Hilfe eines gerichteten Druckluftstrahls auf die zu strahlenden Übergangsbereiche der Laufschaufel gerichtet, vielmehr werden die Präzisionskugeln mit Hilfe einer im Ultraschallbereich vibrierenden Sonotrode beschleunigt, wodurch die Präzisionskugeln im Sinne einer stochastischen Verteilung und demnach ungerichtet auf den oder jeden Übergangsbereich des zu verfestigenden Bauteils treffen.At the Ultrasonic shot peening becomes the precision balls used as a jet body not like conventional shot peening with the help of a directional shotgun Compressed air jet on the radiating transition areas of the blade directed, rather, the precision balls with the help of a Ultrasonic vibrates vibrating sonotrode, causing the precision balls in the sense of a stochastic distribution and therefore undirected on the or each transitional area meet the component to be consolidated.

Gegebenenfalls kann nach dem Fertigen im Sinne des Schritts 10 und vor dem Verfestigen im Sinne des Schritts 11 im Sinne des Schritts 12 überprüft werden, ob bedingt durch die Fertigungstoleranz des Schritts 10 vor dem Verfestigen des oder jedes Übergangsbereichs ein Verrunden desselben bzw. derselben erforderlich ist. Ist dies erforderlich, so wird auf Schritt 13 verzweigt und ein Verrunden des oder jeden Übergangsbereichs mit Hilfe eines bürstenartigen Werkzeugs durchgeführt.Optionally, after finishing in the sense of the step 10 and before solidifying in the sense of the step 11 in the sense of the step 12 be checked whether due to the manufacturing tolerance of the step 10 prior to solidifying the or each transition region, rounding is required. If this is required, it will step on 13 branched and a rounding of the or each transition region performed by means of a brush-like tool.

Ist die Fertigungsqualität des Schritts 10 jedoch ausreichend gut, so kann auf das Verrunden gemäß Schritt 13 verzichtet werden und unmittelbar an die Fertigung des Bauteils im Sinne des Schritts 10 die Verfestigung im Sinne des Schritts 11 erfolgen.Is the manufacturing quality of the step 10 however, sufficiently good, so may on the rounding according to step 13 be omitted and directly to the production of the component in the sense of the step 10 the consolidation in the sense of the step 11 respectively.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es erstmals möglich, an Laufschaufeln eines Gasturbinenrotors Übergangsbereiche mit Übergangsradien von weniger als 0,30 mm bereitzustellen und dieselben ohne die Gefahr von Beschädigungen zu verfestigen.With the method according to the invention it becomes possible for the first time on rotor blades of a gas turbine rotor transitional areas with transition radii less than 0.30 mm and the same without the risk of damage to solidify.

1010
Schrittstep
1111
Schrittstep
1212
Schrittstep
1313
Schrittstep

Claims (6)

Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere eines Gasturbinenbauteils, mit folgenden Schritten: a) Fertigen eines Bauteils mit mehreren Bauteiloberflächen, wobei mindestens ein Übergangsbereich zwischen zwei Bauteiloberflächen einen Übergangsradius aufweist, der größer 0,05 mm und kleiner 0,30 mm ist, b) Verfestigen des Bauteils zumindest an dem oder jedem Übergangsbereichs durch Ultraschall-Kugelstrahlen.Method for producing a component, in particular of a gas turbine component, with the following steps: a) Finishing a component having a plurality of component surfaces, wherein at least one transition region between two component surfaces a transition radius which is greater than 0.05 mm and less than 0.30 mm, b) solidification of the component at least at the or each transition area by ultrasonic shot peening. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil durch Schmieden oder durch Feingießen oder durch pulvermetallurgisches Spritzgießen gefertigt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the component by forging or by investment casting or is manufactured by powder metallurgical injection molding. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauteil eine Gasturbinenschaufel, insbesondere eine Laufschaufel, hergestellt wird, die zumindest an einer Schaufelhinterkante eines Schaufelblatts einen Übergangsbereich zwischen einer Saugseitenoberfläche und einer Druckseitenoberfläche mit einem Übergangsradius aufweist, der größer 0,05 mm und kleiner 0,30 mm ist.Method according to claim 1 or 2, characterized in that as a component a gas turbine blade, in particular a moving blade, is produced, which at least at one blade trailing edge of a Blade leaf a transition area between a suction side surface and a print side surface with a transition radius which is greater than 0.05 mm and less than 0.30 mm. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauteil eine Gasturbinenschaufel, insbesondere eine Laufschaufel, hergestellt wird, die zumindest an einem Schaufelfuß einen Übergangsbereich zwischen einer tannenbaumartig oder schwalbenschwanzartig profilierten, im wesentlichen in Längsrichtung der Gasturbinenschaufel verlaufenden Oberfläche und einer im wesentlichen in Querrichtung der Gasturbinenschaufel verlaufenden Stirnfläche mit einem Übergangsradius aufweist, der größer 0,05 mm und kleiner 0,30 mm ist.A method according to claim 1 or 2, characterized in that a gas turbine blade, in particular a blade, is produced as a component, which has a transitional area between a fir-tree-like or dovetail-shaped profile extending essentially in the longitudinal direction of the gas turbine blade and an end face extending essentially in the transverse direction of the gas turbine blade with a transition radius which is greater than 0.05 mm and less than 0.30 mm. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschall-Kugelstrahlen mit eine glatte Oberfläche aufweisenden Präzisionskugeln durchgeführt wird.Method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the ultrasonic shot peening with a smooth surface precision balls carried out becomes. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfestigen mittels Ultraschall-Kugelstrahlen eine Verrundung des oder jedes Übergangsbereichs mit Hilfe eines bürstenartigen Werkzeugs durchgeführt wird.Method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that prior to solidification by means of ultrasonic shot peening a Rounding off the or each transitional area with Help of a brush-like Tool performed becomes.
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