DE102008021052A1 - Solidifying and compressing a thin-walled metallic component e.g. gas turbine blade, by introducing the component into pressure-stable and liquid-tight container, and filling off remaining cavity of the component with liquid medium - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verfestigung und Verdichtung eines Bauteils, insbesondere eines dünnwandigen metallischen Bauteils. Die Erfindung betrifft weiterhin ein mit dem Verfahren hergestelltes Bauteil.The The invention relates to a method for solidification and densification a component, in particular a thin-walled metallic Component. The invention further relates to a method manufactured component.
Ein
Verfahren zur Verfestigung und Verdichtung eines Bauteils ist zum
Beispiel aus der
Nachteilig an den bekannten Verfahren ist jedoch, dass diese entweder sehr teuer und zeitaufwändig sind oder insbesondere bei dünnwandigen Bauteilen, wie zum Beispiel bei Schaufeln einer Gasturbine, eine Verformung des Bauteils insgesamt oder eine Veränderung der Bauteilkanten erfolgt. Zudem wird die Oberflächengüte negativ beeinflusst, so dass nach einer entsprechenden Verfestigung des Bauteils oder der Bauteiloberfläche eine Nachbearbeitung der Oberfläche notwendig ist.adversely however, the known methods are either very expensive and time-consuming, or especially for thin-walled components, as with blades of a gas turbine, a deformation of the component as a whole or a change in the component edges he follows. In addition, the surface quality is negative influenced, so that after a corresponding solidification of the component or the component surface, a post-processing of the surface necessary is.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem eine relativ schnelle Verfestigung und Verdichtung des Bauteils ohne die Gefahr von Verformungen oder einer Veränderung der Oberflächentextur des Bauteils gewährleistet ist.task The present invention is therefore a method of the initially to create said type, with which a relatively fast solidification and compaction of the component without the risk of deformation or a change in the surface texture of the component is guaranteed.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Bauteil der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches keine Veränderungen der Form oder der Oberflächentextur gegenüber einem ursprünglichen Rohbauteil und insbesondere im Vergleich zu dem Rohbauteil verfestigte und verdichtete Bauteilwände aufweist.It Another object of the present invention is a component of to provide the aforementioned type, which no changes the shape or the surface texture an original shell and in particular in comparison to the shell component solidified and compacted component walls having.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren sowie ein Bauteil mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 11 gelöst.These Tasks are according to the invention by a method and a component with the features of the claims 1 or 11 solved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben.advantageous Embodiments with appropriate and non-trivial Further developments of the invention are in the respective dependent Claims specified.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verfestigung und Verdichtung eines Bauteils, insbesondere eines dünnwandigen metallischen Bauteils, umfasst folgende Schritte: a) Einbringen des Bauteils in einen druckstabilen und flüssigkeitsdichten Behälter; b) Auffüllen des Resthohlraums des Behälters mit einem flüssigen Medium, wobei das Medium beim Übergang von dem flüssigen in den festen Aggregatszustand eine Volumenzunahme aufweist; und c) Abkühlen des Mediums und/oder Kühlung des Behälters bis zu einem Gefrieren des Mediums, wobei durch die Volumenausdehnung des Mediums beim Gefrieren eine Verfestigung und Verdichtung des Bauteils erfolgt. Durch die Volumenausdehnung des Mediums beim Gefrieren verdichtet das Bauteil homogen über die gesamte mit dem flüssigen beziehungsweise festen Medium bedeckte Fläche, da es sich um eine isotrope Einleitung des Drucks in das Bauteil handelt. Zudem werden alle freien Bauteiloberflächen synchron verfestigt. Schließlich wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die Oberflächengüte beziehungsweise die Oberflächentextur nicht negativ verändert. Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren sehr schnell und kostengünstig durchgeführt werden. Insbesondere ist das Medium Wasser oder eine wasserhaltige Flüssigkeit. Durch eine sprunghafte Volumenzunahme des Wassers im Bereich dessen Gefrierpunktes um ca. 9% werden genügend große Kräfte zur Verfestigung und Verdichtung des Bauteils oder einer Bauteiloberfläche bereitgestellt. Unter dem Begriff „Wasser” werden auch alle anderen, insbesondere wasserhaltigen Flüssigkeiten bezeichnet, die bei dem Übergang von dem flüssigen in den festen Aggregatszustand eine genügend große Volumenvergrößerung zur Ausübung eines entsprechenden Drucks auf das Bauteil aufweisen.One inventive method for solidification and Compaction of a component, in particular a thin-walled metallic component, comprises the following steps: a) introduction of the component in a pressure-stable and liquid-tight Container; b) filling the remaining cavity of the container with a liquid medium, with the medium at transition from the liquid to the solid state an increase in volume having; and c) cooling the medium and / or cooling the container until freezing of the medium, through the volume expansion of the medium during freezing a solidification and compaction of the component takes place. By the volume expansion of the medium during freezing, the component densifies homogeneously the entire with the liquid or solid medium covered area, since it is an isotropic introduction the pressure in the component is. In addition, all free component surfaces solidified synchronously. Finally, by the inventive Process the surface quality or the surface texture is not changed negatively. Furthermore, the inventive method be carried out very quickly and inexpensively. In particular, the medium is water or a water-containing liquid. By a sudden volume increase of the water in the region of its freezing point about 9% are enough large forces for solidification and densification of the component or a component surface provided. Under the term "water" will be also all others, in particular water-containing liquids referred to in the transition from the liquid in the solid state of aggregation a sufficiently large Volume increase to exercise a corresponding pressure on the component.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Abkühlen des flüssigen Mediums gemäß Verfahrensschritt c) schockartig. Das schockartige Gefrieren des Mediums und die damit verbundene sehr schnelle und starke Schockeinwirkung auf das Bauteil führen zu einer sehr deutlichen und vorteilhaften Verfestigung und Verdichtung des Bauteils und der Bauteiloberfläche. Insbesondere kann dabei zum Abkühlen des Mediums und/oder zur Kühlung des Behälters gemäß Verfahrensschritt c) flüssiger Stickstoff verwendet werden. Zudem ist es möglich, dass eine Kühlvorrichtung in dem Behälter integriert ausgebildet ist.In a further advantageous embodiment of the invention Procedure, the cooling of the liquid Medium according to process step c) shock-like. The shock freezing of the medium and the associated cause very rapid and severe shock to the component to a very clear and advantageous consolidation and compression of the component and the component surface. In particular, can while cooling the medium and / or for cooling of the container according to method step c) liquid nitrogen can be used. It is also possible that a cooling device in the container is integrated.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Verfahrensschritte a) bis c) mehrfach durchgeführt, wobei nach jedem Verfahrenszyklus das gefrorene Medium wieder in den flüssigen Aggregatszustand durch Wärmezufuhr überführt wird. Durch diese Verfahrensweise ergibt sich eine sehr starke Verfestigung und Verdichtung des Bauteils und/oder der Bauteiloberfläche.In a further advantageous embodiment of the invention Method, the method steps a) to c) are carried out several times, wherein after each cycle of the process the frozen medium is returned to transferred the liquid state of aggregation by supplying heat becomes. This procedure results in a very strong solidification and compaction of the component and / or the component surface.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Auffüllen des Resthohlraums des Behälters mit dem flüssigen Medium gemäß Verfahrensschritt b) bis zu einer vorbestimmten Füllhöhe innerhalb des Behälters. Damit ist es vorteilhafterweise möglich, dass nur bestimmte Teilbereiche des Bauteils und/oder der Bauteiloberfläche verfestigt und verdichtet werden.In a further advantageous embodiment of the invention Procedure, the filling of the remaining cavity of the Container with the liquid medium according to process step b) up to a predetermined filling level within of the container. This advantageously makes it possible that only certain subregions of the component and / or the component surface solidified and compacted.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Behälter mehrere Teilkammern zur Aufnahme einer entsprechenden Anzahl von Bauteilen auf. Dadurch ist es möglich, eine Vielzahl von Bauteilen innerhalb von sehr kurzen Zeitintervallen zu verfestigen und zu verdichten. Zudem ist es möglich, dass die Teilkammern des Behälters unterschiedliche Größen aufweisen, so dass entsprechend Bauteile mit unterschiedlichen Größen gleichzeitig bearbeitet werden können. Zudem ist es möglich, dass die einzelnen Kammerwände lös- und versetzbar ausgebildet sind, so dass die jeweilige Größe der Teilkammer an das Bauteil individuell angepasst werden kann.In a further advantageous embodiment of the invention Method, the container has a plurality of sub-chambers for receiving a corresponding number of components. This makes it possible a variety of components within very short time intervals to consolidate and consolidate. It is also possible that the sub-chambers of the container different sizes have, so that correspondingly components of different sizes can be edited at the same time. It is also possible that the individual chamber walls detachable and displaceable are formed, so that the respective size the sub-chamber can be adapted to the component individually.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Bauteil ein Bauelement einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine. Dabei kann es sich zum Beispiel um eine Schaufel einer Gasturbine handeln. Derartige Schaufeln sind üblicherweise sehr dünnwandig ausgebildet und entsprechend deformationsempfindlich. Zudem können auch Hohlräume wie zum Beispiel Kühlkanäle ausgebildet sein. Des Weiteren müssen derartige Schaufeln eine entsprechende Oberflächengüte aufweisen, die durch den Verfestigungs- und Verdichtungsprozess nicht negativ beeinflusst werden darf. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist dies gewährleistet.In a further advantageous embodiment of the invention Method, the component is a component of a turbomachine, in particular a gas turbine. This may, for example, to act a blade of a gas turbine. Such blades are common very thin-walled and accordingly sensitive to deformation. In addition, cavities such as cooling channels be educated. Furthermore, such blades must have a corresponding surface quality, which by the solidification and compression process is not negative may be influenced. By the method according to the invention this is guaranteed.
Ein erfindungsgemäßes Bauteil, insbesondere ein dünnwandiges metallisches Bauteil, ist nach einem Verfahren wie im Vorhergehenden beschrieben, hergestellt. Dadurch ist es vorteilhafterweise möglich, dass das verfestigte und verdichtete Bauteil einerseits keine Verformungen im Vergleich zu einem ursprünglichen Rohbauteil aufweist und andererseits gegenüber dem Rohbauteil keine verschlechterte Oberflächengüte oder Oberflächentextur zeigt. Bei dem Bauteil kann es sich insbesondere um ein Bauelement einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine handeln. So kann das Bauteil eine Schaufel einer Gasturbine sein. Derartige Schaufeln müssen aufgrund der Umgebungsbedingungen innerhalb der Gasturbine verfestigt und verdichtet sein, um nicht einer vorzeitigen Abnutzung zu erliegen. Des Weiteren ist für die Effizienz derartiger Schaufeln deren Oberflächengüte von mitentscheidender Bedeutung. Ein erfindungsgemäßes Bauteil beziehungsweise eine erfindungsgemäße Schaufel für eine Gasturbine gewährleistet dies.One Component according to the invention, in particular a thin-walled component metallic component, is by a method as above described, prepared. This advantageously makes it possible that the solidified and compacted component on the one hand no deformation compared to an original shell component and on the other hand, compared to the shell component no deteriorated surface quality or surface texture. The component may be in particular a component of a turbomachine, in particular a gas turbine act. So the component can be a shovel to be a gas turbine. Such blades must be due the ambient conditions within the gas turbine solidified and be compacted so as not to succumb to premature wear. Of Further, for the efficiency of such blades their Surface quality of crucial importance. An inventive component or a blade according to the invention for a Gas turbine ensures this.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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CN104087730A (en) * | 2014-07-16 | 2014-10-08 | 甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司 | Method for strain strengthening of austenitic stainless steel low-temperature pressure vessel |
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EP1101568B1 (en) | 1999-11-18 | 2004-02-25 | Snecma Moteurs | Method and apparatus for blasting of wheel-like workpieces using ultrasound |
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2008
- 2008-04-26 DE DE200810021052 patent/DE102008021052A1/en not_active Withdrawn
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