DE102015120786A1

DE102015120786A1 - Nanostrukturierte Bauteile aus ferritischen Legierungen und zugehörige Erzeugnisse

Info

Publication number: DE102015120786A1
Application number: DE102015120786.9A
Authority: DE
Inventors: Richard DiDomizio; Laura Cerully Dial; Michael Francis Xavier Gigliotti; Anne O'Dell Knight; Shenyan Huang
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2016-06-16
Also published as: US10260370B2; US20160312653A1; JP2016147311A; JP6711598B2

Abstract

Es wird ein Gegenstand, z.B. ein Gegenstand einer Turbomaschine, dargeboten. Der Gegenstand enthält ein schweißbares erstes Bauteil, das einen Basisabschnitt und einen Flanschabschnitt aufweist. Der Flanschabschnitt ragt senkrecht zu einer Oberfläche des Basisabschnitts nach außen vor und ist mit dem Basisabschnitt durch eine Festkörperverbindung verbunden. Der Basisabschnitt weist eine nanostrukturierte ferritische Legierung auf, und der Flanschabschnitt weist ein Stahl auf, der im Wesentlichen frei von Oxid-Nanomerkmalen ist. Das erste Bauteil ist durch den Flanschabschnitt des ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil mittels einer Schweißverbindung verbunden.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf nanostrukturierte ferritische Legierungs-(NFA-)Bauteile und insbesondere auf schweißbare Bauteile, die eine NFA aufweisen, und geschweißte Gegenstände daraus.
Turbomaschinen, wie z.B. Hochleistungs-Gasturbinen und Strahltriebwerke werden in extremen Umgebungen betrieben, die die Turbinenbauteile, insbesondere diejenigen in dem Turbinenheißabschnitt, hohen Betriebstemperaturen aussetzen. Turbinenbauteile werden notwendigerweise aus Materialien hergestellt, die in der Lage sind, diesen harten Bedingungen standzuhalten.
In diesen anspruchsvollen Anwendungen sind Superlegierungen verwendet worden, weil sie ihre Festigkeit bis zu 90% ihrer Schmelztemperatur beibehalten und ausgezeichnete Umweltbeständigkeit aufweisen. Nickelbasierte Superlegierungen, die in Hochleistungs-Turbinenbauteilen verwendet werden, erfordern spezielle Verarbeitungsstufen, um die erwünschten mechanischen Eigenschaften zu erzielen. In einigen Anwendungen mit niedrigerer Temperatur und geringer Belastung können Stähle für die Turbinenbauteile verwendet werden. Konstruktionen für verbesserte Gasturbinenleistung erfordern jedoch Legierungen mit noch höherer Temperaturbeständigkeit. Nanostrukturierte ferritische Legierungen (NFAs) sind eine neu aufkommende Klasse von eisenbasierten Legierungen, die außergewöhnliche Hochtemperatureigenschaften aufweisen. Diese Eigenschaften werden gewöhnlich zumindest teilweise von den nanometergroßen Oxidteilchen oder -clustern abgeleitet, die innerhalb der Legierungsmatrix während einer Heißkonsolidierung nach dem mechanischen Legierungsschritt mitwirken. Diese Oxidteilchen oder -cluster bleiben bei hohen Temperaturen vorhanden und schaffen eine starke und stabile Mikrostruktur während des Einsatzes.
Turbinenbauteile, wie z.B. Rotoren und Wellen, die aus herkömmlichen Stahl- oder Superlegierungen hergestellt werden, werden typischerweise zusammengefügt, um eine Baugruppe zu bilden. Das Fügen wird im Allgemeinen entweder durch Verschraubung oder durch Verschweißung durchgeführt. Ein Weglassen von Bolzenlöchern ermöglicht eine Materialreduktion und Beseitigung eines Hauptbelastungskonzentrationsbereichs in dem Rotor. Dies kann zu Konstruktionsflexibilität und -vereinfachung führen. Im Vergleich zu anderen Fügeprozessen ist herkömmliches Schweißen ein relativ einfacher und preiswerter Prozess. Darüber hinaus kann Schweißen im Allgemeinen verwendet werden, um eine starke Verbindung zu bilden, während gleichzeitig die erforderliche Flanschhöhe und die Masse des Rotors im Vergleich zu jenen im Falle einer Verschraubung reduziert werden. NFA-Bauteile können jedoch unter Bewahrung ihrer mikrostrukturellen und mechanischen Eigenschaften nicht durch herkömmliche Verfahren geschweißt werden, wie dies detaillierter nachstehend erläutert ist.
Es ist deshalb erwünscht, NFA-Bauteile, z.B. Bauteile für Turbomaschinen, zu haben, die mit anderen Bauteilen verschweißt werden können, ohne die mechanischen Eigenschaften der NFAs bei Betriebstemperaturen einzubüßen.
KURZDARSTELLUNG
In einigen Ausführungsformen wird ein Gegenstand vorgestellt. Der Gegenstand enthält ein erstes Bauteil, das einen Basisabschnitt und einen Flanschabschnitt aufweist. Der Flanschabschnitt ragt senkrecht zu einer Oberfläche des Basisabschnitts nach außen vor und ist mit dem Basisabschnitt durch eine Festkörperverbindung verbunden. Der Basisabschnitt weist eine nanostrukturierte ferritische Legierung auf, und der Flanschabschnitt weist einen Stahl auf, der im Wesentlichen frei von Oxid-Nanomerkmalen ist. In einigen Ausführungsformen enthält der Gegenstand ein zweites Bauteil, das mit dem Flanschabschnitt des ersten Bauteils durch eine Schweißverbindung verbunden ist.
Bei dem zuvor erwähnten Gegenstand kann die nanostrukturierte ferritische Legierung eine Metallmatrix und Oxid-Nanomerkmale aufweisen, die innerhalb der Metallmatrix verteilt sind.
Insbesondere kann die Metallmatrix Eisen, Chrom, Kobalt, Wolfram, Molybdän, Titan oder eine Kombination aus diesen aufweisen.
Als eine Alternative dazu, kann die Metallmatrix einen Stahl aufweisen, der aus ferritischem Stahl, martensitischem Stahl, austenitischem Stahl, Duplex-Stahl und ausscheidungsgehärtetem Stahl ausgewählt ist.
Die Oxid-Nanomerkmale können Yttrium, Zirkonium, Silizium, Titan, Hafnium oder eine Kombination aus diesen aufweisen.
Die Oxid-Nanomerkmale können vorzugsweise Gegenstände von einer Durchschnittsgröße von ungefähr 20 Nanometern aufweisen.
Bei dem Gegenstand jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann der Flanschabschnitt ferritischen Stahl, martensitischen Stahl, austenitischen Stahl, Duplex-Stahl oder ausscheidungsgehärteten Stahl aufweisen.
Das erste Bauteil jedes beliebigen vorstehend erwähnten Gegenstands kann ein Turbomaschinenbauteil aufweisen, das aus einem oder mehreren von einer Welle, einem Laufrad, einem Abstandshalter und einer Motor-/Triebwerksscheibe ausgewählt ist.
In einigen Ausführungsformen kann der Gegenstand ferner ein zweites Bauteil aufweisen, das mit dem Flanschabschnitt des ersten Bauteils durch eine Schweißverbindung verbunden ist.
Das zweite Bauteil kann insbesondere ein metallisches Material aufweisen.
Das metallische Material kann vorzugsweise einen Stahl, eine nickelbasierte Superlegierung oder eine nanostrukturierte ferritische Legierung aufweisen.
In jeder der zuletzt erwähnten Ausführungsformen, die ein zweites Bauteil aufweisen, kann das zweite Bauteil ein Turbomaschinenbauteil aufweisen, das aus einem oder mehreren von einer Welle, einem Laufrad, einem Abstandshalter und einer Motor-/Triebwerksscheibe ausgewählt ist.
In einigen Ausführungsformen enthält ein Gegenstand ein erstes Bauteil, das einen kreisförmigen Basisabschnitt aufweist, der sich von einem Innenumfang zu einem Außenumfang erstreckt. Das erste Bauteil enthält ferner einen kreisförmigen Flanschabschnitt, der zu dem kreisförmigen Basisabschnitt konzentrisch ist, senkrecht zu einer Oberfläche zwischen dem Innenumfang und dem Außenumfang des kreisförmigen Basisabschnitts nach außen vorragt und mit dem kreisförmigen Basisabschnitt durch eine Festkörperverbindung verbunden ist. Der kreisförmige Basisabschnitt weist eine nanostrukturierte ferritische Legierung auf, und der kreisförmige Flanschabschnitt weist einen Stahl auf, der im Wesentlichen frei von Oxid-Nanomerkmalen ist. In einigen Ausführungsformen enthält der Gegenstand ein Turbomaschinenbauteil.
ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verstanden, in denen gleiche Bezugsziffern durchgehend gleiche Teile repräsentieren, wobei:
1 eine perspektivische Ansicht eines erstes Bauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
2 eine perspektivische Ansicht eines Gegenstands gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
3 eine perspektivische Ansicht eines Gegenstands gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist;
4 Prozessschritte zur Herstellung eines ersten Bauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
5 eine schematische Darstellung eines Turbinenlaufrads gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wie nachstehend im Detail beschrieben, ergeben einige Ausführungsformen der Erfindung einen Gegenstand, der ein erstes Bauteil enthält, das eine nanostrukturierte ferritische Legierung (NFA) aufweist, die in herkömmlicher Weise geschweißt werden kann. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung enthält das erste Bauteil einen Basisabschnitt und einen Flanschabschnitt. Der Flanschabschnitt ragt senkrecht zu einer Oberfläche des Basisabschnitts nach außen vor und ist mit dem Basisabschnitt durch eine Festkörperverbindung verbunden. Der Basisabschnitt enthält eine nanostrukturierte ferritische Legierung (NFA), und der Flanschabschnitt enthält einen Stahl, der im Wesentlichen frei von Oxid-Nanomerkmalen ist. Der Flanschabschnitt des ersten Bauteils ist ein schweißbarer Abschnitt, der es ermöglicht, das erste Bauteil mit einem weiteren Bauteil durch herkömmliches Verschweißen zu fügen, ohne die Mikrostruktur des NFA-Basisabschnitts zu beeinträchtigen, und somit die mechanischen Eigenschaften der NFA zu bewahren. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben in vorteilhafter Weise schweißbare Bauteile, die mit einem oder mehreren andern Bauteilen wirtschaftlich verbunden werden können, und preisgünstige Gegenstände oder Baugruppen, die schweißbare NFA-Bauteile enthalten.
Ein „Flanschabschnitt“ oder ein „Flansch“, wie hierin verwendet, bezieht sich auf eine nach außen erhöhte Kante, Lippe oder einen anderen Vorsprung aus einer Oberfläche, die bzw. der die Montage eines Bauteils mit einem weiteren Bauteil erleichtert und die strukturelle Steifigkeit des Bauteils erhöhen kann.
Es ist eine bestimmte Anwendung hierin in Verbindung mit Turbomaschinenbauteilen, wie z.B. Bauteilen einer Gasturbine und einer Dampfturbine, beschrieben. Man sollte jedoch erkennen, dass die vorliegenden Bauteile, Gegenstände und Verfahren, wie sie hierin offenbart sind, auch auf verschiedene andere Anwendungen und Industrien, z.B. auf Öl- und Gaserzeugungs- und -förderungsanwendungen anwendbar sind.
Sofern sie nicht anders definiert sind, haben die hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem gewöhnlichen Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, verstanden wird. Die Begriffe „umfassen”, „einschließen” und „aufweisen” sollen im einschließlichen Sinne verstanden werden und bedeuten, dass es andere zusätzliche Elemente als die aufgeführten Elemente geben kann. Die Begriffe „erste“, „zweite“ und dergleichen, wie sie hierin verwendet werden, sollen keine Reihenfolge, Menge oder Wichtigkeit kennzeichnen, sondern werden eher dazu verwendet, ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Ferner bezeichnen die Begriffe „ein“ und „eine“ keine Mengenbeschränkung, sondern bezeichnen eher die Gegenwart wenigstens eines der in Bezug genommenen Elemente, und der Begriff „frei“ und „im Wesentlichen frei“ kann in Verbindung mit einem Begriff verwendet werden und kann eine unwesentliche Anzahl oder Spurenmengen enthalten, während er immer noch als frei von dem modifizierten Begriff betrachtet wird.
Wenn Bereiche offenbart sind, dann sind die Endpunkte aller Bereiche, die auf die gleiche Komponente oder Eigenschaft gerichtet sind, eingeschlossen und unabhängig kombinierbar (z.B. Bereiche von „bis zu etwa 25 Gew.-% oder, insbesondere, etwa 5 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-%“ schließen die Endpunkte und alle Zwischenwerte der Bereiche von „etwa 5 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-%2 usw. ein). Die Modifizierung "etwa", die in Verbindung mit einer Menge benutzt wird, schließt den genannten Wert ein und hat die durch den Kontext vorgegebene Bedeutung (z.B. schließt sie den Fehlergrad ein, der mit einer Messung der speziellen Menge verbunden ist).
1 stellt eine perspektivische Ansicht eines ersten Bauteils 10 dar. In der dargestellten Ausführungsform enthält das erste Bauteil 10 einen Basisabschnitt 12 und einen Flanschabschnitt 16. Der Flanschabschnitt 16 ragt senkrecht zu einer Oberfläche 14 des Basisabschnitts 12 nach außen heraus und ist mit dem Basisabschnitt 12 durch eine Festkörperverbindung 18 verbunden. Der Basisabschnitt 12 enthält eine nanostrukturierte ferritische Legierung (NFA). Der Flanschabschnitt 16 enthält einen Stahl, der im Wesentlichen frei von Oxid-Nanomerkmalen ist. In einer Ausführungsform besteht der Basisabschnitt 12 aus einer nanostrukturierten ferritischen Legierung, und der Flanschabschnitt 16 besteht aus einem Stahl, der im Wesentlichen frei von Oxid-Nanomerkmalen ist.
Die nanostrukturierten ferritischen Legierungen (NFAs) sind eine Legierungsklasse, die eine Stahllegierungsmatrix aufweist, die durch nanometer(nm)-große Oxid-Nanomerkmale sehr hoher Dichte, mit zumindest ungefähr 10¹⁸ m^–3, dispersionsverstärkt ist. Die Oxid-Nanomerkmale weisen gewöhnlich Titanoxid (Ti-O) und zumindest ein anderes Metallelement aus einem Oxid auf, das zur Vorbereitung der NFA oder der Legierungsmatrix verwendet wird. Es können beispielsweise Yttriumoxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Hafniumoxid zur Vorbereitung der NFAs verwendet werden, wobei in diesem Fall die Nanomerkmale Yttrium (Y), Aluminium (Al), Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf) oder Kombinationen von diesen zusätzlich zu dem vorstehend erwähnten Titan aufweisen können. Andere Merkmale, wie z.B. Eisen (Fe), Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Mangan (Mn), Silizium (Si), Niob (Nb), Aluminium (Al), Nickel (Ni) oder Tantal (Ta), aus der Stahllegierungsmatrix können ebenfalls an der Erzeugung der Nanomerkmale beteiligt sein.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „Nanomerkmale“ Materieteilchen, deren größte Dimension eine Größe von weniger als 20 Nanometer aufweist. Die Nanomerkmale einer NFA können eine beliebige Gestalt haben, einschließlich beispielsweise kugelförmige, kubische, linsenförmige und andere Gestalten. Die hierin verwendeten Oxid-Nanomerkmale werden typischerweise in situ in der NFA gebildet. Das Ausgangsoxid löst sich während der Verarbeitung in der Stahllegierungsmatrix auf. Während einer Heißkonsolidierung fällt eine neue Phase, die nanometergroße Oxide (d.h. Oxid-Nanomerkmale) aufweist, aus, wobei sie die verbesserten mechanischen Eigenschaften bereitstellt. In einigen Ausführungsformen reicht eine durchschnittliche Größe der Nanomerkmale von ungefähr 1 Nanometer bis ungefähr 20 Nanometern. In bestimmten Fällen reicht die durchschnittliche Größe der Nanomerkmale von ungefähr 1 Nanometer bis zu ungefähr 10 Nanometern. Die Dichte der Nanomerkmale beträgt wenigstens ungefähr 10²⁰ m^–3 und in einigen Fällen wenigstens ungefähr 10²² m^–3.
Im Gegensatz dazu enthalten herkömmliche oxiddispersionsverstärkte(ODS-)Legierungen im Allgemeinen verfeinerte, aber größere Oxidphasen, und das Oxidadditiv ist über den gesamten pulvermetallurgischen Prozess hinweg stabil, d.h. wenn Yttriumoxid zu der Matrixlegierung hinzugefügt werden würde, würde Yttriumoxid nach dem Legierungsschritt vorhanden sein, und es gäbe keine wesentliche Bildung der vorstehend erwähnten Nanomerkmalen (NFs). In einer NFA wird während der Pulverabnutzung wenigstens die Mehrheit und in einigen Fällen im Wesentlichen das gesamte zugegebene Oxid in der Legierungsmatrix aufgelöst und ist an der Bildung der vorstehend erwähnten Nanomerkmale beteiligt, wenn das Pulver während des Verdichtungsprozesses, z.B. eines heißisostatischen Pressens (HIP), auf eine Temperatur erhöht wird. Wie vorstehend beschrieben, kann das neue Oxid in der NFA ein oder mehrere Übergangsmetalle, die in der Basislegierung vorhanden sind, sowie auch das metallische Element bzw. die metallischen Elemente der ursprünglichen Oxidzugabe aufweisen.
In einer Ausführungsform enthält die nanostrukturierte ferritische Legierung (NFA) eine Stahlmatrixphase, die eine Zusammensetzung aufweist, die einem ferritischen Edelstahl entspricht. In bestimmten anderen Ausführungsformen sind martensitischer, Duplex-, austenitischer Edelstahl oder ausscheidungsgehärteter Stahl ebenfalls mögliche Matrixzusammensetzungen. Der Charakter der Stahlmatrixphase kann bis zu einem gewissen Grade die Umweltbeständigkeit und die Materialformbarkeit der resultierenden NFA beeinflussen.
In einer Ausführungsform enthält die NFA Chrom. Chrom kann zur Sicherstellung einer Oxidationsbeständigkeit wichtig sein und kann somit in der NFA in Mengen von wenigstens ungefähr 5 Gew.-%, und in einigen Ausführungsformen wenigstens ungefähr 9 Gew.-% enthalten sein. Mengen bis zu ungefähr 30 Gew.-% und in einigen Fällen von bis zu ungefähr 20 Gew.-% können enthalten sein. Vorteilhafterweise sind sowohl Chrom als auch Eisen, die Basis der NFA, ohne Weiteres verfügbar und relativ kostengünstig, insbesondere im Vergleich zu nickelbasierten Superlegierungen, die die NFAs in einigen Anwendungen ersetzen können.
In einigen Ausführungsformen, enthält die NFA Molybdän. Ein Anteil bis zu ungefähr 10 Gew.-% kann enthalten sein. In manchen Fällen, liegt die Menge an Molybdän im Bereich von ungefähr 3 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-%. In einigen anderen Fällen liegt die Menge an Molybdän im Bereich von ungefähr 1 Gew.-% bis ungefähr 5 Gew.-%.
Die NFA kann ferner Titan enthalten. Titan kann bei der Bildung des ausfallenden Oxids mitwirken, und so sind Mengen an Titan von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 2 Gew.-% und in einigen Fällen von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 1,0 Gew.-% und in einigen Fällen von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,8 Gew.-% wünschenswerterweise in der NFA enthalten.
Die Zusammensetzung des Nanomerkmals bzw. der Nanomerkmale kann teilweise von dem für die Vorbereitung der NFA verwendeten Oxid abhängen. Im Allgemeinen enthält eine NFA, wie sie hier beschrieben ist, wenigstens ungefähr 0,1 Gew.-% Sauerstoff. Die Menge an Sauerstoff, die in der Legierung vorhanden ist, bestimmt teilweise den resultierenden Typ und die resultierende Konzentration der Nanomerkmale, die in der Legierung vorhanden sind. In einigen Ausführungsformen liegt der Sauerstoffanteil in einem Bereich von ungefähr 0,1% bis ungefähr 0,5%, und in bestimmten Ausführungsformen beträgt der Betrag ungefähr 0,1% bis ungefähr 0,3%, wobei sich alle Prozentangaben auf das Gesamtgewicht der Legierung beziehen.
Eine veranschaulichende NFA, die zur Verwendung bei der Bildung des Basisabschnitts 12 des ersten Bauteils 10 geeignet ist, weist auf: von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 30 Gew.-% Chrom, von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 2 Gew.-% Titan, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-% Molybdän, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 5 Gew.-% Wolfram, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 5 Gew.-% Mangan, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 3 Gew.-% Silizium, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 2 Gew.-% Niob, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 2 Gew.-% Aluminium, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 8 Gew.-% Nickel, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 2 Gew.-% Tantal, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 0,5 Gew.-% Kohlenstoff und von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 0,5 Gew.-% Stickstoff, wobei der Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen sind; und eine Zahlendichte von wenigstens ungefähr 10¹⁸ m^–3 Nanomerkmale, die Titan, Sauerstoff und wenigstens ein Element aufweisen, das aus dem während der Vorbereitung der NFA zugegebenen Oxid oder aus der Legierungsmatrix abgeleitet wird.
In anderen Ausführungsformen weist die NFA auf: von ungefähr 9 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-% Chrom, von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 1 Gew.-% Titan, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-% Molybdän, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 4 Gew.-% Wolfram, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 2,5 Gew.-% Mangan, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 1 Gew.-% Silizium, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 1 Gew.-% Niob, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 1 Gew.-% Aluminium, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 4 Gew.-% Nickel, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 1 Gew.-% Tantal, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 0,1 Gew.-% Kohlenstoff und von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 0,2 Gew.-% Stickstoff, wobei der Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen sind; und eine Zahlendichte von wenigstens ungefähr 10²⁰ m^–3 Nanomerkmale, die Titan, Sauerstoff und wenigstens ein Element aufweisen, das aus dem während der Vorbereitung der NFA zugegebenen Oxid oder aus der Legierungsmatrix abgeleitet wird.
In noch anderen Ausführungsformen weist die NFA auf: von ungefähr 9 Gew.-% bis ungefähr 14 Gew.-% Chrom, von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 0,8 Gew.-% Titan, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-% Molybdän, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 3 Gew.-% Wolfram, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 1 Gew.-% Mangan, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 0,5 Gew.-% Silizium, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 0,5 Gew.-% Niob, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 0,5 Gew.-% Aluminium, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 2 Gew.-% Nickel, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 0,5 Gew.-% Tantal, von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 0,05 Gew.-% Kohlenstoff und von ungefähr 0 Gew.-% bis ungefähr 0,1 Gew.-% Stickstoff, wobei der Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen sind; und eine Zahlendichte von ungefähr 10²² m^–3 Nanomerkmale, die Titan, Sauerstoff und wenigstens ein Element aufweisen, das aus dem während der Vorbereitung der NFA zugegebenen Oxid oder aus der Legierungsmatrix abgeleitet wird.
Darüber hinaus kann es, abhängig von der Betriebsumgebung, erwünscht sein, ein korrosionsbeständiges Bauteil und/oder einen korrosionsbeständigen Gegenstand zu haben, beispielsweise in einer säuerlichen und sauren Umgebung, wie etwa denjenigen, die mit Öl- und Gaserzeugungs- und -förderungsanwendungen einhergehen. Da Korrosion typischerweise ein oberflächenorientiertes Phänomen ist, werden die Eigenschaften einer Außenfläche oft sehr wichtig bei der Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit des Basisabschnitts 12. Die Korrosionsbeständigkeit einer nanostrukturierten ferritischen Legierung in vielen Umgebungen ist im Allgemeinen zu den Konzentrationen von Molybdän und Chrom, die innerhalb der Matrix der Legierung gelöst sind, proportional. Wenn die Konzentrationen dieser Elemente in den Legierungen jedoch erhöht werden, begünstigt die Thermodynamik der Legierungschemie zunehmend die Bildung von intermetallischen Phasen, wie z.B. der Chi-Phase und die Sigma-Phase, die reich an Molybdän und/oder Chrom sind. Während sich diese Phasen bilden, entfernen sie Molybdän und Chrom aus der Matrix, wobei sie diese gewünschten Elemente in den intermetallischen Verbindungen binden und eine verarmte Matrix hinterlassen, die deutlich weniger korrosionsbeständig ist als sie wäre, wenn die Elemente in der Lösung verblieben.
Der Basisabschnitt 12 des ersten Bauteils 10 kann somit konstruiert sein, um eine Außenfläche bereitzustellen, die eine korrosionsbeständige nanostrukturierte ferritische Legierung (NFA) enthält, wie sie in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/334742 beschrieben ist, die am 18 Juli 2014 eingereicht wurde. In einigen Ausführungsformen enthält die Legierungsmatrix an der Außenfläche, z.B. an der Oberfläche 14, ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 30 Gew.-% Chrom und ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-% Molybdän. Ferner beträgt eine Konzentration einer Chi-Phase oder einer Sigma-Phase an der Außenfläche weniger als ungefähr 5 Volumen-%. Darüber hinaus behält die Außenfläche des Basisabschnitts 12 in einigen weiteren Ausführungsformen hohe Anteile an Molybdän und Chrom bei, die in der Matrix gelöst sind, häufig Anteile, die über den Löslichkeitsgrenzen liegen, die man für ein thermodynamisches Gleichgewicht erwarten würde.
Wie erwähnt, enthält der Flanschabschnitt 16 einen Stahl, der im Wesentlichen frei von Oxid-Nanomerkmalen ist. In einigen Ausführungsformen enthält der Flanschabschnitt 16 einen Stahl oder eine Stahllegierung, die sich von der nanostrukturierten ferritischen Legierung (NFA) unterscheidet, die auch als „Nicht-NFA-Stahl“ bezeichnet werden kann. In einer Ausführungsform ist der Flanschabschnitt 16 aus einem Nicht-NFA-Stahl, z.B. aus einem herkömmlichen Stahl, ausgebildet. Einige Beispiele umfassen martensitischen Stahl, ferritischen Stahl, austenitischen Stahl, Duplex-Stahl und ausscheidungsgehärteten Stahl.
Die Matrixzusammensetzungen der NFA des Basisabschnitts 12 und des Nicht-NFA-Stahls des Flanschabschnitts 16 können außerdem dieselben oder verschiedene Stahllegierungszusammensetzungen enthalten. In einigen Ausführungsformen enthält die Matrix der NFA für den Basisabschnitt 12 eine ferritische Stahlzusammensetzung, und der Nicht-NFA-Stahl des Flanschabschnitts 16 enthält dieselbe ferritische Stahlzusammensetzung. Die Verwendung derselben Stahlzusammensetzung für die Bildung des Flanschabschnitts 16, wie sie in der NFA des Basisabschnitts 12 verwendet wird, kann die Menge der Materialinterdiffusion begrenzen, die während des Einsatzes des Bauteils an einer Verbindungsstelle stattfindet, wodurch die Nutzungsdauer verlängert wird.
Der Flanschabschnitt 16 ist mit dem Basisabschnitt 12 durch eine Festkörperverbindung 18 verbunden. Wie hierin verwendet, ist eine Festkörperverbindung 18 eine metallurgische Verbindung, die kein geschmolzenes Material während der Bildung der Verbindung erzeugt oder anderweitig einbezieht. Während des Fügens im festen Zustand (Festkörperverbindens) findet die Verbindung und Verarbeitung im festen Zustand statt, indem ein Aufschmelzen und Verfestigen vermieden werden. Beispiele geeigneter Verbindungstechniken enthalten, sind aber nicht auf diese beschränkt, Diffusionsschweißen, schmiedeverstärktes Verbinden, Rotationsreibschweißen, Translationsreibschweißen, aktiviertes Diffusionsschweißen und heißisostatisches Pressen (HIP).
In einigen Ausführungsformen, enthält der Gegenstand ferner ein zweites Bauteil, das mit dem Flanschabschnitt 16 des ersten Bauteils 10 durch eine Schweißverbindung bzw. -naht verbunden ist. 2 stellt eine perspektivische Ansicht eines Gegenstands 20 dar. Der Gegenstand 20 enthält das erste Bauteil 10, wie in 1 beschrieben, und ein zweites Bauteil 22, das mit dem Flanschabschnitt 16 des ersten Bauteils 10 durch eine Schweißverbindung bzw. -naht 24 verbunden ist. Das zweite Bauteil 22 kann ein beliebiges metallisches Material enthalten, das geschweißt werden kann, z.B. einen herkömmlichen Stahl oder eine Superlegierung. In einer Ausführungsform enthält das zweite Bauteil 22 einen herkömmlichen Stahl, der aus ferritischem Stahl, martensitischem Stahl, austenitischem Stahl, Duplex-Stahl und ausscheidungsgehärtetem Stahl ausgewählt ist. In einer weiteren Ausführungsform enthält das zweite Bauteil 22 eine nickelbasierte Superlegierung.
In einigen Ausführungsformen weist das zweite Bauteil 22 einen Flansch 26, der mit dem Flanschabschnitt 16 des ersten Bauteils 10 verschweißt ist, wie in 3 dargestellt. Die Flanschabschnitte 16 und 26 eines jeden von dem ersten Bauteil 10 und dem zweiten Bauteil 22 sind durch herkömmliche Schweißung miteinander verbunden, um eine Schweißverbindung 25 zu bilden. Es muss nicht erforderlich sein, an dem zweiten Bauteil 22 einen Flansch zu haben, der mit dem Flanschabschnitt 16 verschweißt wird, wobei ein Flansch jedoch einen Zugang zum Schweißen und zur Montage der beiden Bauteile schafft. Ein Verschweißen über den Flansch kann auch eine Beschädigung des zweiten Bauteils 22 während des Prozesses vermeiden. In bestimmten Ausführungsformen enthält das zweite Bauteil 22 eine nanostrukturierte ferritische Legierung (NFA). Bezugnehmend auf 3 enthält der Flanschabschnitt 26 des zweiten Bauteils 22 in diesen Ausführungsformen einen Nicht-NFA-Stahl. In einer Ausführungsform ist das zweite Bauteil 22 dem ersten Bauteil 10 in seiner Gestalt und Geometrie ähnlich. In einigen beispielhaften Ausführungsformen ist 3 eine schematische Darstellung einer Baugruppe aus zwei Turbomaschinenbauteilen. In manchen Fällen weist eine Turbomaschinenbaugruppe zwei oder mehrere geschweißte Bauteile, von denen jedes einen NFA-Basisabschnitt und einen Flanschabschnitt aufweist, der im Wesentlichen frei von Oxid-Nanomerkmalen ist.
Wie erwähnt, wird das zweite Bauteil 22 mit dem Flanschabschnitt 16 durch eine Schweißverbindung (24, 25), wie in 2 und 3 gezeigt, verbunden. Die Schweißverbindung (24, 25) kann unter Verwendung jeglicher Schweißtechnik, beispielsweise durch Schmelzschweiß- und Festkörperschweißverfahren, gebildet werden. Beispiele umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, Lichtbogenschweißen, Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Wolfram-Inertgas(TIG)-Schweißen, Metall-Inertgas(MIG)-Schweißen und hybrides Schweißen. Ein herkömmliches Schweißverfahren ist im Allgemeinen vorteilhaft bei der Senkung der Kosten zur Herstellung des Gegenstands. In einer Ausführungsform sind herkömmliche Schmelzschweißverfahren, beispielsweise TIG-Schweißen und MIG-Schweißen, zur Verbindung des zweiten Bauteils 22 mit dem Flanschabschnitt 16 des ersten Bauteils 10 erwünscht.
Wie vorstehend erwähnt, kann ein Bauteil, das aus NFA besteht, nicht direkt mit herkömmlichen Verfahren geschweißt werden, während gleichzeitig die Mikrostruktur und Eigenschaftsvorteile der NFA bewahrt werden. Typischerweise wird während eines Schweißprozesses ein Bereich eines NFA-Bauteils, der sich in der Nähe eines Abschnitts des Bauteils, der geschweißt wird, d.h. in der Nähe der Schweißverbindung, befindet, durch die Schweißprozessparameter, wie z.B. die Schweißtemperatur, das Material, usw., beeinflusst. Dieser Bereich kann als „Wärmeeinflusszone“ bezeichnet werden. Wegen der Einflusszone, wird das NFA-Bauteil oft während des Schweißprozesses beschädigt. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen vorteilhafterweise das Anschweißen des ersten Bauteils 10, ohne die Mikrostruktur und die Eigenschaften des Basisabschnitts 12, der eine nanostrukturierte ferritische Legierung (NFA) enthält, zu beeinflussen. Das Schweißen wird an dem Flanschabschnitt 16 durchgeführt, der frei von NFA (oder ein Nicht-NFA-Abschnitt) ist. Durch Schweißen über diesen Nicht-NFA-Abschnitt findet die Schweißverbindung 24, die das erste Bauteil 10 mit dem zweiten Bauteil 22 zusammenfügt, von dem NFA-Basisabschnitt 12 entfernt statt. Außerdem ist es erwünscht, dass im Wesentlichen der gesamte Basisabschnitt 12 außerhalb der Wärmeeinflusszone liegt. Ein Fachmann auf dem Gebiet würde verstehen, dass eine Größe, insbesondere eine Höhe oder Breite und Dicke, des Flanschabschnitts 16 (2) so ist, dass der Prozess der Erzeugung der Schweißnaht 24 den NFA-Basisabschnitt 12 nicht beschädigt. Die Höhe oder Breite des Flanschabschnitts 16 wird in eine Richtung senkrecht zu der Oberfläche 14 des Basisabschnitts 12 gemessen.
Wie in den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben, kann das erste Bauteil 10 (bezugnehmend auf 1) unter Verwendung einiger Verfahren hergestellt werden. In manchen Fällen werden einzelne Abschnitte, d.h. der Basisabschnitt 12 und der Flanschabschnitt 16, getrennt erzeugt und dann zusammengefügt, um das erste Bauteil 10 zu bilden. In einigen anderen Fällen wird das erste Bauteil 10 durch gleichzeitige Verfestigung und Verbindung des Flanschabschnitts 16 mit dem Basisabschnitt 12 hergestellt. In manchen Fällen wird der Flanschabschnitt 16 an dem Basisabschnitt 12 additiv hergestellt. Das erste Bauteil 10, das durch Verfahren, wie sie hierin beschrieben sind, erzeugt wird, kann mit dem zweiten Bauteil 22 (2) durch herkömmliches Schweißen, wie vorstehend beschrieben, verbunden werden.
Die nanostrukturierte ferritische Legierung (NFA) ist eine Pulvermetallurgielegierung, die typischerweise zuerst verdichtet wird, um ein Werkstück herzustellen, und dann zur Herstellung eines erwünschten Gegenstands heiß bearbeitet wird. Das NFA-Pulver kann durch ein beliebiges im Fachgebiet bekanntes Verfahren verdichtet werden. In einer Ausführungsform wird das Werkstück durch heißisostatisches Pressen (HIP) gefertigt. Andere Verdichtungsmethoden umfassen Heißverdichtung, Extrusion oder Walzenkompaktierung.
In einer Ausführungsform werden die Werkstücke/Schmiedestücke für den Basisabschnitt 12 und den Flanschabschnitt 16 im Voraus hergestellt und dann manuell miteinander verbunden. Beispielsweise können ein NFA-Schmiedestück für den Basisabschnitt 12 und herkömmliches Stahlschmiedestück für den Flanschabschnitt 16 über eine beliebige Festkörperverbindungsmethode, die im Fachgebiet bekannt ist, zusammengefügt werden, um eine Festkörperverbindung 18 zwischen den beiden Abschnitten zu bilden. Beispiele von Verbindungsmethoden umfassen schmiedeverstärktes Verbinden, Schwungradreibschweißen, Reibschweißen im Translationsmodus, Diffusionsschweißen, aktiviertes Diffusionsverbinden und heißisostatisches Pressen (HIP). Nach dem Verbinden der beiden Schmiedestücke kann die resultierende Struktur ferner zu einer endgültigen erwünschten Gestalt geschmiedet oder maschinell bearbeitet werden, um das erste Bauteil 10 zu bilden, das den Flanschabschnitt 16 aufweist, der mit dem Basisabschnitt 12 verbunden wird, wie in den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben. Ein spezielles Beispiel ist ein Turbinenlaufrad.
In einigen Ausführungsformen wird das erste Bauteil 10 durch gleichzeitiges Verfestigen/Verdichten und Verbinden des Basisabschnitts 12 mit dem Flanschabschnitt 16 hergestellt werden. In einer Ausführungsform enthält das Verfahren eine Durchführung einer Verdichtung unter Verwendung heißisostatischen Pressens. In einer veranschaulichenden Ausführungsform wird eine HIP-Dose zuerst mit einem NFA-Pulver gefüllt und dann eine Scheibe oder ein Ring aus einem Nicht-NFA-Stahl in der Dose entlang des NFA-Pulvers platziert. Nach der Durchführung des HIP wird die resultierende Struktur weiter geschmiedet und/oder maschinell bearbeitet, um das erwünschte erste Bauteil 10 zu erreichen. In einer weiteren veranschaulichenden Ausführungsform wird eine HIP-Dose 30, die selbst aus einem Nicht-NFA-Stahl hergestellt ist, für den Verdichtungsprozess verwendet, wie in 4 gezeigt. Die Dose 30 weist zumindest ein dickes festes Ende 32 auf. Die Dose 30 wird mit NFA-Pulver 34 beladen. Der Verdichtungsprozess, beispielsweise HIP, bindet die HIP-Dose 30 mit der verdichteten NFA, was ein Schmiedestück 35 ergibt, das einen ersten Abschnitt 36, der au dem Nicht-NFA-Stahl (d.h. einem Stahlschmiedestück) gebildet ist, und einen zweiten Abschnitt 38 enthält, der das NFA-Schmiedestück enthält. Dieses Schmiedestück 35 kann dann durch weiteres Schmieden und/oder maschinelles Bearbeiten geformt werden, was das gewünschte erste Bauteil 10 ergibt, das den Flanschabschnitt 16 aus dem Nicht-NFA-Stahl, der mit dem NFA-Basisabschnitt 12 verbunden ist, enthält.
In einigen Ausführungsformen wird der Flanschabschnitt 16 an dem Basisabschnitt 12 additiv gefertigt. Additive Fertigung ist eine bekannte Technologie, die den „3D-Druck“ von Bauteilen aus verschiedenen Materialien, einschließlich Metallen und Kunststoffen, ermöglicht. Bei der additiven Fertigung wird ein Teil gewöhnlich anhand von 3D-Modeldaten schichtweise aufgebaut, anstatt durch herkömmlichere maschinelle Materialabtragungsprozesse. Einem Fachmann auf dem Gebiet ist eine Vielfalt von additiven Fertigungsprozessen bekannt, von denen einige das Schmelzen eines Pulvers oder Drahts umfassen können. In einer veranschaulichten Ausführungsform wird der Flanschabschnitt 16 durch additive Fertigung mit Drahtzufuhr gebildet. In dieser Ausführungsform wird zuerst ein Schmiedestück gebildet, das einen aus der NFA gebildeten ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt enthält, der eine Schicht aus einem Nicht-NFA-Stahl enthält (d.h. ein Stahlschmiedestück). Dieses Schmiedestück kann durch den unter Bezugnahme auf 4 vorstehend beschriebenen Prozess erzeugt werden. Die Schicht aus Nicht-NFA-Stahl auf der NFA-Schmiedestückoberfläche ermöglicht eine additive Laser-Fertigung mit Drahtzufuhr von einem Flansch direkt auf der Schicht aus Nicht-NFA-Stahl, indem die Schicht aus Nicht-NFA-Stahl lokal aufgeschmolzen wird und nicht in den NFA-Basisabschnitt eindringt. In einigen anderen Ausführungsformen kann der Nicht-NFA-Stahl in Form eines Pulvers durch ein Kaltspritzverfahren, ein Laser-Engineered-Net-Shaping(LENS)-Verfahren oder ein alternatives additives Laser-Fertigungsverfahren mit Pulverzufuhr oder Drahtzufuhr angewandt werden. In diesen Ausführungsformen muss eine Nicht-NFA-Schicht an dem NFA-Schmiedestück nicht erforderlich sein.
Eine veranschaulichende Klasse von Gegenständen, die von der Anwendung der hierin beschriebenen Konzepte besonderen Nutzen ziehen kann, umfasst Turbomaschinenbauteile. Unter erneuter Bezugnahme auf 1–3 sind das erste Bauteil 10, das zweite Bauteil 22, oder sowohl das erste Bauteil 10 als auch das zweite Bauteil 22 in einigen Ausführungsformen Bauteile einer Gasturbine oder einer Dampfturbine. Einige beispielhafte Bauteile sind Turbinenlaufräder, Turbinenwellen, Turbinenabstandshalter, Laufscheiben und Zentrifugalverdichterblisks (integrierte Schaufeln und Scheiben). In einer Ausführungsform ist das erste Bauteil 10 ein Hochleistungs-Gasturbinenlaufrad. In einer Ausführungsform ist das erste Bauteil 10 ein Hochleistungs-Gasturbinenabstandshalter. Das erste Bauteil 10 kann auch für eine beliebige andere Anwendung, die einen Betrieb bei Turbinenbetriebstemperaturen oder in korrosiven Umgebungen umfasst, einsetzbar sein. In einigen Ausführungsformen ist das erste Bauteil 10 ein Turbomaschinenbauteil, das in Luftfahrtanwendungen verwendet wird, z.B. eine Strahltriebwerksscheibe. In diesen Ausführungsformen ist das zweite Bauteil 22 ein Turbomaschinenbauteil, das in Luftfahrtanwendungen verwendet wird.
In einer Ausführungsform ist das erste Bauteil 10 ein Turbinenlaufrad, und das zweite Bauteil 22 ist eine Turbinenwelle. In einer Ausführungsform ist das erste Bauteil 10 ein Turbinenlaufrad und das zweite Bauteil 22 ist ein weiteres Turbinenlaufrad.
In einigen Ausführungsformen weist das erste Bauteil 10 (1), z.B. ein Turbomaschinenbauteil, eine kreisförmige Gestalt auf. 5 veranschaulicht eine schematische Darstellung eines ersten Bauteils 40, z.B. eines Turbinenlaufrads, das einen kreisförmigen Basisabschnitt 42 aufweist. Der kreisförmige Basisabschnitt 42 kann beispielsweise eine Laufscheibe oder ein Laufrad sein. Der kreisförmige Basisabschnitt 42 weist eine Bohrung 44 auf, die durch einen Innenumfang 46 des Basisabschnitts 42 definiert ist. Der Basisabschnitt 42 erstreckt sich von einem Innenumfang 46 zu einem Außenumfang 48 hin, was eine Fläche 45 bildet. Das erste Bauteil 40 enthält einen Flanschabschnitt 50, der eine kreisförmige Gestalt aufweist, z.B. ein Ring ist, und der zu dem kreisförmigen Basisabschnitt 42 konzentrisch ist. Der kreisförmige Flanschabschnitt 50 ragt senkrecht zu einer Fläche 45 des kreisförmigen Basisabschnitts 42 nach außen vor. D.h., der kreisförmige Flanschabschnitt 50 ragt axial aus der Fläche 45 des kreisförmigen Basisabschnitts 42 heraus. Der Flanschabschnitt 50 ist mit dem Basisabschnitt 42 durch eine Festkörperverbindung 52 verbunden. Der kreisförmige Basisabschnitt 42 enthält eine nanostrukturierte ferritische Legierung (NFA), und der kreisförmige Flanschabschnitt 50 enthält einen Nicht-NFA-Stahl. Der kreisförmige Flanschabschnitt 50 ist ein schweißbarer Abschnitt, der mit anderen schweißbaren Turbomaschinenbauteilen verschweißt werden kann. Verschiedene Details zu dem Basisabschnitt 42, dem Flanschabschnitt 50 und der Festkörperverbindung 52 sind bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben.
Während nur gewisse Merkmale der Erfindung hierin veranschaulicht und beschrieben sind, stehen dem Fachmann viele Modifikationen und Änderungen zur Verfügung. Es sollte daher klar sein, dass die beigefügten Ansprüche alle solche Modifikationen und Änderungen abdecken, die in den wahren Geist der Erfindung fallen.
Es wird ein Gegenstand, z.B. ein Gegenstand einer Turbomaschine, dargeboten. Der Gegenstand enthält ein schweißbares erstes Bauteil, das einen Basisabschnitt und einen Flanschabschnitt aufweist. Der Flanschabschnitt ragt senkrecht zu einer Oberfläche des Basisabschnitts nach außen vor und ist mit dem Basisabschnitt durch eine Festkörperverbindung verbunden. Der Basisabschnitt weist eine nanostrukturierte ferritische Legierung auf, und der Flanschabschnitt weist ein Stahl auf, der im Wesentlichen frei von Oxid-Nanomerkmalen ist. Das erste Bauteil ist durch den Flanschabschnitt des ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil mittels einer Schweißverbindung verbunden.

Claims

Gegenstand, der aufweist: ein erstes Bauteil, das einen Basisabschnitt und einen Flanschabschnitt aufweist, der senkrecht zu einer Oberfläche des Basisabschnitts nach außen vorragt, wobei der Basisabschnitt eine nanostrukturierte ferritische Legierung aufweist und der Flanschabschnitt einen Stahl aufweist, der im Wesentlichen frei von Oxid-Nanomerkmalen ist, und wobei der Flanschabschnitt mit dem Basisabschnitt durch eine Festkörperverbindung verbunden ist.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die nanostrukturierte ferritische Legierung eine Metallmatrix und Oxid-Nanomerkmale aufweist, die innerhalb der Metallmatrix verteilt sind.
Gegenstand nach Anspruch 2, wobei die Metallmatrix Eisen, Chrom, Kobalt, Wolfram, Molybdän, Titan oder eine Kombination aus diesen aufweist; und/oder wobei die Metallmatrix einen Stahl aufweist, der aus ferritischem Stahl, martensitischem Stahl, austenitischem Stahl, Duplex-Stahl und einem ausscheidungsgehärtetem Stahl ausgewählt ist.
Gegenstand nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Oxid-Nanomerkmale Yttrium, Zirkonium, Silizium, Titan, Hafnium oder eine Kombination aus diesen aufweisen; und/oder wobei die Oxid-Nanomerkmale Teilchen von einer Durchschnittsgröße von weniger als ungefähr 20 Nanometern aufweisen.
Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Flanschabschnitt ferritischen Stahl, martensitischen Stahl, austenitischen Stahl, Duplex-Stahl und ausscheidungsgehärteten Stahl aufweist.
Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Bauteil ein Turbomaschinenbauteil aufweist, das aus einer/einem oder mehreren von einer Welle, einem Laufrad, einem Abstandshalter und einer Motor- bzw. Triebwerksscheibe ausgewählt ist.
Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, der ferner ein zweites Bauteil aufweist, das mit dem Flanschabschnitt des ersten Bauteils durch eine Schweißverbindung verbunden ist.
Gegenstand nach Anspruch 7, wobei das zweite Bauteil ein metallisches Material aufweist; wobei das metallische Material vorzugsweise einen Stahl, eine nickelbasierte Superlegierung oder eine nanostrukturierte ferritische Legierung aufweist.
Gegenstand nach Anspruch 7 oder 8, wobei das zweite Bauteil ein Turbomaschinenbauteil aufweist, das aus einer/einem oder mehreren von einer Welle, einem Laufrad, einem Abstandshalter und einer Motor- bzw. Triebwerksscheibe ausgewählt ist.
Gegenstand, der aufweist: ein erstes Bauteil, das einen kreisförmigen Basisabschnitt aufweist, der sich von einem Innenumfang zu einem Außenumfang erstreckt, und einen kreisförmigen Flanschabschnitt, der zu dem kreisförmigen Basisabschnitt konzentrisch ist und der senkrecht zu einer Oberfläche zwischen dem Innenumfang und dem Außenumfang des kreisförmigen Basisabschnitts nach außen vorragt, wobei der kreisförmige Basisabschnitt eine nanostrukturierte ferritische Legierung aufweist und der kreisförmige Flanschabschnitt einen Stahl aufweist, der im Wesentlichen frei von Oxid-Nanomerkmalen ist, und wobei der kreisförmige Flanschabschnitt mit dem kreisförmigen Basisabschnitt durch eine Festkörperverbindung verbunden ist.