DE102020214700A1 - Verfahren zur herstellung eines bauteils aus einer tial – legierung und entsprechend hergestelltes bauteil - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einer TiAl - Legierung sowie ein entsprechendes Bauteil, wobei bei dem Verfahren zunächst ein Rohling (11) durch ein generatives Verfahren schichtweise aus mehreren Lagen (12) aufgebaut wird und der Rohling (11) anschließend einer Schmiedeumformung unterzogen wird, um ein Schmiedeteil zu erhalten, wobei die Schmiedeumformung mit einer Schmiederichtung erfolgt, die quer zu den Lagen (12) des Rohlings (11) erfolgt.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einer TiAl - Legierung, insbesondere eines Bauteils einer Strömungsmaschine, vorzugsweise einer Gasturbine oder Flugturbine, und ein entsprechend hergestelltes Bauteil.
  • STAND DER TECHNIK
  • Bauteile aus Titanaluminiden bzw. TiAl - Legierungen sind aufgrund ihres geringen spezifischen Gewichts und ihrer mechanischen Eigenschaften für den Einsatz in Strömungsmaschinen, wie Gasturbinen oder Flugturbinen, interessant.
  • Unter Titanaluminiden bzw. TiAl - Legierungen werden hierbei Legierungen verstanden, die als Hauptbestandteile Titan und Aluminium aufweisen, sodass deren chemische Zusammensetzung als Bestandteile mit den höchsten Anteilen Aluminium und Titan aufweist. Darüber hinaus zeichnen sich TiAl - Legierungen durch die Ausbildung von intermetallischen Phasen, wie γ - TiAl oder α2 - Ti3Al aus, die dem Werkstoff gute Festigkeitseigenschaften verleihen. Insbesondere werden sogenannte TNM - Legierungen eingesetzt, also TiAl - Legierungen, die mit Niob und Molybdän legiert sind, wobei Molybdän ein die β - Phase stabilisierendes Legierungselement ist, sodass im Gefüge entsprechender Legierungen auch β - oder B2 - Körner zu finden sind.
  • Allerdings sind TiAl - Legierungen nicht einfach zu verarbeiten und die Gefüge von TiAl - Werkstoffen müssen exakt eingestellt werden, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erzielen. So können Gussteile aus TNM - TiAl - Legierungen große und unsymmetrische Körner aufweisen, sodass zur Erreichung hoher Festigkeiten und Duktilitäten entsprechende Bauteile geschmiedet werden müssen. Allerdings besitzen TiAl - Legierungen durch ihre intermetallischen Phasen eine hohe Festigkeit, sodass die Umformung durch Schmieden aufwändig ist.
  • Im Dokument DE 10 2015 103 422 B3 wird entsprechend vorgeschlagen, die Umformung in Temperaturbereichen vorzunehmen, bei denen ein Gefüge vorliegt, welches einfacher umzuformen ist.
  • Auch das Dokument EP 3 372 700 A1 beschäftigt sich mit der Herstellung von geschmiedeten Bauteilen aus TiAl - Legierungen, wobei hier vorgeschlagen wird, dass für das Schmieden ein Rohling bereitgestellt wird, der so geformt ist, dass eine homogene Umformung über das gesamte Bauteil durch das Schmieden erfolgen kann, sodass eine homogene Gefügeausbildung des geschmiedeten Bauteils erreicht werden kann.
  • Darüber hinaus beschreibt die amerikanische Offenlegungsschrift US 2017/0043402 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Bauteils, bei welchen nach einer additiven bzw. generativen Herstellung durch schichtweise Abscheidung von Metalllagen ein derart hergestellter Rohling geschmiedet wird.
  • Allerdings weisen generativ hergestellte Bauteile aus TiAl - Legierungen Anisotropien in der Mikrostruktur auf, die beispielsweise durch den unterschiedlichen Abbrand von Aluminium beim generativen Herstellen entstehen. Darüber hinaus kommt es durch die lagenweise Erstarrung zur Ausbildung von Texturen insbesondere hinsichtlich der β - Phase. Entsprechend ergeben sich auch Anisotropien bezüglich der mechanischen Festigkeit und der Duktilität generativ hergestellter Bauteile aus TiAl - Legierungen.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Entsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus TiAl - Legierungen und insbesondere aus TNM - TiAl - Legierungen bereitzustellen, bei welchem auf möglichst einfache und effiziente Weise eine homogene Gefügestruktur mit isotropen Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit und Duktilität erzielt werden kann.
  • TECHNISCHE LÖSUNG
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß der Erfindung wird zur Verbesserung der Homogenität eines Bauteils aus einer TiAl - Legierung und insbesondere aus einer TNM - TiAl - Legierung sowie zur Vermeidung von Anisotropien vorgeschlagen, zunächst durch ein generatives bzw. additives Verfahren schichtweise einen Rohling aus einer Vielzahl von Lagen aufzubauen und anschließend den Rohling einer Schmiedeumformung zu unterziehen, um ein Schmiedeteil zu erhalten. Die Schmiedeumformung soll in einer Schmiederichtung erfolgen, die quer zu den Lagen des Rohlings ausgerichtet ist. Der Winkel zwischen der Schmiederichtung und der Flächennormalen der Lagen kann beispielsweise höchstens 45°, vorzugsweise höchstens 30°, insbesondere höchstens 15° betragen.
  • Bei der Schmiederichtung handelt es sich um die Richtung, in welcher der Druck zur Druckumformung beim Schmieden auf den Rohling aufgebracht wird und insbesondere um die Richtung, in der der Rohling durch die Schmiedeumformung gestaucht wird. Entsprechend wird bei einer Schmiederichtung quer und insbesondere senkrecht zu den Lagen des Rohlings, die schichtweise nacheinander beim generativen Herstellungsprozess abgeschieden worden sind, erreicht, dass die Lagen gegeneinander gepresst und verformt werden, um so eine Homogenisierung des Gefüges, insbesondere des Aluminiumgehaltes zwischen den einzelnen Lagen, zu erreichen.
  • Das generative bzw. additive Verfahren, mit welchem der Rohling schichtweise aus einem Pulver aufgebaut wird, kann Laserstrahlschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen und insbesondere selektives Laserstrahlschmelzen oder selektives Elektronenstrahlschmelzen sein.
  • Bei der generativen Herstellung kann die chemische Zusammensetzung der abgeschiedenen Lagen durch unterschiedliche Abscheidebedingungen variiert werden, indem beispielsweise durch Variation der Strahlparameter beim Laserstrahlschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen unterschiedliche Temperaturen der Schmelze des aufgeschmolzenen Pulvers eingestellt werden, sodass flüchtige Komponenten unterschiedlich verdampfen. Insbesondere der Aluminiumgehalt kann durch unterschiedlichen Aluminiumabbrand variiert werden.
  • Das Schmieden des Rohlings kann durch einen einstufigen Schmiedeprozess durchgeführt werden, sodass insgesamt das Herstellungsverfahren einfach und effizient ist.
  • Das Schmieden wird üblicherweise bei hohen Temperaturen ausgeführt, sodass während des Schmiedeprozesses, bei dem die Lagen des Rohlings gegeneinander gepresst und verformt werden, Diffusionsprozesse stattfinden können, die die Homogenisierung weiter verbessern. Insbesondere kann der Schmiedeprozess als isothermer Schmiedeprozess oder Heißgesenkschmiedeprozess ausgeführt werden, bei welchem die Schmiedetemperatur konstant gehalten wird oder das Bauteil mit Übertemperatur eingelegt wird und kontinuierlich abkühlt und beispielsweise die Gesenke einer Gesenkschmiede entsprechend beheizt werden.
  • In dem Schmiedeteil, welches durch den Schmiedeprozess aus dem Rohling entsteht, kann ein nutzbares Volumen definiert werden, welches dem herzustellenden Bauteil entspricht. Das Schmieden des Rohlings kann nunmehr so durchgeführt werden, dass bezogen auf das gesamte nutzbare Volumen oder auf einen Volumenteilbereich des nutzbaren Volumens mit der geringsten Umformung ein Umformungsgrad von größer oder gleich 0.8, insbesondere größer oder gleich 1 erreicht wird. Dies bedeutet, dass im gesamten nutzbaren Volumen, welches also abschließend das Bauteil darstellt, eine Mindestumformung eingestellt werden kann, sodass durch diese Mindestumformung garantiert wird, dass die gewünschte Homogenisierung des Gefüges und insbesondere des Aluminiumgehaltes zwischen einzelnen Lagen eingestellt werden kann. Der Umformungsgrad von größer oder gleich 0.8 und insbesondere größer oder gleich 1, der durch den natürlichen Logarithmus aus dem Verhältnis der Dimensionen des geschmiedeten Rohlings vor dem Schmieden und nach dem Schmieden berechnet wird, kann also entsprechend so eingestellt sein, dass bezogen auf das gesamte nutzbare Volumen der Umformungsgrad größer oder gleich 0.8 und insbesondere größer oder gleich 1 ist. Alternativ ist es auch möglich die Umformung so vorzunehmen, dass in dem Volumenteilbereich mit der geringsten Umformung der Umformungsgrad größer oder gleich 0.8 und insbesondere größer oder gleich 1 ist. Entsprechend können also beliebige Teilvolumina betrachtet werden, für die die entsprechende Umformung bestimmt wird, und zur Erzielung der gewünschten Mindestumformung kann der Umformungsgrad in dem Teilvolumen mit der geringsten Umformung einen Umformungsgrad von größer oder gleich 0.8 und insbesondere größer oder gleich 1 aufweisen.
  • Der Umformungsgrad an sich kann definiert sein als der Umformungsgrad in einer beliebigen Richtung oder in der Schmiederichtung. Darüber hinaus kann der Umformungsgrad auch als der wertmäßig größte Umformungsgrad definiert bzw. bestimmt werden, wobei der wertmäßig größte Umformungsgrad Φg so definiert sein kann, dass Φg = |Φmax| = 1/2(|Φx |+|Φy |+|Φz |) ist und wobei Φx , Φy , Φz die Umformgrade in x - , y - und z - Richtung eines kartesischen xyz - Koordinatensystems sind.
  • Für die Herstellung eines Bauteils aus einer TiAl - Legierung gemäß dem offenbarten Verfahren kann eine sogenannte TNM - TiAl - Legierung verwendet werden, die als weitere wesentliche Legierungselemente neben Aluminium und Titan Niob und Molybdän aufweist. Entsprechend kann die Legierung 27 bis 30 Gew.% Aluminium, 8 bis 10 Gew.% Niob und 1 bis 3 Gew.% Molybdän sowie Rest Titan aufweisen. Dies entspricht insbesondere einer Legierung, die beispielsweise 43,5 At.% Aluminium, 4 At.% Niob und 1 At.% Molybdän aufweist. Der Rest wird wiederum durch Titan gebildet, wobei weitere Legierungselemente, wie beispielsweise Bor enthalten sein können. Bor kann beispielsweise mit 0,01 bis 0,04 Gew.% oder 0,1 At.% enthalten sein.
  • Neben unvermeidbaren Verunreinigungen können weiterhin Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Chrom, Silizium, Eisen, Kupfer, Nickel und Yttrium in der Legierungen enthalten sein, wobei insbesondere der Chromgehalt ≤ 0,05 Gew.%, der Siliziumanteil ≤ 0,05 Gew.%, der Sauerstoffgehalt ≤ 0,08 Gew.%, der Kohlenstoffgehalt ≤ 0,02 Gew.%, der Stickstoffgehalt ≤ 0,015 Gew.%, der Wasserstoffanteil ≤ 0,005 Gew.%, der Eisengehalt ≤ 0,06 Gew.%, der Kupferanteil ≤ 0,15 Gew.%, der Nickelgehalt ≤ 0,02 Gew.% und der Yttriumanteil ≤ 0,001 Gew.% betragen kann.
  • Das Schmieden kann bei einer Schmiedetemperatur zwischen 1150°C und 1200°C durchgeführt werden, wobei insbesondere bei einer TiAl - Legierung, bei welcher β - Phase auftritt, wie beispielsweise bei TNM - TiAl - Legierungen, das Schmieden im Temperaturbereich des α+γ+β - Phasengebiets der TiAl - Legierung erfolgen kann.
  • Das Schmieden kann bei einer Bauteiltemperatur von 1360°C starten und mit Gesenken die auf 600°C bis 900°C vorgeheizt sind, durchgeführt werden., wobei insbesondere bei einer TiAl - Legierung, bei welcher β - Phase auftritt, wie beispielsweise bei TNM - TiAl - Legierungen, das Schmieden der TiAl - Legierung im Temperaturbereich des α +β - Phasengebiets startet und im α+γ+β - Phasengebiet endet.
  • Nach dem Schmieden kann das Schmiedeteil einer der Rekristallisationswärmebehandlung unterzogen werden, damit das Gefüge rekristallisieren kann, sodass insbesondere Texturen und vorzugsweise Texturen der β - Phase beseitigt werden können.
  • Die Rekristallisationswärmebehandlung kann für 40 bis 100 Minuten, vorzugsweise für 60 bis 90 Minuten, insbesondere 70 bis 80 Minuten, bei einer Temperatur, die 50°C über bis 30°C unterhalb der lokal vorliegenden γ/α - Umwandlungstemperatur liegt, durchgeführt werden, wobei insbesondere die Abkühlgeschwindigkeit im Temperaturbereich zwischen 1300°C bis 700°C größer oder gleich 250°C/s sein kann, um das rekristallisierte Gefüge entsprechend einzufrieren und feine Lamellen einzustellen bzw. das Gefüge übersättigt einzufrieren und die Lamellen erst in einer Stabilisierungsglühung auszubilden.
  • Nach der Rekristallisationswärmebehandlung kann weiterhin ein Stabilisierungsglühen im Temperaturbereich von 800°C bis 950°C, vorzugsweise von 845°C bis 925°C, insbesondere 850°C bis 900°C für 5 bis 7 Stunden und insbesondere für 345 bis 375 Minuten durchgeführt werden, um eine Stabilisierung des Gefüges vorzunehmen.
  • Entsprechend hergestellte Bauteile können vorteilhaft in Strömungsmaschinen eingesetzt werden und insbesondere in Gasturbinen oder Flugtriebwerken, wobei vorzugsweise Schaufeln entsprechend hergestellt werden können.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
    • 1 eine Vorrichtung für die Durchführung eines generativen Herstellungsprozesses,
    • 2 eine Darstellung eines additiv bzw. generativ hergestellten Rohlings,
    • 3 eine Schnittdarstellung durch eine Gesenkschmiede mit dem eingesetzten Rohling aus 2,
    • 4 eine Schnittdarstellung durch die Gesenkschmiede mit dem fertig geschmiedeten Schmiedeteil und in
    • 5 eine Darstellung des fertig geschmiedeten Schmiedeteils nach der Entnahme aus der Gesenkschmiede.
  • AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele ersichtlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
  • Die 1 zeigt in einer rein schematischen Darstellung eine Vorrichtung 1, wie sie beispielsweise für das (selektive) Elektronenstrahlschmelzen (EBM electron beam melting) zur generativen Herstellung eines Objekts Verwendung finden kann. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Hubtisch 2, auf dessen Plattform ein Halbzeug 3 angeordnet ist, auf dem schichtweise Material abgeschieden wird, um ein dreidimensionales Objekt zu erzeugen. Hierzu wird mittels des Schiebers 8 Pulver 10, das sich oberhalb eines Hubtisches 9 in einem Pulvervorrat befindet, schichtweise über das Halbzeug 3 geschoben, sodass sich das Halbzeug 3 in einem Pulverbett 5 befindet, und anschließend wird durch den Elektronenstrahl 6 einer Elektronenstrahlkanone 4 selektiv aufgeschmolzen, sodass es nach dem Erstarren mit dem bereits vorhandenen Halbzeug 3 verbunden ist. Die Verbindung des Pulvermaterials einer Pulverschicht mit dem Halbzeug 3 erfolgt durch den Elektronenstrahl 6 der Elektronenstrahlkanonen 4 abhängig von der gewünschten Kontur der zu fertigenden Komponente, sodass beliebige, dreidimensionale Formen erzeugt werden können. Entsprechend wird der Elektronenstrahl 6 über das Pulverbett 5 geführt, um durch unterschiedliche Auftreffpunkte auf dem Pulverbett entsprechend der Kontur der herzustellenden dreidimensionalen Komponente in der der erzeugten Schichtebene entsprechenden Schnittebene des herzustellenden Objekts Pulvermaterial aufzuschmelzen und mit dem bereits erzeugten Teil einer zu erzeugenden Komponente oder einem anfänglich bereit gestellten Substrat zu verbinden. Hierbei kann der Elektronenstrahl 6 durch eine geeignete Ablenkeinheit über die Oberfläche des Pulverbetts 5 geführt werden und / oder das Pulverbett könnte gegenüber dem Elektronenstrahl 6 bewegt werden. Mit Hilfe des Elektronenstrahls kann die Temperatur des aufgeschmolzenen Pulvers in unterschiedlichen Lagen oder an unterschiedlichen Positionen in einer Lage gezielt variiert werden, wodurch der Aluminiumabbrand gezielt über große Bereiche im Bauteil verändert werden kann. Die Temperatur der Schmelze kann mit dem Elektronenstrahl durch Variation der Fokussierung bzw. der Parameter Spannung, Strom und Geschwindigkeit variiert werden. Dadurch können Bereiche im Bauteil mit im Mittel 1-3 at.% Unterschied im Aluminiumgehalt durch Steuerung des Aluminiumabbrands gezielt eingestellt werden. Dieser Unterschied im Aluminiumanteil kann in den späteren Wärmebehandlungen zur Einstellung von unterschiedlichen Mikrostrukturen in unterschiedlichen Bauteilbereichen genutzt werden. Der Übergang von einem Mikrostrukturbereich in den anderen mit im Mittel 1-3 at.% Unterschied im Aluminiumgehalt wird beim Elektronenstrahlschweißen mit den Parametersätzen eingestellt und dokumentiert.
  • Um unerwünschte Reaktionen mit der Umgebungsatmosphäre beim Aufschmelzen des Pulvers zu vermeiden, kann der Prozess in einem abgeschlossenen Raum, der durch ein Gehäuse 7 der Vorrichtung 1 bereit gestellt wird, stattfinden und es kann zudem eine inerte Gasatmosphäre bereit gestellt, um beispielsweise Oxidation des Pulvermaterials und dergleichen beim Abscheiden zu vermeiden. Als inertes Gas kann beispielsweise Stickstoff verwendet werden, welches über eine nicht dargestellte Gasversorgung bereitgestellt wird.
  • Darüber hinaus sind auch andere Strahlungsarten denkbar, wie beispielsweise Laserstrahlen oder andere Teilchenstrahlen oder Lichtstrahlen.
  • Das in 1 gezeigte Halbzeug 3 stellt gemäß der Erfindung den Rohling 11 dar, der im nachfolgenden Verfahrensschritt durch Schmieden umgeformt wird, um ein Schmiedeteil 15 bzw. das fertige Bauteil zu erhalten. In 2 ist ein rein schematisches Beispiel für einen Rohling 11 nach der generativen Herstellung durch selektives Elektronenstrahlschmelzen gezeigt, bei welchem die einzelnen Lagen 12 dargestellt sind, die durch das schichtweise Abscheiden des Pulvers aufeinander gestapelt sind und den Rohling 11 bilden. Da in den einzelnen Lagen 12 das Pulver, das zur Herstellung des Bauteils verwendet wird, lagenweise aufgeschmolzen war und anschließend wieder erstarrt ist, kann sich in dem Rohling 11 eine so genannte Zeiligkeit, also eine lagenweise Inhomogenität ausbilden, beispielsweise indem die chemische Zusammensetzung in den Randbereichen der Lagen unterschiedlich zu den inneren Bereichen einer Lage ist. Dies kann durch verstärktes Abdampfen von leichter flüchtigen Bestandteilen, z.B. Aluminium, im oberen Randbereich einer aufgeschmolzenen Pulverschicht als in deren innerem Bereich bewirkt werden. Die innerhalb der Lagendicke von ca. 100 µm auftretenden Schwankungen im Aluminiumgehalt und / oder anderen flüchtigen Komponenten würden zu sehr lokalen unerwünschten Schwankungen in der Mikrostruktur führen. Diese auf Diffusionswege kleiner 200 µm lokalisierten Unterschiede insbesondere im Aluminiumgehaltkönnen durch das Schmieden homogenisiert werden, wodurch homogene Mikrostrukturen in den unterschiedlichen Bauteilbereichen eingestellt werden können. Auch beim Erstarren kann es durch die lagenweise Erstarrung und den senkrecht zum Schichtaufbau ausgebildeten Temperaturgradienten zur Vorzugsorientierung der sich bildenden Kristalle, insbesondere von Beta - Phasen - Kristalle kommen, sodass das Gefüge eine entsprechende Textur aufweisen kann.
  • Dem wird durch die nachfolgende Umformung des Rohlings 11 durch Schmieden und insbesondere isothermes Gesenkschmieden begegnet werden. Wie in 3 gezeigt, wird der Rohling 11 in ein unteres Gesenk 13 eingesetzt, wobei durch ein oberes Gesenk 14, welches entsprechend dem Doppelpfeil relativ zu dem unteren Gesenk 13 bewegt werden kann, Druck auf den Rohling 11 ausgeübt werden, um eine Schmiedeverformung des Rohlings 11 zu bewirken. Die Schmiederichtung entspricht der Bewegungsrichtung des oberen Gesenks 13 und ist senkrecht zu den Lagen 12, die im Rohling 11 durch die generative Herstellung erzeugt worden sind. Dadurch werden die Lagen 12 gegeneinander gepresst und die chemische Zusammensetzung, insbesondere der Aluminium - Anteil, kann durch Diffusion bei erhöhter Versetzungsdichte bei hohen Schmiedetemperaturen homogenisiert werden. Außerdem bewirkt die Umformung während des Schmiedens eine Veränderung der Gefügestruktur und kann durch Rekristallisation die von der Beta - Phase übertragene Textur aufbrechen.
  • Die 4 zeigt ein Schmiedeteil 15 nach der erfolgten Umformung des Rohlings 11 durch isothermes Gesenkschmieden mittels der Gesenke 13, 14. Der Rohling 11 ist bezüglich der Höhe H gestaucht und in Breiten - und / oder Längsrichtung entsprechend gestreckt worden.
  • Die 5 zeigt das Schmiedeteil 15 nach der Entnahme aus den Gesenken 13, 14. Das Schmiedeteil kann zur Ausbildung einer gewünschten Gefügestruktur einer Wärmebehandlung unterzogen werden, wie sie oben bereits beschrieben worden ist. Darüber hinaus ist es möglich, das Schmiedeteil 15 mechanisch und / oder elektrochemische nachzubearbeiten und insbesondere ohne weitere zusätzliche Umformung lediglich durch Materialentfernung die Endform des gewünschten Bauteils einzustellen. Allerdings ist es auch möglich, dass nach dem Gesenkschmieden bereits das fertige Bauteil vorliegt, welches keiner weiteren Nachbearbeitung mehr bedarf.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere schließt die vorliegende Offenbarung sämtliche Kombinationen der in den verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten Einzelmerkmale mit ein, sodass einzelne Merkmale, die nur in Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben sind, auch bei anderen Ausführungsbeispielen oder nicht explizit dargestellten Kombinationen von Einzelmerkmalen eingesetzt werden können.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Hubtisch
    3
    Halbzeug
    4
    Elektronenstrahlkanone
    5
    Pulverbett
    6
    Elektronenstrahl
    7
    Gehäuse
    8
    Schieber
    9
    Hubtisch
    10
    Pulver
    11
    Rohling
    12
    Lagen
    13
    unteres Gesenk
    14
    oberes Gesenk
    15
    Schmiedeteil
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015103422 B3 [0005]
    • EP 3372700 A1 [0006]
    • US 2017/0043402 A1 [0007]

Claims (16)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einer TiAl - Legierung, bei welchem zunächst ein Rohling (11) durch ein generatives Verfahren schichtweise aus mehreren Lagen (12) aufgebaut wird und der Rohling (11) anschließend einer Schmiedeumformung unterzogen wird, um ein Schmiedeteil (15) zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiedeumformung mit einer Schmiederichtung erfolgt, die quer zu den Lagen (12) des Rohlings (11) erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (11) durch Laserstrahlschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen hergestellt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Zusammensetzung der abgeschiedenen Lagen durch unterschiedliche Abscheidebedingungen variiert wird, insbesondere der Aluminiumgehalt durch unterschiedlichen Aluminiumabbrand variiert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiederichtung senkrecht zu den Lagen (12) ausgerichtet ist oder der Winkel zwischen der Schmiederichtung und der Flächennormalen der generativ abgeschiedenen Lagen höchstens 45°, vorzugsweise höchstens 30°, insbesondere höchstens 15° beträgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmieden des Rohlings (11) durch einen einstufigen und / oder isothermen Schmiedeprozess, insbesondere durch Gesenkschmieden erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (11) in Schmiederichtung gestaucht wird, sodass die Lagen (12) zusammengepresst werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schmiedeteil (15) ein nutzbares Volumen definiert ist, welches dem herzustellenden Bauteil entspricht, wobei das Schmieden des Rohlings (11) so erfolgt, dass bezogen auf das gesamten nutzbaren Volumen oder auf einen Volumenteilbereich mit der geringsten Umformung ein Umformgrad von größer oder gleich 0.8, vorzugsweise ein Umformgrad von größer oder gleich 1 erreicht wird, wobei der Umformgrad definiert ist als der Umformgrad in einer beliebigen Richtung oder in der Schmiederichtung oder als wertmäßig größter Umformgrad Φg, wobei Φg = |Φmax| = 1/2(|Φx |+|Φy |+|Φz |) ist und wobei Φx , Φy , Φz die Umformgrade in x - , y - und z - Richtung eines kartesischen xyz - Koordinatensystems sind.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die TiAl - Legierung eine TiAl-Legierung mit Niob und Molybdän ist, insbesondere eine Legierung mit 27 bis 30 Gew.% Aluminium, 8 bis 10 Gew.% Niob und 1 bis 3 Gew.% Molybdän sowie Rest Titan verwendet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung mit 0,01 bis 0,04 Gew.% Bor verwendet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung verwendet wird, die neben unvermeidbaren Verunreinigungen mindestens einen weiteren Bestandteil aus der Gruppe aufweist, die Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Chrom, Silizium, Eisen, Kupfer, Nickel und Yttrium umfasst, wobei deren Gehalt insbesondere ≤ 0,05 Gew.% Chrom, ≤ 0,05 Gew.% Silizium, ≤ 0,08 Gew.% Sauerstoff, ≤ 0,02 Gew.% Kohlenstoff, ≤ 0,015 Gew.% Stickstoff, ≤ 0,005 Gew.% Wasserstoff, ≤ 0,06 Gew.% Eisen, ≤ 0,15 Gew.% Kupfer, ≤ 0,02 Gew.% Nickel und ≤ 0,001 Gew.% Yttrium betragen kann.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmieden bei einer Schmiedetemperatur zwischen 1150°C und 1200°C, insbesondere im Temperaturbereich des α+γ+β - Phasengebiets der TiAl - Legierung erfolgt.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schmieden eine Rekristallisationswärmebehandlung zur Rekristallisation des Gefüges durchgeführt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schmieden bei der Rekristallisationswärmebehandlung im Bauteil Bereiche mit unterschiedlichen Mikrostrukturen eingestellt werden, die bei der generativen Herstellung durch unterschiedliche Abscheidebedingungen beim Laserstrahlschmelzen oder Elektronenstrahlschmelzen eingestellt werden, insbesondere durch gezielten unterschiedlichen Aluminiumabbrand, wobei insbesondere jeder Bereich in sich homogen ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rekristallisationswärmebehandlung für 40 bis 100 Minuten, vorzugsweise für 60 bis 90 Minuten, insbesondere 70 bis 80 Minuten bei einer Temperatur die 50°C über bis 30°C unterhalb der lokal vorliegenden γ/α - Umwandlungstemperatur liegt, durchgeführt wird, wobei insbesondere die Abkühlgeschwindigkeit im Temperaturbereich zwischen 1300°C bis 700°C größer oder gleich 250°C/s ist.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Rekristallisationswärmebehandlung ein Stabilisierungsglühen im Temperaturbereich von 800°C bis 950°C, vorzugsweise von 825°C bis 925°C, insbesondere 850°C bis 900°C für 5 bis 7 h, insbesondere für 345 bis 375 Minuten durchgeführt wird.
  16. Bauteil, insbesondere einer Strömungsmaschine, welches nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt worden ist.
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