DE10319495A1 - Process for the production of components for gas turbines - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen bzw. Halbfertigteilen für Gasturbinen, insbesondere für Flugzeugtriebwerke, durch vorzugsweise Gießen. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird ein Schmelztiegel verwendet, der aus Bornitrid hergestellt ist (Fig. 1).The invention relates to a method for producing components or semi-finished parts for gas turbines, in particular for aircraft engines, by preferably casting. DOLLAR A According to the invention, a crucible is used which is made of boron nitride (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen bzw. Halbfertigteilen für Gasturbinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a method for producing components or Semi finished parts for Gas turbines according to the generic term of claim 1.

Moderne Gasturbinen, insbesondere Flugzeugtriebwerke, müssen höchsten Ansprüchen im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Leistung, Gewicht, Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer gerecht werden. Im Laufe der Jahre wurden Flugzeugtriebwerke entwickelt, die die obigen Anforderungen voll erfüllen und ein hohes Maß an technischer Perfektion erreicht haben. Der Auswahl bzw. Entwicklung neuer Werkstoffe sowie geeigneter Fertigungsverfahren bzw. Herstellverfahren kommt bei der Optimierung von Gasturbinen, insbesondere Flugzeugtriebwerken, eine entscheidende Rolle zu.modern Gas turbines, especially aircraft engines, have to meet the highest demands on reliability, Performance, weight, economy and durability meet. Over the years, aircraft engines have been developed that the fully meet the above requirements and a high level of have achieved technical perfection. The selection or development new materials and suitable manufacturing processes or manufacturing processes comes in the optimization of gas turbines, especially aircraft engines, a crucial role too.

Die wichtigsten, aus dem Stand der Technik bekannten Werkstoffe für Gasturbinen sind Nickellegierungen, Titanlegierungen und hochfeste Stähle. Die hochfesten Stähle werden hauptsächlich für Wellen und Getriebeteile verwendet. Titanlegierungen sind typische Werkstoffe für Verdichterteile, Nickellegierungen bzw. Superlegierungen auf Nickelbasis sind insbesondere für die sogenannten heißen Triebwerksteile geeignet.The most important materials for gas turbines known from the prior art are nickel alloys, titanium alloys and high-strength steels. The high-strength steels are mainly for waves and gear parts used. Titanium alloys are typical materials for compressor parts, Nickel alloys or nickel-based superalloys are special for the so-called hot Engine parts suitable.

Triebwerksteile aus den oben genannten Werkstoffen werden nach dem Stand der Technik durch Gießen oder Schmieden hergestellt. Laufschaufeln und Leitschaufeln für Gasturbinen werden in der Regel gegossen. Hochbeanspruchte Scheiben und Ringe sowie alle Schaufelblätter im Verdichterbereich werden vorzugsweise durch Schmieden hergestellt. Triebwerkscheiben, die aus der Superlegierung Udimet 720 LI bestehen, können durch sogenanntes Gießen plus Schmieden in geeigneter Qualität gefertigt werden.Engine parts are made from the above materials according to the state of the art to water or forging. Blades and vanes for gas turbines are usually poured. Heavy duty washers and rings as well as all shovel blades in the compressor area are preferably manufactured by forging. Engine disks made of Udimet 720 LI super alloy, can by so-called casting plus forging can be manufactured in suitable quality.

Beim Gießen von Triebwerksteilen aus Superlegierungen kommen Schmelztiegel zum Einsatz, wobei nach dem Stand der Technik die Schmelztiegel aus oxidischen Materialien, vorzugsweise aus Aluminiumoxid, hergestellt sind. Beim Gießen von Triebwerksbauteilen aus Superlegierungen kann es zu Reaktionen zwischen der Superlegierung und dem Tiegelmaterial, insbesondere dem Aluminiumoxid, kommen. Als Folge können in das herzustellende Bauteil bzw. Halbfertigteil oxidische Einschlüsse eingebaut werden, die zu einem vorzeitigen Versagen des Triebwerkteils führen können. Vor der weiteren Verarbeitung des Bauteils bzw. Halbfertigteils ist es demnach wichtig, derartige Einschlüsse zuverlässig nachzuweisen, damit gegebenenfalls das durch Gießen hergestellte Bauteil bzw. Halbfertigteil verworfen werden kann. Der Nachweis solcher oxidischer Einschlüsse in Superlegierungen bereitet jedoch nach dem Stand der Technik erhebliche Schwierigkeiten. Ein zuverlässiger Nachweis ist nicht möglich.At the to water Crucibles are used for engine parts made of superalloys Use, according to the prior art, the crucible oxidic materials, preferably made of aluminum oxide are. When pouring Engine components made from superalloys can cause reactions between the superalloy and the crucible material, in particular alumina. As a result, the component to be manufactured or semi-finished oxidic inclusions are built into a can lead to premature failure of the engine part. Before further processing of the component or semi-finished part, it is therefore important to use such inclusions to reliably prove so that the component or casting Semi-finished part can be discarded. Evidence of such oxidic inclusions in superalloys, however, prepares considerable amounts according to the prior art Trouble. A reliable one Proof is not possible.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Bauteilen bzw. Halbfertigteilen für Gasturbinen zu schaffen.Of these, starting from the present invention, the problem is based, a new process for the production of components or semi-finished parts for gas turbines to accomplish.

Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass das Eingangs genannte Verfahren durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist.This Problem is solved by that the method mentioned at the outset by the characteristics of the characteristic Part of claim 1 is further developed.

Erfindungsgemäß wird beim Gießen ein Schmelztiegel verwendet, der aus Bornitrid hergestellt ist. Hierdurch werden einerseits oxidische Einschlüsse in das Bauteil bzw. Halbfertigteil vermieden, anderseits sind Einschlüsse, die auf einem Abrieb oder Verschleiß des Bornitrids basieren, mit hoher Zuverlässigkeit nachweisbar.According to the invention to water uses a crucible made of boron nitride. On the one hand, this results in oxidic inclusions in the component or semi-finished part avoided, on the other hand, inclusions that are due to abrasion or Wear of the Boron nitrids are based, demonstrable with high reliability.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird im Anschluss an das Gießen das Bauteil bzw. Halbfertigteil einer Prüfung auf unerwünschte Einschlüsse unterzogen. Ein vorzeitiges Versagen der Bauteile bzw. der Gasturbinen kann hierdurch minimiert werden.To An advantageous embodiment of the invention will follow of casting subject the component or semi-finished part to an inspection for undesired inclusions. A premature failure of the components or the gas turbines can thereby be minimized.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen und der Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, unter Bezugnahme auf die einzige Figur näher erläutert.preferred Further developments of the invention result from the dependent subclaims and the description. An embodiment the invention is, but is not limited to, by reference closer to the only figure explained.

Die hier vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung bzw. Fertigung von Bauteilen bzw. Halbfertigteilen für Gasturbinen, wie Flugzeugtriebwerke, durch Gießen bzw. durch Gießen plus Schmieden. Als Gießverfahren kann auch ein sogenanntes Feingießen zum Einsatz kommen.The the present invention relates to the manufacture or manufacture of components or semi-finished parts for gas turbines, such as aircraft engines to water or by pouring plus forging. As a casting process So-called investment casting can also be used.

Es liegt nun im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, dass beim Gießen ein Schmelztiegel verwendet wird, der aus Bornitrid hergestellt ist. Es ist demnach eine Grundidee der hier vorliegenden Erfindung, keine Schmelztiegel auf Basis oxidischer Werkstoffe, wie zum Beispiel Aluminiumoxid, zu verwenden, sondern vielmehr Schmelztiegel, die aus Bornitrid bestehen. Hierdurch wird einerseits das Einbauen oxidischer Einschlüsse in das Bauteil bzw. Halbfertigteil vermieden. Andererseits sind Einschlüsse, die sich aufgrund eines Abriebs bzw. Verschleißes des Schmelztiegels bzw. Bornitrids ausbilden können, sicher bzw. zuverlässig nachweisbar.It is now in the sense of the present invention that when casting Crucible is used, which is made of boron nitride. It is therefore a basic idea of the present invention, not one Crucibles based on oxidic materials, such as Alumina to use, but rather crucibles that consist of boron nitride. On the one hand, this makes the installation more oxidic inclusions avoided in the component or semi-finished part. On the other hand inclusions due to abrasion or wear of the crucible or Can form boron nitrides, safe or reliable detectable.

Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, einerseits beim Gießen einen Schmelztiegel aus Bornitrid zu verwenden, und andererseits nach dem Gießen das Bauteil bzw. Halbfertigteil einer Prüfung auf unerwünschte Einschlüsse zu unterziehen. Werden derartige Einschlüsse festgestellt, so kann das Bauteil bzw. Halbfertigkeit vor einer weiteren Bearbeitung verworfen werden. Die Fertigung von Ausschussware kann dadurch deutlich reduziert werden. Weiterhin wird ein durch solche unerwünschte Einschlüsse hervorgerufenes, vorzeitiges Versagen von Bauteilen reduziert.It is therefore within the meaning of the present invention to use a crucible made of boron nitride on the one hand, and on the other hand to test the component or semi-finished part for undesired inclusions after the casting to undergo. If such inclusions are found, the component or semi-finished product can be discarded before further processing. This can significantly reduce the production of rejects. Furthermore, a premature failure of components caused by such undesirable inclusions is reduced.

Erfindungsgemäß wird zur Überprüfung des Bauteils auf unerwünschte Einschlüsse das Bauteil bzw. Halbfertigteil einer Röntgen-Prüfung bzw. Neutronenradiographie-Prüfung unterzogen. Sind in das Bauteil bzw. Halbfertigteil aus Superlegierung unerwünschte Bornitrideinschlüsse eingebaut, so bewirkt das Bor gegenüber allen anderen Legierungselementen ein sehr viel stärkere Neutronenschwächung. Gegenüber Nickel bewirkt Bor eine in etwa 100-fach stärkere Neutronenschwächung. Die Einschlüsse können daher kontrastreich und sicher nachgewiesen werden. Dies zeigt 1 besonders deutlich. According to the invention, the component or semi-finished part is subjected to an X-ray test or neutron radiography test to check the component for undesired inclusions. If undesired boron nitride inclusions are built into the component or semi-finished part made of superalloy, the boron causes a much stronger neutron weakening than all other alloying elements. Compared to nickel, boron causes neutron weakening to be approximately 100 times stronger. The inclusions can therefore be detected with high contrast and reliably. this shows 1 especially clear.

So zeigt 1 das Ergebnis einer Neutronenradiographie-Prüfung eines Bauteils aus einer Nickellegierungen bzw. Superlegierungen mit einem auf dem Bauteil angebrachten Bornitrid-Streifen. Die Bornitrid-Körnchen mit einer Größe von ca. 150 μm sind kontrastreich und deutlich gegenüber den Elementen der Superlegierungen darstellbar.So shows 1 the result of a neutron radiography test of a component made of a nickel alloy or superalloy with a boron nitride strip attached to the component. The boron nitride granules with a size of approx. 150 μm are rich in contrast and clearly representable compared to the elements of the super alloys.

Wird bei der Prüfung des Bauteils bzw. Halbfertigteils festgestellt, dass keine unerwünschten Einschlüsse vorliegen, so kann das Bauteil bzw. Fertigteil einem weiteren Bearbeitungsverfahren, zum Beispiel einem Beschichtungsverfahren, unterzogen werden.Becomes during the exam of the component or semi-finished part found that no undesirable inclusions the component or finished part can be a further processing method, for example a coating process.

Werden hingegen unerwünschte Einschlüsse bei der Überprüfung erkannt, so kann das Bauteil bzw. Halbfertigteil rechtzeitig verworfen werden.Become however undesirable inclusions recognized during the review, the component or semi-finished part can be discarded in good time.

Besonders bevorzugt ist das oben beschriebne, erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung von Triebwerkscheiben aus einer Superlegierung, wie zum Beispiel aus Udimet 720 LI, wobei solche Triebwerkscheiben durch Gießen plus Schmieden hergestellt werden. Derartige Triebwerkscheiben sind höchsten mechanischen Belastungen ausgesetzt und es ist daher besonders bei Triebwerkscheiben wichtig, unerwünschte Einschlüsse zu vermeiden und sicher sowie zuverlässig nachzuweisen.Especially the method according to the invention described above is preferred in the production of engine disks from a super alloy, such as from Udimet 720 LI, such engine disks by pouring plus forging can be made. Such engine disks are highest exposed to mechanical loads and it is therefore particularly at Engine disks important, unwanted inclusions to avoid and to prove it safely and reliably.

Claims (8)

Verfahren zur Herstellung von Bauteilen bzw. Halbfertigteilen für Gasturbinen, insbesondere für Flugzeugtriebwerke, durch vorzugsweise Gießen dadurch gekennzeichnet, dass ein Schmelztiegel verwendet wird, der aus Bornitrid hergestellt ist. Characterized A method for producing components or semi-finished parts for gas turbines, especially for aircraft engines, preferably by casting, that a crucible is used which is made of boron nitride. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss das Bauteil bzw. Halbfertigteil einer Prüfung auf unerwünschte Einschlüsse unterzogen wird.A method according to claim 1, characterized in that afterwards the component or semi-finished part of an inspection undesirable Inclusions included becomes. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil bzw. Halbfertigteil mit Hilfe einer Röntgen-Prüfung auf unerwünschte Einschlüsse überprüft wird.A method according to claim 2, characterized in that the component or semi-finished part with the help of an X-ray examination undesirable Inclusions is checked. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil bzw. Halbfertigteil mit Hilfe einer Neutronenradiographie-Prüfung auf unerwünschte Einschlüsse überprüft wird.A method according to claim 2, characterized in that the component or semi-finished part with the help of a neutron radiography test undesirable Inclusions is checked. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil bzw. Halbfertigteil nach der Prüfung einer weiteren Bearbeitung, zum Beispiel einem Beschichtungsverfahren, unterzogen wird.Method according to one or more of the claims 1 to 4, characterized in that the component or semi-finished part after the exam a further processing, for example a coating process, is subjected. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil bzw. Halbfertigteil aus einer Superlegierung hergestellt wird.Method according to one or more of the claims 1 to 5, characterized in that the component or semi-finished part is made from a super alloy. Verfahren nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil bzw. Halbfertigteil als Triebwerksscheibe ausgebildet ist, die aus einer Superlegierung, insbesondere aus Udimet 720 LI, durch Gießen plus Schmieden hergestellt wird.Method according to one or more of the claims 1 to 6, characterized in that the component or semi-finished part is designed as an engine disc made of a super alloy, especially from Udimet 720 LI, produced by casting plus forging becomes. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen bzw. Halbfertigteilen für Gasturbinen, insbesondere für Flugzeugtriebwerke, aus einer Superlegierung durch Gießen dadurch gekennzeichnet, dass: a) beim Gießen ein Schmelztiegel verwendet wird, der aus Bornitrid hergestellt ist, b) im Anschluss an das Gießen das Bauteil bzw. Halbfertigteil einer Prüfung auf unerwünschte Bornitrid-Einschlüsse unterzogen wird.Process for the production of components or semi-finished parts for gas turbines, especially for aircraft engines, characterized by casting from a super alloy, that: a) when pouring a crucible is used which is made of boron nitride is b) after casting, the component or semi-finished part an exam on unwanted Boron nitride inclusions is subjected.
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