DE10355756A1 - Component e.g. compressor blade, for gas turbine of aircraft, has blade sheet and blade base whose titanium aluminum alloy coated surfaces are thermo-mechanically treated so that surfaces have optimized inherent compressive stress - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere einer Gasturbine, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines Gasturbinenbauteils, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.The The invention relates to a component, in particular a gas turbine, according to The preamble of claim 1. Furthermore, the Invention a method for producing a component, in particular a gas turbine component, according to the preamble of the claim 10th
Moderne Gasturbinen, insbesondere Flugtriebwerke, müssen höchsten Ansprüchen im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Gewicht, Leistung, Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer gerecht werden. In den letzten Jahrzehnten wurden insbesondere auf dem zivilen Sektor Flugtriebwerke entwickelt, die den obigen Anforderungen voll gerecht werden und ein hohes Maß an technischer Perfektion erreicht haben. Bei der Entwicklung von Flugtriebwerken spielt unter anderem die Werkstoffauswahl, die Suche nach neuen, geeigneten Werkstoffen sowie die Suche nach neuen Fertigungsverfahren eine entscheidende Rolle.modern Gas turbines, in particular aircraft engines, must meet the highest demands in the In terms of reliability, Weight, performance, economy and durability meet. In recent decades, especially in the civil sector Aero engines developed that fully meet the above requirements be and a high level achieved technical perfection. In the development of aircraft engines plays among other things the material selection, the search for new, suitable materials and the search for new manufacturing processes a crucial role.
Die wichtigsten, heutzutage für Flugtriebwerke oder sonstige Gasturbinen verwendeten Werkstoffe sind Titanlegierungen, Nickellegierungen (auch Superlegierungen genannt) und hochfeste Stähle. Die hochfesten Stähle werden für Wellenteile, Getriebeteile, Verdichtergehäuse und Turbinengehäuse verwendet. Titanlegierungen sind typische Werkstoffe für Verdichterteile. Nickellegierungen sind für die heißen Teile des Flugtriebwerks geeignet.The most importantly, nowadays for Aeroengines or other gas turbines used materials are titanium alloys, nickel alloys (also superalloys called) and high-strength steels. The high strength steels be for Shaft parts, gear parts, compressor housing and turbine housing used. Titanium alloys are typical materials for compressor parts. nickel alloys are for the hot ones Parts of the aircraft engine suitable.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft Bauteile für Gasturbinen, insbesondere für Flugtriebwerke, auf Basis einer Titan-Aluminium-Legierung. Derartige Bauteile aus Titanaluminiden verfügen über eine geringe Schadenstoleranz. Bauteile aus Titanaluminiden sind insbesondere gegenüber Partikeleinschlag empfindlich. So neigen Bauteil aus Titan-Aluminium-Legierungen aufgrund ihrer geringen Schadenstoleranz leicht zu Rissbildungen bei Partikeleinschlag, wobei sich diese Risse auch im Bauteil sehr leicht ausbreiten können. Bauteile aus Titanaluminiden sind nicht nur gegenüber Partikeleinschlag empfindlich, sondern auch gegenüber Beanspruchungen bei der Produktion, beim Transport, bei der Montage sowie Inspektion und Überholung sowie Reparatur des Bauteils. Durch die obigen Beanspruchungen verursachte Rissbildungen sowie Rissausbreitungen im Bauteil können einen Ausfall der Gasturbine bzw. des Flugtriebwerks verursachen. Es ist demnach von entscheidender Bedeutung, Bauteile aus Titanaluminiden bzw. Titan-Aluminium-Legierungen mit einer optimierten Schadenstoleranz bereitzustellen.The The present invention relates to components for gas turbines, in particular for aircraft engines, on Base of a titanium-aluminum alloy. Such components made of titanium aluminides have one low damage tolerance. Titanium aluminide components are in particular across from Particle impact sensitive. Thus, components tend titanium-aluminum alloys easy to crack because of its low damage tolerance Particle impact, whereby these cracks are very easy in the component can spread. Titanium aluminide components are not just against particle impact sensitive, but also opposite Stresses during production, during transport, during assembly as well as Inspection and overhaul as well as repair of the component. Caused by the above stresses Cracks and cracks in the component can cause a Failure of the gas turbine or the aircraft engine cause. It is therefore of crucial importance, components made of titanium aluminides or titanium-aluminum alloys with optimized damage tolerance provide.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Bauteil sowie ein neuartiges Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils vorzuschlagen.Of these, Based on the present invention, the problem underlying a novel component and a novel method of production to propose such a component.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass das eingangs genannte Bauteil durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Erfindungsgemäß weist das Bauteil zur Erhöhung der Schadenstoleranz insbesondere gegenüber Partikeleinschlag zumindest bereichsweise eine optimierte Zusammensetzung und/oder optimierte Gefügeeinstellung der Titan-Aluminium-Legierung auf.This Problem is solved by that the aforementioned component by the features of the characterizing Part of claim 1 is further developed. According to the invention the component to increase the damage tolerance especially against particle impact at least partially optimized composition and / or optimized structural adjustment the titanium-aluminum alloy on.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Bauteil zur Erzeugung optimierter Druckeigenspannungen in der Titan-Aluminium-Legierung, die insbesondere der Entstehung und Ausbreitung von Rissen im Bauteil entgegenwirken, zumindest bereichsweise thermo-mechanisch behandelt.To An advantageous development of the invention is the component for generating optimized residual compressive stresses in the titanium-aluminum alloy, in particular the formation and propagation of cracks in the component counteract, at least partially treated thermo-mechanically.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Bauteil zur Bereitstellung eines feinlamellaren Gefüges der Titan-Aluminium-Legierung mit optimiertem Rissbildungswiderstand und optimiertem Rissausbreitungswiderstand zumindest bereichsweise wärmebehandelt.To a further advantageous embodiment of the invention is Component for providing a fine-lamellar structure of Titanium-aluminum alloy with optimized cracking resistance and optimized crack propagation resistance at least in some areas heat treated.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Bauteil zur Bereitstellung einer Zusammensetzung der Titan-Aluminium-Legierung mit optimiertem Rissbildungswiderstand und optimiertem Rissausbreitungswiderstand zumindest bereichsweise beschichtet.To a further advantageous embodiment of the invention is Component for providing a composition of the titanium-aluminum alloy with optimized cracking resistance and optimized crack propagation resistance at least partially coated.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.preferred Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:embodiments The invention will be described, but not limited to, with reference to the drawing explained in more detail. In the drawing shows:
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf Verdichterschaufeln beschränkt ist, sondern auch bei Turbinenschaufeln, Turboladerrädern, wie Abgasturboladerrädern eines Ottomotors oder Dieselmotors, sowie weiteren Motorbauteilen oder Bauteilen einer Turbomaschine verwendet werden kann.It It should be noted at this point that the invention is not limited to compressor blades but also with turbine blades, turbocharged wheels, like Turbocharger wheels a gasoline engine or diesel engine, as well as other engine components or components of a turbomachine can be used.
Im
Sinne der hier vorliegenden Erfindung verfügt die Verdichterschaufel
Im
Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist die Verdichterschaufel
zur Erzeugung optimierter Druckeigenspannungen in der Titan-Aluminium-Legierung
zumindest bereichsweise thermo-mechanisch behandelt. Die optimierten
Druckeigenspannungen in der Titan-Aluminium-Legierung wirken der Entstehung
und Ausbreitung von Rissen in der Verdichterschaufel
Es
liegt weiterhin im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, die Verdichterschaufel
Zur
Optimierung der Zusammensetzung der Titan-Aluminium-Legierung ist
im Sinne der hier vorliegenden Erfindung das Bauteil zumindest bereichsweise
beschichtet. Die Beschichtung kann zum Beispiel durch ein Schlickerverfahren
oder durch plasmainduziertes Ionenimplantieren durchgeführt werden.
Hierdurch lässt
sich lokal die Zusammensetzung der Titan-Aluminium-Legierung so
einstellen, dass dieselbe über
einen hohen Rissbildungswiderstand sowie über einen hohen Risswachstumswiderstand
verfügt.
Durch die Schlickerbehandlung bzw. das plasmainduzierte Ionenimplantieren
lässt sich die
Titan-Aluminium-Legierung der Verdichterschaufel 10 zum Beispiel
so beeinflussen, dass in ausgewählten
Abschnitten die Verdichterschaufel
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird demnach durch eine optimierte Einstellung der Zusammensetzung sowie Gefügeeinstellung der Titan-Aluminium-Legierung eines Bauteils dasselbe schadenstoleranter. Die Entstehung und Ausbreitung von Rissen, zum Beispiel durch Partikeleinschlag, wird minimiert. Dies wird er findungsgemäß vorzugsweise dadurch erreicht, dass durch ausgewählte Methoden, nämlich durch lokale thermo-mechanische Behandlung sowie durch lokale Wärmebehandlung, das Werkstoffgefüge der Titan-Aluminium-Legierung optimiert wird. Durch lokale Beschichtungen wird die Zusammensetzung der Titan-Aluminium-Legierung optimiert. Durch eine Kombination der oben genannten Maßnahmen, also durch eine Kombination der thermo-mechanischen Behandlung mit der Wärmebehandlung sowie der Beschichtung lässt sich die Schadenstoleranz eines Bauteils auf Basis einer Titan-Aluminium-Legierung merklich verbessern. Alle Maßnahmen wirken lokal auf die Zusammensetzung sowie das Gefüge der Titan-Aluminium-Legierung und verbessern die Risszähigkeit, Duktilität und Festigkeit des Bauteils.in the The meaning of the present invention is therefore by an optimized Adjustment of the composition and structure adjustment of the titanium-aluminum alloy of a component the same damage tolerant. The emergence and spread of Cracks, for example due to particle impact, are minimized. This he is inventively preferred achieved by using selected methods, namely by local thermo-mechanical treatment as well as through local heat treatment, the Material structure the titanium-aluminum alloy is optimized. By local coatings the composition of the titanium-aluminum alloy is optimized. By a combination the above measures, So by a combination of thermo-mechanical treatment with the heat treatment as well as the coating leaves the damage tolerance of a component based on a titanium-aluminum alloy improve noticeably. All measures act locally on the composition and structure of the titanium-aluminum alloy and improve the fracture toughness, ductility and strength of the component.
- 1010
- Verdichterschaufelcompressor blade
- 1111
- Schaufelblattairfoil
- 1212
- Schaufelfußblade
- 1313
- Oberflächesurface
- 1414
- Oberflächesurface
Claims (16)
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DE10355756A DE10355756A1 (en) | 2003-11-28 | 2003-11-28 | Component e.g. compressor blade, for gas turbine of aircraft, has blade sheet and blade base whose titanium aluminum alloy coated surfaces are thermo-mechanically treated so that surfaces have optimized inherent compressive stress |
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DE10355756A DE10355756A1 (en) | 2003-11-28 | 2003-11-28 | Component e.g. compressor blade, for gas turbine of aircraft, has blade sheet and blade base whose titanium aluminum alloy coated surfaces are thermo-mechanically treated so that surfaces have optimized inherent compressive stress |
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Family Applications (1)
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Cited By (2)
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-
2003
- 2003-11-28 DE DE10355756A patent/DE10355756A1/en not_active Ceased
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US10364686B2 (en) | 2013-05-29 | 2019-07-30 | MTU Aero Engines AG | TiAl blade with surface modification |
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