DE1912253A1 - Element coming into contact with gas with leading and trailing edges - Google Patents

Element coming into contact with gas with leading and trailing edges

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DE1912253A1 DE19691912253 DE1912253A DE1912253A1 DE 1912253 A1 DE1912253 A1 DE 1912253A1 DE 19691912253 DE19691912253 DE 19691912253 DE 1912253 A DE1912253 A DE 1912253A DE 1912253 A1 DE1912253 A1 DE 1912253A1
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Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, KölnDr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-Ing. H. BERKENFELD, patent attorneys, Cologne Anlage AktenzeichenAttachment file number

zu^ingabevom 12. MärZ 19Ö9 Sch// Name d. Anm.UNITED AIRCRAFT CORPORATIONto ^ ingabevof March 12, 19Ö9 Sch // Name d. Note UNITED AIRCRAFT CORPORATION

Mit Gas in Berührung kommendes Element mit Vorderkanten- und Hinterkantenansatz. Element coming into contact with gas with leading edge and trailing edge attachment.

Die Erfindung betrifft ein mit Gas in Berührung kommendes Element, dessen Vorderkante und Hinterkante eine außergewöhnlich hohe Temperaturfestigkeit sowie außergewöhnliche Korrosionsund Erosionseigenschaften aufweisen.The invention relates to an element coming into contact with gas, the leading edge and trailing edge of which have an exceptionally high temperature resistance and exceptional corrosion resistance Have erosion properties.

Es ist bereits vor längerer Zeit erkannt worden, daß die Verwendung von Verbindungen aus Metall und feuerfestem Material besondere Vorteile als Baustoffe für Hochtemperaturanwendungen bieten. Diese zusammengesetzten Bauteile finden Anwendung und weisen deutliche Vorteile auf insbesondere beim Betrieb von Gasturbinen oder dergleichen. In einer Gasturbine sind die mit dem Gas in Berührung kommenden Elemente der Maschine kontinuierlich einer sehr harten und komplexen Umgebung ausgesetzt, wie z.B. hohen Temperaturen, großen Temperaturgradienten, der Erosion sowie Kräften, welche die mit dem Gas in Berührung kommenden Elemente zu verformen trachten. Diese Kräfte haben eine besonders schädliche Wirkung auf die vorderen und hinteren Kanten der mit dem Gas in Berührung kommenden Elemente. Infolge der großen Temperaturgradienten und anderen thermischen Bedingungen, denen die derzeit in Gasturbinen verwendeten, mit dem Gas in Berührung kommenden Elemente begegnen, sind die zulässigen Betriebsperioden und Betriebstemperaturen dieser mit dem Gas in Berührung kommenden Elemente beträchtlich beschränkt.It was recognized a long time ago that the use of connections made of metal and refractory material offer particular advantages as building materials for high temperature applications. These composite components are used and have clear advantages, especially when operating gas turbines or similar. In a gas turbine, the elements of the machine that come into contact with the gas are continuously one exposed to very harsh and complex environments, such as high temperatures, large temperature gradients, erosion as well Forces which tend to deform the elements coming into contact with the gas. These forces have a particularly damaging one Effect on the front and rear edges of the elements in contact with the gas. As a result of the large temperature gradients and other thermal conditions presently encountered in gas turbines in contact with the gas encounter upcoming elements are the permissible operating periods and operating temperatures of these elements in contact with the gas are considerably limited.

Zusammengesetzte Bauteile sind bekannt und der in der amerikanischen Patentschrift 3 215 511 beschriebene zusammengesetzte Bauteil ist ein typisches Beispiel solcher Bauteile. Die bekannu 6/132 909840/1113 _-,.Composite components are known and the one in the American Compound described in U.S. Patent 3,215,511 Component is a typical example of such components. The well-known 6/132 909840/1113 _- ,.

ten zusammengesetzten Bauteile verwenden im allgemeinen ein keramisches oder ein anderes ähnliches Material in Verbindung mit einer Hochtemperaturlegierung. Die Zusammensetzung des Bauteils .ist derart, daß die Hochtemperaturlegierung gegenüber dem keramischen oder anderen Material den vorherrschenden Bestandteil bildet. Obwohl dieser Bauteil eine Verbesserung gegenüber den im allgemeinen verwendeten Metallbauteilen darstellt, ist derselbe keineswegs die ideale Lösung, weil die zulässigen Betriebsperioden und Betriebstemperaturen des Bauteils noch immer beschränkt sind, wobei die Metallegierung und deren Eigenschaften den regelnden Paktor bildet.th composite components generally use a ceramic or another similar material in combination with a high temperature alloy. The composition of the component .is such that the high-temperature alloy compared to the ceramic or other material forms the predominant component. Although this component is an improvement over the Generally used metal components represents, the same is by no means the ideal solution, because the permissible operating periods and operating temperatures of the component are still limited are, the metal alloy and its properties forming the regulating factor.

Es sind auch zusammengesetzte BautelLe bekannt, die auf dem Konstruktionsgebiet Anwendung und Verwendung finden, z.B. für vorgespannten Beton. Obwohl eine gewisse JÖiliehkeit zwischen diesen Bauteilen und der vorliegenden Erfindung besteht, sind diese bekannten Bauteile weder füp Hochtemperaturanwendungen verwendbar, noch weisen sie die Eigenschaften auf, welche WarmdauerStandfestigkeit und Widerstand gegen Oxydation, Sulfidierung und Erosion ergeben, insbesondere an den Vorder- und Hinterkanten eines mit Gas in Berührung kommenden Elements.Composite components are also known which are applied and used in the field of construction, for example for prestressed concrete. Although there is a certain JÖiliehkeit between these components and the present invention, these known components can neither be used for high temperature applications, nor do they have the properties which result in high temperature stability and resistance to oxidation, sulfidation and erosion, especially on the leading and trailing edges of a with Gas element coming into contact.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein mit Gas in Berührung kommendes Element zu entwickeln, das Warmdauerstandfestigkeit aufweist, gegen Oxydation, Sulfidierung und Erosion widerstandsfähig ist und das bei niedrigen Temperaturen günstige Stoßbelastungseigenschaften aufweist.The object of the invention is to develop an element that comes into contact with gas, which has high creep resistance is resistant to oxidation, sulphidation and erosion and has favorable shock load properties at low temperatures having.

Der Bauteil gemäß der Erfindung weist einen mittleren Hauptteil aus einer Hochtemperaturlegierung und einen mit dem mittleren Hauptteil verbundenen Vorderkantenansatz auf. Dieser besteht, aus einem feuerfesten Material, vorzugsweise einem keramischen Material, und aus einer Vielzähl von Metalladern, vorzugsweise aus einer Legierung auf Nickel- oder Kobaltbasis. Außerdem kann am mittleren Hauptteil ein Hinterkantenansatz mit im wesentlichen der gleichen Konstruktion befestigt werden, wodurch ein mit Gas in Berührung kommendes Element erhalten wird, das an seinen am meisten verletzbaren Stellen verbesserte Eigenschaften aufweist.The component according to the invention has a central main part made of a high temperature alloy and one with the central one Main part connected leading edge approach. This consists of a refractory material, preferably a ceramic material, and from a large number of metal cores, preferably made of an alloy based on nickel or cobalt. In addition, on middle main part a trailing edge attachment with essentially the same construction to be attached, creating one with gas contacting element is obtained which has improved properties in its most vulnerable places.

u 6/152 909840/1113 ~2~u 6/152 909840/1113 ~ 2 ~

Das Verfahren zur Herstellung der Vorderkanten- und Hinterkantenansätze gemäß der Erfindung ist in der amerikanischen Patentanmeldung Nr. 7.1^ 736 vom 20. März I968 beschrieben. Demgemäß weist das feuerfeste oder keramische Material eine andere Geschwindigkeit der thermischen Zusammenziehung auf als die Einkristall-Metall ädern. Infolgedessen wird während der Abkühlung der Schmelze das feuerfeste Material auf Kompression vorgespannt. Beim Bauteil gemäß der Erfindung ist die Hauptaufgabe der Metalladern die Lastverteilung und der Schutz des feuerfesten Materials vor einem katastrophalen Versagen bei einem Wärmestoß oder einer Stoßbelastung bei niedrigen Temperaturen, während die Hauptaufgabe des feuerfesten oder keramischen Materials darin besteht, für Warmdauerstandfestigkeit und Widerstand gegen Oxydation, Sulfidierung und Erosion zu sorgen.The process of making the leading and trailing edge approaches according to the invention is described in American patent application no. 7.1 ^ 736 dated March 20, 1968. Accordingly points the refractory or ceramic material exhibits a different rate of thermal contraction than the single crystal metal wheels. As a result, as the melt cools, the refractory material is prestressed to compression. With the component According to the invention, the main task of the metal cores is to distribute the load and protect the refractory material from one catastrophic failure in the event of a thermal shock or a shock load at low temperatures, while the main task of the Refractory or ceramic material is made for creep resistance and to provide resistance to oxidation, sulphidation and erosion.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung besteht keine Bindung zwischen dem Metall und der feuerfesten Masse. Die feuerfeste Masse wird an ihrem Platz gehalten entweder durch die nach'außen erweiterten Enden der Metalladern oder durch die säulenförmige Struktur, welche am oberen und unteren Ende der Vorder- und Hinterkantenansätze bei der Entnahme des mit Gas in Berührung kommenden Elements aus der Gießform aufrechterhalten wird. Dieser letztere Abschnitt des mit Gas in Berührung kommenden Elements, d.h. die säulenförmige Struktur am unteren und oberen Ende der Vorder- und Hinterkantenansätze, hat auch noch die sekundäre Wirkung, daß derselbe die in der feuerfesten Masse entwickelte nützliche Druckspannung aufrechterhält.According to another feature of the invention, there is no bond between the metal and the refractory mass. The refractory Mass is held in place either by the outside extended ends of the metal veins or by the columnar structure, which at the top and bottom of the leading and trailing edge approaches is maintained upon removal of the element in contact with the gas from the mold. This the latter section of the element in contact with the gas, i.e. the columnar structure at the lower and upper end of the front and rear edge attachments also has the secondary effect, that it maintains the useful compressive stress developed in the refractory mass.

Die Anordnung und die Anzahl der Längsbohrungen in der feuert festen Masse sind in den Vorder- und Hinterkantenansätzen ebenfalls von Bedeutung. In bestimmten Fällen ist es wünschenswert, eine ungleichmäßige Verteilung der Einkristall-Metalladern innerhalb der feuerfesten Masse zu haben, so daß die richtige Anzahl der Adern für irgendeine gewünschte Druckverteilung und Druckhöhe erhalten wird. In der Nähe der Außenseite ist ein gleichmäßig hohes Niveau der Druckspannung erforderlich, um den Beginn der Rißbildung und das Wachstum desselben in der feuerfesten Masse zu verzögern. Die Metalladern sollen daher'sehr dünn sein und in geringem Abstand voneinander liegen. Der Größe der Adern und demThe arrangement and number of longitudinal holes in the fires Solid masses are also important in the leading and trailing edge approaches. In certain cases it is desirable to have an uneven distribution of the single crystal metal veins within the refractory so that the correct number of veins is obtained for any desired pressure distribution and pressure height. Near the outside is a uniform high level of compressive stress is required to initiate cracking and growth in the refractory delay. The metal veins should therefore be very thin and small Distance from each other. The size of the veins and the

u 6/132 909840/11 13 -3- u 6/132 909840/11 13 -3-

Abstand zwischen denselben werden jedoch Beschränkungen auferlegt sowohl durch das Gießen des Metalls als auch durch die Formverfahren der feuerfesten Masse. Die Hauptbeschränkung der Konstruktion dieser Art besteht darin, daß der Bestandteil so ausgebildet sein muß, daß keine Biegemomente auftreten. Dem kann Rechnung getragen werden, indem ein verhältnismäßig konstanter Volumenanteil des Metalls von der vorderen zur hinteren Kante aufrechterhalten wird. Es gibt ferner Anwendungen der vorliegenden Erfindung, bei welchen es wünschenswert ist, eine gleichmäßige Verteilung der Einkristall-Metalladern innerhalb des keramischen Materials zu haben. Bei einer anderen Gestaltung weist das mit Gas in Berührung kommende Element bzw. die Vorder- und Hinterkantenansätze desselben eine Vielzahl von Durchlässen für Kühlluft auf, die innerhalb der feuerfesten Masse angeordnet sind. Diese Ausbildung weist deutliche Vorteile auf, indem die Höhe der Druckspannung in der feuerfesten Masse selbst bei Betriebstemperaturen verhältnismäßig groß ist. Eine Spannungsentlastung innerhalb der Einkristall-Metalladern wird bei viel niedrigeren Geschwindigkeiten eintreten, infolge der höheren Standfestigkeit bei niedrigeren Metalltemperaturen.However, restrictions are imposed on distance between them both by casting the metal and by the molding processes the refractory mass. The main limitation of the construction of this type is that the component must be designed so that no bending moments occur. This can be taken into account are maintained by maintaining a relatively constant volume fraction of the metal from the leading edge to the trailing edge will. There are also applications of the present invention in which it is desirable to have an even distribution of the To have single crystal metal veins within the ceramic material. In another configuration, the element that comes into contact with the gas, or the leading and trailing edge projections, has same on a plurality of passages for cooling air, which are arranged within the refractory mass. This training has significant advantages in that the level of compressive stress in the refractory mass is proportionate even at operating temperatures is great. Stress relief within the single crystal metal veins occurs at much slower speeds occur due to the higher stability at lower metal temperatures.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in welcher zeigt:For a better understanding of the invention, reference is made to the drawing taken, in which shows:

Fig. 1 im Längsschnitt eine bevorzugte Formkonstruktion zur Herstellung des Bauteils gemäß der Erfindung,Fig. 1 in longitudinal section a preferred mold construction for Manufacture of the component according to the invention,

Fig. 2 schematisch im Querschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1 den Vorder- und Hinterkantenansatz des Bauteils mit gleichmäßig verteilten Einkristall-Metalladern.Fig. 2 schematically in cross section along the line 2-2 of Fig. 1 with the front and rear edge approach of the component evenly distributed single crystal metal veins.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Form dargestellt. Die nachstehend beschriebene Formkonstruktion ist besonders für die sogenannten Superlegierungen geeignet, die beispielsweise in der amerikanischen Patentschrift Z> 260 505 beschrieben sind. Diese Legierungen sind im allgemeinen für das als gerichtete Erstarrung bekannte Verfahren geeignet, wobei die am meisten bevorzugte Legierung eine Legierung auf Nickel- oder Kobaltbasis ist. Zusätzlich zur Offenbarung in dieser Patentschrift verwendet; u 6/132 909840/1113 -^- \ In Fig. 1, a preferred embodiment of the mold is shown. The mold construction described below is particularly suitable for the so-called superalloys, which are described, for example, in American patent specification Z> 260 505. These alloys are generally suitable for the process known as directional solidification, with the most preferred alloy being a nickel or cobalt based alloy. Used in addition to the disclosure in this specification; u 6/1 32 909840/1113 - ^ - \

die nachstehend beschriebene Formkonstruktion die Technik der Bildung von Einkristallegierungen TM, die in der amerikanischen Patentanmeldung Nr. 540 114 vom 17. Februar I966 beschrieben ist.the mold construction described below uses the technique of formation of Single Crystal Alloys ™ described in U.S. Patent Application No. 540 114 filed February 17, 1966.

Ein Ende einer rohrförmigen Form 4, die für die Verwendung bei dem in der amerikanischen Patentschrift 3 260 505 beschriebenen Verfahren geeignet ist, ist auf einer verhältnismäßig kühlen, wärmeleitenden und vorzugsweise wassergekühlten Platte 6 angeordnet. Die rohrförmige Form 4 besteht vorzugsweise aus einem keramischen Material, das aus einer üblichen Aufschlämmung von Tonerde oder einem anderen feuerfesten Material mit einem hohen Schmelzpunkt entsprechend der normalen Mantelformtechnik hergestellt ist. Das Wasser für die Kühlplatte 6 wird durch die Leitungen 8 zugeführt. Ein Ende des Rohres 4 ruht auf der Kühlplatte 6 auf und wirkt mit derselben zusammen, um einen umschlossenen Hohlraum zu bilden. Mit dem Hohlraum 10 steht ein Durchlaß 12 in Verbindung, durch welchen dem Hohlraum 10 geschmolzenes Metall zugeführt wird. . .One end of a tubular shape 4 intended for use at that described in US Pat. No. 3,260,505 The method is suitable is arranged on a relatively cool, thermally conductive and preferably water-cooled plate 6. The tubular form 4 is preferably made of a ceramic material consisting of a conventional slurry of alumina or another refractory material with a high melting point according to the normal shell molding technique. The water for the cooling plate 6 is supplied through the lines 8. One end of the tube 4 rests on the cooling plate 6 and cooperates with it to form an enclosed cavity. A passage 12 communicates with the cavity 10, through which the cavity 10 is supplied with molten metal. . .

Der Hohlraum 10 ist von der Einrichtung zum Erhitzen der Form auf die für den Guß gewünschte Temperatur umgeben. Vorzugsweise ist der Hohlraum von einer elektrischen Widerstandsheizwicklung 14 umgeben, die mit veränderlichem elektrischen Strom gespeist wird. Der Hohlraum kann aber auch von einem (nicht dargestellten) Graphitsuszeptor umgeben sein, der seinerseits von einer Induktionswidiung umgeben ist, die mit elektrischem Hochfrequenzstrom gespeist wird, wie es bei einem Induktionsofen üblüi ist. Vor dem Guß wird die Form auf eine gewünschte Temperatur erhitzt, indem der Wicklung 14 Strom zugeführt wird. Wenn die gewünschte Temperatur erreicht ist, wird dag geschmolzene Metall, das auf die für das Gießen erforderliche Temperatur erhitzt iat, in den Hohlraum eingegossen. Die Kühlplatte1 6 wird auf einer verhältnismäßig nie drigen Temperatur gehalten, indem Wasser durch die Leitungen 8 In Umlauf gesetzt wird, um innerhalb des mit dem geschmolzenen Metall gefüllten Hohlraumes 10 einen Temperaturgradienten zu erseugen, trenn da» Metall erstarrt.' The cavity 10 is surrounded by the means for heating the mold to the temperature desired for casting. The cavity is preferably surrounded by an electrical resistance heating winding 14 which is fed with a variable electrical current. The cavity can, however, also be surrounded by a graphite susceptor (not shown), which in turn is surrounded by an induction resistor that is fed with high-frequency electrical current, as is the case with an induction furnace. Before casting, the mold is heated to a desired temperature by applying current to the winding 14. When the desired temperature is reached , molten metal, heated to the temperature required for casting, is poured into the cavity. The cooling plate 1 6 is maintained at a relatively never drigen temperature by water is set by the lines 8 in circulation in order to erseugen a temperature gradient within the filled cavity with the molten metal 10 since separated solidified "metal."

iel 4«r 4*re»*fc«Uten Au«rührun«3forra i§t ein« geformte feuerfeste Form 16 in den Hohlraum 10 eingesetzt, Obwohl nur eine ge-iel 4 "r 4 * re" * fc "Uten Au" rührun "3forra is a" shaped refractory mold 16 inserted into the cavity 10, although only one

u 6/1*3 9 0 9 8 4 0/1113 -5- u 6/1 * 3 9 0 9 8 4 0/1113 -5-

formte Form gezeigt ist, kann selbstverständlich eine Vielzahl von Formen gleichzeitig verwendet werden. Die geformte Form 16 gemäß der Erfindung weist einen Vorderkantenansatz 18 und einen Hinterkantenansatz 20 einer Statorschaufel auf, welche mit einem 'mittleren Hauptteil 22 bei 22 bzw. 25 verbunden sind. Diese Ausbildung ist in Fig. 2 deutlicher dargestellt. Für die vorliegende Beschreibung weisen der Vorderkantenansatz 18 und der Hinterkantenansatz 20 im wesentlichen die gleiche Aus.bildung auf. Der Hauptteil 24 des Vorderkantenansatzes 18 besteht aus einer feuerfesten Masse mit einer verhältnismäßig niedrigen Zugfestigkeit, die etwa 0,70 - 70,3 kg/cm beträgt. Das Gießen der Einkristalladern in der feuerfesten Masse ermöglicht die Verwandung der Masse mit dieser verhältnismäßig niedrigen Zugfestigkeit. Bei manchen Anwendungen kann jedoch eine Masse mit einer hohen Zugfestigkeit erwünscht sein und für die nachstehend beschriebene Erfindung verwendet werden. Die feuerfeste Masse 24 weist ausgezeichnete Hitzebeständigkeitseigenschaften auf und kann Temperaturen bis zu etwa 19000C Widerstand leisten. Es wurde gefunden, daß eine ideale feuerfeste Masse ein keramisches Material auf Tonerdebasis ist. Die feuerfeste Masse 24 der Vorder- und Hinterkantenansätze 18 und 20 weist eine Vielzahl von Bohrungen 26 auf. Diese Bohrungen 26 sind längsbohrungen, d.h. sie erstrecken sich vom unteren Ende 30 nach aufwärts zum oberen EndeShaped shape is shown, a plurality of shapes can of course be used at the same time. The molded shape 16 of the invention has a leading edge extension 18 and a trailing edge extension 20 of a stator vane connected to a main central portion 22 at 22 and 25, respectively. This training is shown more clearly in FIG. For the present description, the leading edge extension 18 and the trailing edge extension 20 have essentially the same training. The main part 24 of the leading edge extension 18 consists of a refractory mass with a relatively low tensile strength, which is about 0.70-70.3 kg / cm. The casting of the single crystal veins in the refractory mass enables the mass to be used with this relatively low tensile strength. In some applications, however, a composition having a high tensile strength may be desired and used for the invention described below. The refractory mass 24 has excellent heat resistance properties and can withstand temperatures up to about 1900 ° C. An ideal refractory has been found to be an alumina-based ceramic material. The refractory mass 24 of the leading and trailing edge extensions 18 and 20 has a plurality of bores 26. These bores 26 are longitudinal bores, ie they extend from the lower end 30 upwards to the upper end

32 der Vorder- und Hinterkantenansätze. Um das Wachstum einzelner Kristalle innerhalb dieser Längsbohrungen zu fördern, können dieselben am unteren Ende eine Verengung oder eine verhältnismäßig kleine Öffnung aufweisen. Nachdem geschmolzenes Metall in den Hohlraum 10 gegossen worden ist und zu erstarren beginnt, weist dasselbe daher eine-geregelte säulenförmige Struktur auf. Durch Anordnung einer kleinen öffnung 36 oder einer (nicht dargestellten) Verengung wird das Wachstum einzelner Kristalle innerhalb der Längsbohrungen 26 gffördert. Die Einkristalladern 32 of the leading and trailing edge approaches. In order to promote the growth of individual crystals within these longitudinal bores, the same can have a constriction or a relatively small opening at the lower end. Thus, after molten metal has been poured into cavity 10 and begins to solidify, it has a regulated columnar structure. By arranging a small opening 36 or a constriction (not shown), the growth of individual crystals within the longitudinal bores 26 is promoted. The single crystal veins

33 (Fig· 2), die innerhalb der Langsbohrungen 26 wachsen, können am oberen Knd· 32 der Vordtr- und Hint*rkant*naneätx· xueanunenwacha«n und di· säulenförmig· Korn»truktur let in der gleichen Richtung einge*t»llt wie dl· glulenfCraig· Kornstruktur am unteren Ende 30 der Vorder- und Hint*rkantenan«Ätt·. Mit anderen Worten, daa untere Ende 30 weist dl· gjeioh· »JtulenfOrmige Korn-» struktur auf wi· das obere Bnde 32, di· durch einen mittleren Abu 6/132 909840/1113 ~6~33 (Fig. 2), which grow inside the longitudinal bores 26, can be inserted in the same direction on the upper edge 32 of the front and rear edges * naneätx · xueanunenwacha «n and the columnar grain structure llt as dl · glulenfCraig · grain structure at the lower end 30 of the front and rear edges. In other words, the lower end 30 has the tubular grain structure like the upper band 32, that is, by means of a central Abu 6/132 909840/1113 ~ 6 ~

BADBATH

schnitt der Einkristalladern jj8 getrennt sind.cut of the single crystal veins jj8 are separated.

Sobald das vorstehend beschriebene neuartige Gießverfahren verwendet worden ist, um das Wachstum einer säulenförmigen Struktur am unteren Ende J>0 zu ermöglichen zusammen mit einem mittleren Abschnitt der Einkristalladern J>Q und eines oberen Endes j52 mit im wesentlichen der gleichen säulenförmigen Struktur wie am unteren Ende, wird die Schmelze abkühlen gelassen. Als Ergebnis dieser Abkühlung wird die keramische oder feuerfeste Masse 24 auf Kompression vorgespannt infolge eines Unterschiedes der Geschwindigkeiten der thermischen Zusammenziehung der beiden Materialien. Mit anderen Worten, der keramische Teil 24 wird auf Kompression vorgespannt infolge der stärkeren thermischen Zusammenziehung der Einkristall-Metalladern 38. Diese Druckspannung, die im keramischen Teil 24 entwickelt vird, ist äußerst nützlich, weij. sie die Rißkernbildung beseitigt, eine Schließung von Rissen bei erhöhten Temperaturen bewirkt und die Ausbreitung von Rissen beehträchtigt.Once the novel casting method described above has been used to enable the growth of a columnar structure at the lower end J> 0 along with a central portion of the single crystal veins J> Q and an upper end j52 having substantially the same columnar structure as the lower end , the melt is allowed to cool. As a result of this cooling, the ceramic or refractory mass 24 becomes compressive due to a difference in the rates of thermal contraction of the two materials. In other words, the ceramic part 24 is preloaded in compression due to the greater thermal contraction of the single crystal metal veins 38. This compressive stress developed in the ceramic part 24 is extremely useful, know. it eliminates crack nucleation, causes cracks to close at elevated temperatures, and impairs crack propagation.

Die Einkristalladern 38 können innerhalb der feuerfesten Masse 24 gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt sein, was von der Anordnung der Längsbohrungen 26 innerhalb der feuerfesten Masse abhängig ist. Wie Pig. 2 !-zeigt, weist der Vorderkantenansatz eine verhältnismäßig gleichmäßige Verteilung der Adern innerhalb der feuerfesten Masse auf, während der Hinterkantenansatz eine ungleichmäßige Verteilung der Adern innerhalb der feuerfesten Masse zeigt.The single crystal veins 38 can be within the refractory mass 24 be evenly or unevenly distributed, which can be attributed to the arrangement of the longitudinal bores 26 within the refractory mass is dependent. Like Pig. 2! Shows, the leading edge approach has a relatively even distribution of the veins within the refractory mass, while the trailing edge approach is uneven Shows distribution of veins within the refractory mass.

Bei manchen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, daß die feuerfeste Masse .24 mit mehreren Kühlmitteldurchlässen versehen ist. Diese Durchlässe ergeben sich gemäß der Erfindung dadurch, daß in einer der. Längsbohrungen 26a kein Wachstum gefördert wird, so daß dieselben für den Durchgang von Kühlluft freibleiben.In some embodiments, it may be desirable for the refractory mass .24 to be provided with a plurality of coolant passages is. These passages result according to the invention in that in one of the. Longitudinal bores 26a no growth is promoted, so that they remain free for the passage of cooling air.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es äußerst wünschenswert, daß die feuerfeste Masse den kontinuierlichen Teil der Vorderkanten- oder Hinterkantenan3ätze bildet. Insbesnndere bei der dargestellten Ausführungsform wird die feuerfeste Masse kontinuierlich sein oder ein einteiliges Element aus Tonerde der Vorder- und Hinterkantenansätze bilden.Die Bestandteile eines -7-In the preferred embodiment of the invention it is highly desirable that the refractory mass be the continuous portion which forms leading or trailing edges. In particular in the illustrated embodiment, the refractory mass be continuous or form a one-piece element of clay of the leading and trailing edge extensions.

909840/1113909840/1113

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

bevorzugten Vorderkanten- oder Hinterkantenansatzes werden durch das folgende Beispiel veranschaulicht.preferred leading or trailing edge approaches are illustrated by the following example.

Beispielexample

Ein zusammengesetzter Bauteil, bei welchem die feuerfeste Masse aus 99% Tonerde besteht (McDanel AP J55 der Firma McDanel Refractory Porcelain Co., Beaver Palls, Penns.) und die Einkristalladern, die durch Längsbohrungen innerhalb der Masse hindurchgehen, aus der Superlegierung Mar-M-200 auf Nickelbasis bestehen (Gew.-% 0,15 C, 9 Cr, 10Co, 2 Ti, 5 Al, 12,5 W, 1,0 Nb, 0,05 Zr, 0,015 B, 1,5 Pe, Rest Ni). Längsbohrungen mit einem Durchmesser von 0,76 mm liegen in einer sechseckigen Anordnung innerhalb^der feuerfesten Masse in einem geringen Abstand voneinander. Bei einem Mittelpunktsabstand der Bohrungen von 1,55 mm enthält die feuerfeste Masse nach dem Gießen 30 Volumen-^ Einkristalladern. Die Spannung in der feuergfesten Masse bzw. in den Metalladern beträgt :A composite component in which the refractory mass consists of 99% alumina (McDanel AP J55 from McDanel Refractory Porcelain Co., Beaver Palls, Penns.) And the single crystal veins, which pass through longitudinal bores within the mass, are made from the superalloy Mar-M -200 nickel base consist (wt -.% C 0.15, 9 Cr, 10Co, 2 Ti, 5 Al, 12.5 W, 1.0 Nb, 0.05 Zr, 0.015 B, 1.5 Pe, residual Ni). Longitudinal bores with a diameter of 0.76 mm are in a hexagonal arrangement within ^ the refractory mass at a small distance from one another. With a center-to-center distance of the holes of 1.55 mm, the refractory mass contains 30 volume ^ single crystal veins after casting. The voltage in the refractory mass or in the metal wires is:

E2 V2 E 2 V 2

undand

Λ « =~— TZ 4oZ Δ Τ (2)Λ «= ~ - TZ 4oZ Δ Τ (2)

V1 + E2 V 1 + E 2

worin bedeutet:where means:

Hl durchschnittlicher Young-Modul von Tonerde E2 " " " " Mar-M-200 HI average Young modulus of alumina E 2 """" Mar-M-200

V1 Volumenfenteil von TonerdeV 1 part by volume of clay

V2 " der Adern aus Mar-M-200V 2 "of the cores made of Mar-M-200

- 1 2- 1 2

0^ ^ durchschnittlicher linearer Wärmeausdehnungskoeffizient von 0 ^ ^ average coefficient of linear thermal expansion of

-7- Tonerde-7- clay

0^2 " " " von Mar-M-200 0 ^ 2 """from Mar-M-200

~4 T Betriebstemperatur-Umgebungstemperatur U 6/132 " . -8-~ 4 T operating temperature-ambient temperature U 6/132 ". -8-

909840/1113909840/1113

Es wird angenommen, daß die Spannung im keramischen Material und in den Metallädern bei der Betriebstemperatur Null beträgt.It is assumed that the stress in the ceramic material and in the metal wheels is zero at the operating temperature.

We,nn die folgenden Werte eingesetzt werden:We, nn use the following values:

kJ = 3,52 . 1O6 kg/cm2 kJ = 3.52. 10 6 kg / cm 2

E2 = 1,12 . 106 kg/cm2 E 2 = 1.12. 10 6 kg / cm 2

V1 = 70 Volum-#V 1 = 70 volume #

V2 = 30 Volum-#V 2 = 30 volume #

^1 = 7,8 . io"6/°c^ 1 = 7.8. io " 6 / ° c

i7o = 13,1 . 10"6/°C undi7 o = 13.1. 10 " 6 / ° C and

-ΔΤ = 1000-ΔΤ = 1000

C.C.

betragen die im keramischen Material bzw. in den Metalladern be rechneten Spannungen:are the calculated voltages in the ceramic material or in the metal wires:

tf ^ = 2278 kg/cm2 (1) tf ^ = 2278 kg / cm 2 (1)

^ = 5186 kg/cm2 (2) ^ = 5186 kg / cm 2 (2)

PatentansprücheClaims

U 6/132 -9-U 6/132 -9-

909840/1113909840/1113

Claims (8)

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Potentanwälte, KölnDr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-Ing. H. BERKENFELD, Potentanwälte, Cologne Anlage . AktenzeichenSystem . File number zur Einsähe vom 12. Mär Z 1969 Sch// Name d. Anm. UNITED AIRCRAFT CORPORATION for inspection from March 12, 1969 Sch // Name d. Note UNITED AIRCRAFT CORPORATION PatentansprücheClaims Mit Gas in Berührung kommendes Element, gekennzeichnet h einen Hauptteil und einen Vorderkantenansatz, der mit dem Hauptteil verbunden ist und der ein unteres Ende mit einer einseitig eingestellten Struktur aufweist, einen mittleren Abschnitt mit einer Vielzahl von Einkristallädern und ein oberes Ende, das im wesentlichen die gleiche Struktur wie das untere Ende aufweist, sowie durch eine feuerfeste Masse, die mit einer Vielzahl von Längs bohrungen versehen ist und die zwischen dem oberen und unteren Ende angeordnet ist, wobei die Einkristallädern durch die Längsbohrungen innerhalb der Masse hindurchgehen und die feuerfeste Masse eine niedrigere Geschwindigkeit der thermischen Zusammenziehung als das untere Ende, der mittlere Abschnitt und das obere Ende aufweist, so daß die feuerfeste Masse dadurch auf Kompression vorgespannt wird.Element that comes into contact with gas, labeled h a main part and a leading edge extension which is connected to the main part and which has a lower end with a unilateral Has set structure, a middle section with a plurality of single crystal wheels and an upper one End, which has essentially the same structure as the lower end, and by a refractory mass with a A plurality of longitudinal bores is provided and which is arranged between the upper and lower ends, the single crystal wheels pass through the longitudinal bores within the mass and the refractory mass has a lower speed of thermal contraction as the lower end, the middle section and the upper end, so that the refractory mass this is preloaded to compression. 2. Mit Gas in Berührung kommendes Element nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Hinterkantenansatz, der mit dem Hauptteil verbunden ist und der im wesentlichen die gleiche Ausbildung aufweist wie der Vorderkantenansatz.2. Coming into contact with gas element according to claim 1, characterized by a trailing edge approach with the Main part is connected and which has essentially the same design as the leading edge approach. 3. Mit Gas in Berührung kommendes Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen der feuerr festen Masse des Vorderkantenansatzes und des Hinterkantenansatzes gleichmäßig in der Masse verteilt sind.3. Gas-contacting element according to claim 1 or 2, characterized in that the holes in the fire-resistant mass of the leading edge approach and the trailing edge approach are evenly distributed in the mass. 4. Mit Gas in Berührung kommendes Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dafl die Bohrungen der feuerfesten Masse des Vorderkantenansatzes und des Hinterkantenan-4. Gas contact element according to claim 1 or 2, characterized in that the holes in the refractory Dimensions of the leading edge approach and the trailing edge U 6/132 909840/1113 -10-U 6/132 909840/1113 -10- satzes ungleichmäßig in der "Masse verteilt sind.sentence are unevenly distributed in the "mass. 5. Mit Gas in Berührung kommendes Element nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abschnitt des Hauptteils aus einem einzigen Kristall einer Hochtemperaturlegierung besteht, deren Basis aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Nickel und Kobalt enthält.5. With gas coming into contact element according to any one of claims 1-4, characterized in that the central portion the main part consists of a single crystal of a high temperature alloy, the base of which is selected from the group, which contains nickel and cobalt. 6. Mit Gas in Berührung kommendes Element nach Anspruch6. Gas-contacting element according to claim 1, welches aus einer mit Gas in Berührung kommenden Statorschaufel besteht, die in einer Gasturbine verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorderkantenansatz mit der stromaufwärts angeordneten Kante des Hauptteils verbunden ist und daß die feuerfeste Masse relativ zu den Einkristalladern eine kontinuierliche Masse darstellt.1, which consists of a stator blade that comes into contact with gas which is used in a gas turbine, characterized in that the leading edge approach with the upstream arranged edge of the main part is connected and that the Refractory mass is a continuous mass relative to the single crystal veins. 7. Mit Gas in Berührung kommendes Element nach Anspruch7. Gas contact element according to claim 2, welches aus einer mit Gas in Berührung kommenden Statorschaufel besteht, die in einer Gasturbine verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Hinterkantenansatz mit der stromabwärts angeordneten Kante des Hauptteils verbunden ist.2, which consists of a stator blade that comes into contact with gas which is used in a gas turbine, characterized in that the trailing edge approach with the downstream arranged edge of the main part is connected. 8. Mit Gas in Berührung kommendes Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Kühlmitteldurchlässen innerhalb der feuerfesten Masse.8. Coming into contact with gas element according to any one of the preceding claims, characterized by a plurality of Coolant passages within the refractory mass. U .6/132 .. -11-U .6 / 132 .. -11- 909 8 40/1113909 8 40/1113 LeerseiteBlank page
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3038956A1 (en) * 1980-09-09 1982-03-25 Elesta AG Elektronik, 7310 Bad Ragaz APPLICATION SENSOR FOR MEASURING THE TEMPERATURE OF AN OBJECT
EP0806546A1 (en) * 1996-05-02 1997-11-12 Asea Brown Boveri Ag Thermally stressed turbomachine vane with a ceramic insert in the leading edge
DE10043977A1 (en) * 2000-09-05 2002-03-14 Siemens Building Tech Ag temperature sensor

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8888451B2 (en) 2007-10-11 2014-11-18 Volvo Aero Corporation Method for producing a vane, such a vane and a stator component comprising the vane
FR2991612B1 (en) * 2012-06-11 2017-12-08 Snecma PROCESS FOR THE FOUNDED PRODUCTION OF A PIECE COMPRISING AN EFFICIENT PORTION

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3038956A1 (en) * 1980-09-09 1982-03-25 Elesta AG Elektronik, 7310 Bad Ragaz APPLICATION SENSOR FOR MEASURING THE TEMPERATURE OF AN OBJECT
EP0806546A1 (en) * 1996-05-02 1997-11-12 Asea Brown Boveri Ag Thermally stressed turbomachine vane with a ceramic insert in the leading edge
DE10043977A1 (en) * 2000-09-05 2002-03-14 Siemens Building Tech Ag temperature sensor

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