DE2636339A1

DE2636339A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von gegenstaenden aus pulverfoermigem material

Info

Publication number: DE2636339A1
Application number: DE19762636339
Authority: DE
Inventors: Jack Raymond Bird
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1975-08-23
Filing date: 1976-08-12
Publication date: 1977-02-24
Also published as: GB1506255A; FR2321968A1; JPS5235709A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. Curt Wallach Dipl.-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Teler5"29r5%4/äka1 d

Datum: 12. AugUSt 1970

Unser Zeichen: I5 603 - Κ/Αρ

Rolls-Royce (1971) Limited,

Norfolk House, St. James's Square, London SWlY 4JR/England

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen aus pulverförmiger!! Material

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Gegenständen aus pulverförmiger!! Material» Insbesondere, aber nicht ausschließlich befaßt sich die Erfindung mit der Herstellung von Düsenleitschaufeln für Gasturbinenstrahltriebwerke aus heißgepreßtem, dichten Silicium-Nitrid.

Die Düsenleitschaufeln weisen gewöhnlich einen stromlinienförmigen Abschnitt, einen inneren Schaufelringabschnitt und einen äußeren Schaufelringabschnitt auf, wobei die Schaufelringabschnitte gewöhnlich in der Dicke von dem stromlinienförmigen Abschnitt unterschieden sind. Diese unterschiedliche Dicke der verschiedenen Teile einer Leitschaufel verhindert eine homogene Verdichtung der Schaufel während der Herstellung als einstückiger Formkörper. Es hat sich gezeigt, daß die dickeren Abschnitte nicht vollständig verdichtet werden und eine Rissebildung wegen der inneren Spannungen in den verschiedenen Schnittebenen der Schaufel mit unterschiedlichen Dichten auftreten. Es ist auch bekannt, daß die Elastizitätsmoduln, die

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ORH3HNAL INSPECTiO

thermische Leitfähigkeit und die Festigkeit sich direkt mit der sich ändernden Dichte verändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Schaufelkörpern, beispielsweise von Düsenleitschaufeln zu schaffen, durch welches die erwähnten Schwierigkeiten überwunden werden.

Gemäß der Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes von dem wenigstens ein Teil aus Pulvermaterial hergestellt wird, in der Weise durchgeführt, daß das Material in einem Gesenk gepreßt wird, welches wenigstens zwei Abschnitte aufweist, von denen ein Abschnitt wenigstens zwei Teile besitzt, die relativ zueinander derart beweglich sind, daß sie selektiv Abschnitte des pulverförmigen Materials während des Formverfahrens zusammenpressen.

Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Herstellung einer Düsenleitschaufel gemäß welchem ein vorgeformter stromlinienförmiger Abschnitt der Schaufel in ein Gesenk eingelegt wird und ein Schaufelringabschnitt an wenigstens einem Ende der Schaufel aus Pulvermaterial unter Verwendung eines Gesenks angeformt wird, von dem ein Abschnitt in wenigstens zwei Teile unterteilt ist, die selektiv Abschnitte des Pulvermaterials an Stellen zusammenpressen können, wo der Schaufelringabschnitt unterschiedliche Querschnitts-Dickenabmessungen aufweist.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die beiden Teile durch zerreißbare Dübel verbunden, die so angeordnet sind, daß sie brechen wenn der Druck der auf einen speziellen Gesenkabschnitt ausgeübte Druck einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Vorzugsweise besteht das Pulvermaterial aus einer Mischung von Silicium-Nitrid und einem Flußmittel, und das Material

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wird einem Druck und einer Erhitzung innerhalb des Gesenks unterworfen, um einen im wesentlichen massiven und homogenen Gegenstand zu schaffen.

Vorzugsweise bestehen die Teile des Gesenks und die die jeweiligen Formabschnitte festlegenden Dübel aus Graphit.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Gegenstandes und einer Form gemäß der Erfindung;

Figur 2 eine Schnittansicht des Gegenstandes und der Form gemäß Figur 1.

Der stromlinienförmige Abschnitt 12 der Düsenleitschaufel wird durch Heißpressen einer Mischung aus Silicium-Nitrid und einem Flußmittel, z.B. Magnesiumoxid in einem geeignet gestalteten Gesenk vorgeformt. Das Pressen wird vorzugsweise mit einem Druck von etwa 8,44 kg/mm (1200 p.s.i.) und bei einer Temperatur von etwa 1750⁰C durchgeführt.

Der sich hieraus ergebende vorgeformte stromlinienförmige Abschnitt wird zwischen den Hauptkörpern 13 und 14 der Form derart eingelegt, daß die Enden in Hohlräume vorstehen, von denen einer bei 15 dargestellt ist. Die innere Oberfläche des Formhohlraumes 15 ist mit einer Suspension aus Bor-Nitrid in Wasser überzogen. Die Suspension wird als relativ dicker Überzug von etwa 0,25 mm Stärke (0,01 Zoll) in den Hohlraum 15 aufgetragen, der vorher auf eine Temperatur von etwa 100⁰C bis 150⁰C erhitzt wurde.

Auf diese Weise wird der Überzug getrocknet und das Bor-Nitrid-

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pulver verbleibt auf der Oberfläche des Formhohlraumes 15. Dann wird der Überzug mit feinem Schmirgelleinen abgerieben, so daß nur eine dünne Schicht Puder verbleibt, die die Poren des Graphits füllt, aus der die Formteile hergestellt sind und außerdem als Hochtemperatur-Schmiermittel wirkt.

Nach dieser Preparierung wird der Formhohlraum 15 mit einer abgemessenen Menge von Silicium-Nitridpulver und Flußmittel gefüllt. Die Menge des f/Iaterials muß sorgfältig berechnet und aufrechterhalten werden, um eine genaue Bemessung und Konsistenz bei dem sich ergebenden Erzeugnis zu gewährleisten.

Nach Füllen des Hohlraumes 15 mit der Charge wird der zweite Teil der Form,der allgemein mit 16 bezeichnet ist, aufgesetzt. In diesem Fall besteht die Form aus drei Teilen 17, 18 und aus Graphit, die durch zwei Gruppen von Graphitdübeln zusammengehalten werden, von denen eine Gruppe bei 20 dargestellt ist.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die Teile 17, 18 und 19 so gestaltet, daß sie der Form des Schaufelringabschnitts 21 angepaßt sind, wenn die Form in der in Figur 2 voll ausgezogen gezeichneten Stellung angeordnet ist.

Nach Zusammenbau wird die Form in eine Presse eingefügt und mit einer Induktionsspule umgeben, die dann von einer Lage aus Wärmeisolationsmaterial umschlossen wird.

Dann wird die Presse auf die Form niedergelassen und es wird ein Druck von etwa 0,35 kg/mm (500 p.s.i.) aufgebracht. Dies hat sich als ausreichend erwiesen, um sowohl das Material zu verfestigen als auch um die Luft aus der Form zu entfernen. Aufgrund der Tatsache, daß die Teile I7, 18 und I9 miteinander verdübelt sind, sucht der am weitesten vorstehende Abschnitt 18 das Pulvermaterial zu versetzen, aus dem die dünneren Abschnitte des Schaufelringhohlraums I5 gebildet werden, und

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zwar erfolgt die Versetzung nach den Abschnitten, die dicker auszubilden sind. Wenn der durch die Presse ausgeübte Druck weiter erhöht wird, dann brechen die Kohlenstoffdübel, von denen zwei bei 19 dargestellt sind, und die Form kann dann in ihre zweite Stellung durch den Preßkopf 22 überführt werden. Die Benutzung brechbarer Dübel und die aus mehreren Teilen bestehende Form gewährleisten, daß die relativ dünnen Abschnitte der Form einen adäquaten Verdichtungsdruck empfangen, der nicht notwendigerweise durch Benutzung eines einzigen Werkzeuges erlangt werden könnte.

Nach Erhöhung des Preßdrucks auf 0,35 kg/mm wird Wärme auf die Form über die Induktionsspule aufgebracht, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, und dann wird der von der Presse ausgeübte Druck auf 7*75 kg/mm erhöht.

Wenn sich das pulverisierte Material verdichtet, muß die Temperatur sorgfältig überwacht werden, da das Pulver vor der Verdichtung ein Isolator ist, jedoch ein Wärmeleiter wird, wenn die maximale Verdichtung erreicht ist.

Bei ungefähr l800°C reagiert der Sauerstoff in dem Magnesium-Flußmittel mit dem Graphit und ergibt Kohlendioxid und das Mangan verdampft und verhindert, daß das verdichtete Silicium-Nitrid an den Graphit-Formteilen anhaftet. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Temperatur von 18OO°C nicht wesentlich überschritten wird da die Temperatur,bei der Silicium-Nitrid getrennt wird, zwischen 1900⁰C und 2050⁰C liegt.

Wenn die Form abgekühlt ist, kann sie abgenommen werden und es kann dann die vollständige Düsenleitschaufel aus verdichtetem Silicium-Nitrid entnommen werden, wobei die Schaufelringabschnitte 21 durch Diffusionsbindung an dem stromlinienförmigen Abschnitt 12 während des Formverfahrens verbunden

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werden. Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit der Herstellung eines Schaufelringabschnitts am einen Ende einer stromlinienförmigen Schaufel dargestellt, es ist jedoch klar, daß auch beide Schaufelringabschnitte an den beiden Enden auf diese Weise gleichzeitig an den stromlinienförmigem Schaufelteil angeformt werden können.

Patentansprüche 709808/0 3 87

Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Formung eines Gegenstandes, von dem wenigstens ein Teil aus pulverförmigem Material besteht,

dadurch gekennzeichnet, daß das Material in einer Form gepreßt wird, die wenigstens zwei Abschnitte umfaßt, von denen der eine wenigstens zwei Teile (17* 18, 19) aufweist, die relativ zueinander derart beweglich sind, daß sie selektiv Abschnitte des Pulvermaterials während des Formvorganges pressen können.

2. ' Verfahren nach Anspruch 1,

zur Herstellung der Düsenleitschaufel eines Gasturbinenstrahltriebwerks,
dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgeformter stromlinienförmiger Abschnitt (12) der Schaufel in das Gesenk eingelegt wird, und ein Schaufelringabschnitt (21) an wenigstens einem Ende der Schaufel aus Pulvermaterial angeformt wird, indem ein Gesenk benutzt wird, von dem ein Abschnitt wenigstens zwei Teile (17, 18, 19) aufweist, die selektiv Abschnitte des Pulvermaterials dort zusammenpressen, wo der Schaufelringabschnitt unterschiedliche Querschnittsdicke besitzt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Gesenkteile (17, 18, 19) durch brechbare Dübel (20) miteinander verbunden sind, die so angeordnet werden, daß sie brechen wenn der auf einen speziellen Gesenkabschnitt ausgeübte Druck einen vorbestimmten Wert überschreitet.

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hο Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2_S dadurch gekennzeichne t_s daß das Pulvermaterial aus einer Mischung von Silicium-Nitrid und einem Flußmittel besteht, welches sowohl einem Druck als auch einer Erhitzung innerhalb des Gesenks ausgesetzt wird, um einen im wesentlichen massiven und homogenen Gegenstand zu schaffen.

5ο Verfahren nach Anspruch 3*

dadurch gekennzeichnet-, daß die Teile des Gesenks und die Dübel (20), die die Formteile (17, 18, 19) miteinander verbinden, aus Graphit bestehen.

βο Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen I₉ 5, 4 und 5» dadurch gekennzeichne t, daß das Material in ein Gesenk verpreßt wird, welches wenigstens zwei Teile(17a 18„ 19)besitzt, die relativ zueinander derart beweglich sind, daß sie selektiv Abschnitte des pulverförmigen Materials wahrend des Formverfahrens zusammenpressen können«,

7ο Vorrichtimg zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2_S

dadurch gekennzeichnet^ daß ein vorgeformter stromlinienförmiger Schaufelabschnitt (12) in ein Gesenk eingelegt wird, und daß ein Schaufelringabschnitt (21) an wenigstens einem Ende der Schaufel aus einem Pulvermaterial angeformt wird, indem ein Gesenk benutzt wird, von dem ein Abschnitt aus wenigstens zwei Teilen (17, 18, 19) gebildet ist, die selektiv Teile des Pulvermaterials zusammenpressen,, wo der Schaufelring unterschiedliche Querschnittsabmessungen aufweist„

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