DE3010299C2 - Kapsel für das heißisostatische Pressen und Verfahren zum heißisostatischen Pressen unter Verwendung der Kapsel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kapsel für das heißisostatische Pressen (HIP) von hochbeanspruchten und kompliziert geformten Werkstücken für Turbomaschinen.

Es ist bisher nicht möglich, kompliziert geformte Werkstücke, wie z. B. beschaufelte Turborotoren mit Hilfe des HlP in ihrer endgültigen Kontur herzustellen, weil die Anfertigung von Preßkapseln mit der entsprechenden Negativkontur dieser Werkstücke nicht möglich ist. Man hat zwar versucht, solche kompliziert geformten Kapseln durch galvanische Abscheidung herzustellen, hat jedoch trotz des damit verbundenen hohen Herstellaufwandes keine ausreichend guten Ergebnisse dabei erzielt. Vielmehr hat sich gezeigt, daß die gepreßten Werkstücke immer wieder einer Nacharbeit bedurften, was im Hinblick auf die Materialeigenschaften heißisostatisch gepreßter Werkstücke wiederum einen sehr großen Aufwand verlangt.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine gattungsgemäße Kapsel zu schaffen, die das heißisostatische Pressen von Werkstücken kompliziertester Formgebung ermöglicht und so hohe Formgenauigkeit aufweist, daß das hergestellte Werkstück nach dem Pressen keiner oder sehr geringer Nacharbeit bedarf. Dabei soll der Aufwand für die Herstellung der Kapsel selbst möglichst gering sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein einseitig offener Keramikkern mit der Negativkontur des Werkstückes von einer Blechaußenhaut umschlossen ist, die an der offenen Seite des Keramikkerns von diesem Abstand hält, an den übrigen Seiten jedoch anliegt.

Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung einer Kapsel besteht darin, daß beim HIP der Keramikkern seine Form nicht ändert, so daß eine Änderung der Form der mit Metallpulver gefüllten Kapsel nur an der offenen Seite des Keramikkerns erfolgt Werden die komplizierten Konturen in den Keramikkern gelegt, so ergibt sich daraus automatisch eine exakte Abformung, obwohl dennoch über die offene Seite des Keramikkerns die hohen Drücke auf das zu pressende Pulver übertragen werden können. Einer Übertragung der Drücke dient die Blechaußenhaut, die einfach durch Schweißen oder Löten zu verschließen ist. Als Druckübertragungsmittel beim Heißpressen dient vorzugsweise Argon. Nach dem Pressen wird das fertige Werkstück dadurch freigelegt, daß zunächst die Blechaußenhaut und dann der Keramikkern entfernt werden, wobei letzteres vorzugsweise mechanisch erfolgt, jedoch auch chemisches Abtragen des Keramikkernes in Frage kommt

Besonders vorteilhaft läßt sich eine erfindungsgemäße Kapsel für die Herstellung eines Turborotors mit 2n Radialbeschaufelung verwenden, wobei der Keramikkern dann die Negativkontur der schaufelseitigen Radnabe und der Beschaufelung aufweist. Die Herstellung solcher Turborotoren, die im Regelfall aus Titan oder Titanbasislegierungen bestehen, wird durch eine erfindungsgemäß gestaltete Kapsel erheblich vereinfacht. Die Temperaturen beim Heißpressen liegen dabei zwischen 950 und 1000° C und die Drücke im Bereich zwischen 1500 und 3000 bar. Nach dem Pressen in einer erfindungsgemäß gestalteten Kapsel und nach Entfernen dieser Kapsel erfolgt eine Fertigbearbeitung des Turborotors, die allerdings nur die der Beschaufelung abgekehrte Nabenfläche betrifft.

Im weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum heißisostatischen Pressen von Turborotoren unter Verwendung einer vorstehend beschriebenen Kapsel und ist dadurch gekennzeichnet, daß in die Schaufelmatrizen des Keramikkerns vorgefertigte Blechschaufeln eingelegt werden und danach der Rest des Kapselhohlraums mit Metallpulver ausgefüllt wird, wonach die Kapsel verschlossen und heißisostatisch gepreßt wird. Dieses Verfahren hat gegenüber dem üblichen Heißpressen von Werkstücken, bei denen das Werkstück in seiner Gesamtheit homogen aus Pulver gepreßt wird, den Vorteil, daß die vorgefertigten Schaufeln aus einem anderen Werkstoff bestehen können als der Nabenkörper des Rotors, was unter Umständen günstigere Betriebseigenschaften des entsprechenden Rotors bedingt.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kapsel für das HIP erläutert. In der Zeichnung zeigt

F ι g. 1 einen Längsschnitt durch eine Kapsel,

F i g. 2 einen Querschnitt durch die Kapsel aus F i g. 1 entsprechend der Linie H-II und

Fig. 3 einen Teilschnitt gemäß III-III in Fig. 1.

Die in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Kapsel für das HIP besteht im wesentlichen aus einem Keramikkern 1, der die Negativkontur eines Radialturbinenrades mit einem Nabenbereich 12 und Schaufelmatrizen 11 aufweist, wobei die Oberseite des Keramikkerns offen ist. Der Keramikkern 1 wird von einer Blechaußenhaut 2 umschlossen, die am Boden und den Seiten des Keramikkerns 1 anliegt, während sie an der offenen Seite des Keramikkerns einen Abstand A von diesem hält, was notwendig ist, da beim Preßvorgang eine Volumenverringerung stattfindet. Der Abstand A ist auf die zu erwartende Verdichtung genau abgestimmt. Auf der Oberseite der Blechaußenhaut 2 befindet sich in der

Mitte eine Einfüllöffnung 3 für das Metallpulver, die vor dem Preßvorgang druckdicht verschlossen wird.

In dem Querschnitt gemäß Fig.2 sind die Schaufeimatrizen 11 des Keramikkerns 1 als gerade ebene Spalte eingezeichnet, was dementsprechend der Erzeugung eines Rotors mit geraden ebenen Schaufeln dient. Selbstverständlich können statt der geraden ebenen Spalte auch gekrümmte Saplte vorgesehen sein, so daß sich dementsprechend gekrümmte Schaufeln des Rotors ergeben.

DerTeäschnitt gemäß F i g. 3 dient der Veranschaulichung eines Herstellungsverfahrens für einen Turborotor, wonach vorgefertigte Blechschaufeln, von denen eine im Querschnitt dargestellt mit dem Bezugszeicher. 21 versehen ist, in die Schaufelmatrizen des Keramikkerns 1 eingelegt werden und danach der Rest des Kapselhohlraumes, also insbesondere der Nabenbereich 12 mit Metallpulver aufgefüllt wird.

Zur Erzielung einer guten Verbindung zwischen der vorgefertigten Blechschaufel 2i und dei-pulvermetallurgisch hergestellten Nabe 12 des Turborotors ist die Schaufel 21 an ihrer Wurzel 20 konisch zugespitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kapsel für das heißisostatische Pressen von hochbeanspruchten und kompliziert geformten Werkstücken für Turbomaschinen, dadurch ge kennzeichnet, daß ein einseitig offener Keramikkern (1) mit der Negativkontur des Werkstückes von einer Blechaußenhaut (2) umschlossen ist, die an der offenen Seite des Keramikkerns (1) von diesem Abstand hält, am Boden und an den Seiten jedoch anliegt.

2. Kapsel für das heißisostatische Pressen eines Turborotors mit Radialbeschaufelung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kermikkern (1) mit der Negativkontur der schaufelseitigen Radnabe (12) und der Beschaufelung (11) von einer Blechaußenhaut (2) umschlossen ist, die am Boden und an den Seiten des Keramikkerns anliegt, während sie an der offenen Seite des Kerns einen der Scheibendicke des Turborotors entsprechenden Abstand (A) einhält.

3. Verfahren zum heißisostatischen Pressen von Turborotoren unter Verwendung einer Kapsel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schaufelmatrizen (11) des Keramikkerns (1) vorgefertigte Blechschaufeln (21) eingelegt werden und danach der Rest des Kapselhohlraumes mit Metallpulver aufgefüllt wird, wonach die Kapsel verschlossen und heißisostatisch gepreßt wird.