DE4041103A1

DE4041103A1 - METHOD FOR TREATMENT OF COMPONENTS

Info

Publication number: DE4041103A1
Application number: DE4041103A
Authority: DE
Inventors: Thomas Sedlmair; Horst Pillhoefer; Peter Dr Adam; Martin Dr Thoma
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1990-12-21
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1992-07-02
Also published as: EP0492323A3; EP0492323A2; DE59106539D1; EP0492323B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen mittels Kugelstrahlen.The invention relates to a method for the surface treatment of Components using shot peening.

Kugelstrahlen zur Verbesserung der Schwingfestigkeit von Bauteilen sind aus der Veröffentlichung von W. Schütz in der Zeitschrift Werk stofftechnik, 17, Seite 53-61, (1986) bekannt. Das Kugelstrahlen steigert primär durch günstige Druckeigenspannungen die Schwing festigkeit der Bauteile und erhöht die Härte der gestrahlten Bauteil oberfläche. Die Optimierung der Strahlbehandlung ist abhängig vom Maschinentyp, von der Strahldauer, der Partikelgröße, dem Deckungs grad und der Strahlintensität. Zur Härtung und Verbesserung der Schwingfestigkeit wird in Richtung hoher Strahlintensität bei gleich zeitig niedrigem Deckungsgrad bis 100% optimiert. Bei höheren Deckungs graden wächst die Gefahr der Oberflächendeformation und der Werkstoffschädigung.Shot peening to improve the fatigue strength of components are from the publication of W. Schütz in the magazine Werk stofftechnik, 17, page 53-61, (1986) is known. The shot peening increases the vibration primarily through favorable residual compressive stresses strength of the components and increases the hardness of the blasted component surface. The optimization of the beam treatment depends on Machine type, from the jet duration, the particle size, the coverage degree and the beam intensity. To harden and improve the Vibration resistance is the same in the direction of high beam intensity low coverage up to 100% optimized. At higher coverage the risk of surface deformation and damage increases Material damage.

Beim Kugelstrahlen wird die Oberfläche plastisch deformiert, so daß nachteilig eine hohe Oberflächenrauhigkeit entsteht. Außerdem werden Druckeigenspannungen im oberflächennahen Bereich des Bauteils induziert, so daß sich bei beschichteten Bauteilen nachteilig die Gefahr des Abplatzens der Schicht erhöht.When shot peening, the surface is plastically deformed so that disadvantageously high surface roughness arises. Furthermore become residual compressive stresses in the near-surface area of the component induced so that the coated components disadvantageous The risk of the layer flaking off increases.

Bei Beschichtungsverfahren, die zunächst eine rauhe Beschichtungs oberfläche auf dem Bauteil erzeugen, wird deshalb nicht mit dem Ku gelstrahlverfahren die Oberfläche geglättet, sondern durch me chanisches Nachpolieren, wie beispielsweise Scheuern, Bürstenpolieren oder Druckfließläppen, eine Oberflächenglättung erreicht. Diese be kannten und gebräuchlichen Oberflächenbehandlungen zum Glätten haben den Nachteil, daß sie einen örtlich ungleichmäßigen Schichtabtrag an exponierten Ecken und Kanten bewirken.In coating processes that initially have a rough coating creating the surface on the component is therefore not possible with the Ku gel blasting process smoothed the surface but by me mechanical polishing, such as scouring, brush polishing or pressure flow lapping, surface smoothing achieved. These be known and common surface treatments for smoothing the disadvantage that they have a locally uneven layer removal exposed corners and edges.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen anzugeben, das die Oberfläche oxidations- und heißgas korrosionsfest beschichtet und eine Glättung der rauhen Beschichtungsoberfläche ermöglicht. Die Oberflächenbehandlung soll die Haftfähigkeit der Beschichtung nicht vermindern und keinen un gleichmäßigen Schichtabtrag verursachen.The object of the invention is a method for surface treatment of components to indicate that the surface is oxidizing and hot gas coated corrosion-resistant and a smoothing of the rough Coating surface enables. The surface treatment should the adhesion of the coating does not decrease and no un cause even layer removal.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den folgenden Ver fahrensschritten: auf die Bauteiloberfläche wird zunächst eine MCrAlY-Schicht als Oxidations- und Heißgaskorrosionsschicht aufge bracht, deren Schichtoberfläche anschließend mit Partikelstrahlen einer Strahlenintensität von höchstens 0,15 mm Almen A, einem Deckungs grad von mindestens 400% und einem mittleren Strahlpartikel durchmesser von höchstens 0,5 mm kugelgestrahlt wird.This problem is solved by a method with the following Ver Driving steps: First, one is on the component surface MCrAlY layer applied as an oxidation and hot gas corrosion layer brings, the layer surface then with particle beams a radiation intensity of at most 0.15 mm Almen A, a cover degree of at least 400% and a medium jet particle diameter of at most 0.5 mm is shot peened.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß ein Mittenrauhwert unter Ra = 2,5 µm für MCrAlY-Schichten, die beispielsweise mit Hilfe des Niederdruckplasmaspritzen (NDPS-Verfahren) aufgetragen wurden, er reichbar ist, und die MCrAlY-Schicht gleichzeitig oberflächig ver dichtet wird. Darüber hinaus ist das Verfahren reproduzierbar im Hinblick auf eine Mittenrauhwertverbesserung und auch bei kompliziert gestalteten Bauteilen anwendbar. This method has the advantage that the average roughness is below Ra = 2.5 µm for MCrAlY layers, which are, for example, using the Low pressure plasma spraying (NDPS method) were applied, he is reachable, and at the same time ver the surface of the MCrAlY layer is sealed. In addition, the process is reproducible in With regard to an improvement in the average roughness and also in the case of complicated designed components applicable.

Als Strahlpartikel werden vorzugsweise Kugeln mit einem mittleren Strahlpartikeldurchmesser von höchstens 0,2 mm aus Stahlguß, aron diertem Stahldraht, Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid oder Glas einge setzt. Derartige Kugeln haben den Vorteil einer weiteren Mit tenrauhwertverminderung. Kugeln mit einem mittleren Strahlpartikel durchmesser unter 50 µm zeigen zumindest für MCrAlY-Schichten keine weiteren Mittenrauhwertverbesserung.Spheres with a medium diameter are preferably used as jet particles Beam particle diameter of at most 0.2 mm made of cast steel, aron steel wire, zirconium oxide, aluminum oxide or glass puts. Such balls have the advantage of another roughness reduction. Balls with a medium jet particle Diameters under 50 µm do not show any, at least for MCrAlY layers further improvement in mean roughness.

Eine bevorzugte Durchführung des Verfahrens sieht vor, daß die Schichtoberfläche in kritischen Bauteilbereichen an vorzugsweise geringen Krümmungsradien mit Deckungsgraden über 600% und stark ver minderter Strahlintensität Kugelgestrahlt wird. Dieser hohe Deckungs grad bei gleichzeitig stark verminderter Strahlintensität hat den Vorteil, einer Kombination aus Mikroverformung und Abrasion, die äußerst schonend diese kritischen Bauteilbereiche glättet.A preferred implementation of the method provides that the Layer surface in critical component areas preferably low radii of curvature with degrees of coverage over 600% and strong ver reduced beam intensity is shot peened. This high coverage degree with at the same time greatly reduced beam intensity the advantage of a combination of micro-deformation and abrasion that extremely smoothly smoothes out these critical component areas.

Vorzugsweise wird das Verfahren für Schaufelblattoberflächen von Hochdruckturbinenschaufeln angewandt. Dabei wird die MCrAlY-Schicht sowohl auf der Schaufelvorderkante als auch auf der noch stärker gekrümmten Schaufelhinterkante geglättet, ohne daß ein Schichtdicken unterschied auftritt.The method is preferably used for airfoil surfaces of High pressure turbine blades applied. The MCrAlY layer both on the front edge of the bucket and on the even stronger one curved blade trailing edge smoothed without a layer thickness difference occurs.

Das folgende Beispiel und die zugehörigen Figuren zeigen eine bevor zugte Durchführung und Ausbildung des Verfahrens.The following example and the associated figures show one before drafted implementation and training of the procedure.

Beispiel 1 listet die Kugelstrahlparameter auf,Example 1 lists the shot peening parameters

Fig. 1 zeigt eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme von einer MCrAlY-Schicht nach einem Niederdruckplasmaspritzen, Fig. 1 shows a scanning electron micrograph of a MCrAlY layer by a low pressure plasma spraying,

Fig. 2 zeigt eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme von der MCrAlY-Schicht nach einem Kugelstrahlen, Fig. 2 shows a scanning electron micrograph of the MCrAlY layer by shot blasting,

Fig. 3 zeigt einen Querschliff einer beschichteten und kugelgestrahlten Hochdruckturbinenschaufel im Bereich der Eintrittskante und Fig. 3 shows a cross section of a coated and peened high pressure turbine blade in the region of the leading edge and

Fig. 4 zeigt einen Querschliff der beschichteten und kugel gestrahlten Hochdruckturbinenschaufeln im Bereich der Austrittskante. Fig. 4 shows a transverse section of the coated and peened high pressure turbine blades in the area of the trailing edge.

example 1

Eine Schaufelblattoberfläche einer Hochdruckturbinenschaufel mit einer Schaufelblatthöhe von 42 mm und einer Schaufelblattbreite von 20 mm wird mit einer CoNiCrAlY-Schicht mittels Niederdruckplasma spritzverfahren beschichtet. Der gemessene Mittenrauhwert liegt bei 4,77 µm. Die Oberfläche dieser Hochdruckturbinenschaufel wird an schließend in einer Überdruckdüsenstrahlanlage mit Glasperlen eines mittleren Strahlpartikeldurchmessers von 0,12 mm kugelgestrahlt. Dazu wird die Strahlintensität auf 0,23 mm Almen N eingestellt und ein Deckungsgrad von 800% gefahren. Als Ergebnis einer Schichtverdichtung und eines Schichtabtrags wird eine gleichmäßige Schichtabnahme von maximal 20 µm sowohl auf der Schaufelblattfläche als auch im Bereich der Eintrittskante und der Austrittskante gemessen. Der Mittenrauh wert ist auf 1,37 µm verbessert.An airfoil surface of a high pressure turbine blade with an airfoil height of 42 mm and an airfoil width of 20 mm is with a CoNiCrAlY layer using low pressure plasma spray coated. The measured average roughness value is included 4.77 µm. The surface of this high pressure turbine blade turns on closing in an overpressure jet system with glass beads one average blasting particle diameter of 0.12 mm shot peened. To the beam intensity is set to 0.23 mm Almen N and on Coverage ratio of 800% driven. As a result of stratification and a layer removal becomes an even layer decrease of maximum 20 µm both on the airfoil surface and in the area measured the leading edge and the trailing edge. The middle rough value is improved to 1.37 µm.

Fig. 1 zeigt eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme von einer MCrAlY-Schicht nach einem Niederdruckplasmaspritzen, mit einer Rauhtiefe von 42,3 µm und einem Mittenrauhwert von 4,77 µm. Fig. 1 shows a scanning electron micrograph of a MCrAlY layer by a low pressure plasma spraying, with a surface roughness of 42.3 microns and a micron average roughness value of 4.77.

Fig. 2 zeigt eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme von dergleichen CoNiCrAlY-Schicht nach einem Kugelstrahlen mit den Verfahrens parametern entsprechend Beispiel 1. Die Rauhtiefe hat sich um mehr als das 4-fache auf 7,93 verbessert und der Mittenrauhwert wurde auf 1,37 µm vermindert. Fig. 2 shows a scanning electron microscope image of the same CoNiCrAlY layer after shot peening with the process parameters according to Example 1. The roughness has improved more than 4 times to 7.93 and the average roughness value has been reduced to 1.37 µm.

Fig. 3 zeigt einen Querschliff einer beschichteten und kugelgestrahl ten Hochdruckturbinenschaufel im Bereich der Eintrittskante (1). Deutlich ist die Grenze (2) zwischen CoNiCrAlY-Schicht (3) und Schau felgrundmaterial (4) zu erkennen. Selbst die Eintrittskantenspitze (5) wird von der geglätteten CoNiCrAlY-Schicht (3) nachgebildet und nicht eingeebnet. Fig. 3 shows a cross section of a coated and shot peened high-pressure turbine blade in the region of the leading edge ( 1 ). The boundary ( 2 ) between CoNiCrAlY layer ( 3 ) and base material ( 4 ) can be clearly seen. Even the leading edge tip ( 5 ) is simulated by the smoothed CoNiCrAlY layer ( 3 ) and is not leveled.

Fig. 4 zeigt einen Querschliff der beschichteten und kugelgestrahlten Hochdruckturbinenschaufeln im Bereich der Austrittskante (6). Deut lich ist die Grenze (2) zwischen CoNiCrAlY-Schicht (3) und Schau felgrundmaterial (4) zu erkennen. Auch die wesentlich stärker ge krümmte Austrittskante (6) wird von der geglätteten CoNiCrAlY-Schicht (3) nachgebildet. Fig. 4 shows a cross section of the coated and shot-blasted high-pressure turbine blades in the area of the trailing edge ( 6 ). The boundary ( 2 ) between the CoNiCrAlY layer ( 3 ) and the base material ( 4 ) can be clearly seen. The much more curved trailing edge ( 6 ) is simulated by the smoothed CoNiCrAlY layer ( 3 ).

Claims

1. A method for surface treatment of components by means of shot peening, characterized in that an MCrAlY layer is first applied to the component surface as an oxidation and hot gas corrosion layer and then the surface of the layer with particle beams with a beam intensity of at most 0.15 mm Almen A, one Degree of coverage of at least 400% and a mean blasting particle diameter of at most 0.5 mm is blasted.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Layer surface in critical component areas preferably small radii of curvature with degrees of coverage over 600% and strong reduced beam intensity is shot peened.

3. Application of the method according to one of claims 1 or 2 for Airfoil surfaces of high pressure turbine blades.