DE4110941C2 - - Google Patents
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- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Oberflächenhärtung von
Maschinenbauteilen. Objekte bei denen ihre Anwendung möglich
und zweckmäßig ist, sind alle tropfenschlag- oder kavitativ
belasteten Maschinenbauteile aus martensitischen Chromstählen,
die bei Einsatztemperaturen unterhalb von 250°C eingesetzt
werden. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung zum Schutz
stark durch Tropfenschlag erosiv belasteter Endstufenlaufschaufeln
von Dampfturbinen anwendbar.
Die Laufschaufeln von Dampfturbinen unterliegen während ihres
Betriebes einem ständigen Aufprall von Wassertröpfchen, die zu
einem vorzeitigen Verschleiß und damit zur Zerstörung der
Schaufeln durch Tropfenschlagerosion führen.
In der Fachwelt ist allgemein bekannt, den Verschleißwiderstand
von Schaufeln aus martensitischen Chromstählen durch
flammengehärtete Eintrittskanten zu erhöhen (Lit. z. B. W. Küntscher,
H. Kilger, H. Biegler "Technische Baustähle",
Knapp-Verlag Halle 1952, S. 288-290).
Der Mangel solcherart gehärteten Schaufeln besteht darin, daß
ihr Verschleißwiderstand zu gering ist. Die Ursache dafür
resultiert daraus, daß die Oberflächenhärte mit 500 bis 550 HV
zu niedrig ist.
Das Verfahren des Flammenhärtens wird üblicherweise bei Austenitisierungstemperaturen
von ca. 1000 bis 1100°C durchgeführt.
Diese Austenitisierungstemperaturen führen bei den
verfahrenstechnisch realisierbaren Austenitisierungszeiten
nur zu einer relativ geringen Freisetzung von Kohlenstoff aus
den (Fe, Cr)-Mischkarbiden. Der Mangel des Verfahrens besteht
demzufolge in einer zu geringen Aufhärtung an der Oberfläche.
Höhere Austenitisierungstemperaturen verbieten sich wegen der
bei den erreichbaren Austenitisierungszeiten noch während der
Karbidauflösung einsetzenden Kornvergröberung sowie der mit
der Spitzentemperatur rasch zunehmenden Durchhärtung der
Schaufeleintrittskante, die zu einem Zähigkeitsverlust der
Schaufel und einer Verschlechterung des Eigenspannungszustandes
an der Eintrittskante führt. Die Ursache des Mangels
besteht deshalb in der zu geringen eintragbaren Leistungsdichte.
Nach CH-PS 5 64 089 ist eine Turbinenschaufel mit induktiv gehärteter
Eintrittskante bekannt. Entsprechend der mit dem
Induktionshärten möglichen höheren Leistungsdichte sind ohne
schädliche Folgen höhere Austenitisierungstemperaturen, jedoch
noch im γ-Phasengebiet liegend, möglich. Solcherart gehärtete
Eintrittskanten weisen dementsprechend höhere Oberflächenhärten
auf. Nachteilig wirkt sich jedoch aus, daß diese höheren
Härten von etwa 550 bis 670 HV nicht über die gesamte erosionsgefährdete
Zone hinweg erzielt werden können.
Der Mangel des Verfahrens besteht darin, daß die eingetragene
Leistungsdichte nicht den lokal unterschiedlichen Wärmeableitungsbedingungen
angepaßt werden kann, wodurch die lokale
Härtetemperatur nicht über die gesamte Breite der erosionsgefährdeten
Zone im erforderlichen Maße konstant gehalten werden
kann.
Die Ursache dafür besteht darin, daß der Induktor nur für jeweils
eine Kontur der eintrittskantennahen Zonen optimal gestaltet
werden kann, die Kontur sich jedoch über die Schaufelblattlänge
stark ändert.
Weiterhin ist bekannt, Laser- oder Elektronenstrahlen zur Härtung
der Eintrittskanten einzusetzen (z. B.: V. Bedogni; M. Cantello;
W. Cerri; D. Cruciani; R. Festa; G. Mor; F. Nenci; F. P. Vivoli:
"Laser and Electron Beam Surface Hardening of Turbine Blades", in: Proceedings of the International Conference.
"Laser Advanced Materials Processing 87"; Osaka, May 1987, pp. 567 -572). Obwohl über die gesamte Schaufelrückenseite konstante Härtewerte erzielbar sind, ist nachteilig, daß auch hiermit keine höheren Härten als 500-600 HV0,1 an Proben (Material X22 CrMoV 12.1. vgl.: M. Roth; M. Cantello: "Laser Hardening of a 12 ./. Cr-Steel", Proceedings of 2nd Int. Conference "Laser in Manufacturing" (ed by M. F. Kimmit) 26.-28. 3. 1985, S. 119-128) bzw. 550-580 HV₁ an Schaufeleintrittskanten (Material AISI 403) erreicht werden.
"Laser and Electron Beam Surface Hardening of Turbine Blades", in: Proceedings of the International Conference.
"Laser Advanced Materials Processing 87"; Osaka, May 1987, pp. 567 -572). Obwohl über die gesamte Schaufelrückenseite konstante Härtewerte erzielbar sind, ist nachteilig, daß auch hiermit keine höheren Härten als 500-600 HV0,1 an Proben (Material X22 CrMoV 12.1. vgl.: M. Roth; M. Cantello: "Laser Hardening of a 12 ./. Cr-Steel", Proceedings of 2nd Int. Conference "Laser in Manufacturing" (ed by M. F. Kimmit) 26.-28. 3. 1985, S. 119-128) bzw. 550-580 HV₁ an Schaufeleintrittskanten (Material AISI 403) erreicht werden.
Besonders nachteilig wirkt sich jedoch aus, daß die Härte in
einer Tiefe von z. B. 0,2 mm schon auf 500-520 HV0,1 bzw. 480-
560 HV₁ abgefallen ist. Die nachteilige Wirkung des Härteabfalles
resultiert daraus, daß einerseits bei einer Tropfenschlagbelastung
mit den im Niederdruckteil von Dampfturbinen auftretenden
Tropfengrößen und Tropfenaufprall-Geschwindigkeiten das
Maximum der Vergleichsspannung in einer recht großen Tiefe von
0,05 mm bis 0,2 mm liegt und andererseits der Verschleiß bei
intensiver Tropfenschlagbelastung erst nach Ausbildung einer
belastungstypischen Oberflächenrauheit mit Rauhtiefen
von einigen 10 µm bis einigen 100 µm einen stationären
Endzustand erreicht. Ein zu steiler und zudem schon an der
Oberfläche beginnender relativ großer Härtegradient verhindert
deshalb selbst bei ausreichender Oberflächenhärte einen stationären
Verschleißzustand.
Die Ursache des Härteabfalles besteht darin, daß in den in
Frage kommenden Tiefen zu wenig Kohlenstoff aus den (Fe, Cr)-
Mischkarbiden freigesetzt ist.
Der Mangel des Verfahrens besteht demzufolge darin, daß nur in
unmittelbarer Oberflächennähe genügend Kohlenstoff aus den
(Fe, Cr)-Mischkarbiden freigesetzt wird, der zum Erreichen
hoher Härten notwendig ist. Die Ursache dafür resultiert daraus,
daß der Temperaturgradient der angegebenen Kurzzeithärtung
so steil ist, daß die Peaktemperatur des lokalen Temperatur-Zeit-Zyklus
in den in Frage kommenden Tiefen schon zu
niedrig ist.
Das Ziel der Erfindung ist es, eine vor Tropfenschlagerosion
besser geschützte Turbinenschaufel anzugeben sowie ein Verfahren
zu ihrer Herstellung vorzuschlagen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Härtungszonenausbildung
für die Eintrittskanten von Turbinenschaufeln anzugeben,
bei der eine für die typischen Bedingungen der Tropfenschlagbelastung
in Endstufen von Dampfturbinen ausreichend
hohe Oberflächenhärte vorhanden ist und bei der auch nach
Ausbildung der belastungstypischen Oberflächenaufrauhung das
Maximum der Vergleichsspannung noch in einem ausreichend harten
Bereich liegt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer tropfenschlagerosionsgeschützten
Turbinenschaufel aus martensitischem Chromstahl
mit einer kurzzeitgehärteten Eintrittskante, deren erosionsgeschützte
Zone über den gesamten stark erosionsgefährdeten
Bereich der Schaufelrückseite eine konstante
Oberflächenhärte aufweist, wie in den Ansprüchen 1 bis 4
dargestellt, gelöst.
Die in Anspruch 2 beschriebene zweckmäßige Ausgestaltung der
Erfindung macht von der Tatsache vorteilhaft Gebrauch, daß
gewöhnlich die Stärke und Fläche der Tropfenschlagbelastung
zur Schaufelspitze hin stark zunimmt, während die zyklische
Belastung abnimmt, so daß bei ausreichender Verschleißbeständigkeit
durch die Abnahme der Härtungszonenbreite der Eigenspannungszustand
an der Eintrittskante verbessert und die
Zähigkeitsreserven der Schaufel vergrößert werden können.
Außerdem wird die Aufgabe durch ein Kurzzeithärtungsverfahren
für martensitische chromlegierte Turbinenschaufelstähle
gelöst, bei dem auch in der erforderlichen Tiefe von 0,1 mm
bis etwa 0,9 mm eine Peak-Temperatur des lokalen Temperatur-Zeit-Zyklus
erreicht wird, bei der noch eine vollständige
Karbidauflösung stattfindet, ohne daß an der Oberfläche schon
eine eigenschaftsverschlechternde Austenit-Kornvergröberung
stattfindet.
Erfindungsgemäß wird dabei wie in den Ansprüchen 5 bis 10
angegeben verfahren.
Bei der Verfahrensgestaltung gemäß Anspruch 6 wird dabei vorteilhafterweise
die Tatsache berücksichtigt, daß bei Unterschreitung
der Dicke einer Schaufelblattpartie von etwa 3 mm sich die Abkühlgeschwindigkeit
schon in dem Temperaturgebiet, in dem noch
eine Austenit-Kornvergröberung ablaufen kann, aufgrund
schlechterer Wärmeableitungsmöglichkeiten verringert.
Vorteilhaft bei der Verfahrensausgestaltung gemäß Anspruch 7
ist, daß damit eine Anpassung der optimalen Strahleinwirkungsdauer
τs an die notwendige Härtungszonenbreite erreicht
wird.
Der Vorteil der Verfahrensausgestaltung gemäß Anspruch 8 besteht
darin, daß dieses ungewöhnlich kleine Amplitudenverhältnis
die Einstellung einer nahezu konstanten Oberflächentemperatur
Ts quer zur Laserspur innerhalb der sehr harten
Zone auch unter den Bedingungen einer sehr asymmetrischen
Wärmeableitung an der Schaufeleintrittskante erlaubt.
Die Erfindung ist am nachfolgenden Ausführungsbeispiel näher
erläutert.
In der dazugehörigen Zeichnung ist eine schematische
Darstellung der Lage und des Aufbaues des erfindungsgemäßen
Kantenschutzes dargestellt.
Die tropfenschlagbelastete Endstufenlaufschaufel einer 100 MW-Turbine
soll mit einer verschleißbeständigen Eintrittskante
versehen werden. Die erwartete Erosionszonenbreite beträgt an
der Schaufelspitze 18 mm und nimmt zum Schaufelfuß zu geringfügig
ab.
Die eingesetzte Härteanlage besteht aus einem CO₂-Querstromlaser
mit einer Nominalleistung von 5 kW, einer Bewegungsmaschine,
die zur Realisierung der Relativbewegung zwischen
Laserstrahl und Eintrittskante dient und deren Steuerung die
gleichzeitige Bewegung in mindestens 4 Koordinaten zuläßt. Das
Strahlformungssystem besteht aus einem off-axis-Parabolspiegel
mit einer Brennweite von f=300 mm sowie einem sich im teilfokussierten
Strahl befindlichen Resonanzscanner, der den
Strahl mit einer Frequenz von 210 Hz senkrecht zur Strahlvorschubrichtung
oszillieren läßt.
Das zu härtende Gebiet wird mit einer etwa 80 µm dicken
Schicht schwarzer Schultafelfarbe o. ä. versehen, die als Absorptionsmittel
für die Laserstrahlung dient.
Anhand von Nomogrammen wird ausgehend von der vorab gemessenen
Dicke des Schaufelblattprofiles in Abhängigkeit vom Abstand
zur Schaufelspitze ein geeigneter Satz von Bestrahlungsparametern
(Laserleistung, Strahldefokussierung, Oszillationsamplitude,
Vorschubgeschwindigkeit) festgelegt, der an jeder
Stelle der Eintrittskante zur erfindungsgemäßen Ausbildung der
Härtungszone führt.
Anschließend wird durch Abtasten der Schaufeleintrittskante
das Kontursteuerprogramm erstellt. Die Neigung des zu härtenden
Gebietes relativ zum Laserstrahl wird so gewählt, daß sich
im Zusammenwirken mit der eingestellten Leistungsdichteverteilung
des Laserstrahles quer zur Vorschubrichtung eine konstante
Temperatur in der am stärksten verschleißbelasteten Zone
(der späteren sehr harten Schicht 2) einstellt. Die Leistungsdichteverteilung
im Laserstrahl läßt sich durch die Wahl
des Verhältnisses Schwingamplitude des Strahles A zu Radius
des Strahles r in ausreichendem Maße variieren.
Die Laserstrahlhärtung wird unter folgenden Parametern
durchgeführt: An der Turbinenschaufel auftreffende Laserleistung
PL=2,60 kW; von der Turbinenschaufel absorbierte Laserleistung
Pa=2,08 kW; Laserstrahldurchmesser auf der Schaufeloberfläche
2 · r=9,6 mm; Schwingamplitude des Laserstrahles
A=8,9 mm, Amplitudenverhältnis =1,85; Anfangsgeschwindigkeit
des Laserstrahles an der Schaufelspitze
VBo=242 mm/min, Strahlformstreckung
=2,85.
Die Laserstrahlhärtung mit diesen Parametern führt in der Nähe
der Eintrittskante 5 zu folgenden Werten des Temperaturfeldes:
Maximaltemperatur des Temperatur-Zeit-Zyklus auf dem Schaufelrücken
über eine Breite von 16 mm: Tsmax≈1400-1440°C,
Laserstrahleinwirkungsdauer: τs=2,38 s.
Die mit diesen Parametern gehärtete Turbinenschaufel weist an
der Eintrittskante 5 eine Härtungszone folgender geometrischer
Abmessungen, Härte und Härteverteilung auf: Breite der gesamten
Härtungszone 1 auf dem Schaufelrücken (Lage der Härtungszonen
siehe Bild) an der Schaufelspitze: 20,2 mm; Breite
der Härtungszone 1 in 150 mm Abstand von der Schaufelspitze:
18,7 mm; Gesamteinhärtungstiefe 4: 1,17 mm bis 2,9 mm in
Abhängigkeit vom Abstand zur Eintrittskante, Breite der gesamten
Härtungszone 1 auf der Schaufelbauchseite 7: 2,8 mm in der
Nähe der Schaufelspitze; Oberflächenhärte in der sehr harten
Schicht 2: 700 HV0,05±35 HV0,05; Tiefe der sehr harten
Schicht 2: 0,1 mm bis 0,45 mm, abnehmend mit zunehmendem
Abstand zur Eintrittskante, an der Eintrittskante auslaufend
etwa am Ort der stärksten Krümmung des Schaufelblattprofiles.
Der Härtegradient in der sehr harten Schicht 2 beträgt ≲30 HV/mm.
Die Breite der sehr harten Schicht 2 beträgt in der
Nähe der Schaufelspitze etwa 19 mm. Die Länge der gesamten
Härtungszone 1 beläuft sich auf 185 mm. Sie verläßt die Schaufel
unter einem Austrittswinkel von 45°.
Die Reproduzierbarkeit des angestrebten erfindungsgemäßen
Härte-Tiefen-Verlaufes ist sehr gut. Entsprechend der abnehmenden
Verschleißintensität nimmt sowohl die Tiefe der sehr
harten Schicht 2 wie auch die Gesamteinhärtungstiefe 4 mit
zunehmendem Abstand zur Eintrittskante ab. Die Lage des Vergleichsspannungsmaximums
befindet sich bei weniger als einem
Drittel der Tiefe der sehr harten Schicht 2. Eine eigenschaftsverschlechternde
Vergröberung der Austenitkorngröße
tritt nicht auf.
Gegenüber dem Stand der Technik werden mindestens 100 bis 150 HV
höhere Oberflächenhärten erzielt. In der Tiefe des Vergleichsspannungsmaximums
ist die Härtedifferenz noch größer.
Damit sind erheblich bessere Verschleißbeständigkeiten der
erfindungsgemäß gehärteten Turbinenschaufeln gesichert.
Ein weiterer Vorteil gegenüber flammengehärteten und in abgeminderter
Form auch gegenüber induktionsgehärteten Schaufeln
besteht in der reproduzierbaren und beanspruchungsgerechteren
Ausbildung der Härtungszonengeometrie längs der Eintrittskante.
Sie führt u. a. auch zu einer viel besseren Reproduzierbarkeit
der Einstellung eines eintrittskantennahen
Druckeigenspannungszustandes längs der Eintrittskante über
die gesamte gehärtete Schaufellänge.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen und Begriffe
1 - gesamte Härtungszone
2 - sehr harte Schicht
3 - an 2 anschließende Schicht
4 - Gesamteinhärtungstiefe
5 - Eintrittskante
6 - Auftreffrichtung der schädlichsten Tröpfchengrößenfraktion
7 - Ort an der Schaufelbauchseite
8 - Tangente an die Oberfläche am Ort 7
9 - minimale Richtung des Biegemomentes des Schaufelquerschnittes
10 - Schaufelquerschnitt
QL - Querschnitt der gesamten Härtungszone 1
QS - Querschnitt des gehärteten Schaufelprofilabschnittes
2 - sehr harte Schicht
3 - an 2 anschließende Schicht
4 - Gesamteinhärtungstiefe
5 - Eintrittskante
6 - Auftreffrichtung der schädlichsten Tröpfchengrößenfraktion
7 - Ort an der Schaufelbauchseite
8 - Tangente an die Oberfläche am Ort 7
9 - minimale Richtung des Biegemomentes des Schaufelquerschnittes
10 - Schaufelquerschnitt
QL - Querschnitt der gesamten Härtungszone 1
QS - Querschnitt des gehärteten Schaufelprofilabschnittes
Claims (10)
1. Tropfenschlagerosionsgeschützte Turbinenschaufel aus martensitischem Chromstahl
mit einer kurzzeitgehärteten Eintrittskante, deren erosionsgeschützte Zone
über den gesamten stark erosionsgefährdeten Bereich der Schaufelrückenseite
eine konstante Oberflächenhärte aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - diese konstante Oberflächenhärte der Maximalhärte entspricht, die beim jeweiligen martensitischen Chromstahl mit optimalen Parametern des Kurzzeithärtezyklus erreichbar ist,
- - diese Oberflächenhärte je nach Kohlenstoffgehalt des Chromstahles Werte von 580- 750 HV0,05 erreicht,
- - die gesamte Härtungszone (1) aus einer sehr harten Schicht (2) mit einer nach der Verschleißintensität und der Tiefenlage des Vergleichsspannungsmaximums gewählten Tiefe von 0,1 mm bis 0,9 mm besteht, in der der Härtegradient 0 bis 200 HV/mm beträgt und an deren unterer Berandung Härten von 550 HV0,05 bis 680 HV0,05 erreicht werden, sowie einer daran anschließenden Schicht (3) besteht, die eine Dicke von 0,4 bis 2,0 mm und einen größeren mittleren Härtegradienten aufweist,
- - die Gesamteinhärtungstiefe (4) in Abhängigkeit von der Verschleißintensität 0,7 mm bis 3,5 mm beträgt,
- - die sehr harte Schicht (2) mindestens bis an den Ort in der Nähe der Eintrittskante (5) reicht, an dem die Auftreffrichtung (6) der schädlichsten Tröpfchengrößenfraktion parallel zur Tangente an die Oberfläche liegt,
- - die Härtungszone (1) sich von der Schaufelblattspitze über die gesamte erosionsgefährdete Länge der Eintrittskante (5) hinweg bis zu einer Stelle minimaler oder zumindest nicht kritischer zyklischer Belastung der Schaufel erstreckt und dort die Schaufel unter einem Austrittswinkel zur Eintrittskante von 30 bis 65° verläßt.
2. Tropfenschlagerosionsgeschützte Turbinenschaufel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Breite der Härtungszone (1) nach der sich längs der Eintrittskante ändernden Breite der Erosionszone eingestellt wird.
die Breite der Härtungszone (1) nach der sich längs der Eintrittskante ändernden Breite der Erosionszone eingestellt wird.
3. Tropfenschlagerosionsgeschützte Turbinenschaufel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Gesamteinhärtungstiefe (4) bei stark zyklisch oder spannungsriß-korrosionsbelasteten Schaufeln mindestens bis an den Ort an der Schaufelbauchseite (7) heranreicht, an dem die Tangente (8) an die Oberfläche senkrecht zur Richtung des minimalen Biegemomentes (9) des Schaufelquerschnittes (10) steht.
die Gesamteinhärtungstiefe (4) bei stark zyklisch oder spannungsriß-korrosionsbelasteten Schaufeln mindestens bis an den Ort an der Schaufelbauchseite (7) heranreicht, an dem die Tangente (8) an die Oberfläche senkrecht zur Richtung des minimalen Biegemomentes (9) des Schaufelquerschnittes (10) steht.
4. Tropfenschlagerosionsgeschützte Turbinenschaufel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die schaufelrückenseitige Berandung der Härtungszone (1) um ein Dämpferdrahtloch mit dem Radius RD einen Kreisbogen mit dem Radius RS beschreibt, wobei gilt: RD + 3 mm ≲ RS ≲ RD + 10 mm
die schaufelrückenseitige Berandung der Härtungszone (1) um ein Dämpferdrahtloch mit dem Radius RD einen Kreisbogen mit dem Radius RS beschreibt, wobei gilt: RD + 3 mm ≲ RS ≲ RD + 10 mm
5. Verfahren zur Herstellung der tropfenschlagerosionsgeschützten Turbinenschaufel
von Anspruch 1 bis 4 mittels eines hochenergetischen Oberflächenhärteverfahrens,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - der Temperatur-Zeit-Zyklus des Kurzzeithärtens so geführt wird, daß am Ende einer Energieeinwirkungsdauer τS von 0,3 s≲τS≲3 s einer Oberflächentemperatur TSmax beträchtlich oberhalb des γ-Gebietes von 1380°C ≲ TSmax ≲ 1430°C erreicht wird, über eine entsprechende Kombination von Leistungsdichte, Vorschubgeschwindigkeit und Strahlabmessung in Vorschubrichtung der oberflächennahe Temperaturgradient so eingestellt wird, daß in einer Tiefe t von 0,1 mm ≲ t ≲ 0,9 mm noch eine Maximaltemperatur des lokalen Temperatur-Zeit-Zyklus TL von TL ≈ TSmax - (B · 60 K+C · τS · 36K/s) herrscht, wobei die Konstanten B und C etwa den Wert 1 erreichen, der genaue Wert jedoch nach der chemischen Zusammensetzung und dem Ausgangsgefüge des Stahles gewählt wird,
- - und daß die Leistungsdichteverteilung quer zur Strahlvorschubrichtung so eingestellt wird, daß die lokale Oberflächentemperatur TS an keiner Stelle der Oberfläche der sehr harten Schicht 2 den Wert TSmax um mehr als 50 K unterschreitet.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
zum Härten von Schaufelblattpartien, deren mittlere Dicke 3 mm unterschreitet, bei konstanter Oberflächentemperatur TSmax die maximal mögliche Energieeinwirkungsdauer τSmax entsprechend dem Verhältnis des erwünschten Querschnittes QL der Härtungszone 1 zum Querschnitt QS des Schaufelprofilabschnittes nach τSmax=3 s · L-KQL/QS reduziert wird, wobei K und L vom gewählten Stahl abhängende Konstanten mit einem Wert nahe 1 sind.
zum Härten von Schaufelblattpartien, deren mittlere Dicke 3 mm unterschreitet, bei konstanter Oberflächentemperatur TSmax die maximal mögliche Energieeinwirkungsdauer τSmax entsprechend dem Verhältnis des erwünschten Querschnittes QL der Härtungszone 1 zum Querschnitt QS des Schaufelprofilabschnittes nach τSmax=3 s · L-KQL/QS reduziert wird, wobei K und L vom gewählten Stahl abhängende Konstanten mit einem Wert nahe 1 sind.
7. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei Anwendung eines Laserstrahl- oder Elektronenstrahlhärteverfahrens eine Strahlformung dergestalt vorgenommen wird, daß das Verhältnis der Ausdehnung des Strahles senkrecht zur Strahlvorschubrichtung d⟂ v zur Ausdehnung des Strahles in Strahlvorschubrichtung d| | v, der im Bereich gewählt wird.
bei Anwendung eines Laserstrahl- oder Elektronenstrahlhärteverfahrens eine Strahlformung dergestalt vorgenommen wird, daß das Verhältnis der Ausdehnung des Strahles senkrecht zur Strahlvorschubrichtung d⟂ v zur Ausdehnung des Strahles in Strahlvorschubrichtung d| | v, der im Bereich gewählt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5 und 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Strahlformung durch die schnelle Oszillation des Laserstrahles oder Elektronenstrahles quer zur Vorschubrichtung erzeugt wird, wobei im Falle des Laserstrahles bei sinusförmigem Bewegungsgesetz in Abhängigkeit von der Leistungsdichteverteilung des nicht umgeformten Laserstrahles ein Verhältnis von Schwingamplitude des Strahles A zum Radius r des Strahles von gewählt wird.
die Strahlformung durch die schnelle Oszillation des Laserstrahles oder Elektronenstrahles quer zur Vorschubrichtung erzeugt wird, wobei im Falle des Laserstrahles bei sinusförmigem Bewegungsgesetz in Abhängigkeit von der Leistungsdichteverteilung des nicht umgeformten Laserstrahles ein Verhältnis von Schwingamplitude des Strahles A zum Radius r des Strahles von gewählt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5, 7 und 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Verhältnis A/r der Schwingungsamplitude zum Strahlradius r während des Oberflächenhärtens entsprechend der Änderung der eintrittskantennahen Schaufelblattprofiles stetig verändert wird.
das Verhältnis A/r der Schwingungsamplitude zum Strahlradius r während des Oberflächenhärtens entsprechend der Änderung der eintrittskantennahen Schaufelblattprofiles stetig verändert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 5 und 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Strahlformung durch die schnelle Oszillation des Laserstrahles oder Elektronenstrahles quer zur Vorschubrichtung erzeugt wird, wobei in beiden Fällen die momentane Laserleistung oder das Bewegungsgesetz der Strahloszillation nach der Neigung der Strahlachse zur lokalen Oberflächennormalen und den Wärmeableitungsbedingungen des eintrittskantennahen Schaufelblattprofiles gewählt und entsprechend der Änderung der Oberflächennormalen und den Wärmeableitungsbedingungen entlang der Eintrittskante während des Kurzzeithärtens verändert wird.
die Strahlformung durch die schnelle Oszillation des Laserstrahles oder Elektronenstrahles quer zur Vorschubrichtung erzeugt wird, wobei in beiden Fällen die momentane Laserleistung oder das Bewegungsgesetz der Strahloszillation nach der Neigung der Strahlachse zur lokalen Oberflächennormalen und den Wärmeableitungsbedingungen des eintrittskantennahen Schaufelblattprofiles gewählt und entsprechend der Änderung der Oberflächennormalen und den Wärmeableitungsbedingungen entlang der Eintrittskante während des Kurzzeithärtens verändert wird.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4110941A DE4110941A1 (de) | 1991-03-30 | 1991-03-30 | Tropfenschlagerosionsgeschuetzte turbinenschaufel und verfahren zu ihrer herstellung |
DE59203939T DE59203939D1 (de) | 1991-03-30 | 1992-03-13 | Tropfenschlagerosionsgeschützte Turbinenschaufel und Verfahren zu ihrer Herstellung. |
EP92104368A EP0507131B1 (de) | 1991-03-30 | 1992-03-13 | Tropfenschlagerosionsgeschützte Turbinenschaufel und Verfahren zu ihrer Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4110941A DE4110941A1 (de) | 1991-03-30 | 1991-03-30 | Tropfenschlagerosionsgeschuetzte turbinenschaufel und verfahren zu ihrer herstellung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4110941A1 DE4110941A1 (de) | 1992-10-01 |
DE4110941C2 true DE4110941C2 (de) | 1993-07-08 |
Family
ID=6428829
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4110941A Granted DE4110941A1 (de) | 1991-03-30 | 1991-03-30 | Tropfenschlagerosionsgeschuetzte turbinenschaufel und verfahren zu ihrer herstellung |
DE59203939T Expired - Lifetime DE59203939D1 (de) | 1991-03-30 | 1992-03-13 | Tropfenschlagerosionsgeschützte Turbinenschaufel und Verfahren zu ihrer Herstellung. |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE59203939T Expired - Lifetime DE59203939D1 (de) | 1991-03-30 | 1992-03-13 | Tropfenschlagerosionsgeschützte Turbinenschaufel und Verfahren zu ihrer Herstellung. |
Country Status (2)
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