DE602005000087T2

DE602005000087T2 - Verfahren zum Schmieden einer Titanlegierung

Info

Publication number: DE602005000087T2
Application number: DE602005000087T
Authority: DE
Inventors: Wayne Eric Nottingham Voice
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2025-07-07
Also published as: EP1624084A1; GB0416764D0; US7320238B1; DE602005000087D1; EP1624084B1; US20080011035A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schmieden einer Titanlegierung, und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Schmieden von Titanlegierungen, die einen hohen Gehalt von Vanadium aufweisen.
Die üblichen Legierungen sind mit einem hochtemperaturfesten Borsilikatglas-Schmiermittelüberzug versehen, und sie werden dann unter hohen Temperaturen geschmiedet.
Es hat sich gezeigt, dass das hochtemperaturfeste Borsilikatglas-Schmiermittel sich auf der Oberfläche der Titanlegierungen, die einen hohen Anteil an Vanadium und Chrom aufweisen, zersetzt und hierdurch wird die Oberflächenqualität von geschmiedeten Titanlegierungen mit hohem Vanadium- und Chromgehalt nicht zufriedenstellend.
Es hat sich gezeigt, dass flüssige und dampfförmige Metalloxide, z.B. Vanadium-Pentoxid, die unter dem Borsilikatglas-Schmiermittel gebildet werden, eine Trennung oder Zerlegung des Borsilikatglases erzeugen, was wiederum einen schlechten Schmiedeprozess zur Folge hat, wodurch die Oberflächenqualität der geschmiedeten Titanlegierung mit hohem Vanadium- und Chromgehalt nicht zufriedenstellend wird.
Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Schmieden einer Titanlegierung zu schaffen, wodurch die oben erwähnten Probleme gelöst oder teilweise gelöst werden.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Schmieden einer Titanlegierung, bei dem ein Schutzüberzug auf die Titanlegierung aufgetragen wird und auf den Schutzüberzug ein Glasschmiermittelüberzug aufgebracht wird und in dem die Titanlegierung bei einer hohen Temperatur geschmiedet wird.
Vorzugsweise besteht der Glasschmiermittelüberzug aus einem Borsilikatglas-Schmiermittelüberzug.
Vorzugsweise umfasst das Aufbringen des Schutzüberzuges den Auftrag eines Aluminidüberzuges, eines durch Silizium modifizierten Aluminidüberzuges, eines Platin-Aluminid-Überzuges, eines Aluminiumüberzuges oder eines Platinüberzuges.
Vorzugsweise umfasst das Aufbringen des Schutzüberzuges eine Pack-Aluminisierung, eine Dampfphasen-Aluminisierung, eine Aufschlämm-Aluminisierung, ein Aufsprühen, eine Wärmebehandlung oder eine Plattierung.
Vorzugsweise enthält die Titanlegierung Vanadium und Chrom.
Vorzugsweise weist die Titanlegierung 20 Gewichtsprozent bis 40 Gewichtsprozent Vanadium und 10 bis 20 Gewichtsprozent Chrom auf.
Vorzugsweise besitzt die Titanlegierung 20 Gewichtsprozent bis 30 Gewichtsprozent Vanadium, 13 Gewichtsprozent bis 17 Gewichtsprozent Chrom, 1,0 Gewichtsprozent bis 3,0 Gewichtsprozent Aluminium, 0,1 Gewichtsprozent bis 0,4 Gewichtsprozent Kohlenstoff und bis zu 0,2 Gewichtsprozent Sauerstoff und als Rest Titan und zufällige Verunreinigungen.
Vorzugsweise besteht die Titanlegierung aus 25 Gewichtsprozent Vanadium, 15 Gewichtsprozent Chrom, 2 Gewichtsprozent Aluminium, bis zu 0,15 Gewichtsprozent Sauerstoff, 0,1 Gewichtsprozent bis 0,3 Gewichtsprozent Kohlenstoff und als Rest Titan plus zufällige Verunreinigungen.
Vorzugsweise weist die Titanlegierung 35 Gewichtsprozent Vanadium und 15 Gewichtsprozent Chrom auf.
Vorzugsweise wird die Titanlegierung zu einer Kompressorlaufschaufel oder einer Kompressorleitschaufel geschmiedet.
Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
1 zeigt ein Bauteil aus einer Titanlegierung, das mit einem Schutzüberzug versehen ist, um bei einem erfindungsgemäßen Verfahren geschmiedet zu werden.
Ein Verfahren zum Schmieden eines Bauteils 10 aus einer Titanlegierung umfasst das Aufbringen eines Schutzüberzuges 14 auf der Oberfläche 12 des Bauteils 10 aus der Titanlegierung. Ein Glasschmiermittelüberzug 16 wird auf den Schutzüberzug 14 aufgetragen, und dann wird das Bauteil 10 aus der Titanlegierung bei einer hohen Temperatur, beispielsweise bei etwa 1050°C, geschmiedet.
Das Bauteil 10 aus der Titanlegierung besteht aus einer Titanlegierung mit Vanadium und Chrom und anderen Elementen, beispielsweise aus einer Titanlegierung mit 20 Gewichtsprozent bis 40 Gewichtsprozent Vanadium und 10 bis 20 Gewichtsprozent Chrom. Die Titanlegierung weist vorzugsweise 20 Gewichtsprozent bis 30 Gewichtsprozent Vanadium, 13 Gewichtsprozent bis 17 Gewichtsprozent Chrom, 1,0 Gewichtsprozent bis 3,0 Gewichtsprozent Aluminium, 0,1 Gewichtsprozent bis 0,4 Gewichtsprozent Kohlenstoff und bis zu 0,2 Gewichtsprozent Sauerstoff und als Rest Titan und zufällige Verunreinigungen auf. Eine spezielle Titanlegierung besteht aus 25 Gewichtsprozent Vanadium, 15 Gewichtsprozent Chrom, 2 Gewichtsprozent Aluminium, bis zu 0,15 Gewichtsprozent Sauerstoff, 0,1 Gewichtsprozent bis 0,3 Gewichtsprozent Kohlenstoff und als Rest Titan und zufällige Verunreinigungen auf. Eine weitere spezielle Titanlegierung weist 35 Gewichtsprozent Vanadium und 15 Gewichtsprozent Chrom auf.
Ein geeigneter Glasschmiermittelüberzug besteht aus einem Überzug aus einem Borsilikatglas-Schmiermittel.
Der bevorzugte Schutzüberzug besteht aus einem Aluminidüberzug, einem durch Silizium modifizierten Aluminidüberzug, einem Platin-Aluminid-Überzug, einem Aluminiumüberzug oder einem Platinüberzug. Der Schutzüberzug wird durch Pack-Aluminisierung, Dampfphasen-Aluminisierung, Aufschlämm-Aluminisierung, Aufsprühen, Wärmebehandlung oder Plattierung aufgebracht.
Ein spezieller Schutzüberzug ist ein mit Silizium modifiziertes Aluminid, erzeugt durch Aufschlämm-Aluminisierung. Diese Schutzüberzüge sind unter der Bezeichnung IPAL IP1041 von Indestructible Paints Ltd, 23–25 Pentos Drive, Sparkhill, Birmingham, B11 3TA oder unter der Bezeichnung Sermaloy J (RTM) von Sermatech (UK) Ltd, High Holborn Road, Codnor Gate Business Park, Ripley, DE5 3NW verfügbar.
Ein weiterer spezieller Schutzüberzug ist ein Aluminiumüberzug, basierend auf einer wässrigen, anorganischen Säure, der auf das aus Titanlegierung bestehende Bauteil aufgesprüht und dann bei einer Temperatur zwischen 540°C und 560°C ausgehärtet wird. Derartige Schutzüberzüge sind unter der Bezeichnung IPCOTE IP9183 oder IPCOTE IP9183R1 von Indestructible Paints Ltd, 23–25 Pentos Drive, Sparkhill, Birmingham, B11 3TA oder unter der Bezeichnung Sermetal W von Sermatech (UK) Ltd, High Holborn Road, Codnor Gate Business Park, Ripley, DE5 3NW verfügbar.
Der Schutzüberzug auf einem Aluminid-Überzug wird durch Aluminisierung erzeugt, und der Platin-Aluminid-Überzug wird durch Platin-Aluminisierung hergestellt. Derartige Schutzüberzüge sind unter der Bezeichnung CN32/1 oder CN32/2 und CN22 oder CN22LT von Chromalloy (UK) Ltd, Bramble Way, Clover Nook Industrial Estate, Somercotes, Alfreton, Derbsyshire, DE55 4RH verfügbar.
Bei der Verwendung verhindert der Schutzüberzug 12 die Erzeugung von Metalloxiden, beispielsweise von Vanadium-Pentoxid, unter dem Glasschmiermittelüberzug 14, und demgemäß wird der Glasschmiermittelüberzug 14 während des Schmiedevorganges nicht zersetzt, und demgemäß wird durch das Schmieden eine annehmbare Oberflächenqualität des geschmiedeten Bauteils 10 aus der Titanlegierung erzeugt.
Es können auch andere geeignete Schutzüberzüge benutzt werden.
Die Bauteile aus der Titanlegierung können beispielsweise Kompressorlaufschaufeln oder Kompressorleitschaufeln eines Hochdruckkompressors eines Gasturbinentriebwerks sein.
Die vorliegende Erfindung ist auch anwendbar auf Titanlegierungen, die etwa 15 Gewichtsprozent Vanadium enthalten.

Claims

Verfahren zum Schmieden einer Titanlegierung (10), bei dem ein Schutzüberzug (14) auf die Titanlegierung (10) aufgetragen wird und auf den Schutzüberzug (14) ein Glasschmiermittelüberzug (16) aufgebracht wird und bei dem die Titanlegierung (10) bei einer hohen Temperatur geschmiedet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Titanlegierung (10) Vanadium enthält und der Schutzüberzug (14) als Aluminidüberzug, als ein mit Silizium modifizierter Aluminidüberzug, als ein Platin-Aluminid-Überzug, als ein Aluminiumüberzug oder ein Platinüberzug aufgebracht wird.
Verfahren zum Schmieden nach Anspruch 1, bei welchem der Glasschmiermittelüberzug (16) aus einem Borsilikatglas-Schmiermittelüberzug besteht.
Verfahren zum Schmieden nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welchem der Schutzüberzug (14) durch Pack-Aluminisierung, durch Dampfphasen-Aluminisierung, durch Aufschlämm-Aluminisierung, durch Aufsprühen, durch Wärmebehandlung oder durch Plattierung aufgebracht wird.
Verfahren zum Schmieden nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Titanlegierung (10) Vanadium und Chrom enthält.
Verfahren zum Schmieden nach Anspruch 4, bei welchem die Titanlegierung (10) 20 Gewichtsprozent bis 40 Gewichtsprozent Vanadium und 10 bis 20 Gewichtsprozent Chrom enthält.
Verfahren zum Schmieden nach Anspruch 5, bei welchem die Titanlegierung (10) 20 Gewichtsprozent bis 30 Gewichtsprozent Vanadium, 13 Gewichtsprozent bis 17 Gewichtsprozent Chrom, 1,0 Gewichtsprozent bis 3,0 Gewichtsprozent Aluminium, 0,1 Gewichtsprozent bis 0,4 Gewichtsprozent Kohlenstoff und bis zu 0,2 Gewichtsprozent Sauerstoff und als Rest Titan und zufällige Verunreinigungen enthält.
Verfahren zum Schmieden nach Anspruch 6, bei welchem die Titanlegierung (10) 25 Gewichtsprozent Vanadium, 15 Gewichtsprozent Chrom, 2 Gewichtsprozent Aluminium, bis zu 0,15 Gewichtsprozent Sauerstoff, 0,1 Gewichtsprozent bis 0,3 Gewichtsprozent Kohlenstoff und als Rest Titan plus zufällige Verunreinigungen enthält.
Verfahren zum Schmieden nach Anspruch 5, bei welchem die Titanlegierung (10) 35 Gewichtsprozent Vanadium und 15 Gewichtsprozent Chrom enthält.
Verfahren zum Schmieden nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die Titanlegierung (10) zu einer Kompressorlaufschaufel oder einer Kompressorleitschaufel geschmiedet wird.