DE974881C - Use of a hard metal for gas turbine blades - Google Patents

Use of a hard metal for gas turbine blades

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DE974881C
DE974881C DEH7957A DEH0007957A DE974881C DE 974881 C DE974881 C DE 974881C DE H7957 A DEH7957 A DE H7957A DE H0007957 A DEH0007957 A DE H0007957A DE 974881 C DE974881 C DE 974881C
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Edward Moor Dr Phil Trent
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Hard Metal Tools Ltd
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    • F01D5/12Blades
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
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Description

Verwendung eines Hartmetalls für Gasturbinenschaufeln Gegenstand des nicht vorveröffentlichten Patentes 973 902 ist ein Hartmetall von großer Beständigkeit gegen Oxydation bei hohen Temperaturen. Diese Eigenschaften werden durch das Doppelkarbid Titan-Chrom bzw. Mischkristalle aus Titan- und Chromkarbid in einem Hartmetall aus 4.,5 bis rq.% Chromkarbid, über 2o bis 6o 0/a Hilfsmetall aus einem oder mehreren der Metalle Nickel, Kobalt oder Eisen, Rest Titankarbid, erzielt. Bei einem besonders wirksamen Hartmetall dieser Gattung bestehen robis 2o% seines Karbidanteils aus Chromkarbid, während q.o bis 5o%- des Hilfsmetalls Nickel sind.Use of a hard metal for gas turbine blades The subject of patent 973 902, which was not previously published, is a hard metal of high resistance to oxidation at high temperatures. These properties are achieved by the double carbide titanium-chromium or mixed crystals of titanium and chromium carbide in a hard metal of 4., 5 to rq.% Chromium carbide, over 2o to 6o 0 / a auxiliary metal from one or more of the metals nickel, cobalt or iron , The remainder being titanium carbide. In a particularly effective hard metal of this type, 2o% of its carbide content consists of chromium carbide, while qo to 50% of the auxiliary metal is nickel.

Es hat sich nun gezeigt, daß ein solches Hartinetall sich hervorragend als Werkstoff für die Schaufeln von Gasturbinen eignet. Bekanntlich sind Gasturbinenschaufeln größten Beanspruchungen bei hohen Temperaturen ausgesetzt, so daß an ihre Warmfestigkeit ganz besondere Anforderungen gestellt werden. Bisher wurden für solche Turbinenschaufeln nickel- und chromlegierte Stähle oder Sinterwerkstoffe auf der Basis Titankarbid mit Kobalt als Hilfsmittel verwendet, die aber nicht immer befriedigten.It has now been shown that such a hard metal is outstanding suitable as a material for the blades of gas turbines. As is known, gas turbine blades are exposed to the greatest stresses at high temperatures, so that their heat resistance very special requirements are placed. So far, such turbine blades have been used nickel and chrome alloyed steels or sintered materials based on titanium carbide used with cobalt as an aid, but not always satisfactory.

Demgegenüber zeigte sich, daß das Hartmetall nach dein Patent 973 902 eine überraschende Kriechfestigkeit besitzt, die sich dadurch kennzeichnet, daß seine Bruchfestigkeit bei einer 3oostündigen Belastung unter einer Temperatur von 75o° C etwa 22 kg/mm2 beträgt. Des weiteren hat das Hartmetall gemäß dein Patent 973 9o2 als Werkstoff für Turbinenschaufeln den bekannten, mit Chrom und Nickel legierten Stählen gegenüber den außerordentlichen Vorteil, als letztere für diesen Zweck eine besondere Wärmebehandlung erfahren müssen. Kommt dann die Betriebstemperatur der Gasturbine in den Bereich .der Vergütungstemperatur, dann verschlechtern sich die Eigenschaften der bekannten Stähle sprunghaft. Demgegenüber erfordert das Hartmetall gemäß dem Patent 973 9o2 keine Wärmebehandlung, weshalb seine Eigenschaften von der Betriebstemperatur der Turbinen völlig unabhängig sind. Des weiteren ist die Dichte des erfindungsgemäß als Werkstoff für die Schaufeln von Gasturbinen vorgeschlagenen Hartmetalls geringer als diejenige der bekannten Chrom-Nickel-Legierungen, so daß sich auch die Zentrifugalkräfte nicht in dem Maße -%Nie bei letzteren auswirken. Schließlich hat das Hartmetall eine sehr viel größere Verschleiß- und Abriebfestigkeit als die Legierungen, die man bisher für die Herstellung von Turbinenschaufeln verwendete, was deswegen von Bedeutung ist, weil die Schaufeln einer solchen Beanspruchung häufig unterliegen.In contrast, it was found that the hard metal according to patent 973 902 has a surprising creep strength, which is characterized by the fact that its breaking strength is about 22 kg / mm2 when subjected to 30 hours of exposure at a temperature of 75 ° C. Furthermore, the hard metal according to patent 973 902 as a material for turbine blades has the extraordinary advantage over the known steels alloyed with chromium and nickel, as the latter have to undergo a special heat treatment for this purpose. If the operating temperature of the gas turbine then comes in the tempering temperature range, the properties of the known steels deteriorate suddenly. In contrast, the hard metal according to patent 973 902 does not require any heat treatment, which is why its properties are completely independent of the operating temperature of the turbines. Furthermore, the density of the hard metal proposed according to the invention as material for the blades of gas turbines is lower than that of the known chromium-nickel alloys, so that the centrifugal forces do not have the same effect on the latter. Finally, the hard metal has a very much greater wear and abrasion resistance than the alloys that have hitherto been used for the manufacture of turbine blades, which is important because the blades are often subject to such stress.

Das nach dieser Erfindung als Werkstoff für die Schaufeln von Gasturbinen zu verwendende Hartrnetall soll 5 bis 12% Chromkarbid, über 2o und bis zu 60°/a Hilfsmetall aus einem oder mehreren der Metalle Nickel, Kobalt oder Eisen, Rest Titankarbid, wobei die Karbide als Doppelkarbid bzw. Mischkristalle vorliegen, bestehen. Vorzugsweise kommt als Hilfsmetall Nickel zur Anwendung. Der Nickelgehalt soll dabei zweckmäßig 4o bis 50°/o betragen. Er spielt insofern eine Rolle, als die Turbinenschaufeln, nachdem sie aus der Hartmetallmischung gepreßt, vorgesintert, bearbeitet und fertiggesintert worden sind, in bestimmter Weise nachgearbeitet werden müssen, und es zeigte sich, daß ein Hartmetall, das Nickel als Hilfsrnetall enthält, beispielsweise leichter zu schleifen ist als Hartmetall, dessen Hilfsmetall aus Kobalt besteht.According to this invention as a material for the blades of gas turbines The hard metal to be used should be 5 to 12% chromium carbide, over 2o and up to 60 ° / a Auxiliary metal from one or more of the metals nickel, cobalt or iron, remainder Titanium carbide, the carbides being present as double carbide or mixed crystals. Nickel is preferably used as the auxiliary metal. The nickel content should be expediently be 40 to 50%. It plays a role in that the turbine blades, after being pressed from the cemented carbide mixture, pre-sintered, machined and fully sintered had to be reworked in a certain way, and it turned out that that a hard metal containing nickel as an auxiliary metal, for example, lighter is to be ground as hard metal, the auxiliary metal of which consists of cobalt.

Als Beispiel für ein Hartmetall als Werkstoff für Turbinenschaufeln sei ein solches gekennzeichnet mit 54% Titankarbid, 619/o Chromkarbid und 4o % Nickel. Dieses Hartmetall hat ein spezifisches Gewicht von 6,15, eine Härte bei Raumtemperatur von 80o Vickers=Einheiten, eine Bruchfestigkeit bei Raumtemperatur von zo8ltg/mm2, eine Festigkeit bei 3oostündiger Belastung bei 75o° C voll 21 kg/mm', eine Ermüdungsfestigkeit, d. h. eine Festigkeit bei 4o-ioE Wechseln bei einer Temperatur von 75o° C von 22 kg/mm° und eine Oxydationsbeständigkeit von o,oio g Gewichtszunahme je Ouadratzentimeter Oberfläche nach ioostiindiger Erhitzung bei 90o° C in Luft.As an example of a hard metal as a material for turbine blades let one be marked with 54% titanium carbide, 619 / o chromium carbide and 40% nickel. This hard metal has a specific gravity of 6.15, a hardness at room temperature of 80o Vickers = units, a breaking strength at room temperature of zo8ltg / mm2, a strength with a load of 30 hours at 75o ° C fully 21 kg / mm ', a fatigue strength, d. H. a strength at 4o-ioE changes at a temperature of 75o ° C of 22 kg / mm ° and an oxidation resistance of o, oio g weight increase per square centimeter Surface after heating for ten hours at 90 ° C in air.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: i. Die Verwendung eines Hartmetalls aus 5 bis 12%- Chromkarbid, über 20 und bis zu 6019/o Hilfsmetall aus einem oder mehreren der Metalle Nickel, Kobalt oder Eisen, Rest Titankarbid, wobei die Karbide als Doppelkarbid bzw. Mischkristalle vorliegen, als Werkstoff zur Herstellung von Gasturbinenschaufeln. PATENT CLAIMS: i. The use of a carbide from 5 to 12% - Chromium carbide, over 20 and up to 6019 / o auxiliary metal from one or more of the metals Nickel, cobalt or iron, the remainder being titanium carbide, with the carbides as double carbide or mixed crystals are present as a material for the production of gas turbine blades. 2. Die Verwendung eines Hartmetalls nach Anspruch i, dessen Hilfsmetall aus Nickel besteht für den Zweck nach Anspruch i. 2. The use of a hard metal according to claim i, the auxiliary metal of which is made of nickel exists for the purpose according to claim i. 3. Die Verwendung eines Hartmetalls nach Anspruch i, bestehend aus 54% Titankarbid, 6 % Chroinlcarl)id und 40 % N icl:el für den Zweck nach Anspruch i. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 387 684; Kieffer und Schwarzkopf, »Hartstoffe und Hartmetalle«, 1953, S. 169; Archiv für das Eisenhüttenwesen, Bd. 24, 1953, S. 273, Bild 24; Zeitschrift »Materials & Methods«, Dezember 1947, S. 85, 86.3. The use of a hard metal after Claim i, consisting of 54% titanium carbide, 6% chroinlcarl) id and 40% N icl: el for the purpose according to claim i. Documents considered: British Patent Specification No. 387,684; Kieffer and Schwarzkopf, "Hartstoffe und Hartmetalle", 1953, p. 169; Archiv für das Eisenhüttenwesen, Vol. 24, 1953, p. 273, Fig. 24; Magazine »Materials & Methods ", December 1947, pp. 85, 86.
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