EP0036202A2

EP0036202A2 - Verfahren zur Herstellung von Turborotoren

Info

Publication number: EP0036202A2
Application number: EP81101907A
Authority: EP
Inventors: Wilhelm Hoffmüller
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1980-03-18
Filing date: 1981-03-14
Publication date: 1981-09-23
Also published as: EP0036202A3; DE3010299C2; DE3010299B1; EP0036202B1; US4383809A

Abstract

Eine Kapsel für das heißisostatische Pressen von kompliziert geformten Werkstücken für Turbomaschinen, wie z.B. radialbeschaufelte Rotoren umfaßt einen einseitig offenen Keramikkern mit der Negativkontur des Werkstückes. Der Keramikkern wird von einer Blechaußenhaut umschlossen, die an der offenen Seite des Keramikkerns von diesem Abstand hält, an seiner Bodenfläche und seinen Seitenflächen jedoch anliegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kapsel für das Heißisostatpresen (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 Heißisostatpressens 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 heißisostatgepreßter Werkstücke wiederum einen sehr großen Aufwand verlangt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine gattungsgemäße Kapsel zu schaffen, die das Heißisostatpressen von Werkstücken kompliziertester Formgebung ermöglicht und so hohe Formgenauigkeit aufweist, daß das hergestellte Werkstück nach dem Heißisostatpressen 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 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 Prozeßtemperaturen 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 Heißisostatpressen von Turborotoren, insbesondere von Radilrädern 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.beigefügten Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kapsel für das Heißisostatpressen erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kapsel,
Fig._'2 einen Querschnitt durch die Kapsel aus Fig. 1 entsprechend der Linie II-II und
Fig. 3 einen Teilschnitt gemäß III-III in Fig. 1.

Die in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Kapsel für das Heißisostatpressen 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 an der Grundfläche und den Seitenflächen des Keramikkerns 1 anliegt, während sie an der Oberseite 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 pulverförmige Material des Preßlings, die vor dem Preßvorgang druckdicht verschlossen wird.
In dem Querschnitt gemäß Fig. 2 sind die Schaufelmatrizen 11 des Keranikkerns 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 Spalte vorgesehen sein, so daß sich dementsprechend gekrümmte Schaufeln des Rotors ergeben.
Der Teilschnitt gemäß Fig. 3 dient der Veranschaulichung eines Herstellungverfahrens für einen Turborotor, wonach vorgefertigte Blechschaufeln, von denen eine im Querschnitt dargestellt, mit dem Bezugszeichen 21 ver- - sehen 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 21 und der pulvermetallurgisch hergestellten Nabe 12 des Turborotors ist die Schaufel 21 an ihrer Wurzel 20 konisch zugespitzt.

Claims

1. Kapsel für das HIP (Heißisostatpressen) von hochbeanspruchten und kompliziert geformten Werkstücken für Turbomaschinen, dadurch gekennzeichnet, 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, an den übrigen Seiten jedoch anliegt.

2. Kapsel für das HIP eines Turborotors mit Radialbeschaufelung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Keramikkern (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 über der Deckfläche einen der Scheibendicke des Turborotors entsprechenden Abstand (A) einhält.

3. Verfahren zum HIP von Turborotoren, insbesondere von Radialrädern 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.