EP0574708B1 - Bauteil für hohe Temperaturen, insbesondere Turbinenschaufeln, und Verfahren zur Herstellung dieses Bauteils - Google Patents

Bauteil für hohe Temperaturen, insbesondere Turbinenschaufeln, und Verfahren zur Herstellung dieses Bauteils Download PDF

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EP0574708B1
EP0574708B1 EP93107926A EP93107926A EP0574708B1 EP 0574708 B1 EP0574708 B1 EP 0574708B1 EP 93107926 A EP93107926 A EP 93107926A EP 93107926 A EP93107926 A EP 93107926A EP 0574708 B1 EP0574708 B1 EP 0574708B1
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EP
European Patent Office
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alloys
section
component
alloy
press
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EP93107926A
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EP0574708A1 (de
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Joachim Dr. Rösler
Manfred Dr. Thumann
Christoph Tönnes
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ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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Publication date
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/04—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of turbine blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
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    • Y10T428/1216—Continuous interengaged phases of plural metals, or oriented fiber containing
    • Y10T428/12174—Mo or W containing

Definitions

  • the invention is based on a component for high Temperatures, especially a turbine blade, after the Preamble of claim 1.
  • the invention also relates a method for producing such a component.
  • Such a component and a method for producing a such component are state of the art and for example in US-A-4 825 522.
  • This patent document is a high-temperature resistant component made of a nickel-based alloy removable. Certain sections of this component are covered by Modification of the base material with different Alloy additions to different material-specific Adjusted requirements. Further relevant state of the art is also FR-A-2 317 502, US-A-4 787 821 and US-A-4 529 452 to remove.
  • a gas turbine blade is in FR-A1-2.136.170 described.
  • This scoop has one of a eutectic Alloy cast, airfoil and airfoil containing blade body.
  • the blade root is from one ductile cast body with non-directional structure formed.
  • the airfoil consists of a matrix and parallel aligned with each other and in the longitudinal direction of the blade, fibrous crystals, which are embedded in the matrix and which by directional solidification from an inductive heated melt are formed.
  • the airfoil excels at significantly reduced Ductility from a much greater creep resistance. Especially when manufacturing a large airfoil however, it is difficult to find one for directional solidification sufficiently large temperature gradients and thus the desired Achieve high creep resistance in the airfoil.
  • the invention as specified in claims 1 and 3 is based on the task of a component, in particular a Turbine blade, of the type mentioned at the beginning, which when used in a medium and high temperature operated device, such as in particular a turbine features a long service life, and at the same time a way to point, which enables such a component in simple and suitable for mass production.
  • the component according to the invention stands out comparable components according to the prior art by a long service life. This is due to the choice of gamma titanium aluminide as base material and of suitable Dopants, which in predetermined quantities the base material are added, determined. With the selected base material it is possible in a particularly simple manner to alloy define which sections have different stresses of the component are adjusted. Since these are local differently stressed component sections, such as Turbine blade or turbine base, adapted alloys contain a common base material occur in Border area of the sections none chemical reaction products. The sections therefore go without a sharp transition into each other, so that the component according to the invention when operating a thermal Machine, such as a gas turbine or one in particular Compressor, high thermal and graded can easily absorb mechanical loads.
  • a thermal Machine such as a gas turbine or one in particular Compressor
  • the method used is characterized by the fact that large components with high thermal and mechanical Resilience through common process steps, such as in particular by hot isostatic pressing or by Sintering, easier and for mass production can be produced in a suitable manner.
  • FIG. 1 and 2 and each as Turbine blade 1 each contain components an elongated airfoil 2 and one at one end of the airfoil 2 molded blade root 3.
  • Reference numeral 4 denotes a press can.
  • This Press can encloses in the embodiment according to Fig. 1 the blade root 3 and has one from the airfoil 2 filled opening 5, which preferably through Welding or soldering the press jug 4 to the Blade 2 is sealed gas-tight.
  • the press can 4 the entire turbine blade 1.
  • the turbine blade 1 shown in FIG. 1 is produced as follows: A cast body designed as an airfoil 2 is guided with its one end through the opening 5 into the press can 4.
  • the press can 4 which is preferably made of steel, is soldered or welded to the cast body in a gas-tight manner in the region of the opening 5.
  • a cavity of the press can 4 receiving the blade root of the turbine blade 1 is filled with alloy powder.
  • the press can 4 is then evacuated and sealed gas-tight.
  • the materials for the cast body and the powder included one of two each on a common base material based alloys of different chemical Compositions which differ from one another by the Presence and / or the amount of at least one of them Distinguish the base material of the alloyed dopant.
  • An intermetallic is preferably used as the base material Phase, such as in particular a gamma titanium aluminide, is used.
  • At least one of the two containing gamma titanium aluminide Alloys have a share of at least 0.2 and at most 8 atomic percent of dopant, such as one or more of the elements B, C, Co, Cr, Ge, Hf, Mn, Mo, Nb, Pd, Si, Ta, V, Y, W and Zr.
  • the gas-tight closing of the press jug 4 Completed sample is placed in a press device and hot isostatic at temperatures between 900 and 1200 ° C condensed.
  • a typical pressing process at approx. 1070 ° C took about 3 at a pressure of about 250 MPa Hours.
  • the two alloys, without the Borderline chemical reaction products were formed non-porous with a gradual transition from the airfoil 2 compressed to the blade root 3.
  • Turbine blade 1 was extended in the longitudinal direction and the entire turbine blade 1 receiving press can 4 used.
  • jug 4 was the first Shovel blade 2 entered and cast below according to the previously described Embodiment filled the alloy powder.
  • the Press can 4 was then evacuated and gas-tight locked.
  • the test specimen thus produced was according to the previously described embodiment treated.
  • the alloys used were the same Composition on as described above Embodiment.
  • a cast body forming the airfoil 2 can also be a body from a hot isostatic in the press jug 4 compacted powder are introduced.
  • a another alternative embodiment of the invention that used to form the airfoil Alloy powder with 48 atomic percent Al, 3 atomic percent Cr, Balance Ti and small amounts of impurities in a Temperature of approx. 1070 ° C and a pressure of approx. 250 MPa hot isostatically compressed for approx. 3 hours.
  • the structure and the are from the micrograph according to FIG Microstructure of a part indicated by a border in Fig. 2 one - as described above - exclusively Alloy powders produced turbine blade after the Invention to see. It can be seen from this that the airfoil 2 forming alloy a coarse and the alloy forming the blade root 3 is a fine-grained one Has microstructure, and that at the transition zone no undesirable reaction zone between the two alloys with chemical reaction products or with excretions occurs. Both alloys go coarser with the teeth and fine crystallite gradually overlap.
  • the alloy forming the airfoil 2 has Room temperature to a ductility of about 0.5%, which the Alloy forming blade root 3 is one of 2.1%. At a temperature of approx. 700 ° C Blade 2 has a creep resistance, which corrected considerably above the creep resistance of the usually used in this temperature range Nickel-based superalloys.
  • the whole Turbine blade 1 shows the material of the Blade 2 corresponding ductility of 0.5%. Your mechanical and thermal properties are due to the No transition zone between the two alloys impaired.
  • the turbine blade 1 according to the invention is characterized by a blade root 3 with high Ductility and a brittle one at room temperature high temperatures, however, a high creep resistance having blade 2. The strength in Transitional area is because of the two alloys common base material and the lack of brittle Reaction products large enough to be safe Operation of the turbine blade 1 at high temperatures guarantee.
  • a press can 4 as a form for receiving the Alloys use a sintered mold, and compacting to achieve the turbine blade in a sintering process.
  • the invention is not limited to turbine blades. It also applies to others at high temperatures mechanically heavily loaded components, such as in one piece trained turbine wheels of turbochargers.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Bauteil für hohe Temperaturen, insbesondere einer Turbinenschaufel, nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines solches Bauteils.
STAND DER TECHNIK
Ein derartiges Bauteil und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils sind Stand der Technik und beispielsweise in US-A-4 825 522 beschrieben. Diesem Patentdokument ist ein hochtemperaturbeständiges Bauteil aus einer Nickelbasislegierung entnehmbar. Bestimmte Abschnitte dieses Bauteils werden durch Modifikation des Basiswerkstoffs mit unterschiedlichen Legierungszusätzen an unterschiedliche materialspezifische Anforderungen angepasst. Weiterer relevanter Stand der Technik ist auch FR-A-2 317 502, US-A-4 787 821 und US-A-4 529 452 zu entnehmen.
Ferner ist in FR-A1-2.136.170 eine Gasturbinenschaufel beschrieben. Diese Schaufel weist einen aus einer eutektischen Legierung gegossenen, Schaufelfuss und Schaufelblatt enthaltenden Schaufelkörper auf. Der Schaufelfuss ist von einem duktilen Gusskörper mit nichtgerichteter Struktur gebildet. Das Schaufelblatt besteht aus einer Matrix und aus parallel zueinander und in Längsrichtung der Schaufel ausgerichteten, faserförmigen Kristallen, welche in die Matrix eingebettet sind und welche durch gerichtetes Erstarren aus einer induktiv aufgeheizten Schmelze gebildet sind. Gegenüber dem Schaufelfuss zeichnet sich das Schaufelblatt bei erheblich verringerter Duktilität durch eine wesentlich grössere Kriechfestigkeit aus. Insbesondere bei der Herstellung eines grossen Schaufelblattes ist es jedoch schwierig, einen für eine gerichtete Erstarrung ausreichend grossen Temperaturgradienten und damit die erwünscht hohe Kriechfestigkeit im Schaufelblatt zu erreichen.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen 1 und 3 angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil, insbesondere eine Turbinenschaufel, der eingangs genannten Art anzugeben, welches sich bei Einsatz in einer bei mittleren und hohen Temperaturen betriebenen Vorrichtung, wie insbesondere einer Turbine, durch eine hohe Lebensdauer auszeichnet, und gleichzeitig einen Weg zu weisen, der es ermöglicht, ein solches Bauteil in einfacher und für eine Massenfertigung geeigneten Weise herzustellen.
Das Bauteil nach der Erfindung zeichnet sich gegenüber vergleichbaren Bauteilen nach dem Stand der Technik durch eine hohe Lebensdauer aus. Dies ist durch die Wahl von gamma-Titanaluminid als Basiswerkstoff und von geeigneten Dotierstoffen, welche in vorgegebenen Mengen dem Basiswerkstoff zugesetzt sind, bestimmt. Beim ausgewählten Basiswerkstoff ist es in besonders einfacher Weise möglich, Legierungen zu definieren, welche an unterschiedlich beanspruchte Abschnitte des Bauteils angepasst sind. Da diese an die lokal unterschiedlich beanspruchten Bauteilabschnitte, wie etwa Turbinenschaufel oder Turbinenfuss, angepassten Legierungen einen gemeinsamen Basiswerkstoff enthalten, treten im Grenzbereich der Abschnitte keine chemische Reaktionsprodukte auf. Die Abschnitte gehen daher ohne scharfen Übergang ineinander über, so dass das Bauteil nach der Erfindung die bei Betrieb einer thermischen Maschine, wie insbesondere einer Gasturbine oder eines Verdichters, gradiert auftretenden hohen thermischen und mechanischen Belastungen völlig problemlos aufnehmen kann. Das zur Herstellung der erfindungsgemässen Bauteile verwendete Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass selbst grosse Bauteile mit hoher thermischer und mechanischer Belastbarkeit durch geläufige Verfahrensschritte, wie insbesondere durch heiss-isostatisches Pressen oder durch Sintern, in einfacher und für eine Massenfertigung geeigneten Weise hergestellt werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
Fig.1
eine Aufsicht auf einen in Längsrichtung geführten Schnitt durch eine erste Variante eines als Turbinenschaufel ausgeführten erfindungsgemässen Bauteils nach Beendigung eines beim Herstellverfahren ausgeführten heiss-isostatischen Pressvorganges,
Fig.2
eine Aufsicht auf einen in Längsrichtung geführten Schnitt durch eine zweite Variante eines als Turbinenschaufel ausgeführten erfindungsgemässen Bauteils nach Beendigung eines beim Herstellen ausgeführten heiss-isostatischen Pressvorganges, und
Fig.3
ein Schliffbild des umrandet angegebenen Bereichs der zweiten Variante des erfindungsgemässen Bauteils.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten und jeweils als Turbinenschaufel 1 ausgeführten Bauteile enthalten jeweils ein langgestrecktes Schaufelblatt 2 und einen an einem Ende des Schaufelblattes 2 angeformten Schaufelfuss 3. Mit dem Bezugszeichen 4 ist eine Presskanne bezeichnet. Diese Presskanne umschliesst bei der Ausführungsform gemäss Fig.1 den Schaufelfuss 3 und weist eine vom Schaufelblatt 2 ausgefüllte Öffnung 5 auf, welche vorzugsweise durch Anschweissen oder Anlöten der Presskanne 4 an das Schaufelblatt 2 gasdicht abgeschlossen ist. Bei der Ausführungsform gemäss Fig.2 umschliesst die Presskanne 4 die gesamte Turbinenschaufel 1.
Die in Fig.1 dargestellte Turbinenschaufel 1 wird wie folgt hergestellt:
Ein als Schaufelblatt 2 ausgeführter Gusskörper wird mit seinem einen Ende durch die Öffnung 5 in die Presskanne 4 geführt. Die vorzugsweise aus Stahl bestehende Presskanne 4 wird im Bereich der Öffnung 5 gasdicht an den Gusskörper angelötet oder angeschweisst. Durch eine nicht dargestellte weitere Öffnung der Presskanne 4 wird ein den Schaufelfuss der Turbinenschaufel 1 aufnehmender Hohlraum der Presskanne 4 mit Legierungspulver aufgefüllt. Die Presskanne 4 wird sodann evakuiert und gasdicht verschlossen.
Die Werkstoffe für den Gusskörper und das Pulver enthalten jeweils eine von zwei auf einem gemeinsamen Basiswerkstoff beruhende Legierungen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzungen, welche sich voneinander durch das Vorhandensein und/oder die Menge mindestens eines dem Basiswerkstoff zulegierten Dotierstoffes unterscheiden. Vorzugsweise wird als Basiswerkstoff eine intermetallische Phase, wie insbesondere ein gamma-Titanaluminid, verwendet. Mindestens eine der beiden gamma-Titanaluminid enthaltenden Legierungen weist einen Anteil von mindestens 0,2 und höchstens 8 Atomprozent an Dotierstoff, wie beispielsweise eines oder mehrere der Elemente B, C, Co, Cr, Ge, Hf, Mn, Mo, Nb, Pd, Si, Ta, V, Y, W sowie Zr auf.
Eine typische Legierung für das Schaufelblatt 2 weist beispielsweise folgende Zusammensetzung auf:
  • In Atom%: 48 Al - 3 Cr - Rest Ti und Verunreinigungen;
  • In Gew.%: 33,2 Al - 3,9 Cr - Verunreinigungen kleiner 0,5 - Rest Ti.
    • Die Grösse der Pulverteilchen ist typischerweise kleiner 500µm.
    Eine weitere typische Legierung für das Schaufelblatt weist folgende Zusammemsetzung in Atom% auf:
    48 Al - 2 Cr - 2 Ta - Rest Ti und Verunreinigungen.
    Eine typische Legierung für den Schaufelfuss 3 weist beispielsweise folgende Zusammensetzung auf:
  • In Atom%: 48 Al - 2 Cr - 2 Nb - Rest Ti und Verunreinigungen;
  • In Gew.%: 32,5 Al - 2,9 Cr - 5 Nb - Verunreinigungen kleiner 0,5 - Rest Ti.
    • Die Grösse der Pulverteilchen ist typischerweise kleiner 200µm, vorzugsweise kleiner 100µm.
    Eine weitere typische Legierung für den Schaufelfuss weist folgende Zusammensetzung in Atom% auf:
    48 Al - 2 Cr - 2 Ta - 0,5 Si - Rest Ti und Verunreinigungen.
    Die durch gasdichtes Verschliessen der Presskanne 4 fertiggestellte Probe wird in eine Pressvorrichtung gebracht und bei Temperaturen zwischen 900 und 1200°C heissisostatisch verdichtet. Ein typischer Pressvorgang bei ca. 1070°C dauerte bei einem Druck von ca. 250 MPa ca. 3 Stunden. Hierbei wurden die beiden Legierungen, ohne dass im Grenzbereich chemische Reaktionsprodukte gebildet wurden, porenfrei mit einem graduellen Übergang vom Schaufelblatt 2 zum Schaufelfuss 3 verdichtet.
    Dieser bereits die Form der Turbinenschaufel aufweisende Verbundwerkstoff wurde nach Entfernen der deformierten presskanne 4 sodann bei Temperaturen oberhalb 700°C typischerweise ca. 4 Stunden lang wärmebehandelt. Nachfolgend wurde durch geringfügige materialabhebende Bearbeitung, wie Schleifen, Polieren und/oder elektrochemisches Behandeln, die Turbinenschaufel nach der Erfindung fertiggestellt.
    Bei der Herstellung der aus Fig.2 ersichtlichen Turbinenschaufel 1 wurde eine in Längsrichtung erweiterte und die gesamte Turbinenschaufel 1 aufnehmende Presskanne 4 verwendet. In diese Presskanne 4 wurde zunächst der das Schaufelblatt 2 bildende Gusskörper eingegeben und nachfolgend entsprechend dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel das Legierungspulver eingefüllt. Die Presskanne 4 wurde sodann evakuiert und gasdicht verschlossen. Der so hergestellte Probekörper wurde entsprechend dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel behandelt. Die verwendeten Legierungen wiesen die gleiche Zusammensetzung auf wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel.
    Anstelle eines das Schaufelblatt 2 bildenden Gusskörpers kann in die Presskanne 4 auch ein Körper aus einem heiss-isostatisch verdichteten Pulver eingeführt werden. In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung wurde das zur Bildung des schaufelblattes verwendete Legierungspulver mit 48 Atomprozent Al, 3 Atomprozent Cr, Rest Ti und geringen Mengen an Verunreinigungen bei einer Temperatur von ca. 1070°C und einem Druck von ca. 250 MPa während ca. 3 Stunden heiss-isostatisch verdichtet. Der resultierende Körper wurde sodann in die in Fig.2 dargestellte Presskanne 4 gebracht und bei den dort beschriebenen Bedingungen zusammen mit dem den Schaufelfuss 3 bildenden Legierungspulver mit 48 Atomprozent Al, 2 Atomprozent Cr, 2 Atomprozent Nb, Rest Ti und geringen Mengen an Verunreinigungen heiss-isostatisch verdichtet. Der verdichtete Körper wurde sodann noch entsprechend dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wärmebehandelt und nachbearbeitet.
    In weiteren Varianten der Erfindung wurden anstelle des Gusskörpers bzw. des aus heissverdichtetem Pulver gebildeten Körpers jeweils ein das Schaufelblatt 2 bildendes Legierungspulver der zuvor angegebenen chemischen Zusammensetzung in die Presskanne 4 eingefüllt. Danach wurde ein den Schaufelfuss 3 bildendes Legierungspulver mit der bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen angegebenen Zusammensetzung hinterfüllt. Die Presskanne 4 wurde sodann, ohne zu schütteln und ohne die eingefüllten Pulver miteinander zu vermischen, evakuiert und gasdicht verschlossen. Durch heiss-isostatisches Pressen während ca. 3 Stunden bei ca. 1070°C und einem Druck von ca. 250 MPa wurde ein porenfreier Werkstoff hergestellt, aus dem nach Entfernen der Presskanne 4, nach zweistündiger Wärmebehandlung bei ca. 1350°C und materialentfernender Nachbearbeitung eine Turbinenschaufel nach der Erfindung hergestellt wurde. Eine derartig ausgeführte Turbinenschaufel ist entsprechend den zuvor erwähnten Ausführungsvarianten ebenfalls Fig.2 entnehmbar.
    Aus dem Schliffbild gemäss Fig.3 sind der Aufbau und die Gefügestruktur eines in Fig.2 umrandet angegebenen Teils einer - wie zuvor beschrieben - ausschliesslich aus Legierungspulvern hergestellten Turbinenschaufel nach der Erfindung zu entnehmen. Hieraus ist ersichtlich, dass die das Schaufelblatt 2 bildende Legierung eine grobkörnige und die den Schaufelfuss 3 bildende Legierung eine feinkörnige Mikrostruktur aufweist, und dass an der Übergangszone zwischen beiden Legierungen keine unerwünschte Reaktionszone mit chemischen Reaktionsprodukten oder mit Ausscheidungen auftritt. Beide Legierungen gehen unter Verzahnung grober und feiner Kristallite graduell ineinander über.
    Werkstoffuntersuchungen haben für den der erfindungsgemässen Turbinenschaufel 1 zugrundeliegenden Werkstoff folgende Eigenschaften ergeben:
    Die das Schaufelblatt 2 bildende Legierung weist bei Raumtemperatur eine Duktilität von ca. 0,5% auf, die den Schaufelfuss 3 bildende Legierung hingegen eine solche von 2,1 %. Bei einer Temperatur von ca. 700°C besitzt das Schaufelblatt 2 eine Kriechfestigkeit, welche dichtekorrigiert erheblich über der Kriechfestigkeit der üblicherweise in diesem Temperaturbereich verwendeten Nickelbasis-Superlegierungen liegt. Die gesamte Turbinenschaufel 1 zeigt eine dem Werkstoff des Schaufelblattes 2 entsprechende Duktilität von 0.5%. Ihre mechanischen und thermischen Eigenschaften sind durch die Übergangszone zwischen beiden Legierungen nicht beeinträchtigt. Die Turbinenschaufel 1 nach der Erfindung zeichnet sich demnach durch einen Schaufelfuss 3 mit hoher Duktilität und ein bei Raumtemperatur zwar sprödes, bei hohen Temperaturen jedoch eine grosse Kriechfestigkeit aufweisendes Schaufelblatt 2 aus. Die Festigkeit im Übergangsbereich ist wegen des beiden Legierungen gemeinsamen Basiswerkstoffs und des Fehlens spröder Reaktionsprodukte ausreichend gross, um einen sicheren Betrieb der Turbinenschaufel 1 bei hohen Temperaturen zu gewährleisten.
    In einer weiteren Variante der Erfindung ist es möglich, an Stelle einer Presskanne 4 als Form zur Aufnahme der Legierungen eine Sinterform zu verwenden, und das Verdichten zur Turbinenschaufel in einem Sinterverfahren zu erreichen.
    Die Erfindung ist nicht auf Turbinenschaufeln beschränkt. Sie bezieht sich auch auf andere bei hohen Temperaturen mechanisch stark belastete Bauteile, wie etwa einstückig ausgebildete Turbinenräder von Turboladern.
    BEZEICHNUNGSLISTE
    1
    Turbinenschaufel
    2
    Schaufelblatt
    3
    Schaufelfuss
    4
    Presskanne
    5
    Öffnung

    Claims (8)

    1. Bauteil für hohe Temperaturen, insbesondere Turbinenschaufel (1), mit einem zumindest einen ersten (Schaufelfuss 3) und einen zweiten Abschnitt (Schaufelblatt 2) enthaltenden Bauteilkörper, bei dem der erste Abschnitt (3) von einem duktilen Werkstoff gebildet ist und der Zweite Abschnitt (2) einen gegenüber dem duktilen Werkstoff spröden Werkstoff aufweist, bei dem jeder der beiden Werkstoffe jeweils eine von zwei auf einem gemeinsamen Basiswerkstoff beruhende Legierungen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzungen enthält, welche sich voneinander durch das Vorhandensein und/oder die Menge mindestens eines dem Basiswerkstoff zulegierten Dotierstoffes unterscheiden, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiswerkstoff gamma-Titanaluminid ist, dass der Anteil an Dotierstoff in mindestens einer der beiden Legierungen mindestens 0,2 und höchstens 8 Atomprozent beträgt, und dass als Dotierstoff mindestens eines oder mehrere der Elemente B, C, Co, Cr, Ge, Hf, Mn, Mo, Nb, Pd, Si, Ta, V, Y, W sowie Zr enthalten sind.
    2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine den ersten Abschnitt (3) bildende erste der beiden Legierungen einen die Einstellung eines feinkristallinen Gefüges fördernden Dotierstoff, wie insbesondere eines oder mehrere der Elemente Cr, Mn, V, Si, und eine den zweiten Abschnitt (2) bildende zweite der beiden Legierungen einen die Einstellung eines grobkristallinen Gefüges fördernden und die Kriechfestigkeit erhöhenden Dotierstoff, wie insbesondere eines oder mehrere der Elemente Nb, Ta, W, enthält.
    3. Verfahren zur Herstellung des Bauteils nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Legierungen zum Bauteilkörper heissverdichtet werden, und dass vor dem Heissverdichten eine den ersten Abschnitt (3) bildende erste der beiden Legierungen als Pulver in eine Form eingefüllt wird.
    4. Verfahren nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine den zweiten Abschnitt (2) bildende zweite der beiden Legierungen in Form eines Gusskörper oder eines aus heissverdichtetem Pulver gebildeten Körpers verwendet wird, und dass dieser Gusskörper oder der aus dem heissverdichteten Pulver gebildete Körper zumindest mit einem Ende in die als Presskanne (4) ausgebildete Form geführt und in der Presskanne (4) mit dem Pulver in Berührung gebracht wird.
    5. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Presskanne (4) eine vom eingeführten Körper ausgefüllte Öffnung (5) aufweist, welche vorzugsweise durch Anschweissen oder Anlöten der Presskanne (4) an den Körper abgeschlossen wird.
    6. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Heissverdichten eine den zweiten Abschnitt (2) bildende zweite der beiden Legierungen als Pulver in die Form eingefüllt wird.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Heissverdichten bei Temperaturen zwischen 900 und 1200°C durchgeführt wird.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Heissverdichten entstandene Werkstoff bei Temperaturen grösser 700°C wärmebehandelt wird.
    EP93107926A 1992-06-13 1993-05-14 Bauteil für hohe Temperaturen, insbesondere Turbinenschaufeln, und Verfahren zur Herstellung dieses Bauteils Expired - Lifetime EP0574708B1 (de)

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