EP0574727B1 - Verfahren zur Herstellung eines hochtemperatur-festen Bauteils aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen - Google Patents

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EP0574727B1
EP0574727B1 EP93108243A EP93108243A EP0574727B1 EP 0574727 B1 EP0574727 B1 EP 0574727B1 EP 93108243 A EP93108243 A EP 93108243A EP 93108243 A EP93108243 A EP 93108243A EP 0574727 B1 EP0574727 B1 EP 0574727B1
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EP
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alloy
section
component
pressing
alloys
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Peter Dr. Ernst
Manfred Dr. Thumann
Christoph Tönnes
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Alstom SA
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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    • 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
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    • Y10T428/12174—Mo or W containing

Definitions

  • the invention is based on a component for high Temperatures, in particular from a turbine blade, according to the introductory part of claim 1.
  • Such a component and a method for producing a such a component are described in DE 28 13 892 A1.
  • the Component described is designed as a turbine impeller, which is achieved by hot pressing metal powders with different Particle structures and different chemical Compositions has been made.
  • this turbine impeller was mechanical as a starting material for the blades pretreated powder of a nickel base superalloy, such as for example the alloy IN 792, with particles in the form flattened beads used.
  • As starting material for the Impeller was a mechanically not pretreated powder another nickel-based superalloy, such as of alloy IN 100, used with spherical particles.
  • the powder Due to the structure and chemical composition of the The powder is characterized by a good starting powder Corrosion resistance at high temperatures the impeller disc has high tensile strength and good Fatigue resistance.
  • starting materials for the Turbine impellers are, however, only suitable alloys that like the very related nickel-based superalloys without Changing their structure and thus their properties exposed to high temperatures during hot isostatic pressing can be. Therefore, when making this Alloys are not used for the turbine impeller excellent properties for different ones Have tasks, but only if they differ considerably deviating temperatures can be hot compressed.
  • the invention as specified in claims 1 and 5 is based on the task of a component, in particular to specify a turbine blade of the type mentioned at the outset, which operate when used in a high temperature Device, such as in particular a gas turbine is characterized by a long service life and at the same time a way to point, which makes it possible to simplify such a component and to be suitable for mass production.
  • the component according to the invention is distinguished from comparable Components according to the state of the art by long service life. On the one hand, this is due to the fact that differently stressed parts of the component from different specified alloys exist, which correspond to the different stresses on the parts of the component are adjusted. Secondly, these alloys are selected that when hot compacting it becomes a bimetallic Composite material form a boundary layer of high strength.
  • the Component according to the invention can therefore with great certainty absorb high thermal and mechanical loads, as they do for example when operating a gas turbine or a compressor Turbocharger occur.
  • the one used to manufacture the components according to the invention is characterized in that the hot compression is carried out at temperatures at which the for desired physical or chemical properties desired structure of the alloys even with a large one Certainty is present if the ones that form the starting powder Alloys are very different chemical Have compositions.
  • FIG. 1 and 2 and each as Turbine blade 1 designed components each contain one elongated airfoil 2 and one at one end of the Blade 2 molded blade root 3.
  • Reference numeral 4 denotes a press can.
  • This Press can encloses the in the embodiment according to Fig.1 Blade root 3 and has one filled by the blade 2 Opening 5, which is preferably by welding or Soldering the press can 4 to the airfoil 2 gas-tight is completed.
  • the press can 4 encloses 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 which accommodates the blade root of the turbine blade 1, is filled with alloy powder.
  • the press can 4 is then evacuated and sealed gas-tight.
  • Doped gamma titanium aluminides are used as the material for the cast body and for the powder alloys based on Titanium or nickel used.
  • the one that forms the cast body Alloy is advantageously a gamma titanium aluminide with one Proportion of at least 0.5 and at most 8 atomic percent 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.
  • a typical alloy is 48 Atomic percent Al, 2 to 4 atomic percent chromium and the rest besides has unavoidable impurities Ti.
  • Typical alloys included in addition to unavoidable impurities and Ti either 6 Atomic percent Al and 4 atomic percent V or 24 atomic percent Al and 11 atomic percent Nb.
  • the nickel-based alloy used in the form of powder can for example the alloy IN 792 (composition in Weight percent Ni -0.12 C - 12.4 Cr - 9.0 Co - 1.9 Mo - 3.8 W - 3.9 Ta - 3.1 Al - 4.5 Ti - 0.2 B - 0.1 Zr).
  • the size of the powder particles is for all powders used less than 500 ⁇ m.
  • Such titanium and nickel-based alloys are characterized by good ductility (> 10%) Room temperature.
  • the mechanical resistance of the titanium base alloys however, this is not the case at high temperatures as high as that of gamma titanium aluminides.
  • Nickel based alloys however, have a much higher density than gamma titanium aluminides.
  • the finished by gas-tight closing of the press jug 4 Sample was placed in a press and at Use of a titanium base alloy at temperatures between 900 and 980 ° C hot isostatically compressed.
  • a typical one Pressing process at approx. 950 ° C lasted at a pressure of approx. 200 MPa about 3 hours.
  • the two alloys were under Formation of a boundary layer 6 pore-free to a bimetallic Composite material compressed.
  • the structure and the are from the micrograph according to FIG Microstructure of a part of the frame indicated in Fig. 2 To remove turbine blade according to the invention. From this is it can be seen that the alloy forming the airfoil 2 a coarse-grained alloy that forms the blade root 3 has a fine-grained microstructure and that the boundary layer 6 connecting both alloys is almost unstructured and according to chemical analysis in the essentially of a binary TiAl alloy with a proportion of approximately 25 atomic percent Al is formed.
  • the alloy forming the airfoil 2 has a ductility of approximately 0.5 to 1% at room temperature, while the alloy forming the airfoil 3 has a ductility of 18 to 20%. At a temperature of approximately 700 ° C., the airfoil 2 has a creep resistance which is considerably higher than the creep resistance of the nickel-base superalloys usually used in this temperature range.
  • the turbine blade 1 shows a ductility of 0.5 to 1% corresponding to the material of the blade leaf 2, which means that the ductility of the blade is not negatively influenced by the boundary layer 6.
  • the turbine blade 1 according to the invention is therefore characterized by a blade root 3 with high ductility and an airfoil 2 which is brittle at room temperature but has a high creep resistance at high temperatures.
  • the strength of the boundary layer 6 is sufficient to ensure safe operation of the turbine blade 1 at high temperatures.
  • a body made of a hot isostatic compacted powder are introduced.
  • a body made of a hot isostatic compacted powder were approximately 100 g an alloy powder with 48 atom percent Al, 3 atom percent Cr, balance Ti and small amounts of impurities Temperatures between 1050 and 1300 ° C and a pressure of approx. 250 MPa hot isostatically compressed for approx. 3 hours. The compacted powder was then at temperatures heat treated between 1300 and 1400 ° C for a few hours. Of the resulting body was then shown in Figure 2 Press can 4 brought and at those described there Conditions together with that forming the blade root 3 Powder is hot isostatically compressed. The according to that Heat treatment and corresponding post-processing resulting turbine blade pointed towards the Turbine blade according to Figure 2 with consistently good Creep resistance increased ductility by approx. 50% Blade 2 at room temperature.
  • the Gamma titanium aluminide existing blade one blade root 3 molded from a nickel-based alloy.
  • the Press can 4 was evacuated and sealed gas-tight.
  • hot isostatic pressing for approx. 3 hours at approx. 1000 up to 1250 ° C and a pressure of approx. 250 MPa pore-free bimetallic composite material made from after removing the press can 4, after heat treatment approx. 700 ° to 800 ° C and post-processing to remove material a turbine blade was manufactured according to the invention. At this turbine blade showed the boundary layer 6 in particular good strength.
  • a press can 4 as a form for receiving the alloys to use a sintered mold, and compacting to Achieve turbine blade in a sintering process.
  • the invention is not limited to turbine blades. she also refers to others mechanically at high temperatures heavily loaded components, such as integrally formed Turbocharger turbine wheels.

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Description

TECHNISCHES GEBIET
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Bauteil für hohe Temperaturen, insbesondere von einer Turbinenschaufel, gemäss dem einleitenden Teil von Patentanspruch 1.
STAND DER TECHNIK
Ein solches Bauteil und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils sind in DE 28 13 892 A1 beschrieben. Das beschriebene Bauteil ist als Turbinenlaufrad ausgebildet, welches durch Heisspressen von Metallpulvern mit unterschiedlichen Teilchenstrukturen und unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen hergestellt worden ist. Bei diesem Turbinenlaufrad wurde als Ausgangsmaterial für die Schaufeln mechanisch vorbehandeltes Pulver einer Nickelbasis-Superlegierung, wie beispielsweise der Legierung IN 792, mit Teilchen in Form abgeplatteter Kügelchen verwendet. Als Ausgangsmaterial für die Laufradscheibe wurde ein mechanisch nicht vorbehandeltes Pulver einer anderen Nickelbasis-Superlegierung, wie beispielsweise der Legierung IN 100, mit kugelförmigen Teilchen verwendet. Aufgrund der Struktur und der chemischen Zusammensetzung der Ausgangspulver zeichnen sich die Schaufeln durch eine gute Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen aus und weist die Laufradscheibe eine hohe Zugfestigkeit und eine gute Ermüdungsbeständigkeit auf. Als Ausgangsmaterialien für das Turbinenlaufrad sind jedoch nur Legierungen geeignet, die wie die einander sehr verwandten Nickelbasis-Superlegierungen ohne Veränderung ihrer Gefüge und damit ihrer Eigenschaften den hohen Temperaturen beim heissisostatischen Pressen ausgesetzt werden können. Daher können bei der Herstellung dieses Turbinenlaufrades keine Legierungen verwendet werden, die zwar je für sich hervorragende Eigenschaften für unterschiedliche Aufgaben aufweisen, welche aber nur bei erheblich voneinander abweichenden Temperaturen heissverdichtet werden können.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen 1 und 5 angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil, insbesondere eine Turbinenschaufel, der eingangs genannten Art anzugeben, welche sich bei Einsatz in einer bei hohen Temperaturen betriebenen Vorrichtung, wie insbesondere einer Gasturbine, 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 zum einen dadurch bedingt, dass unterschiedlich beanspruchte Teile des Bauteils aus unterschiedlich spezifizierten Legierungen bestehen, welche an die unterschiedlichen Beanspruchungen der Teile des Bauteils angepasst sind. Zum anderen sind diese Legierungen so ausgewählt, dass sie beim Heissverdichten zu einem bimetallischen Verbundwerkstoff eine Grenzschicht hoher Festigkeit bilden. Das Bauteil nach der Erfindung kann daher mit grosser Sicherheit hohe thermische und mechanische Belastungen aufnehmen, wie sie etwa bei Betrieb einer Gasturbine oder eines Verdichters eines Turboladers auftreten.
Das zur Herstellung der erfindungsgemässen Bauteile verwendete Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Heissverdichten bei Temperaturen ausgeführt wird, bei denen die für die angestrebten pysikalischen oder chemischen Eigenschaften erwünschten Gefüge der Legierungen auch dann mit grosser Sicherheit vorliegen, wenn die die Ausgangspulver bildenden Legierungen stark voneinander abweichende chemische Zusammensetzungen aufweisen.
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 ausgebildeten 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 mit Legierungspulver aufgefüllt. Die Presskanne 4 wird sodann evakuiert und gasdicht verschlossen.
Als Werkstoff für den Gusskörper werden dotierte gamma-Titanaluminide und für das Pulver Legierungen auf der Basis von Titan oder Nickel verwendet. Die den Gusskörper bildende Legierung ist mit Vorteil ein gamma-Titanaluminid mit einen Anteil von mindestens 0,5 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. Eine typische Legierung ist beispielsweise eine solche, die 48 Atomprozent Al, 2 bis 4 Atomprozent Chrom und als Rest neben nicht zu vermeidenden Verunreinigungen Ti aufweist. Besonders bewährt hat sich eine Legierung mit der nachfolgend angegebene Zusammensetzung in Gewichtsprozent 33,2 Al - 3,9 Cr - Verunreinigungen kleiner 0,5 - Rest Ti. Gamma-Titanaluminide zeichnen sich durch eine geringe Dichte und eine gute mechanische Beständigkeit bei Temperaturen von bis zu 800°C aus. Jedoch ist ihre Duktilität vergleichsweise gering (<4%).
Die in Form von Pulver verwendete Titan-Basislegierung enthält neben dem Titan Aluminium und einen Anteil an bis zu 20 Atomprozent eines oder mehrerer Zusatzelemente, wie insbesondere V und/oder Nb. Typische Legierungen enthalten neben nicht zu vermeidenden Verunreinigungen und Ti entweder 6 Atomprozent Al und 4 Atomprozent V oder 24 Atomprozent Al und 11 Atomprozent Nb.
Die in Form von Pulver verwendete Nickel-Basislegierung kann beispielsweise die Legierung IN 792 sein (Zusammensetzung in Gewichtsprozent Ni -0,12 C - 12,4 Cr - 9,0 Co - 1,9 Mo - 3,8 W - 3,9 Ta - 3,1 Al - 4,5 Ti - 0,2 B - 0,1 Zr).
Die Grösse der Pulverteilchen ist bei allen verwendeten Pulvern kleiner 500 µm. Derartige Titan- und Nickel- Basis-legierungen zeichnen sich durch eine gute Duktilität (>10%) bei Raumtemperatur aus. Die mechanische Beständigkeit der Titan-Basislegierungen bei hohen Temperaturen ist jedoch nicht so hoch wie jene von gamma-Titanaluminiden. Nickel-Basislegierungen hingegen weisen eine wesentlich höhere Dichte als gamma-Titanaluminide auf.
Die durch gasdichtes Verschliessen der Presskanne 4 fertiggestellte Probe wurde in eine Pressvorrichtung gebracht und bei Verwendung einer Titan-Basislegierung bei Temperaturen zwischen 900 und 980°C heiss-isostatisch verdichtet. Ein typischer Pressvorgang bei ca. 950°C dauerte bei einem Druck von ca. 200 MPa ca. 3 Stunden. Hierbei wurden die beiden Legierungen unter Bildung einer Grenzschicht 6 porenfrei zu einem bimetallischen Verbundwerkstoff verdichtet.
Dieser bereits die Form der Turbinenschaufel aufweisende Verbundwerkstoff wurde nach Entfernen der deformierten Presskanne 4 sodann bei Temperaturen von ca. 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.
Aus dem Schliffbild gemäss Fig.3 sind der Aufbau und die Gefügestruktur eines in Fig.2 umrandet angegebenen Teils der 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 die die beiden Legierungen miteinander verbindende Grenzschicht 6 nahezu unstrukturiert ist und gemäss chemischer Analyse im wesentlichen von einer binären TiAl-Legierung mit einem Anteil von ca. 25 Atomprozent Al gebildet ist.
Werkstoffuntersuchungen haben für den der erfindungsgemässen Turbinenschaufel 1 zugrundeliegenden bimetallischen Verbundwerkstoff folgende Eigenschaften ergeben:
Die das Schaufelblatt 2 bildende Legierung weist bei Raumtemperatur eine Duktilität von ca. 0,5 bis 1% , die den Schaufelfuss 3 bildende Legierung hingegen eine solche von 18 bis 20 % auf. Bei einer Temperatur von ca. 700°C besitzt das Schaufelblatt 2 eine Kriechfestigkeit, welche erheblich über der Kriechfestigkeit der üblicherweise in diesem Temperaturbereich verwendeten Nickelbasis-Superlegierungen liegt. Die Turbinenschaufel 1 zeigt eine dem Werkstoff des Schaufelblattes 2 entsprechende Duktilität von 0.5 bis 1% auf, was bedeutet, dass durch die Grenzschicht 6 die Duktilität der Schaufel nicht negativ beeinflusst wird. 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 der Grenzschicht 6 reicht aus, um einen sicheren Betrieb der Turbinenschaufel 1 bei hohen Temperaturen zu gewährleisten.
Eine erhöhte Festigkeit der Grenzschicht 6 kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Legierungen - wie in Fig.2 dargestellt - im Bereich der Grenzschicht 6 zumindest teilweise oder aber vollständig ineinander verzahnt sind. Dies kann vor dem Einbringen des Gusskörpers in die Presskanne 4 in einfacher Weise durch Schleifen oder Sandstrahlen des Gusskörpers an seinem den Schaufelfuss 3 aufnehmenden Ende bis zu einer Rauhtiefe von bis zu 0.1 mm bewirkt werden.
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 wurden ca. 100 g eines Legierungspulvers mit 48 Atomprozent Al, 3 Atomprozent Cr, Rest Ti und geringe Mengen an Verunreinigungen bei Temperaturen zwischen 1050 und 1300°C und einem Druck von ca. 250 MPa während ca. 3 Stunden heiss-isostatisch verdichtet. Das verdichtete Pulver wurde anschliessend bei Temperaturen zwischen 1300 und 1400°C wenige Stunden wärmebehandelt. 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 Pulver heiss-isostatisch verdichtet. Die nach entsprechender Wärmebehandlung und entsprechender Nachbearbeitung resultierende Turbinenschaufel wies gegenüber der Turbinenschaufel gemäss Fig.2 bei gleichbleibend guter Kriechfestigkeit eine um ca. 50% erhöhte Duktilität des Schaufelblattes 2 bei Raumtemperatur auf.
In einer weiteren Variante der Erfindung wurde an das aus gamma-Titanaluminid bestehende Schaufelblatt ein Schaufelfuss 3 aus einer Nickel-Basislegierung angeformt. Zu diesem Zweck wurde in die bereits das Schaufelblatt enthaltende oder alternativ in die an das Schaufelblatt angeschweisste Presskanne 4 Pulver der Nickel-Basislegierung eingefüllt. Die Presskanne 4 wurde evakuiert und gasdicht verschlossen. Durch heiss-isostatisches Pressen während ca. 3 Stunden bei ca. 1000 bis 1250°C und einem Druck von ca. 250 MPa wurde ein porenfreier bimetallischer Verbundwerkstoff hergestellt, aus dem nach Entfernen der Presskanne 4, nach Wärmebehandeln bei ca. 700° bis 800°C und materialentfernender Nachbearbeitung eine Turbinenschaufel nach der Erfindung hergestellt wurde. Bei dieser Turbinenschaufel wies die Grenzschicht 6 eine besonders gute Festigkeit auf.
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
6
Grenzschicht

Claims (9)

  1. Hohen Temperaturen aussetzbares Bauteil, insbesondere Turbinenschaufel (1), mit einem zumindest einen ersten Abschnitt (Schaufelfuss 3) und zumindest 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 und jeder der beiden Werkstoffe jeweils eine von zwei Legierungen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung enthält, welche unter Bildung einer den ersten (3) und den zweiten Abschnitt (2) verbindenden Grenzschicht (6) zu einem bimetallischen Verbundwerkstoff heissverdichtet sind, wobei eine den ersten Abschnitt bildende erste der beiden Legierungen überwiegend Titan und/oder Nickel enthält, und dass eine den zweiten Abschnitt bildende zweite der beiden Legierungen ein gamma-Titanaluminid ist und einen Anteil von mindestens 0,5 und höchstens 8 Atomprozent an Dotierstoff aufweist.
  2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Legierung 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.
  3. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Legierung neben Titan auch Aluminium und Vanadium oder Aluminium und Niob enthält.
  4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Abschnitt im Bereich der Grenzschicht (6) ineinander verzahnt sind.
  5. Verfahren zur Herstellung des Bauteils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Heissverdichten ein aus der zweiten Legierung gegossener oder aus Pulver der zweiten Legierung heissverdichteter Körper zumindest mit einem Ende in eine als Presskanne (4) ausgebildete Form geführt wird, und dass die erste Legierung als Pulver in die Presskanne gefüllt und mit dem in der Presskanne (4) befindlichen Ende des Körpers in Berührung gebracht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, 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.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Heissverdichten bei Verwendung einer auf Titan basierenden erster Legierung bei Temperaturen zwischen 900 und 980°C durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Heissverdichten bei Verwendung einer auf Nickel basierenden ersten Legierung bei Temperaturen zwischen 1100 und 1250°C durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der durch Heissverdichten entstandene Verbundwerkstoff bei Temperaturen zwischen 700 und 800°C wärmebehandelt wird.
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