EP2010683A1 - Pendelförmiges wärmebehandlungsverfahren für eine superlegierung - Google Patents

Pendelförmiges wärmebehandlungsverfahren für eine superlegierung

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Publication number
EP2010683A1
EP2010683A1 EP07726949A EP07726949A EP2010683A1 EP 2010683 A1 EP2010683 A1 EP 2010683A1 EP 07726949 A EP07726949 A EP 07726949A EP 07726949 A EP07726949 A EP 07726949A EP 2010683 A1 EP2010683 A1 EP 2010683A1
Authority
EP
European Patent Office
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temperature
solv
solution annealing
full solution
dissolution
Prior art date
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Ceased
Application number
EP07726949A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Ott
Rolf WILKENHÖNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP07726949A priority Critical patent/EP2010683A1/de
Publication of EP2010683A1 publication Critical patent/EP2010683A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/78—Combined heat-treatments not provided for above
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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    • C21D1/78—Combined heat-treatments not provided for above
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/043—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with silicon as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
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    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2230/00—Manufacture
    • F05B2230/40—Heat treatment

Definitions

  • the invention relates to a heat treatment method of a material having an excretion.
  • ⁇ '- solution annealing be subjected to restore the original material properties. This is not possible without difficulty for components with aligned nickel base superalloys.
  • the Y 'solution annealing leads to a recrystallization of the ⁇ ' phase on the component surface.
  • the grain formation produced by the recrystallization on the component surface is an intolerable material weakening.
  • the object is achieved by a heat treatment method according to claim 1, in which the mechanical stresses are relieved by dissolving the precipitate, precipitating the precipitate and again dissolving and precipitating, so that no recrystallization can occur.
  • FIG. 13 a list of superalloys
  • FIG. 14 a gas turbine
  • FIG. 15 is a perspective view of a turbine blade and FIG. 16 is a perspective view of a combustion chamber.
  • the heat treatment according to the invention is carried out in particular for nickel-base super alloys.
  • Such DX or SX nickel-base superalloys (FIG. 13) are used in particular for turbine blades 120, 130 (FIGS. 14, 15), combustor elements 155 (FIG. 16) for turbines, in particular for gas turbines 100 (FIG. 14) ,
  • the heat treatment can also be carried out with aircraft turbine components (in particular blades).
  • Illustrated nickel superalloys which have the ⁇ 'phase, that is, a ⁇ ' solution annealing.
  • Fluoride ion cleaning may also be used prior to the heat treatment, which may be used to clean cracks of oxides as well as, in particular, the component surface on metallic elements of the material of the substrate, particularly aluminum and / or titanium such as superalloys to impoverish, since these two elements are Y 'imager.
  • FOC Fluoride ion cleaning
  • the required FIC cleaning is preferably carried out at temperatures around 1000 0 C with HF / H 2 mixtures.
  • the prior art Y 'solution annealing for complete dissolution of the precipitate (here, ⁇ ') for superalloys has a ⁇ 'total annealing temperature T LG , which is calculated according to the following formula:
  • T LG 12 99, 315 + 3, 987 W - 3, 624 Ta + 2, 424 Ru + 0, 958 Re - 6, 3 62 Cr - 4, 943 T i - 2, 602 Al - 2, 4 15 Co - 2, 224 Mo.
  • the temperature profile T (t) over the time t is plotted, wherein the temperature T LG represents the Volllosungsgluhtemperatur described above and the dissolution temperature T SOLV represents a material-specific temperature, from which the excretion can dissolve, but a complete Resolution of excretions takes too long.
  • the time duration t 1 is the time from the first time the temperature T SOLV is exceeded until the time t 3, from which the temperature T preferably remains constant at the total dissolving temperature T LG .
  • the residence time at the total solution annealing temperature is preferably at least 1 hour (Ih).
  • the temperature T 50 LV can be exceeded by the pendulum-shaped movement (in Fig.l not the case).
  • the temperature T remains constant at the total solution annealing temperature T LG on which it preferably remains at least Ih.
  • four local maxima of the temperature profile can be seen, ie there are four oscillations. But it can also be generated five or more oscillations.
  • the temperature profile is similar to that in Figure 1, but the pendeiförmige movement begins only above the temperature T SO LV.
  • the temperature T SO LV is preferably not undershot by the pending movement.
  • the temperature T remains constant at the full solution annealing temperature T LG , on which it preferably remains at least Ih.
  • T LG full solution annealing temperature
  • the temperature T rises above the temperature T SOLV (not in the form of a pincer) and, for example, once again drops below the temperature T SOLV and then rises in a pending manner up to the temperature T LG .
  • the temperature T remains constant at the full solution annealing temperature T LG , on which it preferably remains at least Ih.
  • T LG full solution annealing temperature
  • the temperature can oscillate once or more than a temperature above T 50 LV below the temperature T S01 v.
  • the temperature T remains constant at the full solution annealing temperature T LG , on which it preferably remains at least Ih.
  • T LG full solution annealing temperature
  • two oscillations are shown. However, three or more oscillations can be performed.
  • the pendeiform temperature profile T (t) then preferably runs uniformly, recognizable by the horizontal dashed line.
  • the temperature T remains constant at the full solution annealing temperature T LG , on which it preferably remains at least Ih.
  • the temperature T rises above the temperature T SOLV (not in the form of a pincer) up to a temperature below the temperature T LG and then oscillates between these two values.
  • the pendeiform temperature profile T (t) then preferably runs uniformly, recognizable by the horizontal dashed line.
  • the temperature T remains constant at the full solution annealing temperature T LG , on which it preferably remains at least Ih.
  • T LG full solution annealing temperature
  • the temperature T rises above the temperature T SOLV (not pendingly shaped) up to a temperature below the temperature T LG and oscillates between this temperature below T LG and a temperature above T SOLV .
  • the pendeiform temperature profile T (t) then preferably runs uniformly, recognizable by the horizontal dashed line.
  • the temperature T remains constant at the full solution annealing temperature T LG , on which it preferably remains at least Ih.
  • the temperature always reaches a maximum value of the full solution annealing temperature T LG
  • the maximum value of the temperature profile reaches a temperature above T 50 LV but below the full solution annealing temperature T LG .
  • the temperature T in Figure 8, 9 remains constant at the full solution annealing temperature T LG , on which it preferably remains at least Ih.
  • T LG full solution annealing temperature
  • the temperature T rises (not pending) over the temperature T SOLV and oscillates between this value and a lower value (> T SOLV ).
  • the pendeiform temperature profile T (t) then preferably runs uniformly, recognizable by the horizontal dashed line. Thereafter, the temperature increases after a certain time t2, in particular pendeiförmig on the Vollellessglühtemperatur
  • the temperature T remains constant at the full solution annealing temperature T LG , on which it preferably remains at least Ih.
  • FIG. 12 shows a further exemplary embodiment of the pseudo-shaped temperature profile T (t) according to the invention.
  • the mean value of the temperature T, by which the temperature fluctuates, is increased step by step until, starting from a time t3, the temperature is set to a constant temperature T LG .
  • the temperature T fluctuates around the temperature T SOLV , then increases to a higher temperature, so that the temperature T 50 LV preferably no longer falls below, oscillates and in turn increases in a third or in further steps, in which case the maximum Temperature T LG is reached or a distance to the temperature T LG is present.
  • the temperature T remains constant at the full solution annealing temperature T LG , on which it preferably remains at least Ih.
  • the pendulum movements are only shown in a wave or sinusoidal manner, they can also be triangular (FIG. 11), rectangular (not illustrated) or designed differently.
  • the temperature T LG can be reached by the pendulum motion or one and several times exceeded in the pende-shaped movements. After completion of the pendulum-shaped movement, the temperature can be set at and maintained at a temperature equal to or greater than the dissolving temperature T LG , particularly for at least one hour.
  • a pendulum movement above the total annealing temperature T LG may preferably take place.
  • the pendelformige rise of the temperature T in the figures 1, 2, 3, 10 takes place at least at times, in particular at least i v So when crossing the temperature T -
  • adjoining the pendulum-shaped increase in the temperature T is a holding time at a temperature ⁇ of the total solution annealing temperature T LG .
  • the pendulum-shaped increase in the temperature can be seen on the dashed line, which increases, with the temperature of a maximum of the pendulum-shaped movement being increased from the maximum of the preceding maximum.
  • the minima, ie the tals of the pendulum-shaped motion are not the same but increase with time t.
  • FIG. 13 shows a list of nickel-based DS or SX superalloys which can be treated by the method according to the invention.
  • the temperature is T S0L v 1100 0 C, the temperature T LG 1150 0 C.
  • the temperature is T S0L v 1140 0 C and the temperature T LG 1230 0 C.
  • the material PWA 1483 SX has a temperature T S0L v of 1150 ° C and a temperature T LG of 1250 0 C.
  • FIG. 14 shows by way of example a gas turbine 100 in one embodiment
  • the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.
  • an intake housing 104 a compressor 105, for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • a compressor 105 for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • the annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
  • annular annular hot gas channel 111 for example.
  • turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example. Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).
  • air 105 is sucked in by the compressor 105 through the intake housing 104 and compressed.
  • the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel.
  • the mixture is then added to the working medium 113 in the combustion Chamber 110 burned. From there, the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120. On the rotor blades 120, the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110. To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a coolant.
  • substrates of the components may have a directional structure, i. they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
  • SX structure monocrystalline
  • DS structure only longitudinal grains
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloys.
  • the vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner housing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane foot.
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
  • FIG. 15 shows a perspective view of a moving blade 120 or guide blade 130 of a turbomachine that extends along a longitudinal axis 121.
  • the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has, along the longitudinal axis 121, a fastening area 400, an adjacent blade platform 403 and an airfoil 406 and a blade tip 415.
  • the blade 130 may have another platform at its blade tip 415 (not shown).
  • a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
  • the blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
  • the blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium flowing past the airfoil 406.
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloy.
  • the blade 120, 130 can be made by a casting process, also by directional solidification, by a forging process, by a milling process or combinations thereof. Workpieces with a single-crystal structure or structures are used as components for machines that are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
  • Such monocrystalline workpieces takes place e.g. by directed solidification from the melt.
  • These are casting processes in which the liquid metallic alloy is transformed into a monocrystalline structure, i. to the single-crystal workpiece, or directionally solidified.
  • dendritic crystals are aligned along the warm flow and form either a prismatic crystalline grain structure (columnar, i.e. grains extending throughout the length of the work piece and here, in common language use, referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, i. the whole work consists of a single crystal.
  • a prismatic crystalline grain structure columnumnar, i.e. grains extending throughout the length of the work piece and here, in common language use, referred to as directionally solidified
  • a monocrystalline structure i. the whole work consists of a single crystal.
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf)).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
  • the density is preferably 95% of the theoretical density.
  • thermal barrier coating which is preferably the outermost layer, and consists for example of ZrÜ2, Y2Ü3-Zr ⁇ 2, i. it is not, partially or completely stabilized by yttrium oxide and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • the thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.
  • suitable coating methods e.g. Electron beam evaporation (EB-PVD) produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer.
  • the blade 120, 130 may be hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and may still film cooling holes 418 (indicated by dashed lines) on.
  • FIG. 16 shows a combustion chamber 110 of the gas turbine 100.
  • the combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a multiplicity of burners 107 arranged in the circumferential direction about an axis of rotation 102 open into a common combustion chamber space 154, create the flames 156.
  • the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.
  • the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C. to 1600 ° C.
  • the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M with an inner lining formed of heat shield elements 155.
  • the heat shield elements 155 are then, for example, hollow and possibly still have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154.
  • Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working fluid side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic blocks).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
  • a ceramic thermal barrier coating may be present and consists for example of ZrC> 2, Y2 ⁇ 3-ZrC> 2, ie it is not, partially or completely. stabilized by yttrium oxide and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • Refurbishment means that turbine blades 120, 130, heat shield elements 155 may need to be deprotected (e.g., by sandblasting) after use. This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. In solution annealing, the inventive method is used. Optionally, cracks in the turbine blade 120, 130 or the heat shield element 155 are also repaired. This is followed by a re-coating of the turbine blades 120, 130, heat shield elements 155 and a renewed use of the turbine blades 120, 130 or the heat shield elements 155.

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Abstract

Gerichtet erstarrte Superlegierungen können of t nicht wärme- behandeit werden, da die Wärmebehandlung zur Rekristallation führt. Durch den erfindungsgemäßen Temperaturverlauf während einer Wärmebehandlung, die pendeiförmig ausgebildet ist, kann eine Rekristallation bei der Wärmebehandlung vermieden werden,weil mechanische Spannungen durch die wiederkehrende Abfolge Lösen und Ausscheiden der Ausscheidung abgebaut werden.Das Verfahren kann auf eine Ni-Basis Superiegierung mit γ'-Ausscheidungen angewendet werden. Nach der zyklischen Wärmebehandlung kann die Temperatur auf eine Temperatur gleich oder größer der Volllösungstemperatur eingestellt werden und dort gehalten werden. Ebenfalls kann eine Pendelbewegung oberhalb der Volllösungstemperatur stattfinden.

Description

PENDELFORMIGES WARMEBEHANDLUNGSVERFAHREN FUR EINE SUPERLEGIERUNG
Die Erfindung betrifft ein Wärmebehandlungsverfahren eines Werkstoffs, der eine Ausscheidung aufweist.
Nickelbasissuperlegierungen, die insbesondere für Gasturbinenbauteile, wie Turbinenschaufeln oder Brennkammereinsätze verwendet werden, weisen eine γ' -Phase auf, die im Rahmen einer Revision, d.h. während des Refurbishment einer sog. γ' - Lösungsglühung unterzogen werden, um die ursprünglichen Materialeigenschaften wieder herzustellen. Dies ist bei Bauteilen mit ausgerichtet erstarrten Nickel- basissuperlegierungen nicht ohne Schwierigkeiten möglich. Die Y' -Lösungsglühung führt bei mechanisch verformter Oberfläche, wie etwa im Bereich der Laufschaufelfüße zu einer Rekristal- lation der γ' -Phase an der Bauteiloberfläche. Da gerichtet erstarrte Nickelbasissuperlegierungen im Gegensatz zu konven- tionellen Nickelbasissuperlegierungen keine oder nur wenig
Korngrenzen festigende Elemente aufweisen, ist die durch die Rekristallation erzeugte Kornneubildung auf der Bauteiloberfläche eine nicht tolerierbare Materialschwächung.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, oben genanntes Problem zu überwinden .
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Wärmebehandlungsverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem durch Lösen der Ausscheidung, Ausscheiden der Ausscheidung und wiederum das Lösen und der Ausscheidung die mechanischen Spannungen abgebaut werden, so dass keine Rekristallation auftreten kann.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig in vorteilhafter Art und Weise miteinander kombiniert werden können. Es zeigen
Figur 1 - 12 Ausführungsbeispiele des Temperaturverlaufs erfindungsgemäßer Wärmebehandlungsverfahren, Figur 13 eine Liste von Superlegierungen Figur 14 eine Gasturbine,
Figur 15 perspektivisch eine Turbinenschaufel und Figur 16 perspektivisch eine Brennkammer.
Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung wird insbesondere für Nickelbasissuperlegierungen durchgeführt. Solche DX- oder SX- Nickelbasis-Superlegierungen (Figur 13) werden insbesondere für Turbinenschaufeln 120, 130 (Fig. 14, 15), Brennkammerele- mente 155 (Fig. 16) für Turbinen, insbesondere für Gasturbinen 100 (Fig. 14) verwendet.
Die Wärmebehandlung kann auch mit Flugzeugturbinenkomponenten (insbesondere Schaufeln) durchgeführt werden.
Beispielhaft wird das Verfahren der Wärmebehandlung für
Nickel-Superlegierungen erläutert, die die γ' Phase aufweisen, also eine γ' -Lösungsglühung.
Vor der Wärmebehandlung kann auch eine Fluoridionenreinigung (FIC) durchgeführt werden, die zum einen dazu benutzt werden kann, Risse von Oxiden zu reinigen, aber auch um insbesondere die Bauteiloberfläche an metallischen Elementen des Werkstoffes des Substrats, insbesondere an Aluminium und/oder Titan wie Superlegierungen zu verarmen, da diese beiden Elemente Y' -Bildner sind. Eine Verarmung der γ' -Phase wie Superlegie- rungen im Bereich der Bauteiloberfläche setzt die in der
Oberfläche durch mechanische Belastung entstandenen Eigenspannungen herab. Durch die Herabsetzung dieser Spannung wird die Treibkraft für die Kornneubildung (Rekristallation) reduziert . Die dazu erforderliche FIC-Reinigung wird vorzugsweise bei Temperaturen um 10000C mit HF/H2-Gemischen durchgeführt. Die Y' -Losungsgluhung zur vollständigen Auflosung der Ausscheidung (hier γ' ) nach dem Stand der Technik weist für Superlegierungen eine γ' -Volllosungsgluhtemperatur TLG auf, die nach folgender Formel berechnet wird:
TLG = 12 99 , 315 + 3 , 987 W - 3 , 624 Ta + 2 , 424 Ru + 0 , 958 Re - 6 , 3 62 Cr - 4 , 943 T i - 2 , 602 Al - 2 , 4 15 Co - 2 , 224 Mo .
Im Folgenden wird eingegangen auf den zeitlichen Losungsgluh- temperaturverlauf T (t) .
In den Figuren ist der Temperaturverlauf T (t) über die Zeit t aufgetragen, wobei die Temperatur TLG die oben beschriebene Volllosungsgluhtemperatur darstellt und die Auflosungstempe- ratur TSOLV eine materialspezifische Temperatur darstellt, ab der sich die Ausscheidung erst auflosen kann, aber eine komplette Auflosung der Ausscheidungen zu lange dauert.
Die Zeitdauer tl, vorzugsweise mindestens Ih, ist die Zeit vom erstmaligen Überschreiten der Temperatur TSOLV bis zu dem Zeitpunkt t3, ab dem die Temperatur T vorzugsweise konstant auf der Volllosungsgluhtemperatur TLG verharrt. Die Verweildauer auf der Volllosungsgluhtemperatur betragt vorzugsweise mindestens 1 Stunde (Ih) .
In Figur 1 fangt die Pendelbewegung der Temperatur T schon unterhalb der Temperatur TSOLV an und steigt dann stetig (siehe gestrichelte ansteigende Linie) und pendelformig bis zur Temperatur TLG an.
Nach Überschreiten der Temperatur TSOLV kann die Temperatur T50LV durch die pendelformige Bewegung unterschritten werden (in Fig.l nicht der Fall). Vorzugsweise ab einer bestimmten Zeit t3, verharrt die Temperatur T konstant auf der Volllosungsgluhtemperatur TLG, auf der sie vorzugsweise mindestens Ih verharrt. In Figur 1 sind vier lokale Maxima des Temperaturverlaufs zu erkennen, d.h. es sind vier Pendelbewegungen vorhanden. Es können aber auch fünf oder mehr Pendelbewegungen erzeugt werden .
In Figur 2 verläuft der Temperaturverlauf ähnlich wie in Figur 1, jedoch beginnt die pendeiförmige Bewegung erst oberhalb der Temperatur TSOLV. Die Temperatur TSOLV wird durch die pendeiförmige Bewegung vorzugsweise nicht unterschritten.
Vorzugsweise ab einer bestimmten Zeit t3 verharrt die Temperatur T konstant auf der Volllösungsglühtemperatur TLG, auf der sie vorzugsweise mindestens Ih verharrt. In Figur 2 sind drei lokale Maxima zu erkennen, so dass hier drei Pendelbewegungen vorliegen.
In Figur 3 steigt (nicht pendeiförmig) die Temperatur T über die Temperatur TSOLV an und sinkt hier beispielsweise einmal wieder unter die Temperatur TSOLV und steigt dann pendeiförmig bis zur Temperatur TLG an.
Vorzugsweise ab einer bestimmten Zeit t3, verharrt die Temperatur T konstant auf der Volllösungsglühtemperatur TLG, auf der sie vorzugsweise mindestens Ih verharrt. In Figur 3 sind drei lokale Maxima zu erkennen, so dass hier drei Pendelbewegungen vorliegen.
In der stetig ansteigenden Pendelbewegung (siehe gestrichelte Linien) der Temperatur T gemäß Figuren 1, 2, 3 kann die Tem- peratur einmal oder mehrmals von einer Temperatur oberhalb T50LV unter die Temperatur TS01v pendeln.
In Figur 4 steigt (nicht pendeiförmig) die Temperatur T über die Temperatur TSOLV bis zur Lösungsglühtemperatur TLG an und pendelt zwischen diesen zwei Temperaturen TLG, TSOLV hin und her . Der pendeiförmige Temperaturverlauf T (t) verläuft dann vorzugsweise gleichmäßig, erkennbar an der waagerecht verlaufenden gestrichelten Linie.
Vorzugsweise ab einer bestimmten Zeit t3, verharrt die Tempe- ratur T konstant auf der Volllösungsglühtemperatur TLG, auf der sie vorzugsweise mindestens Ih verharrt. In Figur 4 sind zwei Pendelbewegungen dargestellt. Es können jedoch drei oder mehr Pendelbewegungen durchgeführt werden .
In Figur 5 steigt (nicht pendeiförmig) die Temperatur T auch bis zur Volllösungsglühtemperatur TLG an und fällt dann ab, wobei jedoch die Temperatur TSOLV nicht erreicht wird (Unter- schied ΔT >0) .
Der pendeiförmige Temperaturverlauf T (t) verläuft dann vorzugsweise gleichmäßig, erkennbar an der waagerecht verlaufenden gestrichelten Linie. Vorzugsweise ab einer bestimmten Zeit t3, verharrt die Tempe- ratur T konstant auf der Volllösungsglühtemperatur TLG, auf der sie vorzugsweise mindestens Ih verharrt.
In Figur 5 sind drei lokale Maxima zu erkennen, so dass hier drei Pendelbewegungen vorliegen.
In Figur 6 steigt (nicht pendeiförmig) die Temperatur T über die Temperatur TSOLV hinaus bis zu einer Temperatur unterhalb der Temperatur TLG an und pendelt dann zwischen diesen zwei Werten hin und her. Der pendeiförmige Temperaturverlauf T (t) verläuft dann vorzugsweise gleichmäßig, erkennbar an der waagerecht verlaufenden gestrichelten Linie.
Vorzugsweise ab einer bestimmten Zeit t3, verharrt die Temperatur T konstant auf der Volllösungsglühtemperatur TLG, auf der sie vorzugsweise mindestens Ih verharrt. In Figur 6 sind zwei Pendelbewegungen dargestellt.
Es können jedoch auch drei oder mehr Pendelbewegungen durchgeführt werden. In Figur 7 steigt (nicht pendeiförmig) die Temperatur T über die Temperatur TSOLV hinaus bis zu einer Temperatur unterhalb der Temperatur TLG an und pendelt zwischen dieser Temperatur unterhalb TLG und einer Temperatur oberhalb TSOLV hin und her. Der pendeiförmige Temperaturverlauf T (t) verläuft dann vorzugsweise gleichmäßig, erkennbar an der waagerecht verlaufenden gestrichelten Linie.
Vorzugsweise ab einer bestimmten Zeit t3, verharrt die Temperatur T konstant auf der Volllösungsglühtemperatur TLG, auf der sie vorzugsweise mindestens Ih verharrt.
In Figur 7 sind drei lokale Maxima zu erkennen, so dass hier drei Pendelbewegungen vorliegen.
Abweichend zu den Figuren 4, 6 schwingt die Temperatur T in Figur 8, 9 auch unter die Temperatur TSOLV-
In Figur 8 erreicht die Temperatur immer einen maximalen Wert der Volllösungsglühtemperatur TLG, wohingegen in Figur 9 der maximale Wert des Temperaturverlaufs eine Temperatur oberhalb T50LV, aber unterhalb der Volllösungsglühtemperatur TLG erreicht .
Vorzugsweise ab einer bestimmten Zeit t3, verharrt die Temperatur T in Figur 8, 9 konstant auf der Volllösungsglühtemperatur TLG, auf der sie vorzugsweise mindestens Ih verharrt. In Figur 8 sind zwei Pendelbewegungen dargestellt.
Es können jedoch auch drei oder mehr Pendelbewegungen durchgeführt werden.
In Figur 9 sind zwei Pendelbewegungen dargestellt. Es können jedoch auch drei oder mehr Pendelbewegungen durch- geführt werden.
In Figur 10 steigt (nicht pendeiförmig) die Temperatur T über die Temperatur TSOLV an und pendelt zwischen diesem Wert und einem niedrigeren Wert (>TSOLV) hin und her. Der pendeiförmige Temperaturverlauf T (t) verläuft dann vorzugsweise gleichmäßig, erkennbar an der waagerecht verlaufenden gestrichelten Linie . Danach steigt die Temperatur nach einer bestimmten Zeit t2 insbesondere pendeiförmig auf die Volllösungsglühtemperatur
Vorzugsweise ab einer bestimmten Zeit t3, verharrt die Tempe- ratur T konstant auf der Volllösungsglühtemperatur TLG, auf der sie vorzugsweise mindestens Ih verharrt.
In Figur 10 sind vier lokale Maxima vorhanden, so dass vier pendeiförmige Bewegungen vorliegen. Es können aber auch fünf oder mehr Pendelbewegungen durchgeführt werden.
In Figur 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen pendeiförmigen Temperaturverlauf T (t) dargestellt. Der Mittelwert der Temperatur T, um den die Temperatur schwankt wird hier schrittweise erhöht, bis ab einer Zeit t3 die Temperatur konstant auf Temperatur TLG eingestellt wird.
Anfangs schwingt die Temperatur T um die Temperatur TSOLV, steigt dann auf eine höhere Temperatur an, so dass die Temperatur T50LV vorzugsweise nicht mehr unterschritten wird, pendelt und steigt wiederum in einem dritten oder in weiteren Schritten weiter an, wobei hier die maximale Temperatur TLG erreicht wird oder ein Abstand zur Temperatur TLG vorhanden ist.
Vorzugsweise ab einer bestimmten Zeit t3, verharrt die Temperatur T konstant auf der Volllösungsglühtemperatur TLG, auf der sie vorzugsweise mindestens Ih verharrt.
In den Figuren 1 bis 12 sind die Pendelbewegungen nur vorzugsweise wellen- oder sinusförmig dargestellt, sie können auch dreieckförmig (Figur 11), rechteckig (nicht dargstellt) oder anders ausgebildet sein.
Ebenso kann bei den pendeiförmigen Bewegungen auch die Temperatur TLG durch die Pendelbewegung erreicht oder ein sowie mehrmals überschritten werden. Nach Beendigung der pendelformigen Bewegung kann die Temperatur auf einer Temperatur gleich oder großer der Volllosungsgluhtemperatur TLG eingestellt werden und dort gehalten werden, insbesondere für zumindest eine Stunde.
Wenn eine Temperatur großer als die Volllosungsgluhtemperatur TLG am Ende in einer bestimmten Zeit t3 eingestellt wird, so kann eine Pendelbewegung oberhalb der Volllosungsgluhtemperatur TLG vorzugsweise stattfinden.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Volllosungsgluhtemperatur nicht überschritten wird, abgesehen von einer ungewollten Überschreitung beim Einregeln der Temperatur auf die Volllosungsgluhtemperatur .
Vorteilhaft ist es auch, dass die Temperatur pendelformig ansteigt .
Der pendelformige Anstieg der Temperatur T in den Figuren 1, 2, 3, 10 findet zumindest zeitweise statt, insbesondere zumindest beim Überschreiten der Temperatur TSoiv-
Insbesondere schließt sich an den pendelformigen Anstieg der Temperatur T eine Haltezeit auf einer Temperatur ≥ der Volllosungsgluhtemperatur TLG an. Der pendelformige Anstieg der Temperatur ist an der gestrichelten Linie zu erkennen, die ansteigt, wobei die Temperatur eines Maximums der pendelformigen Bewegung gegenüber dem Maximum des vorangegangenen Maximums erhöht ist. Entsprechend sind die Minima, also die Taler der pendelformigen Bewegung, nicht gleich, sondern steigen mit der Zeit t an.
Figur 13 zeigt eine Liste von nickelbasierten DS- oder SX- Superlegierungen, die mit dem erfindungsgemaßen Verfahren be- handelt werden können.
Für den Werkstoff IN 6203 DS betragt die Temperatur TS0Lv 11000C, die Temperatur TLG 11500C. Für den Werkstoff IN 792 DS beträgt die Temperatur TS0Lv 11400C und die Temperatur TLG 12300C.
Der Werkstoff PWA 1483 SX weist eine Temperatur TS0Lv von 1150°C und eine Temperatur TLG von 12500C auf.
Die Figur 14 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem
Längsteilschnitt .
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotations- achse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.
Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.
Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Tur- bine 108.
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.
Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind. An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .
Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und ver- dichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brenn- kammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet . Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden. Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) . Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superle- gierungen verwendet. Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierungen Teil der Offenbarung.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt . Die Figur 15 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.
Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.
Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 auf- einander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.
Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht darge- stellt) .
Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) . Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich.
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Ab- strömkante 412 auf.
Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet.
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil der Offenbarung. Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein. Werkstucke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastun- gen ausgesetzt sind.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstucken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flussige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstuck, oder gerichtet erstarrt.
Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Warmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stangelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Korner, die über die ganze Lange des Werkstuckes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprach- gebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstuck besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwen- digerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen. Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefugen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch
Stangelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korngrenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefugen (directionally solidified structures) .
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 Al bekannt; diese Schriften sind bzgl. des Erstarrungsverfahrens Teil der Offenbarung.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen
Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf)) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammenset- zung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen. Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dichte .
Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer) .
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrÜ2, Y2Ü3-Zrθ2, d.h. sie ist nicht, teil- weise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht . Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht.
Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeutet) auf.
Die Figur 16 zeigt eine Brennkammer 110 der Gasturbine 100. Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Um- fangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.
Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 10000C bis 16000C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermög- liehen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.
Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf.
Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeits- mediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt.
Diese Schutzschichten können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen.
Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrC>2, Y2θ3-ZrC>2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollstän- dig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Turbinenschaufeln 120, 130, Hitzeschildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Bei der Lösungsglühung wird das erfindungsgemäße Verfahren verwendet. Gegebenenfalls werden auch noch Risse in der Turbinenschaufel 120, 130 oder dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Turbinen- schaufeln 120, 130, Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Turbinenschaufeln 120, 130 oder der Hitzeschildelemente 155.

Claims

Patentansprüche
1. Wärmebehandlungsverfahren für einen Werkstoff, der eine lösbare Ausscheidung aufweist, die ab einer Auflösungstemperatur (TSOLV) zumindest teilweise in einer Matrix des Werkstoffs aufgelöst werden kann, bei dem der Werkstoff zumindest zeitweise oberhalb der Auflösungstemperatur (TSOLV) wärmebehandelt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Temperaturverlauf (T (t) ) für die Wärmebehandlung zumindest zeitweise pendeiförmig verläuft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die pendeiförmige Bewegung des Temperaturverlaufs (T (t) ) schon unterhalb der Auflösungstemperatur (TSOLV) beginnt und sich zumindest zeitweise oberhalb der Auflösungstemperatur (TSOLV) fortsetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
die pendeiförmige Bewegung des Temperaturverlaufs (T (t) ) erst oberhalb der Auflösungstemperatur (TSOLV) beginnt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
dass es eine Volllösungsglühtemperatur (TLG) gibt, bei der die Ausscheidung vollständig in der Matrix gelöst wird und dass die Temperatur (T) zwischen der Temperatur (TSOLV) und der Temperatur (TLG) hin und her pendelt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
der Temperaturverlauf (T (t) ) zwischen der Temperatur (TLG) und einer Temperatur oberhalb der Temperatur (TSOLV) hin und her pendelt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
der Temperaturverlauf (T (t) ) unterhalb der Temperatur (TLG) und der Temperatur (TSOLV) hin und her pendelt.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperatur (T) unterhalb der Temperatur (TLG) und ober- halb der Temperatur (TSOLV) pendelt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
dass es eine Volllösungsglühtemperatur (TLG) gibt, bei der die Ausscheidung vollständig in der Matrix gelöst wird und dass die Temperatur (T) zwischen der Volllösungsglühtemperatur (TLG) und einer Temperatur (T) unterhalb der Auflösungstemperatur (TSOLV) hin und her pendelt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
dass es eine Volllösungsglühtemperatur (TLG) gibt, bei der die Ausscheidung vollständig in der Matrix gelöst wird, dass die Temperatur bis zur einer Temperatur unterhalb (TLG) ansteigt und in einem weiteren Schritt pendeiförmig bis zur Volllösungsglühtemperatur (TLG) ansteigt.
10. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperatur (T) für die Wärmebehandlung anfangs bis zu einer Temperatur unterhalb der Auflösungstemperatur (TSOLV) ansteigt und dann pendeiförmig ansteigt.
11. Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperatur für die Wärmebehandlung zumindest bis zur Auflösungstemperatur (TSOLV) ansteigt und dann pendeiförmig ansteigt.
12. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperatur (T) anfangs ein oder mehrmals von einer Temperatur oberhalb der Auflösungstemperatur (TSOLV) unterhalb der Auflösungstemperatur (TSOLV) pendelt.
13. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperatur (T) von einer Temperatur oberhalb der Auflö- sungstemperatur (TSOLV) nicht unterhalb der Auflösungstemperatur (TSOLV) pendelt.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Pendelbewegung definiert ist durch zwei lokale Maxima in dem Temperaturverlauf (T (t) ) und dass der pendeiförmige Temperaturverlauf (T (t) ) zumindest zwei, insbesondere zumindest drei Pendelbewegungen aufweist .
15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die pendeiförmige Bewegung der Temperatur (T) mindestens Ih dauert.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Pendelbewegung des Temperaturverlaufs (T (t) ) sinusförmig ausgebildet ist.
17. Verfahren einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Pendelbewegung des Temperaturverlaufs (T (t) ) dreieck- förmig verläuft.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
ab einer bestimmten Zeit (t3) die Temperatur (T) konstant auf die Volllösungsglühtemperatur (TLG) eingestellt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperatur (T) mindestens eine Stunde (Ih) auf der Volllösungsglühtemperatur (TLG) verharrt.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
vor der Wärmebehandlung eine Verarmung von metallischen Elementen des Werkstoffs, insbesondere durch eine Fluoridionenreinigung durchgeführt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Ausscheidung die γ' -Phase einer nickelbasierten Super- legierung ist.
22. Verfahren nach Anspruch 1, 5, 8, 9, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass
die Volllösungstemperatur (TLG) nicht überschritten wird.
23. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
ab einer bestimmten Zeit (t3) die Temperatur (T) die Volllösungsglühtemperatur (TLG) erreicht.
24. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
ab einer bestimmten Zeit (t3) die Temperatur (T) die Volllösungsglühtemperatur (TLG) überschreitet, insbesondere dauerhaft überschreitet.
25. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
ab einer bestimmten Zeit (t3) die Temperatur (T) konstant auf eine Temperatur oberhalb der Volllösungsglühtemperatur (TLG) eingestellt wird.
26. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
bei der Pendelbewegung die Temperatur die Volllösungsglühtemperatur (TLG) erreicht wird.
27. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperatur (T) zumindest zeitweise pendeiförmig ansteigt .
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass
das nach dem pendeiförmigen Anstieg der Temperatur (T) zumindest eine Temperatur ≥ der Volllösungsglühtemperatur (TLG) eingestellt wird.
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