ES2589828T3

ES2589828T3 - Método para el blindaje de la muesca en Z de álabes de TiAl

Info

Publication number: ES2589828T3
Application number: ES12788425.2T
Authority: ES
Inventors: Bernd Daniels; Herbert Hanrieder; Karl-Hermann Richter; Michael Strasser
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2032-11-06
Also published as: WO2013075688A1; EP2783076A1; US20140342169A1; EP2783076B1; US9321107B2; DE102011087158A1

Abstract

Método para la disposición de un revestimiento (8, 9) sobre un componente (1), comprendiendo el revestimiento un material de revestimiento metálico, y un comprimido no sinterizado se forma con el material de revestimiento, que en la presencia de una soldadura se dispone sobre el componente (1), que se caracteriza por que mediante un proceso combinado de soldadura-sinterización se sinteriza el material de revestimiento y se convierte en un revestimiento (8, 9) y, mediante el proceso combinado de soldadura-sinterización, la soldadura (11) se funde y mediante ello, el revestimiento (8, 9) se une con el componente (1).

Description

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DESCRIPCION

Metodo para el blindaje de la muesca en Z de alabes de TiAl Ambito de la invencion

(0001) La invencion presente hace referencia a un metodo para la disposicion de un revestimiento sobre un componente, asi como un correspondiente componente de un grupo motor provisto de un revestimiento.

Estado de la tecnica

(0002) Alabes para turbinas para turbinas de presion baja pueden presentar anillos de refuerzo que estan en contacto entre si contiguamente. Las superficies laterales contiguas se conforman normalmente en forma de Z y presentan zonas de contacto en las cuales los anillos de refuerzo chocan directamente entre si para contribuir a la amortiguacion de las vibraciones. Estas superficies de contacto de los anillos de refuerzo estan normalmente provistas de un blindaje para mantener pequena la abrasion mecanica. Segun el estado de la tecnica se usan para ello aleaciones de Co-Cr, especialmente las denominadas estelitas (marca registrada de la empresa Deloro Stellite), que por ejemplo, se aplican mediante soldadura TIG, soldadura de microplasma o soldadura por rayo laser o mediante otros metodos de soldadura de recargue. Mientras que para las aleaciones a base de niquel o para las superaleaciones de este tipo el blindaje es adecuado, ello es problematico en alabes de turbinas de titanio-aluminuros (aleaciones de TiAl), habida cuenta que mediante la mezcla de TiAl con estelitas surgen fases fragiles que pueden producir la formacion de grietas.

(0003) Por esta razon, en los alabes de TiAl para turbinas de baja presion se emplearon capas proyectadas de plasma de la aleacion de Co-Cr T-800 (marca registrada de la empresa Deloro Stellite). En efecto, estos revestimientos o blindajes no cumplen, bajo ciertas circunstancias, los requisitos de las propiedades de adhesividad. Correspondientemente, se propuso (WO 2011/009430) para el blindaje de las superficies de contacto de los anillos de refuerzo de los alabes de turbinas de baja presion de TiAl (las denominadas muescas en Z) aplicar piezas de moldeo de estelitas mediante soldadura. Efectivamente, de ello resulta la desventaja de que las piezas de moldeo tienen que satisfacer unos requisitos muy altos de exactitud de forma para garantizar la colocacion exacta y por toda la superficie de la pieza de moldeo en el componente a ser revestido. Mediante ello, las piezas de moldeo correspondientes de estelitas son relativamente caras.

(0004) El documento EP1803521 manifiesta un metodo para la disposicion de un revestimiento segun el concepto general de la reivindicacion 1a.

Manifestacion de la invencion

Objeto de la invencion

(0005) Por ello, es el objetivo de la invencion evitar las desventajas del estado de la tecnica y posibilitar un blindaje sobre un componente de un grupo motor de TiAl, especialmente, de un alabe de turbina de baja presion de TiAl, y el revestimiento debe ser ejecutable con sencillez y debe ofrecer resultados fiables respecto a un blindaje que se adhiera bien.

Solucion tecnica

(0006) Este objetivo se cumple mediante un metodo con las caracteristicas de la reivindicacion 1a y un componente de un grupo motor con las caracteristicas de la reivindicacion 13a. Ejecuciones ventajosas son objeto de las reivindicaciones dependientes.

(0007) La invencion propone, para la creacion de un blindaje en una muesca en Z de alabes de turbinas de baja presion de TiAl, un nuevo metodo para el revestimiento, en el cual un comprimido no sinterizado se dispone sobre el componente a ser revestido con el material de revestimiento (material de revestimiento) con la presencia de una soldadura y mediante un proceso combinado de soldadura-sinterizacion se forma el revestimiento en forma de un cuerpo sinterizado y se une con el componente. Mediante la combinacion de la soldadura y la sinterizacion en una etapa del metodo se da una posibilidad de produccion sencilla con poco esfuerzo y al mismo tiempo se garantiza una union metalurgica y una colocacion por toda la superficie del revestimiento de un componente a ser revestido.

(0008) Esto se garantiza proporcionando una soldadura, y la soldadura puede estar contenida ya en el comprimido no sinterizado, es decir, en el cuerpo de moldeo a ser sinterizado del material de revestimiento. Especialmente, la soldadura puede estar presente en el comprimido no sinterizado de forma graduada de manera que, por ejemplo, en el lado en el que el comprimido no sinterizado se dispone en el componente a ser revestido, la proporcion de la soldadura es alta y disminuye con una distancia que aumenta del componente a ser revestido.

(0009) Alternativamente o adicionalmente, la soldadura puede proporcionarse tambien mediante una costra en la que la soldadura se acoge mediante una sustancia aglutinante y/o un disolvente. Mediante la sustancia aglutinante y/o el disolvente, el material de soldadura puede ser dispuesto de manera sencilla mediante la aplicacion de la

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costra fluida sobre el componente a ser revestido, por ejemplo, mediante frotacion, moldeo por inyeccion o similar.

(0010) La costra puede contener un agente adhesivo para garantizar, en la disposicion del comprimido no sinterizado sobre el componente a ser revestido mediante la costra, una buena adhesividad del comprimido no sinterizado y/o de la costra sobre el componente a ser revestido.

(0011) En la costra esta contenida la soldadura en forma de un polvo o en forma de particulas, y la particula pueden ser escogidas en forma de grano fino para garantizar tanto unas capas de costra delgadas, como tambien una colocacion del revestimiento por toda la superficie del componente a ser revestido. Correspondientemente, el tamano de particula de la soldadura en la costra puede ser menor o igual a 50 pm, preferiblemente, menor o igual que 25 pm. En este caso, el tamano de particula puede escogerse en forma de un tamano de particula mediano o en forma de un tamano de particula maximo.

(0012) La sustancia aglutinante y/o el disolvente puede ser una sustancia aglutinante y/o un disolvente organico, por ejemplo, un aceite de serigrafia que garantiza una distribucion homogenea y que se adhiere bien de la costra, y con ello, de la soldadura sobre el componente a ser revestido.

(0013) El comprimido no sinterizado que comprende el material de revestimiento en forma de particulas y/o la soldadura, igualmente en forma de particulas, para formar el revestimiento o el blindaje mediante sinterizacion de la particula del material de revestimiento, puede presentar un espesor de 0,2 mm hasta 2 mm., preferiblemente 0,3 mm hasta 0,6 mm.

(0014) Despues de aplicar la costra sobre el componente a ser revestido y/o el agente adhesivo sobre el comprimido no sinterizado, asi como la disposicion del comprimido no sinterizado sobre la capa de la costra, puede secarse la sustancia aglutinante y/o el disolvente y/o un agente adhesivo en una primera temperatura de tratamiento, y el componente a ser revestido con la costra y con el comprimido no sinterizado se calienta localmente o en su conjunto total a temperaturas en el ambito de 60°C hasta 100°C. Mediante ello, se lleva a cabo una fijacion provisional del comprimido no sinterizado sobre el componente a ser revestido.

(0015) Despues, el proceso combinado de soldadura-sinterizacion puede llevarse a cabo a temperaturas correspondientemente altas, con las cuales la sustancia aglutinante y/o el disolvente se evaporan, el material de revestimiento se sinteriza en el comprimido no sinterizado y la soldadura se funde en la capa de costra antigua y/o en el comprimido no sinterizado. El tratamiento de temperatura puede realizarse especialmente mediante calentamiento inductivo, local de la zona del revestimiento. Despues del proceso de soldadura-sinterizacion combinado, las particulas del material de revestimiento se forman en el comprimido no sinterizado en un cuerpo sinterizado, el cual forma el revestimiento o el blindaje y la soldadura proporciona una union que se adhiere bien entre el cuerpo sinterizado, las particulas y el componente a ser revestido.

(0016) El proceso de soldadura-sinterizacion puede llevarse a cabo al vacio, especialmente, al alto vacio, o con gas inerte, por ejemplo, en un atmosfera de argon.

(0017) Como material de revestimiento se pueden usar aleaciones Co-Cr, especialmente, aleaciones a base de Co con proporcion de cromo de mas del 25% en peso y proporciones de W de 4 hasta 20% en peso o aleaciones de Co-Cr con aleaciones de Co con una proporcion de Cr por debajo de 20% en peso y proporciones de Mo de mas del 20% en peso. Ejemplos de ello son especialmente aleaciones de T-800 o las aleaciones de estelita de la empresa Decoro Stellite.

(0018) La soldadura para la costra y/o el comprimido no sinterizado puede ser una soldadura a base de niquel, especialmente, una soldadura del estandar SAE AMS4777.

Breve descripcion de las figuras

(0019) Las figuras adjuntas muestran en una representacion puramente esquematica

Fig. 1 una vista superior de un anillo de refuerzo de un alabe de rodete de un motor de avion;

Fig. 2 un corte transversal parcial a traves del anillo de refuerzo de la Fig. 1 en la zona de blindaje del anillo de refuerzo; y

Fig. 3 un corte transversal a traves del anillo de refuerzo de la Fig. 1 en la zona de blindaje del anillo de refuerzo en otra forma de ejecucion.

Ejemplo de ejecucion

(0020) Otras ventajas, indicaciones y caracteristicas de la invencion presente se exponen claramente en la siguiente descripcion detallada de los ejemplos de ejecucion. La invencion no se limita, sin embargo, a estos ejemplos de ejecucion.

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(0021) La Fig. 1 muestra una vista superior de un anillo de refuerzo (1) de un alabe de rodete, como se puede emplear, por ejemplo, en una turbina de baja presion de un motor de avion. El alabe de rodete y el anillo de refuerzo (1) consisten en una aleacion de titanio-aluminuro de alta resistencia y resistente a las altas temperaturas, es decir, una aleacion que este formada fundamentalmente de fases intermetalicas, como TisAl o TiAl, y que en general, aqui se denomina aleacion de TiAl. El anillo de refuerzo una forma, en general, en forma de placa con dos faldas obturadoras o nervios obturadores (4, 5) distanciados entre si, que se extienden en la direccion de la rotacion y que se encuentran en el exterior, asi como dos superficies laterales (2, 3) en forma de Z que estan en contacto con los alabes de rodete o anillos de refuerzo contiguos. Las superficies laterales (2, 3) en forma de Z presentan respectivamente una superficie de contacto (6, 7) para el apoyo mutuo con alabes de rodete o anillos de refuerzo contiguos para la amortiguacion de las vibraciones. Para reducir la abrasion en las superficies de contacto (6, 7), las mismas estan provistas respectivamente de un blindaje (8, 9).

(0022) La Fig. 2 muestra un corte transversal a traves de una parte del anillo de refuerzo (1) en la zona de la superficie de contacto (6) con el blindaje (8). Segun una primera forma de ejecucion de la Fig. 2, el blindaje (8) esta formado por un cuerpo sinterizado (10) soldado, que por ejemplo, como material de blindaje comprende una aleacion de Co-Cr, como por ejemplo, la aleacion Tribaloy T-800 (marca registrada de la empresa Deloro Stellite), asi como una soldadura a base de niquel segun el estandar SAES AMS4777.

(0023) Para la produccion del revestimiento o blindaje (8) sobre la superficie de contacto (6) del anillo de refuerzo (1), como se muestra en la Fig. 1, en la zona de la superficie de contacto (6) hay conformada una escotadura (13) en el anillo de refuerzo (1), en la cual se dispone un comprimido no sinterizado del material de revestimiento, es decir, de la aleacion de Co-Cr, y de la soldadura, es decir, de la soldadura a base de niquel. El comprimido no sinterizado se conforma de tamano mayor que la escotadura, para compensar el encogimiento del comprimido no sinterizado durante la sinterizacion posterior. El comprimido no sinterizado puede ser moldeado de forma exacta dentro de la escotadura (13) del anillo de refuerzo (1), y por ejemplo, puede ocupar un radio del reborde (14) de la escotadura (13) completamente y por toda la superficie para, en el posterior tratamiento combinado de soldadura- sinterizacion, producir un compuesto del material por toda la superficie y exento de poros. Alternativamente, puede prescindirse tambien de la conformacion de la escotadura (13) y se puede aplicar el revestimiento o el blindaje (8) sobre la superficie sin preparar del componente.

(0024) Despues de situar el comprimido no sinterizado en la escotadura (13), se ejecuta un proceso combinado de soldadura-sinterizado, en el cual la soldadura contenida en el comprimido no sinterizado se funde y se encarga de que se produzca una union solida de las particulas del material de revestimiento con el material de TiAl del anillo de refuerzo (1). Al mismo tiempo, mediante el tratamiento con calor, la aleacion de Co-Cr que esta presente en el comprimido no sinterizado en particulas se convierte mediante la sinterizacion en un cuerpo sinterizado.

(0025) Para prever toda la soldadura posible en la zona de la superficie de union entre el comprimido no sinterizado y el componente a ser revestido, es decir, el anillo de refuerzo (1), el comprimido no sinterizado puede estar conformado como material gradiente, de forma que en el lado del comprimido no sinterizado que debe ser unido con el componente, esta presente una alta proporcion de soldadura, mientras que en el lado opuesto se reduce la proporcion de soldadura. En lugar de una graduacion continua con el gradiente, tambien pueden conformarse capas, por ejemplo, dos capas (“banda de soldadura de 2 capas”). El comprimido no sinterizado puede estar conformado tambien de forma que una capa intermedia se compone de una mezcla de material de soldadura/ revestimiento (material duro), que esta envuelta por 2 capas exteriores de pura soldadura (“banda de soldadura de 3 capas”).

(0026) El comprimido no sinterizado que tambien puede ser denominado como “banda de soldadura“, presenta normalmente un espesor de 0,2 hasta 2 mm., especialmente, de 0,3 mm. hasta 0,6 mm.

(0027) Segun otra forma de ejecucion que esta representada en la Fig. 3, puede conformarse adicionalmente una capa de soldadura (11) entre el comprimido no sinterizado (10) y el componente (1) a ser revestido. La produccion se lleva a cabo de tal modo que el comprimido no sinterizado, el cual se transforma en el cuerpo sinterizado (10) mediante el tratamiento posterior de soldadura-sinterizacion, se dispone mediante una capa de costra sobre el componente a ser revestido. La capa de costra se forma mediante una costra que se aplica de modo adecuado sobre el componente a ser revestido, por ejemplo, mediante frotacion, moldeo por inyeccion o similar. La costra comprende un agente disolvente y/o aglutinante, asi como una soldadura en forma de polvo que se absorbe por el agente disolvente y/o por el agente aglutinante. El agente disolvente y/o aglutinante es, por ejemplo, un aceite de serigrafia. Adicionalmente, la costra puede comprender un agente adhesivo, que mejora la adhesividad de la costra sobre el componente a ser revestido y del comprimido no sinterizado sobre el componente. Ademas, el comprimido no sinterizado (10) puede ser recubierto de una sustancia adhesiva.

(0028) Las particulas del polvo de soldadura pueden presentar un tamano de particula menor o igual que 50 pm, especialmente, menor o igual que 25 pm, para garantizar mediante la conformacion en granos finos, a su vez, una colocacion de la costra por toda la superficie y exenta de poros, o bien, de la capa de soldadura que se forma a continuacion, en el componente a ser revestido. La soldadura puede sr del mismo material que la soldadura que se usa en el comprimido no sinterizado.

(0029) Sobre la capa de la costra se coloca el comprimido no sinterizado y se mantiene mediante la capa de la

costra dentro de la escotadura (13). En lugar de una capa de costra, tambien puede usarse una lamina de soldadura.

(0030) A continuacion, el aceite de serigrafia, y dado el caso, un agente adhesivo se evapora en un tratamiento de 5 temperatura en el ambito de 602C hasta 5002C, de manera que en la capa de la costra solo permanecen particulas

de soldadura.

(0031) En el proceso de soldadura-sinterizacion iniciado posteriormente, la soldadura de la capa de costra antigua se funde y forma un compuesto de material solido entre el material basico del componente y el revestimiento en

10 forma de un comprimido no sinterizado, que al mismo tiempo se sinteriza en el cuerpo sinterizado (10).

(0032) En esta forma de ejecucion, el comprimido no sinterizado puede presentar solo una pequena proporcion de soldadura (normalmente 20%), habida cuenta que la soldadura se proporciona mediante la capa de costra para la union del material de revestimiento con el componente. El comprimido no sinterizado puede consistir en este caso,

15 esencialmente, en particulas de polvo del material de revestimiento, que en el proceso combinado de soldadura- sinterizacion se sinteriza en un cuerpo sinterizado (10). Eventualmente, el comprimido no sinterizado puede contener igualmente un agente aglutinante.

(0033) El proceso de soldadura/sinterizacion se lleva a cabo al vacio, especialmente, en alto vacio, y/o con gas 20 inerte, por ejemplo, en un atmosfera de argon. Bajo el concepto del vacio o del alto vacio se entienden aqui los

estados que se pueden alcanzar segun el estado de la tecnica mediante los medios tecnicos apropiados, es decir, estados con correspondientes presiones residuales pequenas.

(0034) El proceso de soldadura-sinterizacion puede llevarse a cabo mediante calentamiento inductivo de la 25 correspondiente zona del componente.

Claims

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REIVINDICACIONES
18.- Metodo para la disposicion de un revestimiento (8, 9) sobre un componente (1), comprendiendo el revestimiento un material de revestimiento metalico, y un comprimido no sinterizado se forma con el material de revestimiento, que en la presencia de una soldadura se dispone sobre el componente (1), que se caracteriza por que mediante un proceso combinado de soldadura-sinterizacion se sinteriza el material de revestimiento y se convierte en un revestimiento (8, 9) y, mediante el proceso combinado de soldadura-sinterizacion, la soldadura (11) se funde y mediante ello, el revestimiento (8, 9) se une con el componente (1).
28.- Metodo segun la reivindicacion 1a, que se caracteriza por que la soldadura esta contenida dentro del comprimido no sinterizado.
38.- Metodo segun la reivindicacion 18 o 28, que se caracteriza por que el comprimido no sinterizado se dispone sobre el componente (1) mediante una costra que comprende un agente aglutinante y/o un disolvente y una soldadura y/o una lamina de soldadura.
48.- Metodo segun la reivindicacion 38, que se caracteriza por que la costra presenta la soldadura en forma de particulas, especialmente, con un tamano de particula menor o igual que 50 pm o menor o igual que 25 pm, y/o el agente aglutinante y/o el agente disolvente es un agente aglutinante y/o un agente disolvente organico, especialmente, un aceite de serigrafia.
58.- Metodo segun una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que el comprimido no sinterizado comprende un agente adhesivo y/o provisto de un agente adhesivo se dispone sobre el componente.
68.- Metodo segun una de las reivindicaciones 38 hasta 58, que se caracteriza por que antes de la soldadura se evaporan componentes volatiles de la costra.
78.- Metodo segun una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que el comprimido no sinterizado presenta un espesor de 0,2 mm hasta 2 mm, o 0,3 mm hasta 0,6 mm.
88.- Metodo segun una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que el proceso de soldadura- sinterizacion se ejecuta mediante un calentamiento inductivo.
98.- Metodo segun una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que el proceso de soldadura- sinterizacion se lleva a cabo al vacio o con gas inerte.
108.- Metodo segun una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que el material de revestimiento presenta una aleacion de Co-Cr, especialmente, aleaciones a base de Co con proporciones de cromo de mas del 25% en peso y proporciones de W de 4 hasta 20% en peso o con proporciones de Cr por debajo de 20% en peso y proporciones de Mo de mas del 20% en peso.
118.- Metodo segun una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que la soldadura es una soldadura a base de niquel.
128.- Metodo segun una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que el comprimido no sinterizado es una banda de soldadura de 3 capas o de varias capas, que en la capa intermedia contiene una mezcla de soldadura/ mezcla de material de revestimiento y en las capas exteriores contiene un material puro de soldadura.
138.- Componente de un grupo motor con un revestimiento, que se fabrica segun una de las reivindicaciones anteriores.