NO142946B - Fremgangsmaate ved binding av en platekledning til et konkavt-konvekst underlag - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt en fremgangs-

måte for diffusjonsbinding av en platemetallegering til et annet legert underiag eller substrat. Særlig er oppfinnelsen rettet på

en fremgangsmåte for metallurgisk binding av en superlegering som er oksydasjonsfast og varmkorrosjonsfast, til en konstruktiv superlegering som har konveks-konkave overflater, såsom aerofoils (vinger, ror, osv.), dyser eller skovler.

Den ustabile overflate av superlegeringer trer frem

som et betydelig problem for avanserte industri-, fly- og marine-gassturbiner. Sterkt korroderende omgivelser frembringes ved for-brenningen av tunge brenseloljer, og når dette kombineres med høyere forbrenningstemperaturer og lengre vedlikeholdsinterval-

ler, oppstår noen meget strenge begrensninger i valget av materialer. Dessuten utvikles ytterligere korroderende elementer i skipsturbin-anvendelser på grunn av inntrengen av havsalt. Det er blitt stadig mer vanskelig å frembringe både høy krypebruddstyrke og god korro-sjonsfasthet gjennom modifikasjoner av legeringer til bare basis-metall på grunn av komplekse innbyrdes virkninger gjennom de elementer som vanligvis begunstiger en egenskap på bekostning av en annen. Det er blitt utviklet forskjellige systemer for overtrekk og belegg, hvis formål har vært å skaffe uavhengig overflatebeskyttelse for et underlag av forøvrig sterk superlegering. Anvendelsen av en oksydasjons- og varmekorrosjonsfast platekledningslegering på

en skovle eller dyse som underlag representerer en løsning på overflatestabilitetsproblemet. US patent 3.699.642 viser en fremgangsmåte ved påføring av en platekledning på et underlag i form av en vinge. I patentet blir en på forhånd formet platekledning løst festet på et substrat i form av en aerofoil. Utstyret blir deretter festet med tape og satt inn i et trykkammer inntil det er omgitt av et krafttrykkmedium. Deretter utsettes utstyret for

høy temperatur og trykk inntil kledningen og aerofoilunderlaget er bundet til hverandre.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å skaffe

en fremgangsmåte for binding av en platekledning til et komplekst substrat, idet bruken av et krafttrykkmedium unngås.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse utmerker

seg ved de trekk som fremgår av karakteristikken til de etter-følgende krav.

Det sammensatte utstyr av kledning og substrat anbringes deretter i en vakuum-ovn for evakuering av rommet mellom klednin-

gen og substratet og vakuum-slaglodde alle skjøter mellom kledningen og substratet for å opprette en vakuum-mantel mellom klednin-

gen og substratet.•Fjernelsen av utstyret fra vakuum-évnen be-

virker et trykkdifferensial mellom innersiden og yttersiden av platekledningen på grunn av atmosfæretrykket utenfor og vakuumet inni. Trykkdifferansialet gjør at platekledningen trekkes tett inn til substratets konkave og konvekse overflater. Deretter blir utstyret diffusjonsbundet ved at det føres inn i en autoklav og 'påføres høye temperaturer, vanligvis under slagloddetemperaturen

og gasstrykk på utstyret.

Oppfinnelsen vil best forstås ved henvisning til følgende detaljerte beskrivelse med eksempler: Foreliggende oppfinnelse er særlig anvendelig ved på-føring av platekledninger på substrat med komplekse former, f.eks. aerofoiler med konvekse og konkave overflater. Av denne grunn og ikke som noen begrensning vil fremgangsmåten bli beskrevet for binding av platemetallkledning på en turbomaskinskovle.

Eksempel 1

Ved beskrivelsen av foreliggende fremgangsmåte kan materialet i substratet eller skovlen være IN-738, en legering som er tilgjengelig på markedet. Platemetallkledningen kan være Hastelloy X som er tilgjengelig på markedet. Platekledningsmaterialet kan være i størrelsesordenen 1-15 tusenedels tomme tykk. Platekledningen må være forhåndsformet for å svare så nøye som mulig til skovlesubstratet. En fremgangsmåte ved utførelse av forhåndsformetrinnet er be- "skrevet i den parallelle norske patentansøkning 75 3409 med tittel "Fremgangsmåte til forhåndsforming av en platekledning for.et substrat som har en konveks-konkav overflate", og som er overdradd til søkeren i foreliggende ansøkning. I samsvar med nevnte ansøkning blir platekledningen glødd og tilskåret til en sjablong med grovt tilnærmet form av utbrettet skovle-overflate som tillater 10 til 15% forlengelse av platekledningen under påføringen av kaldt isostatisk trykk. Platekledningen formes over skovlesubstratet, slik at det nøye svarer til den konvekse overflate, mens det forblir forholdsvis udeformert i forhold til den konkave overflate. Deretter blir en kant av kledningen punktsveiset til skovlens konvekse overflate, mens den motsatte kant tilpasses den første kant for å definere en langsgående skjøt langs den konvekse overflate. Det sammensatte utstyr av kledning og skovlesubstrat anbringes deretter i et kaldt isostatisk trykkapparat, hvoretter platekledningen mot-satt den konkave overflate trykkes (deformeres) inn i den konkave overflate, slik at kledningen nøye svarer til skovle-substratets konkave og konvekse overflater.

Utstyret av kledning og substrat anbringes i en vakuum-ovn for å danne en vakuum-mantel mellom platekledningen og substratet. Dette trinn utføres ved evakuering av rommet mellom platekledningen og substratet og deretter vakuum-slaglodde alle skjøter mellom kledningen og substratet. Et egnet vakuum kan være i størrelsesordenen 10 -3 torr. Slagloddemetallet kan være Nicrobraze 30 (Ni 19 Cr 10 Si) tilgjengelig på markedet og egnede ovnsbetingelser kan være 1190°C i to minutter. Det er vik-tig at temperaturen ved den varmeisostatiske pressing generelt holdes under den første vakuum-slagloddetemperatur for å hindre ny smelting av slagloddlegeringen og brudd på skjøtens enhet og vakuum-mantelen. Derfor er valget av slagloddlegering avhengig av de diffusjonsbindingsparametere som er påkrevet for den spesi-elle kombinasjon av legeringer for kledning og substrat. Når vakuum-slagloddetrinnet er fullført, utsettes utstyret av kledning og substrat for atmosfæretrykk. Der foreligger et trykkdifferensial mellom innersiden og yttersiden av platekledningens overflater, hvilket bevirker at platekledningen trekkes ytterligere tett inn til substratet.

Det under vakuum slagloddede utstyr av kledning og substrat anbringes deretter i en autoklav med varmt isostatisk trykk

for diffusjonsbinding. Effektiviteten av diffusjonsbindings-

trinnet er i høy grad forsterket ved vakuum-slagloddeprosessen på grunn av den forutgående nøye tilpasning av platekledningen og substratet og vakuum-mantelen mellom dem. Vakuum-mantelen hindrer også oksydasjon eller annen ødeleggelse av platekledningens og substratets overflater som skal bindes til hverandre, hvilket kan oppstå under varmisostatisk pressing. Videre anvender diffusjons-bindingstrinnet i samsvar med foreliggende fremgangsmåte et gass-formet trykkmedium, f.eks. argon, hvilket er mulig på grunn av den vakuum-mantel som er opprettet, og vakuum-slagloddingen av de nevnte skjøter. Bruken av det gassformede medium i stedet for et pulverformet medium eliminerer muligheten for pulverpartikler til å falle mellom kledningen og substratet under diffusjons-bindingen og eliminerer videre bruken av tape mellom kledningen og substratets omkrets. Pulverformet medium, såsom oksyd, karbid, nitrid, osv. ved tidligere kjente metoder, inneholder sannsynligvis vann og andre forurensninger som frigis ved oppvarmning. Eventuelle lekkasjer mellom substratet og kledningen ville hindre effektiv binding. I det foreliggende eksempel påføres varm gass isostatisk trykk ved 1176° C og 15 000 pund pr. kvadrattomme i et tids-intervall på 3 timer. Den ønskede binding fås ved innbyrdes diffusjon av molekylet tvers over den felles overflate av kledningen og substratet.

Eksempel II

I et annet eksempel ble et skivesubstrat IN-738 kledd med FeCrAlY 2541 legering. Den legerte kledning hadde en tykkelse på

8 til 10 tusendedels tomme. Slagloddelegeringenvar Nicrobraze 30

ved 1176° C og 2 minutters varighet. Det isostatiske trykk ved varm gass var ved 1093° C 15 000 pund pr. kvadrat tomme i to timer.

Eksempel III

I ennå et annet eksempel ble et skivesubstrat IN-738 kledd med en legering NiCrAlSi 2041 med tykkelse 8..til 10.tusendedels . tomme. Slagloddelegeringen var Nicrobraze 30 veå 119 0° C i 2 minutters tid. Det isostatiske varmgasstrykk var ved 1093° C ti tusen pund pr. kvadrat tomme i to timer.

Eksempel IV

I et siste eksempel ble en Rene 80 skive som substrat kledd med FeCrAlY 2541. Den legerte kledning, hadde en tykkelse på 8 til 10 tusendedels tomme. Slagloddelegeringen var Nicrobraze 30 ved 1176° C i to minutter. Det isostatiske varmgasstrykk var ved 1204° C i 30 minutter med femten pund pr. kvadrat tomme.

Det skal bemerkes at i dette eksempel var pressetemperaturen høyere enn slagloddetemperaturen. Det er på grunn av at slag-loddingens gjensmeltningstemperatur ble øket under vakuum-slagloddetrinnet.

I avhengighet av de materialer som anvendes, kan den ønskede diffusjonsbinding i samsvar med foreliggende fremgangsmåte oppnås ved isostatiske trykk under varmgass over 15 pund pr. kvadrat tomme, ved å variere temperaturene mellom 1037° C

og 1260° C i forløpne tidsintervaller over ti minutter under trykk. Det skal imidlertid bemerkes at den varmeisostatiske pressetemperatur vanligvis ligger under slagloddetemperaturen.

Claims (5)

1 . Fremgangsmåte ved binding av en platekledning til et substrat som har konkave og konvekse overflater, og omfattende forhåndsforming av platekledningen til substratet slik at den svarer nøye til substratets konkave og konvekse overflater,karakterisert vedat rommet mellom kledningen og substratet evakueres, at alle skjøter mellom platekledningen og substratet slagloddes i vakuum på i og for seg kjent måte og at platekledningen og substratet diffu-sjonssammenbindes på i og for seg kjent måte ved varmisostatisk trykk og ved høy temperatur.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat der dannes et mindre trykk på innersiden enn på yttersiden av kledningen før diffusjonssammenbindingen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat diffusjonssammenbindingen vanligvis utføres ved en lavere temperatur enn ved vakuum-slagloddingen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat diffusjonssammenbindingen utføres ved temperaturer i størrelsesordenen 1090°C.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat diffusjonssammenbindingen utføres ved et trykk på mellom 1,05 kg/cm 2 og 105 kg/cm 7.