SE450999B - Sett att tillverka turbinskovlar med hybridstruktur - Google Patents

Description

450 999 2 Föreliggande uppfinning avser sålunda ett frfarende fr tillverk- ning av rlktningsorienterat atelnade turblnskovlar för gasturbinar, varvid en form innehållande smält metall kyles på ett kontrollerat sätt, så att stelning sker tillräckligt långsamt för att tillåta att riktningsorienterad stelning sker med början vid bladets ände. Detta förfarande kännetecknas av att man övervakar stelningen och blandar återstående smält metall magnetiskt vid ungefär början av stelningen av skovelroten och sedan ökar kylningshastighe- ten för akovelbladet till en hastighet större än den vid vilken riktningsorien- terad stelning aker, varigenom en skovel erhålles med ett riktningsorienterat skovelblad och en finkornig akovelrot och utan nämnvärd inhomogen del vid gränssnittet mellan skovelbladet och skovelroten.

Lämpligen har turbinskoveln en kornstruktur av hybridnatur och kan tillverkas med användning av legeringar, som är icke eutektiska. Skovel- bladen är riktningsorienterat stelnade, medan skovelroten har en finkornig icke orienterat stelnad struktur.

Förfarandet utnyttjar stelning med en tillräckligt låg hastighet för att tillåta riktad stelning börjande vid skovelbladets ände med övervak-g ning av stelningen. När stelningen uppnår gränsytan mellan skovelbladet och skovelroten, påbörjas magnetisk omrörning för att eliminera den inhomogena zonen i närheten av den just stelnade delen. Kylningen ökas därpå till en hastighet större än den vid vilken riktad stelning sker. Sålunda framställes en skovel med en riktningsorienterat stelnad bladsektion och en finkornig ' rotsektion och utan någon nämnvärd inhomogen del vid gränssnittet mellan skovelbladet och skovelroten.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas med hänvis- ning till bifogade ritningar.

Fig. 1 visar en typisk turbinskovel med skovelblad och skovelrot.

Fig. 2 visar en serie av tre diagram, vilka visar det lösningsrika bandet under stelning och den inhomogenitet, som resulterar av en ökning i stelningshastigheten.

F ig. 3 illustrerar riktningsorienterad stelning genom styrd bort- tagning från en ugn.

Den tidigare kända tekniken för framställning av ett riktat stelnat skovelblad med en finkornig skovelrot var opraktisk för icke eutektiska legeringar, eftersom en allvarlig inhomogenitet i kompositlonen uppstod vid gränsytan mellan skovelbladet och skovelroten. Om såsom visas i fig. 2 en skovel med ett riktningsorienterat skovelblad och en finkornig skovalrot framställes med skovelbladet under villkor gynnsamma för riktningsoriente- 450 999 3 rad stelnande (lag tillväxthastighet, stor termisk gradient) och därpa skovel- roten med en ökad tillväxthastighet för stelning av roten, har det visat sig ett vid det omrâde, som stelnade när hastighetsändringen utfördes, uppstod en avsevärd ökning i lösningsinnehallet (den vänstra utbuktningen pa kurvan i fig.

ZC). De flesta höglegerade nickellegeringar, som vanligen användes för gasturbinskovlar, är icke eutektiska. Pa sadana skovlar skulle denna inhomo- genitet åstadkomma ett omrâde med avsevärt sämre mekaniska egenskaper.

Det bör observeras att zonen med inhomogenitet i kompoeitionen kommer fortfarande att existera, även om skovelroten skulle atelna först.

För att undvika problemet med inhomogen zon i det omrâde, där ett riktat stelnat akovelblad är förbundet med en finkornig rotstruktur, utnyttjar föreliggande uppfinning magnetisk omröring för att eliminera ett sadant problem. Den magnetiska omröringen blandar det lösningsrlka bandet i den relativt massiva, fortfarande smälta rotsektionen och undviker därigenom nagon nämnvärd ändring av kompositionen. ' Magnetisk omröring grundar sig pa den principen att en elektrisk ledare belägen i ett magnetiskt fält erfar en kraft normal mot planet, som innehåller strömvaktorn och den magnetiska fältvektorn. Om ledare är en vätska orasakar kraften rörelse och en omröringseffekt åstadkommas. Magne- tisk omröring har använts exempelvis vid kontinuerlig gjutning sasom beskri- ves i amerikanska patentskriften 4 256 165.

Denna uppfinning utnyttjar magnetisk omröring för att omfördela den lösningsanrikning, som uppstod före stelningen av ett riktningsorienterat stelnat skovelblad för att förhindra inhomogenitet, när kylningahastigheten ökas för att åstadkomma den finkorniga struktur, som erfordras i roten.

Riktningsorienterad stelning kan utföras exempelvis såsom visas i fig. 3 genom att stelning utgår fran en kylningsplatta av koppar och kontrollerad stelning åstadkommas genom att man långsamt avlägsnar kopparplattan och formen från den heta zonen i ugnen. Här är rotsektionen överst och skovelbladet avlägsnas från ugnen först. Snabbare stelning kan åstadkommas genom att man ökar hastigheten hos avlägsnandet. För att en homogen finkornig struktur i skovelroten skall erhallas, bör den magnetiska omröringen startas i huvudsak samtidigt med ökningen i tillväxthastigheten.

Stelningan börjar salunda med akovelbladet där tillväxt sker under relativt långsamt avlägsnande, och den anda omröringen l vätskan sker genom naturlig konvektion. Da formen avlägsnas, uppnår stelningsfronten gränsytan mellan skovelblad och skovelrot. Vid denna punkt ökas avlägsnlngshastigheten till över den vid vilken riktningsorienterad stelning skar, och den magnetiska 450 999 à omröringen påbörjas (samtidigt med eller strax före ökningen av avlägsnings- hastighet). Den magnetiska omröringan påbörjas genom att systemet aktive- ras sa att elektrisk ström passerar genom vätskan och även genom de magnetiska spelarna (för att åstadkomma det erforderliga magnetiska fältet).

I detta fall sker den snabbare stelningen, som medför en finare och mera likaxlig kornstruktur pa grund av det snabbare avlägsnandet, och omröringen sker genom den forcerade magnetiska omröringen snarare än genom naturlig konvektion. På detta sätt spridas lösningssammansättningen före den sig nërmande gränsytan i vätskan och en mera kemiskt homogen struktur erhålles.

Pa detta sätt kan turbinskovlar framställas, vilka har riktninga- orienterat stelnad (i detta sammanhang innefattar riktningsorienterat stelnad enkla kristaller) strukturer i skovelbladet men finkorniga strukturer i skovel- roten med användning av icke eutektiska legeringar utan att ett band av lösningsrik komposition alstras när stelningshastigheten ökades (vid gränsytan mellan skovelrot och skovelblad).

Anordningen och metoden för att styra kylningshastigheten och även konfigurationen för att alstra magnetisk omröring utgör naturligtvis exempel, och andra metoder för riktningsorienterad stelning och magnetisk omröring kan användas.

Claims (1)

1. 450 999 PATENTKRAV Förfarande för tillverkning av riktningsorienterat stelnade turbin- skovlar för gasturbiner, varvid en form innehållande smält metall kyles på ett kontrollerat sätt, så att stelning sker tillräckligt långsamt för att tillåta att riktningsorienterad stelning sker med början vid skovelbladets ände varvid nämnda stelning övervakas, k ä n n e t e c k n a t av att återstående smält metall magnetiskt blandas vid ungefär början av stelningen av skovelroten, och hastigheten av kylningen av skovelroten sedan ökas till en hastighet större än den vid vilken riktningsorienterad stelning sker, varigenom en skovel erhålles med ett riktningsorienterat skovelblad och en finkornig skovelrot och utan nämnvärd inhomogen del vid gränssnittet mellan skovel- bladet och skovelroten.