WO2013117314A1 - Verfahren zum herstellen eines oxidationsbeständigen turbinenrotors - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines oxidationsbeständigen turbinenrotors Download PDF

Info

Publication number
WO2013117314A1
WO2013117314A1 PCT/EP2013/000336 EP2013000336W WO2013117314A1 WO 2013117314 A1 WO2013117314 A1 WO 2013117314A1 EP 2013000336 W EP2013000336 W EP 2013000336W WO 2013117314 A1 WO2013117314 A1 WO 2013117314A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
shaft
turbine wheel
turbine
chamber
hub
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/000336
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Henker
Anton Stich
Original Assignee
Audi 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 Audi Ag filed Critical Audi Ag
Publication of WO2013117314A1 publication Critical patent/WO2013117314A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/025—Fixing blade carrying members on shafts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/48—Ion implantation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5806—Thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10—Oxidising
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/04—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
    • F01D5/043—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines of the axial inlet- radial outlet, or vice versa, type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/286—Particular treatment of blades, e.g. to increase durability or resistance against corrosion or erosion
    • 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
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/40—Application in turbochargers

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a turbine rotor of an exhaust gas turbocharger, wherein the turbine rotor consists of a turbine wheel with a hub and turbine blades extending from the hub and a shaft.
  • the response or torque build-up of an internal combustion engine charged by means of an exhaust-gas turbocharger depends largely on the mass moment of inertia of the rotor of the exhaust-gas turbocharger, in particular its turbine rotor.
  • the majority of the mass moment of inertia is due to the mass of the turbine wheel, which is part of the turbine rotor. The lower it is, the faster the torque can be built up. Accordingly, by reducing the mass of the turbine wheel, the response of the engine can be improved.
  • One way to reduce the mass of the turbine wheel is to replace the nickel-base alloy usually used, which has a density of about 8 g / cm 3, by another material with a lower density.
  • the material used for the turbine wheel ideally has comparable high temperature properties, especially at temperatures in excess of 800 ° C, such as the nickel base alloys.
  • materials which have the stated properties ie in particular have a low density and good high-temperature properties, are usually not resistant to oxidation in the exhaust gas turbocharger due to the flow of hot exhaust gas of the internal combustion engine occurring temperatures of more than 800 ° C. This means that they are exposed during the operation of the exhaust gas turbocharger to an oxidation process, which adversely affects the surface of the turbine wheel.
  • the turbine rotor should for example consist of a material which has a lower density in comparison with the commonly used nickel-based alloy. This is achieved according to the invention by the method having the features of claim 1.
  • the turbine wheel is present as a built turbine rotor. This means that it is composed of the turbine wheel and the shaft, which are formed or manufactured separately from each other. When the turbine rotor is produced, the shaft is thus connected to the turbine wheel, so that these are subsequently present as a unit in the form of the turbine rotor.
  • the turbine wheel and the shaft are first provided. This provision may also include manufacturing, wherein the turbine wheel is produced in particular by casting.
  • the protective layer is formed on the turbine wheel.
  • an ion implantation method for example, a plasma immersion ion implantation method or a beamline ion implantation method or the like is used for ion implantation.
  • fluorine, chlorine, bromine, iodine or a mixture of these elements can be used as the halogen.
  • the application or introduction of the halogen should, as already stated above, take place on or into the (preferably entire) surface of the turbine wheel, but preferably not the shaft.
  • the turbine wheel After application or introduction, the turbine wheel is subjected to a heat treatment.
  • This heat treatment which can also be referred to as thermal activation or pre-oxidation, takes place at at least 500 ° C. to 900 ° C.
  • the formation of a thermally resistant protective layer takes place. This protects the turbine from impermissible oxidation during operation of the exhaust gas turbocharger. Is used during the heat the action of the turbine wheel and the shaft temperature, it may lead to unwanted oxidation of the shaft and / or to a resolution of a possibly provided compensation of the wave.
  • the connection between the shaft and the turbine wheel via the hub of the turbine wheel may be affected by the heat treatment. It is therefore provided that the shaft is cooled at least partially during the heat treatment of the turbine wheel.
  • the cooling is preferably carried out such that the temperature does not exceed a certain maximum temperature at any point of the shaft during the heat treatment of the turbine wheel.
  • This maximum temperature may be, for example, the oxidation temperature of the shaft or a temperature above which the compensation of the shaft is impaired, ie in particular a homologous temperature of the material of the shaft.
  • the connection portion in which the connection between the shaft and the turbine wheel is made is maintained at a temperature at which the connection between the turbine wheel and the shaft is not impaired. If the turbine wheel and the shaft are connected to one another by soldering, then the temperature should in particular be below the melting temperature of the solder used in the process.
  • the turbine wheel is made of a titanium aluminum alloy, in particular a titanium aluminide.
  • the turbine wheel is made of a nickel-based alloy which has a density of about 8 g / cm 3 .
  • the titanium-aluminum alloy is particularly suitable because it has a significantly lower density.
  • the turbine wheel consists of titanium aluminide (TiAl).
  • TiAl titanium aluminide
  • the titanium-aluminum alloy has a density of about 4 g / cm 3 .
  • the shaft is made of steel.
  • the shaft consists of a material different from the material of the turbine wheel.
  • steel is used to achieve good endurance running of the turbine rotor. This is preferably hardened or compensated. tet.
  • the shaft is cooled at least partially during the heat treatment of the turbine wheel.
  • a development of the invention provides that the heat treatment is carried out at a temperature of at least 500 ° C to at least 900 ° C.
  • the heat treatment preferably takes place at a temperature which corresponds to or exceeds the maximum temperature expected during operation of the exhaust-gas turbocharger. In this way, a further, albeit slight oxidation is avoided immediately after the start of the exhaust gas turbocharger.
  • a development of the invention provides that the shaft is hardened at least partially before connecting to the hub. Hardening is done, for example, by heat treating the shaft followed by rapid cooling. In this way, the structure of the material of the shaft is selectively changed, so that its mechanical resistance increases. Particularly preferably, the hardening of the shaft takes place at least at a bearing point formed on the shaft, on which there is a high load of the shaft during the operation of the exhaust gas turbocharger. Because the shaft is cooled during the heat treatment of the turbine wheel, it is easily possible to perform the hardening already before connecting to the hub and subsequently heat treating the turbine wheel. The hardened portions of the shaft are not affected due to the cooling during the heat treatment.
  • a further development of the invention provides that the turbine wheel is arranged in a first chamber during the heat treatment and the shaft at least in regions in a second chamber which is thermally separated from the first chamber.
  • the first chamber and the second chamber are for example part of a heat treatment device, for example a furnace, with which the heat treatment of the turbine wheel is performed.
  • a heat treatment device for example a furnace
  • the second chamber is thermally decoupled from the first chamber by the thermal separation, for example by means of an insulation arranged between the first and the second chamber.
  • the thermal separation for example by means of an insulation arranged between the first and the second chamber.
  • a cooling medium is passed over at least a portion of the shaft for cooling the shaft.
  • This cooling medium has a sufficiently low temperature to prevent an inadmissibly high temperature of the shaft.
  • the cooling medium may be, for example, air, oil or a salt.
  • the temperature in the second chamber is less than that in the first chamber and at the same time less than the homologous temperature of the material of the shaft.
  • the shaft is particularly preferably located completely in the second chamber.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a turbine rotor of an exhaust-gas turbocharger, which has a turbine wheel with a hub and turbine blades extending from the hub, as well as a shaft,
  • Figure 2 is a longitudinal section through the turbine rotor
  • Figure 3 is a schematic representation of an apparatus for performing a heat treatment of the turbine rotor.
  • FIG. 1 shows a turbine rotor 1 of an exhaust gas turbocharger not shown in more detail.
  • the turbine rotor 1 consists of a turbine wheel 2 and a shaft 3.
  • the turbine rotor 1 is part of the exhaust gas turbocharger, which is assigned to an internal combustion engine.
  • the turbine rotor 1 is usually rotatably mounted in a turbine housing, wherein via the shaft 3, a compressor of a compressor with the turbine wheel 2 is operatively connected.
  • the turbine wheel 2 is composed of a hub 4 and a plurality of turbine blades 5, only a few of which are identified by reference numerals by way of example.
  • the turbine blades 5 extend - relative to a rotational axis 6 of the turbine rotor 1 - starting from the hub 4 in the radial direction to the outside.
  • the turbine wheel 2 consists for example of an aluminum alloy, in particular a titanium aluminide.
  • the shaft 3 is made of steel, for example low alloy steel, in particular 34CrMo 4 .
  • the shaft 3 is fixedly connected to the hub 4 of the turbine wheel 2.
  • the hub 4 is in the region of a hub end face 7, which in the axial direction is not visible to a wheel back 8 of the turbine wheel 2 (not visible here).
  • genüberliegt, as polygonal or polygon 9 is formed. This polygon 9 is used in particular for holding the turbine wheel 2 or the turbine wheel 1 during assembly of the exhaust gas turbocharger.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section of the turbine rotor 1.
  • the turbine wheel 2 and the shaft 2 can be seen again. It is clear that the turbine wheel 2 and the shaft 3 are connected to one another with the aid of a fastening means which is present as a centering pin 10 Recess 1 1 of the turbine wheel 2 and a recess 12 of the shaft 3 engages in the axial direction.
  • the recess 11 is at least partially in a fastening projection 13 of the turbine wheel 2, which extends in the axial direction (with respect to the rotation axis 6), starting from the Rautil 8 in the direction of the shaft 3.
  • the fastening projection 13 has an end face 14 which lies essentially parallel to one end face 15 present on the side of the shaft 3 facing the turbine wheel 2.
  • the fastening projection 13 of the turbine wheel 2 and the shaft 3 have substantially identical or at least similar diameters.
  • a solder foil 16 may be provided, by means of which a permanent connection between the turbine wheel 2 and the shaft 3 is made. Of course, other types of attachment can apply.
  • the turbine wheel 2 and the shaft 3 are manufactured separately from each other.
  • the turbine wheel 2 is manufactured by casting.
  • a joint of the turbine wheel 2, on which the connection to the shaft 3 is subsequently produced, and the wheel back 8 are machined.
  • at least one bearing point of the shaft 3, not shown here, can be hardened. This is optional.
  • the turbine rotor 1 is finished and balanced.
  • the turbine wheel 2 is to be provided with a protective layer not shown here. This is provided in particular when the turbine wheel 2 consists of the aluminum alloy, for example the titanium aluminide.
  • the turbine wheel 2 is protected from unwanted oxidation, which is caused by the high temperature load.
  • a halogen is first applied to or introduced into the surface of the turbine wheel 2. This is done for at least a portion of the surface, but preferably for the entire surface. Subsequently, the turbine wheel 2 is heat-treated to form the protective layer.
  • the procedure is as follows: First, the turbine wheel 2 and the shaft 3 are provided, wherein these are formed or produced separately from one another. Subsequently, the shaft 3 will be connected to the hub 4 of the turbine wheel 2. Subsequently, the halogen is introduced onto or into the entire surface of the turbine wheel 2. Subsequently, the turbine wheel 2 is heat-treated while simultaneously cooling at least a portion of the shaft 3. In this way, an undesired temperature application is avoided or the temperature of the shaft 3 is kept below a maximum temperature. This maximum temperature is for example the homologous temperature of the material, in particular of the tempered material of which the shaft 3 consists.
  • the protective layer can - if desired - a further hardening of the shaft 3 or at least one bearing point of the shaft 3 take place.
  • the finishing or the balancing of the turbine rotor 1 is performed.
  • material is removed from the finished turbine rotor 1, in particular in the region of the hub end face 7 or of the polygon 9. Material is also removed from the blade end face 17. Accordingly, the protective layer is removed again in these areas. Therefore, it is provided to re-form the protective layer on the blade end face 17 by re-heat treatment. This renewed heat treatment can be carried out in particular by an operation of the exhaust gas turbocharger.
  • halogen the protective layer, in particular in the form of Al 2 0 3 - protective layer produced. Accordingly, it is particularly preferably provided that the removal of the protective layer of the blade end face 17 takes place such that the processing depth is less than the penetration depth of the halogen in the material of the turbine wheel 2.
  • the halogen can be chosen in principle arbitrary. However, fluorine, chlorine, bromine, iodine or a mixture of these elements is particularly preferably used.
  • the application or introduction of the halogen may be carried out by a lone implantation method, a dipping method, a spraying method, a coating method or the like.
  • FIG. 3 shows a device 18 for heat-treating the turbine rotor 1, that is to say for carrying out the production or the heat treatment.
  • the device 18 has a first Kammerl 9 and a second chamber 20.
  • the first chamber 19 is preferably the turbine wheel 2, in particular completely, arranged.
  • the second chamber 20 at least partially the shaft 3 is present.
  • an insulation 22 is present between the first chamber 19 and the second chamber 20, which are enclosed by a housing 21, preferably an insulation 22 is present. This thermally separates the first chamber 19 from the second chamber 20, but allows passage of a portion of the turbine rotor 1, so that the arrangement shown in Figure 3 is present.
  • a heater 23 is provided in the first chamber 19, a heater 23 is provided.
  • the heat treatment of the turbine wheel 2 can now be carried out, while at the same time at least a portion of the shaft 3, namely the region arranged in the second chamber 20, is cooled.
  • the cooling can be provided solely by the thermal separation of the second chamber 20 from the first chamber 19 by means of the insulation 22, ie passive.
  • an active cooling in the second chamber 20 is realized.
  • a coolant is passed through the second chamber 20.
  • the coolant may be, for example, air, oil, salt or the like.
  • the heat treatment of the turbine wheel 2 takes place with the aid of the heating device 23. This makes it possible to reach a suitable temperature in the first chamber 19, for example at least 500 ° C. to at least 900 ° C. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Turbinenrotors (1) eines Abgasturboladers, wobei der Turbinenrotor aus einem Turbinenrad (2) mit einer Nabe (4) und mit von der Nabe ausgehenden Turbinenschaufeln (5) sowie einer Welle (3) besteht, mit den Schritten: Bereitstellen des Turbinenrads sowie der Welle; Verbinden der Welle mit der Nabe des Turbinenrads; und Ausbilden einer Oxidationsschutzschicht durch Aufbringen oder Einbringen eines Halogens auf beziehungsweise in die Oberfläche des Turbinenrads, sowie anschließendes Wärmebehandeln des Turbinenrads bei gleichzeitigem Kühlen wenigstens eines Bereichs der Welle. Bevorzugt wird das Turbinenrad (2) aus einer Titan-Aluminiumlegierung hergestellt und die Welle (3) aus Stahl. Während der Wärmebehandlung wird das Turbinenrad (2) in einer ersten Kammer (19) und die Welle (3) wenigstens bereichsweise in einer von der ersten Kammer (19) thermisch getrennten zweiten Kammer (20) angeordnet.

Description

VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES OXIDATIONSBESTANDIGEN TURBINENROTORS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Turbinenrotors eines Abgasturboladers, wobei der Turbinenrotor aus einem Turbinenrad mit einer Nabe und mit von der Nabe ausgehenden Turbinenschaufeln sowie einer Welle besteht.
Das Ansprechverhalten beziehungsweise der Drehmomentaufbau einer mithilfe eines Abgasturboladers aufgeladenen Brennkraftmaschine hängt maßgeblich von dem Mas- senträgheitsmoment des Laufzeugs des Abgasturboladers, insbesondere von dessen Turbinenrotor, ab. Der Großteil des Massenträgheitsmoments entsteht durch die Masse des Turbinenrads, welche Bestandteil des Turbinenrotors ist. Je geringer sie ist, umso schneller kann der Drehmomentaufbau erfolgen. Entsprechend kann durch Verringerung der Masse des Turbinenrads das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine verbessert werden. Eine Möglichkeit, die Masse des Turbinenrads zu reduzieren, ist der Ersatz der üblicherweise verwendeten Nickel-Basislegierung, welche eine Dichte von etwa 8 g/cm3 aufweist, durch ein anderes Material mit einer geringeren Dichte. Das für das Turbinenrad verwendete Material verfügt idealerweise über vergleichbare Hochtemperatureigenschaften, insbesondere bei Temperaturen von mehr als 800°C, wie die Nickel- Basislegierungen. Materialien, welche über die genannten Eigenschaften verfügen, also insbesondere eine geringe Dichte und gute Hochtemperatureigenschaften aufweisen, sind jedoch üblicherweise bei den in dem Abgasturbolader bedingt durch die Durchströmung mit heißem Abgas der Brennkraftmaschine auftretenden Temperaturen von mehr als 800°C nicht oxidationsbeständig. Das bedeutet, dass sie während des Betriebs des Abgasturboladers einem Oxidationsprozess ausgesetzt sind, welcher die Oberfläche des Turbinenrads negativ beeinflusst. Dies gilt insbesondere für die Turbinenschaufeln, welche unmittelbar mit dem heißen Abgas beaufschlagt sind, jedoch grundsätzlich auch für die Nabe, an der die Turbinenschaufeln angeordnet sind.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Turbinenrotors eines Abgasturboladers vorzuschlagen, das zum einen kostengünstig durchführbar ist und zum anderen das Herstellen eines Turbinenrotors ermöglicht, welcher auch bei hohen Temperaturen, wie sie in dem Abgasturbolader auftreten, oxidationsbeständig ist. Dabei soll der Turbinenrotor beispielsweise aus einem Material bestehen, welches im Vergleich mit der üblicherweise verwendeten Nickel-Basislegierung eine geringere Dichte aufweist. Dies wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dieses umfasst die Schritte: Bereitstellen des Turbinenrads sowie der Welle; Verbinden der Welle mit der Nabe des Turbinenrads; und Ausbilden einer Schutzschicht durch Aufbringen oder Einbringen eines Halogens auf beziehungsweise in die Oberfläche des Turbinenrads, bevorzugt die gesamte Oberfläche, sowie anschließendes Wärmebehandeln des Turbinenrads bei gleichzeitigem Kühlen wenigstens eines Bereichs der Welle. Das Turbinenrad liegt als gebauter Turbinenrotor vor. Das bedeutet, dass er sich aus dem Turbinenrad und der Welle zusammensetzt, welche getrennt voneinander ausgebildet beziehungsweise hergestellt werden. Bei dem Herstellen des Turbinenrotors erfolgt mithin ein Verbinden der Welle mit dem Turbinenrad, sodass diese nachfolgend als Einheit in Form des Turbinenrotors vorliegen. Dazu werden zunächst das Turbinenrad sowie die Welle bereitgestellt. Dieses Bereitstellen kann auch ein Herstellen umfassen, wobei das Turbinenrad insbesondere durch Gießen hergestellt wird.
Nach dem Bereitstellen des Turbinenrads sowie der Welle werden diese miteinander verbunden, wobei die Verbindung über die Nabe des Turbinenrads hergestellt wird. Insbesondere wird also die Welle mit der Nabe des Turbinenrads verbunden. Anschließend wird auf dem Turbinenrad die Schutzschicht ausgebildet. Dies erfolgt durch das Aufbringen beziehungsweise Einbringen des Halogens, wobei die Oberfläche des Turbinenrads, insbesondere die gesamte Oberfläche, mit dem Halogen behandelt wird. Das Aufbringen des Halogens kann auf beliebige Art und Weise erfolgen. Beispielsweise ist dazu ein lonenimplantationsverfahren, ein Tauchverfahren, ein Sprühverfahren oder ein Aufstreichverfahren vorgesehen. Als lonenimplantationsverfahren kommt zur Ionenimplantation beispielsweise ein Plasma-Immersions-Ionenimplantationsverfahren beziehungsweise ein Beamline-Ionenimplantationsverfahren oder dergleichen zum Einsatz. Als Halogen kann insbesondere Fluor, Chlor, Brom, Jod oder eine Mischung aus diesen Elementen verwendet werden. Das Aufbringen beziehungsweise Einbringen des Halogens soll, wie bereits vorstehend festgehalten, auf beziehungsweise in die (vorzugsweise gesamte) Oberfläche des Turbinenrads, bevorzugt nicht jedoch der Welle, erfolgen.
Nach dem Aufbringen beziehungsweise Einbringen wird das Turbinenrad einer Wärmebehandlung unterzogen. Diese Wärmebehandlung, welche auch als thermische Aktivierung beziehungsweise Voroxidation bezeichnet werden kann, erfolgt bei mindestens 500°C bis 900°C. Während der Wärmebehandlung erfolgt die Ausbildung einer thermisch beständigen Schutzschicht. Diese schützt das Turbinenrad vor einer unzulässigen Oxidation während des Betriebs des Abgasturboladers. Wird während der Wärmebe- handlung des Turbinenrads auch die Welle temperaturbeaufschlagt, so kann es zu einer ungewünschten Oxidation der Welle und/oder zu einer Auflösung einer eventuell vorgesehenen Vergütung der Welle kommen. Auch wird die Verbindung zwischen der Welle und dem Turbinenrad über die Nabe des Turbinenrads unter Umständen durch die Wärmebehandlung beeinträchtigt. Es ist daher vorgesehen, dass die Welle wenigstens bereichsweise während der Wärmebehandlung des Turbinenrads gekühlt wird. Das Kühlen erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass die Temperatur an einem beliebigen Punkt der Welle während der Wärmebehandlung des Turbinenrads eine bestimmte Maximaltemperatur nicht überschreitet. Diese Maximaltemperatur kann beispielsweise die Oxida- tionstemperatur der Welle sein oder eine Temperatur, bei deren Überschreiten die Vergütung der Welle beeinträchtigt wird, insbesondere also eine homologe Temperatur des Materials der Welle. Besonders bevorzugt wird ebenso der Verbindungsbereich, in welchem die Verbindung zwischen der Welle und dem Turbinenrad hergestellt ist, auf einer Temperatur gehalten, bei welcher die Verbindung zwischen dem Turbinenrad und der Welle nicht beeinträchtigt wird. Sind das Turbinenrad und die Welle durch Löten miteinander verbunden, so soll die Temperatur insbesondere unter der Schmelztemperatur des dabei verwendeten Lots liegen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Turbinenrad aus einer Titan- Aluminiumlegierung, insbesondere einem Titanaluminid, hergestellt wird. In der bekannten Ausführungsform besteht das Turbinenrad aus einer Nickel-Basislegierung, welche eine Dichte von etwa 8 g/cm3 aufweist. Wie eingangs erläutert, ist es sinnvoll, die Masse des Turbinenrotors, insbesondere des Turbinenrads, soweit als möglich zu reduzieren, um die Massenträgheit zu verringern. Zu diesem Zweck eignet sich insbesondere die Titan-Aluminiumlegierung, weil diese eine deutlich geringere Dichte aufweist. Besonders bevorzugt besteht das Turbinenrad aus Titanaluminid (TiAl). Die Titan- Aluminiumlegierung weist eine Dichte von etwa 4 g/cm3 auf. Durch die Aufbringung des Halogens auf die Oberfläche des Turbinenrads aus der Titan-Aluminiumlegierung kommt es bei dem anschließenden Wärmebehandeln zu einer Ausbildung einer thermisch beständigen Al203-Schutzschicht. Diese schützt die Titan-Aluminiumlegierung, insbesondere also das Titanaluminid, vor einer unzulässigen Oxidation während des Betriebs des Abgasturboladers.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Welle aus Stahl hergestellt wird. Die Welle besteht insbesondere aus einem von dem Material des Turbinenrads verschiedenen Material. Beispielsweise wird zum Erlangen einer guten Dauerlauffestigkeit des Turbinenrotors Stahl verwendet. Dieser ist vorzugsweise gehärtet beziehungsweise vergü- tet. Um die Welle vor einer ungewollten Temperaturbeaufschlagung und entsprechend einer Auflösung der Vergütung zu schützen, wird die Welle während der Wärmebehandlung des Turbinenrads wenigstens bereichsweise gekühlt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Wärmebehandeln bei einer Temperatur von mindestens 500°C bis mindestens 900°C erfolgt. Bevorzugt erfolgt das Wärmebehandeln mit einer Temperatur, welche der während des Betriebs des Abgasturboladers erwarteten maximalen Temperatur entspricht oder diese überschreitet. Auf diese Weise wird eine weitere, wenn auch geringfügige Oxidation unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Abgasturboladers vermieden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Welle vor dem Verbinden mit der Nabe wenigstens bereichsweise gehärtet wird. Das Härten erfolgt beispielsweise durch Wärmebehandeln der Welle mit anschließendem schnellem Abkühlen. Auf diese Weise wird gezielt das Gefüge des Materials der Welle geändert, sodass sich seine mechanische Widerstandsfähigkeit erhöht. Besonders bevorzugt erfolgt das Härten der Welle zumindest an einer auf der Welle ausgebildeten Lagerstelle, an welcher während des Betriebs des Abgasturboladers eine hohe Belastung der Welle vorliegt. Weil die Welle während des Wärmebehandeins des Turbinenrads gekühlt wird, ist es problemlos möglich, das Härten bereits vor dem Verbinden mit der Nabe und dem nachfolgenden Wärmebehandeln des Turbinenrads durchzuführen. Die gehärteten Bereiche der Welle werden bedingt durch das Kühlen während der Wärmebehandlung nicht beeinträchtigt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Turbinenrad während dem Wärmebehandeln in einer ersten Kammer und die Welle wenigstens bereichsweise in einer von der ersten Kammer thermisch getrennten zweiten Kammer angeordnet wird. Die erste Kammer und die zweite Kammer sind beispielsweise Bestandteil einer Wärmebehandlungsvorrichtung, beispielsweise eines Ofens, mit welcher die Wärmebehandlung des Turbinenrads durchgeführt wird. Zur Durchführung der Wärmebehandlung wird lediglich die erste Kammer beziehungsweise das darin (bevorzugt vollständig) angeordnete Turbinenrad beheizt. Die zweite Kammer ist dagegen in thermischer Hinsicht durch die thermische Trennung von der ersten Kammer entkoppelt, beispielsweise durch eine zwischen der ersten und der zweiten Kammer angeordnete Isolierung. Insoweit liegt während dem Wärmebehandeln in der zweiten Kammer eine niedrigere Temperatur als in der ersten Kammer vor, wodurch die Welle thermisch weniger stark beansprucht wird als das Turbinenrad. Zusätzlich oder alternativ zu der thermischen Isolierung zwischen der ersten und der zweiten Kammer kann selbstverständlich auch eine aktive Kühlung in der zweiten Kammer durchgeführt werden. Dabei wird zum Kühlen der Welle ein Kühlmedium über wenigstens einen Bereich der Welle geführt. Dieses Kühlmedium weist eine ausreichend niedrige Temperatur auf, um eine unzulässig hohe Temperatur der Welle zu verhindern. Das Kühlmedium kann beispielsweise Luft, Öl oder ein Salz sein. Vorzugsweise ist die in der zweiten Kammer vorliegende Temperatur geringer als die in der ersten Kammer vorliegende und gleichzeitig kleiner als die homologe Temperatur des Materials der Welle. Vorzugsweise gilt dies für jeden Bereich der Welle, welcher in der zweiten Kammer angeordnet ist. Besonders bevorzugt liegt selbstverständlich die Welle vollständig in der zweiten Kammer vor.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Turbinenrotors eines Abgasturboladers, welcher ein Turbinenrad mit einer Nabe und mit von der Nabe ausgehenden Turbinenschaufeln sowie eine Welle aufweist,
Figur 2 einen Längsschnitt durch den Turbinenrotor, und
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung einer Wärmebehandlung des Turbinenrotors.
Die Figur 1 zeigt einen Turbinenrotor 1 eines nicht näher dargestellten Abgasturboladers. Der Turbinenrotor 1 besteht aus einem Turbinenrad 2 und einer Welle 3. Der Turbinenrotor 1 ist Bestandteil des Abgasturboladers, welcher einer Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Der Turbinenrotor 1 ist üblicherweise drehbar in einem Turbinengehäuse gelagert, wobei über die Welle 3 ein Verdichterrad eines Verdichters mit dem Turbinenrad 2 wirkverbunden ist. Das Turbinenrad 2 setzt sich aus einer Nabe 4 und mehreren Turbinenschaufeln 5 zusammen, von welchen lediglich einige beispielhaft mit Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Die Turbinenschaufeln 5 erstrecken sich - bezogen auf eine Drehachse 6 des Turbinenrotors 1 - ausgehend von der Nabe 4 in radialer Richtung nach außen. Das Turbinenrad 2 besteht beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere einem Titanaluminid. Die Welle 3 besteht dagegen aus Stahl, beispielsweise niedrig legiertem Stahl, insbesondere 34CrMo4. Die Welle 3 ist mit der Nabe 4 des Turbinenrads 2 fest verbunden. Die Nabe 4 ist im Bereich einer Nabenstirnseite 7, welche einem hier nicht erkennbaren Radrücken 8 des Turbinenrads 2 in axialer Richtung ge- genüberliegt, als Vielkant- beziehungsweise Mehrkant 9 ausgebildet. Dieser Vielkant 9 dient insbesondere dem Halten des Turbinenrads 2 beziehungsweise des Turbinenrads 1 während einer Montage des Abgasturboladers.
Die Figur 2 zeigt einen Längsschnitt des Turbinenrotors 1. Erkennbar sind wiederum das Turbinenrad 2 und die Welle 2. Es wird deutlich, dass das Turbinenrad 2 und die Welle 3 mithilfe eines als Zentrierstift 10 vorliegenden Befestigungsmittels miteinander verbunden sind, wobei der Zentrierstift 10 in eine Ausnehmung 1 1 des Turbinenrads 2 und eine Ausnehmung 12 der Welle 3 in axialer Richtung eingreift. Die Ausnehmung 11 liegt wenigstens bereichsweise in einem Befestigungsvorsprung 13 des Turbinenrads 2 vor, welcher sich in axialer Richtung (bezüglich der Drehachse 6) ausgehend von dem Radrücken 8 in Richtung der Welle 3 erstreckt. Der Befestigungsvorsprung 13 weist eine Stirnseite 14 auf, welche im Wesentlichen parallel auf einer der dem Turbinenrad 2 zugewandten Seite der Welle 3 vorliegenden Stirnseite 15 liegt. Im Bereich der Stirnseiten 14 und 15 weisen der Befestigungsvorsprung 13 des Turbinenrads 2 und die Welle 3 im Wesentlichen identische oder zumindest ähnliche Durchmesser auf. Zwischen den Stirnseiten 14 und 15 kann eine Lötfolie 16 vorgesehen sein, mittels welcher eine dauerhafte Verbindung zwischen dem Turbinenrad 2 und der Welle 3 hergestellt ist. Selbstverständlich können auch andere Befestigungsarten Anwendung finden.
Bei einem Herstellen des Turbinenrotors 1 werden üblicherweise das Turbinenrad 2 und die Welle 3 separat voneinander hergestellt. Insbesondere wird das Turbinenrad 2 durch Gießen gefertigt. Beispielsweise werden bei dem Herstellen des Turbinenrotors 1 nach dem Gießen des Turbinenrads 2 eine Fügestelle des Turbinenrads 2, an welcher nachfolgend die Verbindung zu der Welle 3 hergestellt wird, sowie der Radrücken 8 mechanisch bearbeitet. Anschließend wird das Turbinenrad 2 mit der Welle 3, welche insbesondere vergütet wurde, zu dem Turbinenrotor 1 zusammengefügt, wobei die Welle 3 mit dem Turbinenrad 2 verbunden wird. Nachfolgend kann wenigstens eine hier nicht dargestellte Lagerstelle der Welle 3 gehärtet werden. Dies ist jedoch optional. Anschließend wird der Turbinenrotor 1 endbearbeitet und gewuchtet. Für das Endbearbeiten und Wuchten wird mechanisch Material von dem Turbinenrotor 1 abgetragen, beispielsweise durch Schleifen oder dergleichen. Insbesondere erfolgt dabei ein Überschleifen des Vielkants 9 sowie einer Schaufelstirnseite 17 wenigstens eines der Turbinenschaufeln 5. Die Schaufelstirnseite 17 ist an einem freien Ende der Turbinenschaufel 5 ausgebildet, welches auf der der Nabe 4 abgewandten Seite der Turbinenschaufel 5 vorliegt. Weil der Turbinenrotor 1 während des Betriebs des Abgasturboladers mit einer hohen Temperatur beaufschlagt ist, also einer hohen Temperaturbelastung unterworfen ist, soll das Turbinenrad 2 mit einer hier nicht näher dargestellten Schutzschicht versehen werden. Dies ist insbesondere dann vorgesehen, wenn das Turbinenrad 2 aus der Aluminiumlegierung, beispielsweise dem Titanaluminid, besteht. In diesem Fall ist es von besonderer Bedeutung, dass das Turbinenrad 2 vor unerwünschter Oxidation geschützt wird, welche durch die hohe Temperaturbelastung verursacht wird. Zur Herstellung der Beschichtung soll zunächst ein Halogen auf beziehungsweise in die Oberfläche des Turbinenrads 2 aufgebracht beziehungsweise eingebracht werden. Dies erfolgt für zumindest einen Bereich der Oberfläche, bevorzugt jedoch für die gesamte Oberfläche. Anschließend wird das Turbinenrad 2 wärmebehandelt, um die Schutzschicht auszubilden.
Wird diese Wärmebehandlung durchgeführt, nachdem die Welle 3 mit dem Turbinenrad 2 verbunden wurde, so wird die Welle 3 einer ungewünschten Temperaturbelastung ausgesetzt, durch welche es beispielsweise zu einer Auflösung einer eventuell vorgesehenen Vergütung der Welle 3 kommt. Aus diesem Grund soll bei dem Herstellen des Turbinenrotors 1 wie folgt vorgegangen werden: Zunächst werden das Turbinenrad 2 und die Welle 3 bereitgestellt, wobei diese separat voneinander ausgebildet beziehungsweise hergestellt werden. Anschließend wird die Welle 3 mit der Nabe 4 des Turbinenrads 2 verbunden werden. Anschließend wird das Halogen auf beziehungsweise in die gesamte Oberfläche des Turbinenrads 2 eingebracht. Anschließend wird das Turbinenrad 2 wärmebehandelt, während gleichzeitig wenigstens ein Bereich der Welle 3 gekühlt wird. Auf diese Weise wird eine ungewünschte Temperaturbeaufschlagung vermieden beziehungsweise die Temperatur der Welle 3 unterhalb einer Maximaltemperatur gehalten. Diese Maximaltemperatur ist beispielsweise die homologe Temperatur des Materials, insbesondere des vergüteten Materials, aus welchem die Welle 3 besteht.
Nach dem Ausbilden der Schutzschicht kann - soweit gewünscht - ein weiteres Härten der Welle 3 beziehungsweise wenigstens einer Lagerstelle der Welle 3 erfolgen. Anschließend wird die Endbearbeitung beziehungsweise das Wuchten des Turbinenrotors 1 durchgeführt. Zu diesem Zweck wird Material von dem fertigen Turbinenrotor 1 abgetragen, insbesondere im Bereich der Nabenstirnseite 7 beziehungsweise des Vielkants 9. Auch von der Schaufelstirnseite 17 wird üblicherweise Material abgetragen. Entsprechend wird in diesem Bereichen die Schutzschicht wieder entfernt. Daher ist es vorgesehen, die Schutzschicht an der Schaufelstirnseite 17 durch erneutes Wärmebehandeln wieder auszubilden. Dieses erneute Wärmebehandeln kann insbesondere durch einen Betrieb des Abgasturboladers erfolgen. Bei diesem wird durch noch in dem Turbinenrad 2 enthaltenes Halogen die Schutzschicht, insbesondere in Form der Al203- Schutzschicht, hergestellt. Entsprechend ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Entfernen der Schutzschicht von der Schaufelstirnseite 17 derart erfolgt, dass die Bearbeitungstiefe geringer ist als die Eindringtiefe des Halogens in das Material des Turbinenrads 2. Das Halogen kann prinzipiell beliebig gewählt sein. Besonders bevorzugt wird jedoch Fluor, Chlor, Brom, Jod oder eine Mischung aus diesen Elementen verwendet. Das Aufbringen beziehungsweise Einbringen des Halogens kann durch ein lone- nimplantationsverfahren, ein Tauchverfahren, ein Sprühverfahren, ein Aufstreichverfahren oder dergleichen erfolgen.
Die Figur 3 zeigt eine Vorrichtung 18 zum Wärmebehandeln des Turbinenrotors 1 , also zum Durchführen des Herstellens beziehungsweise des Wärmebehandeins. Die Vorrichtung 18 verfügt über eine erste Kammerl 9 und eine zweite Kammer 20. In der ersten Kammer 19 ist vorzugsweise das Turbinenrad 2, insbesondere vollständig, angeordnet. In der zweiten Kammer 20 liegt dagegen wenigstens bereichsweise die Welle 3 vor. Zwischen der ersten Kammer 19 und der zweiten Kammer 20, welche von einem Gehäuse 21 eingefasst sind, liegt vorzugsweise eine Isolierung 22 vor. Diese trennt die erste Kammer 19 thermisch von der zweiten Kammer 20, erlaubt jedoch ein Durchtreten eines Bereichs des Turbinenrotors 1 , sodass die in der Figur 3 dargestellte Anordnung vorliegt. In der ersten Kammer 19 ist eine Heizvorrichtung 23 vorgesehen. Mithilfe der Vorrichtung 18 kann nun die Wärmebehandlung des Turbinenrads 2 durchgeführt werden, während gleichzeitig wenigstens ein Bereich der Welle 3, nämlich der in der zweiten Kammer 20 angeordnete Bereich, gekühlt wird. Das Kühlen kann dabei allein durch die thermische Trennung der zweiten Kammer 20 von der ersten Kammer 19 mittels der Isolierung 22, also passiv, vorgesehen sein. Vorzugsweise ist jedoch eine aktive Kühlung in der zweiten Kammer 20 realisiert. Dazu wird ein Kühlmittel durch die zweite Kammer 20 geleitet. Das Kühlmittel kann beispielsweise Luft, Öl, Salz oder dergleichen sein. Das Wärmebehandeln des Turbinenrads 2 erfolgt mithilfe der Heizvorrichtung 23. Diese ermöglicht das Erreichen einer geeigneten Temperatur in der ersten Kammer 19, beispielsweise mindestens 500°C bis mindestens 900°C. BEZUGSZEICHENLISTE
Turbinenrotor
Turbinenrad
Welle
Nabe
Turbinenschaufel
Drehachse
Nabenstirnseite
Radrücken
Vielkant
Zentrierstift
Ausnehmung
Ausnehmung
Befestigungsvorsprung
Stirnseite
Stirnseite
Lötfolie
Schaufelstirnseite
Vorrichtung
1. Kammer
2. Kammer
Gehäuse
Isolierung
Heizvorrichtung

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum Herstellen eines Turbinenrotors (1 ) eines Abgasturboladers, wobei der Turbinenrotor (1) aus einem Turbinenrad (2) mit einer Nabe (4) und mit von der Nabe (4) ausgehenden Turbinenschaufeln (5) sowie einer Welle (3) besteht, mit den Schritten:
- Bereitstellen des Turbinenrads (2) sowie der Welle (3);
- Verbinden der Welle (3) mit der Nabe (4) des Turbinenrads (2); und
- Ausbilden einer Schutzschicht durch Aufbringen oder Einbringen eines Halogens auf beziehungsweise in die Oberfläche des Turbinenrads (2) sowie anschließendes Wärmebehandeln des Turbinenrads (2) bei gleichzeitigem Kühlen wenigstens eines Bereichs der Welle (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (2) aus einer Titan-Aluminiumlegierung, insbesondere einem Titanaluminid, hergestellt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) aus Stahl hergestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmebehandeln bei einer Temperatur von mindestens 50Q°C bis mindestens 900°C erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) vor dem Verbinden mit der Nabe (4) wenigstens bereichsweise gehärtet wird.
6 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (2) während dem Wärmebehandeln in einer ersten Kammer (19) und die Welle (3) wenigstens bereichsweise in einer von der ersten Kammer (19) thermisch getrennten zweiten Kammer (20) angeordnet wird.
PCT/EP2013/000336 2012-02-06 2013-02-05 Verfahren zum herstellen eines oxidationsbeständigen turbinenrotors WO2013117314A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012002285.9A DE102012002285B4 (de) 2012-02-06 2012-02-06 Verfahren zum Herstellen eines Turbinenrotors
DE102012002285.9 2012-02-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013117314A1 true WO2013117314A1 (de) 2013-08-15

Family

ID=47678700

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/000336 WO2013117314A1 (de) 2012-02-06 2013-02-05 Verfahren zum herstellen eines oxidationsbeständigen turbinenrotors

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012002285B4 (de)
WO (1) WO2013117314A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3043564A1 (fr) * 2019-05-15 2020-11-15 Safran Procede de formation d'une couche d'alumine a la surface d'un substrat metallique

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0580081A1 (de) * 1992-07-17 1994-01-26 Sumitomo Light Metal Industries Limited Erzeugnis aus einer intermetallischen Verbindung des Ti-Al-Systems mit hoher Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation und Verschleiss und Verfahren zur Herstellung dieses Erzeugnisses
EP0770702A1 (de) * 1995-10-23 1997-05-02 DECHEMA Deutsche Gesellschaft für Chemisches Apparatewesen, Chemische Technik und Biotechnologie e.V. Verfahren zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit von Legierungen auf der Basis TiAl
EP0837221A2 (de) * 1996-10-18 1998-04-22 Daido Steel Company Limited Turbinenrotor aus Ti-Al und Verfahren zur Herstellung
EP1462537A2 (de) * 2003-03-21 2004-09-29 DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines aus einer Al-Legierung, insbesondere TiAl-Legierung bestehenden Bauteiles sowie die Verwendung organischer Halogenkohlenstoffverbindungen oder in einer organischen Matrix eingebundener Halogenide
WO2005071227A1 (de) * 2004-01-21 2005-08-04 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren und vorrichtung zur reparatur von integral beschaufelten rotoren
EP1785585A1 (de) * 2005-11-09 2007-05-16 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen einer Dampfturbinenwelle
DE102008028990A1 (de) * 2008-06-20 2010-02-11 Dechema Gesellschaft Für Chemische Technik Und Biotechnologie E.V. Erhöhung der Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit von TiAl-Legierungen und daraus bestehenden Bauteilen durch Pl3
DE102009034420A1 (de) * 2009-07-24 2011-02-03 Audi Ag Vorrichtung zum Fügen eines Turbinenrades mit einer Welle

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004116317A (ja) * 2002-09-24 2004-04-15 Toyota Motor Corp 回転電機付き過給機のロータ回転バランス調整方法
DE10351946A1 (de) 2003-03-21 2004-10-07 Dechema Gesellschaft Für Chemische Technik Und Biotechnologie E.V. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines aus einer AL-Legierung, insbesondere TiAL-Legierung bestehenden Bauteiles sowie die Verwendung organischer Halogenkohlenstoffverbindungen oder in einer organischen Matrik eingebundener Halogenide
WO2008080633A2 (de) * 2006-12-30 2008-07-10 Dechema Gesellschaft Für Chemische Technik Und Biotechnologie E.V. Verfahren zur erhöhung der oxidationsbeständigkeit von ni-basislegierungen durch die behandlung mit halogenen

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0580081A1 (de) * 1992-07-17 1994-01-26 Sumitomo Light Metal Industries Limited Erzeugnis aus einer intermetallischen Verbindung des Ti-Al-Systems mit hoher Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation und Verschleiss und Verfahren zur Herstellung dieses Erzeugnisses
EP0770702A1 (de) * 1995-10-23 1997-05-02 DECHEMA Deutsche Gesellschaft für Chemisches Apparatewesen, Chemische Technik und Biotechnologie e.V. Verfahren zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit von Legierungen auf der Basis TiAl
EP0837221A2 (de) * 1996-10-18 1998-04-22 Daido Steel Company Limited Turbinenrotor aus Ti-Al und Verfahren zur Herstellung
EP1462537A2 (de) * 2003-03-21 2004-09-29 DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines aus einer Al-Legierung, insbesondere TiAl-Legierung bestehenden Bauteiles sowie die Verwendung organischer Halogenkohlenstoffverbindungen oder in einer organischen Matrix eingebundener Halogenide
WO2005071227A1 (de) * 2004-01-21 2005-08-04 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren und vorrichtung zur reparatur von integral beschaufelten rotoren
EP1785585A1 (de) * 2005-11-09 2007-05-16 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen einer Dampfturbinenwelle
DE102008028990A1 (de) * 2008-06-20 2010-02-11 Dechema Gesellschaft Für Chemische Technik Und Biotechnologie E.V. Erhöhung der Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit von TiAl-Legierungen und daraus bestehenden Bauteilen durch Pl3
DE102009034420A1 (de) * 2009-07-24 2011-02-03 Audi Ag Vorrichtung zum Fügen eines Turbinenrades mit einer Welle

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012002285A1 (de) 2013-08-08
DE102012002285B4 (de) 2020-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012002284B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines Turbinenrotors eines Abgasturboladers sowie Verwendung eines Turbinenrotors
DE60208629T2 (de) Verfahren zur Herstellung und Reparatur eines integral beschaufelten Rotors
EP2890519B1 (de) Verfahren zur herstellung eines verbundbauteils
DE112010002758B4 (de) Ermüdungsresistente gegossene gegenstände aus titanlegierung
DE102019122029B4 (de) Schützen eines lochs in der komponente während des beschichtungsprozesses mit einem stopfen mit wasserlöslicher schicht
EP3581668B1 (de) Verfahren zur herstellung eines bauteils aus gamma - tial und entsprechend hergestelltes bauteil
CH709882B1 (de) Verfahren für das metallurgische Festzustandsverbinden verschiedener Hochtemperaturmaterialien und damit hergestellter Artikel.
EP3015568B1 (de) Schlicker und verfahren zur herstellung einer oxidations- und korrosionsbeständigen diffusionsschicht
EP3530763A1 (de) Verfahren zur herstellung eines bauteils aus einer gradierten tial - legierung und entsprechend hergestelltes bauteil
EP2966260A1 (de) Turbinenrad eines abgasturboladers und zugehöriges herstellungsverfahren
DE112017005096T5 (de) Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel
DE102006013139B4 (de) Dampfturbinenrotor und Verfahren zur Herstellung eines Dampfturbinenrotors
WO2013117314A1 (de) Verfahren zum herstellen eines oxidationsbeständigen turbinenrotors
EP2880263B1 (de) Verfahren zum herstellen eines turbinenrotors eines abgasturboladers
EP1465739B1 (de) Verfahren zum beschichten von einem substrat mit löchern
CH658676A5 (de) Spinnrotor fuer eine offenend-spinnmaschine und verfahren zu seiner herstellung.
EP3025821B1 (de) Lötverfahren zur panzerung der z-notch von tial-schaufeln
EP1097249B1 (de) Verfahren zur herstellung einer panzerung für ein metallisches bauteil
DE112015000578B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel
EP2842662B1 (de) Schaufelspitzenpanzerung für Titanschaufeln
DE102018217056B4 (de) Turbinenläufer und Verfahren zur Herstellung desselben
EP3088122B1 (de) Reparatur von einkristallinen strömungskanalsegmenten mittels einkristallinem umschmelzen
DE102007052410A1 (de) Vorrichtung zum Halten und zumindest teilweisem Abdecken des Fußes einer Schaufel einer Gasturbine für das Beschichten dieser Schaufel, Verfahren zum Herstellen einer derartigen Vorrichtung, sowie Verfahren zum Beschichten von Schaufeln für Gasturbinen
EP2628816A1 (de) Verfahren zum Aufbringen einer Wärmedämmschicht
DE102014206274A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Haushaltsgerätebauteils mit einer Vertiefung in einer Reinigungsschicht sowie Haushaltsgerätebauteil und Haushaltsgerät

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13702924

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13702924

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14443420

Country of ref document: US