DE10343782A1 - Process for the production of components - Google Patents

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Gerhard Andrees
Max Kraus
Josef Kranzeder
Raimund Lackermeier
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MTU Aero Engines AG
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MTU Aero Engines GmbH
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    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen vorzugsweise einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtreibwerks, durch pulvermetallurgisches Spritzgießen. DOLLAR A Beim pulvermetallurgischen Spritzgießen wird zuerst ein Metallpulver mit einem Bindemittel zu einer homogenen Masse vermischt, wobei anschließend aus der homogenen Masse durch Spritzgießen mindestens ein Formkörper gefertigt und wobei der oder jeder Formkörper darauffolgend einem Entbinderungsprozess unterzogen wird. Im Anschluss wird durch Sintern der oder jeder Formkörper zu mindestens einem Bauteil mit gewünschten geometrischen Eigenschaften verdichtet. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden zur Herstellung eines Bauteils mehrere Formkörper während des Sinterns durch einen Diffusionsprozess miteinander verbunden. Vorzugsweise werden die miteinander zu verbindenden Formkörper zumindest während des Sinterns an miteinander zu verbindenden Abschnitten der Formkörper in Flächenkontakt, vorzugsweise in einen formschlüssigen Flächenkontakt, gebracht, wobei während des Sinterns ein Druck auf die miteinander zu verbindenden Formkörper ausgeübt wird (Fig. 2).The invention relates to a method for producing components, preferably a gas turbine, in particular a jet propulsion plant, by powder metallurgical injection molding. DOLLAR A In powder metallurgical injection molding, a metal powder is first mixed with a binder to form a homogeneous mass, wherein subsequently made of the homogeneous mass by injection molding at least one molded body and wherein the or each shaped body is subsequently subjected to a debinding process. Subsequently, by sintering the or each shaped body is compressed to at least one component with desired geometric properties. DOLLAR A According to the invention, a plurality of moldings are connected to each other during the sintering by a diffusion process to produce a component. The moldings to be joined together are preferably brought into surface contact, preferably into a positive surface contact, at portions of the moldings to be joined together during sintering, during which pressure is exerted on the molded bodies to be joined together during sintering (FIG. 2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen vorzugsweise einer Gasturbine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a method for producing components, preferably A gas turbine according to the preamble of patent claim 1.

Moderne Gasturbinen, insbesondere Flugtriebwerke, müssen höchsten Ansprüchen im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Gewicht, Leistung, Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer gerecht werden. In den letzten Jahrzehnten wurden insbesondere auf dem zivilen Sektor Flugtriebwerke entwickelt, die den obigen Anforderungen voll gerecht werden und ein hohes Maß an technischer Perfektion erreicht haben. Bei der Entwicklung von Flugtriebwerken spielt unter anderem die Werkstoffauswahl, die Suche nach neuen, geeigneten Werkstoffen sowie die Suche nach neuen Fertigungsverfahren eine entscheidende Rolle.modern Gas turbines, in particular aircraft engines, must meet the highest demands in the In terms of reliability, Weight, performance, economy and durability meet. In recent decades, especially in the civil sector Aero engines developed that fully meet the above requirements be and a high level achieved technical perfection. In the development of aircraft engines plays among other things the material selection, the search for new, suitable materials and the search for new manufacturing processes a crucial role.

Die wichtigsten, heutzutage für Flugtriebwerke oder sonstige Gasturbinen verwendeten Werkstoffe sind Titanlegierungen, Nickellegierungen (auch Superlegierungen genannt) und hochfeste Stähle. Die hochfesten Stähle werden für Wellenteile, Getriebeteile, Verdichtergehäuse und Turbinengehäuse verwendet. Titanlegierungen sind typische Werkstoffe für Verdichterteile. Nickellegierungen sind für die heißen Teile des Flugtriebwerks geeignet.The most importantly, nowadays for Aeroengines or other gas turbines used materials are titanium alloys, nickel alloys (also superalloys called) and high-strength steels. The high strength steels be for Shaft parts, gear parts, compressor housing and turbine housing used. Titanium alloys are typical materials for compressor parts. nickel alloys are for the hot ones Parts of the aircraft engine suitable.

Bei der Fertigung bzw. Herstellung von Präzisionsbauteilen aus metallischen oder auch keramischen Pulvern hat sich das pulvermetallurgische Spritzgießen bewährt. Das pulvermetallurgische Spritzgießen ist mit dem Kunststoffspritzguss verwandt und wird auch als Metallform-Spritzen oder Metal Injection Moulding-Verfahren (MIM-Verfahren) bezeichnet. Mit dem pulvermetallurgischen Spritzgießen können Bauteile hergestellt werden, die fast die volle Dichte sowie ca. 95% der statischen Festigkeit von Schmiedeteilen erreichen. Die gegenüber Schmiedeteilen verringerte dynamische Festigkeit kann durch geeignete Werkstoffauswahl kompensiert werden.at the manufacture or production of precision components from metallic or ceramic powders, the powder metallurgical injection molding has proven. The powder metallurgical injection molding is related to plastic injection molding and is also called metal mold spraying or Metal Injection Molding (MIM) method. With the powder metallurgical injection molding components can be produced almost the full density and about 95% of the static strength of Reach forging parts. The reduced compared to forgings dynamic strength can be compensated by suitable choice of materials.

Beim pulvermetallurgischen Spritzgießen wird nach dem Stand der Technik in groben Zügen so vorgegangen, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein Pulver, vorzugsweise ein Metallpulver, Hartmetallpulver oder auch Keramikpulver, mit einem Bindemittel und gegebenenfalls einem Plastifizierer zu einer homogenen Masse vermischt wird. Aus dieser homogenen Masse werden durch Spritzgießen Formkörper gefertigt. Die spritzgegossenen Formkörper besitzen bereits die geometrische Form des herzustellenden Bauteils, ihr Volumen ist jedoch um das Volumen des zugesetzten Bindemittels und Plastifizierungsmittels vergrößert. Den spritzgegossenen Formkörpern wird in einem Entbinderungsprozess das Bindemittel sowie Plastifizierungsmittel entzogen. Darauffolgend wird während des Sinterns der Formkörper zum fertigen Bauteil verdichtet bzw. geschrumpft. Während des Sinterns verkleinert sich das Volumen des Formkörpers, wobei entscheidend ist, dass die Dimensionen des Formteils in allen drei Raumrichtungen gleichmäßig schwinden müssen. Der Volumenschwund beträgt abhängig vom Bindemittel- und Plastifizierungsmittelgehalt zwischen 30% und 60%.At the powder metallurgical injection molding is According to the state of the art, the procedure was such that in a first process step, a powder, preferably a metal powder, Hard metal powder or ceramic powder, with a binder and optionally a plasticizer to a homogeneous mass is mixed. From this homogeneous mass moldings are manufactured by injection molding. The injection-molded body already have the geometric shape of the component to be produced, however, their volume is around the volume of added binder and plasticizer. The injection-molded bodies will in a debinding process, the binder and plasticizer withdrawn. Subsequently, during the sintering of the moldings compressed or shrunk to the finished component. During the Sintering reduces the volume of the shaped body, where it is crucial that the dimensions of the molding in all three spatial directions disappear evenly have to. Of the Volume shrinkage is dependent binder and plasticizer content between 30% and 60%.

Nach dem Stand der Technik wird beim pulvermetallurgischen Spritzgießen üblicherweise so vorgegangen, dass jeder Formkörper für sich dem Entbinderungsprozess unterzogen und darauffolgend für sich gesintert wird. Gegebenfalls werden erst nach dem eigentlichen pulvermetallurgischen Spritzgießen mehrere durch pulvermetallurgisches Spritzgießen hergestellte Bauteile über geeignete Fügeverfahren miteinander verbunden. Mit den aus dem Stand der Technik bekannten pulvermetallurgischen Spritzgießverfahren ist demnach die Herstellung von Bauteilen mit einer komplexen, dreidimensionalen Gestalt nur in beschränktem Umfang möglich.To The prior art is usually in powder metallurgy injection molding so proceeded that every molding for themselves subjected to the debinding process and then sintered for themselves becomes. If necessary, only after the actual powder metallurgical injection molding several components produced by powder metallurgical injection molding via suitable joining methods connected with each other. With the known from the prior art powder metallurgical injection molding is therefore the production of components with a complex, three-dimensional Shape only in limited Scope possible.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Bauteilen vorzuschlagen.Of these, Based on the present invention, the problem underlying to propose a novel process for the production of components.

Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass das eingangs genannte Verfahren durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist.This Problem is solved by that the method mentioned by the features of the characterizing Part of claim 1 is further developed.

Erfindungsgemäß werden zur Herstellung eines Bauteils mehrere Formkörper während des Sinterns durch einen Diffusionsprozess miteinander verbunden.According to the invention for producing a component, several moldings during sintering by a Diffusion process interconnected.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, ein Bauteil aus mehreren Formkörpern dadurch herzustellen, dass während des Sinterns, also während des pulvermetallurgischen Spritzgießens, die Formkörper zu dem herzustellenden Bauteil durch einen Diffusionsprozess miteinander verbunden werden. Hierdurch wird es möglich, mithilfe des pulvermetallurgischen Spritzgießens auch Bauteile mit einer komplexen, dreidimensionalen Gestalt schnell und kostengünstig herzustellen.in the For the purposes of the present invention, it is proposed to use a component from several moldings to produce that during of sintering, so while powder metallurgical injection molding, the moldings to the component to be produced by a diffusion process with each other get connected. This makes it possible, using the powder metallurgical Injection molding too Components with a complex, three-dimensional shape quickly and cost-effective manufacture.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die miteinander zu verbindenden Formkörper zumindest während des Sinterns an miteinander zu verbindenden Abschnitten der Formkörper in Flächenkontakt, vorzugsweise in einen formschlüssigen Flächenkontakt gebracht, wobei während des Sinterns und während des gleichzeitig ablaufenden Diffusionsprozesses ein Druck auf die miteinander zu verbindenden Formkörper ausgeübt wird.According to an advantageous embodiment of the invention, the moldings to be joined together are brought into surface contact, preferably in a positive surface contact, at least during sintering to be joined together sections of the moldings, wherein currency During the sintering process and during the simultaneous diffusion process, a pressure is exerted on the moldings to be joined together.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere zur Herstellung von Schaufeln oder Schaufelsegmenten aus mehreren Schaufeln eines Flugtriebwerks verwendet, wobei diese Schaufeln oder Schaufelsegmente aus einer Nickelbasislegierung oder auch Titanbasislegierung bestehen.The inventive method is used in particular for the production of blades or blade segments used from several blades of an aircraft engine, these Shovels or blade segments made of a nickel-based alloy or also consist titanium base alloy.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.preferred Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:embodiments The invention will be described, but not limited to, with reference to the drawing explained in more detail. In the drawing shows:

1: ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung der einzelnen Verfahrenschritte beim pulvermetallurgischen Spritzgießen; 1 : a block diagram to illustrate the individual process steps in powder metallurgy injection molding;

2: einen Querschnitt durch zwei mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens miteinander zu verbindende Formkörper; 2 a cross-section through two moldings to be joined together by means of the method according to the invention;

3: einen weiteren Querschnitt durch zwei mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens miteinander zu verbindende Formkörper; und 3 a further cross-section through two molded articles to be joined together by means of the method according to the invention; and

4: einen weiteren Querschnitt durch zwei mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens miteinander zu verbindende Formkörper. 4 : a further cross-section through two molded articles to be joined together by means of the method according to the invention.

Die hier vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Bauteilen vorzugsweise einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks, durch pulvermetallurgisches Spritzgießen (PM). Pulvermetallurgisches Spritzgießen wird auch als Metal Injection Moulding (MIM) bezeichnet.The This invention relates to the manufacture of components preferably a gas turbine, in particular an aircraft engine, by powder metallurgical injection molding (PM). powdered Metal injection molding Also referred to as Metal Injection Molding (MIM).

Unter Bezugnahme auf 1 werden die einzelnen Verfahrensschritte des pulvermetallurgischen Spritzgießens erläutert. In einem ersten Schritt 10 wird ein Metallpulver, Hartmetallpulver oder Keramikpulver bereitgestellt. In einem zweiten Schritt 11 werden ein Bindemittel und ggf. ein Plastifizierungsmittel bereitgestellt. Das im Verfahrensschritt 10 bereitgestellte Metallpulver sowie das im Verfahrensschritt 11 bereitgestellte Bindemittel und Plastifizierungsmittel werden im Verfahrensschritt 12 gemischt, so dass sich eine homogene Masse ausbildet. Der Volumenanteil des Metallpulvers in der homogenen Masse beträgt dabei vorzugsweise zwischen 40% und 70%. Der Anteil von Bindemittel und Plastifizierungsmittel an der homogenen Masse schwankt demnach in etwa zwischen 30% und 60%.With reference to 1 the individual process steps of powder metallurgy injection molding will be explained. In a first step 10 For example, a metal powder, hard metal powder or ceramic powder is provided. In a second step 11 a binder and optionally a plasticizer are provided. The in process step 10 provided metal powder and that in the process step 11 provided binders and plasticizers are in the process step 12 mixed, so that forms a homogeneous mass. The volume fraction of the metal powder in the homogeneous mass is preferably between 40% and 70%. The proportion of binder and plasticizer on the homogeneous mass thus varies approximately between 30% and 60%.

Diese homogene Masse aus Metallpulver, Bindemittel und Plastifizierungsmittel wird im Sinne des Schritts 13 durch Spritzgießen weiterverarbeitet. Beim Spritzgießen werden Formkörper gefertigt. Diese Formkörper weisen schon alle typischen Merkmale der herzustellenden Bauteile auf. Insbesondere verfügen die Formkörper über die geometrische Form des zu fertigenden Bauteils. Sie verfügen jedoch über ein um den Bindemittelgehalt sowie Plastifizierungsmittelgehalt vergrößertes Volumen.This homogeneous mass of metal powder, binder and plasticizer is in the sense of the step 13 further processed by injection molding. In injection molding moldings are made. These moldings already have all the typical features of the components to be produced. In particular, the shaped bodies have the geometric shape of the component to be manufactured. However, they have a volume increased by the binder content and plasticizer content.

Im nachgeschalteten Schritt 14 wird das Bindemittel und das Plastifizierungsmittel aus den Formkörpern ausgetrieben. Den Verfahrensschritt 14 kann man auch als Endbinderungsprozess bezeichnen. Das Austreiben von Bindemittel und Plastifizierungsmittel kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Üblicherweise erfolgt dies durch fraktionierte, thermische Zersetzung bzw. Verdampfung. Eine weitere Möglichkeit besteht durch Heraussaugen der thermisch verflüssigten Binde- und Plastifizierungsmittel durch Kapillarkräfte, durch Sublimation oder durch Lösungsmittel.In the subsequent step 14 the binder and the plasticizer are expelled from the moldings. The process step 14 can also be called the final binding process. The expulsion of binder and plasticizer can be done in different ways. This is usually done by fractional, thermal decomposition or evaporation. Another possibility consists of sucking out the thermally liquefied binding and plasticizing agents by capillary forces, by sublimation or by solvents.

Im Anschluss an den Entbinderungsprozess im Sinne des Schritts 14 werden die Formkörper im Sinne des Schritts 15 gesintert. Während des Sinterns werden die Formkörper zu den Bauteilen mit den endgültigen, geometrischen Eigenschaften verdichtet. Während des Sinterns verkleinern sich demnach die Formkörper, wobei die Dimensionen der Formkörper in allen drei Raumrichtungen gleichmäßig schwinden müssen. Der lineare Schwund beträgt abhängig vom Bindemittelgehalt und Plastifizierungsmittelgehalt zwischen 10% und 20%.Following the process of removal in the sense of the step 14 become the moldings in the sense of the step 15 sintered. During sintering, the moldings are compacted into the components with the final, geometric properties. During sintering, therefore, the moldings shrink, whereby the dimensions of the moldings must decrease uniformly in all three spatial directions. The linear shrinkage is dependent on the binder content and plasticizer content between 10% and 20%.

Nach dem Sintern liegt das fertige Bauteil vor, was in 1 durch den Schritt 16 dargestellt ist. Falls erforderlich, kann nach dem Sintern (Schritt 15) das Bauteil noch einem Veredelungsprozess im Sinne des Schritts 17 unterzogen werden. Der Veredelungsprozess ist jedoch optional. Es kann bereits auch unmittelbar nach dem Sintern ein einbaufertiges Bauteil vorliegen.After sintering, the finished component is present, which is in 1 through the step 16 is shown. If necessary, after sintering (step 15 ) the component still a refining process in the sense of the step 17 be subjected. The refining process is optional. It may already be present immediately after sintering a ready-to-install component.

Es liegt im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, ein Bauteil mithilfe des pulvermetallurgischen Spritzgießens dadurch herzustellen, dass das Bauteil aus mehreren Formkörpern gebildet wird, wobei die Formkörper während des pulvermetallurgischen Spritzgießens durch einen Diffusionsprozess miteinander verbunden werden. So kann zum Beispiel das herzustellende Bauteil aus zwei Formkörpern zusammengesetzt werden, wobei die beiden Formkörper während des Sinterns durch den Diffusionsprozess miteinander verbunden werden. Es ist auch möglich, eine höhere Anzahl von Formkörpern zu einem Bauteil während des Sinterns miteinander zu verbinden.It is within the meaning of the present invention, a component using of powder metallurgical injection molding, that the component is formed from a plurality of moldings, wherein the moldings while the powder metallurgical injection molding by a diffusion process be connected to each other. For example, the produced Component of two moldings be assembled, wherein the two moldings during sintering by the Diffusion process are interconnected. It is also possible to have one higher Number of moldings to a component during of sintering together.

Zum Verbinden der Formkörper bei der Herstellung des Bauteils werden die Formkörper an miteinander zu verbindenden Abschnitten bzw. Oberflächenbereichen derselben in einen Flächenkontakt gebracht. Dies bedeutet, dass die miteinander zu verbindenden Formkörper sich an den Abschnitten bzw. Oberflächenbereichen einander berühren. Auf die sich berührenden Formkörper bzw. die sich berührenden Abschnitte der Formkörper wird während des Diffusionsprozesses ein Druck ausgeübt. Der Flächenkontakt zwischen den miteinander zu verbindenden Formkörpern sowie das Ausüben des Drucks auf dieselben, erfolgt zumindest während des Sinterns. Der Diffusionsprozess erfolgt demnach während des Sinters.To the Connecting the moldings in the manufacture of the component, the molded body to be joined together sections or surface areas the same brought into a surface contact. This means that the moldings to be joined together at the sections or surface areas touching each other. On the touching ones moldings or the touching ones Sections of the moldings is during exerted a pressure of the diffusion process. The surface contact between each other to be joined moldings as well as exercising the pressure on them, at least during sintering. The diffusion process takes place during of the sinter.

Es ist auch möglich, den Flächenkontakt sowie den Druck auf die sich berührenden und miteinander zu verbindenden Formkörper bereits während eines Vorsinterns und/oder während des Entbinderungsprozesses herzustellen. Bevorzugt ist die Vorgehensweise, dass der Flächenkontakt bereits während des Entbinderungsprozesses und während des Vorsinters sowie während des eigentlichen Sinters bereitgestellt wird, der Druck jedoch lediglich während des eigentlichen Sinterns auf die Formkörper ausgeübt wird. An dieser Stelle sei der Vollständigkeit halber angemerkt, dass das Vorsintern zwischen dem Entbinderungsprozess und dem eigentlichen Sintern stattfindet, wobei beim Vorsintern noch kein merklicher Schrumpfungsprozess der miteinander zu verbindenden Formkörper stattfindet.It is possible, too, the surface contact as well as the pressure on the touching and to be joined together already during a molding Pre-sintering and / or during of the debinding process. The preferred procedure is that the surface contact already during the debinding process and during of the presinter as well as during the actual sinter is provided, but the pressure only while the actual sintering is applied to the moldings. At this point be For the sake of completeness noted that the pre-sintering between the debindering process and the actual sintering takes place, during pre-sintering no noticeable shrinkage process yet to be connected moldings takes place.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Formkörper in einen formschlüssigen Flächenkontakt gebracht. Dies wird anhand der 2 bis 4 nachfolgend erläutert.According to an advantageous development of the method according to the invention, the shaped bodies are brought into a positive surface contact. This is based on the 2 to 4 explained below.

So zeigt 2 zwei während des pulvermetallurgischen Spritzgießens über einen Diffusionsprozess miteinander zu verbindende Formkörper 18 und 19. Die Formkörper 18 und 19 berühren einander an Abschnitten bzw. Oberflächenbereichen 20 und 21. Wie 2 entnommen werden kann, ist der Oberflächenbereich 20 des Formkörpers 18 im Querschnitt keilförmig ausgebildet. Dieser keilförmige Oberflächenbereich 20 des Formkörpers 18 greift formschlüssig in den korrespondierend ausgebildeten Oberflächenbereich 21 des Formkörpers 19 ein. Der Oberflächenbereich 21 des Formkörpers 19 bildet demnach im Querschnitt eine keilförmige Nut.So shows 2 two during the powder metallurgical injection molding to be joined together by a diffusion process molding 18 and 19 , The moldings 18 and 19 touch each other on sections or surface areas 20 and 21 , As 2 can be taken, is the surface area 20 of the molding 18 formed wedge-shaped in cross section. This wedge-shaped surface area 20 of the molding 18 engages positively in the correspondingly formed surface area 21 of the molding 19 one. The surface area 21 of the molding 19 thus forms in cross-section a wedge-shaped groove.

3 zeigt eine alternative Ausgestaltung von zwei miteinander zu verbindenden Formkörpern 22 und 23. Auch beim Ausführungsbeispiel der 3 sind miteinander zu verbindende Oberflächenbereiche 24 und 25 der Formkörper 22 und 23 in formschlüssigem Kontakt. Hierzu ist am Oberflächenbereich 25 des Formkörpers 23 ein im Querschnitt trapezförmiger Vorsprung ausgebildet, der in eine entsprechend ausgebildete Ausnehmung im Oberflächenbereich 24 des Formkörpers 22 eingreift. 3 shows an alternative embodiment of two moldings to be joined together 22 and 23 , Also in the embodiment of 3 are surface areas to be joined together 24 and 25 the molded body 22 and 23 in positive contact. This is on the surface area 25 of the molding 23 a trapezoidal cross-section projection formed in a correspondingly formed recess in the surface region 24 of the molding 22 intervenes.

Eine weitere mögliche Ausgestaltung zweier miteinander zu verbindender Formkörper 26 und 27 zeigt 4. Beim Ausführungsbeispiel der 4 sind miteinander zu verbindende Oberflächenbereiche 28 und 29 der beiden Formkörper 26 und 27 wiederum in formschlüssigem Kontakt miteinander, im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind im Ausführungsbeispiel gemäß 4 der Vorsprung bzw. die Ausnehmung im Bereich der Abschnitte bzw. der Oberflächenbereiche 28 bzw. 29 im Querschnitt nicht trapezförmig, sondern vielmehr im Querschnitt rechteckig. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß 2 und 3 sind die miteinander zu verbindender Formkörper 18 und 19 bzw. 22 und 23 seitlich nebeneinander angeordnet, bei Ausführungsbeispiel der 4 sind die Formkörper 26 und 27 übereinander positioniert.Another possible embodiment of two moldings to be joined together 26 and 27 shows 4 , In the embodiment of 4 are surface areas to be joined together 28 and 29 the two shaped bodies 26 and 27 again in positive contact with each other, in contrast to the embodiment according to 3 are in the embodiment according to 4 the projection or the recess in the region of the sections or the surface areas 28 respectively. 29 not trapezoidal in cross section, but rather rectangular in cross section. In the embodiments according to 2 and 3 are the moldings to be joined together 18 and 19 respectively. 22 and 23 arranged side by side, in the embodiment of the 4 are the moldings 26 and 27 positioned one above the other.

Der Formschluss zwischen den während des Sinterns durch den Diffusionsprozess miteinander zu verbindenden Formkörpern verbessert die Maßhaltigkeit des herzustellenden Bauteils.Of the Form fit between the during of the sintering by the diffusion process to be joined together moldings improves the dimensional stability of the component to be produced.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass die miteinander zu verbindenden Formkörper im Sinne der hier vorliegenden Erfindung sowohl hinsichtlich ihrer Materialzusammensetzung und/oder hinsichtlich ihrer Schrumpfungseigenschaften identisch ausgebildet sein können, als auch diesbezüglich unterschiedliche Eigenschaften aufweisen können. Sind die Materialzusammensetzungen sowie die Schrumpfeigenschaften der miteinander zu verbindenden Formkörper identisch, so stellt sich während des Sinterns für die miteinander zu verbindenden Formkörper ein gleichmäßiger Schrumpfungsprozess ein.At It should be noted that the links to be interconnected moldings in terms of the present invention both in terms of their material composition and / or identical in shrinkage properties can be trained as well as in this regard may have different properties. Are the material compositions and the shrinkage properties of the interconnected moldings identical, so arises during of sintering for the to be joined together a uniform shrinkage process one.

Es können jedoch auch Formkörper mit unterschiedlichen Schrumpfungseigenschaften im Sinne der hier vorliegenden Erfindung über den Diffusionsprozess während des Sinterns miteinander verbunden werden. So liegt es auch im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, einen Formkörper mit einem größeren Schrumpfungsumfang während des Sinterns auf einen Formkörper mit einem kleineren Schrumpfungsumfang aufzusintern. Bei den in 2 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispielen würde dies bedeuten, dass die Formkörper 19, 22 und 26 einen größeren Schrumpfungsumfang aufweisen und damit stärker schrumpfen als die Formkörper 18, 23 bzw. 27.However, moldings having different shrinkage properties in the sense of the present invention can also be connected to one another via the diffusion process during sintering. Thus, it is also within the meaning of the present invention to sinter a shaped body having a larger shrinkage circumference during sintering onto a shaped body with a smaller shrinkage circumference. At the in 2 to 4 shown embodiments, this would mean that the molded body 19 . 22 and 26 have a greater amount of shrinkage and thus shrink more than the moldings 18 . 23 respectively. 27 ,

Formkörper mit unterschiedlichen Schrumpfungseigenschaften können dadurch bereitgestellt werden, dass Formkörper mit unterschiedlichen Materialzusammensetzungen verwendet werden. So können zum Beispiel Formkörper verwendet werden, die aus unterschiedlichen Metallpulvern und damit unterschiedlichen Metalllegierungen gebildet sind. Sollen Formkörper aus unterschiedlichen Metallpulvern miteinan der verbunden werden, so ist darauf zu achten, dass die Sintertemperatur bzw. Diffusionstemperatur der Metallpulver in der selben Größenordnung liegt, damit die Schrumpfung der Formkörper auch gleichzeitig erfolgt. Die Materialzusammensetzung zur Bereitstellung von Formkörpern mit unterschiedlichen Schrumpfungseigenschaften kann auch durch Variation in der Art und im Umfang des Bindemittels geändert werden. Unterschiedliche Schrumpfungseigenschaften können des weiteren bei gleicher Materialzusammensetzung dadurch erreicht werden, dass Formkörper mit gleicher Materialzusammensetzung unterschiedlich vorgesintert werden.Moldings having different shrinkage properties can be provided by using moldings having different material compositions. For example, moldings can be used which are formed of different metal powders and thus different metal alloys. If moldings of different metal powders are to be connected to one another, then it must be ensured that the sintering temperature or diffusion temperature of the metal powders is of the same order of magnitude, so that the shrinkage of the moldings takes place simultaneously. The material composition for providing molded articles having different shrinkage properties can also be changed by variation in the kind and amount of the binder. Different shrinkage properties can furthermore be achieved with the same material composition in that moldings having the same material composition are presintered differently.

Eine weitere Alternative der hier vorliegenden Erfindung liegt darin, bei Verwendung von Formkörpern mit unterschiedlichem Schrumpfungsverhalten das unterschiedliche Schrumpfungsverhalten dadurch auszugleichen, dass vor dem eigentlichen Sintern die Formkörper durch einen vorgeschalteten Vorsinterprozess bearbeitet werden. Das unterschiedliche Schrumpfverhalten der miteinander zu verbindenden Formkörper kann so ausgeglichen werden, so dass während des eigentlichen Sinterns das Schrumpfverhalten der Formkörper aufeinander angepasst ist.A Another alternative of the present invention is to when using moldings with different shrinkage behavior the different To compensate for shrinkage behavior, that before the actual Sinter the moldings be processed by an upstream pre-sintering process. The different shrinkage behavior of the interconnected moldings can be balanced so that during the actual sintering the Shrinkage behavior of the moldings is matched to each other.

Nach einer anderen Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das unterschiedliche Schrumpfverhalten dadurch ausgeglichen werden, dass die Formkörper, die zum Beispiel aus unterschiedlichen Metallpulvern bestehen, sich auch hinsichtlich ihrer Bindemittel und gegebenenfalls Plastifizierungsmittel bzw. hinsichtlich ihrer prozentualen Zusammensetzung von Metallpulver, Bindemittel und gegebenenfalls Plastifizierungsmittel unterscheiden. Auch hierdurch kann dann, wenn zum Beispiel Formkörper aus unterschiedlichen Metallpulvern miteinander verbunden werden sollen, das unterschiedliche Schrumpfungsverhalten ausgeglichen werden. Es ist jedoch wieder darauf zu achten, dass die Sintertemperatur bzw. Diffusionstemperatur der Materialzusammensetzungen der Formkörper in der selben Größenordnung liegt, damit die Schrumpfung der Formkörper auch gleichzeitig erfolgt.To another alternative of the method according to the invention, the different Shrinking be compensated by the fact that the moldings, the For example, consist of different metal powders, themselves also with regard to their binders and optionally plasticizers or in terms of their percentage composition of metal powder, Binders and optionally plasticizers differ. This also allows, for example, if shaped body different metal powders are to be connected to each other, the different shrinkage behavior are compensated. However, it is again important to note that the sintering temperature or diffusion temperature of the material compositions of the moldings in of the same order of magnitude is located, so that the shrinkage of the moldings also takes place simultaneously.

Mithilfe der hier vorliegenden Erfindung ist es möglich, während des Sinterns pulvermetallurgische Formkörper unmittelbar miteinander zu verbinden. Hierdurch werden neue Gestaltungsmöglichkeiten für pulvermetallurgisch herzustellende Bauteile geschaffen. Weiterhin entfallen die nach dem Stand der Technik erforderlichen separaten Füge- bzw. Verbindungsprozesse nach dem eigentlichen pulvermetallurgischen Spritzgießen. Durch den Wegfall dieses nach dem Stand der Technik erforderlichen, zusätzlichen Verfahrensschritts ist die Herstellung der Bauteile schneller sowie kostengünstiger möglich.aid In the present invention, it is possible to use powder metallurgical molded bodies directly during sintering to connect with each other. As a result, new design options for powder metallurgy created to create components. Continue to account for the after the prior art required separate joining or connection processes after the actual powder metallurgical injection molding. By the elimination of this required in the prior art, additional Process step is making the components faster as well cost-effective possible.

Zur Verstärkung des Diffusionseffekts beim Sintern der miteinander zu verbindenden Formkörper können die einander berührenden Oberflächen derselben eine Beschichtung aufweisen. Diese Beschichtung bildet dann eine sogenannte Sinterhilfe, die als Folie oder als Schlickerwerkstoff bzw. Schlickerschicht auf die in Flächenkontakt zu bringenden Oberflächenbereiche der Formkörper aufgebracht werden kann. Diese den Diffusionseffekt verstärkende Beschichtung kann auf mindestens eine der miteinander zu verbindenden Oberflächenbereiche bzw. Abschnitte oder auch auf beide oder alle miteinander zu verbindenden Abschnitte aufgebracht werden.to reinforcement the diffusion effect during sintering of the interconnected Moldings can the touching each other surfaces have a same coating. This coating forms then a so-called sintering aid, as a foil or as Schlickerwerkstoff or slip layer on the surface areas to be brought into surface contact the molded body can be applied. This diffusion effect enhancing coating can on at least one of the surface areas to be joined together sections or even to both or all of them Sections are applied.

Zur Verstärkung des Diffusionseffekts beim Sintern kann das Sintern auch unter einer speziellen Gasatmosphäre durchgeführt werden, die den Diffusionseffekt unterstützt.to reinforcement of the diffusion effect during sintering, sintering may also be under one special gas atmosphere carried out which supports the diffusion effect.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung von Bauteilen einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks. So liegt es im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, Schaufeln oder Schaufelsegmente oder Rotoren mit integraler Beschaufelung – sogenannte Blisks (Bladed Disks) oder Blings (Bladed Rings) – einer Gasturbine mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens herzustellen. Weiterhin können Dichtungsteile, Verstellhebel, Sicherungsteile oder andere Bauteile mit einer komplexen dreidimensionalen Gestalt durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden. Derartige Bauteile für eine Gasturbine bestehen insbesondere aus einer Nickelbasislegierung oder Titanbasislegierung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf die Herstellung von Bauteilen für Gasturbinen beschränkt. Es können grundsätzlich auch Bauteile für den Kraftfahrzeugbereich, den allgemeinen Maschinenbau oder sonstige Anwendungsbereiche hergestellt werden.The inventive method is particularly suitable for the production of components of a gas turbine, in particular an aircraft engine. So it is in the sense of here present invention, blades or blade segments or rotors with integral blading - so-called Blisks (Bladed Disks) or Blings (Bladed Rings) - one Produce gas turbine by the method according to the invention. Furthermore you can Sealing parts, adjusting levers, securing parts or other components with a complex three-dimensional shape by the method according to the invention getting produced. Such components for a gas turbine exist in particular of a nickel-based alloy or titanium-based alloy. The inventive method is not, however, on the manufacture of components for gas turbines limited. It can basically too Components for the automotive sector, general engineering or other Areas of application are produced.

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Claims (10)

Verfahren zur Herstellung von Bauteilen vorzugsweise einer Gasturbine, insbesondere eines Flugtriebwerks, durch pulvermetallurgisches Spitzgießen, wobei beim pulvermetallurgischen Spitzgießen zuerst insbesondere ein Metallpulver mit zumindest einem Bindemittel zu einer homogenen Masse vermischt wird, wobei anschließend aus der homogenen Masse durch Spritzgießen mindestens ein Formkörper gefertigt und wobei der oder jeder Formkörper darauffolgend einem Entbinderungsprozess unterzogen wird, und wobei im Anschluss durch Sintern der oder jeder Formkörper zu mindestens einem Bauteil mit gewünschten geometrischen Eigenschaften verdichtet bzw. geschrumpft wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines Bauteils mehrere Formkörper während des Sinterns durch einen Diffusionsprozess miteinander verbunden werden.A method for producing components of a gas turbine, in particular an aircraft engine, by powder metallurgy injection molding, wherein the powder metallurgy injection molding first, in particular a metal powder is mixed with at least one binder to form a homogeneous mass, wherein subsequently made of the homogeneous mass by injection molding at least one molding and wherein the or each shaped body is subsequently subjected to a debindering process, and wherein subsequently by sintering the or each shaped body is compressed or shrunk to at least one component with desired geometric properties, characterized in that for the production of a component, several moldings during the sintering by a diffusion process be connected to each other. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass hierzu die miteinander zu verbindenden Formkörper zumindest während des Sinterns an miteinander zu verbindenden Abschnitten der Formkörper in Flächenkontakt gebracht werden.Method according to claim 1, characterized in that that for this purpose the moldings to be joined together at least while sintering at portions of the molded bodies to be joined together surface contact to be brought. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass hierzu die miteinander zu verbindenden Formkörper an den miteinander zu verbindenden Abschnitten in einen formschlüssigen Flächenkontakt gebracht werden.Method according to claim 2, characterized in that for this purpose, the moldings to be joined together the sections to be joined together in a positive surface contact to be brought. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander zu verbindenden Formkörper während des Sinterns sowie während eines Vorsinterns und vorzugsweise während des Entbinderungsprozesses miteinander in Flächenkontakt gebracht werden.Method according to claim 2 or 3, characterized that the moldings to be joined together during sintering and during a Pre-sintering and preferably during the Debinding process be brought into surface contact with each other. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Sinterns ein Druck auf die miteinander zu verbindenden Formkörper ausgeübt wird.Method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that a pressure during sintering is exerted on the moldings to be joined together. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck während des Sinterns und des Diffusionsprozesses auf die miteinander zu verbindenden Formkörper ausgeübt wird.Method according to claim 5, characterized in that that pressure during of the sintering and the diffusion process towards each other connecting moldings exercised becomes. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einen der miteinander zu verbindenden Abschnitte der Formkörper zur Unterstützung des Diffusionsprozesses eine Beschichtung aufgebracht wird.Method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that at least one of them to be joined sections of the moldings to support the diffusion process a coating is applied. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Beschichtung als Folie oder Schlickerschicht aufgebracht wird.Method according to claim 7, characterized in that that the or each coating as a film or slip layer is applied. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die miteinander zu verbindenden Formkörper ein unterschiedliches Schrumpfverhalten während des Sinterns aufweisen, der Formkörper mit dem größeren Schrumpfumfang auf den Formkörper mit dem geringeren Schrumpfumfang aufgeschrumpft wird.Method according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that when the to be joined together Molded body have different shrinkage behavior during sintering, the molded body with the larger shrinkage circumference on the molding Shrunk with the lower shrinkage circumference. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe der Herstellung von Schaufeln oder Schaufelsegmenten einer Gasturbine, insbesondere der Herstellung von Leitschaufeln, Leitschaufelsegmenten, Laufschaufeln oder Laufschaufelsegmenten eines Flugtriebwerks, oder der Herstellung von Rotoren mit integraler Beschaufelung dient.Method according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the same of the production of blades or blade segments of a gas turbine, in particular the production vanes, vane segments, blades or blade segments an aircraft engine, or the manufacture of rotors with integral Blading serves.
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