DE171344T1 - Verfahren zum herstellen von teilen aus mehreren legierungen. - Google Patents

Verfahren zum herstellen von teilen aus mehreren legierungen.

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DE171344T1 DE198585630085T DE85630085T DE171344T1 DE 171344 T1 DE171344 T1 DE 171344T1 DE 198585630085 T DE198585630085 T DE 198585630085T DE 85630085 T DE85630085 T DE 85630085T DE 171344 T1 DE171344 T1 DE 171344T1
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Claims (20)

ÜBERSETZUNG Anmeldung Nr. 85630085.2 United Technologies Corp. Patentansprüche:
1. Verfahren zum Verbinden eines ersten Elements, das aus einem ersten Superlegierungsmaterial hergestellt ist/ mit einem zweiten Element, das aus einem Metall hergestellt ist, bei welchem es sich um ein von dem ersten Material verschiedenes Material handelt, beinhaltend die folgenden Schritte:
Bearbeiten des ersten Materials derart, daß es die Eigenschaft hat, während des anschließenden Schrittes des Erwärmens und des Beaufschlagens mit Druck superplastisch zu werden, und Herstellen des ersten Elements aus dem bearbeiteten ersten Material, wobei das erste Element eine Verbindungsfläche hat und wobei das zweite Element ebenfalls eine Verbindungsfläche hat, die mit der Verbindungsfläche des ersten Elements zusammenpaßt; Positionieren des ersten und des zweiten Elements in einer Presse derart, daß ihre Verbindungsflächen in Paßberührung sind; und
Erwärmen des ersten und des zweiten Elements in der Presse und gleichzeitige Druckbeaufschlagung derselben, um zu erzielen: 1) die superplastische Verformung des ersten Elements an seiner Verbindungsfläche, wo es auf der Verbindungsfläche des zweiten Elements liegt, um Linie-Linie-Berührung über der Fläche zu erzeugen, und 2) eine Festkörperdiffusionsverschweißung an den aufeinanderliegenden Flächen, um eine einstückige Vorrichtung zu bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Positionierens beinhaltet, die Elemente in einer Schmiedepresse zu positionieren, und wobei der Schritt des Erwärmens und Druckbeaufschlagens beinhaltet, unter isothermen Bedingungen zu schmieden, um die superplastische Verformung zu erzielen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Positionierens beinhaltet, die Elemente in einem Behälter einzukapseln, die Luft aus dem Behälter zu evakuieren und den evakuierten Behälter in der Presse zu positionieren.
4. Bei einem Verfahren zum Herstellen eines integral beschaufelten Rotors, der Schaufeln hat, die aus einem ersten Material eines Metalls bestehen, das eine vorbestimmte gewünschte kristallographische Kornorientierunj hat, wobei die Blätter einstückig mit einer Scheibe sind, die aus einer Superlegierung besteht, welche von dem ers ten Material verschiedene Eigenschaften hat, wobei die Schaufeln direkt mit dem Rand der Scheibe verbunden werden, beinhaltend die folgenden Schritte:
Herstellen eines Scheibenvorformlings durch Bearbeiten des Superlegierungsscheibenmaterials derart, daß der Vorformling die Eigenschaft hat, daß er bei erhöhten Temperaturen superplastisch wird, wobei eine radial nach außen weisende erste Verbindungsfläche an dem Vorformling gebildet wird;
Herstellen von einzelnen Schaufelelementen aus dem ersten Material, von denen jedes die gewünschte Kornorientierung und jedes eine radial nach innen weisende zweite Verbindungsfläche hat, die mit der ersten Verbindungsfläche zusammenpaßt;
genaues Positionieren der Schaufelelemente relativ zueinander um den Umfang des Scheibenvorformlings, so daß deren zweite Verbindungsflächen in Paßberührung mit der ersten Verbindungsfläche des Vorformlings sind, um eine erste Gruppe von Komponenten zu bilden, und Anordnen der Gruppe von Komponenten in einer Presse;
Erwärmen der Gruppe von Komponenten in der Presse und gleichzeitige Druckbeaufschlagung derselben, um zu erzielen:
1) die superplastische Verformung des Scheibenvorformlings an den Grenzflächen der ersten und der zweiten Verbindungsfläche und 2) eine Festkörperverschweißung an den Grenzflächen,
um eine einstückige Vorrichtung zu bilden; und Wärmebehandeln der einstückigen Vorrichtung, um Festigkeit und Härte der Materialien in der Vorrichtung zu erzielen.
5. Verfahren zum Herstellen eines integral beschaufelten Rotors nach Anspruch 4, beinhaltend, vor dem Schritt des Erwärmens der Gruppe von Komponenten und der Druckbeaufschlagung, den Schritt des Entfernens von Sauerstoff und Feuchtigkeit von den diffusionszuverschweißenden Flächen.
6. Verfahren zum Herstellen eines integral beschaufelten Rotors nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Entfernens von Sauerstoff und Feuchtigkeit von den diffusionszuverschweißenden Flächen beinhaltet, die Gruppe von Komponenten in einem Behälter einzukapseln und den Behälter auf ein Vakuum von wenigstens 10 Torr zu evakuieren.
7. Verfahren zum Herstellen eines integral beschaufelten
Rotors nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Erwärmens der Gruppe von Komponenten und der Druckbeaufschlagung isostatisches Warmpressen der Gruppe von Komponenten beinhaltet.
8. Verfahren zum Herstellen eines integral beschaufelten Rotors nach Anspruch 5, wobei die Presse eine Schmiedepresse ist und wobei der Schritt des Erwärmens und Druckbeaufschlagens beinhaltet, unter isothermen Bedingungen zu schmieden, um die superplastische Verformung des Scheibenvorformlings an den Grenzflächen zu erzielen,
9. Verfahren zum Herstellen eines integral beschaufelten Rotors nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Hersteilens von einzelnen Schaufelelementen aus dem ersten Material beinhaltet, jedes Element zu einer Schaufel zu formen, bevor der Schritt des Positionierens der Elemente um den Seheibenvorformling ausgeführt wird.
10. Verfahren zum Herstellen eines integral beschaufelten Rotors nach Anspruch 5, beinhaltend die Schritte des Hersteilens von mehreren Distanzstücken, wobei der Schritt des genauen Positionierens der Schaufelelemente relativ zueinander um den Scheibenvorformling beinhaltet, ein Distanzstück zwischen benachbarten Schaufelelementen anzuordnen, wobei die Distanzstücke Teil der ersten Gruppe von Elementen sind und wobei die Distanzstücke aus einem Material hergestellt sind, das sich während des Schrittes des Erwärmens und Druckbeaufschlagens nicht plastisch verformen wird, wodurch die richtige Position der Schaufelelemente relativ zueinander und zu dem Scheibenvorformling während des Diffusionsverschweißungsschrittes aufrechter-
halten wird.
11. Bei dem Verfahren zum Herstellen eines integral beschaufelten Rotors nach Anspruch 4, wobei der beschaufelte
_ 5 —
Rotor ein Zentrifugalrotor ist, wobei der Scheibenvorformling ein Laufradscheibenvorformling ist und wobei die Schaufeln Laufradschaufeln sind, die zusätzlichen Schritte:
Herstellen eines Austrittsschaufelradscheibenvorformlings, der eine Achse und eine in axiale Richtung weisende Verbindungsfläche hat, wobei der Laufradscheibenvorformling ebenfalls eine Achse und eine in axiale Richtung weisende Verbindungsfläche hat und wobei die Schaufelelemente in axiale Richtung weisende Verbindungsflächen haben; wobei der Schritt des Positionierens weiter beinhaltet, den Austrittsschaufelradscheibenvorformling koaxial zu dem Laufradscheibenvorformling anzuordnen, wobei die Austrittsschauf elradscheibenverbindungsf lache in Paßberührung sowohl mit der in axiale Richtung weisenden Verbindungsfläche des Laufradscheibenvorformlings und mit den in axiale Richtung weisenden Verbindungsflächen der Schaufelelemente ist und wobei der Austrittsschaufelradscheibenvorformling Teil der Gruppe von Komponenten ist und aus einem Superlegierungsmaterial hergestellt ist, das so bearbeitet worden ist, daß es während des anschließenden Schrittes des Erwärmens und Druckbeaufschlagens superplastisch ist; und
wobei der Schritt des Erwärmens und Druckbeaufschlagens zu einer Festkörperdiffusionsverschweißung zwischen den in axiale Richtung weisenden, aufeinanderliegenden Verbindungsflächen des Laufradscheibenvorformlings, des Austrittsschauf elradscheibenvorformlings und der Schaufelelemente führt.
12. Verfahren zum Herstellen eines integral beschaufelten Rotors nach Anspruch 5, beinhaltend den Schritt des Bildens von Schaufeln aus den Schaufelelementen nach dem Schritt des Diffusionsverschweißens der Schaufelelemente mit dem Scheibenvorformling.
13. Verfahren zum Herstellen eines integral beschaufelten Rotors nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Positionierens der Schaufelelemente und der Distanzstücke um den Scheibenvorformling beinhaltet, zuerst einen kreisförmigen Schaufelring zu bilden, indem abwechselnd die Schaufelelemente und die Distanzstücke umfangsmäßig Seite an Seite miteinander verbunden werden, wobei der Schaufelring eine radial nach innen weisende Verbindungsfläche hat, und anschließend den verbundenen Schaufelring um den Scheibenvorformling anzuordnen, so daß die Schaufelringverbindungsflache in Paßberührung mit der ersten Verbindungsfläche des Vorformlings ist.
14. Verfahren zum Herstellen eines integral beschaufelten Rotors nach Anspruch 10, beinhaltend das spanabhebende Abtragen der Distanzstücke nach der Diffusionsverschweißung der Schaufelelemente mit dem Scheibenvorformling.
1.5. Verfahren zum Herstellen eines integral beschaufelten Rotors nach Anspruch 5, wobei das erste Material eine Einkristallegierung ist.
16. Verfahren zum Herstellen eines integral beschaufelten Rotors nach Anspruch 11, beinhaltend, nach dem Schritt des Erwärmens und Druckbeaufschlagens, die Schritte des Hersteilens von mehreren gegenseitigen Umfangsabstand aufweisenden Austrittsschaufelradschaufeln aus dem Austrittsschaufelradscheibenvorformling und des Hersteilens von mehreren gegenseitigen Umfangsabstand aufweisenden Laufradschaufeln aus den Schaufelelementen, wobei eine Laufradschaufel jeder Austrittsschaufelradschaufel entspricht und mit dieser diffusionsverschweißt ist.
* 01713AA
17. Verfahren zum Herstellen eines integral beschaufelten Rotors nach Anspruch 16, wobei der Schritt des Wärmebehandelns beinhaltet, die einstückige Vorrichtung auf eine Temperatur oberhalb der V" -Solvustemperatur des Austrittsschaufelradscheibenvorformlings und des Laufradscheibenvorformlings zu erwärmen, um die Kornstruktur von beiden Vorformlingen zu vergröbern.
18. Verfahren zum Herstellen eines integral beschaufelten Rotors nach Anspruch 5, wobei der beschaufelte Rotor eine Zentrifugalrotor ist, wobei der Scheibenvorformling der einstückigen Vorrichtung ein Laufradscheibenvorformling ist, der eine in axiale Richtung weisende Verbindungsfläche hat, und wobei die Schaufelelemente der einstückigen Vorrichtung Laufradschaufelelemente sind, die jeweils eine in axiale Richtung weisende Fläche haben, beinhaltend, nach dem Schritt des Erwärmens und Druckbeaufschlagens, die zusätzlichen Schritte:
Herstellen eines Austrittsschaufelradscheibenvorformlings, der eine Achse und eine in axiale Richtung weisende Verbindungsflache hat, wobei der Austrittsschaufelradscheibenvorformling aus einem Superlegierungsmaterial hergestellt wird, das so bearbeitet worden ist, daß es während des anschließenden Schrittes des Erwärmens und Druckbeaufschlagens superplastisch ist;
Anordnen des Austrittsschaufelradscheibenvorformlings koaxial zu dem Laufradscheibenvorformling der einstückigen Vorrichtung, so daß die Austrittsschaufelradscheibenverbindungsflache in Paßberührung sowohl mit der in axiale Richtung weisenden Verbindungsfläche des Laufradscheibenvorformlings als auch mit den in axiale Richtung weisenden
" Ö1713'U
Verbindungsflächen der Schaufelelemente ist;
Anordnen der einstückigen Vorrichtung, auf der der Austrittsschauf elradscheibenvorformling so angeordnet ist, in einer Presse und Entfernen von Sauerstoff und Feuchtigkeit von den aufeinanderliegenden Verbindungsflächen und anschließendes Erwärmen der einstückigen Vorrichtung und des Austrittsschaufelradscheibenvorformlings in der Presse und gleichzeitiges Druckbeaufschlagen derselben, um zu erzielen :
1) die superplastische Verformung des Aus-
trittsschaufelradscheibenvorformlings an der Verbindungsfläche desselben, wo er auf den Schaufelelementverbindungsflachen und der Laufradscheibenverbindungsflache liegt, und
2) eine Festkörperdiffusionsverschweißung an den aufeinanderliegenden Flächen, so daß der Austrittsschaufelradscheibenvorformling einstückig mit und ein Teil der einstückigen Vorrichtung wird.
19. Verfahren zum Herstellen eines integral beschaufelten Rotors nach Anspruch 18, wobei der Schritt des Wärmebehandelns beinhaltet, die einstückige Vorrichtung auf eine Temperatur oberhalb der Y -Solvüstemperatur des Austrittsschaufelradscheibenvorformlings und des Laufradscheibenvorformlings zu erwärmen, um die Kornstruktur von beiden Vorformlingen zu vergröbern.
20. Verfahren zum Herstellen eines integral beschaufelten Rotors nach Anspruch 19, wobei, nach der Diffusions-
verschweißung des Austrittsschaufelradscheibenvorformlings mit dem Laufradscheibenvorformling, ein sich axial erstrekkender Kernhohlraum in der einstückigen Vorrichtung durch den Laufradscheibenvorformling und den Austrittsschaufelradscheibenvorformling und koaxial zu diesen gebildet wird, der eine radial nach innen weisende Verbindungsfläche hat;
Herstellen eines Kernvorformlings, der eine Achse und eine radial nach außen weisende Verbindungsfläche hat, wobei der Kernvorformling aus einem Material hergestellt wird, das während des anschließenden Schrittes des Erwärmens und Druckbeaufschlagens superplastisch ist;
Positionieren des Kernvorformlings in dem Kernhohlraum, wobei der Hohlraum und der Kernvorformling so ausgebildet sind, daß ihre Verbindungsflächen in Paßberührung sind, einschließlich des Positionierens der einstückigen Vorrichtung mit dem auf ihr angeordneten Kernvorformling in einer Presse und des Entfernens von Sauerstoff und Feuchtigkeit von deren aufeinanderliegenden Verbindungsflächen;
Erwärmen der einstückigen Vorrichtung und des Kernvorformlings in der Presse und gleichzeitiges Druckbeaufschlagen derselben, um zu erzielen:
1) die superplastische Verformung des Kernvorformlings an der Verbindungsfläche desselben, wo er die Hohlrauroverbindungs-
flache berührt, und
2) Festkörperdiffusionsverschweißung an den aufeinanderliegenden Flächen, um eine Zentrifugalrotorbaugruppe eu bilden; und
Wärmebehandeln der Zentrifugalrotorbaugruppe, um die Korngröße des Kernvorformlings zu vergröbern und die Rotorbaugruppe zu verfestigen.
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