DE69529178T2

DE69529178T2 - Verfahren zum herstellen einer turbinenschaufel aus titanlegierung und titanlegierungsturbinenschaufel

Info

Publication number: DE69529178T2
Application number: DE69529178T
Authority: DE
Inventors: Manfred Koren; Herbert Puschnik; Hironobu Yamamoto; Masaru Yamamoto
Original assignee: Voestalpine Boehler Aerospace GmbH and Co KG; Toshiba Corp
Current assignee: Voestalpine Boehler Aerospace GmbH and Co KG; Toshiba Corp
Priority date: 1995-09-13
Filing date: 1995-09-13
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2015-09-14
Also published as: EP0852164A4; JP3531677B2; EP0852164A1; EP0852164B1; US6127044A; WO1997010066A1; DE69529178D1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung, die für Dampfturbinen, Flugzeugmotoren und andere Zwecke eingesetzt werden können, insbesondere ein Verfahren, nach dem hochzuverlässige Turbinenschaufeln aus Titanlegierung, die Erosion durch Wassertröpfchen, Sand oder dergleichen verhindern können, wirtschaftlich hergestellt werden können. Ferner betrifft die Erfindung derartige Turbinenschaufeln aus Titanlegierung selbst.

TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Eine Titanlegierung weist eine so niedrige Dichte und außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit auf, daß sie bei Dampfturbinen für Schaufeln in der letzten Stufe oder in Niedertemperaturstufen einer Niederdruckturbine sowie für Schaufeln in Vorstufen oder Niedertemperaturstufen eines Kompressors in Gasturbinen oder Flugzeugmotoren eingesetzt wird. Unter den obigen Anwendungsbedingungen ist die Niederdruckturbine unter den Dampfturbinen einem Anprall von Naßdampf mit hoher Geschwindigkeit ausgesetzt, der wegen der darin enthaltenen Wassertröpfchen Erosion (Wassertröpfchenerosion) und Abrieb der Turbinenschaufeln verursacht. Außerdem führt das Ansaugen eines großen Luftvolumens durch den Kompressor in den Gasturbinen und Flugzeugmotoren dazu, daß in der Luft enthaltener Sand oder Staub auf die Turbinenschaufeln auftrifft und die Turbinenschaufeln verschleißt oder erodiert (Sanderosion). Schäden infolge Erosion werden nachstehend anhand von Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der Form von Turbinenschaufeln für eine Dampfturbine darstellt, Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der Form von Turbinenschaufeln für einen Flugzeugmotor darstellt, und Fig. 3 zeigt eine typische Darstellung eines Beispiels von Turbinenschaufeln mit Abdeckung bzw. Deckband und Druckschwingungsdämpfer. Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen, daß eine Erosion verursacht wird, die sich an den Vorderkanten konzentriert, die bei der Drehung der Schaufeln 1 mit hoher Geschwindigkeit an den Spitzenabschnitten rotieren. Erodierte Abschnitte 2 sind durch die Markierung X angedeutet. Die Bezugszeichen 3, 4a bzw. 4b bezeichnen einen Turbinenrotor, Zusatzdeckbänder bzw. einen Druckschwingungsdämpferabschnitt.
Herkömmliche Verfahren zur Verhinderung einer derartigen Erosion sind unter anderem das Aufschweißen oder Hartlöten eines harten Materials, wie z. B. einer Legierung auf Co-Basis, etwa Stellite (Warenzeichen der Cabot Corp.), oder einer Ti-15Mo-5Zr-3Al-Legierung mit hervorragender Erosionsbeständigkeit, auf die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte, die zur Erosion neigen, oder deren Beschichtung mit Keramik oder dergleichen.
Das Zusammenfügen oder Auftragen der obigen Spezialwerkstoffe hat jedoch Nachteile insofern, als der aufgeschweißte oder aufgelötete Abschnitt oder die Beschichtungsgrenzfläche die Verbindung unterschiedlicher Materialien und Wärmeeinflußzonen einschließt, die eine hohe Restspannung und eine Versprödungsphase sowie eine starke Verzerrung verursachen, so daß die Festigkeit-vermindert wird und die Langzeit-Zuverlässigkeit schlechter ist.
Um den obigen Nachteilen abzuhelfen, ist die vorliegende Erfindung entwickelt worden und zielt darauf ab, ein Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung bereitzustellen, die wirtschaftlich erzeugt werden können, das Auftreten von Erosion verhindern können und eine hervorragende Zuverlässigkeit aufweisen.
Die vorliegende Erfindung bezweckt ferner die Bereitstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung, die eine hervorragende Erosionsbeständigkeit an den Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte einschließlich der Deckbänder sowie eine hervorragende Zuverlässigkeit aufweisen.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung bereitgestellt, wobei die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte aus der gleichen Titanlegierung bestehen wie der Hauptkörper der Turbinenschaufel, wobei das Verfahren aufweist:
einen Schritt zum Formen von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung durch Warmschmieden;
vom Hochtemperaturzustand aus, einen Schritt zum örtlich beschleunigten Abkühlen der Vorderkanten der Spitzenabschnitte der durch Warmschmieden geformten Schaufeln; und
einen Schritt zur Wärmebehandlung der abgekühlten Turbinenschaufeln, wonach die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte eine lokale Härte aufweisen, die um mindestens 31 HV größer ist als die der Rotorbefestigungsabschnitte.
Bei der vorliegenden Erfindung bedeuten die "Vorderkanten der Spitzenabschnitte der Schaufeln", die Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer einschließen können, die Abschnitte, wo an den Turbinenschaufeln einschließlich der Deckbänder und der Druckschwingungsdämpfer eine konzentrierte Erosion verursacht wird. Die Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer sind jeweils Vorsprünge oder Höcker, die an den Vorderkanten oder in der Mitte der wirksamen Abschnitte der Schaufeln angeordnet sind und die Schaufeln fixieren oder deren Vibration durch Kontakt mit benachbarten Schaufeln unterdrücken. In Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 sind beispielsweise solche von Erosion betroffenen Abschnitte 2 durch Markierungen X angedeutet. Anhand von Fig. 1 und Fig. 3 wird nachstehend eine konkrete Beschreibung gegeben. Die Vorderkante der Spitzenabschnitte der Schaufeln, die Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer einschließen kann, bezeichnet einen Bereich innerhalb der halben Schaufelbreite W, gesehen aus der Auftreffrichtung des Dampfes in Fig. 1 und Fig. 3. Ein bevorzugter Bereich zur weiteren Verbesserung der Erosionsbeständigkeit gemäß der Erfindung liegt innerhalb 1/3 der Schaufelbreite W, gesehen aus der Dampfauftreffrichtung. Die Spitzenabschnitte der Schaufeln, die Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer einschließen können, bezeichnen in Fig. 1 einen Bereich innerhalb der halben effektiven Länge L der Schaufeln von deren Spitzenende aus. Der Schaufelkörper (oder Schaufelhauptkörper) bezeichnet den Bereich ausschließlich der Vorderkante der Schaufelspitzenabschnitte und kann Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer einschließen.
Der Schritt zum Formen der Turbinenschaufeln gemäß der vorliegenden Erfindung durch Warmschmieden schließt nicht nur das Warmschmieden mit geschlossenem Gesenk ein, sondern auch das Warmschmieden mit geschlossenem Gesenk und einen danach auszuführenden Prägeprozeß.
Der Schritt zur Wärmebehandlung der abgekühlten Turbinenschaufeln gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Schritt zum Glühen oder Vergüten der Schaufeln.
Im Falle von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung vom α + β-Typ erfolgt das Warmschmieden in einem α + β-Temperaturbereich, der um mindestens 10ºC niedriger liegt als eine β-Übergangstemperatur, wobei die Vorderkanten der Spitzenabschnitte der Schaufeln, die Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer einschließen können, schneller zwangsgekühlt werden als der Rest der Schaufeln und die Schaufeln zum Glühen oder Vergüten in einem Temperaturbereich von 450ºC bis 850ºC wärmebehandelt Werden. Wie schematisch in Fig. 4 dargestellt, weisen die typischen Beispiele der Wärmebehandlung mindestens einen Wärmebehandlungsschritt auf, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Schritt zur kontinuierlichen Wärmebehandlung bei einer Temperatur über eine vorgegebene Zeitspanne (Fig. 4(a)), einem Schritt zur kontinuierlichen Wärmebehandlung mit einem vorgegebenen Temperaturgradienten über eine vorgegebene Zeitspanne (Fig. 4(b)), einem Schritt zur kontinuierlichen Wärmebehandlung über eine vorgegebene Zeitspanne durch Kombinieren mehrerer Temperaturen und mehrerer Haltezeiten (Fig. 4(c)) und einem Schritt zur intermittierenden Wärmebehandlung mit mehrmaliger Wiederholung eines der oben beschriebenen drei Schritte besteht (Fig. 4(d)). In Fig. 4 zeigen Intervalle zwischen punktierten Linien die vorgegebene Erwärmungszeit an.
Genauer gesagt, für die Titanlegierung vom α + β-Typ liegen die Schmiedetemperaturen vorzugsweise unterhalb 930 bis 970ºC, was um mindestens 10ºC niedriger ist als die β- Übergangstemperatur einer α + β-Titanlegierung. Zum Abkühlen nach dem Schmieden werden die Schaufelkörper einer Strahlungskühlung ausgesetzt, wobei die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte, die Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer aufweisen können, nach mindestens einem Verfahren abgeschreckt werden, ausgewählt unter Zwangsgebläse- oder Druckgaskühlung einschließlich Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung einschließlich Wasser oder Öl oder Kühlmittel mit Abschreckgeschwindigkeiten zwischen denen von Wasser und Öl, und Zwangskühlung durch ein Gemisch aus Flüssigkeit und Gas, das unter Druck sprühnebelähnlich oder nebelartig wird, damit die Vorderkanten schneller zwangsgekühlt werden als der Rest der Schaufel. Danach werden die Schaufeln dann während der vorgegebenen Zeitintervalle auf irgendeinen Temperaturzustand erwärmt, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: (a) Erwärmen und Halten auf der Temperatur von 750ºC bis 850ºC mit einem direkt anschließenden Schritt zum Erwärmen und Halten auf 450 bis 720ºC, (b) Erwärmen und Halten auf 750 bis 850ºC mit direkt anschließendem diskontinuierlichen Erwärmen und Halten auf 450 bis 720ºC, (c) Erwärmen und Halten auf einer Temperatur von 450 bis 600ºC mit direkt anschließendem kontinuierlichem Erwärmen und Halten auf 625 bis 720ºC, (d) Erwärmen und Halten auf 450 bis 600ºC mit direkt anschließendem diskontinuierlichem Erwärmen und Halten auf 625 bis 720ºC, oder (e) Erwärmen und Halten auf 450 bis 720ºC. Als ein zur Zwangskühlung eingesetztes Öl kann ein Kühlmittel angeführt werden, wie z. B. ein Mineralöl. Als Flüssigkeit mit Kühlgeschwindigkeiten zum Abkühlen von Titanlegierung, die zwischen denen der Wasserkühlung und der Ölkühlung liegen, lassen sich ein Gemisch von Kühlmittel und Wasser oder eine Suspension von Mineralöl in Wasser anführen.
Die Titanlegierung vom α + β-Typ schließt ein: eine Ti-6Al-4V-Legierung (Titanlegierung, die 6 Gew.-% Aluminium und 4 Gew.-% Vanadium enthält), eine Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si-Legierung (Titanlegierung, die 6 Gew.-% Aluminium, 2 Gew.-% Zinn, 4 Gew.-% Zirconium, 2 Gew.-% Molybdän und 0,1% Silicium enthält), eine Ti-6Al-6V-2Sn-Legierung (Titanlegierung, die 6 Gew.-% Aluminium, 6 Gew.-% Vanadium und 2 Gew.-% Zinn enthält), und andere.
Im Fall von Turbinenschaufeln, die aus einer Titanlegierung vom β-nahen Typ bestehen, wie z. B. Ti-10V-2Fe-3Al-Legierung (Titanlegierung mit 10 Gew.-% Vanadium, 2 Gew.-% Eisen und 3 Gew.-% Aluminium), Ti-5Al-4Cr-4Mo-2Sn-2Zr-Legierung (Titanlegierung mit 5 Gew.-% Aluminium, 4 Gew.-% Chrom, 4 Gew.-% Molybdän, 2 Gew.-% Zinn und 2 Gew.-% Zirconium) und Ti-5Al-2Sn-4Zr-4Mo-2Cr- 1Fe-Legierung (Titanlegierung mit 5 Gew.-% Aluminium, 2 Gew.-% Zinn, 4 Gew.-% Zirconium, 4 Gew.- % Molybdän, 2 Gew.-% Chrom und 1 Gew.-% Eisen), werden ferner nach dem Warmschmieden unter gleichzeitigem Erwärmen auf 730 bis 875ºC, was um mindestens 10ºC niedriger liegt als die β- Übergangstemperatur jeder β-nahen Titanlegierung, im Abkühlungsschritt die Schaufelkörper einer Strahlungskühlung ausgesetzt, wobei die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte, die Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer einschließen können, nach mindestens einem Verfahren abgeschreckt werden, ausgewählt unter Zwangsgebläse- oder Druckgaskühlung einschließlich Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung einschließlich Wasser oder Öl oder Kühlmittel mit Abschreckgeschwindigkeiten zwischen denen von Wasser und Öl, und Besprühen mit einem Gemisch aus Druckflüssigkeit und Gas, damit die Vorderkanten schneller abgekühlt werden als der Rest der Schaufel; dann werden die Schaufeln zum Vergüten auf 420 bis 650ºC oder auf mehrere Temperaturen erwärmt. Die Warmschmiede - und Vergütungsbehandlungstemperaturen haben einen bevorzugten Bereich, der von der Zusammensetzung der β-nahen Titanlegierung abhängt. Zum Beispiel werden die Warmschmiedetemperatur bzw. die Vergütungsbehandlungstemperatur der obigen Legierungszusammensetzungen vorzugsweise auf 760 bis 850ºC bzw. auf 500 bis 650ºC eingestellt.
Für Titanlegierung vom β-Typ, wie z. B. Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn-Legierung (Titanlegierung, die 15 Gew.-% Vanadium, 3 Gew.-% Chrom, 3 Gew.-% Aluminium und 3 Gew.-% Zinn enthält), Ti-3Al-8V-6Cr- 4Mo-4Zr-Legierung (Titanlegierung, die 3 Gew.-% Aluminium, 8 Gew.-% Vanadium, 6 Gew.-% Chrom, 4 Gew.-% Molybdän und 4 Gew.-% Zirconium enthält), Ti-11,5Mo-6Zr-4,5Sn-Legierung (Titanlegierung, die 11,5 Gew.-% Molybdän, 6 Gew.-% Zirconium und 4,5 Gew.-% Zinn enthält) und Ti-13V-11Cr-3Al (Titanlegierung, die 13 Gew.-% Vanadium, 11 Gew.-% Chrom und 3 Gew.-% Aluminium enthält) werden nach dem Warmschmieden in einem geeigneten β-Temperaturbereich innerhalb 700 bis 1050ºC als Schmiedetemperatur die Schaufelkörper strahlungsgekühlt, wobei die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte, die Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer einschließen können, in mindestens einem Schritt schneller abgeschreckt werden als der Rest der Schaufel, wobei der Schritt ausgewählt ist unter Zwangsgebläsekühlung mit Gas, Zwangskühlung mit Druckgas, Zwangskühlung mit Flüssigkeit, wie z. B. Wasser oder Öl oder Kühlmittel mit Abschreckgeschwindigkeiten zwischen denen von Wasser und Öl, und Zwangskühlung durch ein Gemisch aus Flüssigkeit und Gas, das unter Druck einen sprühnebel- oder nebelartigen Zustand annimmt, während der Schaufelkörper durch Strahlungskühlung gekühlt wird; dann werden die Schaufeln zum Vergüten auf 400 bis 650ºC erwärmt. Für die Titanlegierungen vom β-Typ liegen die Warmschmiede- und Vergütungsbehandlungstemperaturen in einem bevorzugten Temperaturbereich, der von der Zusammensetzung der Titanlegierung vom β-Typ abhängig ist Für die Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn-Legierung, die Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr-Legierung und die Ti-11,5Mo- 6Zr-4,5Sn-Legierung werden die Warmschmiedetemperatur bzw. die Vergütungsbehandlungstemperatur vorzugsweise auf 760 bis 925ºC bzw. auf 500 bis 550ºC eingestellt.
Ein zweites bevorzugtes Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bietet ein Verfahren zu Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung, bei dem die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte aus der gleichen Titanlegierung wie der Hauptkörper der Turbinenschaufel bestehen, wobei das Verfahren aufweist:
einen Schritt zum Formen von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung durch Warmschmieden oder spanendes Bearbeiten;
einen Schritt zu Mischkristallbehandlung der durch Warmschmieden oder spanendes Bearbeiten geformten Turbinenschaufeln;
vom Hochtemperaturzustand aus, einen Schritt zum örtlich beschleunigten Abkühlen der Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte nach der Mischkristallbehandlung; und
einen Schritt zur Wärmebehandlung der abgekühlten Turbinenschaufeln, wonach die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte eine lokale Härte aufweisen, die um mindestens 31 HV größer ist als die der Rotorbefestigungsabschnitte.
Die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte, die Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer aufweisen können, liegen im gleichen Bereich wie diejenigen bei dem ersten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren.
Im Abkühlungsschritt nach dem Erwähnen auf hohe Temperatur für die Mischkristallbehandlung nach dem Formen des Turbinenschaufelformkörpers durch Warmschmieden der Titanlegierung oder durch spanendes Bearbeiten eines Rundstabs oder Vierkantstabs ohne Anwendung des Warmschmiedens werden die erodierten Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte, die Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer einschließen können, schneller zwangsgekühlt als die übrige Schaufel; dann werden die Schaufeln zum Glühen oder Vergüten wärmebehandelt, wodurch ein Produktionsverfahren ermöglicht wird, das wirtschaftlich ist, die Zuverlässigkeit der Schaufeln nicht verschlechtert und Erosion verhindert.
In diesem Fall kann auf die Turbinenschaufeln, die aus der obigen Titanlegierung vom α + β-Typ, der β-nahen Titanlegierung oder der β-Titanlegierung bestehen, der gleiche Schritt wie beim ersten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren angewandt werden. Konkret werden die Turbinenschaufeln aus Titanlegierung vom α + β-Typ durch die folgenden Schritte hergestellt: Warmschmieden bei einer α + β- Temperatur oder spanendes Bearbeiten, danach Erwärmen auf einen α + β-Temperaturbereich, der um mindestens 10ºC niedriger liegt als die β-Übergangstemperatur, und zum Abkühlen werden die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte, die Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer einschließen können, schneller zwangsgekühlt als die übrige Schaufel; dann wird als Wärmebehandlung zum Glühen oder Vergüten der Schaufeln mindestens ein Wärmebehandlungsschritt angewandt, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Schritt zum kontinuierlichen Erwärmen auf eine Temperatur zwischen 450 und 850ºC während eines vorgegebenen Zeitintervalls, einem Schritt zur kontinuierlichen Wärmebehandlung während eines vorgegebenen Zeitintervalls mit einem vorgegebenen Temperaturgradienten, einem Schritt zur kontinuierlichen Wärmebehandlung während eines vorgegebenen Zeitintervalls mit Kombination mehrerer Temperaturen und mehrerer Zeitintervalle und einem Schritt zum diskontinuierlichen Wiederholen eines der oben beschriebenen drei Schritte besteht.
Genauer gesagt, nach dem Schmieden oder spanenden Bearbeiten beträgt eine Erwärmungstemperatur für die Titanlegierung vom α + β-Typ, wie z. B. eine Ti-6Al-4V-Legierung, vorzugsweise 930 bis 970ºC. Außerdem werden beim anschließenden Abkühlen die Schaufelkörper strahlungsgekühlt, und die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte, die Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer einschließen können, werden nach mindestens einem Verfahren abgeschreckt, ausgewählt unter Zwangsgebläse- oder Druckgaskühlung einschließlich Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung einschließlich Wasser oder Öl oder Kühlmittel mit Abschreckgeschwindigkeiten zwischen denen von Wasser und Öl, und Besprühen mit einem Gemisch aus Druckflüssigkeit und Gas, damit die Vorderkanten schneller zwangsgekühlt werden als der Rest der Schaufel; dann werden die Schaufeln (a) auf 750 bis 850ºC erwärmt und gehalten, mit kontinuierlich anschließendem Erwärmen und Halten auf 450 bis 720ºC, oder (b) auf 750 bis 850ºC erwärmt und gehalten, mit kontinuierlich oder diskontinuierlich anschließendem Erwärmen und Halten auf 450 bis 720ºC, oder (c) auf 450 bis 600ºC erwärmt und gehalten, mit kontinuierlich anschließendem Erwärmen und Halten auf 625 bis 720ºC, oder (d) auf 450 bis 720ºC erwärmt und gehalten, mit kontinuierlich oder diskontinuierlich anschließendem Erwärmen und Halten auf 625 bis 720ºC, oder (e) auf 450 bis 720ºC erwärmt und gehalten.
Für die Turbinenschaufeln, die aus der β-nahen Titanlegierung bestehen, wie z. B. Ti-10V-2Fe- 3Al-Legierung, werden die Turbinenschaufeln durch Warmschmieden oder spanendes Bearbeiten geformt, für die Mischkristallbehandlung auf einen geeigneten α + β-Temperaturbereich innerhalb 730 bis 875ºC erwärmt, die Schaufelkörper werden im Abkühlungsschritt strahlungsgekühlt, und die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte, die Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer einschließen können, werden nach mindestens einem Verfahren abgeschreckt, ausgewählt unter Zwangsgebläse- oder Druckgaskühlung einschließlich Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung einschließlich Wasser oder Öl oder Kühlmittel mit Abschreckgeschwindigkeiten zwischen denen von Wasser und Öl, und Besprühen mit einem Gemisch aus Druckflüssigkeit und Gas, damit die Vorderkanten schneller zwangsgekühlt werden als der Rest der Schaufel; dann werden die Schaufeln zum Vergüten während eines vorgegebenen Zeitintervalls auf 420 bis 650ºC oder auf mehrere Temperaturen erwärmt.
Für die Titanlegierung vom β-Typ, wie z. B. Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn-Legierung, werden die Turbinenschaufeln nach dem Formen durch Warmschmieden oder spanendes Bearbeiten für die Mischkristallbehandlung auf einen geeigneten β-Temperaturbereich von 700 bis 1050ºC erwärmt, die Schaufelkörper werden strahlungsgekühlt, und die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte, die Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer einschließen können, werden nach mindestens einem Verfahren abgeschreckt, ausgewählt unter Zwangsgebläse- oder Druckgaskühlung einschließlich Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung einschließlich Wasser oder Öl oder Kühlmittel mit Abschreckgeschwindigkeiten zwischen denen von Wasser und Öl, und Besprühen mit einem Gemisch aus Druckflüssigkeit und Gas, damit die Vorderkanten schneller zwangsgekühlt werden als der Rest der Schaufel; dann werden die Schaufeln zum Vergüten auf 400 bis 650ºC erwärmt.
In jedem der obigen Herstellungsverfahren brauchen die Schaufeln nicht immer vollständig fertigbearbeitet zu werden. Außerdem können die Wirkungen der Erfindung auch dann erreicht werden, wenn das fertigbearbeitete Profil überschüssiges Metall aufweist.
Die Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend erläutert.
Es besteht die Ansicht, daß die Erosion der Turbinenschaufeln wegen des Auftreffens von Wassertröpfchen oder Sand nach verschiedenen Abriebmechanismen erfolgt. Zum Beispiel sagt man im Falle des Auftreffens von Wassertröpfchen, daß die Erosion nach einem Ermüdungsbruchmechanismus infolge Akkumulation von Trefferaufschlägen erfolgt. Andererseits sagt man, daß die Erosion wegen des Auftreffens harter Substanzen, wie z. B. Sand, sowohl nach einem Schleifmechanismus wegen der harten Teilchen als auch nach dem Ermüdungsbruchmechanismus erfolgt.
Angesichts der obigen Tatsachen führten die Erfinder einen Erosionstest aus, der die Erosion durch Wassertröpfchen simulierte, wobei verschiedene Materialien am Spitzenabschnitt der mit hoher Drehzahl rotierenden Schaufeln angebracht wurden und Wassertröpfchen auf den Spitzenabschnitt der Schaufeln gesprüht wurden, wodurch die in den Dampfturbinen auftretende Erosion durch Wassertröpfchen simuliert wurde. Durch Messung der Erosionsbeständigkeiten der verwendeten Materialien zeigte sich, daß bei Verwendung von Materialien mit gleicher Grundzusammensetzung das härtere Material einen geringeren Abrieb infolge Erosion und eine hervorragende Beständigkeit gegen Wassertröpfchenerosion aufwies. Um die Erosion durch Sand zu simulieren, wurden SiO&sub2;-Teilchen, die einen Hauptbestandteil von Sand bilden, mit hoher Geschwindigkeit aufgesprüht, um einen Abriebgrad zu messen. Es wurde festgestellt, daß ungeachtet der Materialarten das härtere Material einen geringeren Abriebgrad aufwies. Dementsprechend wurde festgestellt, daß für jeden der beiden oben beschriebenen Mechanismen die Erosion wirksam verringert oder verhindert wurde, wenn das Material härter gemacht wurde.
Die mechanische Festigkeit einer Titanlegierung, wie z. B. die Härte, wird durch die Wärmebehandlung verändert. Außerdem ist die Abkühlungsgeschwindigkeit von der hohen Temperatur der Mischkristallbehandlung ein wesentlicher Faktor bei der Festlegung der mechanischen Eigenschaften. Um die Titanlegierung härter zu machen, ist es wirksam, die Abkühlungsgeschwindigkeit von der Mischkristallbehandlungstemperatur aus zu erhöhen, um die Mikrostruktur zu verfeinern und durch die anschließende Vergütungsbehandlung zu härten. Wenn die Turbinenschaufeln durch Warmschmieden hergestellt werden, spielt außerdem die Erwärmungstemperatur für das Warmfertigschmieden die gleiche Rolle wie die Mischkristallbehandlung, so daß durch Abschrecken vom Hochtemperaturzustand aus nach dem Warmschmieden die Legierung wirksam gehärtet wird. Je mehr die Abkühlungsgeschwindigkeit erhöht wird, desto größer ist die erzielte Härte. Geeignete Abkühlungsverfahren sind u. a. Zwangsgebläse- oder Druckgaskühlung einschließlich Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung einschließlich Wasser oder Öl oder Kühlmittel mit Abschreckgeschwindigkeiten zwischen denen von Wasser und Öl, und Besprühen mit einem Gemisch aus Druckflüssigkeit und Gas.
Wenn jedoch die Abkühlungsgeschwindigkeit von der Mischkristallbehandlungstemperatur aus erhöht wird, um die Härte und die Zugfestigkeit zu verbessern, vermindern sich die Dehnbarkeit und Zähigkeit, wie z. B. die Bruchdehnung, Schlagzähigkeit und Bruchzähigkeit, was zu einer Verminderung der Bruchfestigkeit fuhrt. Für die Turbinenschaufeln müssen die Härte und die Zugfestigkeit höher sein, aber Dehnbarkeit und Zähigkeit müssen für die Rotorbefestigungseinrichtungen, wo eine hohe Zentrifugalkraft auftritt, gleichfalls hoch sein, um einem Bruch zu widerstehen.
Angesichts der obigen Eigenschaften, die für die Turbinenschaufeln erforderlich sind, um die Erosion zu verhindern und die Zuverlässigkeit der gesamten Schaufeln zu erhöhen, werden die Vorderkanten des Spitzenabschnitts der Turbinenschaufeln, wo die Erosion leicht auftritt, unmittelbar nach dem Warmschmieden von der hohen Temperatur aus örtlich abgeschreckt, oder diejenigen Schaufeln, die durch Warmschmieden und einmaliges Abkühlen auf Raumtemperatur geformt werden, und die durch spanendes Bearbeiten geformten Schaufeln werden von der Mischkristallbehandlungstemperatur aus örtlich abgeschreckt und dann einer Glüh- oder Vergütungsbehandlung unterworfen, um die Härte zu verbessern. Andererseits werden die übrigen Abschnitte der Schaufeln nicht abgeschreckt, sondern strahlungsgekühlt oder allmählich abgekühlt, um Dehnbarkeit und Zähigkeit beizubehalten, wodurch die Zuverlässigkeit der gesamten Turbinenschaufeln sichergestellt werden kann. Der Warmschmiedeprozeß schließt das Warmschmieden mit geschlossenem Gesenk und das Prägen ein, das ausgeführt wird, um Dickenschwankungen zu verringern und eine Verzerrung oder Verwindung der Schaufeln nach dem Schmieden im geschlossenen Gesenk zu korrigieren. Außerdem werden im einen wie im anderen Prozeß durch Einbeziehen des örtlichen Abschreckens von der hohen Temperatur aus unmittelbar nach dem Warmschmieden die obigen Aufgaben gelöst.
Um die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte, die Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer aufweisen können, durch örtliches Abschrecken nach dem Warmschmieden oder von der Mischkristallbehandlungstemperatur aus zu härten und danach zu glühen oder zu vergüten, weist jede Titanlegierung eine optimale Temperaturbedingung auf. Nachstehend werden optimale Bedingungen für repräsentative Titanlegierungsarten beschrieben.
Für die α + β-Titanlegierung, die durch Ti-6Al-4V repräsentiert wird, ist die Warmschmiede- oder Mischkristallbehandlungstemperatur aus Sicherheitserwägungen eine Temperatur, die um mindestens 10ºC niedriger ist als die β-Übergangstemperatur jeder α + β-Titanlegierung, die eine Umwandlungstemperatur vorn der β- zur α-Phase ist, um die α + β-Struktur auf der gesamten Länge der Turbinenschaufeln gleichmäßig zu halten. Ferner darf der Gehalt der primären α-Phase nicht hoch sein, um eine hohe Dehnbarkeit und Zähigkeit beizubehalten, so daß eine optimale Warmschmiede- oder Mischkristallbehandlungstemperatur um 10 bis 65ºC niedriger ist als eine β-Übergangstemperatur jeder α + β-Legierung, z. B. 930 bis 970ºC für eine Ti-6Al-4V-Legierung. Die Vorderkanten einschließlich des Deckbandes des Spitzenabschnitts der Turbinenschaufeln, die vom obigen Temperaturbereich aus örtlich abgeschreckt werden, erfordern die Vergütungsbehandlung zur Verbesserung ihrer Härte. Die Vergütungsbehandlung kann wirksam durch Wärmebehandlung bei einer möglichst niedrigen Temperatur in einem Temperaturbereich oberhalb 450ºC über mehrere Stunden bis zu einigen zehn Stunden ausgeführt werden. Geeignete Temperaturen für die Vergütungsbehandlung sind 450 bis 720ºC. Bei einer Temperatur, die höher liegt als der obige Bereich, findet die Vergütungsbehandlung kaum statt und erfordert eine lange Zeit von mehr als Dutzenden von Stunden bei einer niedrigeren Temperatur, die großtechnisch nicht effizient ist. Effektiv ist aber die Ausführung des Glühens bei einer Zwischentemperatur von 850ºC oder darunter vor der Vergütungsbehandlung, um die Zugdehnung und die Zähigkeit nicht extrem zu vermindern. Diese Behandlung wird vorzugsweise mehrere Stunden lang bei 750 bis 850ºC ausgeführt. Um eine höhere Härte an den Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte zu erzielen, die Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer einschließen können, ist es wirkungsvoll, vor der Vergütungsbehandlung bei höheren Temperaturen zwischen 625 und 720ºC eine Vergütung bei niedrigeren Temperaturen von 450 bis 600ºC auszuführen. Diese zweistufigen Wärmebehandlungen können mit kontinuierlichem oder diskontinuierlichem Übergang von der ersten zur zweiten Temperatur ausgeführt werden. Die Schaufelabschnitte ausschließlich der Vorderkanten des Spitzenabschnitts der Turbinenschaufeln, die abgeschreckt werden, werden relativ langsam abgekühlt, so daß sie durch die obige Vergütungsbehandlung kaum gehärtet werden, ihre Härte durch das Glühen bei der Zwischentemperatur kaum vermindert wird und sie auch nach den obigen Wärmebehandlungen eine hohe Dehnbarkeit und Zähigkeit beibehalten können.
Zur Herstellung von Turbinenschaufeln, die aus der β-nahen Titanlegierung bestehen, wie z. B. aus Ti-10V-2Fe-3Al, muß die Warmfertigschmiede- oder Mischlaistallbehandlungstemperatur eine α + β- Stnxktur bewahren und ist daher vorzugsweise um mindestens 10ºC niedriger als die β- Übergangstemperatur jeder β-nahen Titanlegierung, z. B. höchstens gleich 875ºC für Ti-5Al-25n-4Zr-4Mo- 2Cr-1Fe-Legierung. Der untere Grenzwert ist jedoch vorzugsweise 730ºC, da eine zu niedrige Temperatur den folgenden Vergütungsgrad verringert. Stärker bevorzugt liegt der untere Grenzwert in einem Bereich von 760 bis 850ºC. Die anschließende Vergütungsbehandlung besteht vorzugsweise im Erwärmen und Hallten in einem Temperaturbereich von 420 bis 650ºC über mehrere Stunden bis einigen zehn Stunden, und stärker bevorzugt in einem Bereich von 500 bis 650ºC.
Für die Titanlegierung vom β-Typ, wie z. B. Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn, beträgt die Warmfertigschmiede- oder Mischkristallbehandlungstemperatur vorzugsweise 700 bis 1050ºC. Stärker bevorzugt beträgt sie 700 bis 850ºC, damit keine großen β-Körner entstehen. Was die Vergütungstemperatur betrifft, so erfordert die Vergütung durch Feindispersion einer α-Phase innerhalb einer kurzen Zeit von einigen Stunden eine Temperatur von höchstens 650ºC. Wenn aber die Temperatur zu niedrig ist, wird eine ω-Phase ausgeschieden, wodurch sich die Zähigkeit extrem vermindert. Um dies zu verhindern, wird die Vergütungsbehandlung vorzugsweise bei einer Temperatur von 400ºC oder mehr ausgeführt.
Die obenerwähnten Bedingungen sind repräsentative Bedingungen für jeden Titanlegierungstyp. Wenn die erforderlichen Eigenschaften und die Härte gemäß der Anwendung der Turbinenschaufeln variieren, kann die Aufgabe der Erfindung, die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte, die Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer einschließen können, härter zu machen als den Rest der Schaufeln, auch dann erreicht werden, wenn die obigen Bedingungen nicht erfüllt sind,

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Turbinenschaufel für eine Dampfturbine darstellt.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Turbinenschaufel für einen Flugzeugmotor darstellt.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Turbinenschaufel mit einem Deckband und einem Druckschwingungsdämpfer darstellt.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm, das schematisch konkrete Beispiele von Wärmebehandlungsprogrammen darstellt.

BESTE AUSFÜHRUNGSART DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wird in den folgenden Beispielen konkret beschrieben.

BEISPIEL 1

Turbinenschaufeln mit einer Flügellänge von 1000 mm wurden unter Verwendung einer Ti-6Al- 4V-Legierung warmgeschmiedet. Das Warmfertigschmieden wurde nach Erwärmen auf 950ºC ausgeführt. Unmittelbar danach wurden die Vorderkantenseiten einschließlich der Deckplatte auf einer Länge von 500 mm am Spitzenabschnitt der Schaufeln konzentriert mit Druckwasser bespritzt, um mehrere Schaufeln A herzustellen. Außerdem wurde nach dem gleichen Warmschmieden durch Gebläseluftkühlung abgeschreckt, um mehrere Schaufeln B herzustellen. Dabei wurden die übrigen Teile durch eine Schutzhülle abgedeckt, um das direkte Bespritzen mit Wasser oder Abblasen mit Gebläseluft zu vermeiden. Das Abschrecken nach dem Erwähnen auf 950ºC sollte das Fertigschmieden beim Warmschmieden oder Prägen simulieren, wobei jeder der beiden Prozesse anwendbar sein könnte. Wenn die Vorderkantenseiten der Spitzenabschnitte der Schaufeln einschließlich Deckbänder und/oder Dauerschwingungsdämpfer örtlich durch Bespritzen mit Wasser oder Gebläseluftkühlung abgeschreckt wurden, dauerte es etwa 5 Stunden, bis die vollständigen Schaufelkörper wieder Raumtemperatur erreichten. Dann wurden mehrere Schaufeln A und einige von den mehreren Schaufeln B eine Stunde auf 800ºC gehalten, bevor sie abgekühlt und sechs Stunden lang der Vergütungsbehandlung bei 550ºC ausgesetzt wurden (diese Schaufeln werden als Schaufeln A-C bezeichnet). Andererseits wurden einige von den mehreren Schaufeln B sechs Stunden lang der Vergütungsbehandlung bei 550ºC unterworfen, bevor sie zwei Stunden lang auf 675ºC gehalten wurden (diese Schaufeln werden als Schaufeln B-C bezeichnet). Inzwischen wurden die übrigen Schaufeln A und B drei Stunden lang bei 600ºC vergütet (diese Schaufeln werden als Schaufeln A-D bzw. als Schaufeln B-D bezeichnet). Gleichzeitig wurde nach einem herkömmlichen Verfahren durch Warmschmieden bei der gleichen Temperatur, allmähliches Abkühlen und zweistündiges Glühen bei 700ºC eine Vergleichsschaufel 1 hergestellt.
Von den Vorderkanten am Spitzenabschnitt und den Rotorbefestigungen der Schaufeln wurden Probekörper abgeschnitten und einer Härteprüfung ausgesetzt. Außerdem wurden die Probekörper von den Rotorbefestigungen Zugversuchen und Kerbschlagbiegeversuchen nach Charpy ausgesetzt, und diejenigen von den Vorderkanten an den Spitzenabschnitten der Schaufeln wurden einem Wassertröpfchenerosionstest unterworfen. Hierbei wird der Rotorbefestigungsabschnitt als repräsentativ für einen Teil eines Schaufelkörpers ausgewählt. Die Härteprüfung wurde nach der Vickers-Härteprüfungsmethode gemäß JIS Z 2244, der Zugversuch nach der Zugversuchsmethode gemäß JIS Z 2241 unter Verwendung von Zugprobekörpern Nr. 14A gemäß JIS Z 2201 ausgeführt, und der Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy wurde unter Verwendung von Charpy-Proben mit 2 mm-V-Kerben gemäß JIS Nr. 4 bei 20ºC ausgeführt. Beim Wassertröpfchenerosionstest wurden die Probekörper an den vorderen Enden kleiner Drehflügel angebracht und mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 300 m/s in Drehung versetzt, und eine Stunde lang wurden Wassertröpfchen auf die Probekörper gespritzt, dann wurden die Gewichtsabnahmen der Probekörper verglichen. Tabelle 1 zeigt die Testergebnisse.
Aus Tabelle 1 erkennt man, daß die Vorderkanten der erfindungsgemäßen Schaufelspitzenabschnitte höhere Zugfestigkeits- und Härtewerte als die Rotorbefestigungsabschnitte aufweisen und gegenüber der Vergleichsschaufel 1 härter als die Schaufelkörper sind. Die Rotorbefestigungen weisen jedoch die gleichen Zugfestigkeits- und Schlagfestigkeitswerte wie die Vergleichsschaufel 1 sowie eine hervorragende Zähigkeit auf. Bei den von den Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte abgeschnittenen Probekörpern, die dem Wassertröpfchenerosionstest ausgesetzt wurden, ist der Erosionsanteil im Verhältnis zu ihrer Härte gegenüber dem gleichen Abschnitt der Vergleichsschaufel 1 beträchtlich niedriger. Außerdem erkennt man, daß der Wassertröpfchenerosionsgrad nach jedem Verfahren der vorliegenden Erfindung gegenüber der Vergleichsschaufel auf etwa 40% oder weniger verringert werden kann. Diese Erosionsbeständigkeit ist besser als diejenige der Stellite-Legierung auf Co-Basis, die herkömmlicherweise für die Erosionsverhütung eingesetzt wird. Daher können nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverführen Schaufeln produziert werden, die an den Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte, wo Erosion auftritt, eine hohe Erosionsbeständigkeit sowie eine hohe Zähigkeit und hohe Zuverlässigkeit an den anderen Teilen der Rotorbefestigung aufweisen.
Als Titanlegierung vom α + β-Typ wurde eine Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-Legienung oder eine Ti-6Al- 2Sn-4Zr-0,3Si-Legierung nach dem gleichen Verfahren, aber nicht bei den gleichen Temperaturen wie in Beispiel 1 behandelt, um Turbinenschaufeln mit den gleichen Eigenschaften wie in Tabelle 1 herzustellen. Tabelle 1

BEISPIEL 2

Turbinenschaufeln mit einer Flügellänge von 1000 mm wurden unter Verwendung einer Ti-6Al- 4V-Legierung warmgeschmiedet und auf Raumtemperatur abgekühlt. Dann wurden die Turbinenschaufeln als Mischkristallbehandlung eine Stunde lang auf 950ºC erwärmt und gehalten, die Vorderkantenseiten wurden auf einer Länge von 500 mm am Spitzenabschnitt der Schaufel mit Wasser gekühlt, um mehrere Schaufeln E herzustellen, und durch Abschrecken mittels Gebläseluftkühlung wurden mehrere Schaufeln F hergestellt. Die Wasserkühlung nur der Vorderkanten am Spitzenabschnitt erfolgte, durch Eintauchen des entsprechenden Teils der Schaufeln in Wasser. Für die Gebläseluftkühlung wurden außerdem die übrigen Teile mit einer Schutzhülle abgedeckt, um eine direkte Einwirkung von Gebläseluft zu vermeiden. Wenn die Vorderkanten des Schaufelspitzenabschnitts örtlich durch Wasser oder Gebläseluftkühlung abgeschreckt wurden, dauerte es etwa fünf Stunden, bis die vollständigen Schaufelkörper wieder Raumtemperatur erreichten. Dann wurden einige Schaufeln von den Schaufeln E und den Schaufeln F eine Stunde lang auf 800ºC gehalten, dann sechs Stunden lang bei 550ºC vergütet (diese werden als Schaufeln E-C bezeichnet). Andererseits wurden einige Schaufeln sechs Stunden lang der Vergütungsbehandlung bei 550ºC ausgesetzt, bevor sie zwei Stunden lang auf 675ºC gehalten wurden (diese werden als Schaufeln F-C bezeichnet). Inzwischen wurden die übrigen Schaufeln E und F drei Stunden bei 600ºC vergütet (diese werden als E-D bzw. F-D bezeichnet). Gleichzeitig wurden die warmgeschmiedeten Schaufeln allmählich abgekühlt, als Mischkristallbehandlung eine Stunde auf 950ºC erwärmt und gehalten, durch Strahlungsabkühlung auf Raumtemperatur gebracht, bevor sie zum Glühen zwei Stunden lang auf 700ºC gehalten wurden, um eine Vergleichsschaufel 2 nach einem gewöhnlichen Verfahren herzustellen.
Von den Vorderkanten an den Spitzenabschnitten und den Rotorbefestigungsabschnitten der Schaufeln wurden Probekörper abgeschnitten und der Härteprüfung, dem Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy und dem Wassertröpfchenerosionstest unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 ausgesetzt. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse.
Aus Tabelle 2 ist erkennbar, daß die Vorderkanten an den Spitzenabschnitten der erfindungsgemäßen Schaufeln höhere Zugfestigkeits- und Härtewerte als an den Rotorbefestigungsabschnitten aufweisen und gegenüber der Vergleichsschaufel 2 härter sind als die Schaufelkölper. Die Rotorbefestigungen weisen jedoch die gleichen Zugfestigkeits- und Schlagfestigkeitswerte wie die Vergleichsschaufel sowie eine hervorragende Zähigkeit auf. Bei den von den Vorderkanten an den Schaufelspitzenabschnitten entnommenen Probekörpern, die dem Wassertröpfchenerosionstest ausgesetzt wurden, ist der Erosionsgrad im Verhältnis zu ihrer Härte gegenüber dem gleichen Abschnitt der Vergleichsschaufel 2 stark vermindert. Außerdem ist erkennbar, daß der Wassertröpfchenerosionsgrad nach jedem Verfahren der vorliegenden Erfindung gegenüber der Vergleichsschaufel erheblich bis auf etwa 40% oder weniger vermindert werden kann. Diese Erosionsbeständigkeit ist besser als die der Stellite-Legierung auf Co-Basis, die herkömmlicherweise zur Erosionsverhütung eingesetzt wird. Daher können nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren, das nach dem Warmschmieden der Schaufeln angewandt wird, Schaufeln hergestellt werden, die eine hohe Erosionsbeständigkeit an den Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte, wo Erosion auftritt, eine hohe Zähigkeit an den anderen Teilen der Rotorbefestigung, sowie eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen.
Beispiel 2 wurde an den Schaufeln ausgeführt, die durch Warmschmieden und Abkühlen hergestellt wurden. Die Ausführung des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 2 an den Schaufeln, die durch spanendes Bearbeiten von geschmiedetem Ti-6Al-4V-Stabmaterial hergestellt wurden, führte jedoch zu den gleichen Wirkungen wie in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2

BEISPIEL 3

Turbinenschaufeln mit einer Flügellänge von 850 mm wurden warmgeschmiedet, wobei eine Ti- 10V-2Fe-3Al-Legierung verwendet wurde, die eine von den β-nahen Titanlegierungen ist. Das Warmfertigschmieden wurde nach Erwärmen auf 785ºC ausgeführt, und unmittelbar danach wurden die Vorderkantenseiten auf einer Länge von 300 mm am Spitzenabschnitt der Schaufeln mit Öl gekühlt, um mehrere Schaufeln G herzustellen. Außerdem wurden nach dem gleichen Warmschmieden mehrere Schaufeln H durch Abschrecken mittel Gebläseluftkühlung hergestellt. Die Ölkühlung der Vorderkanten ausschließlich an der Spitzenabschnitten erfolgt durch Eintauchen des entsprechenden Teils der Schaufeln in Öl. Außerdem wurden für die Gebläseluftkühlung die übrigen Teile durch eine Schutzhülle abgedeckt, um eine direkte Einwirkung von Gebläseluft zu vermeiden. Beim örtlichen Abschrecken der Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte auf Raumtemperatur mittels Öl- oder Gebläseluftkühlung dauerte es etwa fünf Stunden, bis die vollständigen Schaufelkörper wieder Raumtemperatur erreichten. Dann wurden einige Schaufeln von den Schaufeln G und H sechs Stunden lang bei 600ºC vergütet (diese werden als Schaufeln G-1 bzw. H-1 bezeichnet). Inzwischen wurden die übrigen Schaufeln G und H zehn Stunden bei 500ºC vergütet (diese werden als Schaufeln G-2 bzw. H-2 bezeichnet). Gleichzeitig wurden die bei der gleichen Temperatur warmgeschmiedeten Schaufeln durch Strahlungskühlung abgekühlt, bevor sie durch achtstündiges Halten auf 550ºC vergütet wurden, um eine Vergleichsschaufel 3 nach einem herkömmlichen Verfahren herzustellen.
Von den Vorderkanten an den Spitzenabschnitten und den Rotorbefestigungsabschnitten der Schaufeln wurden Probekörper abgeschnitten und der Härteprüfling, dem Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy und dem Wassertröpfchenerosionstest unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 ausgesetzt. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse.
Aus Tabelle 3 ist erkennbar, daß die Vorderkanten an den Spitzenabschnitten der erfindungsgemäßen Schaufeln höhere Zugfestigkeits- und Härtewerte als diejenigen der Rotorbefestigungsabschnitte aufweisen und gegenüber der Vergleichsschaufel 3 härter sind als die Schaufelkörper. Die Rotorbefestigungen weisen jedoch die gleichen Zugfestigkeits- und Schlagfestigkeitswerte wie die Vergleichsschaufel 3 sowie eine hervorragende Zähigkeit auf. Bei den von den Vorderkanten an den Vorderenden der Schaufeln abgeschnitten Probekörpern, die dem Wassertröpfchenerosionstest ausgesetzt wurden, ist der Erosionsgrad im Verhältnis zu ihrer Härte gegenüber dem gleichen Abschnitt der Vergleichsschaufel 3 stark vermindert. Außerdem ist erkennbar, daß der Wassertröpfchenerosionsgrad nach jedem Verfahren der vorliegenden Erfindung erheblich bis auf etwa 30% oder weniger gegenüber der Vergleichsschaufel 3 verringert werden kann. Diese Erosionsbeständigkeit ist besser als bei der Stellite-Legierung auf Co-Basis, die herkömmlicherweise zur Erosionsverhütung eingesetzt wird. Daher können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Schaufeln hergestellt werden, die eine hohe Erosionsbeständigkeit an den Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte, wo Erosion auftritt, hohe Zähigkeit an den anderen Teilen der Rotorbefestigung sowie hohe Zuverlässigkeit aufweisen. Tabelle 3

BEISPIEL 4

Mehrere Turbinenschaufeln mit einer Flügellänge von 600 mm wurden durch spanende Bearbeitung von Walzstäben einer Ti-10V-2Fe-3Al-Legierung hergestellt, die eine der β-nahen Titanlegierungen ist. Dann wurden einige der Schaufeln als Mischkristallbehandlung eine Stunde lang auf 760ºC erwärmt und gehalten, die Vorderkantenseiten auf 200 mm Länge am Spitzenabschnitt der Schaufeln wurden mit Öl gekühlt, und die übrigen Teile wurden durch Strahlungskühlung abgekühlt, um Schaufeln I herzustellen. Die Ölkühlung der Vorderkanten nur an den Spitzenabschnitten erfolgte durch Eintauchen des entsprechenden Teils der Schaufeln in Öl. Nach dem Abschrecken der Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte auf Raumtemperatur mittels Ölkühlung dauerte es etwa fünf Stunden, bis die vollständigen Schaufelkörper wieder Raumtemperatur erreichten. Dann wurden einige Schaufeln von den Schaufeln I sechs Stunden lang bei 600ºC vergütet. Außerdem wurden die übrigen Schaufeln insgesamt nach der obigen Mischkristallbehandlung durch Strahlungskühlung abgekühlt und unter den gleichen Bedingungen wie oben vergütet, um Vergleichsschaufeln 4 herzustellen.
Von den Vorderkanten an den Spitzenabschnitten und den Rotorbefestigungen der Schaufeln wurden Probekörper abgeschnitten und der Härteprüfung, dem Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy sowie dem Wassertröpfchenerosionstest unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 ausgesetzt. Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse. Tabelle 4
Aus Tabelle 4 ist erkennbar, daß die Vorderkanten an den Spitzenabschnitten der erfindungsgemäßen Schaufeln höhere Zugfestigkeits- und Härtewerte als diejenigen der Rotorbefestigungsabschnitte aufweisen und gegenüber den Vergleichsschaufeln 4 härter sind als die Schaufelkörper. Die Rotorbefestigungen weisen jedoch die gleichen Zugfestigkeits- und Schlagfestigkeitswerte wie die Vergleichsschaufel 4 sowie eine hervorragende Zähigkeit auf. Bei den von den Vorderkanten an den Schaufelspitzenabschnitten entnommenen Probekörpern, die dem Wassertröpfchenerosionstest ausgesetzt wurden, ist der Erosionsgrad im Verhältnis zu ihrer Härte gegenüber dem gleichen Abschnitt der Vergleichsschaufel 4 stark vermindert. Außerdem ist erkennbar, daß der Wassertröpfchenerosionsgrad nach jedem Verfahren der vorliegenden Erfindung gegenüber der Vergleichsschaufel 4 erheblich bis auf 30% oder weniger vermindert werden kann. Diese Erosionsbeständigkeit ist besser als bei der Stellite-Legierung auf Co-Basis, die herkömmlicherweise für die Erosionsverhütung eingesetzt wird. Daher können nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren Schaufeln hergestellt werden, die eine hohe Erosionsbeständigkeit an den Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte, wo Erosion auftritt, hohe Zähigkeit an den anderen Teilen der Rotorbefestigung sowie hohe Zuverlässigkeit aufweisen.
Beispiel 4 wurde an den Schaufeln ausgeführt, die durch spanende Bearbeitung hergestellt wurden. Außerdem ergab die Ausführung des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 4 für die Schaufeln, die durch Warmfertigschmieden einer Ti-10V-2Fe-3Al-Legierung und örtliche Zwangskühlung auf Raumtemperatur hergestellt wurden, die gleichen Ergebnisse wie in Tabelle 4.
Ferner führte die Ausführung der gleichen Verfahren, aber nicht bei den gleichen Temperaturen wie in den Beispielen 3 und 4 unter Verwendung einer Ti-5Al-4Cr-4Mo-2Sn-2Zr-Legierung oder einer Ti- 5Al-2Sn-4Zr-4Mo-2Cr-1Fe-Legierung, die eine der β-nahen Titanlegierungen ist, zur Herstellung von Turbinenschaufeln mit den gleichen Eigenschaften wie denen, die in den Tabellen 3 und 4 dargestellt sind.

BEISPIEL 5

Mehrere Turbinenschaufeln J mit einer Flügellänge von 600 mm wurden durch spanende Bearbeitung von Walzstäben einer Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn-Legierung hergestellt, die eine der Titanlegierungen vom β-Typ ist. Dann wurden einige der Schaufeln als Mischkristallbehandlung eine Stande auf 785ºC gehalten, die Vorderkantenseiten auf 250 mm Länge des Spitzenabschnitts der Schaufeln wurden mittels Druckluft abgeschreckt, und die übrigen Teile wurden durch Strahlungskühlung abgekühlt, uni. Schaufeln J herzustellen. In diesem Fall wurden die übrigen Teile durch eine Schutzhülle abgedeckt, um eine direkte Einwirkung von Druckluft zu vermeiden. Beim Abschrecken der Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte mittels Druckluft dauerte es - etwa fünf Stunden, bis die vollständigen Schaufelkörper wieder Raumtemperatur erreichten. Dann wurden die Schaufeln J sechzehn Stunden lang bei 480ºC vergütet. Außerdem wurden nach der obigen Mischkristallbehandlung die übrigen Schaufeln insgesamt einer Strahlungskühlung ausgesetzt und unter den gleichen Bedingungen wie oben vergütet, um Vergleichsschaufeln 5 herzustellen.
Andererseits wurde die gleiche Titanlegierung auf 815ºC erwähnt und warmfertiggeschmiedet, um Turbinenschaufeln K mit der gleichen Größe wie oben herzustellen. Dann wurden nur die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte mittels Druckluft abgekühlt, und die übrigen Teile wurden mittels Strahlungskühlung abgekühlt. Danach wurde sechzehn Stunden lang eine Vergütung bei 480ºC ausgeführt.
Von den Vorderkanten der Spitzenabschnitte und der Rotorbefestigung der Schaufeln wurden Probekörper abgeschnitten und der Härteprüfung, dem Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy sowie dem Wassertröpfchenerosionstest unter den gleichen Bedingungen wie in Tabelle 1 ausgesetzt. Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse.
Aus Tabelle 5 ist erkennbar, daß die Vorderkanten an den Spitzenabschnitten der erfindungsgemäßen Schaufeln höhere Zugfestigkeits- und Härtewerte als diejenigen der Rotorbefestigungen aufweisen und gegenüber der Vergleichsschaufel 5 härter sind als die Schaufelkörper. Die Rotorbefestigungen weisen aber die gleichen Zugfestigkeits- und Schlagfestigkeitswerte wie die Vergleichsschaufel 5 sowie eine hervorragende Zähigkeit auf. Bei den von den Vorderkanten an den Schaufelspitzenabschnitten entnommenen Probekörpern, die dem Wassertröpfchenerosionstest ausgesetzt wurden, ist der Erosionsgrad im Verhältnis zu ihrer Härte gegenüber dem gleichen Abschnitt der Vergleichsschaufel 5 stark vermindert. Außerdem ist erkennbar, daß der Wassertröpfchenerosionsgrad nach jedem Verfahren der vorliegenden Erfindung gegenüber der Vergleichsschaufel 5 erheblich bis auf etwa 20% oder weniger vermindert werden kann. Daher werden nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren Schaufeln hergestellt, die eine hohe Erosionsbeständigkeit an den Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte, wo Erosion auftritt, hohe Zähigkeit an den anderen Teilen der Rotorbefestigung sowie hohe Zuverlässigkeit aufweisen.
Das in Beispiel 5 dargestellte Herstellungsverfahren wurde an den Schaufeln, die durch spanende Bearbeitung der Turbinenschaufeln hergestellt wurden, oder an den nach dem Warmfertigschmieden abgekühlten Schaufeln ausgeführt. Die Ausführung der gleichen Verfahren wie bei der Schaufel von Beispiel 5 an den Turbinenschaufeln, die durch Warmschmieden, Abkühlen auf Raumtemperatur und anschließende Mischkristallbehandlung erzeugt wurden, ergab jedoch die gleichen Wirkungen wie die in Tabelle 5 dargestellten.
Als Titanlegierung vom β-Typ wurde eine Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr-Legierung, eine Ti-11,5Mo- 6Zr-4,5-Sn-Legierung oder eine Ti-13V-11Cr-3Al-Legierung nach dem gleichen Verfahren, aber nicht unbedingt bei den gleichen Temperaturen wie in Beispiel 5 behandelt, um Turbinenschaufeln mit den gleichen Eigenschaften wie denen in Tabelle 5 herzustellen. Tabelle 5

ANWENDBARKEIT IN DER INDUSTRIE

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung werden die Vorderkanten der Spitzenabschnitte der durch Warmschmieden nach irgendeinem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Turbinenschaufeln, die Deckbänder und/oder Druckschwingungsdämpfer aufweisen können, schneller als die übrige Schaufel abgekühlt und zum Glühen und Vergüten wärmebehandelt, um die Schaufeln zu erzeugen, so daß die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte, die dazu neigen, beim Betrieb der Turbine durch Wassertröpfchen und Sand leicht erodiert zu werden, eine hohe Erosionsbeständigkeit aufweisen, und die Rotorbefestigungen und andere Teile der Schaufelkörper sich durch eine günstige Kombination von Festigkeit, Dehnbarkeit und Zähigkeit auszeichnen. Daher können hochzuverlässige Turbinenschaufeln aus Titanlegierung bereitgestellt werden.
Außerdem werden nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für Turbinenschaufeln aus Titanlegierung die Turbinenschaufeln durch Warmschmieden oder spanendes Bearbeiten hergestellt, der Mischkristallbehandlung ausgesetzt, die Vorderkanten der Spitzenabschnitte der Turbinenschaufeln, die Deckbänder und Druckschwingungsdämpfer aufweisen können, werden durch Zwangskühlung örtlich schneller abgekühlt als die übrige Schaufel, danach zum Glühen und Vergüten wärmebehandelt, so daß die Turbinenschaufeln aus Titanlegierung, die sich durch Erosionsbeständigkeit auszeichnen, wirtschaftlich und hochzuverlässig sind, nach dem gleichen Herstellungsverfahren wie oben beschrieben hergestellt werden können.
Außerdem weisen die erfindungsgemäßen Turbinenschaufeln aus Titanlegierung eine hervorragende Erosionsbeständigkeit der Vorderkanten der Spitzenabschnitte der Turbinenschaufeln und in Kombination mit dem übrigen Turbinenschaufelkörper eine hervorragende Langzeit-Zuverlässigkeit auf.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung, wobei die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte aus der gleichen Titanlegierung bestehen wie der Hauptkörper der Turbinenschaufel, wobei das Verfahren aufweist:

einen Schritt zum Formen von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung durch Warmschmieden;

vom Hochtemperaturzustand aus, einen Schritt zum örtlichen beschleunigten Abkühlen der Vorderkanten der durch Warmschmieden geformten Schaufelspitzenabschnitte; und

einen Schritt zur Wärmebehandlung der abgekühlten Turbinenschaufeln, wonach die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte eine lokale Härte aufweisen, die um mindestens 31 HV größer ist als die der Rotorbefestigungsabschnitte.

2. Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung nach Anspruch 1, wobei

die Titanlegierung eine Titanlegierung vom α + β-Typ aufweist;

der Warmschmiedeschritt in einem α + β-Temperaturbereich ausgeführt wird, der um mindestens 10ºC niedriger liegt als eine β-Übergangstemperatur der Titanlegierung vom α + β-Typ;

der Abkühlungsschritt ein Schritt ist, in dem die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte in mindestens einem Schritt, ausgewählt unter Zwangsgebläsekühlung mit Gas, Zwangskühlung mit Druckgas, Zwangskühlung mit Flüssigkeit, wie z. B. Wasser oder Öl oder Medien mit Abschreckgeschwindigkeiten zwischen denen von Wasser und Öl, und Zwangskühlung mit einem Gemisch aus Flüssigkeit und Gas, das unter Druck einen sprühnebel- oder nebelähnlichen Zustand bildet, schneller örtlich abgeschreckt werden als der übrige Schaufelkörper, während die Schaufel durch Strahlungsabkühlung abgekühlt wird; und

im Wärmebehandlungsschritt die Turbinenschaufeln in mindestens einem Schritt wärmebehandelt werden, der unter Erwärmen auf eine Temperatur im Bereich von 450ºC bis 850ºC während einer vorgegebenen Zeitspanne, Erwärmen mit einem vorgegebenen Temperaturgradienten während einer vorgegebenen Zeitspanne, Erwärmen unter Kombination mehrerer Temperaturen und mehrerer Zeitspannen während einer vorgegebenen Zeitspanne und Erwärmen mit kontinuierlich oder diskret anschließender Wiederholung mindestens eines der obigen drei Schritte ausgewählt ist.

3. Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung nach Anspruch 1, wobei

die Titanlegierung eine Titanlegierung vom α + β-Typ aufweist;

der Warmschmiedeschritt ein Schritt zum Formen der Turbinenschaufeln durch Erwärmen auf den α + β-Temperaturbereich unterhalb 930 bis 970ºC ist, der um mindestens 10ºC niedriger liegt als die β- Übergangstemperatur jeder Titanlegierung vom α + β-Typ;

der Abkühlungsschritt ein Schritt ist, in dem die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte in mindestens einem Schritt, ausgewählt unter Zwangsgebläsekühlung mit Gas, Zwangskühlung mit Druckgas, Zwangskühlung mit Flüssigkeit, wie z. B. Wasser oder Öl oder Medien mit Abschreckgeschwindigkeiten zwischen denen von Wasser und Öl, und Zwangskühlung mit einem Gemisch aus Flüssigkeit und Gas, das unter Druck einen sprühnebel- oder nebelähnlichen Zustand bildet, schneller örtlich abgeschreckt werden als der übrige Schaufelkörper, während der Schaufelkörper durch Strahlungsabkühlung abgekühlt wird; und

der Wärmebehandlungsschritt ein Schritt zur Wärmebehandlung der Turbinenschaufeln während einer vorgegebenen Zeitspanne nach mindestens einem, aus der folgenden Gruppe ausgewählten Wärmebehandlungsverfahren ist:

(a) Erwärmen auf 750 bis 850ºC mit kontinuierlich anschließendem Erwärmen und Halten auf 450 bis 720ºC,

(b) Erwärmen auf 750 bis 850ºC mit kontinuierlich oder diskret anschließendem Erwärmen und Halten auf 450 bis 720ºC,

(c) Erwärmen auf 450 bis 600ºC mit kontinuierlich anschließendem Erwärmen und Halten auf 625 bis 720ºC,

(d) Erwärmen auf 450 bis 600ºC mit kontinuierlich oder diskret anschließendem Erwärmen und Halten auf 625 bis 720ºC, oder

(e) ausschließliches Erwärmen und Halten auf 450 bis 720ºC.

4. Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung nach Anspruch 1, wobei

die Titanlegierung eine Titanlegierung annähernd vom β-Typ aufweist

der Warmschmiedeschritt ein Schritt zum Formen der Turbinenschaufeln durch Erwärmen auf 730 bis 875ºC ist, was um mindestens 10ºC niedriger liegt als eine β-Übergangstemperatur jeder Titanlegierung vom angenäherten β-Typ;

der Wärmebehandlungsschritt ein Wärmebehandlungsschritt ist, in dem die Turbinenschaufeln während einer vorgegebenen Zeitspanne ausschließlich auf 420 bis 650ºC oder auf mehrere Temperaturen erwärmt und gehalten werden.

5. Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung nach Anspruch 1, wobei

die Titanlegierung eine Titanlegierung vom β-Typ aufweist;

der Warmschmiedeschritt ein Schritt zum Formen der Turbinenschaufeln durch Erwärmen auf 700 bis 1050ºC ist;

der Abkühlungsschritt ein Schritt ist, in dem die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte in mindestens einem Schritt, ausgewählt unter Zwangsgebläsekühlung mit Gas, Zwangskühlung mit Druckgas, Zwangskühlung mit Flüssigkeit, wie z. B. Wasser oder Öl oder Medien mit Abschreckgeschwindigkeiten zwischen denen von Wasser und Öl, und Zwangskühlung mit einem Gemisch aus Flüssigkeit und Gas, das unter Druck einen sprühnebel- oder nebelähnlichen Zustand bildet, schneller örtlich abgeschreckt werden als der übrige Schaufelkörper, während die Schaufel durch Strahlungsabkühlung abgekühlt wird; und wobei der Wärmebehandlungsschritt ein Schritt zum Erwärmen und Halten der Turbinenschaufeln auf 400 bis 650ºC ist.

6. Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung, wobei die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte aus der gleichen Titanlegierung bestehen wie der Hauptkörper der Turbinenschaufel, wobei das Verfahren aufweist:

einen Schritt zum Formen von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung durch Warmschmieden oder spanendes Bearbeiten; einen Schritt zur Mischkristallbehandlung der durch Warmschmieden oder spanendes Bearbeiten geformten Turbinenschaufeln;

vom Hochtemperaturzustand aus, einen Schritt zum örtlichen beschleunigten Abkühlen der Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte nach der Mischkristallbehandlung; und

7. Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung nach Anspruch 6, wobei

die Titanlegierung eine Titanlegierung vom α + β-Typ aufweist;

der Mischkristallbehandlungsschritt ein Schritt zum Erwärmen und Halten in einem Temperaturbereich ist, der um mindestens 10ºC niedriger liegt als eine β-Übergangstemperatur der Titanlegierung vom α + β-Typ;

im Wärmebehandlungsschritt die Turbinenschaufeln in mindestens einem Schritt wärmebehandelt werden, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Erwärmen auf eine Temperatur im Bereich von 450ºC bits 850ºC während einer vorgegebenen Zeitspanne, Erwärmen mit einem vorgegebenen Temperaturgradienten während einer vorgegebenen Zeitspanne, Erwärmen unter Kombination mehrerer Temperaturen und mehrerer Zeitspannen während einer vorgegebenen Zeitspanne und Erwärmen mit kontinuierlich oder diskret anschließender, mehrfacher Wiederholung mindestens eines der obigen drei Schritte besteht.

8. Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung nach Anspruch 6, wobei

die Titanlegierung eine Titanlegierung vom α + β-Typ aufweist;

der Mischkristallbehandlungsschritt ein Schritt zum Erwärmen und Halten der Turbinenschaufeln in dem α + β-Temperaturbereich unterhalb 930 bis 970ºC ist, der um mindestens 10ºC niedriger liegt als die β-Übergangstemperatur jeder Titanlegierung vom α + β-Typ;

der Wärmebehandlungsschritt ein Schritt ist, in dem die Turbinenschaufeln nach einem aus der folgenden Gruppe ausgewählten Wärmebehandlungsverfahren erwärmt und während einer vorgegebenen Zeitspanne gehalten werden:

(e) ausschließliches Erwärmen und Halten auf 450 bis 720ºC.

9. Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung nach Anspruch 6, wobei

die Titanlegierung eine Titanlegierung vom angenäherten β-Typ aufweist;

der Mischkristallbehandlungsschritt ein Schritt zum Erwärmen und Halten der Turbinenschaufeln auf 730 bis 875ºC ist, was um mindestens 10ºC niedriger liegt als eine β-Übergangstemperatur der Titanlegierung vom angenäherten β-Typ;

der Wärmebehandlungsschritt ein Schritt ist, in dem die Turbinenschaufeln während einer vorgegebenen Zeitspanne ausschließlich auf 420 bis 650ºC oder auf mehrere Temperaturen erwärmt und gehalten werden.

10. Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung nach Anspruch 6, wobei

die Titanlegierung eine Titanlegierung vom β-Typ aufweist; der Mischkristallbehandlungsschritt ein Schritt zum Erwärmen und Halten der Turbinenschaufeln auf 700 bis 1050ºC ist;

der Wärmebehandlungsschritt ein Schritt zum Erwärmen und. Halten der Turbinenschaufeln auf der Temperatur von 400 bis 650ºC ist.

11. Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung nach Anspruch 3 oder Anspruch 8, wobei die Titanlegierung vom α + β-Typ eine Ti-6Al-4V-Legierung, eine Ti-6Al-2Sn-4Zr- 2Mo-0,1Si-Legierung oder eine Ti-6Al-6V-2Sn-Legierung ist.

12. Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung nach Anspruch 4 oder Anspruch 9, wobei die Titanlegierung vom angenäherten β-Typ eine Ti-10V-2Fe-3Al-Legierung oder eine Ti-5Al-4Cr-4Mo-2Sn-2Zr-Legierung oder eine Ti-5Al-2Sn-4Zr-4Mo-2Cr-1Fe-Legierung ist.

13. Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titanlegierung nach Anspruch 5 oder Anspruch 10, wobei die Legierung vom β-Typ eine Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn-Legierung, eine Ti-3Al-8V-6Cr- 4Mo-4Zr-Legierung, eine Ti-11,5Mo-6Zr-4,5Sn-Legierung oder eine Ti-13V-11Cr-3Al-Legierung ist.

14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Turbinenschaufeln Abdeckungen und/oder Druckschwingungsdämpfer aufweisen, deren Vorderkanten einen Teil der Schaufelvorderkanten bilden und im Schritt zur örtlichen Zwangskühlung der Vorderkanten der Schaufelspitzen gleichfalls örtlich abgekühlt werden.

15. Turbinenschaufel aus Titanlegierung, bei der die Vorderkanten der Schaufelspitzenabschnitte aus der gleichen Titanlegierung bestehen wie die übrige Turbinenschaufel, wobei die Vorderkanten der Spitzenabschnitte der Turbinenschaufeln eine örtliche Härte aufweisen, die nach einer Wärmebehandlung um mindestens 31 HV größer ist als die der Rotorbefestigungsabschnitte.

16. Turbinenschaufel nach Anspruch 15, die ferner Abdeckungen und/oder Druckschwingungsdämpfer aufweist, deren Vorderkanten behandelt werden und die gleiche erhöhte örtliche Härte aufweisen wie die Vorderkanten der Schaufelspitzen.