WO2013020548A1 - Forged tial components, and method for producing same - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for producing forged components from a TiAl alloy, in particular components for gas turbines, preferably aircraft turbines and in particular turbine blades for low-pressure turbines. Moreover, the present invention relates to corresponding components.
- titanium aluminides Due to their low specific weight and their mechanical properties, components of titanium aluminides are of interest for use in gas turbines, in particular aircraft turbines. However, in the case of titanium aluminide materials, the microstructures must be precisely adjusted in order to achieve the desired mechanical properties.
- the components are subjected to a two-stage heat treatment after forging, wherein the first stage of the heat treatment provides recrystallization annealing below the ⁇ / ⁇ transformation temperature for a period of 50 to 100 minutes.
- the annealing at a temperature below the ⁇ / ⁇ transformation temperature at which ⁇ -titanium is converted into ⁇ -TiAl in accordance with the phase diagram for the TiAl alloy used may take place as close as possible to the ⁇ / ⁇ transformation temperature, with a temperature of 15 ° C, in particular 10 ° C, below the ⁇ / ⁇ - conversion temperature should not fall below.
- the recrystallization annealing may preferably be carried out for 60 to 90 minutes, especially 70 to 80 minutes.
- the first stage of the heat treatment with the recrystallization annealing is followed by a second stage of the heat treatment with stabilizing annealing in the temperature range of 800 ° C to 950 ° C for 5 to 7 hours.
- the stabilization annealing can be carried out in particular in the temperature range from 825 ° C. to 925 ° C., preferably from 850 ° C. to 900 ° C., with a holding time of from 345 minutes to 375 minutes.
- the cooling in the recrystallization annealing can be carried out by air cooling, wherein in the temperature range between 1300 ° C and 900 ° C, the cooling rate> 3 ° C per second should be to set a fine lamellar structure of a 2 -Ti 3 AI and ⁇ -TiAl in the corresponding a 2 - and ⁇ -phase, which ensures the required mechanical properties.
- the cooling in the second heat treatment stage, so the stabilization annealing, can be done with correspondingly lower cooling rates in the oven.
- the heat treatment steps are carried out as accurately as possible at the corresponding selected temperature.
- an increasingly precise adjustment of the temperature and holding the components at the appropriate temperatures associated with increasing effort so that a compromise must be found for an economically meaningful processing.
- a temperature adjustment with a deviation in the range of 5 ° C to 10 ° C up and down from the target temperature has been found to be advantageous.
- the selected SolN temperature for the heat treatment steps of the present invention can be set and maintained in a corresponding temperature window of 5 ° C to 10 ° C deviation from the target temperature up and down.
- titanium-titanium aluminide alloys alloyed with niobium and molybdenum can be used in particular.
- Such alloys are also referred to as TNM alloys.
- an alloy of 42 to 45 atomic percent aluminum, 3 to 5 atomic percent niobium, and 0.5 to 1.5 atomic percent molybdenum may be used.
- the aluminum content may be selected in the range of 42.8 to 44.2 atomic percent aluminum, while 3.7 to 4.3 atomic percent of niobium and 0.8 to 1.2 atomic percent of molybdenum may be alloyed.
- the alloy may be alloyed with boron in the range of 0.05 to 0.15 atomic percent boron, more preferably 0.07 to 0.13 atomic percent boron.
- the alloy may contain unavoidable impurities or other constituents such as carbon, oxygen, nitrogen, hydrogen, chromium, silicon, iron, copper, nickel and yttrium, the content of which being ⁇ 0.05% by weight of chromium, ⁇ 0.05% by weight of silicon, ⁇ 0.08 weight percent oxygen, ⁇ 0.02 weight percent carbon, ⁇ 0.015 weight percent nitrogen, ⁇ 0.005 weight percent hydrogen, ⁇ 0.06 weight percent iron, ⁇ 0.15 weight percent copper, ⁇ 0.02 weight percent nickel and ⁇ 0.001 weight percent yttrium , Further constituents may be contained individually in the range of 0 to 0.05 percent by weight or in total from 0 to 0.2 percent by weight.
- the forging of the corresponding components can be carried out by drop forging in the ⁇ - ⁇ - ⁇ temperature range, wherein as a raw material for forging cast and / or hot isostatically pressed blanks can be used.
- the blanks themselves can be produced by melting in vacuum or inert gas withsverzehreri- the electrodes or in the cooled crucible by plasma arc melting, wherein a single or multiple remelting of the alloy can be performed.
- Remelting may be by vacuum induction melting or vacuum arc remelting (VIM vacuum induction melting) and the poured material may be hot isostatically pressed, with temperatures> 200 ° C at a pressure> 190 MPa and a holding time> 4 hours can be applied.
- a component made of a TiAl alloy in particular a component of a gas turbine, preferably an aircraft turbine, which is produced in particular according to the above-described method, is provided which has a triplex structure with a globulitic ⁇ -TiAl phase, a B2-TiAl Phase (cubic body-centered phase) and a lamellar a 2 -Ti 3 Al and ⁇ -TiAl phase is constructed.
- the proportion of the ⁇ -phase is in this case 2 to 20 percent by volume, the proportion of the B2 phase 1 to 20 percent by volume and the proportion of the ⁇ -phase together with the B2 phase 5 to 25 percent by volume.
- the proportion of the ⁇ -phase 5 to 15 volume percent and the proportion of B2 phase 3 to 15 volume percent and the proportion of the two phases together amount to 8 to 20 volume percent.
- the size of the ⁇ -phase or the ⁇ -grains can be adjusted so that a circumscribed circle has a diameter ⁇ 40 ⁇ . The same applies to the B2 phase or B2 grains.
- the lamellar microstructures of a 2 and ⁇ phase have a size at which the equivalent area of a circle has a diameter of ⁇ 100 ⁇ .
- the aspect ratio of the lamellar a 2 and ⁇ phase ie the ratio of the length to the width of the lamellae, can be ⁇ 3: 1.
- the structure may additionally have borides.
- the thus molten material was hot isostatically compacted at a temperature of> 1200 ° C and a pressure of greater than 190 MPa for a holding time of more than 4 hours, and then forged in a die forging at a temperature in the ⁇ - ⁇ - ⁇ phase region , Thereafter, a heat treatment with recrystallization annealing below the ⁇ / ⁇ transformation temperature for 75 minutes was performed with air cooling at a cooling rate. above 3 ° C per second. Subsequently, the corresponding component was subjected to stabilization annealing at 920 ° C. for 6 hours and then cooled in the oven.
- Such a component such as a turbine blade for a low-pressure turbine in an aircraft engine, has a triplex structure according to the invention with corresponding proportions of ⁇ phase, B2 phase and lamellar a 2 and ⁇ phase.
- Such a component has a yield strength (0.2% proof strength Rpo, 2) of more than 670 MPa and a tensile strength R m of more than 840 MPa for a total elongation (elastic and plastic elongation to breakage) in a tensile test at 300 ° C. A tot of more than 1, 7% up.
- a yield strength R p o > 2 of more than 500 MPa and a tensile strength R ",> 730 MPa are still achieved.
- the creep properties are characterized at a creep temperature of 750 ° C and a test voltage of 150 MPa and a creep of more than 200 hours by a total plastic strain A p of ⁇ 1%.
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Abstract
The invention relates to a method for producing forged components made of a TiAl alloy, in particular turbine blades. The components are forged and undergo a two-stage heat treatment after the forging process. The first stage of the heat treatment comprises a recrystallization annealing process for 50 to 100 minutes at a temperature below the γ/α transition temperature, and the second stage of the heat treatment comprises a stabilization annealing process in the temperature range of between 800 °C to 950 °C for 5 to 7 hrs. The cooling rate during the first heat treatment stage is greater than or equal to 3 °C/sec, in the temperature range between 1300 °C to 900 °C.
Description
GESCHMIEDETE TIAL-BAUTEILE UND VERFAHREN ZU IHRER HERSTELLUNG FORGED TIAL COMPONENTS AND METHOD FOR THEIR MANUFACTURE
HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION
GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geschmiedeten Bauteilen aus einer TiAl-Legierung, insbesondere von Bauteilen für Gasturbinen, vorzugsweise Flugturbinen und insbesondere Turbinenschaufeln für Niederdruckturbinen. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung entsprechende Bauteile. The present invention relates to a method for producing forged components from a TiAl alloy, in particular components for gas turbines, preferably aircraft turbines and in particular turbine blades for low-pressure turbines. Moreover, the present invention relates to corresponding components.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Bauteile aus Titanaluminiden sind aufgrund ihres geringen spezifischen Gewichts und ihrer mechanischen Eigenschaften für den Einsatz in Gasturbinen, insbesondere Flugturbinen, interessant. Allerdings müssen bei Titanaluminid- Werkstoffen die Gefüge exakt eingestellt werden, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erzielen. Due to their low specific weight and their mechanical properties, components of titanium aluminides are of interest for use in gas turbines, in particular aircraft turbines. However, in the case of titanium aluminide materials, the microstructures must be precisely adjusted in order to achieve the desired mechanical properties.
Dabei ergibt sich die Schwierigkeit, dass spezielle Prozessrouten gewählt werden müssen, um die gewünschten Gefügeeinstellungen vornehmen zu können. Gleichzeitig soll jedoch die Herstellung und Bearbeitung entsprechender TiAl-Bauteile in industriellen Prozessen wirtschaftlich durchführbar sein. Entsprechend besteht ein ständiger Bedarf, Gefügeeinstellungen und Herstellungswege sowie -parameter für die Herstellung von Titanaluminid-Bauteilen zu optimieren. This results in the difficulty that special process routes must be selected in order to make the desired microstructural settings. At the same time, however, the production and processing of corresponding TiAl components in industrial processes should be economically feasible. Accordingly, there is a continuing need to optimize microstructural settings and production paths and parameters for the production of titanium aluminide components.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG DISCLOSURE OF THE INVENTION
AUFGABE DER ERFINDUNG OBJECT OF THE INVENTION
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für die Herstellung von Bauteilen aus Titanaluminid- Werkstoffen bereit zu stellen, welche in Gasturbinen, ins- It is therefore an object of the present invention to provide a production method for the production of components made of titanium aluminide materials, which are used in gas turbines, in particular
|Bestätigungskopie|
besondere Flugturbinen, vorzugsweise im Bereich der Niederdruckturbine, eingesetzt werden können, wobei eine wirtschaftlich vertretbare Herstellung ermöglicht wird. | Confirmation copy | special aircraft turbines, preferably in the field of low-pressure turbine, can be used, with an economically justifiable production is possible.
TECHNISCHE LÖSUNG TECHNICAL SOLUTION
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein entsprechendes Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a corresponding component having the features of claim 8. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von geschmiedeten Bauteilen aus einer TiAl-Legierung werden die Bauteile nach dem Schmieden einer zweistufigen Wärmebehandlung unterzogen, wobei die erste Stufe der Wärmebehandlung ein Rekristallisationsglühen unterhalb der γ/α - Umwandlungstemperatur für eine Zeitdauer von 50 bis 100 Minuten vorsieht. Das Glühen bei einer Temperatur unterhalb der γ/α - Umwandlungstemperatur, bei der entsprechend dem Phasendiagramm für die verwendete TiAl-Legierung α-Titan in γ-TiAl umgewandelt wird, kann möglichst nahe an der γ/α - Umwandlungstemperatur stattfinden, wobei eine Temperatur von 15°C, insbesondere 10°C, unterhalb der γ/α - Umwandlungstemperatur nicht unterschritten werden soll. In the method of producing forged TiAl alloy members of the present invention, the components are subjected to a two-stage heat treatment after forging, wherein the first stage of the heat treatment provides recrystallization annealing below the γ / α transformation temperature for a period of 50 to 100 minutes. The annealing at a temperature below the γ / α transformation temperature at which α-titanium is converted into γ-TiAl in accordance with the phase diagram for the TiAl alloy used may take place as close as possible to the γ / α transformation temperature, with a temperature of 15 ° C, in particular 10 ° C, below the γ / α - conversion temperature should not fall below.
Das Rekristallisationsglühen kann vorzugsweise für 60 bis 90 Minuten, insbesondere 70 bis 80 Minuten, durchgeführt werden. The recrystallization annealing may preferably be carried out for 60 to 90 minutes, especially 70 to 80 minutes.
Der ersten Stufe der Wärmebehandlung mit dem Rekristallisationsglühen schließt sich eine zweite Stufe der Wärmebehandlung mit einem Stabilisierungsglühen im Temperaturbereich von 800°C bis 950°C für 5 bis 7 Stunden an. The first stage of the heat treatment with the recrystallization annealing is followed by a second stage of the heat treatment with stabilizing annealing in the temperature range of 800 ° C to 950 ° C for 5 to 7 hours.
Das Stabilisierungsglühen kann insbesondere im Temperaturbereich von 825°C bis 925°C, vorzugsweise von 850°C bis 900°C bei einer Haltedauer von 345 Minuten bis 375 Minuten durchgeführt werden. The stabilization annealing can be carried out in particular in the temperature range from 825 ° C. to 925 ° C., preferably from 850 ° C. to 900 ° C., with a holding time of from 345 minutes to 375 minutes.
Die Abkühlung beim Rekristallisationsglühen kann durch Luftabkühlung erfolgen, wobei im Temperaturbereich zwischen 1300°C und 900°C die Abkühlgeschwindigkeit > 3°C pro Sekunde
sein soll, um ein feinlamellares Gefüge aus a2-Ti3 AI und γ-TiAl in der entsprechenden a2- und γ- Phase einzustellen, welches die erforderlichen mechanischen Eigenschaften gewährleistet. The cooling in the recrystallization annealing can be carried out by air cooling, wherein in the temperature range between 1300 ° C and 900 ° C, the cooling rate> 3 ° C per second should be to set a fine lamellar structure of a 2 -Ti 3 AI and γ-TiAl in the corresponding a 2 - and γ-phase, which ensures the required mechanical properties.
Die Abkühlung bei der zweiten Wärmebehandlungsstufe, also dem Stabilisierungsglühen, kann mit entsprechend niedrigeren Abkühlgeschwindigkeiten im Ofen erfolgen. The cooling in the second heat treatment stage, so the stabilization annealing, can be done with correspondingly lower cooling rates in the oven.
Für die Einstellung des Gefüges und Reproduzierbarkeit einer entsprechenden Gefügeeinstellung ist es von Bedeutung, dass die Wärmebehandlungsschritte möglichst genau bei der entsprechend gewählten Temperatur durchgeführt werden. Allerdings ist eine zunehmend exakte Einstellung der Temperatur und Halten der Bauteile auf den entsprechenden Temperaturen mit wachsendem Aufwand verbunden, so dass für eine wirtschaftlich sinnvolle Bearbeitung ein Kompromiss gefunden werden muss. Für die Wärmebehandlung von geschmiedeten TiAl-Bauteilen hat sich eine Temperatureinstellung mit einer Abweichung im Bereich von 5°C bis 10°C nach oben und unten von der Soll-Temperatur als vorteilhaft herausgestellt. Entsprechend kann die gewählte SolNTemperatur für die Wärmebehandlungsschritte der vorliegenden Erfindung in einem entsprechenden Temperaturfenster mit 5°C bis 10°C Abweichung von der Soll-Temperatur nach oben und unten eingestellt und gehalten werden. For the adjustment of the microstructure and reproducibility of a corresponding structural adjustment, it is important that the heat treatment steps are carried out as accurately as possible at the corresponding selected temperature. However, an increasingly precise adjustment of the temperature and holding the components at the appropriate temperatures associated with increasing effort, so that a compromise must be found for an economically meaningful processing. For the heat treatment of forged TiAl components, a temperature adjustment with a deviation in the range of 5 ° C to 10 ° C up and down from the target temperature has been found to be advantageous. Accordingly, the selected SolN temperature for the heat treatment steps of the present invention can be set and maintained in a corresponding temperature window of 5 ° C to 10 ° C deviation from the target temperature up and down.
Für die Herstellung von geschmiedeten Bauteilen aus TiAl-Legierungen, insbesondere für Gasturbinenbauteile, wie beispielsweise Niederdruckturbinen-Turbinenschaufeln, sind vor allem mit Niob und Molybdän legierte Titanaluminid-Legierungen verwendbar. Derartige Legierungen werden auch als TNM- Legierungen bezeichnet. For the production of forged components from TiAl alloys, in particular for gas turbine components, such as, for example, low-pressure turbine turbine blades, titanium-titanium aluminide alloys alloyed with niobium and molybdenum can be used in particular. Such alloys are also referred to as TNM alloys.
Für das vorliegende Verfahren kann eine Legierung mit 42 bis 45 Atomprozent Aluminium, 3 bis 5 Atomprozent Niob und 0,5 bis 1,5 Atomprozent Molybdän verwendet werden. For the present process, an alloy of 42 to 45 atomic percent aluminum, 3 to 5 atomic percent niobium, and 0.5 to 1.5 atomic percent molybdenum may be used.
Der Aluminiumgehalt kann insbesondere im Bereich von 42,8 bis 44,2 Atomprozent Aluminium gewählt werden, während 3,7 bis 4,3 Atomprozent Niob und 0,8 bis 1,2 Atomprozent Molybdän zulegiert sein können. In particular, the aluminum content may be selected in the range of 42.8 to 44.2 atomic percent aluminum, while 3.7 to 4.3 atomic percent of niobium and 0.8 to 1.2 atomic percent of molybdenum may be alloyed.
Darüber hinaus kann die Legierung mit Bor legiert sein, und zwar im Bereich von 0,05 bis 0,15 Atomprozent Bor, insbesondere 0,07 bis 0,13 Atomprozent Bor.
Ferner kann die Legierung unvermeidbare Verunreinigungen bzw. weitere Bestandteile wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Chrom, Silizium, Eisen, Kupfer, Nickel und Yttrium aufweisen, wobei deren Gehalt < 0,05 Gewichtsprozent Chrom, < 0,05 Gewichtsprozent Silizium, < 0,08 Gewichtsprozent Sauerstoff, < 0,02 Gewichtsprozent Kohlenstoff, < 0,015 Gewichtsprozent Stickstoff, < 0,005 Gewichtsprozent Wasserstoff, < 0,06 Gewichtsprozent Eisen, < 0,15 Gewichtsprozent Kupfer, < 0,02 Gewichtsprozent Nickel und < 0,001 Gewichtsprozent Yttrium betragen kann. Weitere Bestandteile können einzeln im Bereich von 0 bis 0,05 Gewichtsprozent bzw. insgesamt von 0 bis 0,2 Gewichtsprozent enthalten sein. In addition, the alloy may be alloyed with boron in the range of 0.05 to 0.15 atomic percent boron, more preferably 0.07 to 0.13 atomic percent boron. Furthermore, the alloy may contain unavoidable impurities or other constituents such as carbon, oxygen, nitrogen, hydrogen, chromium, silicon, iron, copper, nickel and yttrium, the content of which being <0.05% by weight of chromium, <0.05% by weight of silicon, < 0.08 weight percent oxygen, <0.02 weight percent carbon, <0.015 weight percent nitrogen, <0.005 weight percent hydrogen, <0.06 weight percent iron, <0.15 weight percent copper, <0.02 weight percent nickel and <0.001 weight percent yttrium , Further constituents may be contained individually in the range of 0 to 0.05 percent by weight or in total from 0 to 0.2 percent by weight.
Das Schmieden der entsprechenden Bauteile kann durch Gesenkschmieden im α-γ-β- Temperaturbereich erfolgen, wobei als Vormaterial für das Schmieden gegossene und/oder heiß- isostatisch gepresste Rohlinge eingesetzt werden können. The forging of the corresponding components can be carried out by drop forging in the α-γ-β temperature range, wherein as a raw material for forging cast and / or hot isostatically pressed blanks can be used.
Die Rohlinge selbst können durch Erschmelzen im Vakuum oder Schutzgas mit selbstverzehreri- den Elektroden oder im gekühlten Tiegel mittels Plasmalichtbogenschmelzen hergestellt werden, wobei ein einmaliges oder mehrmaliges Umschmelzen der Legierung durchgeführt werden kann. Das Umschmelzen kann mittels Vakuuminduktionsschmelzen oder Vakuumlichtbogenum- schmelzen (VIM vacuum induction melting; VAR vacuum arc remelting) erfolgen und das abgegossene Material kann heiß-isostatisch gepresst werden, wobei Temperaturen > 200°C bei einem Druck > 190 MPa und einer Haltezeit > 4 Stunden angewendet werden können. The blanks themselves can be produced by melting in vacuum or inert gas with selbstverzehreri- the electrodes or in the cooled crucible by plasma arc melting, wherein a single or multiple remelting of the alloy can be performed. Remelting may be by vacuum induction melting or vacuum arc remelting (VIM vacuum induction melting) and the poured material may be hot isostatically pressed, with temperatures> 200 ° C at a pressure> 190 MPa and a holding time> 4 hours can be applied.
Gemäß der Erfindung wird ein insbesondere nach dem oben dargestellten Verfahren hergestelltes Bauteil aus einer TiAl-Legierung, insbesondere ein Bauteil einer Gasturbine, vorzugsweise einer Flugturbine, bereitgestellt, welches ein Triplex-Gefüge mit einer globulitischen γ-TiAl-Phase, einer B2-TiAl-Phase (kubisch raumzentrierte Phase) und einer lamellaren a2-Ti3Al- und γ-TiAl- Phase aufgebaut ist. Der Anteil der γ-Phase beträgt hierbei 2 bis 20 Volumenprozent, der Anteil der B2-Phase 1 bis 20 Volumenprozent und der Anteil der γ-Phase zusammen mit der B2-Phase 5 bis 25 Volumenprozent. According to the invention, a component made of a TiAl alloy, in particular a component of a gas turbine, preferably an aircraft turbine, which is produced in particular according to the above-described method, is provided which has a triplex structure with a globulitic γ-TiAl phase, a B2-TiAl Phase (cubic body-centered phase) and a lamellar a 2 -Ti 3 Al and γ-TiAl phase is constructed. The proportion of the γ-phase is in this case 2 to 20 percent by volume, the proportion of the B2 phase 1 to 20 percent by volume and the proportion of the γ-phase together with the B2 phase 5 to 25 percent by volume.
Insbesondere kann der Anteil der γ-Phase 5 bis 15 Volumenprozent und der Anteil der B2-Phase 3 bis 15 Volumenprozent sowie der Anteil der beiden Phasen zusammen 8 bis 20 Volumenprozent betragen.
Die Größe der γ-Phase oder der γ-Körner kann so eingestellt sein, dass ein umschriebener Kreis einen Durchmesser < 40 μπι aufweist. Gleiches gilt für die B2-Phase oder B2-Körner. In particular, the proportion of the γ-phase 5 to 15 volume percent and the proportion of B2 phase 3 to 15 volume percent and the proportion of the two phases together amount to 8 to 20 volume percent. The size of the γ-phase or the γ-grains can be adjusted so that a circumscribed circle has a diameter <40 μπι. The same applies to the B2 phase or B2 grains.
Die lamellaren Gefügebereiche aus a2- und γ-Phase weisen eine Größe auf, bei der die äquivalente Fläche eines Kreises einen Durchmesser von < 100 μπι besitzt. The lamellar microstructures of a 2 and γ phase have a size at which the equivalent area of a circle has a diameter of <100 μπι.
Das Streckungsverhältnis der lamellaren a2- und γ-Phase, also das Verhältnis der Länge zur Breite der Lamellen kann < 3 : 1 sein. The aspect ratio of the lamellar a 2 and γ phase, ie the ratio of the length to the width of the lamellae, can be <3: 1.
Das Gefüge kann zusätzlich Boride aufweisen. The structure may additionally have borides.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL Embodiment
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels deutlich. Further advantages, characteristics and features of the present invention will become apparent in the following description of an embodiment.
Eine TiAl-Legierurig mit einem Aluminiumanteil von 28,1 bis 29,1 Gewichtsprozent, einem Ni- obanteil von 8,5 bis 9,6 Gewichtsprozent, einem Molybdänanteil von 1,8 bis 2,8 Gewichtsprozent, einem Boranteil von 0,019 bis 0,034 Gewichtsprozent, einem Kohlenstoffanteil von 0 bis 0,02 Gewichtsprozent, einem Sauerstoffanteil von 0 bis 0,08 Gewichtsprozent, einem Stickstoffanteil von 0 bis 0,015 Gewichtsprozent, einem Wasserstoffanteil von 0 bis 0,005 Gewichtsprozent, einem Chromanteil von 0 bis 0,05 Gewichtsprozent, einem Siliziumanteil von 0 bis 0,05 Gewichtsprozent, einem Eisenanteil von 0 bis 0,06 Gewichtsprozent, einem Kupferanteil von 0 bis 0,15 Gewichtsprozent und einem Nickelanteil von 0 bis 0,02 Gewichtsprozent sowie einem Anteil an Yttrium von 0 bis 0,001 Gewichtsprozent und dem Rest Titan und anderen einzelnen Bestandteilen mit einem Anteil von 0 bis 0,05 Gewichtsprozent bzw. zusammen mit insgesamt 0 bis 0,20 Gewichtsprozent, ist im Vakuum oder unter Schutzgas mit einer selbstverzehrender Elektrode erschmolzen und mindestens einmal in gleicher Weise umgeschmolzen worden. Das so erschmolzene Material wurde bei einer Temperatur von > 1200 °C und einem Druck von mehr als 190 MPa für eine Haltezeit von mehr als 4 Stunden heiß-isostatisch verdichtet und dann in einer Gesenkschmiede bei einer Temperatur im α-γ-β-Phasenbereich geschmiedet. Anschließend erfolgte eine Wärmebehandlung mit einem Rekristallisationsglühen unterhalb der γ/α- Umwandlungstemperatur für 75 Minuten mit einer Luftabkühlung mit einer Abkühlgeschwin-
digkeit von mehr als 3°C pro Sekunde. Anschließend wurde das entsprechende Bauteil bei 920°C für 6 Stunden einer Stabilisierungsglühung unterzogen und anschließend im Ofen abgekühlt. A TiAl alloy having an aluminum content of from 28.1 to 29.1 percent by weight, a minor content of from 8.5 to 9.6 percent by weight, a molybdenum content of from 1.8 to 2.8 percent by weight, a boron content of from 0.019 to 0.034 percent by weight , a carbon content of 0 to 0.02 weight percent, an oxygen content of 0 to 0.08 weight percent, a nitrogen content of 0 to 0.015 weight percent, a hydrogen content of 0 to 0.005 weight percent, a chromium content of 0 to 0.05 weight percent, a silicon content of 0 to 0.05 weight percent, an iron content of 0 to 0.06 weight percent, a copper content of 0 to 0.15 weight percent and a nickel content of 0 to 0.02 weight percent and an amount of yttrium of 0 to 0.001 weight percent and the balance titanium and other individual components in a proportion of 0 to 0.05 weight percent, or together with a total of 0 to 0.20 weight percent, is in a vacuum or under inert gas with a selbstverze melted and at least once remelted in the same way. The thus molten material was hot isostatically compacted at a temperature of> 1200 ° C and a pressure of greater than 190 MPa for a holding time of more than 4 hours, and then forged in a die forging at a temperature in the α-γ-β phase region , Thereafter, a heat treatment with recrystallization annealing below the γ / α transformation temperature for 75 minutes was performed with air cooling at a cooling rate. above 3 ° C per second. Subsequently, the corresponding component was subjected to stabilization annealing at 920 ° C. for 6 hours and then cooled in the oven.
Ein derartiges Bauteil, wie beispielsweise eine Turbinenschaufel für eine Niederdruckturbine in einem Flugtriebwerk, weist ein erfindungsgemäßes Triplex-Gefüge mit entsprechenden Anteilen an γ-Phase, B2-Phase und lamellarer a2- und γ-Phase auf. Ein derartiges Bauteil weist bei einem Wannzugversuch bei 300°C eine Streckgrenze (0,2%-Dehngrenze Rpo,2) von mehr als 670 MPa und eine Zugfestigkeit Rm von mehr als 840 MPa bei einer Gesamtdehnung (elastische und plastische Dehnung bis Bruch) Atot von mehr als 1 ,7 % auf. Bei einem Wannzugversuch bei einer Temperatur von 750°C wird immer noch eine Streckgrenze Rpo>2 von mehr als 500 MPa und eine Zugfestigkeit R„, > 730 MPa erreicht. Die Kriecheigenschaften sind bei einer Kriechtemperatur von 750°C und einer Prüfspannung von 150 MPa sowie einer Kriechdauer von mehr als 200 Stunden durch eine plastische Gesamtdehnung Ap von < 1 % chrakterisiert. Such a component, such as a turbine blade for a low-pressure turbine in an aircraft engine, has a triplex structure according to the invention with corresponding proportions of γ phase, B2 phase and lamellar a 2 and γ phase. Such a component has a yield strength (0.2% proof strength Rpo, 2) of more than 670 MPa and a tensile strength R m of more than 840 MPa for a total elongation (elastic and plastic elongation to breakage) in a tensile test at 300 ° C. A tot of more than 1, 7% up. In a tensile test at a temperature of 750 ° C., a yield strength R p o > 2 of more than 500 MPa and a tensile strength R ",> 730 MPa are still achieved. The creep properties are characterized at a creep temperature of 750 ° C and a test voltage of 150 MPa and a creep of more than 200 hours by a total plastic strain A p of <1%.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben worden ist, ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist, sondern dass Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Pro- zess- und Werkstoffparameter weggelassen oder andere Kombinationen von Prozess- und Werkstoffparametern gewählt werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefugten Ansprü^ che verlassen wird. Die Offenbarung der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere sämtliche einzelnen Prozessschritte und Prozess-und Werkstoffparameter.
Although the present invention has been described in detail with reference to the exemplary embodiment, it is obvious to a person skilled in the art that the invention is not limited to this example, but that modifications are possible in such a way that individual process and material parameters are omitted or other combinations of Process and material parameters can be selected without leaving the scope of the appended claims. The disclosure of the present invention comprises in particular all individual process steps and process and material parameters.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung von geschmiedeten Bauteilen aus einer TiAl-Legierung, insbesondere Turbinenschaufeln, bei welchem die Bauteile geschmiedet werden und nach dem Schmieden einer zweistufigen Wärmebehandlung unterzogen werden, wobei die erste Stufe der Wärmebehandlung ein Rekristallisationsglühen für 50 bis 100 Minuten bei einer Temperatur unterhalb der γ/α - Umwandlungstemperatur und die zweite Stufe der Wärmebehandlung ein Stabilisierungsglühen im Temperaturbereich von 800°C bis 950°C für 5 bis 7 h um- fasst, und wobei die Abkühlgeschwindigkeit bei der ersten Wärmebehandlungsstufe im Temperaturbereich zwischen 1300°C bis 900°C , insbesondere Rekristallisationskühltemperatur zwischen 1200°C bis 1300°C, größer oder gleich 3 °C/s ist. A method of producing forged components from a TiAl alloy, in particular turbine blades, in which the components are forged and subjected to a two-stage heat treatment after forging, wherein the first stage of the heat treatment is a recrystallization annealing for 50 to 100 minutes at a temperature below the γ / α transformation temperature and the second stage of the heat treatment include a stabilization annealing in the temperature range of 800 ° C to 950 ° C for 5 to 7 hours, and wherein the cooling rate in the first heat treatment stage in the temperature range between 1300 ° C to 900 ° C, in particular Rekristallisationskühltemperatur between 1200 ° C to 1300 ° C, greater than or equal to 3 ° C / s.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass . characterized in that.
das Rekristallisationsglühen für 60 bis 90 Minuten, insbesondere 70 bis 80 Minuten und/oder das Stabilisierungsglühen im Temperaturbereich von 825 °C bis 925°C, insbesondere 850°C bis 900°C und/oder für 345 bis 375 Minuten durchgeführt wird. the recrystallization annealing is carried out for 60 to 90 minutes, in particular 70 to 80 minutes and / or the stabilization annealing in the temperature range from 825 ° C to 925 ° C, in particular 850 ° C to 900 ° C and / or for 345 to 375 minutes.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 3. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Temperatur bei der Wärmebehandlung mit einer Genauigkeit von 5°C bis 10°C Abweichung von der Solltemperatur nach oben und unten eingestellt und gehalten wird. the temperature during the heat treatment is adjusted and maintained at an accuracy of 5 ° C to 10 ° C deviation from the target temperature up and down.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
eine TiAl-Legierung mit Niob und Molybdän, insbesondere eine Legierung mit 42 bis 45 At.% Aluminium, 3 bis 5 At.% Niob und 0,5 bis 1,5 At.% Molybdän verwendet wird. a TiAl alloy with niobium and molybdenum, in particular an alloy with 42 to 45 at.% aluminum, 3 to 5 at.% niobium and 0.5 to 1.5 at.% molybdenum is used.
5. Verfahren nach Anspruch 4, 5. The method according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
eine Legierung mit 0,05 bis 0,15 At.% Bor verwendet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, an alloy of 0.05 to 0.15 at.% boron is used. Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das Bauteil durch Gesenkschmieden im α-γ-β- Temperaturbereich hergestellt wird. the component is produced by die forging in the α-γ-β temperature range.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
als Vormaterial für das Schmieden gegossene oder heiß-isostatisch gepresste Rohlinge wendet werden. used as raw material for forging cast or hot isostatically pressed blanks.
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