DE2122353B2

DE2122353B2 - Gasturbinenschaufel

Info

Publication number: DE2122353B2
Application number: DE2122353A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Ing Dr Endres
Original assignee: Brown Boveri Sulzer Turbomaschinen AG
Current assignee: Brown Boveri Sulzer Turbomaschinen AG
Priority date: 1971-04-08
Filing date: 1971-05-06
Publication date: 1974-02-14
Also published as: DE2122353A1; CH544217A; GB1377137A; DE2122353C3; FR2136170A5; US3790303A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenschaufel aus einer gerichtet erstarrten eutektische Legierung.

Die Verwendung von gerichtet erstarrten eutektischen Legierungen für Gasturbinenschaufeln ist bereits bekannt, z. B. aus der Zeitschrift »Material Engineering«, New York, 68 (1968), Nr. 3, S. 58 und 59. Derartige gerichtet erstarrte Legierungen haben den Vorteil hoher Festigkeit in Faserlängsrichtung und — bei entsprechenden Komponenten des Legierungssysteins, wie Chrom, Cobalt und Kohlenstoff — hoher Warmfestigkeit sowie Kriech- und Wechselfestigkeit. Diese Eigenschaften machen den Werkstoff für das Blatt von Gasturbinenschaufeln geeignet, wobei die starke Anisotropie mit Vorzugsrichtung entsprechend dem KristaUwachsium nicht störend wirkt, weil die Zug- und Biegewccbselspannungert im Blattbercich im wesentlichen um in Schaufeliängsrichlung wirken und die Vorzugsrichtung der gerichtet erstarrten Legierung mit dieser Beanspruchungsrichtung in Übereinstimmung gebracht werden kann. Andererseits ist die Zähigkeit von gerichtet erstarrten Legierungen der vorgenannten Art und auch die Belastbarkeit durch mehrachsige Spannungszustände mit entsprechender. Schubspannungen, die zwangläufig zum Teil in Parallelebenen zur SchaufeHäogsrichtung wirken, vergleichsweise gering. Der guten Eignung für den Blattbereich steht daher bei den bekannten, durchgehend gerichtet erstarrten Legierungen eine weniger gute Eignung für d&n Schaufelfuß mit seiner zerklüfteten Formgebung und entsprechender Kerbwirkung und seinen stark mehrachsigen Spannungszuständen gegenüber, welch letztere insbesondere auch durch die ungleichmäßigen Temperaturbedingungen infolge des Wärmeabflusses — vor allem bei gekühlten Schaufeln — bedingt sind.

Es sind auch bereits Turbinenschaufeln mit vergleichsweise grober Stengelkristalltextur im Schaufelfuß und je für sich gleichachsigen Kristallen in; Blattbereich bekanntgeworden (USA.-Patentschrift 3 342 455). Hier ist der Blattbereich nicht gerichtet erstarrt, weil die gleichachsigen Kristalle keine wesentliche Anisotropie und auch in Richtung der verschiedenen Kristallachsen keine wesentlich unterschiedlichen Abmessungen aufweisen. Umgekehrt weist der Schaufelfuß wenigstens teilweise die Nachteile der gerichteten Erstarrung auf, und zwar bedingt durch die in Schaufellängsrichtung ausgerichteten Stengelkristalle.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Gasturbinenschaufel, dit sich durch hohe gerichtete Festigkeit im Blattbereich und gleichzeitig durch hohe Zähigkeit und Unempfindlichkeit gegen Schubspannungen und Spannungskonzentrationen infolge Kerbwirkung auszeichnet. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einer Schaufel der eingangs genannten Art dadurch, daß das Schaufelblatt parallel zur Längsrichtung der Schaufel verlaufende, sich bis in den Schaufelfuß erstreckende, gerichtet erstarrte Faserkristalle und der Schaufelfuß überwiegend ungerichtetes Gefüge aufweist.

An Hand der schematischen Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Gasturbinenschaufel im Schnitt und

F i g. 2 eine Vorichtung zur Herstellung einer in Fig. 1 dargestellten Gasturbinenschaufel.

Fig. 1 zeigt eine Gasturbinenschaufel 1, die ein Schaufelblatt 2 und einen Schaufelfuß 3 umfaßt. Die Gasturbinenschaufel 1 besteht aus einer eutektischen Legierung, wobei das Schaufelblatt einer gerichteten Erstarrung unterworfen wurde. Die in der Grundmasse 4 eingebetteten Kristalle sind als längsparallele Fasern 5 ausgebildet, die sich vom äußeren Ende des Schaufelblattes 2 bis in den Schaufelfuß 3 hineinerstrecken. Eine derartige Gasturbinenschaufel wird wie folgt hergestellt.

In eine Präzisionsgußform 6 aus Korund wird die Schmelze einer pseudobinären eutektischen Legierung Co_1-^Cr_x-Cr_7-J₁-Co_xC₃ gegossen, die 56,1⁰Zo

Kobalt, 40 »/α Chrom und 2,4¹Vo Kohlenstoff enthält, Die Präzisionsgußform 6 wird in einem Graphitsuszeptor7 gebracht, der mittels eine* Hetzspirale 8 induktiv beheizbar ist. Die Präzisionsgußform 6 wird dabei so weit in den Graphitsuszeptor 7 einge- ä schoben, daß sich das Schaufelblatt 2 und das oberste Viertel des Schaufelfußes 3 im Graphitsuszeptor 7 befinden, während der untere Teil des Schaufelfußes 3 aus diesem herausragt. Der Graphitsuszeptor 7 wird am eine Temperatur zwischen 1400 und 1600° C erhitzt und auf dieser Temperatur gehalten. Da die Schmelztemperatur der Legierung 131O⁰C beträgt, wird die das Schaufelblatt 2 bildende Schmelze im überhitzten, schmelzflüssigen Zustand gehalten, während der Schaufelfuß 3 erstarrt. Nach der Erstarrung des Schaufelfußes 3 wird der Graphitsuszeptor 7 in Richtung des eingezeichneten Pfeiles achsial zur Präzisionsgußform 6 nach oben bewegt, wobei die Geschwindigkeit zwischen 5 und 50 cm/Std. betragen kann. Hierdurch erstarrt die Schmelze im ao oberen Viertel des Schaufelfußes 3 und alsdann im Schaufelblatt 2, wobei sich die Erstarrungsfront vom Schaufelfuß 3 zum oberen Ende des Schaufelblattes bewegt. Sobald die Präzisionsgußform 6 ganz aus dem Graphitsuszeptor 7 herausgezogen und die Schmelze erstarrt ist, kann die Gasturbinenschaufel der Form entnommen werden. Als weitere geeignete Legierungen kommen iu

Betracht:

Nb-Nb₃C,

Ta—Ta₀C₁

Ni-Ni₃ISnJ,

Ni-Ni₃Ti,

NiAI-Cr.

Co-TiC,

Ni-TaC,

Co-VC,

NLAl-Ni₃Nb,

Ni₃Al-Ni₃Ta,

Co₁^_xCr,- TaC,

Co-TaC,

Ni₁ ,Cr_x-TaC.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasturbinenschaufel aus einer gerichtet erstarrten eutektisekea Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelblatt parallel zur Längsrichtung der Schaufel verlaufende, sich bis in den Schaufelfuß erstreckende, gerichtet erstarrte Faserkristalle und der Schaufelfuß überwiegend ungerichtetes Gefüge aufweist.

2. Gasturbinenschaufel nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Co-Cr-C-Legierung besteht.

3. Gasturhinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Nb-NboC-Legierung besteht.

4. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Ta-Ta₂C-Legierung besteht.

5. Gasturhinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Ni-N^Nb-Legierung besteht.

6. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Ni-Ni₃Ti-Legierung besteht.

7. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer NiAl-Cr-Legierung besteht.

8. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Co-TiC-Legierung besteht.

9. Gasturbinenschanfel npr.h Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Ni-TaC-Legierung besteht.

10. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Co-VC-Legjerung besteht.

11. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Ni₃Al-NijNb-Legierung besteht.

12. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Ni₃Al-Ni;,Ta-Legierung besteht.

13. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Co₁ _ _xCr_t-TaC-Legierung besteht.

14. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Co-TaC-Legierung besteht.

15. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer

Ni₁. _tCr_x-TaC-Legierung besteht.