DE3234264C2 - - Google Patents
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Classifications
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- Heat Treatment Of Nonferrous Metals Or Alloys (AREA)
Description
Die Entwicklung moderner Gasturbinenstrahltriebwerke
zielt auf immer höhere Arbeitstemperaturen ab, um den
Wirkungsgrad zu verbessern und schädliche
Triebwerksemissionen möglichst gering zu halten. Diese
Forderung bedingt wiederum die Entwicklung von
Gußwerkstücken, die diesen Temperaturen bei hohen
mechanischen Beanspruchungen ausreichend lange standhalten
können. So verwendet man für mechanisch hochbeanspruchte
Teile, die den höchsten Temperaturen ausgesetzt sind,
insbesondere für die Düsenleitschaufeln und die
Turbinenrotorschaufeln Einkristallgußstücke, die aus
Nickel-Superlegierungen hergestellt sind. So führte die
von der Patentinhaberin durchgeführte Entwicklung zu
Einkristallgußstücken, wie sie in der FR-PS 24 78 128
beschrieben sind. Für die Einkristallgußstücke wird hier
eine Nickellegierung, die durch relativ breite
Gehaltsbereiche wie folgt definiert ist:
| Chrom|7-13% | |
| Kobalt | 2-15% |
| Titan | 0-2,5% |
| Aluminium | 4,5-6,7% |
| Wolfram | 7-12% |
| Niob | 0-1% |
| Molybdän | 0-1% |
| Tantal | 1,5-5% |
| Hafnium | 0-2% |
| Kohlenstoff | 0,015-0,05% |
| Bor | 0-0,01% |
| Zirkonium | 0-0,05%. |
Es ist bekannt, daß auch die Eigenschaften von
Superlegierungen dieser Art durch Wärmebehandlung
verbessert werden können. Zu diesem Zweck wird in der
FR-PS 24 78 128 eine Lösungsglühung bei 1300 bis 1320°C
während einer Stunde vorgeschlagen. Darauf soll eine
Abkühlung der Legierung auf Raumtemperatur mit einer
Abkühlungsgeschwindigkeit von 70 bis 100°C pro Minute
durchgeführt werden. Danach soll die Temperatur der
Legierung auf etwa 870°C erhöht werden, und diese
Temperatur soll 16 Stunden lang gehalten werden.
Ausgehend von diesen Versuchen liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, Einkristallgußwerkstücke zu schaffen,
die ein noch besseres Zeitstandverhalten bei hohen
Temperaturen und hohen mechanischen Beanspruchungen
gewährleisten.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch ein Verfahren,
bei dem das Einkristallgußstück aus einer Legierung mit
folgender Zusammensetzung (in Gewichtsprozenten) besteht:
8,5% Chrom
5% Kobalt
2,2% Titan
5,5% Aluminium
9,5% Wolfram
2,8% Tantal
0,015% Kohlenstoff
Rest Nickel und Verunreinigungen,
5% Kobalt
2,2% Titan
5,5% Aluminium
9,5% Wolfram
2,8% Tantal
0,015% Kohlenstoff
Rest Nickel und Verunreinigungen,
wobei eine Wärmebehandlung mit folgenden Schritten
durchgeführt wird:
- a) Glühen der Legierung bei 1260 bis 1320°C während 4 Stunden,
- b) Abkühlen der Legierung auf Raumtemperatur mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 70 bis 200°C pro Minute,
- c) Erhitzen der Legierung auf 1080 bis 1120°C während einer Stunde und
- d) Behandlung der Legierung bei 870°C während 16 Stunden.
Versuche haben gezeigt, daß die Wärmebehandlung der
speziellen Legierung zu optimalen Ergebnissen führt,
wobei überraschenderweise das Zeitstandverhalten durch
die Erhitzung gemäß Schritt c) beträchtlich verbessert
wird.
Die Legierung nach dem Patentanspruch wird in der Praxis
in großem Umfange, insbesondere für Turbinenlaufschaufeln,
benutzt.
Bei einem Vergleichsversuch wurde ein Einkristallgußstück
in mehrere Prüflinge aufgeteilt, die unterschiedlichen
Wärmebehandlungen ausgesetzt wurden, und es wurde dann
die Standdauer bei unterschiedlichen Zugbeanspruchungen
und Temperaturen ermittelt:
- 1. Der erste Prüfling wurde der folgenden Wärmebehandlung
unterworfen: 1300°C während 4 Stunden, gefolgt von
einer Abkühlung in Luft und einer abschließenden
Wärmebehandlung von 870°C während 16 Stunden (dies
entspricht im wesentlichen der Wärmebehandlung wie
sie in der FR-PS 24 78 128 angegeben ist, nicht aber
der nach der Erfindung).
Standdauer bei einer Beanspruchung von 850 MPa bei 750°C|122,7 Std. Standdauer bei einer Beanspruchung von 550 MPa bei 850°C 72,3 Std. Standdauer bei einer Beanspruchung von 160 MPa bei 1050°C 67,7 Std. - 2. Der zweite Prüfling wurde folgender Wärmebehandlung
ausgesetzt: 1300°C 4 Stunden lang, Abkühlung in Luft,
Erhitzen auf 1090°C während einer Stunde und
abschließende Behandlung bei 870°C 16 Stunden lang
(diese Wärmebehandlung entspricht der Erfindung).
Standdauer bei einer Beanspruchung von 850 MPa bei 750°C|200,4 Std. Standdauer bei einer Beanspruchung von 550 MPa bei 850°C 130,9 Std. Standdauer bei einer Beanspruchung von 160 MPa bei 1050°C 96,2 Std. - 3. Der dritte Prüfling wurde 4 Stunden lang bei 1300°C
geglüht und dann in Luft abgekühlt. Er wurde eine
Stunde lang auf 1100°C erhitzt und abschließend 16
Stunden bei 870°C behandelt. (Dies liegt im Rahmen
der Erfindung.)
Standdauer bei einer Beanspruchung von 850 MPa bei 750°C|167,5 Std. Standdauer bei einer Beanspruchung von 550 MPa bei 850°C 141,7 Std. Standdauer bei einer Beanspruchung von 160 MPa bei 1050°C 108,3 Std.
Die Versuche zeigen, daß allein schon durch die beim
Stande der Technik nicht vorgesehene
Zwischenerhitzungsstufe gemäß Ziff. c) des
Patentanspruchs eine ganz erhebliche Verbesserung der
erreichbaren Standdauer unter allen Beanspruchungs-
Bedingungen und allen Temperaturbedingungen erzielt
werden konnte. Ein Vergleich der Versuche 2 und 3 zeigt,
daß die Temperatur dieser Zwischenerhitzung von
erheblichem Einfluß und durch Wahl der Temperatur
innerhalb des bereits ziemlich schmalen Bereichs von
1080 bis 1120°C die Standdauer unterschiedlich, aber in
jedem Falle wesentlich höher als bei Versuch 1 liegt. Es
zeigt sich, daß die Zwischenerhitzung auf 1090°C gemäß
Versuch 2 für hohe Beanspruchungen und niedrige
Temperaturen günstiger ist und die nur um 10°C höhere
Zwischenerhitzung gemäß Versuch 3 bei den beiden höchsten
Temperaturen die besten Ergebnisse zeitigt.
Hieraus resultiert, daß die Zwischenerhitzungsstufe c)
entscheidend ist für die Eigenschaften des Endproduktes,
und daß durch Wahl und Einstellung der Temperatur der
Zwischenerhitzungsstufe innerhalb der angegebenen Grenzen
eine Optimierung auf die jeweils im Triebwerk herrschenden
Bedingungen möglich ist.
Claims (1)
- Verfahren zur Verbesserung des Zeitstandverhaltens eines Einkristallgußstücks bei hohen Temperaturen und hoher mechanischer Beanspruchung, bei dem das Einkristallgußstück aus einer Legierung mit folgender Zusammensetzung in Gewichtsprozenten besteht: 8,5% Chrom
5% Kobalt
2,2% Titan
5,5% Aluminium
9,5% Wolfram
2,8% Tantal
0,015% Kohlenstoff
Rest Nickel und Verunreinigungen,wobei eine Wärmebehandlung mit folgenden Schritten durchgeführt wird:- a) Glühen der Legierung bei 1260 bis 1320°C während 4 Stunden,
- b) Abkühlen der Legierung auf Raumtemperatur mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 70 bis 200°C pro Minute,
- c) Erhitzen der Legierung auf 1080 bis 1120°C während einer Stunde und
- d) Behandlung der Legierung bei 870°C während 16 Stunden.
Applications Claiming Priority (1)
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| GB1011785A (en) * | 1963-11-12 | 1965-12-01 | Bristol Siddeley Engines Ltd | Nickel-base alloys |
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| US4116723A (en) * | 1976-11-17 | 1978-09-26 | United Technologies Corporation | Heat treated superalloy single crystal article and process |
| GB1562082A (en) * | 1977-10-17 | 1980-03-05 | Gen Electric | Nickel-base olloys |
| FR2478128A1 (fr) * | 1980-03-13 | 1981-09-18 | Rolls Royce | Alliages pour moulages monocristallins et piece moulee faite d'un tel alliage |
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1982
- 1982-09-15 DE DE19823234264 patent/DE3234264A1/de active Granted
- 1982-09-17 FR FR8215734A patent/FR2513269B1/fr not_active Expired
- 1982-09-20 JP JP57163778A patent/JPS5864331A/ja active Granted
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Legal Events
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