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EP3427858A1 - Schmieden bei hohen temperaturen, insbesondere von titanaluminiden - Google Patents

Schmieden bei hohen temperaturen, insbesondere von titanaluminiden Download PDF

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Publication number
EP3427858A1
EP3427858A1 EP18174307.1A EP18174307A EP3427858A1 EP 3427858 A1 EP3427858 A1 EP 3427858A1 EP 18174307 A EP18174307 A EP 18174307A EP 3427858 A1 EP3427858 A1 EP 3427858A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
forging
die
preform
alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18174307.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Schloffer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Publication of EP3427858A1 publication Critical patent/EP3427858A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/06—Heating or cooling methods or arrangements specially adapted for performing forging or pressing operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J17/00—Forge furnaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/02—Die forging; Trimming by making use of special dies ; Punching during forging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K3/00—Making engine or like machine parts not covered by sub-groups of B21K1/00; Making propellers or the like
    • B21K3/04—Making engine or like machine parts not covered by sub-groups of B21K1/00; Making propellers or the like blades, e.g. for turbines; Upsetting of blade roots
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium

Definitions

  • the present invention relates to a method for the production of forged components, in particular of components made of a TiAl alloy and preferably of components for gas turbines, preferably aircraft engines and in particular turbine blades for low pressure turbines.
  • titanium aluminides or TiAl alloys Due to their low specific weight and their mechanical properties, components made of titanium aluminides or TiAl alloys are of interest for use in gas turbines, in particular aircraft engines.
  • Titanium aluminides or TiAl alloys are hereby understood as meaning alloys which contain titanium and aluminum as main constituents, so that their chemical composition has constituents with the highest proportions of aluminum and titanium.
  • TiAl alloys are characterized by the formation of intermetallic phases, such as y - TiAl or ⁇ 2 - Ti 3 Al, which give the material good strength properties.
  • TiAl alloys are not easy to process and the microstructures of TiAl materials need to be precisely adjusted to achieve the desired mechanical properties.
  • a method for producing forged TiAl - components is known, in which after the forging a two-stage heat treatment is carried out to set a desired structure.
  • the documents DE 10 2015 103 422 B3 and EP 2 386 663 A1 disclose methods of manufacturing components TiAl alloys.
  • a strain rate of 0.01-0.5 1 / s is also disclosed.
  • an efficient method for forging components made of TiAl materials is to be provided, preferably for the production of components for turbomachines, such as stationary gas turbines or aircraft engines.
  • the invention proposes to carry out a quasi-isothermal forging during the forging of components at high temperatures instead of an isothermal forging, so that the expense for the provision and operation of a high temperature forging die can be reduced.
  • the forging die in which the forging is to take place, is preheated to a first temperature, which is lower than a second temperature, to which the preform, which is to be formed by forging, before Forging is heated.
  • the two temperatures are chosen so that during the corresponding forging process, the surface temperature of the preform to be forged during the forging process does not fall below a minimum forging temperature and at the same time the die temperature of the forging die does not rise above a maximum die temperature.
  • the burden of the forging die can be reduced on the one hand by a lower temperature of the forging die and thus directly by a lower temperature load and on the other hand by a higher temperature of the preform, which reduces the yield stress of the preform to be forged and thus the burden of the forging die by the forming during forging will be reduced.
  • the first temperature for the preheating of the forging die and the second temperature for preheating the preform to be forged can be selected depending on the desired forging temperature of the corresponding component, the degree of deformation in the corresponding forging step, the forming speed and comparable forging parameters In order to achieve the desired effect of the lowest possible or not too high load of the forging die and a sufficiently high forging temperature of the entire preform to be forged.
  • the forming speed at the beginning of the deformation of the component is comparatively high, for example. 0.5 1 / s, and is then continuously, preferably correlated, lowered with decreasing component or preform temperature.
  • the forming speed can be chosen in particular such that by increasing the yield stress at decreasing Temperature of the component or the preform due to the forming speed no cracks or damage occur in the component or the preform.
  • the forging die may be heated during forging to avoid temperature drop of the preform to be forged during forging.
  • the values for the first and second preheating temperatures, ie the first temperature of the drop forging and the second temperature of the preform to be forged, can also be selected taking into account the heating of the forging counter.
  • the heating of the forging die can be controlled or regulated in such a way that the minimum forging temperature for the preform is not undershot and the maximum die temperature for the forging die is not undershot.
  • minimum preform forging temperature is meant the lowest preform temperature at any location, and in particular at any surface location during forging.
  • minimum forging temperature means the absolute lowest value at any location of the preform at any time during the forging process.
  • minimum preform forging temperature can be understood to mean a minimum temporal and / or local average.
  • maximum die temperature is preferably understood to mean the absolute highest temperature at any location in the forging die, particularly at the surface of the die at any time during forging. Alternatively, however, the maximum die temperature may also be defined as a maximum local and / or temporal average.
  • the difference between the first and second temperature may be at most 320 ° C, preferably at most 200 ° C and in particular at most 150 ° C. With these difference ranges a compromise can be made between the highest possible difference for a very efficient use of a forging die at a high forging temperature and the smallest possible difference for the maintenance of uniform and homogeneous forging conditions over the entire preform to be forged.
  • the forging die is maintained in a temperature range of 1100 ° C ⁇ 10 ° C prior to forging and / or during forging.
  • the forging die material can be more stable in strength and creep, and less in wear, which can increase its life.
  • the forging preform may be brought to a temperature of 1230 ° C ⁇ 8 ° C, for example, with a soak time of between 45-60 minutes, preferably in a rotary hearth furnace.
  • the yield stresses are significantly lower, so that the burden of the forging counter can be significantly reduced and the forging time can be shortened.
  • the throughput can be increased at the same time with a lower load on the forging counter.
  • the minimum forging temperature and maximum die temperature may be the same, such that the forging preform moves from the second temperature and the drop forging moves from the first temperature toward a common limit temperature during the forging operation.
  • the minimum forging temperature and the maximum die temperature may differ from one another and, for example, have differences of not more than ⁇ 50 ° C., preferably not more than ⁇ 25 ° C. In this case, preferably, the minimum forging temperature is higher than the maximum die temperature.
  • the preform to be forged which is preheated in a preheating furnace, in particular a rotary hearth furnace, is transferred directly from the preheating furnace into the forging die immediately before the forging process. If the forging deformation takes place under a protective gas atmosphere, the preheating furnace and the transfer of the preform to be forged can be carried out from the preheating furnace to the forging die under a protective gas atmosphere to avoid lock operations or the like.
  • the forging method according to the invention is particularly suitable for TiAl materials and components produced therefrom and for components of turbomachines, such as stationary gas turbines or aircraft engines, in particular TiAl materials, in which, for example, forging temperatures in the range of over 1200 ° C are advantageous.
  • forged components made of TiAl alloys in particular for gas turbine components, such as low-pressure turbine turbine blades, are mainly with Niobium and molybdenum alloyed titanium aluminide alloys. 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 remainder being titanium.
  • 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 include unavoidable impurities such as carbon, oxygen, nitrogen, hydrogen, chromium, silicon, iron, copper, nickel and yttrium, the content of which is ⁇ 0.05% by weight of chromium, ⁇ 0.05% by weight of silicon, ⁇ 0.08 wt% oxygen, ⁇ 0.02 wt% carbon, ⁇ 0.015 wt% nitrogen, ⁇ 0.005 wt% hydrogen, ⁇ 0.06 wt% iron, ⁇ 0.15 wt% copper, ⁇ 0.02 wt% nickel and ⁇ 0.001 wt% 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.
  • unavoidable impurities such as carbon, oxygen, nitrogen, hydrogen, chromium, silicon, iron, copper, nickel and yttrium, the content of which is ⁇ 0.05% by weight of chromium, ⁇ 0.05% by weight of silicon,

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmieden eine Bauteils, insbesondere aus einem TiAl - Werkstoff, bei welchem das Gesenk zum Schmieden vor dem Schmieden auf eine bestimmte erste Temperatur aufgeheizt wird und bei dem eine zu schmiedende Vorform des Bauteils auf eine bestimmte zweite Temperatur vorgewärmt wird, wobei die erste Temperatur niedriger als die zweite Temperatur ist und erste und zweite Temperatur so gewählt werden, dass während des Schmiedens die Oberflächentemperatur der Vorform nicht unter eine minimale Schmiedetemperatur fällt und die Temperatur des Gesenks nicht über eine maximale Gesenktemperatur steigt.

Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geschmiedeten Bauteilen, insbesondere von Bauteilen aus einer TiAl - Legierung und vorzugsweise von Bauteilen für Gasturbinen, vorzugsweise Flugtriebwerken und insbesondere Turbinenschaufeln für Niederdruckturbinen.
    • STAND DER TECHNIK
  • Bauteile aus Titanaluminiden bzw. TiAl - Legierungen sind aufgrund ihres geringen spezifischen Gewichts und ihrer mechanischen Eigenschaften für den Einsatz in Gasturbinen, insbesondere Flugtriebwerken, interessant.
  • Unter Titanaluminiden bzw. TiAl - Legierungen werden hierbei Legierungen verstanden, die als Hauptbestandteile Titan und Aluminium aufweisen, sodass deren chemische Zusammensetzung als Bestandteile mit den höchsten Anteilen Aluminium und Titan aufweist. Darüber hinaus zeichnen sich TiAl - Legierungen durch die Ausbildung von intermetallischen Phasen, wie y - TiAl oder α2 - Ti3Al aus, die dem Werkstoff gute Festigkeitseigenschaften verleihen.
  • Allerdings sind TiAl - Legierungen nicht einfach zu verarbeiten und die Gefüge von TiAl - Werkstoffen müssen exakt eingestellt werden, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erzielen.
  • So ist beispielsweise aus der DE 10 2011 110 740 B4 ein Verfahren zur Herstellung geschmiedeter TiAl - Bauteile bekannt, bei welchem nach dem Schmieden eine zweistufige Wärmebehandlung zur Einstellung eines gewünschten Gefüges durchgeführt wird. Auch die Dokumente DE 10 2015 103 422 B3 und EP 2 386 663 A1 offenbaren Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus TiAl - Legierungen. In dem erstgenannten Dokument DE 10 2015 103 422 B3 wird beispielsweise auch eine Umformgeschwindigkeit von 0,01-0,5 1/s offenbart.
  • In der europäischen Offenlegungsschrift EP 2 272 993 A1 wird zur Vermeidung einer aufwändigen isothermen Schmiedeumformung mit Hochtemperatur - Schmiedegesenken unter Schutzgasatmosphäre ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem die zu schmiedenden Rohlinge vorab in eine endkonturnahe Form gestaucht werden, sodass die Schmiedeumformung in die Endkontur mit geringen Umformgraden erreicht werden kann. Entsprechend kann die Endverformung auch in einem Schmiedegesenk durchgeführt werden, welches eine um mindestens 300°C niedrigere Temperatur als der Schmiederohling oder das Zwischenprodukt aufweist. Allerdings ist das Verfahren mit der vorhergehenden Stauchverformung ebenfalls aufwändig und zusätzlich besteht auf Grund der Temperaturdifferenz zwischen Schmiederohling und Gesenk durch die dadurch mögliche starke Abkühlung des Schmiederohlings in dem Schmiedegesenk die Gefahr einer über dem Volumen des Schmiederohlings unterschiedlichen Verformung.
    • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Schmieden von Bauteilen bei hohen Temperaturen bereitzustellen, welches einen geringen Aufwand erfordert und eine gleichmäßige Umformung eines Schmiederohlings bzw. einer Vorform bei entsprechend hohen Temperaturen ermöglicht. Insbesondere soll ein effizientes Verfahren zum Schmieden von Bauteilen aus TiAl - Werkstoffen bereitgestellt werden, vorzugsweise zur Herstellung von Bauteilen für Strömungsmaschinen, wie stationären Gasturbinen oder Flugtriebwerken.
    • TECHNISCHE LÖSUNG
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung schlägt vor, beim Schmieden von Bauteilen bei hohen Temperaturen statt eines isothermen Schmiedens ein quasi - isothermes Schmieden durchzuführen, sodass der Aufwand für die Bereitstellung und den Betrieb eines Hochtemperatur - Schmiedegesenks reduziert werden kann. Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung vorgesehen, dass das Schmiedegesenk, in welchem die Schmiedeumformung stattfinden soll, auf eine erste Temperatur vorgewärmt wird, welche kleiner ist, als eine zweite Temperatur, auf welche die Vorform, die durch Schmieden umgeformt werden soll, vor dem Schmieden erwärmt wird. Die beiden Temperaturen werden dabei so gewählt, dass bei dem entsprechenden Schmiedevorgang die Oberflächentemperatur der zu schmiedenden Vorform während des Schmiedevorgangs nicht unter eine minimale Schmiedetemperatur absinkt und gleichzeitig die Gesenktemperatur des Schmiedegesenks nicht über eine maximale Gesenktemperatur ansteigt. Dadurch kann erreicht werden, dass bei einem gegebenen Schmiedegesenk höhere Schmiedetemperaturen verwendet werden können, ohne das Schmiedegesenk zu beeinträchtigen oder gar zu beschädigen. Alternativ ist es möglich bei einer gegebenen Schmiedetemperatur ein Schmiedegesenk einzusetzen, welches eine geringere Temperaturbelastung erträgt. Dadurch kann der Aufwand entsprechend reduziert werden und gleichzeitig kann eine gleichmäßige Umformung bei hohen Temperaturen stattfinden. Darüber hinaus können bei höheren Umformtemperaturen höhere Umformgeschwindigkeiten realisiert werden, sodass die Kapazität für die Schmiedeumformung pro Schmiedegesenk gesteigert und die Kosten pro Bauteil gesenkt werden können. Die Belastung des Schmiedegesenks kann einerseits durch eine geringere Temperatur des Schmiedegesenks und damit direkt durch eine geringere Temperaturbelastung verringert werden und andererseits durch eine höhere Temperatur der Vorform, durch welche die Fließspannungen der zu schmiedenden Vorform und damit die Belastung des Schmiedegesenks durch das Umformen beim Schmieden reduziert werden, verringert werden.
  • Die erste Temperatur für die Vorwärmung des Schmiedegesenks und die zweite Temperatur für die Vorwärmung der zu schmiedenden Vorform können in Abhängigkeit von der gewünschten Schmiedetemperatur des entsprechenden Bauteils, dem Umformgrad bei dem entsprechenden Schmiedeschritt, der Umformgeschwindigkeit und vergleichbaren Schmiedeparametern gewählt werden bzw. an diese angepasst werden, um den gewünschten Effekt einer möglichst geringen bzw. nicht zu hohen Belastung des Schmiedegesenks und einer ausreichend hohen Schmiedetemperatur der gesamten zu schmiedenden Vorform zu erreichen.
  • Vorzugsweise ist die Umformgeschwindigkeit zu Beginn der Umformung des Bauteils vergleichsweise hoch, bspw. 0,5 1/s, und wird dann kontinuierlich, vorzugsweise korrelierend, mit abnehmender Bauteil- bzw. Vorformtemperatur abgesenkt. Dabei kann die Umformgeschwindigkeit insbesondere so gewählt werden, dass durch den Anstieg der Fließspannung bei sinkender Temperatur des Bauteils bzw. der Vorform durch die Umformgeschwindigkeit keine Risse oder Schäden im Bauteil bzw. der Vorform auftreten.
  • Insbesondere kann das Schmiedegesenk wie beim isothermen Schmieden während des Schmiedens geheizt werden, um einen Temperaturabfall der zu schmiedenden Vorform während des Schmiedens zu vermeiden. Die Werte für die ersten und zweiten Vorwärmtemperaturen, also die erste Temperatur der Gesenkschmiede und die zweite Temperatur der zu schmiedenden Vorform, können ebenfalls unter Berücksichtigung der Beheizung des Schmiedegesenks gewählt werden. Darüber hinaus kann die Beheizung des Schmiedegesenks so gesteuert oder geregelt werden, dass die minimale Schmiedetemperatur für die Vorform nicht unterschritten und die maximale Gesenktemperatur für das Schmiedegesenk nicht unterschritten wird.
  • Unter minimaler Schmiedetemperatur für die Vorform wird die niedrigste Temperatur der Vorform an irgendeinem Ort und insbesondere an irgendeinem Ort der Oberfläche während des Schmiedens verstanden. Insbesondere wird unter minimaler Schmiedetemperatur der absolut niedrigste Wert an irgendeinem Ort der Vorform zu irgendeinem Zeitpunkt während des Schmiedevorgangs verstanden. Alternativ kann unter minimaler Schmiedetemperatur für die Vorform jedoch ein minimaler zeitlicher und / oder örtliche Durchschnittswert verstanden werden.
  • In ähnlicher Weise wird unter maximale Gesenktemperatur vorzugsweise die absolut höchste Temperatur an irgendeinem Ort im Schmiedegesenk, insbesondere an der Oberfläche des Gesenks zu irgendeiner Zeit während des Schmiedens verstanden. Alternativ kann die maximale Gesenktemperatur jedoch auch als ein maximaler örtlicher und / oder zeitlicher Durchschnittswert definiert werden.
  • Die Differenz zwischen erster und zweiter Temperatur kann maximal 320°C, vorzugsweise maximal 200°C und insbesondere maximal 150°C betragen. Mit diesen Differenzbereichen kann ein Kompromiss verwirklicht werden zwischen einer möglichst hohen Differenz für einen sehr effizienten Einsatz eines Schmiedegesenks bei einer hohen Schmiedetemperatur und einer möglichst geringen Differenz für die Aufrechterhaltung gleichmäßiger und homogener Schmiedebedingungen über die gesamte zu schmiedende Vorform.
  • In manchen Ausführungsformen wird das Schmiedegesenk in einem vor dem Schmieden und/oder während des Schmiedens in einem Temperaturbereich von 1100°C ± 10°C gehalten. In diesem Bereich kann der Schmiedegesenkwerkstoff in Bezug auf die Festigkeit und das Kriechverhalten stabiler sein und einen geringeren Verschleiß aufweisen, wodurch die Lebensdauer erhöht werden kann.
  • In anderen Ausführungsformen kann alternativ oder zusätzlich die Vorform für das Schmieden beispielsweise auf eine Temperatur von 1230°C ± 8°C gebracht werden, beispielsweise mit einer Durchwärmzeit zwischen 45-60 min, vorzugsweise in einem Drehherdofen. In diesem Bereich sind die Fließspannungen deutlich niedriger, so dass die Belastung des Schmiedegesenks deutlich reduziert werden kann und die Schmiedezeit verkürzt werden kann. Dadurch kann bei geringerer Belastung des Schmiedegesenks gleichzeitig der Durchsatz erhöht werden.
  • Die minimale Schmiedetemperatur und die maximale Gesenktemperatur können gleich sein, sodass sich die zu schmiedende Vorform von der zweiten Temperatur und die Gesenkschmiede von der ersten Temperatur in Richtung einer gemeinsamen Grenztemperatur während des Schmiedevorgangs bewegen. Darüber hinaus ist es jedoch auch möglich, dass die minimale Schmiedetemperatur und die maximale Gesenktemperatur voneinander abweichen und beispielsweise Differenzen von maximal ±50°C, vorzugsweise maximal ±25 °C aufweisen. Dabei ist vorzugsweise die minimale Schmiedetemperatur höher als die maximale Gesenktemperatur.
  • Um die Temperaturdifferenz zwischen erster und zweiter Temperatur möglichst weitgehend auszunutzen, wird die zu schmiedende Vorform, die in einem Vorwärmofen, insbesondere einem Drehherdofen vorgewärmt wird, unmittelbar vor dem Schmiedevorgang direkt aus dem Vorwärmofen in das Schmiedegesenk überführt werden. Sofern die Schmiedeumformung unter Schutzgasatmosphäre stattfindet, kann zur Vermeidung von Schleusenvorgängen oder dergleichen auch der Vorwärmofen und der Transfer der zu schmiedenden Vorform vom Vorwärmofen zum Schmiedegesenk unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden.
  • Das erfindungsgemäße Schmiedeverfahren eignet sich insbesondere für TiAl - Werkstoffe und daraus hergestellte Bauteile sowie für Bauteile von Strömungsmaschinen, wie von stationären Gasturbinen oder Flugtriebwerken, insbesondere aus TiAl - Werkstoffen, bei denen beispielsweise Schmiedetemperaturen im Bereich von über 1200°C vorteilhaft sind.
  • 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.
  • 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, wobei der Rest durch Titan gebildet sein kann.
  • 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.
  • 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.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Schmieden eines Bauteils, bei welchem das Gesenk zum Schmieden vor dem Schmieden auf eine bestimmte erste Temperatur aufgeheizt wird und bei dem eine zu schmiedende Vorform des Bauteils vor dem Schmieden auf eine bestimmte zweite Temperatur vorgewärmt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die erste Temperatur niedriger als die zweite Temperatur ist und erste und zweite Temperatur so gewählt werden, dass während des Schmiedens die Oberflächentemperatur der Vorform nicht unter eine minimale Schmiedetemperatur fällt und die Temperatur des Gesenks nicht über eine maximale Gesenktemperatur steigt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Gesenk während des Schmiedens so geheizt wird, dass während des Schmiedens die Oberflächentemperatur der Vorform nicht unter eine minimale Schmiedetemperatur fällt und die Temperatur des Gesenks nicht über eine maximale Gesenktemperatur steigt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Differenz zwischen erster und zweiter Temperatur kleiner oder gleich 320°C, insbesondere kleiner oder gleich 200°C und vorzugsweise kleiner oder gleich 150°C ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die minimale Schmiedetemperatur und die maximale Gesenktemperatur gleich sind oder sich um weniger als ± 50°C, insbesondere weniger als ± 25°C unterscheiden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorform in einem Vorwärmofen, insbesondere einem Drehherdofen, vorgewärmt und von diesem unmittelbar vor dem Schmieden direkt in das Gesenk überführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Schmieden unter Schutzgasatmosphäre erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das geschmiedete Bauteil aus einer TiAl - Legierung gebildet wird und /oder eine Turbinenschaufel ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Umformgeschwindigkeit im Bereich von 1 x 10-4 bis 0,5 1/s, insbesondere von 5 x 10-3 bis 1 x 10-1 1/s liegt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    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.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Legierung mit 0,05 bis 0,15 At.% Bor verwendet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Legierung verwendet wird, die neben unvermeidbaren Verunreinigungen mindestens einen weiteren Bestandteil aus der Gruppe aufweist, die Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Chrom, Silizium, Eisen, Kupfer, Nickel und Yttrium umfasst, wobei deren Gehalt ≤ 0,05 Gew.% Chrom, ≤ 0,05 Gew.% Silizium, ≤ 0,08 Gew.% Sauerstoff, ≤ 0,02 Gew.% Kohlenstoff, ≤ 0,015 Gew.% Stickstoff, ≤ 0,005 Gew.% Wasserstoff, ≤ 0,06 Gew.% Eisen, 0,15 Gew.% Kupfer, 0,02 Gew.% Nickel und ≤ 0,001 Gew.% Yttrium betragen kann.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Legierung verwendet wird, deren chemische Zusammensetzung Titan in einer Menge umfasst, sodass die Legierung mit den übrigen Bestandteilen der Ansprüche 9 bis 11 100 At.% umfasst.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das die erste Temperatur im Bereich zwischen 1080°C und 1220°C liegt und/oder die zweite Temperatur im Bereich zwischen 1220°C und 1400°C liegt.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dass sich während des Schmiedens die Temperatur der Vorform bzw. des Bauteils und die Temperatur des Gesenks derart aneinander angleichen, dass sie beide im Temperaturbereich des α-γ-β - Phasengebiets der TiAl - Legierung liegen, insbesondere bei einer Temperatur zwischen 1100°C und 1240°C liegen.
EP18174307.1A 2017-07-14 2018-05-25 Schmieden bei hohen temperaturen, insbesondere von titanaluminiden Withdrawn EP3427858A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017212082.7A DE102017212082A1 (de) 2017-07-14 2017-07-14 Schmieden bei hohen temperaturen, insbesondere von titanaluminiden

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3427858A1 true EP3427858A1 (de) 2019-01-16

Family

ID=62386114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP18174307.1A Withdrawn EP3427858A1 (de) 2017-07-14 2018-05-25 Schmieden bei hohen temperaturen, insbesondere von titanaluminiden

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20190017158A1 (de)
EP (1) EP3427858A1 (de)
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