ES2698523T3

ES2698523T3 - Procedimiento para producir un elemento de construcción a partir de un material compuesto con una matriz metálica y fases intermetálicas incorporadas

Info

Publication number: ES2698523T3
Application number: ES15159308T
Authority: ES
Inventors: Wilfried Smarsly; Markus Fried
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2019-02-05
Anticipated expiration: 2035-03-17
Also published as: US20160273368A1; EP3069803A1; US20160273074A1; EP3069802B1; EP3069802A1; US10458001B2

Abstract

Procedimiento para producir un elemento de construcción a partir de un material compuesto con una matriz metálica y fases intermetálicas incorporadas, que incluye las siguientes etapas: - preparación de polvos a partir de al menos un componente del grupo que incluye elementos químicos puros, aleaciones, compuestos químicos y materiales compuestos, correspondiendo los polvos en conjunto a la composición química que debe presentar el material compuesto que ha de ser producido, siendo cada polvo individual distinto a la composición química del material compuesto que ha de ser producido, - compresión de los polvos, - aglomeración de los polvos entre sí para formar una unidad, y transformación termoplástica de la unidad, caracterizado por que la composición del material compuesto que se ha de producir a partir de los polvos es la siguiente: - de un 40% en moles a un 55% en moles de molibdeno, preferiblemente de un 45% en moles a un 52% en moles de molibdeno, - de un 5% en moles a un 20% en moles de silicio, preferiblemente de un 8% en moles a un 15% en moles de silicio, - de un 5% en moles a un 15% en moles de boro, preferiblemente de un 7% en moles a un 10% en moles de boro, - de un 20% en moles a un 40% en moles de titanio, preferiblemente de un 25% en moles a un 30% en moles de titanio, - de un 1% en moles a un 5% en moles de hierro, preferiblemente de un 1% en moles a un 3% en moles de hierro, - hasta un 5% en moles de itrio, preferiblemente hasta un 3% en moles de itrio, - hasta un 5% en moles de hafnio, preferiblemente hasta un 3% en moles de hafnio, - hasta un 5% en moles de circonio, preferiblemente hasta un 2% en moles de circonio, - hasta un 5% en moles de niobio, preferiblemente hasta un 2% en moles de niobio, - hasta un 1% en moles de wolframio, preferiblemente hasta un 2% en moles de wolframio, así como impurezas inevitables.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para producir un elemento de construcción a partir de un material compuesto con una matriz metálica y fases intermetálicas incorporadas

Antecedentes de la invención

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para producir un elemento de construcción a partir de un material compuesto con una matriz metálica y fases intermetálicas incorporadas, es decir, a partir de un, así llamado, material compuesto MIC (MIC Metallic Intermetallic Composite) según el preámbulo de la reivindicación 1. Por ejemplo, los documentos US 2014/141281 A1 y EP 2792759 A1 dan a conocer un procedimiento de este tipo. La presente invención se refiere además a un elemento de construcción correspondiente, en particular de una aleación de molibdeno con siliciuros incorporados.

Estado de la técnica

Dependiendo del campo de aplicación, los materiales utilizados en turbomáquinas, como turbinas de gas estacionarias o motores de aviación, han de satisfacer unos requisitos estrictos en diferentes ámbitos de propiedades, como por ejemplo el menor peso posible y al mismo tiempo una gran firmeza, resistencia a las altas temperaturas, resistencia a las vibraciones, etc. Por consiguiente, existe una necesidad de desarrollar nuevos materiales que correspondan al exigente perfil de propiedades para utilizarlos en turbinas de gas estacionarias o motores de aviación. Sin embargo, los materiales que presentan altas resistencias a altas temperaturas frecuentemente son difíciles de procesar, de modo que la producción de elementos de construcción correspondientes implica un gran gasto y por lo tanto unos costes elevados. Entre otras razones, esto se debe también con frecuencia a que los materiales de este tipo solo presentan una maleabilidad reducida, lo que dificulta la fabricación de elementos de construcción.

Por ejemplo, algunas aleaciones de molibdeno con proporciones de silicio y boro, así como otros elementos de aleación que forman fases intermetálicas, como siliciuros, son interesantes para utilizarlas en entornos de alta temperatura, ya que presentan temperaturas de fusión de más de 2.000 °C y poseen propiedades mecánicas adecuadas. Sin embargo, la producción de materiales MIC de este tipo a base de molibdeno es difícil de realizar y muy costosa.

Ya se ha intentado producir mediante aleación mecánica, a partir de polvos que consisten en cada caso en un elemento químico de la composición deseada, partículas de polvo que presenten la composición química deseada, para procesarlas después mediante compresión y sinterización, así como prensado isostático en caliente y extrusión, con el fin de obtener un elemento de construcción correspondiente.

Sin embargo, la aleación mecánica es costosa y durante la aleación mecánica, por ejemplo por molienda, las herramientas utilizadas, como recipientes de molienda, bolas de molienda, medios auxiliares de molienda y similares, puede introducir materias extrañas en el polvo, con lo que el material se contamina.

También se ha intentado producir de nuevo partículas de polvo que presenten la composición química deseada a partir de polvos elementales puros, es decir, polvos que solo incluyen partículas de un único elemento químico, mediante compresión, sinterización subsiguiente y atomización de un bloque de material correspondiente, para crear con estas partículas de polvo un elemento de construcción correspondiente mediante procedimientos de producción generativos, como fusión selectiva por láser, o mediante extrusión o mediante una conformación pulvimetalúrgica clásica. Sin embargo, en estos procedimientos también existe el problema consistente en que con la atomización se pueden introducir impurezas en el material, por ejemplo por oxidación, inclusiones gaseosas y similares. Además, este procedimiento resulta muy costoso con las distintas etapas de procedimiento consistentes en la mezcla de los polvos elementales, la compactación, la aglomeración, así como la atomización con gas inerte y la conformación pulvimetalúrgica subsiguiente con compresión posterior.

Únicamente con el objeto de ofrecer una visión completa se remite además a las siguientes publicaciones:

YANG Y ET AL: "Multiphase equilibria in the metal-rich region of the Mo-Ti-Si-B system: thermodynamic prediction and experimental validation", ACTA MATERIALIA, ELSEVIER, OXFORD, Gb , tomo 53, n° 6, 1 de abril de 2005 (2005-04-01), páginas 1711-1720, XP027685334, ISSN: 1359-6454

YANG Y ET AL: "Effects of Ti, Zr, and Hf on the phase stability of Mo_ss+Mo3Si+Mo5SiB2 alloys at 1600 oC", ACTA MATERIALIA, ELSEVIER, OXFORD, GB, tomo 58, n° 2, 1 de enero de 2010 (2010-01-01), páginas 541-548, XP026764997, ISSN: 1359-6454, DOI: 10.1016/J.ACTAMAT.2009.09.032

DANIEL SCHLIEPHAKE ET AL: "High-Temperature Creep and Oxidation Behavior of Mo-Si-B Alloys with High Ti Contents", METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A, tomo 45, n° 3, 23 de agosto de 2013 (2013-08-23), páginas 1102-1111, XP055147279, ISSN: 1073-5623, DOI: 10.1007/s11661-0131944-z

M. A. AZIM ET AL: "Creep Resistance and Oxidation Behavior of Novel Mo-Si-B-Ti Alloys", JOM, 8 de agosto de 2015 (2015-08-08), XP055211964, ISSN: 1047-4838, DOI: 10.1007/s11837-015-1560-z Descripción de la invención

Objetivo de la invención

Por consiguiente, el objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un procedimiento para la producción de elementos de construcción a partir de, así llamados, materiales MIC (materiales compuestos de una matriz metálica y fases intermetálicas incorporadas, denominados Metal Intermetallic Composite) y en particular a partir de aleaciones de molibdeno con siliciuros incorporados, con el que se puedan evitar en gran medida, o al menos reducir, las impurezas del material y se pueda simplificar la producción.

Solución técnica

Este objetivo se resuelve mediante un procedimiento con las características indicadas en la reivindicación 1 y mediante un elemento de construcción con las características indicadas en la reivindicación 13. Las reivindicaciones subordinadas tienen por objeto configuraciones ventajosas.

La idea en que se basa la invención consiste en prescindir de la producción de polvos con la composición química deseada del elemento de construcción que ha de ser fabricado, de modo que en el procedimiento del estado de la técnica arriba descrito se pude prescindir de la aleación mecánica o de la atomización, con lo que de esta forma es posible tanto simplificar el proceso de producción como eliminar una fuente de impurezas.

En lugar de ello se propone utilizar polvos para la producción de un elemento de construcción correspondiente, que consisten en los elementos químicos puros y/o que están formados por aleaciones y/o compuestos químicos y/o materiales compuestos, y que juntos corresponden en su composición química a la del material a partir del cual ha de estar hecho el elemento de construcción que ha de ser producido, teniéndose en cuenta la merma ya mediante el proceso de producción. Sin embargo, la composición química de los polvos utilizados, y por lo tanto también de los polvos de aleación o de los polvos de materiales compuestos, es diferente en sí a la que ha de presentar el elemento de construcción que ha de ser producido, de modo que se puede prescindir de una producción de un polvo con la composición química del material deseado y, por consiguiente, de la aleación mecánica o de la atomización. Como materiales compuestos entran en consideración por ejemplo partículas de polvo revestidas.

Por ejemplo, se pueden mezclar polvos de molibdeno puro y/o de aleaciones de molibdeno, por ejemplo aleaciones con wolframio, niobio, titanio, hierro, circonio, con polvos de siliciuro de la composición Mo(Ti)5SiB2 y/o Mo(Ti)5Si3, pudiendo el molibdeno estar sustituido parcialmente por titanio en los compuestos intermetálicos mencionados, tal como se indica mediante los paréntesis. Las aleaciones de molibdeno también pueden contener opcionalmente itrio y/o hafnio. Alternativamente también se pueden mezclar polvos elementales puros de molibdeno, silicio, boro, titanio, hierro, circonio, wolframio y/o niobio, así como opcionalmente itrio y/o hafnio.

De acuerdo con la invención, el material compuesto que ha de ser producido a partir de los polvos presenta la siguiente composición: de un 40% en moles a un 55% en moles de molibdeno, preferiblemente de un 45% en moles a un 52% en moles de molibdeno; de un 5% en moles a un 20% en moles de silicio, preferiblemente de un 8% en moles a un 15% en moles de silicio; de un 5% en moles a un 15% en moles de boro, preferiblemente de un 7% en moles a un 10% en moles de boro; de un 20% en moles a un 40% en moles de titanio, preferiblemente de un 25% en moles a un 30% en moles de titanio; de un 1% en moles a un 5% en moles de hierro, preferiblemente de un 1% en moles a un 3% en moles de hierro; hasta un 5% en moles de itrio, preferiblemente hasta un 3% en moles de itrio; hasta un 5% en moles de hafnio, preferiblemente hasta un 3% en moles de hafnio; hasta un 5% en moles de circonio, preferiblemente hasta un 2% en moles de circonio; hasta un 5% en moles de niobio, preferiblemente hasta un 2% en moles de niobio; hasta un 1% en moles de wolframio, preferiblemente hasta un 2% en moles de wolframio; así como impurezas inevitables. Una composición de la mezcla terminada de este tipo presenta propiedades ventajosas con un perfil de propiedades equilibrado en lo que respecta a la resistencia a la fluencia, la resistencia estática, la tenacidad a la rotura, la ductilidad, la resistencia a la oxidación y un peso específico bajo.

Además se propone comprimir los polvos preparados, aglomerar los mismos formando una unidad, y someter una unidad correspondiente a una transformación termoplástica, entendiéndose por transformación termoplástica la deformación plástica de la unidad correspondiente a altas temperaturas, es decir, a temperaturas que normalmente son superiores al valor de un tercio de la temperatura de fusión, preferiblemente superiores a la mitad de la temperatura de fusión. Mediante estas etapas de procedimiento es posible fabricar un elemento de construcción a partir de los polvos arriba descritos, que presenta una composición química homogénea de la matriz metálica y también una distribución homogénea de las fases intermetálicas precipitadas, así como una ausencia de poros con una alta pureza del material.

Las etapas de compresión y/o de aglomeración de los polvos y/o la transformación termoplástica de la unidad pueden tener lugar en un proceso combinado o en etapas individuales independientes.

Es posible realizar una combinación de la compresión de los polvos, la aglomeración de los polvos y la transformación termoplástica por ejemplo mediante prensado en caliente con una prensa mecánica, pudiendo los materiales en polvo preferiblemente estar alojados durante el prensado en caliente en una cápsula al vacío que rodea las partículas de polvo. En este contexto, la cápsula utilizada puede estar previamente contorneada, pero ventajosamente esto no es forzosamente necesario. En caso de una combinación de la compresión y la aglomeración de los polvos, y en parte de la transformación termoplástica, también se puede aplicar sinterización a presión y prensado isostático en caliente. Por lo tanto, la combinación de etapas de procedimiento individuales, es decir, de la compresión, la aglomeración y la deformación termoplástica, también se puede referir únicamente a partes de estas etapas, es decir, por ejemplo solo a la compresión y la aglomeración. Además, algunas etapas individuales se pueden llevar a cabo tanto en una combinación como adicionalmente en etapas individuales, como por ejemplo, adicionalmente a un prensado en caliente, un prensado isostático en caliente subsiguiente.

La compresión de las partículas de polvo en una etapa individual puede tener lugar mediante prensado en frío y en particular prensado isostático en frío.

La aglomeración de las partículas después de una compresión precedente puede tener lugar mediante sinterización, y en concreto principalmente en una atmósfera de gas protector o en una atmósfera de hidrógeno reductora o bajo vacío.

La deformación termoplástica de partículas de polvo comprimidas y aglomeradas formando una unidad puede tener lugar mediante prensado en caliente, prensado en caliente de cápsulas al vacío, en caso dado previamente contorneadas, con la unidad contenida dentro de las mismas, prensado isostático en caliente, forja con matriz, forja con matriz isotérmica, forja con matriz en caliente (hot die forging), laminado, martillado, extrusión y forja libre.

Antes de la compresión de las partículas de polvo, los diferentes polvos utilizados se pueden mezclar adicionalmente para lograr una distribución homogénea de las diferentes partículas de polvo. No obstante, la mezcla se ha de distinguir de la aleación mecánica, en la que se aporta energía adicional para la aleación mecánica por ejemplo mediante cuerpos de molienda correspondientes. En la presente invención no tiene lugar ninguna aleación mecánica, sino únicamente una mezcla homogénea de diferentes polvos utilizados. Después de la transformación termoplástica, si de este modo ya se dispone de un semiproducto correspondiente del elemento de construcción, que puede estar configurado ya con un contorno muy parecido al contorno definitivo, puede tener lugar un procesamiento posterior que puede incluir un tratamiento térmico, un procesamiento mecánico, un tratamiento superficial y/o un revestimiento. Un tratamiento superficial puede consistir por ejemplo en una consolidación, por ejemplo por laminado y/o irradiación. En particular, después de la transformación termoplástica puede tener lugar un tratamiento térmico a una temperatura dentro del intervalo de 100 °C a 200 °C por debajo de la temperatura de recristalización.

Antes de la deformación termoplástica, al menos una unidad, preferiblemente varias unidades y en particular varias unidades con composición química diferente, se pueden fundir y en particular fundir por capas, para preparar después de la nueva solidificación una unidad para la deformación termoplástica subsiguiente. Mediante una fusión por capas de unidades de polvos comprimidos y aglomerados con diferentes composiciones químicas se puede lograr una estructura graduada del elemento de construcción, de modo que, por ejemplo en el caso de la producción de un álabe de turbina, la raíz de álabe puede presentar una composición química que presenta una mayor ductilidad que la composición química presente en el área de la hoja de álabe, para lograr ahí una mayor resistencia a la fluencia.

La fusión de las unidades puede tener lugar en un horno de haz electrónico.

En la solidificación, el enfriamiento puede tener lugar en un horno con gradiente de temperatura regulado, de modo que se puede fabricar un semiproducto solidificado de forma selectiva con propiedades anisótropas.

Breve descripción de las figuras

En los dibujos adjuntos,

la Figura 1 muestra un diagrama de flujo de una primera forma de realización,

la Figura 2 muestra un diagrama de flujo de una segunda forma de realización,

la Figura 3 muestra un diagrama de flujo de una tercera forma de realización,

la Figura 4 muestra un diagrama de flujo de una cuarta forma de realización,

la Figura 5 muestra un diagrama de flujo de una quinta forma de realización,

la Figura 6 muestra un diagrama de flujo de una sexta forma de realización,

la Figura 7 muestra un diagrama de flujo de una séptima forma de realización,

la Figura 8 muestra un diagrama de flujo de una octava forma de realización,

la Figura 9 muestra un diagrama de flujo de una novena forma de realización.

Ejemplos de realización

Otras ventajas, rasgos distintivos y características de la presente invención se evidencian en la siguiente descripción detallada de ejemplos de realización, sin que la invención esté imitada a dichos ejemplos de realización.

En la primera forma de realización según la Figura 1 se preparan en la proporción correspondiente (etapa 10) polvos de partículas elementales puras, es decir, partículas que únicamente contienen un elemento químico, partículas de aleación formadas a partir de aleaciones, y partículas revestidas y/o partículas de fases intermetálicas y/o compuestos metálicos, todas ellas diferentes en concreto a la composición química del elemento de construcción que ha de ser producido, de tal modo que conjuntamente, teniendo en cuenta mermas durante el procedimiento de producción, se puede lograr la composición química del elemento de construcción que ha de ser producido. Por ejemplo se mezclan polvos de molibdeno puro y/o de aleaciones de molibdeno, por ejemplo aleaciones con wolframio, niobio, titanio, hierro, circonio, con polvos de siliciuro de la composición Mo(Ti)5SiB2 y/o Mo(Ti)5Si3, pudiendo el molibdeno estar sustituido parcialmente por titanio en los compuestos intermetálicos mencionados, tal como se indica mediante los paréntesis. Las aleaciones de molibdeno también pueden contener opcionalmente itrio y/o hafnio. Alternativamente también se pueden mezclar polvos elementales puros de molibdeno, silicio, boro, titanio, hierro, circonio, wolframio y/o niobio, así como opcionalmente itrio y/o hafnio.

Con las siguientes composiciones ejemplares (indicaciones siempre en % en moles), que también pueden incluir pequeñas cantidades de otros elementos como impurezas inevitables, se lograron propiedades ventajosas de la mezcla acabada con un perfil de propiedades equilibrado en lo que respecta a la resistencia a la fluencia, la resistencia estática, la tenacidad a la rotura, la ductilidad, la resistencia a la oxidación y un peso específico bajo:

En estas composiciones, el itrio se puede sustituir proporcionalmente o por completo por hafnio.

Estas partículas de polvo se mezclan (etapa 11) y a continuación se introducen en una cápsula, que ya puede estar previamente contorneada de modo similar al elemento de construcción que ha de ser fabricado, es decir, que puede presentar una forma similar a la del elemento de construcción que ha de ser producido. Con frecuencia, el contorneado previo es ventajoso, pero no es forzosamente necesario. En lugar de ello, la cápsula también puede presentar una forma que todavía no sea similar a la del contorno definitivo, por ejemplo una forma cilíndrica cuando el elemento de construcción definitivo ha de consistir en un álabe. En un caso así, la forma final del elemento de construcción se puede obtener mediante una etapa de procedimiento posterior en la que se elimina material, por ejemplo por erosión o fresado.

En el interior de la cápsula se hace el vacío - por supuesto a excepción de las partículas de polvo introducidas -, después se cierra la cápsula y a continuación se somete a un procedimiento de prensado en caliente en una prensa mecánica (etapa 12), en el que tienen lugar en una etapa tanto la compresión del polvo como la aglomeración de las partículas de polvo entre sí y la conformación termoplástica.

A continuación, el elemento de construcción así producido puede ser sometido a un tratamiento térmico para ajustar la estructura del modo deseado y/o para eliminar tensiones internas. Después puede tener lugar un procesamiento posterior mecánico, en el que por ejemplo se puede retirar la cápsula. El procesamiento mecánico puede ir seguido de otras etapas de tratamiento superficial y de revestimiento con capas de protección antioxidante y/o capas de protección contra el desgaste (etapa 13).

En otra configuración de la invención, el proceso que está representado en la Figura 2 puede tener lugar de modo similar a la primera forma de realización presentada, pudiendo tener lugar en la segunda forma de realización adicionalmente otra etapa de compresión posterior mediante prensado isostático en caliente (etapa 14). En caso de una aleación de molibdeno con siliciuros incorporados, esto puede tener lugar por ejemplo a una temperatura de 1.500 °C durante cuatro horas.

En la tercera forma de realización, cuyo diagrama de flujo se muestra en la Figura 3, el prensado en caliente del polvo en una cápsula al vacío y en caso dado previamente contorneada se sustituye por un prensado isostático en caliente (etapa 14), pudiendo tener lugar adicionalmente una conformación termoplástica mediante forja con matriz isotérmica o forja con matriz en caliente (etapa 15). En el procedimiento conforme al diagrama de flujo de la Figura 3 también es posible prescindir del prensado isostático en caliente (etapa 14) y, en lugar de ello, realizar la conformación termoplástica exclusivamente mediante forja con matriz isotérmica o forja con matriz en caliente.

En una cuarta forma de realización (Figura 4), que corresponde en gran medida a la primera forma de realización, además del prensado en caliente (etapa 12) puede tener lugar una conformación termoplástica subsiguiente mediante forja con matriz, forja con matriz isotérmica, extrusión, martillado, forja libre o laminado (etapa 15).

En la quinta forma de realización (Figura 5), que no se diferencia de las formas de realización precedentes en cuanto a la preparación de los polvos (etapa 10) y a la mezcla de los polvos (etapa 11), las etapas de compresión y aglutinación de las partículas de polvo se realizan por separado, por un lado mediante prensado isostático en frío (etapa 16) y por otro lado mediante sinterización (etapa 17). Después, una unidad producida de este modo a partir de las partículas de polvo se somete a una transformación termoplástica (etapa 15) en forma de una forja con matriz (forja con matriz isotérmica o forja con matriz en caliente). Alternativa o adicionalmente, la transformación termoplástica también puede tener lugar mediante prensado isostático en caliente, mediante martillado, en particular martillado de reducción, extrusión, forja libre o laminado.

En una sexta forma de realización (Figura 6), las etapas de compresión y aglutinación de los polvos se pueden combinar de nuevo en una etapa, en concreto mediante sinterización a presión (etapa 18).

En la séptima forma de realización (Figura 7), en primer lugar se mezclan los polvos previamente preparados (etapa 11), de nuevo igual que en la primera forma de realización. Después de la mezcla, los polvos se prensan en frío (etapa 16) y a continuación se sinterizan en una atmósfera de hidrógeno a temperaturas entre 1.000 °C y 1.800 °C (etapa 17). A continuación tiene lugar un prensado isostático en caliente (HIP) a una temperatura de 1.200 °C a 1.500 °C durante dos a seis horas a una presión de 100 a 200 MPa (etapa 14). Adicional o alternativamente se puede lleva a cabo una forja con matriz isotérmica o una forja con matriz en caliente, así como otras formas de transformación termoplástica, como martillado de reducción, extrusión, forja libre o laminado. A continuación se puede llevar a cabo un tratamiento térmico a una temperatura dentro del intervalo de 100 °C a 200 °C por debajo de la temperatura de recristalización durante cinco a treinta horas en una atmósfera de aire o en una atmósfera inerte, y puede tener lugar un enfriamiento en el horno, con lo que se eliminan tensiones internas y/o se pueden realizar ajustes de estructura correspondientes (etapa 13). Dependiendo del material, durante el tratamiento térmico la temperatura puede estar por ejemplo entre 1.000 °C y 1.500 °C.

En otra forma de realización (Figura 8), en primer lugar de nuevo se mezclan las partículas de polvo preparadas, a continuación se prensan en frío (etapa 16) y nuevamente se sinterizan en una atmósfera de hidrógeno a una temperatura entre 1.000 °C y 1.800 °C (etapa 17). Una unidad de material así obtenida se combina con otras unidades que presentan una composición química diferente, de tal modo que, mediante una fusión por capas en un horno de haz electrónico con solidificación subsiguiente, se obtiene un semiproducto que presenta diferentes propiedades debido a la composición química diferente a través del elemento de construcción (etapa 19). De este modo se puede fabricar un semiproducto que en un área presenta una mayor ductilidad que en otra área, mientras que, a la inversa, en el área dúctil la resistencia a la fluencia es menor que en el área no dúctil. Correspondientemente, a partir del semiproducto se podría fabricar un álabe de turbina en el que el área dúctil constituya la raíz de álabe y el área resistente a la fluencia constituya la hoja de álabe. A continuación, el semiproducto correspondiente se transforma en una deformación termoplástica para obtener el elemento de construcción deseado (etapa 15). Como procedimientos se pueden utilizar de nuevo forja con matriz, martillado, extrusión, forja libre o laminado. A continuación se puede llevar a cabo un tratamiento térmico (etapa 13) mediante bobina de inducción en una atmósfera de aire o en una atmósfera inerte, en concreto a temperaturas dentro del intervalo de 100 °C a 200 °C por debajo de la temperatura de recristalización durante cinco a treinta horas. El tratamiento térmico con la bobina de inducción puede tener lugar de forma homogénea por todo el elemento de construcción o parcialmente o con un gradiente de temperatura. Un tratamiento térmico parcial puede estar ajustado a las diferentes composiciones químicas del elemento de construcción.

En otra forma de realización (Figura 9), una vez más se produce una unidad a partir de polvos elementales mediante prensado en caliente y sinterización en una atmósfera de hidrógeno a temperaturas entre 1.000 °C y 1.800 °C. Después, la unidad o varias unidades correspondientes se funden en un horno de haz electrónico y durante la solidificación en el horno se ajustan gradientes de temperatura adecuados, con lo que se obtiene un semiproducto con propiedades anisótropas solidificado de forma selectiva (etapa 20). Por ejemplo, la resistencia a la fluencia puede estar desarrollada especialmente bien mediante la anisotropía en una dirección preferente, de modo que esta dirección de elemento de construcción en el posterior elemento de construcción, como por ejemplo una dirección de carga correspondiente a un álabe de turbina, se orienta en relación con la carga de fluencia.

El elemento de construcción así producido se somete de nuevo a una transformación termoplástica y a un tratamiento térmico subsiguiente, tal como se han descrito en las dos formas de realización precedentes. En otra forma de realización, de nuevo se produce una unidad a partir de polvos elementales mediante prensado en frío y sinterización a temperaturas entre 1.000 °C y 1.800 °C en una atmósfera de hidrógeno. También en esta forma de realización, las unidades así producidas se funden en un horno de haz electrónico y a continuación se someten a un procedimiento termoplástico y a un tratamiento térmico, tal como se han descrito en los ejemplos de realización precedentes. Sin embargo, la solidificación no tiene lugar en forma de una solidificación selectiva, como en el ejemplo de realización precedente, sino en forma de una solidificación homogénea.

Mediante los procedimientos y las formas de realización descritos se proporciona un proceso de producción para elementos de construcción a partir de Metall Intermetall Composites (MIC) y en particular de aleación de molibdeno con compuestos de siliciuro intermetálicos incorporados, que, debido a las etapas de procedimiento realizadas, presenta una baja propensión a las impurezas y en particular a las inclusiones gaseosas, lo que mejora la maleabilidad del material. La prevención de impurezas, como por ejemplo de inclusiones, aumenta adicionalmente la fiabilidad y la vida útil del elemento de construcción. Esto también se logra mediante la disminución de la porosidad a través de los procesos de transformación termoplástica, pudiendo aumentarse adicionalmente la resistencia a la tracción mediante la transformación termoplástica. Para la producción de materiales correspondientes se requieren en conjunto menos etapas de proceso, que son menos costosas, con lo que resulta en particular un procedimiento de producción ventajoso.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para producir un elemento de construcción a partir de un material compuesto con una matriz metálica y fases intermetálicas incorporadas, que incluye las siguientes etapas:

- preparación de polvos a partir de al menos un componente del grupo que incluye elementos químicos puros, aleaciones, compuestos químicos y materiales compuestos, correspondiendo los polvos en conjunto a la composición química que debe presentar el material compuesto que ha de ser producido, siendo cada polvo individual distinto a la composición química del material compuesto que ha de ser producido, - compresión de los polvos,

- aglomeración de los polvos entre sí para formar una unidad, y transformación termoplástica de la unidad, caracterizado por que

la composición del material compuesto que se ha de producir a partir de los polvos es la siguiente:

- de un 40% en moles a un 55% en moles de molibdeno, preferiblemente de un 45% en moles a un 52% en moles de molibdeno,

- de un 5% en moles a un 20% en moles de silicio, preferiblemente de un 8% en moles a un 15% en moles de silicio,

- de un 5% en moles a un 15% en moles de boro, preferiblemente de un 7% en moles a un 10% en moles de boro,

- de un 20% en moles a un 40% en moles de titanio, preferiblemente de un 25% en moles a un 30% en moles de titanio,

- de un 1% en moles a un 5% en moles de hierro, preferiblemente de un 1% en moles a un 3% en moles de hierro,

- hasta un 5% en moles de itrio, preferiblemente hasta un 3% en moles de itrio,

- hasta un 5% en moles de hafnio, preferiblemente hasta un 3% en moles de hafnio,

- hasta un 5% en moles de circonio, preferiblemente hasta un 2% en moles de circonio,

- hasta un 5% en moles de niobio, preferiblemente hasta un 2% en moles de niobio,

- hasta un 1% en moles de wolframio, preferiblemente hasta un 2% en moles de wolframio,

así como impurezas inevitables.

2. Procedimiento según la reivindicación 1,

caracterizado por que

las etapas de compresión y/o de aglomeración de los polvos y/o la transformación termoplástica de la unidad tienen lugar en un proceso combinado o en etapas individuales independientes.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por que

antes de la compresión de los polvos tiene lugar una mezcla de los polvos.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por que

después de la transformación termoplástica tiene lugar un procesamiento posterior que incluye al menos una de las etapas pertenecientes al grupo que comprende un tratamiento térmico, un procesamiento posterior mecánico, un tratamiento superficial y un revestimiento.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por que

los polvos incluyen partículas elementales, partículas de aleación, partículas revestidas y/o partículas de fases intermetálicas y/o compuestos químicos.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por que

la matriz metálica se forma mediante una aleación de molibdeno en la que están incorporados siliciuros.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por que

la compresión tiene lugar mediante prensado en caliente.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por que

la compresión tiene lugar mediante sinterización.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6,

caracterizado por que

la compresión y la aglomeración de los polvos tienen lugar mediante uno de los métodos pertenecientes al grupo que incluye sinterización a presión, prensado en caliente, prensado en caliente de cápsulas al vacío, de forma preferente previamente contorneadas, y prensado isostático en caliente.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por que

antes de la deformación termoplástica, al menos una unidad, preferiblemente varias unidades con composición química diferente, se funden, en particular se funden por capas, y se solidifican de nuevo, en particular se solidifican de forma selectiva.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por que

la deformación termoplástica tiene lugar mediante uno de los métodos pertenecientes al grupo que incluye prensado en caliente, prensado en caliente de cápsulas al vacío, de forma preferente previamente contorneadas, prensado isostático en caliente, forja con matriz, forma con matriz isotérmica, forja con matriz en caliente, laminado, martillado, extrusión y forja libre.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado por que

después de la transformación termoplástica tiene lugar un tratamiento térmico a una temperatura dentro del intervalo de 100 °C a 200 °C por debajo de la temperatura de recristalización.

13. Elemento de construcción, en particular elemento de construcción de una turbomáquina, producido mediante un procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes.