Fachbeitr ge Schmiedetechnologi (Page 1)

Daher muß das Gußgefüge durch eine
geeignete thermomechanische Behandlung
in ein beanspruchungsgerechtes
feinlamellares Gefüge umgewandelt
werden. Eine ausreichende Umformung
kann für diesen Werkstoff bei hohen
Temperaturen mit gleichzeitig niedrigen
Umformgeschwindigkeiten nur durch Isothermschmieden
erzielt werden. Im Rahmen
eines vom BMBF geförderten Projekts
konnte von der Thyssen Umformtechnik
Turbinenkomponenten GmbH eine
Schmiedetechnologie zur Herstellung
von Hochdruck-Verdichter-Laufschaufeln
aus ”-Titanaluminid entwickelt werden.
Ausgangssituation
Die Entwicklung im Flugtriebwerksbau ist
gekennzeichnet durch ein höheres Schubkraft/Gewichtsverhältnis,
geringeren spezifischen
Treibstoffverbrauch und niedrigeren
Schadstoffemissionen. Das Massenverhältnis
von Fan-Luftstrom, der den wesentlichem
Vortrieb erzeugt, zum Primär-
Luftstrom, der die Turbine durchströmt, ist
im Laufe der letzten 30 Jahre von 1 bei Umformgeschwindigkeiten
> 10 -2 s -1 (bezogen auf die Probenachse)
die Rißanfälligkeit stark ansteigt, wobei
der Temperatureinfluß relativ gering ist.
Isothermschmieden der Schaufeln
Die üblichen Umformschritte beim Schaufelschmieden
sind Verteilung
des Volumens
und Erzeugen der
Schaufelgeometrie.
Die Volumenverteilung
wird unterteilt in
Verjüngen der Blattpartie
und Materialanhäufung
im Fußbereich.
Versuche zum
Fließpressen des Blattbereichs
sind an Versagen
des Fließpreßstempels
infolge zu

geringer Warmfestigkeit der zur Verfügung
stehen Werkstoffe gescheitert. Daher mußte
auf eine Volumenanpassung im Blattbereich
verzichtet werden und der überschüssige
Werkstoff in den Grat gedrängt werden.
Die Stadienfolge zeigt das Bild auf Seite 22.
Ausgehend von der stranggepreßten Vorform
wird das Fußvolumen angestaucht.
Im eigentlichen Schaufelgesenk erfolgt
dann das Vorschmieden. Nach Entfernen
des Grats wird dann in der dritten Hitze im
gleichen Schaufelgesenk fertiggeschmiedet.
Anschließend muß wieder der Grat
entfernt werden.
Die hohen Umformtemperaturen verbunden
mit den durch die geringe Umformgeschwindigkeit
bedingten langen Schmiedezeiten
verlangen eine Beheizung der
Werkzeuge, um ein Auskühlen der Werkstücke
zu vermeiden. Dazu wurde ein
Werkzeugsystem zum Isothermschmieden
entwickelt. Eingesetzt werden Gesenke
aus einer Molybdän-Legierung, die bei
1i150i o C noch eine ausreichende Warmfestigkeit
besitzen. Die Beheizung der Gesenkblöcke
erfolgt induktiv. Die Messung
der aktuellen Gesenktemperatur zur Regelung
der Mittelfrequenzumrichter wird mit
Hilfe von Thermoelementen in den Gesenkblöcken
durchgeführt. Die Isolation
FACHBEITRÄGE
Schaufel im Isothermgesenk. T = 1 150 o C
Bilder: Thyssen Umformtechnik
Turbinenkomponenten GmbH
zwischen den heißen Gesenken und dem
Pressentisch bzw. dem Stößel wird durch
eine spezielle Keramik erreicht. Diese muß
nicht nur auf eine Länge von 50 mm eine
Temperaturdifferenz von 1 000i o C bewirken,
sondern auch die gesamte Schmiedekraft
aufnehmen. Da Molybdän bei Temperaturen
oberhalb 600i o C an Luft sublimiert,
sind die Gesenke vor Sauerstoffzutritt
zu schützen. Daher muß der gesamte
Schmiedeprozeß unter Inertgas im Pressenraum
ablaufen. Das wiederum erfordert
eine Einhausung der Presse mit zugehörigen
Schleusen und Handhabungsgerät.
Das Bild oben zeigt eine Schaufel nach dem
Schmieden im geöffneten Isothermgesenk.
Nach dem Schmieden der Schaufeln wird
durch eine Hochtemperaturglühung ein
feinlamellares Gefüge eingestellt, um die
vom Turbinenhersteller geforderten Eigenschaften
zu erreichen.
Da aufgrund der unbefriedigenden Warmfestigkeiten
der für Gesenke einsetzbaren
Werkstoffe nur Aufmaßschaufeln gefertigt
werden können, erfolgt als letzter Arbeitsgang
die Herstellung der endgültigen Blattprofile
und der Fußgeometrie durch ECM-
Bearbeitung.
Bisher wurden nach dem geschilderten
Verfahren ca. 200 Schaufeln hergestellt,
die sich z. Zt. bei einem Turbinenhersteller
in der Erprobung befinden. Um größere
Stückzahlen derartiger Schaufeln herstellen
zu können, wird an der Vereinfachung
der Vorformherstellung gearbeitet. Dazu
soll die Primärumformung der Gußblöcke
nicht mehr durch Strangpressen durchgeführt
werden, sondern Vorformen mit der
richtigen Volumenverteilung sollen ebenfalls
durch Isothermschmieden hergestellt
werden. Weiterhin wird an der Entwicklung
von Gesenken aus faserverstärkten
Keramiken gearbeitet, die ein Präzisionsschmieden
der Schaufeln ohne nachfolgende
Bearbeitung des Blatts ermöglichen
sollen.
23 SCHMIEDE-JOURNAL SEPTEMBER 1999