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DE102009005173A1 - Turbine disk or compressor disk manufacturing method for use in aero gas turbine, involves repeatedly changing forger contour still internal characteristics to fulfill requirements at reduced damage characteristics - Google Patents

Turbine disk or compressor disk manufacturing method for use in aero gas turbine, involves repeatedly changing forger contour still internal characteristics to fulfill requirements at reduced damage characteristics Download PDF

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DE102009005173A1
DE102009005173A1 DE102009005173A DE102009005173A DE102009005173A1 DE 102009005173 A1 DE102009005173 A1 DE 102009005173A1 DE 102009005173 A DE102009005173 A DE 102009005173A DE 102009005173 A DE102009005173 A DE 102009005173A DE 102009005173 A1 DE102009005173 A1 DE 102009005173A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
contour
forging
installation
determined
residual stress
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Withdrawn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
DE102009005173A
Other languages
German (de)
Inventor
Arnold Kühhorn
Marcel Dr. Springmann
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.)
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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 Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG filed Critical Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

The method involves adjusting a forger contour to distribution of residual tensile stress and internal compressive stress provided in an installation contour. Internal stress characteristics in the installation contour are determined, and the forger contour is accessed with respect to damage characteristics of a disk. The forger contour is changed in regions with the residual stress and the damage characteristics. The internal characteristics are determined, and the forger contour is changed again still the internal characteristics to fulfill requirements at reduced damage characteristics.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Turbinen- oder Verdichterscheiben für Gasturbinen, insbesondere Fluggasturbinen, bei dem ein Schmiederohling mit bestimmter Schmiedekontur einem Wärmebehandlungs- und einem anschließenden Abkühlungsprozess unterworfen und danach auf die Endkontur abgedreht wird.The The invention relates to a process for the production of turbine or Compressor disks for gas turbines, in particular aircraft gas turbine, in which a forged blank with certain Forging contour of a heat treatment and a subsequent one cooling process subjected and then turned to the final contour.

Turbinen- und Verdichterscheiben von Gasturbinen sind während des Betriebs aufgrund der hohen Drehzahlen und Temperaturen erheblichen Belastungen unterworfen. Unabhängig von der äußeren Belastung sind in dem Scheibenkörper zudem durch plastische Verformung des Materials erzeugte Eigenspannungen vorhanden. Die mit der äußeren Belastung verbundenen Zugspannungen, die sich mit den unabhängig von den äußeren Kräften in der Scheibe vorliegenden Zugeigenspannungen überlagern können, führen zu einer Schädigung des Scheibenmaterials und – insbesondere in den hoch beanspruchten äußeren Bereichen der Scheiben – zur Rissbildung und damit zur Verringerung der Lebensdauer. Wenn die aus der äußeren Belastung resultierenden Zugspannungen im hoch belasteten Randbereich der Scheibe jedoch von dort vorhandenen Druckeigenspannungen überlagert werden, verringert sich die Zugspannung und damit die Beanspruchung in diesen Gebieten, so dass die Lebensdauer der Scheiben erhöht wird bzw. das Gewicht der Scheiben verringert werden kann.turbine and compressor disks of gas turbines are due during operation subjected to high speeds and temperatures considerable stress. Independently from the external load are in the disk body In addition, generated by plastic deformation of the material residual stresses available. The with the external burden connected tensile stresses, which are independent of the external forces in Overlap the existing tensile residual stresses can lead to damage to the Disc material and - in particular in the highly stressed outer areas the discs - to Cracking and thus reducing the life. If the from the external load resulting tensile stresses in the highly loaded edge region of the disc but superimposed there existing residual compressive stresses be reduced, the tensile stress and thus the stress in these areas, so that the life of the discs is increased or the weight of the discs can be reduced.

Die Herstellung der Verdichter- oder Turbinenscheiben erfolgt bekanntermaßen in einem ersten Verfahrensschritt durch Schmieden eines zugeschnittenen Rohlings zu einem Schmiedeteil mit bestimmter Schmiedekontur. Infolge der plastischen Verformung während des Schmiedens wird in der Schmiedekontur ein Eigenspannungszustand mit in der Höhe und Verteilung undefinierten Zugeigenspannungen und Druckeigenspannungen erzeugt. In den darauf folgenden Verfahrensschritten wird die Schmiedekontur zum Abbau der Eigenspannungen zunächst einer Wärmebehandlung und anschließend einem Abkühlprozess in einem Öl- oder Wasserbad unterworfen. Während des Kühlvorgangs durchläuft die wärmebehandelte Schmiedekontur in dem Kühlmedium drei aufeinander folgende, als Filmsieden, als Übergangssieden und als Blasensieden des Kühlmediums bezeichnete Abkühlphasen. Die letzte Abkühlphase, das sogenannte Blasensieden, bewirkt einen hohen Wärmeübergang von der Schmiedekontur auf das Kühlmedium und führt zu einem entsprechend großen, mit der Entstehung hoher Spannungen verbundenen Temperaturgradienten in der Schmiedekontur. Aufgrund der Spannungen und daraus resultierender Dehnungen infolge Plastifizierung entstehen im vollständig abgekühlten Zustand auf der Außenseite der Schmiedekontur Druckspannungen und in deren Innerem Zugspannungen, die miteinander im Gleichgewicht stehen.The Production of the compressor or turbine disks is known to take place in one first process step by forging a cut blank to a forging with a certain forging contour. As a result of plastic deformation while forging becomes a residual stress state in the forging contour with in height and distribution of undefined residual stresses and compressive stresses generated. In the following process steps the forging contour becomes to reduce the residual stresses of a heat treatment and then one cooling process in an oil or water bath. While the cooling process go through the heat-treated Forging contour in the cooling medium three consecutive, as film boiling, as transition boiling, and as nucleate boiling of the cooling medium designated cooling phases. The last cooling phase, the so-called nucleate boiling, causes a high heat transfer from the forging contour to the cooling medium and leads to a correspondingly large, associated with the emergence of high voltages temperature gradients in the blacksmiths contour. Due to the tensions and resulting Strains due to plasticization occur in the fully cooled state on the outside the forging contour compressive stresses and in their interior tensile stresses, who are in balance with each other.

In dem nachfolgenden Verfahrensschritt, in dem die Schmiedekontur auf die Endkontur abgedreht wird, wird der bei der Wärmebehandlung und Abkühlung in die Schmiedekontur eingeprägte Eigenspannungszustand infolge der Materialentfernung wieder geändert, da sich die Eigenspannungen zur Aufrechterhaltung des Kräftegleichgewichts im Innern der fertig bearbeiteten Scheibe (Endkontur) umlagern. Infolge dieser Umlagerung der im Abkühlungsprozess eingeprägten Eigenspannungsverteilung können daher in oberflächennahen Bereichen der Scheibe Zugspannungen entstehen, die zu der eingangs erwähnten Verringerung der Lebensdauer von Turbinen- und Verdichterscheiben führen können.In the subsequent process step in which the forging contour on the final contour is turned off, which is used in the heat treatment and cooling in embossed the forging contour Residual stress state as a result of material removal changed again because the residual stresses to maintain the balance of power relocate inside the finished disc (final contour). As a result of this rearrangement of the impressed in the cooling process residual stress distribution can therefore in near-surface Areas of the disc tensile stresses arise, leading to the entrance mentioned Reduction of the service life of turbine and compressor disks to lead can.

Durch verschiedene Kühlparameter kann zwar der Eigenspannungszustand geändert werden, jedoch ist eine gezielte Einflussnahme auf die Eigenspannungsverteilung über den Querschnitt der Scheibenkontur mittels der bekannten Kühlprozessparameter wie Anströmgeschwindigkeit oder Strömungsführung des Kühlmediums an der Werkstückoberfläche und die Art oder die Anfangstemperatur des Kühlmittels nicht möglich, so dass durch die in Randbereichen auftretenden Zugspannungen Materialschädigungen auftreten können bzw. das tatsächliche Festigkeitspotential der Scheibe nicht genutzt werden kann.By different cooling parameters although the residual stress state can be changed, but is one targeted influence on the residual stress distribution over the Cross section of the disc contour using the known cooling process parameters like flow velocity or flow guidance of the cooling medium on the workpiece surface and the type or initial temperature of the coolant is not possible, so that due to the tensile stresses occurring in edge areas material damage may occur or the actual Strength potential of the disc can not be used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zur Herstellung von Turbinen- und Verdichterscheiben anzugeben, dass eine lange Lebensdauer der Scheibe und die Nutzung des Festigkeitspotentials der Scheibe in vollem Umfang gewährleistet.Of the Invention is based on the object, a method of the initially mentioned Type of production of turbine and Specify compressor discs that have a long life of the disc and the use of the strength potential of the disc in full guaranteed.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention Task with a method according to the features of claim 1. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Ausgehend von einem gattungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Turbinen- oder Verdichterscheiben besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, dass die Schmiedekontur auf der Grundlage eines optimalen Eigenspannungsverlaufs in der Einbaukontur gestaltet wird. Das heißt, die Schmiedekontur wird an die in der Einbaukontur vorhandene Verteilung der Zug- und Druckeigenspannungen angepasst, indem der Eigenspannungsverlauf in der – einer zunächst festgelegten Schmiedekontur entsprechenden – Einbaukontur ermittelt und in Bezug auf das Schädigungsverhalten der Scheibe im Betrieb bewertet wird und die Schmiedekontur in Bereichen mit oberflächennah vorhandenen Zugeigenspannungen und entsprechend ungünstigem Schä digungsverhalten angepasst bzw. geändert wird. In der zugehörigen Einbaukontur wird erneut der Eigenspannungsverlauf ermittelt und bewertet. Die Änderung der Schmiedekontur wird so oft wiederholt, bis die in der jeweils zugehörigen Einbaukontur ermittelte Eigenspannungsverteilung den Anforderungen an ein geringes Schädigungsverhalten genügt. Die Lebensdauer der nach diesem Verfahren hergestellten Verdichter- und Turbinenscheiben sowie die Sicherheit können erhöht werden. Zudem wird das Festigkeitspotential der Scheiben besser ausgenutzt, so dass eine Verringerung des Scheibengewichts möglich ist.Starting from a generic method for the production of turbine or compressor disks, the basic idea of the invention is that the forging contour is designed on the basis of an optimum residual stress profile in the installation contour. In other words, the forging contour is adapted to the distribution of tensile and compressive residual stresses present in the installation contour by determining the residual stress profile in the installation contour corresponding to a predetermined forging contour and evaluating it in terms of the damage behavior of the pane during operation and the forging contour in Areas with near-surface residual tensile stresses and corresponding unfavorable Schä di adjusted or changed. In the associated installation contour, the residual stress profile is again determined and evaluated. The change in the forging contour is repeated until the residual stress distribution determined in the respectively associated installation contour meets the requirements for a low damage behavior. The life of the compressor and turbine discs produced by this method as well as the safety can be increased. In addition, the strength potential of the discs is better utilized, so that a reduction in the weight of the disc is possible.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird das Verfahren durch numerische Simulation und auf der Basis von Berechnungen nach der „Finite-Elemente-Methode” durchgeführt.In Advantageous development of the invention, the method is through numerical simulation and based on "finite element method" calculations.

Ausgehend von einer festgelegten Schmiedekontur werden auf der Grundlage einer numerischen Simulation der realen Wärmebehandlungs- und Abkühlungsbedingungen mit CFD-Methoden die Temperaturfelder der Schmiedekontur ermittelt.outgoing from a specified blacksmithing contour are based on a numerical simulation of the real heat treatment and cooling conditions with CFD methods the temperature fields of the forging contour determined.

Auf der Basis der zuvor festgestellten zeitabhängigen Temperaturverteilung werden dann die in die Schmiedekontur eingeprägten Zug- und Druckeigenspannungen nach der „Finite-Elemente-Methode” berechnet.On the basis of the previously determined time-dependent temperature distribution then the tensile stresses and compressive stresses that are impressed on the forging contour become calculated according to the "finite element method".

Danach wird in einer numerischen Simulation durch Entfernen der entsprechenden finiten Elemente die Schmiedekontur zur Einbaukontur abgedreht und die sich in dieser einstellende Eigenspannungsverteilung nach der „Finite-Elemente-Methode” berechnet.After that is in a numerical simulation by removing the corresponding Finished elements turned off the forging contour to the installation contour and which is calculated in this adjusting residual stress distribution according to the "finite element method".

Schließlich wird die ermittelte Eigenspannungsverteilung auf der Basis der Scheibenbelastung im Betrieb hinsicht lich des zu erwartenden Schädigungsverhaltens bewertet und gegebenenfalls eine geänderte, an die zuvor ermittelte Eigenspannungsverteilung angepasste Schmiedekontur festgelegt. Die Anpassung bzw. Änderung der Schmiedekontur und die sich anschließenden Schritte werden so lange wiederholt, bis der Eigenspannungsverlauf in der Einbaukontur auf eine lange Lebensdauer der betreffenden Scheibe und eine hohe Sicherheit schließen lässt.Finally will the determined residual stress distribution on the basis of the wheel load evaluated in the operation with regard to the expected damage behavior and, where appropriate, an amended one, set to the previously determined residual stress distribution adapted forging contour. The adaptation or change the forging contour and the subsequent steps will take so long repeated until the residual stress profile in the installation contour a long life of the disc in question and a high level of safety shut down leaves.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:One embodiment The invention will be explained in more detail in conjunction with the accompanying drawings. It demonstrate:

1 ein Ablaufschema zur Ermittlung der Schmiedekontur mit optimaler Eigenspannungsverteilung in der Endkontur einer Verdichterscheibe; 1 a flow chart for determining the forging contour with optimal residual stress distribution in the final contour of a compressor disk;

2 eine übliche erste Schmiedekontur eines Schmiederohlings mit der Verteilung der Zugeigenspannungen (helle Bereiche) und Druckeigenspannungen (dunkle Bereiche) über der Querschnittsfläche; 2 a typical first forging contour of a forging blank with the distribution of tensile residual stresses (light areas) and residual compressive stresses (dark areas) over the cross-sectional area;

3 die Endkontur einer Verdichterscheibe nach dem Abdrehen des Schmiederohlings gemäß 1 mit über deren Querschnittsfläche dargestellter Eigenspannungsverteilung; 3 the final contour of a compressor disk after turning off the forging blank according to 1 with residual stress distribution represented over its cross-sectional area;

4 die Endkontur der Verdichterscheibe mit einer ausgehend von einer zweiten Schmiedekontur erzielten zweiten Eigenspannungsverteilung; 4 the final contour of the compressor disk with a second residual stress distribution obtained from a second forging contour;

5 die Endkontur der Verdichterscheibe mit der aus einer dritten Schmiedekontur erzielten dritten – optimalen – Eigenspannungsverteilung. 5 the final contour of the compressor disk with the third - optimal - residual stress distribution obtained from a third forging contour.

Zur Herstellung von Verdichter- oder Turbinenscheiben mit – ausgehend von einer erfindungsgemäß optimierten Schmie dekontur eines Schmiederohlings – optimaler Eigenspannungsverteilung in der Endkontur der aus dem Schmiederohling abgedrehten Scheibe wird gemäß dem in 1 wiedergegebenen Ablaufschema in Schritt A eine erste Schmiedekontur 1 (2 und 3) festgelegt.For the production of compressor or turbine disks with - starting from a inventively optimized Schmie dekontur a forging blank - optimal residual stress distribution in the final contour of the worm forged off the forging blank is in accordance with the in 1 reproduced flowchart in step A a first forging contour 1 ( 2 and 3 ).

Für diese Schmiedekontur 1 wird in Schritt B mit CFD-Methoden (Computational Fluid Dynamics/computergestützte numerische Strömungssimulation) auf der Grundlage der jeweiligen, den realen Verhältnissen entsprechenden Kühlmittel- und Scheibenparameter, eine numerische Simulation der Wärmebehandlung der Schmiedekontur 1 des Schmiederohlings durchgeführt. Das heißt, nach der Wärmebehandlung in einem Ofen werden in Schritt B die Temperaturfelder der ersten Schmiedekontur 1 während der Luftabkühlung des Schmiederohlings bei dessen Überführung in Luft vom Ofen in ein Kühlbad sowie beim Abkühlen des Schmiederohlings in dem in das Kühlbad eingetauchten Zustand rechnerisch ermittelt.For this blacksmith contour 1 in step B, using computational fluid dynamics (CFD) methods based on the respective real-world coolant and disk parameters, a numerical simulation of the forging contour heat treatment 1 of the forging blank. That is, after the heat treatment in an oven, in step B, the temperature fields of the first forging contour become 1 determined during the air cooling of the forging blank during its transfer in air from the furnace into a cooling bath and during cooling of the forging blank in the immersed in the cooling bath state.

In dem darauffolgenden Schritt C werden auf der Basis der in Schritt B ermittelten zeitabhängigen Temperaturverteilung nun – hier nach der „Finite-Elemente-Methode” (FEM) – die Eigenspannungen berechnet, die aufgrund plastischer Verformungen bei der Abkühlung infolge des hohen Temperaturgradienten und der damit verbundenen Ausdehnungen und Spannungen in die Schmiedekontur eingeprägt werden. Die Verteilung der Zug- und Druckeigenspannungen in der ersten Schmiedekontur 1 ist in 2, in der dunkle Bereiche Druckspannungen und helle Bereiche Zugspannungen darstellen, beispielhaft wiedergegeben. Aus dieser Darstellung ist erkennbar, dass aufgrund der bei der Abkühlung auftretenden örtlichen Plastifizierung bzw. bleibenden Dehnungen am Rand der Schmiedekontur Druckeigenspannungen (dunkel) und im Innern der Schmiedekontur Zugeigenspannungen eingeprägt werden.In the following step C, on the basis of the time-dependent temperature distribution ascertained in step B, the residual stresses are calculated here - according to the "finite element method" (FEM) - due to plastic deformation during cooling due to the high temperature gradient Associated expansions and stresses are imprinted in the forging contour. The distribution of tensile and compressive stresses in the first forging contour 1 is in 2 , in the dark areas compressive stresses and light areas represent tensile stresses, reproduced by way of example. From this representation it can be seen that due to the local plasticization or permanent strains occurring on cooling at the edge of the forging contour, residual compressive stresses (dark) and inside the forge contour tensile stresses are impressed.

Im anschließenden Schritt D wird die wärmebehandelte Schmiedekontur durch numerische Simulation zu einer ersten Einbaukontur 2 der Verdichterscheibe abgedreht, indem die nicht zur Einbaukontur 2 gehörenden finiten Elemente der Schmiedekontur entfernt werden. Die sich dabei ändernde Eigenspannungsverteilung in der Einbaukontur 2, das heißt, der abgedrehten Schmiedekontur bzw. der Endkontur der verdichterscheibe, wird ebenfalls nach der oben erwähnten „Finite-Elemente-Methode” berechnet.In the subsequent step D, the heat-treated forging contour is transformed into a first installation contour by numerical simulation 2 the compressor disk turned off by the not to the installation contour 2 belonging to finite elements of the blacksmith contour. The thereby changing residual stress distribution in the installation contour 2 , that is, the wrought forging contour or the final contour of the compressor disk, is also calculated according to the above-mentioned "finite element method".

Im nächsten Schritt E werden unter Einbeziehung der spezifischen Belastung der Verdichterscheibe im Betrieb die Höhe und der Verlauf der – in 3 dargestellten – Zugeigenspannungen und Druckeigenspannungen mit Blick auf die Lebensdauer, die Sicherheit oder mögliche Gewichtseinsparungen bewertet. Im vorliegenden Beispiel (Eigenspannungsverteilung gemäß 3) liegen Zugeigenspannungen (helle Bereiche) teilweise am Rand der ersten Einbaukontur 2. Bei Belastung der Verdichterscheibe im Betrieb werden die äußeren Zugspannungen und die in den Randbereichen vorhandenen Zugeigenspannungen überlagert. Dadurch kann es zu einer Schädigung der Scheibe kommen, so dass deren Lebensdauer begrenzt und die erforderliche Sicherheit nicht gewährleistet ist oder Gewichtseinsparungen nicht möglich sind. Die Lebensdaueranalyse gemäß Schritt E wird in diesem Fall im Schritt F mit „nein” beantwortet, so dass eine Änderung der ersten Schmiedekontur 1 erforderlich ist.In the next step E, taking into account the specific load on the compressor disk during operation, the height and the course of the - in 3 Tension stresses and compressive residual stresses are evaluated with regard to service life, safety or possible weight savings. In the present example (residual stress distribution according to 3 ) tensile residual stresses (bright areas) are partly at the edge of the first installation contour 2 , When the compressor disk is loaded during operation, the external tensile stresses and the residual tensile stresses present in the edge regions are superimposed. This can lead to damage to the disc, so that their life is limited and the required safety is not guaranteed or weight savings are not possible. The life analysis according to step E is answered in this case in step F with "no", so that a change of the first forging contour 1 is required.

Die anhand der 1 beschriebenen Verfahrensschritte werden daher mit einer in den – in 3 markierten – Bereichen mit am Rand der Einbaukontur liegenden Zugeigenspannungen geänderten Schmiedekontur 3 eines Schmiederohlings wiederholt. Das heißt im Schritt A wird eine geänderte, zweite Schmiedekontur 3 (4) festgelegt, für die anschließend wieder die Schritte B bis E des Ablaufschemas gemäß 1 durchgeführt werden. Wie 4 zeigt, genügt die eine andere spezifische Eigenspannungsverteilung aufweisende zweite Einbaukontur 4 immer noch nicht den Anforderungen der Lebensdaueranalyse gemäß Schritt E, da auch bei der aus der geänderten zweiten Schmiedekontur 3 gefertigten zweiten Einbaukontur 4 in einem Randbereich noch hohe Zugeigenspannungen auftreten, die bei einer tatsächlich aus der zweiten Schmiedekontur abgedrehten Verdichterscheibe im Betrieb eine Schädigung der Verdichterscheibe hervorrufen und deren Lebensdauer einschränken würden.The basis of the 1 described method steps are therefore with a in the - in 3 areas marked with residual tensile stresses at the edge of the installation contour changed forging contour 3 a forging blank repeated. That is, in step A is a modified, second blacksmithing contour 3 ( 4 ), then again the steps B to E of the flowchart according to 1 be performed. As 4 shows, the second installation contour having a different specific residual stress distribution is sufficient 4 still not the requirements of the life analysis according to step E, as well as in the changed from the second blacksmith contour 3 manufactured second installation contour 4 in a peripheral area still high tensile residual stresses occur, which would cause a damage to the compressor disk in operation and turned off their lifetime in an actually turned off from the second forging contour compressor disk.

Es wird daher eine weitere – dritte – Schmiedekontur 5, 5, festgelegt, aus der im Ergebnis der gemäß dem Ablaufschema nach 1 durchgeführten Schritte eine dritte Einbaukontur mit einer dritten Eigenspannungsverteilung entsteht. Wie 5 zeigt, liegen die Zugeigenspannungen (helle Bereiche) in diesem Fall vollständig im Innern der dritten Einbaukontur 5, das heißt, überall deutlich entfernt von deren durch Druckeigenspannungen (dunkle Bereich geprägten Rand. Die in dieser Form vorliegenden Druckeigenspannungen werden den an der Scheibe im Betrieb angreifenden äußeren Zugspannungen überlagert und mindern diese, so dass das Scheibenmaterial in geringerem Umfang belastet wird. Die Lebensdaueranalyse (Schritt E) wird im Schritt F mit „ja” beantwortet. Das heißt, die in dem Verfahren gefundene dritte Schmiedekontur 5 genügt im Ergebnis der Formgebung durch Schmieden sowie der Erwärmungs- und Abkühlungsbedingungen im Verlauf des Wärmebehandlungsprozesses in der abgedrehten Einbaukontur 6 mit der in diese eingeprägten Eigenspannungshöhe und -verteilung den an das Schädigungsverhalten und somit die Sicherheit und Lebensdauer der betreffenden Verdichterscheibe gestellten Anforderungen.It will therefore be another - third - Schmiedekontur 5 . 5 , determined from the result of the according to the flowchart 1 carried out steps a third installation contour with a third residual stress distribution arises. As 5 shows the tensile residual stresses (bright areas) in this case completely inside the third mounting contour 5 , that is, everywhere significantly away from their by residual compressive stresses (dark area embossed edge.) The residual compressive stresses in this form are superimposed on the operating forces acting on the disc outer tensile stresses and reduce this, so that the disc material is loaded to a lesser extent (Step E) is answered with "yes" in Step F. That is, the third forging contour found in the method 5 suffices as a result of shaping by forging as well as the heating and cooling conditions in the course of the heat treatment process in the wacky installation contour 6 with the inherent stress level and distribution impressed on it, the requirements placed on the damage behavior and thus the safety and service life of the relevant compressor disk.

11
erste Schmiedekonturfirst wrought contour
22
erste Einbaukontur mit erster Eigenspannungsverteilungfirst Installation contour with first residual stress distribution
33
zweite Schmiedekontursecond wrought contour
44
zweite Einbaukontur mit zweiter Eigenspannungsverteilungsecond Installation contour with second residual stress distribution
55
dritte (endgültige) Schmiedekonturthird (final) wrought contour
66
dritte Einbaukontur mit optimaler Eigenspannungsverteilungthird Installation contour with optimum residual stress distribution

Claims (2)

Verfahren zur Herstellung von Turbinen- oder Verdichterscheiben für Gasturbinen, insbesondere Fluggasturbinen, bei dem ein Schmiederohling mit bestimmter Schmiedekontur einem Wärmebehandlungs- und einem anschließenden Abkühlungsprozess unterworfen und danach auf die Einbaukontur abgedreht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiedekontur an die in der Einbaukontur vorhandene Verteilung der Zug- und Druckeigenspannungen angepasst wird, indem der Eigenspannungsverlauf in der Einbaukontur ermittelt und in Bezug auf das Schädigungsverhalten der Scheibe im Betrieb bewertet wird und die Schmiedekontur in Bereichen mit oberflächennah vorhandenen Zugeigenspannungen und entsprechend ungünstigem Schädigungsverhalten geändert und in der zugehörigen Einbaukontur erneut der Eigenspannungsverlauf ermittelt und bewertet wird, wobei die Änderung der Schmiedekontur so oft wiederholt wird, bis der in der jeweils zugehörigen Einbaukontur ermittelte Eigenspannungsverlauf den Anforderungen an ein geringes Schädigungsverhalten genügt.Process for the production of turbine or compressor disks for gas turbines, in particular aircraft gas turbines, in which a forging blank with a specific forging contour is subjected to a heat treatment and a subsequent cooling process and then turned to the installation contour, characterized in that the forging contour to the distribution present in the installation contour the compressive and compressive stresses is adjusted by the residual stress profile in the installation contour determined and evaluated in relation to the damage behavior of the disc during operation and changed the forging contour in areas with near-surface residual tensile stresses and corresponding unfavorable damage behavior and again determines the residual stress profile in the associated installation contour and is evaluated, wherein the change in the forging contour is repeated until the determined in the respective associated installation contour residual stress profile meets the requirements to a low damage behavior is sufficient. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – ausgehend von einer festgelegten Schmiedekontur Schritt A); – auf der Grundlage einer numerischen Simulation der realen Wärmebehandlungs- und Abkühlungsbedingungen mit CFD-Methoden die Temperaturfelder der Schmiedekontur ermittelt werden (Schritt B); – auf der Basis der in Schritt B ermittelten zeitabhängigen Temperaturverteilung die in die Schmiedekontur eingeprägten Zug- und Druckeigenspannungen nach der „Finite-Elemente-Methode” berechnet werden (Schritt C); – danach in einer numerischen Simulation durch Entfernen der entsprechenden finiten Elemente die Schmiedekontur zur Einbaukontur abgedreht und die sich in dieser einstellende Eigenspannungsverteilung nach der „Finite-Elemente-Methode” berechnet wird (Schritt D); und – die ermittelte Eigenspannungsverteilung auf der Basis der Scheibenbelastung im Betrieb hinsichtlich des zu erwartenden Schädigungsverhaltens bewertet wird (schritt E); und – gegebenenfalls eine geänderte Schmiedekontur festgelegt wird (Schritt A) und die Schritte B bis E wiederholt werden.A method according to claim 1, characterized gekenn records that - starting from a specified forging contour step A); - the temperature fields of the forging contour are determined on the basis of a numerical simulation of the real heat treatment and cooling conditions with CFD methods (step B); On the basis of the time-dependent temperature distribution determined in step B, the tensile and compressive residual stresses impressed into the forging contour are calculated according to the "finite element method" (step C); - Then in a numerical simulation by removing the corresponding finite elements turned off the forging contour to the installation contour and is calculated in this adjusting residual stress distribution according to the "finite element method" (step D); and - the determined residual stress distribution on the basis of the wheel load during operation is evaluated with regard to the expected damage behavior (step E); and - if necessary, a changed forging contour is determined (step A) and steps B to E are repeated.
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