[go: up one dir, main page]

DE3341953A1 - Verfahren zur herstellung einer einstueckigen beschaufelten rotorscheibe und turbinenrotor mit einer derartigen rotorscheibe - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer einstueckigen beschaufelten rotorscheibe und turbinenrotor mit einer derartigen rotorscheibe

Info

Publication number
DE3341953A1
DE3341953A1 DE19833341953 DE3341953A DE3341953A1 DE 3341953 A1 DE3341953 A1 DE 3341953A1 DE 19833341953 DE19833341953 DE 19833341953 DE 3341953 A DE3341953 A DE 3341953A DE 3341953 A1 DE3341953 A1 DE 3341953A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
slots
preform
forging
rotor
forged
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.)
Ceased
Application number
DE19833341953
Other languages
English (en)
Inventor
Roy L. 33408 North Palm Beach Fla. Athey
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.)
RTX Corp
Original Assignee
United Technologies Corp
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 United Technologies Corp filed Critical United Technologies Corp
Publication of DE3341953A1 publication Critical patent/DE3341953A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/34Rotor-blade aggregates of unitary construction, e.g. formed of sheet laminae
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00Making machine elements
    • B21K1/28Making machine elements wheels; discs
    • B21K1/36Making machine elements wheels; discs with blades
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/006Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine wheels
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316Impeller making
    • Y10T29/4932Turbomachine making
    • Y10T29/49325Shaping integrally bladed rotor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4998Combined manufacture including applying or shaping of fluent material
    • Y10T29/49982Coating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Description

'J J 4 Ί y b J
V-i>..; ■ rr-■'ve - tr. 46 DE 106
0-SOÜÜ iVIJ.'iCiiEM 22
TeLOSS/295125
United Technologies Corporation
Hartford, Ct./V.St.A.
Verfahren zur Herstellung einer einstückigen beschaufelten Rotorscheibe und Turbinenrotor mit einer derartigen Rotorscheibe
BAD ORIGINAL
- X-
Die vorliegende Erfindung betrifft einstückige beschaufelte Scheiben.
Es ist bekannt, daß gegossene einstückige beschaufelte Scheiben für Turbinenrotoren, wie sie bei Automobil-Gasturbinenmotoren oder für Flugzeug-Gasturbinentriebwerke verwendet werden könnten, den Nachteil einer Ermüdungsriß-Bildung bei niedrigen Lastspielzahlen (low cycle fatigue-LCF) am Rand der, Scheibe aufweisen. Diese Rißbildung erfolgt aufgrund eines thermischen Gradienten, der zwischen dem Rand, der direkt den heißen Turbinengasen ausgesetzt ist, und dem Zentrum der Scheibe besteht, das relativ kühl ist. Dieses Problem tritt bei herkömmlichen beschaufelten Scheiben nicht auf, da dort der Rand gegen hohe Temperaturen durch die Schaufelfuß-Plattformen geschützt ist und außerdem infolge der in ihm gebildeten Nuten für die Laufschaufeln unterbrochen ist, die eine gewisse Bewegung des Scheibenmetalls an dem Rand gestatten. Zur Beseitigung der Spannungen in dem Rand einer gegossenen einstückigen beschaufelten Scheibe werden in dem Rand zwischen den Laufschaufeln Taschen oder Schlitze ausgebildet. Diese Schlitze gleichen einen Teil der thermischen Spannungen in dem Rand aus. An der Basis oder dem in Radialrichtung innen liegenden Teil jedes Schlitzes ist ein Loch gebohrt, so daß ein relativ großer Radius gebildet wird, der als Rißstopper wirkt und verhindert, daß ein Riß an der

- 2-
Basis des Schlitzes seinen Anfang nimmt und sich weiter in die Scheibe hinein-erstreckt. Danach wird eine Niete in jedes gebohrte Loch eingeschoben, um Gas-Leckströmungen \ zu verhindern; trotzdem kommt es noch zu Leckströmungen durch die Schlitze selbst. Zusätzlich zu diesen unerwünschten Leckströmen tragen die Spannungsbeseitigenden Schlitze und die mit ihnen zusammen verwendeten Nieten beträchtlich zu den Kosten eines Turbinenrotors bei, so daß sie auch unter diesem Gesichtspunkt unerwünscht sind.
Gegenwärtig werden Anstrengungen unternommen, um Verfahren zum Schmieden des Naben- oder Scheiben-Teils des Rotors zu verbessern oder zu schaffen und die Laufschaufeln aus einem vergrößerten Randbereich des Schmiedestücks zu schneiden, oder eine beschaufelte Scheibe zur Gänze zu schmieden, beispielsweise nach dem Gatorizing -Schmiedeverfahren, wie es in der US-PS 4 051 708 der Anmelder dieser Erfindung beschrieben ist. Es ist dabei erwünscht, die Rißbildung im Rand derartiger geschmiedeter Rotorscheiben infolge thermischer Gradienten zu verhindern; es ist jedoch auch erwünscht, die Gasleckströme und die Kosten, die bei den Verfahren des Standes der Technik zur Verhinderung derartiger Risse entstehen, zu vermindern.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, nachdem Risse bei niedriger Lastspielzahl im Rand einer einstückigen beschaufölten Scheibe verhindert werden können.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Entspannung für den Rand eines einstückigen beschaufelten Rotors zu ermöglichen, ohne daß ein Weg für Leckströme durch die Scheibe geschaffen wird.
2r -
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren und einen Turbinenrotor gelöst, wie sie in den Patentansprüchen beschrieben sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit unter einem ihrer Aspekte ein Verfahren zur Herstellung einer einstückigen beschaufelten Rotorscheibe, das die Schritte der Erzeugung einer Vielzahl von mit einem Abstand zueinander über den Umfang verteilten Spannungsverminderungs-Schlitzen im Außenumfang einer Seheiben-Vorform sowie das Schließen dieser Schlitze durch Schmieden umfaßt, wobei beim Schließen der Schlitze deren Oberflächen sich nicht miteinander verbinden, und wobei die geschlossenen Schlitze so angeordnet sind, daß sie zwischen den Laufschaufeln angeordnet sind, die ebenfalls aus der Vorform erzeugt werden.
Die Schlitze, obwohl sie durch Schmieden geschlossen wurden, ermöglichen noch eine Spannungsverminderung im Rand der fertigen Rotorscheibe, indem sie das Auftreten von Umfangsspannungen (Reifenspannungen) eliminieren. Um zu verhindern, daß die Oberflächen der Schlitze beim Schließen durch Schmieden sich miteinander verbinden, können sie mit einem Oxid überzogen werden, oder sie können durch eine geeignete Wärmebehandlung oxidiert werden, wenn sie nicht sowieso eine Oxidschicht aufweisen.
Vorzugsweise wird jeder Schlitz in der Vorform mit einem Radius an seiner Basis (an seinem unteren Ende) ausgebildet, um Spannungsverstärker (stress risers) zu vermeiden. Der Schlitz kann um einen Stab mit kreisförmigem Querschnitt durch Schmieden geschlossen werden, um sicherzustellen, daß die Basis des geschlossenen Schlitzes eine abgerundete Form beibehält, obwohl eine derartige Vorsichtsmaßnahme nicht immer erforderlich sein muß.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden radiale Schlitze in den Außenumfang einer plattenförmigen Schmiede-Vorform geschnitten, die an ihrem Außenumfang ein Material aufweist, aus dem die Laufschaufeln gebildet werden. Die geschlitzte Vorform wird in einem Luftofen wärmebehandelt, um die Oberflächen der Schlitze zu oxidieren. Die Vorform wird in eine Schmiedepresse mit geeigneten Preßformen gegeben, und die Scheibe wird geschmiedet und die Schlitze werden beim Schmieden geschlossen, während die Laufschaufeln gleichzeitig in dem Außenumfang der Scheibe zwischen den geschlossenen Schlitzen ausgebildet werden, ""wobei dieses Schmieden der fertigen Scheibe beispielsweise nach dem Gatorizing-Schmiedeverfahren erfolgt, wie es in den US-PSen 3 519 503 und 4 051 708 der Anmelder der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, wobei der Inhalt der genannten Patentschriften durch ausdrückliche Bezugnahme als Teil der Offenbarung der vorliegenden Erfindung anzusehen ist.
Die vorliegende Erfindung bietet ein kostengünstiges Mittel zur Erzeugung einer Entspannung für den Rand einer einstückigen beschaufelten geschmiedeten Turbinenscheibe, ohne daß irgendein Leckstrom-Weg durch die Scheibe gebildet wird.
Zur Erläuterung der obigen Ausführungen sowie anderer Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird diese nachfolgend unter Bezugnahme auf Figuren anhand bevorzugter Ausführungsformen noch näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Schmiede-Vorform mit Schlitzen, die gemäß der vorliegenden Erfindung in dieser Vormform erzeugt wurden.
Fig. 2 eine Ansicht der Schmiede-Vorform aus Fig. 1 entlang der Linie 2-2.
Fig. 3 eine aus der Vorform gemäß Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugte einstückige beschaufelte Rotorscheibe.
Fig. 4 ein Teil einer einstückigen beschaufelten Rotorscheibe gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Obwohl im Stand der Technik viele Techniken zur Erzeugung von einstückigen beschaufelten Rotorscheiben bekannt sind, ist die vorliegende Erfindung für ihre Anwendung in Verbindung mit einstückigen beschaufelten Rotoren ausgelegt, bei denen wenigstens der Scheibenbereich des Rotors geschmiedet ist.
Die nachfolgend verwendeten Bezeichnungen "Schmiedevorform" oder "Vorform" sollen dabei im Rahmen dieser Beschreibung entweder einen Block oder einen anderen Gegenstand beschreiben, der wenigstens einer weiteren Schmiedestufe unterzogen werden muß, damit das Endprodukt gebildet wird. "Plattenförmige" Vorform soll eine Vorform aus im wesentlichen kreisförmigem oder ringförmigem Querschnitt bedeuten, die einen Außendurchmesser aufweist, der größer ist als ihre Dicke. Die Dicke muß dabei nicht konstant sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, eine plattenförmige Schmiede-Vorform 10 eine Vielzahl von Schlitzen 12 auf, die sich vom Rand oder dem Außenumfang 14 in Richtung des Mittelpunkts der Vorform erstrecken. Die Schlitze sind über den Umfang 14 der Vorform 10 verteilt und erstrecken sich durch die ge-
samte Dicke der Vorform. Sie sind dabei so angeordnet, daß jeder Schlitz zwischen einem Paar von benachbarten Laufschaufeln des fertigen Rotors angeordnet ist.
Die Schlitze können nach einer beliebigen bekannten Technik wie beispielsweise durch Einschneiden unter Verwendung einer Schleifscheibe erzeugt werden. Wenn die Vorform selbst ein Schmiedestück ist, können die Schlitze auch während des Schmiedens der Vorform durch Verwendung von geeigneten Schmiedeformen erzeugt werden. Um Spannungserhöher zu vermeiden, wird das untere Ende 16 (Basis 16) eines jeden Schlitzes 12 vorzugsweise abgerundet mit einem Radius ausgeführt, wie in Fig. 1 gezeigt ist.
Die Schlitze 12 werden in einem anschließenden Schmiedevorgang völlig geschlossen. Da das Erreichen der Ziele der vorliegenden Erfindung vereitelt würde, wenn die Oberflächen 18 der Schlitze 12 sich bei dieser anschließenden Schmiedestufe miteinander verbinden würden oder miteinander verschweißen würden, ist es erforderlich, besondere Maßnahmen zu ergreifen, um sicherzustellen, daß es nicht zu einem derartigen Verbinden oder Verschweißen kommt. Vorzugsweise wird eine Oxidschicht ähnlich den beim Hartlöten verwendeten Abdeckungen (vergl. Metal Handbook, 8th Edition, Volume 6, "Welding and Brazing", Seite 602 bis 603, American Society for Metals, Ohio (1971)) auf die Oberflächen 18 der Schlitze 12 aufgetragen oder auf diesen erzeugt. Das kann durch eine geeignete Wärmebehandlung oder durch einfaches Überziehen der Seiten des Schlitzes mit einem geeigneten Abdeckmittel (z.B. Bornitrid) erreicht werden. Wenn beispielsweise die Vorform aus einer hochwarmfesten Legierung auf Nickelbasis, beispielsweise aus Schmiede-IN 100 oder einer ähnlichen Legierung hergestellt ist, kann das Oxid durch Erhitzen der Vorform in einem Luftofen auf
eine Temperatur oberhalb 5380C (10000F) für wenigstens 30 Min. erzeugt werden. Wenn die Schlitze während des Schmiedens der Vorform in diese eingeschmiedet werden, bildet sich auf den Oberflächen 18 während des Schmiedens von allein eine Oxidschicht, und die Vorform benötigt keine besondere Oxid-Behandlung.
Die geschlitzte Vorform wird danach in eine Schmiedepresse eingegeben, um sie in eine Rotorschaibe 19 umzuformen und um die Schlitze 12 völlig zu schließen, wobei die Schmiedenähte 20 (vergl. Fig. 3) am Ort jedes geschlossenen Schlitzes gebildet werden. Diese "Schmiedenähte" können dabei in der Realität mit bloßem Auge nur sehr schwierig zu erkennen sein. Die Laufschaufeln 22 können gleichzeitig mit dem Schließen der Schlitze gebildet werden oder nicht. Beispielsweise kann ein weiterer Schmiedeschritt angewandt werden, um die Scheibe weiter zu verformen und die Laufschaufeln auszubilden. Oder es ist möglich, nach dem Schließen der Schlitze die Laufschaufeln aus dem Material am Umfang der geschmiedeten Scheibe herauszuschneiden (beispielsweise durch elektrochemische Bearbeitung (ECM) oder Bearbeitung unter Anwendung elektrischer Entladungen).
'Der primäre Grund für die Rißbildung bei niedrigen Lastspielzahlen ist der steile radiale Temperaturgradient quer zur Scheibe, der zu hohen Umfangsspannungen führt. Die Schlitze (Schmiedenähte) heben diese Spannungen auf, da sie den Ring oder Reifen unterbrechen. Der geschlossene Ring wird an den unteren Enden 24 der Schmiedenähte wieder gebildet; die Umfangsspannungen sind jedoch infolge des geringeren Temperaturgradienten von den unteren Enden 24 bis zum Mittelpunkt der Scheibe sehr viel niedriger. Die Länge der in der Vorform 10 ausgebildeten Schlitze 18 wird so gewählt, daß sichergestellt ist, daß in dem fertigen
Rotor die Spannungen so niedrig werden, daß keine Möglichkeit einer Rißbildung bei niedrigen Lastspielzahlen (LCF-Rißbildung) an der Basis 24 der Schmiedenähte 20 besteht. Die Mindestlänge für den Schlitz kann zu Beginn theoretisch bestimmt werden; es ist jedoch davon auszugehen, daß zur Optimierung der Schlitzlänge übliche praktische Versuche erforderlich sind. Die Länge der Schmiedenähte 20 ist
selbstverständlich stets kürzer als die radiale Dicke T
der Scheibe 19.
Wenn die Risse bei niedrigen Lastspielzahlen weiterhin
ein Problem für den Bereich der unteren Enden 24 der
Schmiedenähte 20 infolge der Entstehung von Spannungserhöhern ist, können die Schlitze durch Schmieden um einen Stab von kreisförmigem Querschnitt, der in dem unteren Ende des Schlitzes angeordnet ist, geschlossen werden, um sicherzustellen, daß am unteren Ende des Schlitzes nach dessen Schließung ein geeigneter großer Radius erhalten bleibt. Der Begriff "Stab" soll dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl Drähte als auch Nieten und dgl. mitumfassen. Die Stäbe können aus dem gleichen Material-wie die Vorform hergestellt sein, oder aus einem beliebigen Material, das einen Ausdehnungskoeffizienten hat, der dem des Vorformmaterials ähnlich ist.
Fig. 4 zeigt einen Teil einer einstückigen beschaufelten Scheibe 25 gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Entspannungs-Schlitze um einen Stab 26 (im Querschnitt gezeigt) , der in dem unteren Ende des Schlitzes angeordnet ist, durch Schmieden geschlossen wurden. Wie zu erkennen ist, hat der Stab 26, obwohl er zu einer leicht elliptischen Form zusammengepreßt wurde, im unteren Ende des
geschlossenen Schlitzes einen Radius beibehalten.
Es ist besonders bevorzugt, das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit dem oben erwähnten Gatorizing-Schmiedeverfahren zu verwenden. Als Schmiedevorform können entweder ein zylindrischer Walzblock geeigneter Größe oder ein Walzblock, der zwischen ebenen Platten oder zwischen Formen (zu seiner Vorformung) gestaucht wurde, verwendet werden. Wie detailliert in der oben erwähnten US-PS 3 519 50 3 erläutert wird, muß die Vorform oder der Walzblock, aus dem die Vorform hergestellt wurde, unter Druck, beispielsweise durch Extrudieren oder auf andere Weise, bearbeitet worden sein, und zwar unter Bedingungen, die dazu führen, daß er superplastische Eigenschaften bei der Verformungsgeschwindigkeit und der Temperatur des isothermen Schmiedevorgangs aufweist, der sich anschließt, ohne daß die Legierung während des Schmiedens einem nennenswerten Kornwachstum ausgesetzt ist. Nach dem Schmieden kann die Legierung durch eine übliche Wärmebehandlung wieder in ihren Normalzustand mit hoher Festigkeit und Härte überführt werden. Das Gatorizing-Verfahren ist für beliebige hochfeste, fällungsgehärtete Legierungen wie beispielsweise Legierungen aus Titan, Nickel, Kobalt und Eisen geeignet, ohne daß allerdings eine Beschränkung auf die genannten Materialien gegeben ist.
Zur Anwendung des Gatorizing-Verfahrens in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung werden eine geeignete Zahl von über den Umfang verteilten Schlitzen der geeigneten radialen Länge durch die Dicke einer geeignet gestalteten Vorform geschnitten (beispielsweise mit einem Carbid-Schleifrad), die gemäß den Anforderungen des Gatorizing-Verfahrens vorbearbeitet wurde. Die Schlitze werden so angeordnet, daß sie letztlich in der Mitte zwischen den Schaufeln des fertigen Rotors angeordnet sind. Wenn beispielsweise die Vorform aus IN 100, einer hochwarmfesten Legierung auf Nickel-
basis, hergestellt ist, werden die Innenoberflächen der Schlitze anschließend mit Bornitrid überzogen. Die überzogene Vorform wird in eine Gatorizing-Schmiedepresse gegeben, die beispielsweise von dem in der US-PS 4 074 559 beschriebenen Typ sein kann, wobei der Inhalt dieser Patentschrift durch ausdrückliche Bezugnahme als Teil der vorliegenden Offenbarung anzusehen ist. Einzelheiten der Schmiede-Vorrichtung können aus dieser Patentschrift entnommen werden.
Das superplastische Material in der Nähe des Umfangs der Vorform wird in eine Vielzahl von auf dem Umfang angeordneten schaufelformenden Preßformen gedrückt, und gleichzeitig werden die Schlitze zugeschmiedet, während die Scheibe im wesentlichen auf ihre Endgestalt verformt wird. Anschließend wird die einstückige beschaufelte Scheibe aus der Preßform entnommen, und die Legierung, aus der sie herstellt ist, wird wieder in ihren Normalzustand hoher Festigkeit und Härte überführt, indem eine übliche Wärmebehandlung angeschlossen wird.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels noch weiter erläutert.
Beispiele
Bei einem Versuch wurde eine plattenförmige Vorform verwendet, die einen Außendurchmesser von etwa 120,9 mm (4,76 inches) und eine Dicke von etwa 11,68 mm (0,46 inch) aufwies. Obwohl das für die vorliegende Erfindung keine Bedeutung aufweist, sei der Vollständigkeit halber erwähnt, daß die Vorform kein Zentralloch aufwies, sondern stattdessen einen einstückigen Schaft, der etwa 31,75 mm (1,25 inches) lang war und einen Durchmesser von 22,22 mm (0,875
inch) aufwies und sich aus einer Seite der Vorform nach außen erstreckte. Diese Vorform wurde durch Schmieden aus einem zylindrischen Walzblock einer fällungshärtbaren Schmiede-Legierung auf Nickelbasis (AF2-1DA) nach dem Gatorizing-Schmiedeverfahren bei einer Temperatur von 1121-1135°C (2050 bis 20750F) und einer Verformungsgeschwindigkeit beginnend mit 0,5 cm/cm/min. und endend mit 0,1 cm/cm/min. hergestellt. Danach wurden 10 über den Umfang verteilte Schlitze durch die Dicke der Vorform geschnitten, wobei jeder Schlitz eine Länge von 13,20 mm (0,5 2 inch) und eine Weite von 17,78 mm (0,70 inch) aufwies, wobei an der Basis jedes Schlitzes ein Radius ausgebildet war. Die geschlitzte Vorform wurde in Luft bei 982°C (18000F) 1 Std. erhitzt, so daß sich auf allen freiliegenden Oberflächen ein Oxidüberzug bildete. In das untere Ende jedes Schlitzes wurden Stäbe aus einem Material ähnlich dem der Vorform (jedoch mit einer niedrigeren Temperaturtauglichkeit) und mit einem Durchmesser, der etwa der Weite der Schlitze entsprach, eingelegt. Die geschlitzte Vorform wurde dann wiederum nach dem Gatorizing-Verfahren in ihre Endform umgeschmiedet, wobei diese Endform 30 Laufschaufeln einer Länge von etwa 10,16 mm (0,4 inch) umfaßte. Die Temperatur des Gatorizing-Verfahrens war die gleiche wie vorher, während die Verformungsgeschwindigkeit während dieses Schmiedeschritts auf 0,1 cm/cm/min. gehalten wurde. Die Schlitze wurden während dieses Schaufelf ormungs-Schrittes völlig geschlossen; und die erhaltenen Rotordurchmesser und Dicken (ohne Laufschaufeln) blieben etwa die gleichen wie die der geschlitzten Vorform. Das fertige Teil sah ähnlich dem in Fig. 4 gezeigten beschaufelten Rotor aus. Das Teil war für einen Betrieb bei einer Randtemperatur von 871°C (16000F) und einer Zentrumstemperatur von 3160C (60 00F) bestimmt (d.h. der Temperaturunterschied <\T zwischen dem Rand und dem Zentrum
Vi -
betrug 555°C (100O0F)). Bei einem Wechselbeanspruchungsversuch für dieses Teil, der grob die Betriebsspannungen simulieren sollte, wurde der Rand erhitzt, während das Zentrum relativ kühl gehalten wurde. Während dieses Wechselbeanspruchungsversuchs wurde in der Scheibe keine Rißbildung beobachtet.
Obwohl die Erfindung in der vorliegenden Beschreibung im Hinblick auf eine bevorzugte Ausführungsform erläutert wurde, ist es jedem Fachmann klar ι daß eine Reihe von Veränderungen und Vereinfachungen beschriebener Einzelheiten möglich sind, ohne daß der Bereich der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die Ansprüche beschrieben ist, verlassen wird.

Claims (12)

34'iybd Patentansprüche
1.ΐ Verfahren zur Herstellung einer cinstückigen beschaufelten Rotorscheibe aus einer plattenförmigen Vorform mit einem Rand,
gekennzeichnet durch die Stufen:
- Erzeugung einer Vielzahl von mit einem Abstand zueinander auf dem Umfang der Vorform angeordneten Schlitzen, wobei diese Schlitze ein unteres Ende aufweisen und sich vom Rand der Vorform bis zu diesem unteren Ende sowie in axialer Richtung über die gesamte Dicke der Vorform erstrecken, und
- Formung der Rotorschaufeln aus der Vorform und Schmieden der Scheibe aus der Vorform, wobei die Schlitze durch das Schmieden geschlossen werden, ohne daß sich die Oberflächen der Schlitze miteinander verbinden, wobei diese geschlossenen Schlitze zwischen benachbarten Schaufeln auf dem Umfang angeordnet sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Stufe des Schmiedens unter Schließung der Schlitze die Oberflächen dieser Schlitze oxidiert werden, um zu verhindern, daß sie sich miteinander verbinden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Formung der Rotorschaufeln und des Schmiedens der Scheibe das Schmieden dieser Schaufeln gleichzeitig oder nach der Stufe des Schließens der Schlitze umfaßt.
ο
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform aus einer hochwarmfesten ,Legierung hergestellt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Oxidation der Oberflächen der Schlitze das Überziehen der Schlitzoberflächen mit einem Oxid umfaßt.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze als Schlitze mit einem Radius an ihrem unteren Ende ausgebildet werden, und daß vor der Stufe des Schließens dieser Schlitze durch Schmieden ein Metallstab längs des unteren Endes eines Schlitzes angeordnet wird, und daß der Schlitz beim Schmieden um diesen Stab herum geschlossen wird, so daß am unteren Ende des geschlossenen Schlitzes ein Radius erhalten bleibt.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schließen der Schlitze die Rotorschaufeln aus der geschmiedeten Vorform geschnitten werden.
8. Turbinenrotor, dadurch gekennzeichnet, daß er eine geschmiedete Scheibe umfaßt, die einen Außenumfang und eine Vielzahl mit einem Abstand zueinander angeordnete Laufschaufeln aufweist, die sich in radialer Richtung von diesem Außenumfang nach außen erstrecken und mit diesem Außenumfang einstückig ausgeführt sind, wobei diese Scheibe eine Vielzahl von mit einem Abstand zueinander "auf dem Umfang angeordneten geschlossenen Schmiedenähten aufweist, die sich jeweils längs einer Radiallinie von dem Außenumfang der Scheibe einen Weg, der kürzer ist als die Dicke der Scheibe in radialer Richtung, nach innen erstrecken, und die sich in axialer Richtung über die gesamte Dicke
der Scheibe erstrecken, wobei jede dieser Nähte zwischen einem Paar benachbarter Laufschaufeln angeordnet ist und wobei die Oberflächen der Nähte sich berühren, jedoch nicht aneinander gebunden sind.
9. Turbinenrotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schmiedenaht ein radiales inneres Ende aufweist und einen Metallstab umfaßt, der sich in Axialrichtung über die Dicke der Scheibe erstreckt und der von der Schmiedenaht an deren radialem inneren Ende dieser Schmiedenaht umschlossen wird.
10. Turbinenrotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufeln geschmiedet und einstückig mit der Scheibe ausgeführt sind.
11. Turbinenrotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus einer hochwarmfesten Legierung hergestellt ist.
12. Einstückiger beschaufelter Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß er nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 hergestellt wurde.
DE19833341953 1982-11-22 1983-11-21 Verfahren zur herstellung einer einstueckigen beschaufelten rotorscheibe und turbinenrotor mit einer derartigen rotorscheibe Ceased DE3341953A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/443,516 US4536932A (en) 1982-11-22 1982-11-22 Method for eliminating low cycle fatigue cracking in integrally bladed disks

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3341953A1 true DE3341953A1 (de) 1984-05-24

Family

ID=23761097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19833341953 Ceased DE3341953A1 (de) 1982-11-22 1983-11-21 Verfahren zur herstellung einer einstueckigen beschaufelten rotorscheibe und turbinenrotor mit einer derartigen rotorscheibe

Country Status (9)

Country Link
US (1) US4536932A (de)
JP (1) JPS59105902A (de)
CA (1) CA1209924A (de)
DE (1) DE3341953A1 (de)
FR (1) FR2536316B1 (de)
GB (1) GB2130927B (de)
IT (1) IT1194470B (de)
NO (1) NO159816C (de)
SE (1) SE448953B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020249148A1 (de) * 2019-06-14 2020-12-17 MTU Aero Engines AG Rotoren für hochdruckverdichter und niederdruckturbine eines getriebefantriebwerks sowie verfahren zu ihrer herstellung

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4841614A (en) * 1988-02-12 1989-06-27 United Technologies Corporation Method for fabricating integrally bladed rotors
US4986737A (en) * 1988-12-29 1991-01-22 General Electric Company Damped gas turbine engine airfoil row
US5197857A (en) * 1991-06-06 1993-03-30 General Electric Company Multiple rotor disk assembly
US5213475A (en) * 1991-12-05 1993-05-25 General Electric Company Burst resistant rotor disk assembly
GB9325135D0 (en) * 1993-12-08 1994-02-09 Rolls Royce Plc Manufacture of wear resistant components
US6210108B1 (en) * 1999-08-16 2001-04-03 General Electric Company Method for making an article portion subject to tensile stress and stress relieved article
US6532657B1 (en) 2001-09-21 2003-03-18 General Electric Co., Pre-service oxidation of gas turbine disks and seals
US7033018B2 (en) 2002-03-22 2006-04-25 Chic Optic Inc. Eyeglass device
US6823677B2 (en) 2002-09-03 2004-11-30 Pratt & Whitney Canada Corp. Stress relief feature for aerated gas turbine fuel injector
US7097422B2 (en) * 2004-02-03 2006-08-29 Honeywell International, Inc. Hoop stress relief mechanism for gas turbine engines
US7887299B2 (en) * 2007-06-07 2011-02-15 Honeywell International Inc. Rotary body for turbo machinery with mistuned blades
US8137075B2 (en) * 2007-08-31 2012-03-20 Honeywell International Inc. Compressor impellers, compressor sections including the compressor impellers, and methods of manufacturing
US9133720B2 (en) * 2007-12-28 2015-09-15 United Technologies Corporation Integrally bladed rotor with slotted outer rim
DE102008010252A1 (de) * 2008-02-20 2009-08-27 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Verfahren und Werkzeug zur Annulusbearbeitung eines Gasturbinenrotors mit integral angeformten Schaufeln
US8209845B2 (en) 2008-11-25 2012-07-03 United Technologies Corporation Machined component manufacturing method for enhanced low cycle fatigue life
US8157514B2 (en) * 2009-03-19 2012-04-17 Honeywell International Inc. Components for gas turbine engines
US8925201B2 (en) 2009-06-29 2015-01-06 Pratt & Whitney Canada Corp. Method and apparatus for providing rotor discs
US8555649B2 (en) * 2009-09-02 2013-10-15 Pratt & Whitney Canada Corp. Fuel nozzle swirler assembly
US8403645B2 (en) * 2009-09-16 2013-03-26 United Technologies Corporation Turbofan flow path trenches
EP2984290B1 (de) 2013-04-12 2021-08-04 Raytheon Technologies Corporation Integral mit laufschaufeln versehener rotor
US10792771B2 (en) 2017-09-12 2020-10-06 Raytheon Technologies Corporation Method of making integrally bladed rotor
US10605101B2 (en) 2017-09-12 2020-03-31 United Technologies Corporation Process of making integrally bladed rotor
US10920617B2 (en) 2018-08-17 2021-02-16 Raytheon Technologies Corporation Gas turbine engine seal ring assembly
US11111804B2 (en) 2019-03-11 2021-09-07 Raytheon Technologies Corporation Inserts for slotted integrally bladed rotor
US11149651B2 (en) 2019-08-07 2021-10-19 Raytheon Technologies Corporation Seal ring assembly for a gas turbine engine
CN114034587A (zh) * 2021-11-10 2022-02-11 中国航发湖南动力机械研究所 一种涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘
US12385407B1 (en) * 2024-05-17 2025-08-12 Rtx Corporation Additively manufactured turbine vane cluster

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2423036A1 (de) * 1973-05-14 1974-12-05 British Leyland Uk Ltd In einem stueck gegossene turbinenscheibe

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3118330A (en) * 1964-01-21 Rolling method
US2357269A (en) * 1942-04-22 1944-08-29 David A Russell Art of treating ferrous metal articles
US2623727A (en) * 1945-04-27 1952-12-30 Power Jets Res & Dev Ltd Rotor structure for turbines and compressors
CH271431A (de) * 1946-08-30 1950-10-31 Power Jets Res & Dev Ltd Verfahren zur Herstellung von Turbinenrotoren und nach diesem Verfahren hergestellter Rotor.
US2633776A (en) * 1948-08-14 1953-04-07 Kellogg M W Co Method of manufacturing turbine blades integral with turbine rotor
US2756493A (en) * 1953-08-07 1956-07-31 Rolls Royce Forging with fusible coating
US2869227A (en) * 1955-07-01 1959-01-20 Armour Res Found Process of coating and hot working of metals
US3130481A (en) * 1959-03-14 1964-04-28 Ahlen Karl Gustav Method of manufacturing a blade wheel
US3122823A (en) * 1959-04-22 1964-03-03 Thompson Ramo Wooldridge Inc Turbine wheel and method of making same
US3519503A (en) * 1967-12-22 1970-07-07 United Aircraft Corp Fabrication method for the high temperature alloys
US3650005A (en) * 1970-03-19 1972-03-21 Showa Aluminium Co Ltd Method for producing tube in sheets
US3885294A (en) * 1974-04-03 1975-05-27 Ford Motor Co Method of making a bonded silicon nitride article having portions of different density
DE2442739A1 (de) * 1974-09-06 1976-03-18 Motoren Turbinen Union Turborotor insbesondere fuer gasturbinen
US4051708A (en) * 1975-11-25 1977-10-04 United Technologies Corporation Forging method
US4062638A (en) * 1976-09-16 1977-12-13 General Motors Corporation Turbine wheel with shear configured stress discontinuity
US4279575A (en) * 1977-11-19 1981-07-21 Rolls-Royce Limited Turbine rotor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2423036A1 (de) * 1973-05-14 1974-12-05 British Leyland Uk Ltd In einem stueck gegossene turbinenscheibe

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020249148A1 (de) * 2019-06-14 2020-12-17 MTU Aero Engines AG Rotoren für hochdruckverdichter und niederdruckturbine eines getriebefantriebwerks sowie verfahren zu ihrer herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
NO834230L (no) 1984-05-23
CA1209924A (en) 1986-08-19
FR2536316B1 (fr) 1991-08-23
GB2130927B (en) 1985-11-13
IT8323814A0 (it) 1983-11-22
IT8323814A1 (it) 1985-05-22
GB2130927A (en) 1984-06-13
JPH0331881B2 (de) 1991-05-09
US4536932A (en) 1985-08-27
SE8306146L (sv) 1984-05-23
IT1194470B (it) 1988-09-22
GB8329402D0 (en) 1983-12-07
JPS59105902A (ja) 1984-06-19
SE8306146D0 (sv) 1983-11-09
NO159816B (no) 1988-10-31
NO159816C (no) 1989-02-08
SE448953B (sv) 1987-03-30
FR2536316A1 (fr) 1984-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3341953A1 (de) Verfahren zur herstellung einer einstueckigen beschaufelten rotorscheibe und turbinenrotor mit einer derartigen rotorscheibe
DE68907881T2 (de) Herstellungs- oder Reparaturverfahren für einen integrierten Schaufelrotoraufbau.
DE3537882C2 (de)
EP0145897B1 (de) Fügeverfahren
DE102010033879A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor sowie Kolben für einen Verbrennungsmotor
DE3152783C2 (de) Walze für Hochtemperaturanwendungen
DE10112062A1 (de) Verfahren zum Zusammenschweißen zweier thermisch unterschiedlich belasteter Teile sowie nach einem solchen Verfahren hergestellte Turbomaschine
DE102007050142A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Blisk oder eines Blings, damit hergestelltes Bauteil und Turbinenschaufel
DE3813272A1 (de) Verbindungsstruktur fuer einen rotor mit welle
EP3088084B1 (de) Hartkörper als rasterpanzerung für eine rollenpresse, verfahren zu dessen herstellung, und rolle für eine rollenpresse
EP3238868A1 (de) Verfahren zum herstellen einer schaufel für eine strömungsmaschine
DE102009052305A1 (de) Blisk, Gasturbine und Verfahren zur Herstellung einer derartigen Blisk
EP2193872A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines geschweißten Rotors für ein Gasturbinentriebwerk mit Wärmbehandlung der Schweissnaht und ihrer angrenzenden Wärmeeinflusszone mit unterschiedlichen Temperaturen
DE2522277A1 (de) Zusammengesetzter turbinenrotor und herstellungsverfahren fuer einen solchen rotor
EP3581668A1 (de) Verfahren zur herstellung eines bauteils aus gamma - tial und entsprechend hergestelltes bauteil
EP0115092A2 (de) Bauteil mit hoher Korrosions- und Oxydationsbeständigkeit, bestehend aus einer dispersionsgehärteten Superlegierung und Verfahren zu dessen Herstellung
EP2755792A1 (de) Drahtelektrode zum funkenerosiven schneiden von gegenständen
DE2822153C2 (de) Verfahren zum Herstellen von Formstücken
DE3212768A1 (de) Schweissverfahren
DE102015221324A1 (de) Turbinenrotor für eine Niederdruckturbine eines Gasturbinensystems
DE3510940C2 (de) Turbinenrotor mit einer mit einem Keramik-Turbinenrotor thermisch verbundenen Metallwelle
DE68906560T2 (de) Verfahren zum herstellen von integral mit schaufeln versehenen laeufern.
DE102007027337B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kühlkanalkolbens für eine Brennkraftmaschine
DE102012201871A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Abgasturbolader-Turbinengehäuses mit Trennwand
DE10311149A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines geschmiedeten Kolbens für einen Verbrennungsmotor

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8131 Rejection