CH673658A5

CH673658A5 -

Info

Publication number: CH673658A5
Application number: CH420/88A
Authority: CH
Inventors: Robert Baumann; Peter Jongenburger
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1988-02-05
Filing date: 1988-02-05
Publication date: 1990-03-30
Also published as: DE3841517A1

Description

BESCHREIBUNG

Technisches Gebiet

Oxyddispersionsgehärtete Superlegierungen auf der Basis von Nickel, welche dank ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen beim Bau thermischer Maschinen Verwendung finden. Bevorzugte Verwendung als Schaufelwerkstoff für Gasturbinen.

Die Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von oxyddispersionsgehärteten Nickelbasis-Superlegierungen mit insgesamt optimalen Eigenschaften bezüglich Hochtemperaturfestigkeit, Langzeitstabilität und Duktilität. Dabei steht das Kriechverhalten und die Ermüdungsfestigkeit bei hohen Temperaturen des Werkstoffs im Vordergrund.

Insbesondere trifft sie ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem Einkristall mit bevorzugter Längsrichtung bestehenden Werkstücks aus einer oxyddisperionsgehärteten Nik-kelbasis-Superlegierung ausgehend von pulvermetallurgisch 5 hergestelltem, warmgekneteten feinkörnigen Vormaterial, wobei das letztere zunächst einem Strangpress- und anschliessend einem Zonenglühprozess unterworfen wird.

Stand der Technik xo Oxyddispersionsgehärtete Superlegierungen werden pulvermetallurgisch hergestellt, in der Regel durch Strangpressen oder heissisostatisches Pressen eines Pulvergemenges verdichtet und auf Grobkorn geglüht, gegebenenfalls zusätzlich thermisch gealtert. Sie gelangen dann als Halb-ls zeug in Form von Stangen oder Platten mit ausgesprochenen in Längsrichtung orientierten groben Stengelkristallen in den Handel. Die in Strangpressrichtung liegenden, längsgerichteten, durch Zonenglühen hergestellten Stengelkristalle haben in dieser Richtung die besten Eigenschaften bezüglich 20 Kriechfestigkeit. In der Querrichtung hingegen hat das Halbzeug und das daraus hergestellte Werkstück der zahlreich auftretenden Korngrenzen wegen vergleichsweise schlechte Eigenschaften: Kriech- und Ermüdungsfestigkeit, Korrosionswiderstand, Bruchzähigkeit, Duktilität sind niedrig. Es 25 wird daher versucht, Halbzeug herzustellen, das auch in der Querrichtung möglichst wenig Korngrenzen aufweist, also «dickere» Körner besitzt. Dies führt zwangsweise zur Forderung nach dem Einkristall, bei dem jegliche, die Hochtemperatureigenschaften beeinträchtigenden Korngrenzen fehlen. 30 Alle bisherigen Versuche, dieses Ziel mit konventionellen Methoden zu erreichen, schlugen indessen fehl.

Zum Stand der Technik wird folgende Literatur zitiert:

- G.H. Gessinger, Powder Metallurgy of Superalloys, Butterworths, London,1984

35 - R.F. Singer and E. Arzt, Conf. Proc. «High Temperature Materials for Gas Turbines», Liège, Belgium, Oktober 1986

- J.S. Benjamin, Metall. Trans. 1970,1,2943-2951

- M.Y. Nazmy and R.F. Singer, Effect of inclusions on tensile ductility of a nickel-base oxide dispersion strengthened

4o superalloy, Scripta Metallurgica, Vol. 19, pp. 829-832,1985, Pergamon Press Ldt.

- T.K. Glasgow, «Longitudinal Shear Behaviour of Several Oxide Dispersion Strengthened Alloys», NASA TM-78973 (1978).

45 - R.L. Cairns, L.R. Curwick, and J.S. Benjamin, Grain Growth in Dispersion Strenghtened Superalloys by Moving Zone Heat Treatments, Metallurgical Transactions A, Vol. 6 A, January 1975, p 179-188.

Darstellung der Erfindung so Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem Einkristall mit bevorzugter Längsrichtung bestehenden Werkstücks aus einer oxyddispersionsgehärteten Nickelbasis-Superlegierung anzugeben. Es wird von pulvermetallurgisch hergestelltem, warmgekne-55 teten feinkörnigen Vormaterial ausgegangen, wobei das Pulver zunächst durch Strangpressen verdichtet wurde. Das Verfahren soll es ermöglichen, auch Einkristalle grosser Abmessungen, wie sie für die Herstellung von Gasturbinenschaufeln für industrielle Anlagen benötigt werden, zu ver-60 wirklichen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im eingangs erwähnten Verfahren das Werkstück derart aus dem stranggepressten Vormaterial herausgearbeitet wird, dass seine bevorzugte Längsachse mit der Strangpressrichtung einen 65 beliebigen Winkel a einschliesst und dass das auf diese Weise hergestellte Werkstück wenigstens teilweise derart durch eine Zonenglüh-Heizeinrichtung hindurchgeführt wird, dass .die Strangpressrichtung im Werkstück mit der auf dem Tem

peratur/Weg-Gradienten senkrecht stehenden Rekristallisationsfront, welche gleichzeitig die Temperaturfront ist, einen Winkel ß von 0 bis 600 einschliesst, und dass der Temperatur/Weg-Gradient im Werkstück in der Aufheizzone mindestens 5 °C/mm beträgt.

Weg zur Ausführung der Erfindung Die Erfindung wird anhand der durch Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben:

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt aus strengge-presstem Vormaterial mit Längsachse des Werkstücks senkrecht oder schief zur Strangpressrichtung,

Fig. 2 schematisch die Stellung eines Werkstücks gemäss Fig. 1 beim Zonenglühprozess für senkrechtes Hindurchführen durch die Induktionsspule,

Fig. 3 schematisch die Stellung eines Werkstücks gemäss Fig. 2 beim Zonenglühprozess für schiefes Hindurchführen durch die Induktionsspule,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der Lage des Werkstücks im stranggepressten Vormaterial,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des senkrechten Hindurchführens des Werkstücks durch die Induktionsspule beim Zonenglühen,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung des schiefen Hindurchführens des Werkstücks'durch die Induktionsspule beim Zonenglühen,

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt aus strengge-presstem Vormaterial mit Längsachse des Werkstücks parallel zur Strangpressrichtung,

Fig. 8 schematisch die Stellung eines Werkstücks gemäss Fig. 7 beim Zonenglühprozess für schiefes und für transversales Hindurchführen durch die Induktionsspule,

Fig. 9 eine Darstellung im Längsschnitt mit Perspektive für senkrechtes Hindurchführen des Werkstücks durch die Zonenglüh-Einrichtung,

Fig. 10 eine Darstellung im Längsschnitt mit Perspektive für schiefes Hindurchführen des Werkstücks durch die Zonenglüh-Einrichtung,

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung des transversalen Hindurchführens einer Schmalseite eines Werkstücks gemäss Fig. 7 durch die Induktionsspule einer ersten Zonenglüh-Heizeinrichtung,

Fig. 12 einen Schnitt durch ein Werkstück gemäss Fig. 7 nach dem transversalen Hindurchführen einer Schmalseite durch die Induktionsspule einer ersten Zonenglüh-Heizeinrichtung,

Fig. 13 einen Schnitt durch ein Werkstück gemäss Fig. 7 beim senkrechten longitudinalen Hindurchführen durch die Induktionsspule einer zweiten Zonenglüh-Heizeinrichtung zu Beginn des Prozesses,

Fig. 14 einen Schnitt durch ein Werkstück gemäss Fig. 7 beim senkrechten longitudinalen Hindurchführen durch die Induktionsspule einer zweiten Zonenglüh-Heizeinrichtung gegen das Ende des Prozesses hin.

Fig. 1 stellt die Draufsicht (Grundriss) auf einen Ausschnitt aus strenggepresstem Vormaterial mit Längsachse des Werkstücks senkrecht oder schief zur Strangpressrichtung dar. 1 ist stranggepresstes, feinkörniges Vormaterial (Halbzeug) in Form eines prismatischen Körpers, einer Stange oder Platte rechteckigen Querschnitts. 2 ist die mit Pfeil s angedeutete Strangpressrichtung, die mit der Längsachse des Vormaterials 1 zusammenfällt. Aus dem Vormaterial 1 werden Werkstücke herausgearbeitet, deren Lage dargestellt ist. 6 ist die Längsachse des herauszuschneidenden Werkstücks. 3 ist ein Werkstück, dessen Längsachse 6 senkrecht

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zur Strangpressrichtung 2 steht (Winkel a = 90 °). 4 ist ein Werkstück, dessen Längsachse 6 schief zur Strangpressrichtung 2 steht (45 ° < a < 90 °).

Fig. 2 zeigt schematisch die Stellung des Werkstücks beim s Zonenglühprozss für den Fall des senkrechten Hindurchführens des Werkstücks durch die Induktionsspule der Heizeinrichtung. 8 ist die Induktionsspule der Zonenglüh-Heizeinrichtung, deren Ebene im vorliegenden Fall von der Längsachse 6 des Werkstücks senkrecht durchsetzt wird (Winkel <p io = 90 °). Die Ebene der Induktionsspule 8 fällt mit der Richtung 7 der Rekristallisationsfront r (= Temperaturfront) zusammen. Die linke Seite der Figur bezieht sich auf ein Werkstück 3 mit einem Winkel a zur Strangpressrichtung von 90 °. Der für die Einkristallbildung massgebende Winkel 15 ß (nicht eingezeichnet) zwischen Strangpressrichtung s und Rekristallisationsfront r beträgt hier 0 °, da die Richtungen zusammenfallen. Die rechte Seite der Figur stellt ein Werkstück 4 mit einem von 90 ° abweichenden Winkel a dar (im vorliegenden Fall z. B. 60 °). Der Winkel ß beträgt hier 30 °. 20 Der Pfeil v stellt die Vorschubrichtung 9 des Werkstücks 3 bzw. 4 beim Zonenglühen dar.

In Fig. 3 ist schematisch die Stellung des Werkstücks beim Zonenglühen für den Fall des schiefen Hindurchführens des Werkstücks durch die Induktionsspule der Heizeinrichtung 25 dargestellt. 8 ist die Induktionsspule, deren Ebene von der Längsachse 6 des Werkstücks schief durchsetzt wird (45 x <p < 90 °). 7 ist die Richtung der Rekristallisationsfront r. Der Winkel ß ist deutlich zu erkennen. Im übrigen entsprechen die Darstellungen und die Bezugszeichen denje-30 nigen der Fig. 2.

In Fig. 4 ist die Lage des herauszuarbeitenden Werkstücks im stranggepressten Vormaterial perspektivisch dargestellt. 1 ist das stranggepresste, feinkörnige Vormaterial (Halbzeug) in Form einer Stange rechteckigen Querschnitts. 2 ist die in 35 Längsachse liegende Strangpressrichtung (Pfeil s). 3 ist ein prismatisches, für die Herstellung eines Schaufelblattes einer Gasturbinenschaufel vorgesehenes Werkstück, dessen Längsachse 6 senkrecht auf der Strangpressrichtung 2 steht (Winkel a = 90 °). Die Form des fertigen Werkstücks ist 40 durch das Tragflügelprofil auf den Stirnseiten angedeutet.

Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung des senkrechten Hindurchführens des Werkstücks durch die Induktionsspule beim Zonenglühen. 3 ist das Werkstück, dessen Längsachse 6 senkrecht auf der Strangpressrichtung 2 des Vormaterials 45 steht (Winkel a = 90 °). 8 ist die Induktionsspule der Zonenglüh-Heizeinrichtung. Die Vorschubrichtung 9 (Pfeil v) des Werkstücks 3 steht senkrecht auf der Ebene der Induktionsspule 8 (Richtung 7 der Rekristallisationsfront r) und fällt mit der Längsachse 6 des ersteren zusammen (Winkel cp so = 90 °). Der nicht eingezeichnete Winkel ß beträgt 0 °.

Fig. 6 ist eine perspektivische Darstellung des schiefen Hindurchführens des Werkstücks durch die Induktionsspule beim Zonenglühen. 3 ist das Werkstück, dessen Längsachse 6 senkrecht auf der Strangpressrichtung 2 (Pfeil s) des Halb-55 zeugs steht (Winkel a = 90 °). 8 ist die Induktionsspule der Zonenglüh-Heizeinrichtung. 6 ist die Längsachse des Werkstücks 3, welche schief auf der Ebene der Induktionsspule 8 (Richtung 7 der Rekristallisationsfront r) steht und mit der Vorschubrichtung 9 (Pfeil v) des Werkstücks 3 zusammen-60 fällt (45 < (p < 90 ° ; im vorliegenden Fall Winkel cp ca. 60 °). Der Winkel ß zwischen 2 und 7 (Pfeile s und r) beträgt ca.

30°.

Fig. 7 stellt die Draufsicht (Grundriss) auf einen Ausschnitt aus stranggepresstem Vormaterial mit Längsachse des 65 Werkstücks parallel zur Strangpressrichtung dar. 1 ist stranggepresstes, feinkörniges Vormaterial (Halbzeug) in Form eines prismatischen Körpers, einer Stange oder Platte rechteckigen Querschnitts. 2 ist die mit Pfeil s angedeutete Strang-

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pressrichtung, die mit der Längsachse des Vormaterials 1 sprechen denjenigen der Fig. 9. Das Abdeckblech 10 der zusammenfällt. Aus dem Vormaterial 1 wird ein Werkstück 5 Fig. 9 ist weggelassen worden.

herausgearbeitet, dessen Lage dargestellt ist. 6 ist die Läng- Fig. 11 bezieht sich auf eine perspektivische Darstellung sachse des herauszuschneidenden Werkstücks 5, welche mit des transversalen Hindurchführens einer Schmalseite eines der Strangpressrichtung 2 zusammenfällt (nicht gezeichneter 5 Werkstücks gemäss Fig. 7 durch die Induktionsspule einer

Winkel a = 0 °). ersten Zonenglüh-Heizeinrichtung. 5 ist ein prismatisches

Fig. 8 zeigt schematisch die Stellung eines Werkstücks Werkstück, dessen Längsachse 6 mit der Strangpressrichtung gemäss Fig. 7 beim Zonenglühprozess für schiefes und für 2 (Pfeil s) zusammenfällt. 8 deutet die Induktionsspule einer transversales Hindurchführen durch die Induktionsspule der Zonenglüh-Heizeinrichtung in Form einer Schleife an, deren

Heizeinrichtung. 8 ist die Induktionsspule der Zonenglüh- io genaue Gestalt und Abmessung dem jeweiligen Werkstück 5

Heizeinrichtung deren Ebene mit der Richtung 7 der Rekri- angepasst ist. 9 ist die Vorschubrichtung (Pfeil v), welche auf stallisationsfront r (= Temperaturfront) zusammenfällt. Die der Längsachse 6 des Werkstücks 5 senkrecht steht. Die Rich-

linke Seite der Figur bezieht sich auf ein schiefes Hindurch- tung 7 der Rekristallisationsfront r (= Temperaturfront) an führen durch die Induktionsspule 8, wobei die Vorschubrich- der linken Schmalseite des Werkstücks 5 liegt im wesent-tung 9 (Pfeil v) in der Strangpressrichtung 2 (Pfeil s) liegt. Die is liehen in der Strangpressrichtung 2. Der entsprechende Tem-

Längsachse 6 des Werkstücks 5 bildet mit der Richtung 7 der peratur/Weg-Gradient 12 (Pfeil G) steht senkrecht zu den

Rekristallisationsfront (Pfeil r) den Winkel <p (im vorlie- vorgennanten Richtungen. Die ungefähr dynamische genden Fall 135 °). Der für die Einkristallbildung massge- Grenze 16 zwischen feinkörnigem Vormaterial und bereits bende Winkel ß zwischen den Pfeilen s und v beträgt somit erzeugtem Einkristall ist durch eine gestrichelte Linie ange-

45 °. Die rechte Seite der Figur stellt ein transversales Hin- 20 deutet.

durchführen durch die Induktionsspule 8 dar. Das Werk- In Fig. 12 ist ein Schnitt durch ein Werkstück gemäss Fig. 7 stück 5 wird quergestellt, so dass seine Längsrichtung 6, die nach dem transversalen Hindurchführen einer Schmalseite mit der Strangpressrichtung 2 zusammenfällt, parallel zur durch die Induktionsspule einer ersten Zonenglüh-Heizein-Ebene der Induktionsspule 8, d. h. zur Richtung 7 der Rekri- richtung dargestellt. Die linke Schmalseite des Werkstücks 5 stallisationsfront (Pfeil r) zu liegen kommt. Die Vorschub- 25 ist nach dem Durchgang durch die schleifenförmige Induk-richtung 9 (Pfeil v) steht senkrecht auf der Längsachse 6. Der tionsspule 8 der Zonenglüh-Heizeinrichtung zu einem EinWinkel (p (nicht eingezeichnet) beträgt 0 °. Auch der massge- kristall 15 rekristallisiert, während der übrige Teil noch aus bende, nicht gezeichnete Winkel ß (zwischen den Pfeilen s feinkörnigem Vormaterial 14 besteht. Die übrigen Bezugsund r) ist 0 zeichen entsprechen denjenigen der Fig. 11.

„ „ . n , „ • y •• 1. ... «. T-, , 30 Fig. 13 zeigt einen Schritt durch ein Werkstück gemäss

. zeiSt eine Darstellung im Längsschnitt mit Perspek- Fig. ? beim Senkrechten longitudinalen Hindurchffihren tive fur senkrechtes Hindurchfuhren des Werkstucks durch , 0 , ,. T a w 1 • -, ~ TT . .

„ .... „• • ,. t 7 , . . , durch die Induktionsspule einer zweiten Zonengluh-Heizem-

die Zonengluh-Einrichtung. Die Verhaltnisse entsprechen . -a • * n t-> .. ,, ,, „

, _ ,. , , ? t-.. - .. , , , v.. _ . . richtung zu Beginn des Prozesses. Das gemäss Fig. 11 und 12

gmndsatzhch denjenzgen der Fig. 2, lmks und der Fig. 5.3 ist vorgehaBndelte Werkstück 5 wird in einem zweiten Schritt das Werkstuck mit auf semer Stirnseite emgezeichneter , , u ,. T a 1 1 o • ?

^ _ ,_r ., . _. t •• i_ ^ a xxt 1 3S derart durch die Induktionsspule 8 einer zweiten Zonengluh-

Strangpressrichtung 2 (Pfeil s). Die Langsachse 6 des Werk- TT . . ... c ■ T.. , ,

,.. . ça ■ l. o Heizemrichtung gefuhrt, dass seine Längsachse 6 mit der rwr t iS 6 QS(vn ^ fanSPress^c Vorschubrichtung 9 (Pfeil v) zusammenfällt. Die bereits zu

(Winkel a = 90 °). 8 ist die Induktionsspule der Zonenglüh- . Einkristalll5rekrist'meierte Schmalseite macht

TT • • * t • 1 tll / j 4 • 4 1 , . \ vlllvlli Jj'lllA.lXolclll 1J 1 vaI Ijlulllolvl Lv Uwillilctlüvllv llluvill

Heizeinrichtung, deren Ebene (durch Pfeil r angedeutet) , . . . A c A ^ r • i •• .

« rj t- v wT 1 1 % x ^ dabei den Anfang, der aus unverändertem feinkornigen senkrecht auf der Langsachse 6 des Werkstucks 3 steht . . 11l4L . r3 ... . »• * , ... T c ,

(Winkel cp = 90 °). Die Vorschubrichtung 9 (Pfeil v) des n bstfende fn& T61.1 Werkstucks 5 wird

. , T„ t.? „ nach der Orientierung des Einkristalls 15 umknstalhsiert.

Werkstucks fallt mit dessen Längsachse 6 zusammen. Der i * * •• u » ...

. , . . . , t , , q . . nom-4. • »lj 1 Der letztere wachst sozusagen in das feinkörnige Vormaterial nicht eingezeichnete Wmkel ß ist hier 0 10 ist eine Abdeck- 14 hìnein. Die Richtung 7 ^er Rekristallisationsfront r steht platte, 11 em Ofen zur Warmhaltung bzw. Erzielung einer , e, T.. ° .

'. . .,, .... j S, i i r? t senkrecht auf der Längsachse 6 des Werkstucks und hat keine benebig langsamen Abkuhlung des Werkstucks 3. Der Tem- D , ° .. .

peratur/Weg-Gradient 12 (Pfeil G) in der Mitte des Quer- 4* mehr zur ursprunghehen Strangpressrichtung,

t. a txT i i o r-ii. • a t •• u t t weshalb diese nicht mehr eingezeichnet ist, um Verwirrung schnitts des Werkstucks 3 fallt m dessen Längsachse 6. Im ., ° °

zu vermeiden

^c^en Teil der Figurât eine Kurve 13 dargestellt. Sie gibt inFig. 14 ist ein Schnitt durch ein Werkstück gemäss Fig. 7

dieTemperaturTdesWerkstucks3inderLangsachse6m beim senkrechten longitudinalen Hindurchführen durch die

Funktion des Vorschubes bzw. des Ortes x wieder. Man kann T j w i • ^ „ . . • ,.

j A , ,... , , 1.j. . so Induktionsspule einer zweiten Zonengluh-Heizemrichtung daraus entnehmen dass das Werkstuck sehr rasch (Gradient gegerl das EnPde des Prozesses hin dargeStellt. Der Einkristall

G hoch) auf die Reknstal isationstemperatur erhitzt und 15 ist gewachsen auf Kosten des feinkrönigenVormaterials dann eme gewisse Zeit auf diesergehalten und hierauf ver- 14. Im übrigen gelten die gleichen Bezugszeichen wie in haltnismassig langsam abgekühlt wird. pjg 13

Fig. 10 zeigt eine Darstellung im Längsschnitt mit Perspek- 55

tive für schiefes Hindurchführen des Werkstücks durch die Ausführungsbeispiel 1

Zonenglüh-Einrichtung. Die Verhältnisse entsprechen denje- Siehe Fig. 1,2 linke Seite, 4 und 9!

nigen der Fig. 3 links und der Fig. 6. Das Werkstück 3 mit der Als Vormaterial 1 lag eine pulvermetallurgisch hergestellte

Strangpressrichtung 2 und der Längsachse 6 (Winkel a = oxyddispersionsgehärtete Nickelbasis-Superlegierung mit der

90 °) wird in Richtung seiner Längsachse 6 bewegt : Vorschub- 60 Handelsbezeichnung MA 6000 von INCO vor. Die Legie-

richtung 9 (Pfeil v). Die Ebene der Induktionsspule 8 steht rung hatte die nachfolgende Zusammensetzung :

schief auf der Längsachse 6 des Werkstücks 3 (45 < <p < 90 0 ;

im vorliegenden Fall Winkel cp ca. 60 °). Der Temperatur/

Weg-Gradient 12 (Pfeil G) steht senkrecht auf der Ebene der Cr = 15 Gew.-%

Induktionsspule 8 und nimmt somit mit der Längsachse 6 (= es W = 4,0 Gew.-%

Vorschubrichtung 9) den Winkel 90 °-cp (im vorliegenden Mo = 2,0 Gew.-%

Fall ca. 30°) ein. Der Winkel ß zwischen den Pfeilen s und v AI = 4,5 Gew.-%

beträgt ebenfalls 30 ".Alle übrigen Bezugszeichen ent- Ti = 2,5 Gew.-%

5

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Ta =

C

B

Zr = Y2O3 = Ni =

2.0 Gew.-% 0,05 Gew.-% 0,01 Gew.-% 0,15 Gew.-%

1.1 Gew.-% Rest Gew.-%

Das Vormaterial 1 lag in feinkörnigem Zustand in Form einer stranggepressten Stange mit rechteckförmigem Querschnitt vor und hatte folgende Abmessungen:

Breite = 180 mm Dicke = 65 mm

Länge = 1000 mm (Strangpressrichtung s)

Aus der Stange wurde quer zur Strangpressrichtung s (a = 90 °) ein Abschnitt von 110 mm Breite abgetrennt, so dass die Abmessungen des weiter zu behandelnden Werkstücks 3 nun wie folgt waren:

Temperatur von 1290 °C, welche 15 °C unterhalb der Solidus-temperatur lag.

Ausführungsbeispiel 3 s Siehe Fig. 7,8 linke Seite !

Als Vormaterial 1 lag eine pulvermetallurgisch hergestellte oxyddispersionsgehärtete Nickelbasis-Superlegierung der nachfolgenden Zusammensetzung vor:

xo Cr =

20,0 Gew.-%

AI =

6,0 Gew.-%

Mo =

2,0 Gew.-%

W =

3,5 Gew.-%

Zr =

0,19 Gew.-%

15 B =

0,01 Gew.-%

C

0,01 Gew.-%

Y2O3 =

1,1 Gew.-%

Ni =

Rest

20

Breite = 110 mm (Strangpressrichtung s)

Dicke = 65 mm

Länge = 180 mm (senkrecht zur Strangpressrichtung s) 25

Profilradius

-V

Querschnittsfläche 71

-V

110-65

= 48 mm

Das Vormaterial 1 lag in feinkörnigem Zustand als strang-gepresste Stange rechteckigen Querschnitts vor. Von der Stange wurde ein Werkstück 5 abgeschnitten, dessen Längsachse 6 mit der Strangpressrichtung 2 (Pfeil s) zusammenfiel und folgende Abmessungen hatte:

Breite = 160 mm Dicke = 45 mm

Länge = 280 mm (Strangpressrichtung s)

Das Werkstück 3 wurde nun einem Zonenglühprozess unterworfen, wobei die Vorschubrichtung 9 parallel zur 180 mm messenden Kante in der Längsachse 6 lag und somit senkrecht auf der ursprünglichen Strangpressrichtung 2 (Pfeil s) des Vormaterials 1 stand (cp = 90 °). Der Winkel ß betrug somit 0 Die konstante Vorschubgeschwindigkeit v betrug 4 mm/min, die mittlere Aufheizgeschwindigkeit in der Mitte des Werkstücks 3 für eine Temperatur von 1160 °C 43 °C/min. Das Werkstück 3 erreichte an seinem Umfang in der Ebene der Induktionsspule 8 eine Temperatur von 1275 °C. Der Temperatur/Weg-Gradient 12 (Pfeil G) in der Mitte in Vorschubrichtung 9 erreichte bei 1200 °C den Wert von 10,7 °C/min.

Ausführungsbeispiel 2

Siehe Fig. 1,2 rechte Seite!

Eine oxyddispersionsgehärtete Nickelbasis-Superlegierung mit der Zusammensetzung gemäss Beispiel 1 lag in Form einer Stange vor. Es wurde aus ihr schief zur Strangpressrichtung s unter einem Winkel a von 60 0 ein Werkstück 4 folgender Abmessungen herausgeschnitten:

Breite = 100 mm Dicke = 50 mm Länge = 220 mm

Das Werkstück 4 wurde einem Zonenglühprozess unterworfen, wobei der Winkel cp = 90 ° und der Winkel ß = 300 betrug. Die Vorschubgeschwindigkeit war 2,5 mm/min, die mittlere Aufheizgeschwindigkeit in der Mitte des Werkstücks 4 für eine Temperatur von 1180 °C 50 °C/min. Der Temperatur/Weg-Gradient 12 (Pfeil G) bei 1200 °C in der Mitte in Vorschubrichtung 9 des Werkstücks 4 betrug 20 °C/ min. Das Werkstück 4 erreichte am Umfang eine maximale

30 Der Winkel a betrug somit 0 °. Das Werkstück 5 wurde einem Zonenglühprozess unterworfen, wobei die Vorschubrichtung 9 parallel zur 280 mm messenden Kante in der Längsachse 6 lag. Die Ebene der Induktionsspule 8 (= Richtung 7 der Rekristallisationsfront r) lag derart, dass der 35 Winkel cp = 1400 und der Winkel ß = 40 0 betrug. Die Vorschubgeschwindigkeit v betrug 3 mm/min, die Aufheizgeschwindigkeit in der Mitte des Werkstücks 5 durchschnittlich 47 °C/min. Der Temperatur/Weg-Gradient 12 (Pfeil G) senkrecht zur Rekristallisationsfront 7 (Pfeil r) betrug in der 40 Mitte des Werkstücks 5 bei einer Temperatur von 1200 °C im Aufheizbereich durchschnittlich 10 °C/mm. Die maximale Temperatur betrug 1280 °C.

Ausführungsbeispiel 4 45 Siehe Fig. 7,11,12,13,14!

Eine oxyddispersonsgehärtete Nickelbasis-Superlegierung lag als Vormaterial 1 in Form einer stranggepressten Stange im feinkörnigen Zustand vor. Die Legierung hatte die nachfolgende Zusammensetzung:

50

Cr =

17,0 Gew.-%

AI =

6,0 Gew.-%

Mo =

2,0 Gew.-%

w =

3,5 Gew.-%

55 Ta =

2,0 Gew.-%

Zr =

0,15 Gew.-%

B

0,01 Gew.-%

C

0,05 Gew.-%

Y2O3 =

1,1 Gew.-%

60 Ni

Rest

65

Von der Stange wurde ein Werkstück 5 abgeschnitten, dessen Längsachse 6 mit der Strangpressrichtung 2 (Pfeil s) zusammenfiel und folgende Abmessungen hatte:

Breite = 120 mm Dicke = 65 mm

Länge = 350 mm (Strangpressrichtung s)

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Profilradius = ^ Q^rschnittsflà^= ^1^65 = 50mm

Das Werkstück 5 wurde in einem ersten Verfahrensschritt gemäss Fig. 11 und 12 wärmebehandelt. Seine eine Schmalseite wurde mit quergestellter Längsachse 6 transversal durch .die als Schleife ausgebildete Induktionsspule 8 einer ersten Zonenglüh-Heizeinrichtung durchgeführt. Die Vorschubrichtung 9 (Pfeil v) stand dabei sowohl senkrecht auf der Längsachse 6 wie auf der Strangpressrichtung 2 (Pfeil s). Die Richtung 7 der Rekristallisationsfront r am Kopfende des Werkstücks 5 war ungefähr parallel zur Strangpressrichtung 2, wodurch optimale Bedingungen für die Erzeugung eines Einkristalls 15 vorlagen. Der entsprechende Temperatur/ Weg-Gradient 12 (Pfeil G) stand ungefähr senkrecht auf der Rekristallisationsfront r. Der restliche Teil des Werkstücks 5 verblieb im Zustand des feinkörnigen Vormaterials 14. In einem zweiten Verfahrensschritt wurde das Werkstück 5 um 90 ° gewendet und gemäss Fig. 13 und 14 mit seiner Längsachse 6 longitudinal durch die Induktionsspule 8 einer zweiten Zonenglüh-Heizeinrichtung hindurchgeführt. Dabei wurde das bereits zu einem Einkristall 15 rekristallisierte Kopfende des Werkstücks 5 in die Induktionsspule eingeführt. Vorschubrichtung 9 (Pfeil v) und Längsachse 6 des Werkstücks 5 fielen zusammen und standen auf der Richtung 7 der Rekristallisationsfront r (= Ebene der Induktionsspule) senkrecht. Der Einkristall 15 wuchs gleichsam in den verbliebenen, aus feinkörnigem Vormaterials 14 bestehenden Teil hinein. Die Strangpressrichtung 2 ist in den für den zweiten Verfahrensschritt gültigen Fig. 13 und 14 weggelassen worden, da sie hier keine Rolle mehr spielt. Die maximale Temperatur bei der Rekristallisation betrug 1280 °C. Die Aufheizgeschwindigkeit betrug 45 °C/min, die Vorschubgeschwindigkeit v ca. 3 mm/min. Der Temperatur/ Weg-Gradient bei 1200 °C in der Mitte des Werkstücks 5 betrug 15 °C/mm.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Es geht ganz allgemein um ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem Einkristall mit bevorzugter

Längsrichtung bestehenden Werkstücks 3,4,5 aus einer oxyddispersionsgehärteten Nickelbasis-Superlegierung ausgehend von pulvermetallurgisch hergestelltem, warmgekneteten feinkörnigen Vormaterial 1, wobei das letztere zunächst einem Strangpress- und anschliessend einem Zonenglühprozess unterworfen wird, indem das Werkstück 3,4,5 derart aus dem stranggepressten Vormaterial 1 herausgearbeitet wird, dass seine bevorzugte Längsachse 6 mit der Strangpressrichtung 2 einen beliebigen Winkel a einschliesst und das auf diese Weise hergestellte Werkstück 3,4,5 wenigstens teilweise derart durch eine Zonenglüh-Heizeinrichtung hindurchgeführt wird, dass die Strangpressrichtung 2 im Werkstück 3,4,5 mit der auf dem Temperatur/Weg-Gradienten 12 senkrecht stehenden Rekristallisationsfront 7, welche gleichzeitig die Temperaturfront ist, einen Winkel ß von 0 bis 60 ° einschliesst, wobei der Temperatur/Weg-Gradient 12 im Werkstück 3,4,5 in der Aufheizzone mindestens 5 °C/mm beträgt.

In einer Ausführungsart steht die Rekristallisationsfront 7 beim Zonenglühen senkrecht zur bewegten Längsachse 6 des Werkstücks 3,4,5 und der Temperatur/Weg-Gradient 12 beträgt 7 bis 20 °C/mm. In einer anderen Ausführungsart steht die Rekristallisationsfront 7 schief zur Längsachse 6 und der Temperatur/Weg-Gradient beträgt 10 °C/mm.

In einer weiteren Ausführungsart wird das Werkstück 5 derart aus dem stranggepressten Vormaterial 1 herausgearbeitet, dass seine bevorzugte Längsachse 6 mit der Strangpressrichtung 2 einen Winkel a von 0 ° einschliesst und das auf diese Weise hergestellte Werkstück 5 wird zunächst in einem ersten Schritt mit nur einer seiner Schmalseiten derart durch eine erste Zonenglüh-Heizeinrichtung geführt, dass die Strangpressrichtung 2 im wesentlichen einen Winkel ß von 00 mit der Rekristallisationsfront 7 einschliesst, wobei das auf diese Art an einer Schmalseite zu einem Einkristall 15 rekristallisierte Werkstück 5 in einem zweiten Schritt derart durch eine zweite Zonenglüh-Heizeinrichtung hin-druchgeführt wird, dass seine bevorzugte Längsachse 6 mit der Vorschubrichtung 9 zusammenfällt und der Zonenglühprozess an der bereits zu einem Einkristall 15 rekristallisierten Schmalseite des Werkstücks 5 begonnen wird und der Winkel <p zwischen der Längsachse 6 des Werkstücks 5 und der Rekristallisationsfront 7 beliebig sein kann.

6

5

10

15

20

25

30

35

40

B

3 Blatt Zeichnungen

Claims

673658 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines aus einem Einkristall mit bevorzugter Längsrichtung bestehenden Werkstücks (3, 4,5) aus einer oxyddisperisonsgehärtetenNickelbasis-Super-legierung ausgehend von pulvermetallurgisch hergestelltem, warmgekneteten feinkörnigen Vormaterial (1), wobeidas letztere zunächst einem Strangpress- und anschliessend einem Zonenglühprozess unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (3,4,5) derart aus dem stranggepressten Vormaterial (1) herausgearbeitet wird, dass seine bevorzugte Längsachse (6) mit der Strangpressrichtung (2) einen beliebigen Winkel a einschliesst und dass das auf diese Weise hergestellte Werkstück (3,4,5) wenigstens teilweise derart durch eine Zonenglüh-Heizeinrichtung hindurchgeführt wird, dass die Strangpressrichtung (2) im Werkstück (3,4,5) mit der auf dem Temperatur/Weg-Gradienten (12) senkrecht stehenden Rekristallisationsfront (7), welche gleichzeitig die Temperaturfront ist, einen Winkel ß von 0 bis 60 ° einschliesst, und dass der Temperatur/Weg-Gradient (12) im Werkstück (3,4,5) in der Aufheizzone mindestens

5 °C/mm beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rekristallisationsfront (7) beim Zonenglühen senkrecht zur bewegten Längsachse (6) des Werkstücks (3,4,5) steht und der Temperatur/Weg-Gradient (12) 7 bis

20 °C/mm beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rekristallisierungsfront (7) beim Zonenglühen schief zur bevorzugten Längsachse (6) des Werkstücks (3,4, 5) steht und der Temperatur/Weg-Gradient (12) 10 °C/mm beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (5) derart aus dem stranggepressten Vormaterial (1) herausgearbeitet wird, dass seine bevorzugte Längsachse (6) mit der Strangpressrichtung (2) einen Winkel a von 0 ° einschliesst und dass das auf diese Weise hergestellte Werkstück (5) zunächst in einem ersten Schritt mit nur einer seiner Schmalseiten derart durch eine erste Zonenglüh-Heizeinrichtung geführt wird, dass die Strangpressrichtung (2) im Werkstück (5) im wesentlichen einen Winkel ß von 0 ° mit der Rekristallisationsfront (7) einschliesst, und dass das auf diese Art an einer Schmalseite zu einem Einkristall (15) rekristallisierte Werkstück (5) in einem zweiten Schritt derart durch eine zweite Zonenglüh-Heizeinrichtung hindurchgeführt wird, dass seine bevorzugte Längsachse (6) mit der Vorschubrichtung (9) zusammenfällt und dass der Zonenglühprozess an der bereits zu einem Einkristall (15) rekristallisierten Schmalseite des Werkstücks (5) begonnen wird, wobei der Winkel <p zwischen der Längsachse (6) des Werkstücks (5) und der Rekristallisationsfront (7) beliebig sein kann.