Verfahren zur Herstellung wärmebehandelter Profile und Formkörper

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung wärmebehandelter Profile und Formkörper aus oxiddispersionsgehärteten Superlegierungen auf Nickelbasis mit einem aus stengelförmigen Körnern gebildeten Grobgefüge.

[0002] Die aus Profilen oder Formkörpern aus oxiddispersionsgehärteten Superlegierungen auf Nickelbasis bestehenden Fertigteile werden bedingt durch ihre ausgezeichneten mechanisch-technologischen Eigenschaften bei vergleichsweise hohen Temperaturen im thermischen Maschinenbau, insbesondere als Werkstoff für die Schaufeln des Rotors thermischer Strömungsmaschinen eingesetzt.

[0003] Bekanntermaßen werden zur Herstellung von Profilen und Formkörpern aus oxiddispersionsgehärteten Superlegierungen auf Nickelbasis aus die Legierungskomponenten enthaltenden Pulvergemengen durch mechanisches Legieren Legierungspulver mit einer Korngröße von < 0,5 mm, vorzugsweise 10 bis 500 µm. erzeugt, dann durch Strangpressen oder Heißpressen, wie heißisostatisches Pressen, Heißschmieden oder dergleichen, unter Vakuum oder Schutzgas in entsprechend gestalteten Formwerkzeugen verdichtet und anschließend einem Zonenglühprozeß bei Temperaturen von 1150 bis 1350°C unterzogen. Dabei werden die Profile bzw. Formkörper in Umformrichtung mit einer Geschwindigkeit von bis zu 240 mm/h durch die Induktionsspule einer Heizeinrichtung geführt, wobei der axiale Temperatur/Weg-Gradient 7 bis 20°C/mm beträgt. Durch dieses Zonenglühen entsteht eine senkrecht zum axialen Temperatur/Weg-Gradienten stehende Rekristallisationsfront, hinter der in Umformrichtung liegende längsgerichtete grobe stengelförmige Körner vorliegen, in deren Längsrichtung das Profil bzw. der Formkörper höchste mechanische Beanspruchbarkeit besitzt (EP-A-0 232 477).

[0004] Allerdings ist das Zonenglühverfahren mit einem beachtlichen Aufwand für die Heizvorrichtung verbunden, da bestimmte Temperaturbereiche und Temperaturgradienten eingehalten werden müssen. Ferner erfolgt die Herstellung der Profile bzw. Formkörper mit einem aus stengelförmigen Körnern gebildeten Grobgefüge zu langsam. Darüber hinaus ist das Zonenglühen nur für prismatische Profile geeignet.

[0005] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Rahmen des eingangs beschriebenen Verfahrens durchgeführte Wärmebehandlung der verfestigten Profile bzw. Formkörper so zu gestalten, daß aus dem Feinkorn-Ausgangsgefüge des verfestigten Profils bzw. Formkörpers in relativ kurzer Zeit ein Grobkorngefüge mit in Längsrichtung orientierten stengelförmigen Körnern und einem Längen/Dicken-Verhältnis von > 15 : 1 herstellbar ist.

[0006] Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Profile bzw. Formkörper einer 5 bis 90 min dauernden Vorwärmebehandlung bei Temperaturen von 950 bis 1180°C und anschließend einer isothermen Wärmebehandlung bei Temperaturen von > 1180 bis 1300°C für die Dauer von 5 bis 120 min unterworfen werden. Das durch diese erfindungsgemäße Wärmebehandlung erzeugte, aus stengelförmigen Körnern bestehende Rekristallisationsgefüge ist dem durch Zonenglühen erzeugten stengelförmigen Rekristallisationsgefüge sehr ähnlich und besitzt ähnliche mechanisch-technologische Eigenschaften.

[0007] Im Rahmen der vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung dauert die Vorwärmebehandlung 10 bis 60 min und wird vorzugsweise bei Temperaturen von 1050 bis 1170°C, insbesondere bei Temperaturen von 1085 bis 1140°C durchgeführt.

[0008] In den meisten Fällen reicht es aus, wenn die isotherme Wärmebehandlung 30 bis 60 min dauert und bei Temperaturen von 1190 bis 1250°C durchgeführt wird.

[0009] Anstelle der Vorwärmebehandlung des Profils kann auch eine Zonenglühung durchgeführt werden. Die Zonenglühung wird in der Weise durchgeführt, daß das Profil mit einer Geschwindigkeit von 200 bis 2000 mm/h durch die Aufheizzone bewegt und dabei auf eine Temperatur von 950 bis 1150°C aufgeheizt wird, wobei der Temperatur/Weg-Gradient in der Aufheizzone 1 bis 20°C/mm beträgt.

[0010] Die Erfindung ist im folgenden durch zwei Ausführungsbeispiele näher erläutert.

1. Ausführungsbeispiel

[0011] In einer Hochenergie-Kugelmühle wurde aus getrennt zugegebenen Metallpulvern durch Intensivmahlen eine pulverförmige oxiddispersionsgehärtete Superlegierung der Zusammensetzung 17,0 % Chrom, 6,0 % Aluminium, 2,0 % Molybdän, 3,5 % Wolfram, 2,0 % Tantal, 0,15 % Zirkonium, 0,01 % Bor, < 0,05 % Kohlenstoff, 1,1 % Yttriumoxid, Rest Nickel erzeugt. Das Pulver wurde anschließend zu einem zylindrischen Profil mit einer Länge von 2000 mm und einem Durchmesser von 15 mm stranggepreßt. In diesem Zustand besteht der Werkstoff aus nahezu äquiaxialen Körnern mit einem mittleren Durchmesser von 0,4 µm. Anschließend wurde das Profil einer 15 min dauernden Vorwärmebehandlung bei einer Temperatur von 1135°C und danach einer isothermen Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1230°C und 60 min Dauer unterworfen. Der in der Zeichnung in 5,3-facher Vergrößerung wiedergegebene Längsschnitt durch das erfindungsgemäß behandelte Profil zeigt, daß das feinkörnige Gefüge des stranggepreßten Formkörpers in ein Grobgefüge mit langgestreckten Körnern überführt worden ist.

2. Ausführungsbeispiel

[0012] Eine aus der gleichen Superlegierung auf Nickelbasis auf pulvermetallurgischem Wege erzeugte Stange von 20 mm Durchmesser wurde mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit von 950 mm/h durch eine Aufheizzone bewegt, dabei auf eine Temperatur von 1095°C aufgeheizt und danach einer isothermen Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1200°C und 60 min Dauer unterzogen. Das feinkörnige Gefüge des stranggepreßten Rundprofils wird in ein gleichmäßiges Grobgefüge mit langgestreckten Körnern überführt. Die langgestreckten Körner besitzen eine durchschnittliche Länge von 20 mm, eine Breite von 0,5 mm und eine Dicke von 0,5 mm.

[0013] Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Vorteile bestehen darin, daß mit herkömmlichen Mitteln in relativ kurzer Zeit Profile bzw. Formkörper aus oxiddispersionsgehärteten Superlegierungen auf Nickelbasis mit in Umformrichtung langgestreckten groben Körnern herstellbar sind.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung wärmebehandelter Profile und Formkörper aus oxiddispersionsgehärteten Superlegierungen auf Nickelbasis mit einem aus stengelförmigen Körnern gebildeten Grobgefüge, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile bzw. Formkörper einer 5 bis 90 min dauernden Vorwärmebehandlung bei einer Temperatur von 950 bis 1180°C und danach einer isothermen Wärmebehandlung bei einer Temperatur von > 1180 bis 1300°C und einer Dauer von 5 bis 120 min unterzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile bzw. Formkörper einer 10 bis 60 min dauernden Vorwärmebehandlung bei einer Temperatur von 1050 bis 1170°C, vorzugsweise 1085 bis 1140°C, unterworfen werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile bzw. Formkörper einer 30 bis 60 min dauernden isothermen Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 1190 bis 1250°C unterworfen werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmebehandlung durch Zonenglühen erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil mit einer Geschwindigkeit von 200 bis 2000 mm/h durch die Aufheizzone bewegt und dabei auf eine Temperatur von 950 bis 1150°C aufgeheizt wird, wobei der Temperatur/Weg-Gradient in der Aufheizzone 1 bis 20°C/mm beträgt.