Rohschmiededienst für Turbinenbogensegmente

Kerntechnologie des Rohschmiedens von Turbinenbogensegmenten

1. Legierungsvorbereitung: Hochreine Hochtemperaturlegierungsblöcke wie IN713LC werden mittels Vakuuminduktionsschmelzen geschmolzen und zu Schmiedebrammen vergossen.

2. Brammenvorwärmung: Brammen werden in Ofen mit kontrollierter Atmosphäre gleichmäßig auf 1080–1180°C erhitzt, um ein geeignetes Verformungsverhalten ohne Oberflächenoxidation sicherzustellen.

3. Rohschmieden im Gesenk: Hydraulische Pressen (2500–4000 Tonnen) verformen Brammen in Bogensegmentprofile und erzeugen nahezu endkonturnahe Rohlinge mit kontrollierter Kornfließausrichtung.

4. Zwischenglühen: Nach dem Schmieden werden die Teile bei 1020–1060°C geglüht, um innere Spannungen abzubauen und die Mikrostruktur vor weiteren Formgebungsoperationen zu homogenisieren.

5. Maßliches Planieren: Geschmiedete Segmente werden unter Präzisionsspannvorrichtungen mechanisch planiert, um geometrische Konsistenz vor den finalen Bearbeitungsstufen sicherzustellen.

6. Entgraten und Beschneiden: Schmiedegrat und überschüssiges Material werden mit mechanischen Schneidwerkzeugen entfernt, um Rohlinge für die anschließende CNC-Bearbeitung vorzubereiten.

7. Oberflächenkonditionierung: Oberflächenoxide werden durch Strahlen und Beizen entfernt, um die Teile für die zerstörungsfreie Prüfung und Wärmebehandlung vorzubereiten.

8. Proben für mechanische Prüfung: Repräsentative Pr�fkörper werden aus jeder Charge entnommen, um Härte, Zugfestigkeit und Korngröße gemäß Materialprüfnormen zu verifizieren.

Materialeigenschaften von Turbinenbogensegmentlegierungen

Geschmiedete Turbinenbogensegmente werden typischerweise aus Hochleistungs-Hochtemperaturlegierungen wie IN713LC, Inconel 738 und Rene 80 hergestellt. Wichtige Eigenschaften umfassen:

• Betriebstemperatur: Bis zu 1000–1050°C, abhängig von der Legierung

• Zugfestigkeit: ≥1030 MPa bei Raumtemperatur

• Kriechbeständigkeit: ≥200 MPa nach 1000 Stunden bei 800°C

• Oxidationsbeständigkeit: Hervorragend unter zyklischer thermischer Belastung

• Korngrößenkontrolle: ASTM 5–8 durch präzise Schmiedepraktiken

Diese Eigenschaften ermöglichen es den Bogensegmenten, extremen Betriebsbedingungen in den heißen Turbinenbereichen standzuhalten.

Fallstudie: Rohschmieden von Turbinenbogensegmenten

Projekthintergrund

Neway AeroTech wurde ausgewählt, um geschmiedete Bogensegmente für einen führenden OEM von Energieturbinen herzustellen. Der Kunde benötigte Bogensegmente aus IN713LC für den Einsatz in stationären Gasturbinen bei kontinuierlichen 950°C, mit strengen mechanischen Leistungsanforderungen und minimalem Materialabtrag während der Feinbearbeitung.

Häufige Anwendungen von geschmiedeten Bogensegmenten

• Industrielle Gasturbinen (z.B. GE Frame 6B): Bogensegmente lenken Abgase durch die erste und zweite Turbinenstufe.

• Flugzeugtriebwerke (z.B. CFM56): Leitschaufeln und statische Bogensegmente arbeiten in Hochzyklus-Ermüdungszonen in Luft- und Raumfahrturbinen.

• Marine Gasturbinen (z.B. LM2500): Geschmiedete Bogensegmente werden in Hochlast-Antriebsturbinen mit korrosiven Umgebungen eingesetzt.

• Energieerzeugungsturbinen (z.B. Siemens SGT): Statische Turbinengehäuse und Strömungsschaufeln erfordern geschmiedete Bogensegmente mit geringer thermischer Verformung in Kraftwerken.

Strukturelle Merkmale von Turbinenbogensegmenten

• Gekrümmte Profile, die an die Innen-/Außendurchmesser der Turbine angepasst sind

• Komplexe Schaufelgrundformen zur Düseneinbindung

• Präzise Naben und Nuten zur Segmentverriegelung

• Kontrollierte Verformung zur Unterstützung der nachgelagerten Bearbeitungsgenauigkeit

Herstellungslösung für Turbinenbogensegmente

1. Materialbeschaffung und Blockguss: Hochreine IN713LC-Legierung wird vakuumgegossen zu Brammen, um chemische Kontrolle und geringen Restgasgehalt sicherzustellen.

2. Brammenschmieden und Formgebung: Brammen werden auf 1150°C erhitzt und in Gesenken unter 3000-Tonnen-Pressen zu bogenförmigen Rohlingen mit gerichtetem Kornfluss geschmiedet.

3. Wärmebehandlung und Glühen: Nachschmiedeglühen bei 1040°C verfeinert die Korngröße und baut Schmiederestspannungen für Maßhaltigkeit ab.

4. Oberflächenvorbereitung: Strahlen entfernt Zunder; Säurebeize konditioniert Oberflächen für die zerstörungsfreie Prüfung.

5. Validierung mechanischer Eigenschaften: Zugversuche bestätigen ≥1030 MPa UTS, und die Korngröße ASTM 6–7 wird durch metallografische Untersuchung validiert.

6. Maßliches Planieren: Bögen werden in Werkzeuge eingelegt und unter Umgebungsbedingungen gepresst, um Planheit innerhalb von ±0,1 mm sicherzustellen.

7. Vorbearbeitungsbeschneiden: Überschüssiger Grat wird mit Sägen und Scheren entfernt, um eine präzise CNC-Endbearbeitung zu ermöglichen.

8. Zerstörungsfreie Bewertung: Segmente durchlaufen Eindringprüfung und Ultraschallprüfung, um innere und oberflächliche Unregelmäßigkeiten zu erkennen.

Kernherausforderungen beim Rohschmieden von Bogensegmenten

• Beibehaltung der Formkontrolle über gekrümmte dünnwandige Geometrien während der Warmverformung

• Erreichen einer gleichmäßigen Kornstruktur über variierende Querschnitte

• Verhinderung von Mikrorissen und thermischen Ermüdungszonen an Ecken

• Sicherstellung der Wiederholbarkeit in großen Produktionschargen

Ergebnisse und Verifizierung

• Korngrößenkontrolle bei ASTM 6–7 mit geringem Einschlussgehalt erreicht

• Maßabweichungen innerhalb von ±0,1 mm nach dem Planieren, bestätigt durch 3D-Scannen

• Zug- und Kriechleistung übertraf die geforderten 1030 MPa UTS und 200 MPa Kriechbruch

• ZfP-Freigaberate >99 % mit null Ausschuss in der Endprüfphase

FAQs

1. Welche Legierungen werden üblicherweise für das Rohschmieden von Turbinenbogensegmenten verwendet?

2. Wie wird die Korngröße während des Rohschmiedens von Bogensegmenten kontrolliert?

3. Welche Maßtoleranzen können vor der Endbearbeitung erreicht werden?

4. Welche ZfP-Methoden werden zur Prüfung geschmiedeter Turbinenbogensegmente eingesetzt?

5. Kann Neway AeroTech nachschmiedende Bearbeitung für Bogensegmente anbieten?