Turbinenschaufeln aus Einkristallwerkstoffen. Teilprojekt: Kontrolliertes Giessen und Erstarren von einkristallinen Turbinenschaufeln aus zukunftstraechtigen Legierungen mittels optimierter Verfahrenstechnik Abschlussbericht

In der Flugzeugtriebswerkstechnik sind durch die Einfuehrung einkristalliner Turbinenschaufeln in den ersten Turbinenreihen bedeutende Fortschritte erzielt worden. Das einkristalline, entlang der Beanspruchungsrichtung ausgerichtete Gefuege fuehrt zu deutlich verbesserten Hochtemperatureigenschaften der hochbelasteten Turbinenschaufeln. Insbesondere gilt dies fuer die Kriech- und Ermuedungsbestaendigkeit. Durch die gezielte Gefuegekontrolle sowie den Einsatz modernster Kuehlkonzepte im Inneren der Schaufeln konnten die Gastemperaturen am Turbineneintritt in den letzten zwei Jahrezehnten um etwa 100 K bis auf ueber 1400 C gesteigert werden. Dies fuehrte zu hohen Triebwerkswirkungsgraden, einem gesenkten spezifischen Treibstoffverbrauch und damit verbunden einer Reduzierung der umweltbelastenden Emissionen. Seit Mitte der 80er Jahre kommt es verstaerkt zum Transfer der Einkristalltechnik in den Bereich der industriellen Gasturbinen fuer die Energieumwandlung in Kraftwerken. Darueber hinaus finden ebenso die typischen Designmerkmale moderner Flugzeugtriebwerke Anwendung in der Kraftwerkstechnik, so z.B. aerodynamische Gestaltung der Schaufeln und aufwendige Kuehlkanaele. Sowohl in der Triebwerks- als auch in der Kraftwerkstechnik laesst diese hochentwickelte Bauteilauslegung selbst geringe giessbedingte Gefuegeinhomogenitaeten zu begrenzenden Faktoren bei der Bauteilverlaesslichkeit werden. Giessdefekte, insbesondere solche, die Klein-und Grosswinkelkorngrenzen bedingen, sind potentielle Ausgangspunkte fuer Risse im Bauteil und somit fuer ein fruehzeitiges Bauteilversagen verantwortlich. Sie haben unterschiedliche prozess- und legierungstechnische Ursachen und weisen eine starke Geometrieabhaengigkeit auf. Die Herstellung der vergleichsweise grossen Turbinenschaufeln fuer den Einsatz in industriellen Gasturbinen ist daher mit einem besonderen Risiko verbunden. (orig./AKF)Considerable progress has been achieved in aircraft drive technology, due to the introduction of single crystal turbine blades in the first rows of turbines. The single crystal structure aligned along the direction of stress leads to considerably improved high temperature properties of the highly loaded turbine blades. This applies particularly to creep and fatigue strength. Due to appropriate control of the structure and the use of the most modern cooling concepts inside the blades, the gas temperatures at the turbine inlet were able to be raised by about 100 K to over 1400 C in the last two decades. This leads to high engine efficiencies, a lower specific fuel consumption and, connected with this, a reduction in emission polluting the environment. Since the mid-1980's, the single crystal technology has been increasingly transferred to industrial gas turbines for energy conversion in powerstations. Further, the typical design features of modern aircraft engines are also applied to powerstation technique, for example the aerodynamic configuration of the blades and expensive cooling channels. Both in engine and powerstation technology, this highly developed component design makes even slight non-homogeneousness of structure due to casting into limiting factors for component reliability. Casting defects, particularly those which cause small and large angle grain boundaries, are potential starting points for cracks on the component and are therefore responsible for early component failures. They have different process and alloying technique causes and show great dependence on the geometry. The production of comparatively large turbine blades for use in industrial gas turbines is therefore accompanied by special risks. (orig./AKF)Available from TIB Hannover: F97B1629+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman