ES2340372T3 - Alabe compuesto de matriz metalica y su procedimiento de fabricacion. - Google Patents
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Abstract
Álabe (50, 110) resultante de una etapa inicial de compresión seguida de una etapa de forjado que permite dar la forma casi definitiva del álabe, presentando el citado álabe una dirección principal a lo largo de la cual se extienden una zona interior que forma un núcleo (52) y una zona periférica que forma una envuelta (54) que rodea al citado núcleo (52), presentando el citado núcleo (52) y la citada envuelta (54) una unión metalúrgica entre ellos resultante de la etapa inicial de compresión, estando realizado el citado núcleo (52) en un primer material que presenta al menos una matriz metálica y estando realizada la citada envuelta (54) en un segundo material que presenta al menos una matriz metálica, presentando la citada matriz metálica del primer material el aluminio como metal de base y estando formado al menos uno de los citados primero y segundo materiales por un material compuesto de matriz metálica que comprende elementos de refuerzo dispersados en el interior de la citada matriz metálica, caracterizado porque la citada matriz metálica del segundo material presenta el aluminio como metal de base.
Description
Álabe compuesto de matriz metálica y su
procedimiento de fabricación.
La presente invención se refiere a la obtención
de un álabe que presenta una dirección principal a lo largo de la
cual se extienden una zona interior que forma un núcleo y una zona
periférica que forma una envuelta que rodea al citado núcleo,
presentando el citado núcleo y la citada envuelta una unión
metalúrgica entre ellos, estando realizado el citado núcleo en un
primer material que presenta al menos una matriz metálica y estando
realizada la citada envuelta en un segundo material que presenta al
menos una matriz metálica.
De modo más preciso, ésta se refiere a:
- -
- un álabe realizado con dos partes formadas por un núcleo realizado en un primer material que presenta al menos una matriz metálica y por una envuelta realizada en un segundo material que presenta al menos una matriz metálica; y
- -
- un procedimiento de fabricación que, por su puesta en práctica, permite la obtención del citado álabe.
En particular, de manera no limitativa, la
presente invención se refiere a la obtención de un álabe en el cual
la matriz metálica del primer material y/o del segundo material
presenta el aluminio como metal de base.
En una aplicación preferida, pero no limitativa,
la presente invención se refiere a un álabe utilizado en el sector
aeronáutico, en particular como álabe móvil o fijo de un compresor,
especialmente de baja presión, o bien como un álabe de soplante
("fan") de turborreactor.
Sin embargo, la presente invención no está
destinada a estar limitada a la realización de álabes del sector
aeronáutico.
Específicamente, se requieren álabes cada vez
más ligeros y que presenten buenas características de resistencia
mecánica y de resistencia a la temperatura, para aplicaciones de
diversos tipos.
Así, en particular en el ámbito aeronáutico, y
de modo más preciso en los turborreactores, se buscan materiales
con características óptimas de resistencia mecánica y de resistencia
a la temperatura, especialmente para la fabricación de los álabes
fijos y/o móviles.
Actualmente, a tal efecto se utilizan
ampliamente las aleaciones de titanio, lo que especialmente tiene
como inconvenientes costes importantes de materia prima, así como
un peso considerado a veces también como demasiado importante.
Se utilizan también soluciones con miras a la
realización de piezas huecas de titanio que permiten aligerar las
estructuras, lo que genera técnicas de fabricación, relativamente
complejas y costosas.
Puede referirse al documento US 6 218 026 que
propone la realización de una pieza mecánica híbrida compuesta
especialmente por dos aleaciones diferentes de titanio dispuestas
respectivamente en el emplazamiento de las partes interna y externa
de la pieza. De acuerdo con este documento de la técnica anterior,
la parte interna y la parte externa están unidas entre sí por una
unión metalúrgica obtenida por prensado isostático en caliente.
En cualquier caso, se pretende obtener una pieza
mecánica cuyo módulo de elasticidad sea mayor en la parte interna
que en la parte externa con el fin de mejorar las propiedades
mecánicas de la pieza sin alterar de modo particular su
densidad.
El documento
DE-A-4137839 divulga la fabricación
de un álabe de turbina por compresión y forjado de un núcleo de
aleación de aluminio, eventualmente reforzado con fibras de carbono,
y de una envuelta de acero resistente a la erosión.
Sin embargo, la intervención de una aleación de
titanio es, por otra parte, perjudicial desde el punto de vista de
la masa de la pieza mecánica y del coste de materia prima mientras
que la técnica de prensado isostático en caliente es de puesta en
práctica laboriosa.
La presente invención tiene por objetivo paliar
los inconvenientes de estas prácticas de la técnica anterior,
proponiendo un álabe y su procedimiento de fabricación con la ayuda
de técnicas metalúrgicas simples de poner en práctica.
De acuerdo con uno de sus aspectos, la presente
invención se refiere entonces a un álabe de acuerdo con la
reivindicación 1.
De modo característico, las citadas matrices
metálicas del primer y del segundo material presentan el mismo
metal de base y al menos uno de los citados primero y segundo
materiales está formado por un material compuesto de matriz
metálica que comprende elementos de refuerzo dispersados en el
interior de la citada matriz metálica.
De esta manera, se comprende que es posible
obtener una pieza que presente un núcleo y una envuelta entre las
cuales esté formada una interfaz formada por una unión
físico-química de muy buena calidad debido a la
similitud entre el primer y el segundo material que comprenden el
mismo metal de base.
Las características de la interfaz entre dos
materiales que forman una pieza, que entonces se puede calificar de
compleja, son de gran importancia, en particular cuando al menos uno
de estos materiales es un material compuesto de matriz metálica: la
identidad entre el metal de base que entra en la composición del
primer material y del segundo material es a este respecto de una
gran importancia en la obtención de un núcleo y de una envuelta que
formen entre sí una unión metalúrgica que presente una gran
resistencia mecánica.
Además, esta disposición, por la presencia de
los elementos de refuerzo, al menos en uno entre el primer material
y el segundo material, permite mejorar las propiedades de
resistencia mecánica y, eventualmente, de resistencia a la
temperatura, de la pieza en la parte que se desea reforzar, al
tiempo que se conserve globalmente una densidad similar a aquélla
de la matriz metálica.
Incidentalmente, se observa que, de acuerdo con
la aplicación prevista para el álabe, solamente uno entre el primer
material (núcleo) y el segundo material (envuelta), o bien a la vez
el primer material y el segundo material (núcleo y envuelta), está
constituido o están constituidos por un material compuesto de matriz
metálica que comprende elementos de refuerzo dispersados en el
interior de la citada matriz metálica.
En este último caso, la composición del primer
material es diferente de la del segundo material, al menos en lo
que concierne a la proporción de los elementos de refuerzo.
Preferentemente, se adoptan, de manera
independiente o combinada, las disposiciones siguientes:
- -
- las citadas matrices metálicas del primer y el segundo material están formadas, respectivamente, por una primera aleación y una segunda aleación, perteneciendo la citada primera aleación y la citada segunda aleación a las aleaciones a base de aluminio de las series 2000, 5000, 6000 o 7000 de acuerdo con las normas ASTM; preferentemente, la citada primera aleación y la citada segunda aleación pertenecen a la misma serie de aleación a base de aluminio entre las series 2000, 5000, 6000 o 7000 de acuerdo con las normas ASTM, en particular a la serie 2000;
- -
- elementos de refuerzo son partículas de carburo de silicio (SiC), de alúmina (Al_{2}O_{3}) o de carburo metálico tal como carburo de tungstento, de boro o de titanio;
- -
- los citados elementos de refuerzo representan como mucho el 50% en peso de la composición del citado material compuesto de matriz metálica; preferentemente, los citados elementos de refuerzo representan entre el 5% y el 35%, preferentemente entre el 10% y el 20%, y preferentemente del orden del 15% en peso de la composición del citado material compuesto de matriz metálica;
- -
- uno de los citados primero y segundo materiales está formado por el citado material compuesto de matriz metálica que comprende los citados elementos de refuerzo dispersados en el interior de la citada matriz metálica, estando formado el otro de los primero y segundo materiales solamente por la citada matriz metálica;
- -
- el citado primer material está formado solamente por la citada matriz metálica que comprende el aluminio como metal de base y el citado segundo material está formado por el citado material compuesto de matriz metálica que comprende los citados elementos de refuerzo dispersados en el interior de la citada matriz metálica, y estando formados los citados elementos de refuerzo por partículas de carburo de silicio (SiC): esta elección preferente permite beneficiarse de la buena resistencia a la erosión y al impacto del Al/SiC y de su mayor rigidez;
- -
- los citados primero y segundo materiales están formados por el citado material compuesto de matriz metálica que comprende los citados elementos de refuerzo dispersados en el interior de la citada matriz metálica, representando los citados elementos de refuerzo un porcentaje en peso de la composición del citado material compuesto de matriz metálica diferente en el citado núcleo y en la citada envuelta;
- -
- los citados elementos de refuerzo representan un porcentaje en peso de la composición del citado material compuesto de matriz metálica progresivo en el citado primer material y en el citado segundo material, desde el centro del citado núcleo hacia la periferia de la citada envuelta;
- -
- el citado primer material presenta, para los citados elementos de refuerzo, un porcentaje en peso de la composición del citado material compuesto de matriz metálica mayor que en el citado segundo material;
- -
- el citado segundo material presenta, para los citados elementos de refuerzo, un porcentaje en peso de la composición del citado material compuesto de matriz metálica mayor que en el citado primer material.
El álabe de acuerdo con la invención puede
pertenecer a un compresor, en particular de baja presión, ya sea
como álabe fijo o como álabe móvil.
Igualmente, un álabe de este tipo puede
aplicarse a la realización de una soplante de turborreactor.
De acuerdo con otro aspecto, en los términos de
la reivindicación 15, la presente invención se refiere al
procedimiento de fabricación que, por su puesta en práctica, permite
la obtención del citado álabe antes mencionado.
En lo que concierne a la realización de la etapa
a), son posibles varias soluciones sin salirse del marco de la
presente invención.
De acuerdo con una primera solución, la citada
etapa a) consiste en formar conjuntamente el núcleo y la envuelta
por la técnica de metalurgia de polvos. De acuerdo con esta técnica,
que pone en práctica la compresión de un polvo en una matriz,
seguida de un tratamiento térmico denominado "sinterizado", es
así posible obtener una pieza metálica que forma directamente el
semiproducto.
Esta primera solución está en particular bien
adaptada a la situación en la cual se desea obtener un álabe en el
que los citados elementos de refuerzo representan un porcentaje en
peso de la composición del citado material compuesto de matriz
metálica progresivo en el citado primer material (núcleo) y en el
citado segundo material (envuelta), desde el centro del citado
núcleo hacia la periferia de la citada envuelta, ya sea disminuyendo
desde el centro o bien aumentando desde el centro, entre por
ejemplo, un mínimo del 0% al 10% y un máximo inferior o igual al
50% en peso.
Esta primera solución no se limita sin embargo
al caso particular que precede y puede aplicarse igualmente a los
dos casos que a continuación se mencionan:
- -
- los citados primero y segundo materiales están formados por el citado material compuesto de matriz metálica que comprende los citados elementos de refuerzo dispersados en el interior de la citada matriz metálica, representando los citados elementos de refuerzo un porcentaje en peso de la composición del citado material compuesto de matriz metálica diferente en el citado núcleo y en la citada envuelta,
- -
- uno de los citados primero y segundo materiales está formado por el citado material compuesto de matriz metálica que comprende los citados elementos de refuerzo dispersados en el interior de la citada matriz metálica, estando formado el otro de los citados primero y segundo materiales solamente por la citada matriz metálica.
\vskip1.000000\baselineskip
De acuerdo con una segunda solución, la citada
etapa a) consiste en realizar sucesivamente las subetapas
siguientes:
- a1)
- formación de un vástago que se extiende según una dirección longitudinal en el primer material, estando destinado el citado vástago a formar el citado núcleo colocado en el interior del álabe;
- a2)
- formación de un manguito que se extiende según una dirección longitudinal en el citado segundo material, estando destinado el citado manguito a formar la envuelta del álabe rodeando el citado núcleo;
- a3)
- introducción del vástago en el manguito para formar un conjunto, y
- a4)
- paso del citado conjunto a través de un orificio de sección reducida para disminuir al menos una dimensión del citado conjunto según una dirección perpendicular a la citada dirección longitudinal y con el fin de crear una unión metalúrgica entre el citado vástago y el citado manguito.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta segunda solución está en particular bien
adaptada a la situación en la cual se desea obtener un álabe en el
que los citados elementos de refuerzo estén presentes solamente en
uno de los citados primero y segundo materiales, estando formado el
otro de los citados primero y segundo materiales solamente por la
citada matriz metálica. Se privilegia entonces la realización de
aquél, entre el núcleo (primer material) y la envuelta (segundo
material), que comprenda los elementos de refuerzo por la técnica de
metalurgia de polvos.
La subetapa a4) de la segunda solución de la
etapa a), consiste en efectuar, preferentemente, un laminado o un
estirado del conjunto, es decir por pasadas sucesivas, con fuerza y
en caliente, entre pares de cilindros cada vez más próximos o en
hileras de sección cada vez más pequeña.
De manera general, esta etapa a) utiliza una
técnica que realiza el compactado, en particular la puesta a
presión entre el núcleo y la envuelta, ya sea en el momento de su
formación conjunta (primera solución), o bien en el momento de su
formación inicial como piezas separadas (segunda solución), con el
fin de crear entre los materiales que les constituyen una unión de
tipo metalúrgico que genere una buena interfaz.
Naturalmente, esta unión de tipo metalúrgico
forma un contacto más íntimo que una unión mecánica, estando los
primero y segundo materiales tan próximos que intervienen las
fuerzas interatómicas. Una interfaz de este tipo permitirá al álabe
resistir de manera satisfactoria las diferentes tensiones a las
cuales está sometido.
En lo que concierne a la realización de la etapa
b) de forjado, son posibles varias soluciones sin salirse del marco
de la presente invención.
En efecto, el forjado consiste, de manera
general, en una operación metalúrgica que tiene por objeto
transformar los lingotes en piezas en bruto de forma determinada
por deformación de un metal llevado a una temperatura en la que
éste sea suficientemente maleable, obteniéndose la deformación ya
sea por choque (pilón, maza), o por presión (prensas con matriz
cerrada) entre dos herramientas.
De acuerdo con una solución preferente, esta
etapa de forjado consiste en un matrizado o estampado. Pueden
utilizarse igualmente otras posibilidades de forjado solas, o en
combinación con el matrizado: forjado en prensa, por pilón...
En particular, el procedimiento de fabricación
de acuerdo con la presente invención se aplica a un primer material
que está formado solamente por la citada matriz metálica que
comprende el aluminio como metal de base y a un segundo material
que está formado por el citado material compuesto de matriz metálica
que comprende los citados elementos de refuerzo dispersados en el
interior de la citada matriz metálica, teniendo la citada matriz
metálica el aluminio como metal de base y estando formados los
citados elementos de refuerzo por partículas de carburo de silicio
(SiC): esta elección preferente permite beneficiarse de una muy
buena interacción entre una aleación de aluminio y partículas de
SiC, como se explica en el documento US 6 135 195, para un material
cuyo precio es menor que el del titanio.
Además, la elección del aluminio como metal de
base permite beneficiarse de sus buenas propiedades de alargamiento,
especialmente en la etapa de forjado e igualmente, en el caso de la
segunda solución de la etapa a), durante la etapa a4) de paso por
un orificio de sección más reducida (laminado o estirado), así como
de su buena resistencia a la corrosión.
La invención se comprenderá mejor, y las
características secundarias y sus ventajas se pondrán de manifiesto
en el transcurso de la descripción de modos de realización del álabe
de acuerdo con la invención dada a continuación a título de
ejemplo.
Naturalmente, la descripción y los dibujos se
dan únicamente a titulo indicativo y no limitativo.
Se hará referencia a los dibujos anejos, en los
cuales:
- la figura 1 es una vista parcial en sección
longitudinal de un turborreactor de doble flujo que muestra una
soplante y un acelerador que ilustran a título de ejemplo
aplicaciones posibles del álabe de acuerdo con la presente
invención,
- la figura 2 es una vista en corte longitudinal
de la disposición que permite la realización de una de las etapas
del procedimiento de fabricación de acuerdo con la presente
invención según una de las soluciones posibles,
- las figuras 3 y 4 son vistas en perspectiva de
álabes truncados en su extremidad radialmente externa que ilustran
aplicaciones posibles del álabe de acuerdo con la presente
invención, y
- la figura 5 es una vista parcial en
perspectiva con corte según la dirección longitudinal de otro álabe
de acuerdo con la presente invención.
Un ejemplo de las aplicaciones posibles del
álabe de acuerdo con la presente invención está representado en la
figura 1 en forma de un turborreactor de doble flujo 100.
Este turborreactor 100 comprende una estructura
tradicional que comprende diferentes elementos dispuestos
axialmente alrededor del eje longitudinal 102, en comunicación de
fluido entre ellos, a saber especialmente una soplante 104 y un
acelerador 106.
Naturalmente, dicho turborreactor comprende los
otros elementos tradicionales de una estructura de este tipo, a
saber un compresor de alta presión, una cámara de combustión, una
turbina de alta presión y una turbina de baja presión, no estando
representados estos diferentes elementos suplementarios por razones
de claridad.
La soplante 104 y el acelerador 106 son puestos
en rotación por la turbina de baja presión gracias al eje de rotor
108.
La soplante 104 comprende una serie de álabes
110 que se extienden radialmente que están montados en un disco
anular 112: uno solo de estos álabes aparece en la figura 1.
Naturalmente, el disco 112 y los álabes 110 están montados en
rotación alrededor del eje 102 del motor 100.
El motor 100 comprende, además, un cárter de
soplante 114.
El acelerador 106 comprende varias series de
álabes móviles 116 en rotación montados en un disco 118 y entre los
cuales están montadas series de álabes fijos 120.
La presente invención se refiere a la obtención
de un álabe que puede constituir en particular cada uno de los
álabes 110 de la soplante 104 y/o cada uno de los álabes móviles 116
y/o de los álabes fijos 120 del acelerador 106.
Igualmente, el álabe de acuerdo con la presente
invención puede constituir igualmente los álabes fijos y/o móviles
de otros elementos de un turborreactor, idéntico o diferente del
representado en la figura 1, tal como un compresor, en particular
un compresor de baja presión.
Como ya se ha mencionado anteriormente, es
conveniente recordar que el álabe de acuerdo con la presente
invención puede encontrar aplicación igualmente en otros ámbitos
que el de la aeronáutica para la formación de elementos
estructurales que deben resistir mecánicamente, al tiempo que
presenten una estructura relativamente ligera.
Se va a describir ahora un ejemplo de
realización del procedimiento de fabricación de acuerdo con la
presente invención que permite la obtención de los álabes
mencionados anteriormente.
En este ejemplo de realización no limitativo, se
considera la realización de un álabe compuesto por un núcleo
realizado de un primer material formado por una aleación a base de
aluminio y una envuelta realizada en un segundo material formado
por un material compuesto de matriz metálica en el cual la matriz
metálica es una aleación a base de aluminio y los elementos de
refuerzo son partículas de carburo de silicio (SiC).
En este caso, se forma en primer lugar un
vástago 10 de aluminio por técnicas clásicas de fabricación de las
aleaciones de aluminio.
Igualmente, se fabrica un manguito 20 realizado
en el segundo material antes citado que forma un compuesto de
matriz metálica que puede obtenerse por la técnica de metalurgia de
polvos.
La próxima etapa consiste en introducir el
vástago 10 en el interior del manguito 20 con el fin de formar un
conjunto 30: está claro que en este estado existe una holgura, o sea
un espacio entre la superficie exterior del vástago 10 y la
superficie interior de la pared del manguito 20.
Con el fin de solidarizar entre sí el vástago 10
y el manguito 20 del conjunto 30, al tiempo que se tenga una buena
interfaz entre estos dos elementos, se elige efectuar un estirado
que está representado en la figura 2.
En esta figura 2, el conjunto 30 aparece siendo
introducido en la entrada 40 de una hilera 42. Esta entrada 40
presenta una forma de tronco de cono con un ángulo en el centro
\alpha que forma el ángulo de reducción. Esta entrada 40 presenta
un diámetro aguas arriba superior al diámetro exterior del manguito
20, mientras que el diámetro aguas abajo de la entrada 40 presenta
un diámetro inferior al diámetro del vástago 10.
En consecuencia, el conjunto 30, durante la
pasada con fuerza y en caliente a nivel de la entrada 40 de la
hilera 42, es reducido en sección por alargamiento, creándose una
interfaz entre el vástago 10 y el manguito 20 que forman
conjuntamente de esta manera un semiproducto complejo 32 a la salida
44 de la hilera 42.
Naturalmente, la etapa de estirado ilustrada en
la figura 2 puede comprender varias pasadas sucesivas en hileras
que presenten diámetros cada vez más pequeños.
En el ejemplo de realización ilustrado, el
ángulo de reducción \alpha es igual a 30º, pudendo variar este
ángulo de reducción, de manera general, entre 1º y 45º y
preferentemente entre 5º y 35º.
De esta manera, se obtiene una reducción de
sección entre el conjunto 30 y el semiproducto complejo 32 del
orden del 10% al 70% y, preferentemente, entre el 20% y el 60%.
Se puede observar que esta técnica de estirado,
especialmente cuando es efectuada por el paso sucesivo por hileras
en serie, permite, por la presión ejercida entre las superficies en
contacto por fricción, una buena cohesión entre los materiales que
constituyen el núcleo y la envuelta.
Este ejemplo de realización ha sido realizado
con un vástago 10 que presenta un diámetro de 30 mm realizado en
una aleación de aluminio de serie 2024 T4, mientras que el manguito
20 presentaba un diámetro exterior de 70 mm y un diámetro interior
de 40 mm que está realizado en un segundo material que forma un
material compuesto de matriz metálica, siendo la matriz metálica
una aleación de aluminio de serie 2024 T4 y estando compuesto el
elemento de refuerzo por partículas de carburo de silicio de un
tamaño medio de 5 \mum a la altura del 15% en peso.
Un estirado de este tipo puede efectuarse a
temperatura ambiente o bien en caliente, en particular con una
temperatura del orden de 400ºC.
Después del estirado, la etapa posterior del
ejemplo de realización descrito de manera detallada consiste en
efectuar un forjado por matrizado con miras a dar la forma casi
definitiva del álabe.
Este matrizado es realizado por etapas sucesivas
en matrices que tienden progresivamente a presentar la forma
definitiva del álabe en condiciones de presión y de temperatura
adaptadas a los materiales para mantener especialmente una buena
interfaz y una buena adhesión entre el núcleo y la envuelta: se han
utilizado una temperatura del orden de 430ºC y una presión del
orden de 100 MPa.
Al final de estas etapas de forjado por
matrizado del semiproducto 32, se obtiene una pieza en bruto (no
representada) que a continuación es mecanizada para llegar a un
producto acabado que forma el álabe de acuerdo con la invención, en
particular un álabe tal como los que están representados en las
figuras 3 a 5.
En estas figuras, el álabe 50, que está
representado de acuerdo con diferentes formas, comprende un núcleo
52 realizado en el primer material que constituye inicialmente el
vástago 10, mientras que la envuelta 54 que rodea al núcleo 52 está
realizada en el segundo material que forma inicialmente el manguito
20 del conjunto 30 de la figura 2.
Como puede verse en las partes en corte
transversal de las figuras 3 y 4, así como en la zona en corte
longitudinal de la figura 5, el álabe 50 presenta una regularidad
de repartición del primer material y el segundo material entre el
núcleo 52 y la envuelta 54.
Este resultado muy satisfactorio es obtenido, en
contra de cualquier expectativa, por técnicas relativamente simples
de poner en práctica, lo que genera propiedades mecánicas
homogéneas, especialmente en las diferentes partes del velo 50a del
álabe, así como una continuidad entre las propiedades mecánicas del
álabe entre el velo 50a y el pie 50b del álabe (véase la figura
5).
En este ejemplo de realización, se comprende que
se ha colocado la aleación de aluminio en la parte central del
álabe, lo que permite beneficiarse de las propiedades de flexión del
aluminio mientras que en la superficie, el material compuesto de
matriz metálica Al/SiC permite una mayor rigidez y una mejor
resistencia al impacto y a la erosión.
Naturalmente, de acuerdo con la aplicación a la
que esté destinado el álabe obtenido de acuerdo con la presente
invención, especialmente de la parte que requiere la mayor rigidez,
se puede elegir colocar el material compuesto de matriz metálica
Al/SiC en el núcleo (en el interior de la pieza mecánica) o bien en
la envuelta (en la superficie de la pieza mecánica).
La presente invención no está limitada a la
utilización de elementos de refuerzo en forma de partículas de
carburo de silicio, pudiendo utilizarse igualmente partículas de
alúmina (Al_{2}O_{3}) o carburos metálicos, tales como el
carburo de tungsteno, el carburo de tungsteno, el carburo de boro o
el carburo de titanio.
Igualmente, como ya se ha expuesto en la parte
de introducción, la presente invención se aplica igualmente a la
realización de un álabe realizado completamente en un material
compuesto de matriz metálica, el cual presente una composición
progresiva en elementos de refuerzo desde el centro del núcleo hacia
la periferia de la envuelta.
Claims (19)
1. Álabe (50, 110) resultante de una etapa
inicial de compresión seguida de una etapa de forjado que permite
dar la forma casi definitiva del álabe, presentando el citado álabe
una dirección principal a lo largo de la cual se extienden una zona
interior que forma un núcleo (52) y una zona periférica que forma
una envuelta (54) que rodea al citado núcleo (52), presentando el
citado núcleo (52) y la citada envuelta (54) una unión metalúrgica
entre ellos resultante de la etapa inicial de compresión, estando
realizado el citado núcleo (52) en un primer material que presenta
al menos una matriz metálica y estando realizada la citada envuelta
(54) en un segundo material que presenta al menos una matriz
metálica, presentando la citada matriz metálica del primer material
el aluminio como metal de base y estando formado al menos uno de los
citados primero y segundo materiales por un material compuesto de
matriz metálica que comprende elementos de refuerzo dispersados en
el interior de la citada matriz metálica, caracterizado
porque la citada matriz metálica del segundo material presenta el
aluminio como metal de base.
2. Álabe (50, 110) de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque las citadas matrices
metálicas del primer y del segundo material están formadas,
respectivamente, por una primera aleación y una segunda aleación,
perteneciendo la citada primera aleación y la citada segunda
aleación a las aleaciones a base de aluminio de las series 2000,
5000, 6000 o 7000 de acuerdo con la normas ASTM.
3. Álabe (50, 110) de acuerdo con la
reivindicación 2, caracterizado porque la citada primera
aleación y la citada segunda aleación pertenecen a la misma serie
de aleación a base de aluminio entre las citadas series 2000, 5000,
6000 o 7000 de acuerdo con las normas ASTM, en particular a la serie
2000.
4. Álabe (50, 110) de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los
citados elementos de refuerzo son partículas de carburo de silicio
(SiC), de alúmina (Al_{2}O_{3}) o de carburo metálico tal como
el carburo de tungsteno, de boro o de titanio.
5. Álabe (50, 110) de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado porque los citados elementos
de refuerzo representan como mucho el 50% en peso de la composición
del citado material compuesto de matriz metálica.
6. Álabe (50, 110) de acuerdo con la
reivindicación 5, caracterizado porque los citados elementos
de refuerzo representan entre el 5% y el 35%, preferentemente entre
el 10% y el 20%, y preferentemente del orden del 15%, en peso de la
composición del citado material compuesto de matriz metálica.
7. Álabe (50, 110) de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque uno de
los primero y segundo materiales está formado por el citado material
compuesto de matriz metálica que comprende los citados elementos de
refuerzo dispersados en el interior de la citada matriz metálica,
estando formado el otro de los citados primero y segundo materiales
solamente por la citada matriz metálica.
8. Álabe (50, 110) de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizado porque el citado primer
material está formado solamente por la citada matriz metálica que
comprende el aluminio como metal de base y porque el citado segundo
material está formado por el citado material compuesto de matriz
metálica que comprende los citados elementos de refuerzo
dispersados en el interior de la citada matriz metálica, teniendo la
citada matriz metálica el aluminio como metal de base y estando
formados los citados elementos de refuerzo por partículas de carburo
de silicio (SiC)
9. Álabe (50, 110) de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los
citados primero y segundo materiales están formados por el citado
material compuesto de matriz metálica que comprende los citados
elementos de refuerzo dispersados en el interior de la citada matriz
metálica, representando los citados elementos de refuerzo un
porcentaje en peso de la composición del citado material compuesto
de matriz metálica diferente en el citado núcleo (52) y en la
citada envuelta (54).
10. Álabe (50, 110) de acuerdo con la
reivindicación 9, caracterizado porque los citados elementos
de refuerzo representan un porcentaje en peso de la composición del
citado material compuesto de matriz metálica progresivo en el
citado primer material y en el citado segundo material, desde el
centro del citado núcleo (52) hacia la periferia de la citada
envuelta (54).
11. Álabe (50, 110) de acuerdo con las
reivindicaciones 9 o 10, caracterizado porque el citado
primer material presenta, para los citados elementos de refuerzo,
un porcentaje en peso de la composición del citado material
compuesto de matriz metálica mayor que en el citado segundo
material.
12. Álabe (50, 110) de acuerdo con las
reivindicaciones 9 o 10, caracterizado porque el citado
segundo material presenta, para los citados elementos de refuerzo,
un porcentaje en peso de la composición del citado material
compuesto de matriz metálica mayor que en el citado primer
material.
13. Compresor de baja presión que comprende
álabes fijos y/o móviles de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12.
14. Soplante (104) de turborreactor que
comprende álabes (110) de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12.
15. Procedimiento de fabricación de un álabe
(50, 110) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a
12, caracterizado porque comprende sucesivamente las etapas
siguientes:
(a) se realiza por compresión un semiproducto
que contiene un núcleo (52) y una envuelta (54), presentando el
citado núcleo (52) y la citada envuelta (54) una unión metalúrgica
entre ellos resultante de la etapa inicial de compresión,
presentando el citado núcleo (52) que está realizado en un primer
material al menos una matriz metálica a base de aluminio y
presentando la citada envuelta (54) que está realizada en un segundo
material al menos una matriz metálica a base de aluminio, y estando
formado al menos uno de los citados primero y segundo materiales
por un material compuesto de matriz metálica que comprende elementos
de refuerzo dispersados en el interior de la citada matriz
metálica,
(b) se realiza el forjado del semiproducto que
contiene el núcleo (52) y la envuelta (54) que han sido comprimidos
conjuntamente en la etapa precedente para obtener una pieza en bruto
que presenta la forma casi definitiva del álabe, y
(c) se mecaniza la citada pieza en bruto para
llegar a un producto acabado que forma el citado álabe.
16. Procedimiento de fabricación de acuerdo con
la reivindicación 15 con miras a la obtención de un álabe de
acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque la
citada etapa a) consiste en formar conjuntamente el núcleo (52) y
la envuelta (54) por la técnica de metalurgia de polvos.
17. Procedimiento de fabricación de acuerdo con
la reivindicación 15 con miras a la obtención de un álabe de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,
caracterizado porque la citada etapa a) consiste en realizar
sucesivamente las subetapas siguientes:
a1) formación de un vástago (10) que se extiende
según una dirección longitudinal en el citado primer material,
estando destinado el citado vástago (10) a formar el citado núcleo
(52) colocado en el interior del álabe;
a2) formación de un manguito (20) que se
extiende según una dirección longitudinal en el citado segundo
material, estando destinado el citado manguito (20) a formar la
envuelta (54) del álabe rodeando el citado núcleo (52);
a3) introducción del vástago (10) en el manguito
(20) para formar un conjunto (30), y
a4) paso del citado conjunto (30) a través de un
orificio de sección reducida para disminuir al menos una dimensión
del citado conjunto según una dirección perpendicular a la citada
dirección longitudinal y con el fin de crear una unión metalúrgica
entre el citado vástago (10) y el citado manguito (20).
18. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 17, caracterizado porque la citada subetapa
a4) consiste en efectuar un laminado o un estirado.
19. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque la
citada etapa b) consiste en efectuar un matrizado.
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