[發明專利]定向結晶件的焊補

無效

• 申請號: 00803632.2
• 申請日: 2000-10-04
• 公開（公告）號: CN1339996A
• 公開（公告）日: 2002-03-13
• 發明（設計）人: R·W·斯馬舍伊;J·H·斯奈德;B·L·博尼
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B23K31/02
• 分類號: B23K31/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 周備麟,章社杲

本發明涉及具有用定向結晶(directional?soliolification)產生的定向晶粒組織的零件的焊補，更具體言，其涉及定向結晶鎳基高溫合金(superalloy)的焊補。

發明的背景

金屬零件可以制成具有定向結晶晶粒組織，以提高其高溫力學性能。在定向結晶時，熔融金屬在規定該零件形狀的模型內從該模型一端單方向地冷卻。金屬首先在該析出熱的一端凝固，然后隨著溫度降到該固相線溫度(solidus?temperature)以下，該金屬沿著該模型長度凝固。該形成的組織有一些沿著該模型長度和該熱流方向平行地伸長的晶粒。該晶界同樣和該熱流方向平行。按照最快成長的結晶方向或在該首先凝固端引起的籽晶取向，該晶粒典型地表現為一種定向晶粒組織。為了獲得良好的高溫性能目的選擇晶粒取向。

用定向結晶獲得的該零件的工作中位置應使該主力學載荷施加在和凝固時的該熱流方向平行的方向上。和該熱流方向平行的該晶粒組織取向使材料在此方向上具有最高的強度。此外，和該熱流方向平行的該晶界取向減少晶界蠕變發生率。定向結晶用于制造在飛機燃氣渦輪發動機中最熱部分內使用的鎳基高溫合金鑄件。

當該零件定向結晶時，可能產生鑄造缺陷，該缺陷的型式有為所有鑄造過程共有的，也有為定向結晶所特有的。這些缺陷通常表現為裂紋——特別是和凝固方向平行地伸展的晶間裂紋。還可能產生既在凝固時，也在工作時產生的其他型式缺陷。

該定向結晶件的生產成本較高，因此人們希望修復在鑄造或工作時產生的該缺陷，如果此種修復可行的話。在一種方法中，該缺陷可通過用填充金屬填充該缺陷，然后凝固的焊接工藝修理，或者通過其他填充作業修理。此種技術對于等軸零件(equiaxed?article)已為人熟知。但當用于定向結晶件時，其結果為一種不充分的修復，因為該種修復具有不均勻的顯微組織，并且其力學性能低得不能接受，該修復件可能表現出較該無缺陷零件為低的韌性。

有必要發展一種修理定向結晶金屬零件的改進方法。本發明填補了此一需要，另外還具有相關的優點。

本發明簡介

本發明提出一種修理定向結晶件的方法。此方法產生化學上均勻的組織，而且產生和該零件其余部分相同取向的晶粒組織。其結果便是修復件的性能等于或相當接近于該零件的無缺陷部分。因此該修復件可以用于工作，其性能和無缺陷零件相比無重大降低。

修理定向結晶件的一種方法包含提供一個定向結晶件的步驟，該定向結晶件包含一種基體材料，該基體材料具有一個固相線溫度和一個修理區，且帶有晶?；旧虾湍谭较蚱叫械厣扉L的晶粒組織。該修理區還包括一個和該凝固方向平行地伸長的缺陷。將該零件在含有防止該基體材料氧化的保護氣體的室內加熱到大約為該基體材料固相線溫度60～98％——最好約為60～80％——的修理溫度。在將該零件保持在修理溫度上的同時，用填充金屬填充該缺陷。該填充步驟包括提供其成份和該定向結晶件的該基體材料基本上相同的填充金屬源以及在和該凝固方向平行的方向上將該填充金屬源相對于該零件移動的同時，將該填充金屬逐步熔入該缺陷，從而使該填充金屬在該缺陷內凝固。選擇性地亦可在該凝固方向的約45°角度內從該零件中人工地析出熱。

該零件最好用鎳基高溫合金制造。該零件的缺陷典型地是一條和該凝固方向平行地伸展的裂紋，而且更典型地是一條晶間裂紋。本發明亦能用于修復其他型式的缺陷。在加熱前，最好將該缺陷內存在的任何異物除去。除去異物通常靠磨掉圍繞該缺陷的基體材料，從而造成一個準備用該填充金屬填充的孔穴，再化學清理包括該缺陷在內的該修理區。

本方法造成一個修理區，在該修理區內，原始的缺陷用和該零件的基體金屬相同的材料填充。在填充該缺陷時，將該零件加熱至高溫，以便減小該填充金屬和該基體金屬之間不相容性的發生概率，從而也減小由于該基體金屬在中間溫度區內韌性低而造成的該基體金屬失效的可能性。

原來含有該缺陷的修理區的該晶粒組織和該零件的其余部分組織相同。該修復區的晶粒組織具有取向和原始熱流方向平行的該基體金屬成份的晶粒，而晶界亦和該熱流方向平行。晶粒尺寸可能有異，但是該修復區的該定向晶粒組織對性能不造成危害，不像該修復區內的該晶粒組織是等軸的或者具有和該熱流方向垂直的晶界情況下所見到的那種情況。

因此本方法可以在零件性能降低很少——如果有的話——情況下修復鑄態的或者工作中使用的定向結晶件中的缺陷。本發明的其他特點和優點將從下文結合附圖的優先實施例的更詳細說明中了解到。該附圖通過例子說明本發明的原理。但是發明的范圍并不限于此優先實施例。