[發(fā)明專利]處理納米結(jié)構(gòu)鐵素體合金的方法和由其制造的制品

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010609810.9
• 申請(qǐng)日: 2010-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN102134689A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·迪多米奇奧;M·J·阿林格;R·J·斯托尼特施;S·V·坦布
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號(hào): C22C38/58
• 分類號(hào): C22C38/58;C22C38/50;B82Y30/00;B22F3/04;B22F9/08;F01D5/28;F01D9/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李進(jìn);林毅斌

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及納米結(jié)構(gòu)鐵素體合金(NFA)，更特別是，涉及處理所述合金，以便含NFA且如此處理的制品適用于挑戰(zhàn)環(huán)境的方法。

背景技術(shù)

燃?xì)鉁u輪機(jī)在極端環(huán)境工作，這些環(huán)境使渦輪機(jī)部件(尤其是渦輪機(jī)熱區(qū)段中的那些部件)暴露于高工作溫度和應(yīng)力。為了使渦輪機(jī)部件經(jīng)受這些條件，它們必需由能夠經(jīng)受這些苛刻條件的材料制造。由于在最高達(dá)90％的熔融溫度保持強(qiáng)度，并且具有極佳的耐環(huán)境性能，超合金已用于這些高要求應(yīng)用。特別是，鎳基超合金已廣泛在整個(gè)燃?xì)鉁u輪機(jī)中使用，例如在渦輪機(jī)葉片、噴嘴、輪、隔片、盤、軸、葉盤和輪蓋中應(yīng)用。然而，用于改善燃?xì)鉁u輪機(jī)性能的設(shè)計(jì)需要具有甚至更高溫度能力的合金。

為了達(dá)到所需的機(jī)械性能，在重型渦輪機(jī)部件中使用的鎳基超合金需要特殊處理步驟。被稱為鑄鍛(C&W)方法的該方法以三個(gè)熔融操作開始：真空感應(yīng)熔煉(VIM)、電渣重熔(ESR)和真空弧重熔(VAR)。初始VIM操作使這些元素一起混合，形成目的合金；然而，存在顯著雜質(zhì)和大量化學(xué)分離。需要隨后ESR和VAR步驟來產(chǎn)生化學(xué)純的?均勻錠。所得VAR錠的晶粒太粗糙，以致于不能得到必需的機(jī)械性質(zhì)。結(jié)果，錠由雙縮鍛和拉伸操作斷裂，導(dǎo)致鎳基超合金結(jié)構(gòu)重結(jié)晶和精煉。最后，鍛造坯料，并機(jī)械加工成其最終所需形狀。

納米結(jié)構(gòu)鐵素體合金(NFA)是一類顯示異常高溫性能的新出現(xiàn)合金，據(jù)認(rèn)為，這種合金衍生自納米大小的氧化物簇，這種氧化物簇在機(jī)械成合金步驟后熱固結(jié)期間沉淀。這些氧化物簇出現(xiàn)在高溫，在工作期間提供強(qiáng)、穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)。與需要遵循C&W方法以得到所需性質(zhì)的很多鎳基超合金不同，NFA通過不同處理途徑制造。與C&W方法一樣，合金化學(xué)通過VIM操作產(chǎn)生。然而，在初始熔融后，NFA霧化，并收集為固體粉末顆粒。然后，這些粉末顆粒與氧化物添加劑混合，并在鋼丸(steel?shot)存在下研磨，直到氧化物添加劑溶于金屬基質(zhì)。ESR和VAR步驟不需要。

為了使任何材料最佳地用于例如重型渦輪機(jī)的大的熱區(qū)段部件，也可能期望表現(xiàn)可接受的連續(xù)循環(huán)疲勞裂紋擴(kuò)展速率和可接受的停留時(shí)間疲勞裂紋擴(kuò)展速率兩者。這種材料也可能期望用于較小的渦輪機(jī)部件，例如，用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的盤，這些可能具有不同組所需或需要特性。任何此類合金也期望與常規(guī)鑄鍛方法相比，能夠用耗能和/或耗時(shí)較少的方法制造成所需的制品。

發(fā)明內(nèi)容

一方面，本發(fā)明提供一種包含納米結(jié)構(gòu)鐵素體合金的成形制品，其中該制品不通過擠出形成。

本發(fā)明還提供一種包含納米結(jié)構(gòu)鐵素體合金的渦輪機(jī)部件。

另一方面，本發(fā)明提供一種形成包含納米結(jié)構(gòu)鐵素體合金的渦輪機(jī)部件的方法。此方法不包括擠出。

還另一方面，本發(fā)明提供一種形成包含納米結(jié)構(gòu)鐵素體合金的渦輪機(jī)部件的方法。所述方法包括，通過真空感應(yīng)熔煉使納米結(jié)構(gòu)鐵素體合金熔融，使納米結(jié)構(gòu)鐵素體合金熔體霧化，將霧化的粉末過篩，在氧化物存在下研磨經(jīng)霧化的粉末，直到氧化物溶入金屬基質(zhì)，并在惰性環(huán)境下將粉末裝罐并熱等靜壓。

附圖說明

通過閱讀以下詳述并參考附圖，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，其中在全部附圖中相似的字符代表相似的元件，其中：

圖1為本文提供的方法的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖。

具體實(shí)施方式

除非另外定義，本文所用的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語均具有本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的相同含義。本文所用術(shù)語“第一”、“第二”等不表示任何次序、量或重要性，而是用于區(qū)分一個(gè)元素與另一個(gè)元素。另外，術(shù)語“一”和“該”不表示量的限制，而是表示存在至少一個(gè)所述項(xiàng)目，并且除非另外說明，術(shù)語“前部”、“后部”、“底部”和/或“頂部”只是為了方便說明使用，不限于任何一個(gè)位置或空間取向。如果范圍?公開，則涉及相同部件(或組分)或性質(zhì)的所有范圍的端點(diǎn)為包括性的并且可以獨(dú)立組合(例如，“最高達(dá)約25％重量，或更特別是，約5％重量至約20％重量”范圍包含端點(diǎn)和“約5％重量至約25％重量”范圍的所有中間值等)。與量相關(guān)使用的修飾詞“約”包含所述值在內(nèi)，并且具有由上下文指定的含義(例如，包括與具體量測量相關(guān)的誤差度)。

本發(fā)明提供包含納米結(jié)構(gòu)鐵素體合金的成形制品，其中該制品不通過擠出形成。現(xiàn)在已意外地發(fā)現(xiàn)，所成形的制品可由此類合金制造而不用擠出步驟，這是有利的，因?yàn)閿D出限制最終部件幾何尺寸。即，擠出步驟需要減小橫截面面積，這使部件直徑限于排除制品用于很多應(yīng)用的尺寸。