[發明專利]具有多個晶粒結構的用于在高應力環境中使用的制品

在審

• 申請號: 201580016735.6
• 申請日: 2015-03-27
• 公開（公告）號: CN107073571A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 崔巖;馮干江;S.C.科蒂林加姆;M.J.萊洛克;林德超
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B22D21/02
• 分類號: B22D21/02;B22D27/04;B22D30/00;C22C19/05;F01D5/14;F01D5/28;F01D9/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 嚴志軍,譚祐祥

相關申請的交叉引用

本申請要求2014年3月27日提交的美國臨時申請序列第61/971,109號的優先權，其內容由此以其整體并入。

技術領域

本文中公開的主題涉及用于在高應力環境中使用的制品及其制造方法。更具體而言，主題涉及加強用于渦輪的熱區段中的制品的耐久性。

背景技術

暴露于高溫環境的制品可經歷由于制品內的局部應力而引起的應力裂開。該局部應力可由材料內的溫度梯度引起，這可導致不同的膨脹速率。材料的部分可更快速地膨脹，并且可引起相鄰區域上的張力。如果未緩解，則應力裂紋可擴散穿過制品，并且導致制品的故障，如蠕變、熱疲勞等。

焊接裂開的制品可提供暫時的修理。此類修理可允許制品在一時間段內返回到服務操作。然而，該類型的修理可為破壞性的，并且可為昂貴的。例如，發電的燃氣渦輪的修理可迫使渦輪脫機，或者噴氣發動機的修理可迫使飛行器在執行修理時停在地面。結果，制造者期望可減小應力引發的裂開的頻率并且延長修理之間的時間的較長壽命的構件。

超級合金可用于制造這些制品來減小應力裂開的可能性。這些材料可相比于其它金屬合金提供優異的機械性質。然而，甚至這些材料可經受應力引發的裂開，并且可需要定期修理。這些高強度合金可具有較差的可焊接性，其可使得通過焊接的修理為困難的，并且由此可使構件不可修理。因此，本領域中所需的是具有高應力環境中的加強的耐久性的制品，其可在較長時間間隔內操作而不修理，或者其可焊接。

發明內容

根據本發明的一個方面，一種形成制品的方法可包括：加熱金屬來形成具有金屬溫度的熔融金屬；將模具加熱至大于或等于金屬溫度的模制溫度；將熔融金屬引入至模具；冷卻熔融金屬的第一部分，同時將熔融金屬的第二部分保持在金屬溫度處，其中第一部分具有第一側和第二側，其中第二側與第一側相對并且鄰近第二部分，并且其中冷卻包括從第一側到第二側逐漸地冷卻第一部分，使得凝固界面從第一側前進至第二側；以及在第一部分冷卻成低于或等于結晶溫度之后從多個方向冷卻熔融金屬的其余部分。

根據本發明的另一個方面，一種用于渦輪的零件可包括：具有基部壁和附件的基部，其中附件構造用于機械附接渦輪構件；從基部壁延伸的翼型件；其中零件包括：包括基部和翼型件的第一區段的第一部分和包括翼型件的第二區段的第二部分，其中第一部分包括具有定向凝固的晶粒的金屬，而第二部分包括具有等軸晶粒的金屬，并且其中當零件使用時，定向凝固的晶粒的最長維度平行于零件中的預計拉伸應力延伸。

這些及其它的優點和特征將從連同附圖進行的以下描述變得更加顯而易見。

附圖說明

認作是本發明的主題在說明書的結尾處的權利要求中特別指出并且明確要求權利。本發明的前述及其它特征和優點從連同附圖進行的以下詳細描述中顯而易見，在該附圖中：

圖1為模制的金屬零件的截面的圖示。

圖2為具有定向凝固(DS)的晶粒的鑄造的金屬零件的截面的圖示。

圖3為具有混合晶粒結構的模具中的金屬零件的截面的圖示。

圖4為具有附連在兩個壁之間的翼型件的渦輪中使用的金屬零件的圖示。

詳細描述參照附圖經由實例闡釋了本發明的實施例，以及優點和特征。

具體實施方式

渦輪零件可包括具有翼型件區段的葉片和/或導葉。渦輪零件可暴露于高溫流體流。該流可引起渦輪零件的一些區域中的高熱應力，其至少部分地歸因于由沿零件的表面流動的高溫流體強加在零件上的熱梯度。渦輪零件可包括中空部分、腔或通路，使得其可使用各種方法冷卻，以降低零件內的溫度梯度，由此減小零件內的內部應力的大小。此類冷卻方法可包括內部冷卻方法(例如，對流冷卻、沖擊冷卻等)或外部冷卻方法(例如，模冷卻、瀉流冷卻、蒸發冷卻、針鰭冷卻等)。

渦輪零件可由金屬，如金屬合金鑄造。超級合金可用于加強這些零件的耐久性。固相金屬和金屬合金可具有微觀晶體結構。也稱為晶粒的這些微觀晶體可形成固體金屬的體積內的微結構。這些晶粒結構將特定性質給予金屬，如包括拉伸強度、極限強度、硬度、延性等的結構性質。本文中公開了具有混合晶粒結構(如零件的不同區域中的兩個或更多個不同晶粒結構)的金屬渦輪零件，以及用于形成這些結構的方法。