CN107073571A - 具有多个晶粒结构的用于在高应力环境中使用的制品 - Google Patents

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CN107073571A CN201580016735.6A CN201580016735A CN107073571A CN 107073571 A CN107073571 A CN 107073571A CN 201580016735 A CN201580016735 A CN 201580016735A CN 107073571 A CN107073571 A CN 107073571A
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M.J.莱洛克
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Abstract

一种形成制品的方法可包括加热金属来形成具有金属温度的熔融金属；将模具加热至大于或等于金属温度的模制温度；将熔融金属引入至模具；冷却熔融金属的第一部分，同时将熔融金属的第二部分保持在金属温度处，其中第一部分具有第一侧和第二侧，其中第二侧与第一侧相对并且邻近第二部分，并且其中冷却包括从第一侧到第二侧逐渐地冷却第一部分，使得凝固界面从第一侧前进至第二侧；以及在第一部分冷却成低于或等于结晶温度之后从多个方向冷却熔融金属的其余部分。

Description

具有多个晶粒结构的用于在高应力环境中使用的制品
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年3月27日提交的美国临时申请序列第61/971,109号的优先权，其内容由此以其整体并入。
技术领域
本文中公开的主题涉及用于在高应力环境中使用的制品及其制造方法。更具体而言，主题涉及加强用于涡轮的热区段中的制品的耐久性。
背景技术
暴露于高温环境的制品可经历由于制品内的局部应力而引起的应力裂开。该局部应力可由材料内的温度梯度引起，这可导致不同的膨胀速率。材料的部分可更快速地膨胀，并且可引起相邻区域上的张力。如果未缓解，则应力裂纹可扩散穿过制品，并且导致制品的故障，如蠕变、热疲劳等。
焊接裂开的制品可提供暂时的修理。此类修理可允许制品在一时间段内返回到服务操作。然而，该类型的修理可为破坏性的，并且可为昂贵的。例如，发电的燃气涡轮的修理可迫使涡轮脱机，或者喷气发动机的修理可迫使飞行器在执行修理时停在地面。结果，制造者期望可减小应力引发的裂开的频率并且延长修理之间的时间的较长寿命的构件。
超级合金可用于制造这些制品来减小应力裂开的可能性。这些材料可相比于其它金属合金提供优异的机械性质。然而，甚至这些材料可经受应力引发的裂开，并且可需要定期修理。这些高强度合金可具有较差的可焊接性，其可使得通过焊接的修理为困难的，并且由此可使构件不可修理。因此，本领域中所需的是具有高应力环境中的加强的耐久性的制品，其可在较长时间间隔内操作而不修理，或者其可焊接。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种形成制品的方法可包括：加热金属来形成具有金属温度的熔融金属；将模具加热至大于或等于金属温度的模制温度；将熔融金属引入至模具；冷却熔融金属的第一部分，同时将熔融金属的第二部分保持在金属温度处，其中第一部分具有第一侧和第二侧，其中第二侧与第一侧相对并且邻近第二部分，并且其中冷却包括从第一侧到第二侧逐渐地冷却第一部分，使得凝固界面从第一侧前进至第二侧；以及在第一部分冷却成低于或等于结晶温度之后从多个方向冷却熔融金属的其余部分。
根据本发明的另一个方面，一种用于涡轮的零件可包括：具有基部壁和附件的基部，其中附件构造用于机械附接涡轮构件；从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区段的第一部分和包括翼型件的第二区段的第二部分，其中第一部分包括具有定向凝固的晶粒的金属，而第二部分包括具有等轴晶粒的金属，并且其中当零件使用时，定向凝固的晶粒的最长维度平行于零件中的预计拉伸应力延伸。
这些及其它的优点和特征将从连同附图进行的以下描述变得更加显而易见。
附图说明
认作是本发明的主题在说明书的结尾处的权利要求中特别指出并且明确要求权利。本发明的前述及其它特征和优点从连同附图进行的以下详细描述中显而易见，在该附图中：
图1为模制的金属零件的截面的图示。
图2为具有定向凝固(DS)的晶粒的铸造的金属零件的截面的图示。
图3为具有混合晶粒结构的模具中的金属零件的截面的图示。
图4为具有附连在两个壁之间的翼型件的涡轮中使用的金属零件的图示。
详细描述参照附图经由实例阐释了本发明的实施例，以及优点和特征。
具体实施方式
涡轮零件可包括具有翼型件区段的叶片和/或导叶。涡轮零件可暴露于高温流体流。该流可引起涡轮零件的一些区域中的高热应力，其至少部分地归因于由沿零件的表面流动的高温流体强加在零件上的热梯度。涡轮零件可包括中空部分、腔或通路，使得其可使用各种方法冷却，以降低零件内的温度梯度，由此减小零件内的内部应力的大小。此类冷却方法可包括内部冷却方法(例如，对流冷却、冲击冷却等)或外部冷却方法(例如，模冷却、泻流冷却、蒸发冷却、针鳍冷却等)。
涡轮零件可由金属，如金属合金铸造。超级合金可用于加强这些零件的耐久性。固相金属和金属合金可具有微观晶体结构。也称为晶粒的这些微观晶体可形成固体金属的体积内的微结构。这些晶粒结构将特定性质给予金属，如包括拉伸强度、极限强度、硬度、延性等的结构性质。本文中公开了具有混合晶粒结构(如零件的不同区域中的两个或更多个不同晶粒结构)的金属涡轮零件，以及用于形成这些结构的方法。
在涡轮零件的制造中，金属可模制成选择的零件形状，例如在铸造过程中。在此类过程中，金属可加热至熔化温度，例如，足以熔化金属并且形成均一金属混合物的温度，其中均一金属混合物具有单相微结构。例如，在均一金属混合物中，成分可为均匀的。熔化温度可取决于选择用于铸造的金属的成分变化。熔化温度可大于金属合金的金属组分的熔化温度，使得金属可形成均一混合物。熔化温度可大于或等于2300oF(1260℃)，例如2500oF(1371℃) - 3000oF(1649℃)，或2600oF(1427℃) - 2800oF(1538℃)。
模具可加热至等于或大于熔化温度的温度，使得熔融金属可流入并且填充模具腔而不凝固。模具可通过将模具置于熔炉或其它适合的热源中来加热。熔炉可将模具的温度保持在熔化温度处或高于熔化温度。可选地，模具可包括电加热元件，用于提供附加加热和/或用于控制沿模具表面的部分的温度。
模具的表面可冷却成使相邻体积的熔融金属凝固。当熔融金属的一部分沿该冷却表面冷却时，熔融金属的其余部分的温度可保持高于熔化温度。以该方式，温度梯度可建立在熔融金属中。温度梯度可沿熔融金属的单个线性维度建立。该梯度可通过沿模具的维度控制模具腔表面温度和冷却表面的温度来保持。热能流出熔融金属的方向可由建立的温度梯度控制。热能可沿邻近冷却表面的平面除去，使得离开金属的热通量穿过平面。
在一定体积的熔融金属冷却成低于其凝固温度时，其可形成邻近冷却表面的凝固金属层。凝固金属可用作导热体，以从邻近凝固层的熔融金属除去热，桥接冷却表面与凝固界面(例如，熔融相和凝固相两者沿其邻接的表面)之间的距离。以该方式，凝固界面可从冷却表面递增地移动穿过模具腔容积。在冷却过程期间控制热能流动可允许定向凝固(DS)晶粒结构建立在凝固金属中。此类晶粒结构可具有邻近彼此的金属晶体或晶粒，其包括协调的定向。这些晶粒可共用公共轴向维度(例如，最长维度)，使得各个晶粒的最长维度平行于公共轴线延伸。这些DS晶粒的轴向维度的方向可垂直于热能在冷却期间从其取出的平面。DS晶粒的轴向维度的方向可平行于热从金属的表面除去的方向。
DS晶粒可通过保持热能在金属凝固时从金属除去的方向来沿一维度增长，例如，通过保持选择的温度梯度。遍及模具腔内的金属的温度可通过控制从热源如熔炉流入金属的能量的量，以及从冷却表面如激冷板除去的能量的量来控制。金属的冷却速率可通过调整从冷却表面除去的能量的量来控制。通过控制能量除去的速率，熔融金属可从冷却表面递增地，例如逐渐地冷却。能量除去的特定速率能够基于特定零件如零件设计、壁厚和材料来容易确定。
控制金属铸件的冷却速率可将加强的结构特征给予至零件。然而，此类过程可为耗时的，并且可延长用于铸造零件的处理时间。通过在选择的(多个)区域中在铸造金属零件中形成DS微结构，处理时间可相比于在铸造零件形成为具有各处的DS微结构的情况下减少。以该方式，零件可具有期望的结构特征，其中较好的结构完整性位于零件的较高应力区域中，同时处理时间减少。
逐渐冷却可允许具有垂直于冷却表面的轴线的定向凝固晶粒的形成。在相邻金属冷却为固体DS晶粒时，凝固界面可沿从冷却表面的温度梯度的维度移动。一旦金属的部分(例如，体积)冷却，则模具可从热源除去，并且可允许其余熔融金属沿多个表面冷却，不只是从冷却表面。以该方式，其余金属可相比于冷却成形成DS晶粒结构的金属的部分快速地冷却。在能量通过模具腔的多个表面吸收时，此类冷却可在其余金属中形成等轴晶粒。在该等轴区段中的金属晶粒增长可在多个方向上沿多个维度发生。
制造成具有DS晶粒(例如，具有DS晶粒结构)的金属零件的部分可选择成金属零件的任何部分。以该方式形成为具有DS晶粒的零件的部分可包括零件的高达60%的总体积，例如，10%到50%，或25%到50%。
冷却成形成DS晶粒的金属零件的体积可选择成包括将在零件使用时看到最高应力的零件的部分。经历最高应力的零件的部分可按经验或按分析来确定。这些应力可至少部分地由于冲击零件的表面的气体温度和由于绕着涡轮轴的旋转而作用于零件上的离心力而出现。例如，邻近外侧壁或外护罩的翼型件的部分可具有最高应力。因此，翼型件的外护罩和相邻部分可形成为具有DS晶粒结构来加强该区域中的零件的耐久性。DS晶粒可定向成使得晶粒的最长维度可在零件使用时与预计的拉伸负载平行。DS晶粒可定向成使得晶粒的最长维度可平行于翼型件长度L(沿附图中的l轴线延伸)。DS晶粒定向可将增强的拉伸强度贡献于零件，使得当零件使用时(即，在涡轮操作期间)，零件的拉伸强度可超过作用于零件上的拉伸应力。
DS晶粒结构可形成在零件的选择体积中。例如，模具的冷却表面可沿平行于翼型件的前缘的表面的方向控制来自熔融金属的热通量。DS晶粒结构(例如，在图4中的线84左侧的区域中)可形成为垂直于前缘的表面的、从前缘的深度(见图4中的深度D)，如通过沿箭头82的方向取出热。包括DS晶粒的零件的选择体积可包括如按经验或按分析确定的零件的高应力区。
图1为在模具14中铸造的金属零件10的截面的图示。金属2可保持在熔炉6内的保持器4，如坩埚中。熔炉6可提供热能8用于熔化金属2和/或用于加热模具14。熔炉6的热能8可用于将金属2保持在均一熔融状态20(绘出为波浪线)。一旦熔化，则金属2可经由通路22和模具入口24引入到模具腔12中，例如由重力流动到其中。任何适合的方法可用于将金属2引入至模具腔12，例如压力协助泵送和/或真空协助牵引。模具可利用金属2填充至期望的体积。冷却流体可引入至冷却板30。冷却板30可提供冷却表面32。冷却表面可产生热通量34，其从金属2抽取热能。冷却表面32可沿单个维度，例如沿l轴线维度从金属2抽取热能。
图2为铸造的金属零件10的截面的图示，金属零件10具有定向凝固(DS)的晶粒42(绘出为l轴线维度上的平行直线)。DS晶粒42可从冷却板30沿正交于冷却表面32的方向(与穿过冷却表面32的热通量34的方向相反)增长。DS晶粒42的轴向维度(例如，最长维度)可具有遍及金属的DS部分的协调定向，使得晶粒的轴线平行于正交于冷却表面32的公共轴线(例如，l轴线)延伸。DS晶粒42可在金属2的其余部分保持在均一的熔融相20中时形成，如在其余部分由熔炉6加热时。这可建立凝固界面38，其中熔融金属邻接凝固的金属相。凝固界面38可从冷却表面32沿与穿过冷却表面32的热通量34相反的方向递增地前进。例如，在相邻DS晶粒42沿凝固界面38以微观层递增地形成时，模具14可从熔炉沿方向50逐渐地取出。以该方式，金属的一部分可保持在熔融均一相20(绘出为波浪线)中，同时另一部分凝固成DS晶粒42，使得凝固界面38沿与热通量34相反的方向前移。
图3为在金属2的凝固完成之后的具有混合晶粒结构的模具14中的金属零件10的截面的图示。金属零件10可包括基部26和翼型件70。基部26可构造成机械地附接于涡轮构件，如护罩、轴、相邻零件的基部、平台等。此类附接可为非永久的，使得金属零件10可在外部(例如，从涡轮的外侧)修理或替换，而不损坏周围的构件。
金属零件10可首先通过由冷却板30的冷却表面32引发的沿第一维度(l轴线维度)的热通量34冷却。热通量34可沿平行于穿过冷却表面32的热通量34的单个方向从金属2除去热能。模具14内的均一熔融金属20的其余部分可保持在大于或等于金属2的熔化温度的温度处，使得温度梯度可在l轴线维度上建立。一旦凝固界面38前移至预定位置(例如，离冷却表面32一距离)，则模具14可从熔炉6除去以使DS晶粒42的形成停止。可允许凝固界面38从邻接冷却表面32的第一侧55前进至第二侧57，以限定具有DS晶粒42的第一部分56。第一部分56可包括翼型件70的第一区段76。
一旦具有DS晶粒42的第一部分56凝固，则可冷却模具14内的均一熔融金属20的其余部分。第二部分58可在第一部分56形成之后由均一熔融金属20的其余部分限定。第二部分58可包括翼型件70的第二区段78。第二部分78可由穿过多个表面的沿多个方向的多个热通量36冷却。在该类型的冷却期间，在不保持单个温度梯度的情况下，均一熔融金属20可凝固，具有等轴晶粒44(绘出为交叉阴影线)，其中独立晶粒的轴向方向并未形成具有协调定向或平行于公共轴线。在等轴晶粒44的形成期间的冷却速率可比在DS晶粒42的形成期间更迅速。在等轴晶粒44的形成期间的冷却速率可通过迫使冷却流体穿过模具14和/或沿模具14的表面来增大。在等轴晶粒44的形成期间，金属2可利用任何适合的骤冷剂骤冷，如空气、油、水等。
图4为用于涡轮中的金属零件60的图示，金属零件60具有附连于内侧壁62和外侧壁64的翼型件70。翼型件可具有沿l轴线维度远离内侧壁62延伸的长度L、前缘72和后缘74。金属零件60可具有高应力区80。高应力区80可在邻近外侧壁64的前缘72的区域中。金属零件60可铸造具有混合晶粒结构，其中具有第一侧55和第二侧57的第一部分56包括DS晶粒42，而第二部分58包括等轴晶粒44。第一侧55可与第二侧57相对。第一部分56可包括高应力区80。第一部分56可包括翼型件的第一区段76和外侧壁64。第二区段部分58可包括翼型件的第二区段78和内侧壁62。第一部分56的第二侧57可邻近第二部分58。正好在金属零件60沿多个方向冷却之前的凝固界面38的位置可确定具有DS晶粒42的零件的部分与具有等轴晶粒44的金属零件60的部分之间的边界。一旦零件是该情况，则具有混合晶粒结构。
铸造零件可包括中空区段。中空区段可允许冷却流体穿过零件以在操作期间冷却零件。中空区段可减小零件的质量。
用于涡轮的零件可包括具有翼型件部分和基部部分的涡轮叶片。用于涡轮的零件可包括具有中心翼型件部分和两个护罩部分(例如，内护罩或基部，以及外护罩)的导叶。内护罩可认作是等同于涡轮叶片的基部部分。基部部分可包括用于将零件装固于涡轮的构件使得零件和构件机械连通的机械附件。零件的基部可附接于涡轮构件，其可包括护罩、轴、相邻零件的基部、平台等。
涡轮零件可暴露于高应力环境。高应力可至少部分地为沿零件的表面流动并且在零件内产生温度梯度的热流体的结果。因此，温度梯度可引起零件内的高内部应力，并且可导致零件的表面处的应力裂开。
金属合金可包括任何金属和/或非金属。金属合金可包括铝(Al)、硼(B)、碳(C)、钴(Co)、铬(Cr)、铪(Hf)、铁(Fe)、镍(Ni)、铌(Nb)、铼(Re)、钽(Ta)、钛(Ti)、钨(W)和锆(Zr)，以及包括前述中的至少一种的组合，如，镍基超级合金(例如，包括Ni、Cr和Co的合金，或包括Ni、Cr、Co、Al、Ti、B、Zr的合金)。金属合金的一些实例可包括哈氏合金、Inconel合金("IN")、沃斯帕罗伊合金、Rene合金，如GTDlll, GTD222, GTD262, Mar M247, IN 738, Rene80, IN 939, Rene N2, Rene 108, IN 706, Nimonic 263，或包括前述中的至少一种的组合。金属合金中的这些元素的成分可显著地变化。例如，金属合金的成分可具有以下重量百分比(wt%)范围：
Al：0 wt% - 6.0 wt%，例如大于0wt%到6.0wt%，或0.5wt%到4.5wt%；
B：0 wt% - 0.06 wt%，例如大于0wt%到0.06wt%，或0.01wt%到0.05wt%；
C：0 wt% - 0.2 wt%，例如大于0wt%到2.0wt%，或0.05wt%到0.15wt%；
Co：0 wt% - 20 wt%，例如大于0wt%到20wt%，或2.0wt%到18.0wt%；
Cr：5 wt% - 22.5 wt%，或8wt%到18wt%；
Hf：0 wt% - 1.5 wt%，例如大于0wt%到1.5wt%，或0.1wt%到1.0wt%；
Fe：0 wt% - 19 wt%，例如大于0wt%到19wt%，或5.0wt%到15.0wt%；
Ni：40 wt% - 85 wt%，例如45wt%到80wt%，或50wt%到80wt%；
Nb：0 wt% - 5 wt%，例如大于0wt%到5.0wt%，或1.0wt%到4.0wt%；
Re：0 wt% - 3 wt%，例如大于0wt%到3.0wt%，或0.05wt%到2.5wt%；
Ta：0 wt% - 7.5 wt%，例如大于0wt%到7.5wt%，或1.0wt%到6.5wt%；
Ti：0 wt% - 5 wt%，例如大于0wt%到5.0wt%，或0.05wt%到4.0wt%；
W：0 wt% - 12.5 wt%，例如大于0wt%到12.5wt%，或2.0wt%到10wt%；
Zr：0 wt% - 0.1 wt%，例如大于0wt%到0.1wt%，或0.05wt%到0.1wt%。
具有DS晶粒结构的材料可相比于等轴晶粒结构展现加强的抗蠕变应变性。例如，具有DS晶粒结构的金属合金可在断裂之前耐受高达等轴晶粒结构的蠕变应变12倍的蠕变应变，并且忍受蠕变应变达高达比之久85%。
本申请提供了关于零件(例如，涡轮零件，如翼型件和叶片)的许多优点。由于零件在较高应力的区域中包括DS晶粒，故这些区域增强(例如，相比于仅具有等轴晶粒的零件)。结果，用于零件的材料选择扩展，并且先前不足以提供期望的机械性质的可焊接材料可被利用，同时仍获得期望的性质。
在下面阐述用于形成本文中公开的制品和多个制品的方法的一些实施例。
实施例1：形成制品的方法，其包括：加热金属来形成具有金属温度的熔融金属；将模具加热至大于或等于金属温度的模制温度；将熔融金属引入至模具；冷却熔融金属的第一部分，同时将熔融金属的第二部分保持在金属温度处，其中第一部分具有第一侧和第二侧，其中第二侧与第一侧相对并且邻近第二部分，并且其中冷却包括从第一侧到第二侧逐渐地冷却第一部分，使得凝固界面从第一侧前进至第二侧；以及在第一部分冷却成低于或等于结晶温度之后从多个方向冷却熔融金属的其余部分。
实施例2：实施例1的方法，其中冷却熔融金属的其余部分还包括从所有模具表面冷却熔融金属。
实施例3：实施例1-2中任一个的方法，其中第一部分的体积大于或等于制品的总体积的20%。
实施例4：实施例1-3中任一个的方法，包括确定制品的较高应力区域。
实施例5：实施例4的方法，其中较高应力区域在第一部分内。
实施例6：由实施例1-5中任一个的方法制作的用于涡轮的零件。
实施例7：用于涡轮的零件，其包括：具有基部壁和附件的基部；从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区段的第一部分和包括翼型件的第二区段的第二部分，其中第一部分包括具有定向凝固的晶粒的金属，而第二部分包括具有等轴晶粒的金属。
实施例8：实施例7的零件，包括具有护罩壁的护罩，其中翼型件在基部与护罩壁之间延伸，并且其中第二部分还包括护罩。
实施例9：实施例7-8中任一个的零件，其中第一部分包括第一部分体积，并且其中第一部分体积小于或等于零件的总体积的60%。
实施例10：实施例7-9中任一个的零件，其中金属包括GTD111, GTD222, GTD262,Mar M247, IN 738, Rene 80, IN 939, Rene N2, Rene 108，或包括前述中的至少一种的组合。
实施例11：实施例7-9中任一个的零件，其中金属为金属合金，并且其中金属合金包括7.5到9.0重量百分比的Cr、9.5到10.5重量百分比的Co、5.0到6.0重量百分比的Al、0.50到1.5重量百分比的Ti、0.2到1重量百分比的Mo、2到4重量百分比的Ta、9到11重量百分比的W、1到2重量百分比的Hf、0.025到0.075重量百分比的Zr、0.010到0.020重量百分比的B、0.10到0.20重量百分比的C，以及余量的Ni(例如，其中金属包括8.1重量百分比的Cr、10重量百分比的Co、5.5重量百分比的Al、1重量百分比的Ti、0.6重量百分比的Mo、3重量百分比的Ta、10重量百分比的W、1.5重量百分比的Hf、0.05重量百分比的Zr、0.015重量百分比的B、0.16重量百分比的C，以及余量的Ni)。
实施例12：实施例7-9中任一个的零件，其中金属为金属合金，并且其中金属合金包括13到15重量百分比的Cr、9到10重量百分比的Co、2到4重量百分比的Al、4到6重量百分比的Ti、1到3重量百分比的Mo、2到4重量百分比的Ta、3到5重量百分比的W、0.01到0.03重量百分比的Zr、0.008到0.02重量百分比的B、0.050到0.20重量百分比的C，以及余量的Ni(例如，其中金属包括14重量百分比的Cr、9.5重量百分比的Co、3重量百分比的Al、4.9重量百分比的Ti、1.6重量百分比的Mo、2.8重量百分比的Ta、3.8重量百分比的W、0.02重量百分比的Zr、0.012重量百分比的B、0.10重量百分比的C，以及余量的Ni)。
实施例13：实施例7-9中任一个的零件，其中金属为金属合金，并且其中金属合金包括19到25重量百分比的Cr、12到21重量百分比的Co、1.5到3.5重量百分比的Al、1.0到3.9重量百分比的Ti、0.050到3.0重量百分比的Ta、0.050到3.5重量百分比的W、0.0050到0.050重量百分比的Zr、0.0010到0.060重量百分比的B、0.050到0.20重量百分比的C、0.05到2重量百分比的Nb，以及余量的Ni(例如，其中金属包括22.5重量百分比的Cr、19重量百分比的Co、1.2重量百分比的Al、2.3重量百分比的Ti、1重量百分比的Ta、2重量百分比的W、0.012重量百分比的Zr、0.005重量百分比的B、0.10重量百分比的C、0.8重量百分比的Nb，以及余量的Ni)。
实施例14：实施例7-9中任一个的零件，其中金属为金属合金，并且其中金属合金包括15.5到17.5重量百分比的Cr、7到9重量百分比的Co、1到5重量百分比的Al、2.5到6.0重量百分比的Ti、0.50到3.0重量百分比的Mo、0.70到3.0重量百分比的Ta、0.050到3.5重量百分比的W、0.0050到0.15重量百分比的Zr、0.0010到0.060重量百分比的B、0.050到0.20重量百分比的C、0.05到2重量百分比的Nb，以及余量的Ni(其中金属包括16重量百分比的Cr、8.5重量百分比的Co、3.5重量百分比的Al、3.5重量百分比的Ti、1.7重量百分比的Mo、1.7重量百分比的Ta、2.5重量百分比的W、0.05到0.1重量百分比的Zr、0.01重量百分比的B、0.09到0.17重量百分比的C、0.8重量百分比的Nb，以及余量的Ni)。
实施例15：实施例7-9中任一个的零件，其中金属为金属合金，并且其中金属合金包括13到15重量百分比的Cr、7.0到11重量百分比的Co、1到5重量百分比的Al、2.5到6.0重量百分比的Ti、3.1到6重量百分比的Mo、2到6重量百分比的W、0.0050到0.15重量百分比的Zr、0.0010到0.060重量百分比的B、0.050到0.20重量百分比的C，以及余量的Ni(其中金属包括14重量百分比的Cr、9.5重量百分比的Co、3重量百分比的Al、5重量百分比的Ti、4重量百分比的Mo、4重量百分比的W、0.03重量百分比的Zr、0.015重量百分比的B、0.16重量百分比的C，以及余量的Ni)。
实施例16：实施例7至15中任一个的零件，其中当零件使用时，定向凝固的晶粒的最长维度平行于零件中的预计拉伸应力延伸。
实施例17：实施例7至16中任一个的零件，其中附件构造用于机械附接涡轮构件。
实施例18：实施例7至10中任一个的零件，其中零件不为可焊接的。
实施例19：实施例18的零件，其中金属包括Mar M247, IN 738, Rene 80, IN939, Rene N2, Rene 108，或包括前述中的至少一种的组合。
实施例20：实施例18的零件，其中金属包括IN 738, Rene 80, IN 939, Rene N2,Rene 108，或包括前述中的至少一种的组合。
实施例21：实施例7至10中任一个的零件，其中零件为可焊接的。
实施例22：实施例21的零件，其中金属包括GTD111, GTD222, GTD262, IN X-750,沃斯帕罗伊合金, Nimonic 263，或包括前述中的至少一种的组合。
实施例23：实施例21的零件，其中金属包括GTD111, GTD222, GTD262, 或包括前述中的至少一种的组合。
实施例24：实施例7-9中任一个的零件，其中金属为金属合金，并且其中金属合金包括大于0wt%到6.0wt%的Al；大于0wt%到0.06wt%的B；大于0wt%到2.0wt%的C；大于0wt%到20wt%的Co；5wt%到22.5wt%的Cr；大于0wt%到19wt%的Fe；大于0wt%到5.0wt%的Nb；以及可选地Re, Ta, Ti, W和/或Zn；余量的Ni。
金属合金的可焊性可特征在于其含有的γ'主相的量。这些材料还可特征在于合金中的铝的重量百分比与钛的重量百分比之间的关系。发现，以下关系建立了用于金属合金的YAl对XTi图表的区，该金属合金可认作是能够使用常规熔焊技术焊接，如弧焊、氧燃料焊接、电阻焊接、激光束焊接、电子束焊接和铝热焊接：
YAl ≤ -0.5XTi ＋ 3 [1]
其中，YAl为合金的铝的重量百分比，并且XTi为合金的钛的重量百分比。
如本文中使用的，具有可满足[1]的关系的成分的金属合金可认作是可焊接的。如本文中使用的，具有不满足[1]的关系的成分的金属合金可认作是不可焊接的。
虽然已经结合仅有限数量的实施例来详细描述本发明，但应当容易理解，本发明不限于此类公开的实施例。相反，可修改本发明，以并入迄今未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变型、更改、替换或等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的多种实施例，但将理解，本发明的方面可包括所描述的实施例中的仅一些。因此，本发明不视为由前述描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (15)

1.一种形成制品的方法，其包括：
加热金属来形成具有金属温度的熔融金属；
将模具加热至大于或等于所述金属温度的模制温度；
将所述熔融金属引入至所述模具；
冷却所述熔融金属的第一部分，同时将所述熔融金属的第二部分保持在所述金属温度处，其中所述第一部分具有第一侧和第二侧，其中所述第二侧与所述第一侧相对并且邻近所述第二部分，并且其中所述冷却包括从所述第一侧到所述第二侧逐渐地冷却所述第一部分，使得凝固界面从所述第一侧前进至所述第二侧；以及
在所述第一部分冷却成低于或等于结晶温度之后从多个方向冷却所述熔融金属的其余部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，冷却所述熔融金属的其余部分还包括从所有模具表面冷却所述熔融金属。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一部分的体积大于或等于所述制品的总体积的20%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括确定所述制品的较高应力区域。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述较高应力区域在所述第一部分内。
6.一种由权利要求1所述的方法制作的用于涡轮的零件。
7.一种用于涡轮的零件，包括：
具有基部壁和附件的基部；
从所述基部壁延伸的翼型件；
其中所述零件包括：包括所述基部和所述翼型件的第一区段的第一部分和包括所述翼型件的第二区段的第二部分，其中所述第一部分包括具有定向凝固的晶粒的金属，而所述第二部分包括具有等轴晶粒的所述金属。
8.根据权利要求7所述的零件，其特征在于，所述零件包括具有护罩壁的护罩，其中所述翼型件在所述基部与所述护罩壁之间延伸，并且其中所述第二部分还包括所述护罩。
9.根据权利要求7所述的零件，其特征在于，所述第一部分包括第一部分体积，并且其中所述第一部分体积小于或等于所述零件的总体积的60%。
10. 根据权利要求7所述的零件，其特征在于，所述金属为金属合金，并且其中所述金属合金包括GTD111, GTD222, GTD262, Mar M247, IN 738, Rene 80, IN 939, Rene N2,Rene 108，或包括前述中的至少一种的组合。
11.根据权利要求7所述的零件，其特征在于，所述金属为金属合金，并且其中所述金属合金包括7.5到9.0重量百分比的Cr、9.5到10.5重量百分比的Co、5.0到6.0重量百分比的Al、0.50到1.5重量百分比的Ti、0.2到1重量百分比的Mo、2到4重量百分比的Ta、9到11重量百分比的W、1到2重量百分比的Hf、0.025到0.075重量百分比的Zr、0.010到0.020重量百分比的B、0.10到0.20重量百分比的C，以及余量的Ni。
12.根据权利要求7所述的零件，其特征在于，所述金属为金属合金，并且其中所述金属合金包括13到15重量百分比的Cr、9到10重量百分比的Co、2到4重量百分比的Al、4到6重量百分比的Ti、1到3重量百分比的Mo、2到4重量百分比的Ta、3到5重量百分比的W、0.01到0.03重量百分比的Zr、0.008到0.02重量百分比的B、0.050到0.20重量百分比的C，以及余量的Ni。
13.根据权利要求7所述的零件，其特征在于，所述金属为金属合金，并且其中所述金属合金包括19到25重量百分比的Cr、12到21重量百分比的Co、1.5到3.5重量百分比的Al、1.0到3.9重量百分比的Ti、0.050到3.0重量百分比的Ta、0.050到3.5重量百分比的W、0.0050到0.050重量百分比的Zr、0.0010到0.060重量百分比的B、0.050到0.20重量百分比的C、0.05到2重量百分比的Nb，以及余量的Ni。
14.根据权利要求7所述的零件，其特征在于，所述金属为金属合金，并且其中所述金属合金包括15.5到17.5重量百分比的Cr、7到9重量百分比的Co、1到5重量百分比的Al、2.5到6.0重量百分比的Ti、0.50到3.0重量百分比的Mo、0.70到3.0重量百分比的Ta、0.050到3.5重量百分比的W、0.0050到0.15重量百分比的Zr、0.0010到0.060重量百分比的B、0.050到0.20重量百分比的C、0.05到2重量百分比的Nb，以及余量的Ni。
15.根据权利要求7所述的零件，其特征在于，所述金属为金属合金，并且其中所述金属合金包括13到15重量百分比的Cr、7.0到11重量百分比的Co、1到5重量百分比的Al、2.5到6.0重量百分比的Ti、3.1到6重量百分比的Mo、2到6重量百分比的W、0.0050到0.15重量百分比的Zr、0.0010到0.060重量百分比的B、0.050到0.20重量百分比的C，以及余量的Ni。
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