CN1726297A - 从合金制备有改善的可焊性和/或机械加工性的部件的方法 - Google Patents

Abstract

现有技术中已知的合金不具有足够的用于生产部件的加工性。根据本发明方法，在中间步骤中对该部件进行热处理，可提高其可加工性。

Description

从合金制备有改善的可焊性和/或机械 加工性的部件的方法

根据权利要求1，本发明涉及一种从合金制备具有改善的可焊性和/或机械可加工性的部件的方法。

US-PS 5938863公开一种镍基超级合金，为了改善疲劳性能，该合金添加碳化物。

US-PS 6120624公开一种在焊接前对镍基超级合金进行热处理的方法，以避免在焊接后热处理时形成裂缝。在热处理期间使用很小的冷却速率(3F/分钟＝1.66℃/分钟，或者更小)。

US-PS 4579602以及US-PS 4574015公开对铸造超级合金的热处理，以改善对该材料的锻造。

由US-PS 5374319、US-PS 5106010和EP 478374可知，在部件中，局部限制的焊接区被加热到老化温度以上的温度。这使得处于不同温度的部件中存在应力。

由合金制备部件的过程中，必须在不同制备的中间步骤中加工该部件。合金经常不具有理想的性质，以进行最佳的加工。

合金可以是较脆的，因此妨碍了机械加工(矫直，切削，研磨)。

同样，必须经常焊接裂缝或空隙，然而合金的可焊性常常较差。

因此，本发明的任务是克服上述的问题。

根据权利要求1，该任务是通过一种从合金制备具有改善的可焊性和/或机械加工性的部件的方法而得到解决。

在从属权利要求中列出了其他有利的方法步骤。

可以将从属权利要求中提及的措施以有利的方式和方法互相组合。

附图为：

图1、2：示例性说明制备工艺过程中合金的温度对时间的曲线，和

图3：合金的不同显微结构。

图2表示制备工艺过程中示例性的合金的温度对时间的曲线。

合金例如是经析出而硬化的铁基、镍基或钴基等超级合金。

合金可由一种粉末烧结的或以熔融金属浇注的，或被定向凝固而制成部件。也可考虑其他制备方式。

当用于铸造工艺的合金被熔化时，温度大于熔融温度T_液态。熔融体被铸造(图中左面区域)，然后大致缓慢地受控或不受控地进行冷却，使得温度低于固相线T_固态。部件凝固。将部件冷却，例如冷却到室温(温度轴T与时间轴t的交点)。

铸造方法后，例如进行非必须的再压缩，特别是在铸造工艺后直接进行，即，铸造后没有冷却部件。

再压缩例如通过热等静压制(HIP)(图2的I区)进行，或者也可通过烧结进行，以填补缺陷，如空隙、气孔......。

再压缩也可在其他制备步骤后进行，例如在焊接后进行。再压缩(例如HIP)过程中的温度低于部件合金的固相线T_固态。

在这情形下(进行或不进行再压缩)，由合金构成的部件被进行机械加工(例如矫直或切削，研磨)和/或对部件中的缺陷进行焊接修补，特别是在室温下进行。

然而，部件的合金性质经常不适应机械加工条件(可焊性和机械加工性)。

通过本发明随后的改善性热处理，例如增大离析物，例如通过使合金结构过老化的过时效热处理，部件的显微结构(组织(Gefuge))发生改变，使合金的可加工性相对于未处理的组织得以改善。组织特征是指晶体结构、析出物和次生相等。

举例来说，特别是过时效热处理可直接在再压缩工艺后进行，尤其是在同一炉中，或者在铸造或烧结后进行。

部件没有冷却(图2，区I、II的过渡)或者只是稍微进行冷却。

以HIP方法实施再压缩工艺，这样在改善热处理时，压力可以保持稳定、缓慢下降或者取消压力。

这里，改善性热处理时温度的保持时间可以被取消或减少，因为通过HIP-后处理的保持时间已经至少部分或完全实现了。

过时效热处理可任选地在温度的保持时间之后，通过大致为每分种2℃-5℃较小的冷却速率，特别是每分钟2℃-3℃，尤其是2.33℃/分钟，而直接在再压缩工艺后进行(图2，II区)。

图1表示当部件从热等静压制中取出并传送到另一炉中的时间曲线。

过时效热处理是通过在某一温度的高热处理，任选在该温度有保持时间(图2的曲线，取消高热)，并且例如通过较小的冷却速率进行，该冷却速率大致为每分钟2℃-5℃，特别是每分钟2℃-3℃，尤其是2.33℃/分钟(图1，II区)。

对IN738LC进行过时效热处理，还会导致增大析出物，例如具有以下参数：

以10℃-25℃/分钟加热(如果需要)，

保持温度/保持时间，1180℃+0℃-10℃/保持时间任选3小时，

以2℃-3℃/分钟冷却，特别是2.33℃/分钟。直到950℃，然后空气冷却。

对于IN939，使用同样的参数。

对于Rene80，保持温度为1204℃+/-15℃。

过时效热处理的保持温度例如也是HIP-温度。

不过该温度可以升高或降低。

通过过时效热处理，可导致γ′相的过时效，由此基本上提高了基材的可锻性。

相对于未处理的合金，通过过时效热处理例如改善了合金的可焊性，尤其是在室温下的可焊性。

此外，由于该合金比未处理的合金具有改善的机械可锻性，因此部件有更好的矫直性(机械变形性)和/或更好的切削或研磨加工性。

对于该部件以后的使用范围，如高温使用(einsatz)，这样得到的结构比热处理前的结构相比具有更差(schlechtere)的性质。

由于差的可焊性和矫直性，至今不使用高固性的镍超级合金，如IN939、Rene80和IN738C，特别是对于大而薄壁的部件，如炉膛内衬。这种合金表明具有强度提高的γ′相，并可以不受限制地采用本发明方法进行加工和使用(带有焊合处)。

目前所选原料为Hastelloy X。该原料有较好的可焊性，但是与其他原料种类相比，具有有限的高温强度和矫直性。

过时效热处理后，任选地将缺陷处(裂缝、空隙......)例如借助微观等离子体粉末堆焊或等离子体粉末堆焊进行修复。

使用其他焊接方法，如手工的钨-惰性气体-焊接，原则上同样可行。

焊接时形成的焊合处任选地可被锤打(敲打)，因为诱导了压力应力致使进行冷却硬化。同样，由此可减少或消除孔或其他的缺陷。

之后，例如在相应的装置中的部件进行冷矫直以校正部件几何形状。

之后，例如对部件进行固溶处理(对于上述原料而言，大致1180℃至例如1200℃)，随后进行快速冷却(例如每分钟20℃-40℃，直到800℃，然后空气冷却)，即，比改善性热处理时的冷却速率更快。

这样，过时效的结构再次“清除”，即，至少部分地消除了粗的析出物并，例如通过调节精细分散的γ′-结构(快速冷却)，部件重新获得合金的优良高温性质。

对于部件使用范围而言，必要时该结构比热处理以进行改善加工性的部件的结构具有更好的性质。

对具有γ′相的原料进行过时效热处理过程中，该γ′相溶解。若γ′相溶解，则进行缓慢的冷却，此时γ′相析出，并相应地粗大化。粗大化不仅导致γ′相的平均直径增大，而且例如也使得γ′相球形化(spherodisation)，即，较少立方体的，而是更多被压制出薄片状。这样的粗大化导致可锻性的提高。

对于不具有γ′相的其他原料进行相应的热处理，使微结构改变，由此特别是在室温下，改善了部件的可加工性。

改善合金加工性的方法可用于新制的部件，以及用于使用(修复)中的部件。该做法如下所述。

清洗(除去氧化/腐蚀产物)使用的部件，并且例如进行去层。

然后鉴定该部件，即，确定裂缝和孔隙。

然后进行过时效热处理，紧接着在室温下对裂缝和孔进行焊接修复，或者对部件进行矫直。

然后任选地对所产生的焊合处进行冷整形(锤打或敲打)。

随后例如再次进行热处理(例如固溶处理)，以调节理想的精细分散的γ′-结构。

还任选地对焊合处进行其他的后处理，例如局部热处理。

固溶处理例如在与过时效热处理温度相同的温度下进行，但是为避免γ′结构粗大化，要快速冷却。冷却很快，以至于γ′相没有完全析出，但至少部分保持强制溶解(zwangsgelst)。

任选地可进行搁置时效处理，以析出理想的γ′结构(细小的块状颗粒)。

焊接时，特别是使用同种焊剂或其组成与部件相同的焊剂。同种的是指，该焊剂具有与部件大致相同的组成，或者与基材相同的高温性质。例如，焊剂的成分具有与部件材料一样的比例份数。

任选可以不用焊剂。

尤其是要避免较少高温固体的焊剂。

当焊剂通过析出而变硬，即其强度升高，则焊合处几乎不能或完全不能减小部件的强度。

对于析出物(例如γ′相)而言，焊剂应至少具有35％体积份数(在显微照片中)。

焊接后锤打焊合处，是对焊接后第一次热处理期间形成的裂缝施压。

为了形成良好的且无裂缝的焊合处，过时效热处理和锤打的结合首先能够在室温下进行至少同种的焊接。

已知对于IN939的过时效温度为1180℃，是高于现有技术公开的(1160℃，US-PS 6120624)。

例如，焊接后的后热处理如下进行：

以10℃-25℃/分钟加热并保持温度以给定的时间，以20℃-40℃/分钟进行冷却，使过时效结构溶解。

以10℃-25℃/分钟加热并保持温度以给定的时间(固溶退火)，以20℃-40℃/分钟进行冷却。

并任选

以10℃-25℃/分钟加热并在某规定保持温度以给定的时间，冷却(搁置时效热处理)。

为了达到所需要的机械性质，对于使用的部件，再次制备理想的精细分散的γ′相。

图3表示一种超级合金的不同显微结构。

该实施例中，表示合金IN738的显微结构。

图3a)表示具有立方初生γ′和细小次生γ′相的合金，这样产生高强度的合金，该合金具有较小的可锻性。

图3b)表示过时效的显微结构，其具有薄片状的γ′相，但是没有次生γ′相。与图3a相比，该显微结构具有更高的可锻性。

Claims (25)

1.从一种通过析出而可硬化的合金制备部件的方法，该方法中，在一中间步骤中，通过在焊接前和/或机械加工前的改善性热处理部件而使机械加工性和/或可焊性得到改善，

析出物粗大化，

由此使焊接和/或机械加工得到改善，并且

该方法中，改善性热处理至少部分地在以2℃-3℃/分钟的冷却速率缓慢冷却过程中进行。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，作为对部件的改善性热处理，进行过时效热处理，以使析出物粗大。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，焊接和/或机械加工后再次进行热处理，以致使得与未经热处理的相比，对部件的使用范围来说进行这样的调节的结构具有更好的性质。

4.根据权利要求1、2或3的方法，其特征在于，焊接和/或机械加工后进行后热处理，使析出物粗大化至少部分地再得到减弱。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于，为了制备部件，从合金的熔融体铸造部件。

6.根据权利要求1、2、3、4或5的方法，其特征在于，该部件被再压缩。

7.根据权利要求1、2或6的方法，其特征在于，该部件在改善性热处理之前被再压缩。

8.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，该部件在某一规定温度高加热，并且改善性热处理至少部分地通过缓慢冷却而进行。

9.根据权利要求6或7的方法，其特征在于，改善性热处理直接在再压缩后进行。

10.根据权利要求5的方法，其特征在于，改善性热处理直接在铸造后进行。

11.根据权利要求6、7或9的方法，其特征在于，再压缩借助于热等静压制而进行。

12.根据权利要求1或5的方法，其特征在于，作为合金，使用铁基、镍基或钴基超级合金。

13.根据权利要求12的方法，其特征在于，该合金具有γ′相。

14.根据权利要求1、3或4的方法，其特征在于，对焊接使用同种的焊剂。

15.根据权利要求1、3或4的方法，其特征在于，对焊接使用一种焊剂，该焊剂与合金具有相同的组成。

16.根据权利要求1、3、4、14或15的方法，其特征在于，对焊接使用一种焊剂，其通过析出而硬化。

17.根据权利要求1、3、4、14、15或16的方法，其特征在于，焊接时形成焊合处，至少锤打一个焊合处。

18.根据权利要求1或5的方法，其特征在于，作为合金，使用原料IN738LC或IN939。

19.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，对改善性热处理将部件保持在一温度，然后对部件进行冷却。

20.根据权利要求1、2或19的方法，其特征在于，改善性热处理至少在合金的固溶处理温度下进行。

21.根据权利要求1、2、19或20的方法，其特征在于，过时效热处理在1180℃进行。

22.根据权利要求4的方法，其特征在于，为了使粗大的析出物至少部分再次减弱，后热处理至少部分地在固溶处理温度下进行。

23.根据权利要求4或22的方法，其特征在于，为了使粗大的析出物至少部分地再次减弱，后热处理至少部分地在冷却速率为20℃～40℃/分钟的冷却时进行。

24.根据权利要求16的方法，其特征在于，焊剂析出的体积量至少为35％。

25.根据权利要求6的方法，其特征在于，再压缩的温度低于部件材料的固相线。

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