DE112018000608T5

DE112018000608T5 - Verfahren zur wärmebehandlung eines metallformteils, und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE112018000608T5
Application number: DE112018000608.5T
Authority: DE
Inventors: Kousuke FUJIWARA; Hidetaka HARAGUCHI; Shuji TANIGAWA; Masashi Kitamura; Masaki Taneike; Nobuhiko Saito; Toshinobu OHARA
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2019-11-07
Also published as: US20190338382A1; JP6809918B2; CN109963672A; WO2018143227A1; CN109963672B; JP2018123366A

Abstract

Ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils umfasst: einen Formhalteschicht-Bildungsschritt in Form des Ausbildens einer Formhalteschicht mit einem oberhalb der Solidustemperatur Ts einer Zusammensetzung des Metallformteils liegenden Schmelzpunkt auf einer Oberfläche des Metallformteils durch Behandeln des Metallformteils; und einen ersten Wärmebehandlungsschritt in Form des Durchführens einer ersten Wärmebehandlung an dem Metallformteil bei einer ersten Temperatur T1 nach dem Ausbilden der Formhalteschicht. Wenn eine Referenztemperatur Ta eine um 100°C unterhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet und Tm den Schmelzpunkt der Formhalteschicht darstellt, werden der Formhalteschicht-Bildungsschritt und der erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt, dass sie den Ausdruck Ta ≤ T1 ≤ Tm erfüllen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils, sowie ein Herstellungsverfahren.
STAND DER TECHNIK
Um die Eigenschaften eines Metallformteils zu verändern, wird das Metallformteil in einigen Fällen einer Wärmebehandlung unterzogen. So offenbart beispielsweise Patentdokument 1 eine Technik zur Wärmebehandlung eines mittels 3D-Druck bzw. additiver Fertigung (additiver Metallfertigung) gebildeten Metallformteils bei einer nicht unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Metallelements liegenden Temperatur, um auf diese Weise die Anisotropieeigenschaften in horizontaler und vertikaler Richtung zu reduzieren.
Literaturliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: JP 5901585 B
ZUSAMMENFASSUNG
Zu lösende Probleme
Um die Eigenschaften eines Metallformteils zu verändern, kann das Metallformteil indessen in einigen Fällen einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur in der Nähe oder nicht unterhalb der Solidustemperatur der Zusammensetzung des Metallformteils unterzogen werden. In Fällen, in welchen das Metallformteil einer solchen Wärmebehandlung unterzogen wird, kann sich aufgrund der hohen Temperatur allerdings eine Festigkeitsverringerung oder ein Anschmelzen des Metallformteils ergeben. 9 ist ein Diagramm, welches einen Zustand zeigt, bei dem eine Korngrenze infolge Durchführung einer Wärmebehandlung an einer Ni-basierten wärmebeständigen Legierung bei einer Temperatur nahe der Solidustemperatur angeschmolzen ist. In Fällen, in welchen aufgrund einer hohen Temperatur eine solche Festigkeitsverringerung oder ein Anschmelzen des Metallformteils auftritt, verformt sich das Metallformteil, und es ist nicht länger möglich, die gewünschte Form des Metallformteils aufrecht zu erhalten.
Zumindest eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde unter Berücksichtigung des vorstehend beschriebenen typischen Sachverhalts gemacht, und es ist eine Aufgabe zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils sowie ein Herstellungsverfahren bereitzustellen, mit welchem es möglich ist, die Eigenschaften des Metallformteils in geeigneter Weise zu verändern und gleichzeitig eine Verformung des Metallformteils zu verhindern.
Lösung der Probleme
(1) Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils: einen Formhalteschicht-Bildungsschritt in Form des Ausbildens einer Formhalteschicht mit einem oberhalb der Solidustemperatur Ts einer Zusammensetzung des Metallformteils liegenden Schmelzpunkt auf einer Oberfläche des Metallformteils durch Behandeln des Metallformteils; und einen ersten Wärmebehandlungsschritt in Form des Durchführens einer ersten Wärmebehandlung an dem Metallformteil bei einer ersten Temperatur T1 nach dem Ausbilden der Formhalteschicht. Wenn eine Referenztemperatur Ta eine um 100°C unterhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet und Tm den Schmelzpunkt der Formhalteschicht darstellt, werden der Formhalteschicht-Bildungsschritt und der erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt, dass sie den Ausdruck Ta ≤ T1 ≤ Tm erfüllen.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils (1) wird selbst in Fällen, in welchen das Metallformteil bei einer hohen Temperatur (der ersten Temperatur T1), die gleich oder höher als die Referenztemperatur Ta ist und relativ nahe an der mit dem beginnenden Auftreten einer Flüssigphase in der Metallstruktur des Metallformteils verbundenen Solidustemperatur Ts liegt, einer Wärmebehandlung unterzogen wird, eine Formhalteschicht mit einem oberhalb der ersten Temperatur T1 und der Solidustemperatur Ts der Zusammensetzung des Metallformteils liegenden Schmelzpunkt auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildet, womit es möglich ist, eine durch Festigkeitsverringerung oder Anschmelzen bei einer hohen Temperatur bedingte Verformung des Metallformteils zu verhindern. Durch die Wärmebehandlung in einem Hochtemperaturbereich nahe der Solidustemperatur Ts oder einem nicht unterhalb der Solidustemperatur Ts liegenden Hochtemperaturbereich ist es somit möglich, die Eigenschaften des Metallformteils in geeigneter Weise zu verändern und gleichzeitig eine Verformung des Metallformteils zu verhindern.
Weiterhin kann im Rahmen der ersten Wärmebehandlung die erste Temperatur T1 mit der Zeit innerhalb eines Bereichs, welcher den Ausdruck Ta ≤ T1 ≤ Tm erfüllt, verändert werden, oder kann die erste Temperatur T1 unabhängig von der Zeit konstant sein.
(2) In einigen Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß Gegenstand (1) wird, wenn eine Referenztemperatur Tb eine um 50°C unterhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet, der erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt, dass er den Ausdruck Tb ≤ T1 erfüllt.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils (2) wird selbst in Fällen, in welchen das Metallformteil bei einer hohen Temperatur (der ersten Temperatur T1), die gleich oder höher als die Referenztemperatur Tb ist und noch näher an der mit dem beginnenden Auftreten einer Flüssigphase in der Metallstruktur des Metallformteils verbundenen Solidustemperatur Ts liegt, einer Wärmebehandlung unterzogen wird, eine Formhalteschicht mit einem oberhalb der ersten Temperatur T1 und der Solidustemperatur Ts der Zusammensetzung des Metallformteils liegenden Schmelzpunkt auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildet, womit es möglich ist, eine durch Festigkeitsverringerung oder Anschmelzen bei einer hohen Temperatur bedingte Verformung des Metallformteils zu verhindern. Durch die Wärmebehandlung in einem Hochtemperaturbereich nahe der Solidustemperatur Ts oder einem nicht unterhalb der Solidustemperatur Ts liegenden Hochtemperaturbereich ist es somit möglich, die Eigenschaften des Metallformteils in geeigneter Weise zu verändern und gleichzeitig eine Verformung des Metallformteils zu verhindern.
(3) In einigen Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß Gegenstand (1) oder (2) wird, wenn eine Referenztemperatur Tc eine um 50°C oberhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet, der erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt, dass er den Ausdruck T1 ≤ Tc erfüllt.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils (3) verhindert die Formhalteschicht eine Verformung des Metallformteils, und es ist möglich, eine durch Festigkeitsverringerung oder Anschmelzen bei einer übermäßig hohen Temperatur bedingte Verformung zu verhindern.
(4) In einigen Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß Gegenstand (3) wird, wenn eine Referenztemperatur Td eine um 30°C oberhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet, der erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt, dass er den Ausdruck T1 ≤ Td erfüllt.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils (4) verhindert die Formhalteschicht eine Verformung des Metallformteils, und es ist möglich, eine durch Festigkeitsverringerung oder Anschmelzen bei einer übermäßig hohen Temperatur bedingte Verformung zu verhindern.
(5) In einigen Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß einem der Gegenstände (1) bis (4) enthält das Metallformteil zumindest eine ausgewählt aus einer Ni-basierten wärmebeständigen Legierung, einer Co-basierten wärmebeständigen Legierung oder einer Fe-basierten wärmebeständigen Legierung.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils (5) ist es selbst in Fällen, in welchen das Metallformteil zumindest eine ausgewählt aus einer Ni-basierten wärmebeständigen Legierung, einer Co-basierten wärmebeständigen Legierung oder einer Fe-basierten wärmebeständigen Legierung enthält, möglich, die Eigenschaften des Metallformteils in geeigneter Weise zu verändern und gleichzeitig eine Verformung des Metallformteils zu verhindern. So ist es beispielsweise möglich, die Festigkeitseigenschaft bei hoher Temperatur zu verändern, ohne dabei eine Verformung herbeizuführen. Die Festigkeitseigenschaft ist eine besonders wichtige Eigenschaft von Ni-basierten wärmebeständigen Legierungen, Co-basierten wärmebeständigen Legierungen und Fe-basierten wärmebeständigen Legierungen, welche in einer Hochtemperaturumgebung zum Einsatz gelangen sollen.
(6) In einigen Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß einem der Gegenstände (1) bis (5) wird das Metallformteil mittels eines Herstellungsverfahrens erzeugt, bei welchem es sich um eines ausgewählt aus Gießen, Schmieden oder 3D-Druck handelt.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils (6) ist es selbst in Fällen, in welchen das Metallformteil mittels eines Herstellungsverfahrens ausgewählt aus Gießen, Schmieden oder 3D-Druck erzeugt worden ist, möglich, die Eigenschaften des Metallformteils in geeigneter Weise zu verändern und gleichzeitig eine Verformung des Metallformteils zu verhindern. Während durch Gießen, Schmieden und insbesondere 3D-Druck ein Metallformteil mit einer komplexen Form hergestellt werden kann, macht es das vorstehend beschriebene Wärmebehandlungsverfahren (6) möglich, die Eigenschaften des Metallformteils zu verändern, ohne hierbei die durch die komplexe Form erzielten Funktionen zu beeinträchtigen.
(7) In einigen Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß einem der Gegenstände (1) bis (6) umfasst der Formhalteschicht-Bildungsschritt einen zweiten Wärmebehandlungsschritt in Form des Durchführens einer zweiten Wärmebehandlung an dem Metallformteil bei einer unterhalb der ersten Temperatur T1 liegenden zweiten Temperatur T2.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils (7) ist es infolge Durchführung der zweiten Wärmebehandlung an dem Metallformteil bei der unterhalb der ersten Temperatur T1 liegenden zweiten Temperatur T2 möglich, die Formhalteschicht auf einfache Art und Weise auf der Oberfläche des Metallformteils auszubilden. Im Rahmen der zweiten Wärmebehandlung kann darüber hinaus die zweite Temperatur T2 mit der Zeit innerhalb eines unterhalb der ersten Temperatur T1 liegenden Temperaturbereichs verändert werden, oder kann die zweite Temperatur T2 unabhängig von der Zeit konstant sein.
(8) In einigen Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß Gegenstand (7) werden die zweite Wärmebehandlung und die erste Wärmebehandlung nacheinander in demselben Wärmebehandlungsofen durchgeführt.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils (8) ist es möglich, den Schritt des Herausnehmens des Metallformteils aus dem Wärmebehandlungsofen nach Beendigung der zweiten Wärmebehandlung und des Überführens des Metallformteils in eine andere Wärmebehandlung für die erste Wärmebehandlung auszusparen. Dementsprechend ist es möglich, die Formhalteschicht ohne Erhöhung von Arbeitsstunden auszubilden.
(9) In einigen Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß Gegenstand (7) oder (8) wird die zweite Wärmebehandlung bei einem Druck von nicht weniger als 10^-3 Torr durchgeführt.
In Fällen, in welchen ein Metallformteil einer Wärmebehandlung unterzogen wird, wird die Wärmebehandlung üblicherweise unter Niederdruckbedingungen (Hochvakuum) von weniger als 10^-3 Torr durchgeführt, um beispielsweise eine Reaktion mit Komponenten von Atmosphärengas zu verhindern.
In dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils (9) wird die zweite Wärmebehandlung demgegenüber absichtlich bei einem Druck von nicht weniger als 10^-3 Torr durchgeführt, um die Formhalteschicht proaktiv auf der Oberfläche eines Formteils durch Reaktion mit einer Komponente von Atmosphärengas auszubilden. Somit ist es möglich, die Formhalteschicht effektiv auf der Oberfläche des Metallformteils auszubilden und eine Verformung des Metallformteils während der ersten Wärmebehandlung zu verhindern.
(10) In einigen Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß einem der Gegenstände (7) bis (9) umfasst die zweite Wärmebehandlung das Ausbilden, als Formhalteschicht auf der Oberfläche des Metallformteils, einer Reaktionsschicht aus dem Metallformteil und einer Atmosphärengaskomponente, einer Absenzschicht, in welcher zumindest ein Bestandselement des Metallformteils nicht vorhanden ist und welche in Übereinstimmung mit der Bildung der Reaktionsschicht erzeugt wird, oder sowohl der Reaktionsschicht als auch der Absenzschicht.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils (10) ist es möglich, die Reaktionsschicht, die Absenzschicht, oder sowohl die oxidierte Dünnschicht als auch die Elementabsenzschicht als Formhalteschicht auszubilden, und es ist somit möglich, eine Verformung des Metallformteils während der ersten Wärmebehandlung auf einfache Art und Weise zu verhindern.
(11) In einigen Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß Gegenstand (10) umfasst die zweite Wärmebehandlung das Ausbilden, als Formhalteschicht auf der Oberfläche des Metallformteils, sowohl einer oxidierten Dünnschicht als Reaktionsschicht als auch der in Übereinstimmung mit der Bildung der oxidierten Dünnschicht erzeugten Absenzschicht.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils (11) ist es möglich, sowohl die oxidierte Dünnschicht, bei welcher es sich um die Reaktionsschicht handelt, als auch die Absenzschicht als Formhalteschicht auszubilden, und es ist somit möglich, eine Verformung des Metallformteils während der ersten Wärmebehandlung auf einfache Art und Weise zu verhindern.
(12) In einigen Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß einem der Gegenstände (1) bis (11) umfasst der Formhalteschicht-Bildungsschritt einen Beschichtungsschritt in Form des Beschichtens der Oberfläche des Metallformteils mittels Spritzen, Verdampfungsbeschichtung oder eines Aufschlämmungstauchverfahrens.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils (12) fungieren die auf der Oberfläche des Metallformteils gebildete Deckschicht, die Reaktionsschicht aus der Deckschicht und dem Metallformteil, oder sowohl die Deckschicht als auch die Reaktionsschicht als Formhalteschicht, womit es möglich ist, eine Verformung des Metallformteils während der ersten Wärmebehandlung auf einfache Art und Weise zu verhindern. In Abhängigkeit von der Art des Beschichtungsmaterials ist es weiterhin möglich, das Beschichtungsmaterial durch Oberflächenbearbeitung nach der ersten Wärmebehandlung auf einfache Art und Weise zu entfernen. So ist es beispielsweise in Fällen, in welchen eine Siliziumdioxidbeschichtung, bei der es sich um eine Art von Keramikbeschichtung handelt, zur Anwendung gelangt, möglich, die Siliziumdioxidbeschichtung mittels einer Alkalischmelze oder dergleichen auf einfache Art und Weise zu entfernen.
(13) In einigen Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß Gegenstand (12) umfasst der Beschichtungsschritt das Beschichten der Oberfläche des Metallformteils mit zumindest einem ausgewählt aus einer Keramik, einem Metall mit einem oberhalb der Solidustemperatur der Zusammensetzung des Metallformteils liegenden Schmelzpunkt, oder einem in Bezug auf das Metallformteil reaktiven Metall, und umfasst der Beschichtungsschritt das Ausbilden, als Formhalteschicht auf der Oberfläche des Metallformteils, einer Deckschicht, einer Reaktionsschicht aus der Deckschicht und dem Metallformteil, oder sowohl der Deckschicht als auch der Reaktionsschicht.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils (13) fungieren die Deckschicht, welche zumindest eines ausgewählt aus einer Keramik, einem Metall mit einem oberhalb der Solidustemperatur der Zusammensetzung des Metallformteils liegenden Schmelzpunkt, oder einer Reaktionsschicht mit dem Metallformteil enthält, die Reaktionsschicht aus der Deckschicht und dem Metallformteil, oder sowohl die Deckschicht als auch die Reaktionsschicht als Formhalteschicht, womit es möglich ist, eine Verformung des Metallformteils während der ersten Wärmebehandlung auf einfache Art und Weise zu verhindern.
(14) In einigen Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß einem der Gegenstände (1) bis (13) umfasst der Formhalteschicht-Bildungsschritt einen Plattierungsschritt in Form des Plattierens der Oberfläche des Metallformteils, und der Plattierungsschritt umfasst das Ausbilden, als Formhalteschicht auf der Oberfläche des Metallformteils, einer Reaktionsschicht aus einer Plattierungsschicht und dem Metallformteil.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils (14) fungieren die Reaktionsschicht aus der auf der Oberfläche des Metallformteils gebildeten Plattierungsschicht und dem Metallformteil als Formhalteschicht, womit es möglich ist, eine Verformung des Metallformteils während der ersten Wärmebehandlung auf einfache Art und Weise zu verhindern. Weiterhin ist es möglich, eine hohe Hafteigenschaft zwischen dem Metallformteil und der Plattierungsschicht zu erzielen, womit es möglich ist, eine dünne Formhalteschicht auszubilden.
(15) In einigen Ausführungsformen umfasst das vorstehend beschriebene Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß einem der Gegenstände (1) bis (14) weiterhin einen Wärmenachbehandlungsschritt in Form des Durchführens einer weiteren Wärmebehandlung an dem Metallformteil nach dem ersten Wärmebehandlungsschritt.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils (15) ist es möglich, die Eigenschaften des Metallformteils durch Wärmenachbehandlung in geeigneter Weise zu verändern.
(16) In einigen Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß Gegenstand (15) umfasst der Wärmenachbehandlungsschritt einen heißisostatischen Pressschritt in Form des Durchführens der Wärmebehandlung unter gleichzeitigem Beaufschlagen des Metallformteils mit Druck.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils (16) ist es beispielsweise möglich, eine Beseitigung von inneren Mängeln des Metallformteils in Übereinstimmung mit der Zusammensetzung des Metallformteils zu erwirken.
(17) Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Metallformteils: einen Formgebungsschritt in Form des Formens des Metallformteils; und einen Wärmebehandlungsschritt in Form des Durchführens einer Wärmebehandlung an dem im Rahmen des Formgebungsschritts geformten Metallformteil unter Einsatz des Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß einem der vorstehend beschriebenen Gegenstände (1) bis (16).
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Metallformteils (17) umfasst das Verfahren einen Wärmebehandlungsschritt in Form des Durchführens einer Wärmebehandlung unter Einsatz des Wärmebehandlungsverfahrens gemäß einem der vorstehend beschriebenen Gegenstände (1) bis (16), womit es möglich ist, eine Verformung des Metallformteils zu verhindern und ein Metallformteil mit einer gewünschten Form und gewünschten Eigenschaften herzustellen.
(18) In einigen Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines Metallformteils gemäß Gegenstand (17) umfasst der Formgebungsschritt das Formen des Metallformteils mittels 3D-Druck.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils (18) wird in Fällen, in welchen ein Metallformteil mittels 3D-Druck geformt worden ist, eine Verformung des Metallformteils verhindert, womit es möglich ist, ein Metallformteil mit einer gewünschten Form herzustellen und gleichzeitig eine extrem komplizierte, mittels 3D-Druck erhaltene Form aufrecht zu erhalten.
Vorteilhafte Effekte
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils sowie ein Herstellungsverfahren bereitzustellen, mit welchem es möglich ist, die Eigenschaften des Metallformteils in geeigneter Weise zu verändern und gleichzeitig eine Verformung des Metallformteils zu verhindern.
Figurenliste

1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Metallformteils gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein Diagramm zur Beschreibung des Formhalteschicht-Bildungsschritts.
3 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Temperatur (°C) und dem Flüssigphasenanteil (Mol%) zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Metallformteils gemäß einer Ausführungsform.
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Metallformteils gemäß einer Ausführungsform.
6 ist ein Diagramm zur Beschreibung des Verfahrens für die Bestimmung der gewünschten Dicke der Formhalteschicht zur Verhinderung einer Verformung des Metallformteils.
7 ist eine Querschnittsansicht, welche eine auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildete Formhalteschicht zeigt.
8 ist eine Querschnittsansicht, welche ein durch Anschmelzen verformtes Metallformteil gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt.
9 ist ein Diagramm, welches einen Zustand zeigt, bei dem eine Korngrenze infolge Durchführung einer Wärmebehandlung an einer Ni-basierten wärmebeständigen Legierung bei einer Temperatur nahe der Solidustemperatur angeschmolzen ist.
10 ist ein Flussdiagramm zur Beschreibung des Aufschlämmungstauchverfahrens.
11 ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Aufschlämmungstauchschritts.
12 ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Besandungsschritts.

GENAUE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. Sofern nichts Gegenteiliges angegeben ist, versteht es sich indessen, dass die im Rahmen der Ausführungsformen beschriebenen Abmessungen, Materialien, Formen, relativen Anordnungen und dergleichen von Komponenten lediglich der Veranschaulichung dienen und den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränken sollen.
Beispielsweise sind Ausdrücke für eine relative oder absolute Anordnung, wie etwa „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“, nicht dahingehend auszulegen, dass sie lediglich die Anordnung in einem streng wortwörtlichen Sinn angeben, sondern auch einen Zustand umfassen, in welchem die Anordnung um eine Toleranz, oder um einen Winkel oder um einen Abstand im Verhältnis versetzt worden ist und es möglich ist, die gleiche Funktion zu erzielen.
Beispielsweise sind Ausdrücke für einen gleichwertigen Zustand, wie etwa „gleich“, „gleichwertig“ und „gleichmäßig“ nicht dahingehend auszulegen, dass sie lediglich den Zustand angeben, in welchem das Merkmal im strengen Sinn gleichwertig ist, sondern auch einen Zustand umfassen, in welchem eine Toleranz oder Differenz vorliegt, die noch immer die gleiche Funktion erzielen kann.
Ferner sind beispielsweise Ausdrücke für eine Form, wie etwa eine Rechteckform oder eine Zylinderform, nicht dahingehend auszulegen, dass sie lediglich die streng geometrische Form angeben, sondern auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb eines Bereichs, in welchem der gleiche Effekt erzielt werden kann, umfassen.
Demgegenüber sollen Ausdrücke wie beispielsweise „umfassen“, „beinhalten“, „aufweisen“, „enthalten“ und „konstituieren“ andere Komponenten nicht ausschließen.
1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Metallformteils gemäß einer Ausführungsform.
Zunächst wird in S11 ein Metallformteil durch Ausführen eines Formgebungsprozesses an einem Metallelement geformt (Formgebungsschritt).
In S11 wird das Metallformteil beispielsweise aus einer Ni-basierten wärmebeständigen Legierung, einer Co-basierten wärmebeständigen Legierung, einer Fe-basierten wärmebeständigen Legierung, oder einem anderen Metallmaterial gebildet. Weiterhin wird das Metallformteil mittels eines Herstellungsverfahrens erzeugt, bei welchem es sich um eines ausgewählt aus Gießen, Schmieden oder 3D-Druck handelt.
Als nächstes wird das Metallformteil in S12, wie in 2 dargestellt ist, derart behandelt, dass auf der Oberfläche des Metallformteils eine Formhalteschicht mit einem oberhalb der Solidustemperatur Ts der Zusammensetzung des Metallformteils liegenden Schmelzpunkt Tm ausgebildet wird (Formhalteschicht-Bildungsschritt). Solidus bezeichnet eine Linie, welche die Grenze zwischen einem Bereich, in dem Feststoff und Flüssigkeit im Gleichgewicht vorliegen, und einem Bereich, in dem Feststoff in stabiler Form vorliegt, in einer Temperatur-Zusammensetzung-Karte eines Mehrkomponentensystems angibt. Die Solidustemperatur Ts bezeichnet, wie in 3 dargestellt ist, die Temperatur, bei welcher der Feststoff zu schmelzen beginnt (die Temperatur an einem Punkt, an welchem sich der Flüssigphasenanteil ausgehend von null erhöht). 3 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Temperatur (°C) und dem Flüssigphasenanteil (Mol%) zeigt. Der Formhalteschicht-Bildungsschritt wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben.
Nach Ausbildung der Formhalteschicht im Rahmen des Formhalteschicht-Bildungsschritts wird in S13 das Metallformteil der ersten Wärmebehandlung bei der ersten Temperatur T1 unterzogen (erster Wärmebehandlungsschritt). Hierbei werden, wenn die Referenztemperatur Ta eine um 100°C unterhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet, der Formhalteschicht-Bildungsschritt und der erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt, dass sie den Ausdruck Ta ≤ T1 ≤ Tm erfüllen. Weiterhin kann im Rahmen der ersten Wärmebehandlung die erste Temperatur T1 mit der Zeit innerhalb eines Bereichs, welcher den Ausdruck Ta ≤ T1 ≤ Tm erfüllt, verändert werden, oder kann die erste Temperatur T1 unabhängig von der Zeit konstant sein. Weiterhin können, wenn die Referenztemperatur Te eine um 70°C unterhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet, der Formhalteschicht-Bildungsschritt und der erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt werden, dass sie den Ausdruck Te ≤ T1 ≤ Tm erfüllen.
Als nächstes wird das Metallformteil in S14 einer Wärmenachbehandlung unterzogen (Wärmenachbehandlungsschritt).
In S14 kann als Wärmenachbehandlung des Metallformteils eine Vakuumwärmebehandlung des Metallformteils durchgeführt werden, oder kann heißisostatisches Pressen, bei welchem es sich um eine Wärmebehandlung des Metallformteils unter gleichzeitigem Beaufschlagen des Metallformteils mit Druck handelt, durchgeführt werden, oder können beide der vorstehenden Varianten durchgeführt werden.
Als nächstes wird in S15 auf Grundlage der Frage, inwieweit eine Notwendigkeit zur Entfernung der Formhalteschicht besteht, bestimmt, ob die Oberfläche des Metallformteils bearbeitet werden muss. Ergibt die Bestimmung gemäß S15, dass eine Bearbeitung der Oberfläche erforderlich ist, so wird die Oberfläche des Metallformteils in S16 bearbeitet, wobei letzteres das Entfernen der Formhalteschicht miteinschließt, und wird hierdurch ein Metallteil fertiggestellt. Ergibt die Bestimmung gemäß S15, dass eine Bearbeitung der Oberfläche nicht erforderlich ist, so wird ein Metallteil ohne Bearbeitung der Oberfläche fertiggestellt.
In dem vorstehend beschriebenen Ablauf wird selbst in Fällen, in welchen das Metallformteil bei einer hohen Temperatur (der ersten Temperatur T1), die gleich oder höher als die Referenztemperatur Ta ist und relativ nahe an der mit dem beginnenden Auftreten einer Flüssigphase in der Metallstruktur des Metallformteils verbundenen Solidustemperatur Ts liegt, einer Wärmebehandlung unterzogen wird, eine Formhalteschicht mit einem oberhalb der ersten Temperatur T1 und der Solidustemperatur Ts der Zusammensetzung des Metallformteils liegenden Schmelzpunkt auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildet, womit es möglich ist, eine Verformung des Metallformteils zu verhindern. Durch die Wärmebehandlung in einem Hochtemperaturbereich nahe der Solidustemperatur Ts oder einem nicht unterhalb der Solidustemperatur Ts liegenden Hochtemperaturbereich ist es somit möglich, die Eigenschaften des Metallformteils in geeigneter Weise zu verändern und gleichzeitig eine durch Festigkeitsverringerung und Anschmelzen bedingte Verformung des Metallformteils bei einer hohen Temperatur zu verhindern.
In einer Ausführungsform wird, wenn die Referenztemperatur Tb eine um 50°C unterhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet, der in S13 dargestellte erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt, dass er den Ausdruck Tb ≤ T1 ≤ Tm erfüllt.
Auf diese Weise ist es selbst in Fällen, in welchen das Metallformteil bei einer hohen Temperatur (der ersten Temperatur T1), die gleich oder höher als die Referenztemperatur Tb ist und noch näher an der mit dem beginnenden Auftreten einer Flüssigphase in der Metallstruktur des Metallformteils verbundenen Solidustemperatur Ts liegt, einer Wärmebehandlung unterzogen wird, möglich, mittels der auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildeten Formhalteschicht eine durch Anschmelzen bedingte Verformung des Metallformteils zu verhindern. Durch die Wärmebehandlung in einem Hochtemperaturbereich nahe der Solidustemperatur Ts oder einem nicht unterhalb der Solidustemperatur Ts liegenden Hochtemperaturbereich ist es somit möglich, die Eigenschaften des Metallformteils in geeigneter Weise zu verändern und gleichzeitig eine durch Anschmelzen bedingte Verformung des Metallformteils zu verhindern. Weiterhin kann, wenn die Referenztemperatur Tf eine um 30°C unterhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet, der erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt werden, dass er den Ausdruck Tf ≤ T1 ≤ Tm erfüllt.
In einer Ausführungsform wird, wenn die Referenztemperatur Tc eine um 50°C oberhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet, der in S13 dargestellte erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt, dass er den Ausdruck T1 ≤ Tc erfüllt. Indem die erste Wärmebehandlung derart durchgeführt wird, dass sie den vorstehend beschriebenen Ausdruck T1 ≤ Tc erfüllt, ist es möglich, eine durch eine übermäßig hohe Temperatur bedingte Festigkeitsverringerung des Metallformteils zu verhindern und eine Verformung des Metallformteils zu verhindern.
In einer Ausführungsform wird, wenn die Referenztemperatur Td eine um 30°C oberhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet, der in S13 dargestellte erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt, dass er den Ausdruck T1 ≤ Td erfüllt. Indem die erste Wärmebehandlung derart durchgeführt wird, dass sie den vorstehend beschriebenen Ausdruck T1 ≤ Td erfüllt, ist es möglich, eine durch eine übermäßig hohe Temperatur bedingte Festigkeitsverringerung des Metallformteils zu verhindern und eine Verformung des Metallformteils zu verhindern. Weiterhin kann, wenn Tg eine um 20°C oberhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet, der erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt werden, dass er den Ausdruck T1 ≤ Tg erfüllt.
Als nächstes wird der Formhalteschicht-Bildungsschritt im Einzelnen beschrieben.
In einer Ausführungsform umfasst der Formhalteschicht-Bildungsschritt das Ausbilden der Formhalteschicht durch Durchführen der zweiten Wärmebehandlung an dem Metallformteil bei einer unterhalb der ersten Temperatur T1 liegenden zweiten Temperatur T2. Wie vorstehend beschrieben, ist es durch Durchführen der zweiten Wärmebehandlung an dem Metallformteil bei der unterhalb der ersten Temperatur T1 liegenden zweiten Temperatur T2 möglich, die Formhalteschicht auf einfache Art und Weise auf der Oberfläche des Metallformteils auszubilden. Weiterhin kann im Rahmen der zweiten Wärmebehandlung die zweite Temperatur T2 mit der Zeit innerhalb eines unterhalb der ersten Temperatur T1 liegenden Temperaturbereichs verändert werden, oder kann die zweite Temperatur T2 unabhängig von der Zeit konstant sein. Weiterhin kann, wenn die Referenztemperatur Th eine um 10°C unterhalb der ersten Temperatur T1 liegende Temperatur bezeichnet, die Formhalteschicht im Rahmen des Formhalteschicht-Bildungsschritts durch Durchführen der zweiten Wärmebehandlung bei der unterhalb der Referenztemperatur Th liegenden zweiten Temperatur T2 ausgebildet werden.
In einer Ausführungsform werden die zweite Wärmebehandlung des Formhalteschicht-Bildungsschritts und die erste Wärmebehandlung des ersten Wärmebehandlungsschritts nacheinander in demselben Wärmebehandlungsofen durchgeführt. Dementsprechend ist es möglich, den Schritt des Herausnehmens des Metallformteils aus dem Wärmebehandlungsofen nach Beendigung der zweiten Wärmebehandlung und des Überführens des Metallformteils in eine andere Wärmebehandlung für die erste Wärmebehandlung auszusparen. Dementsprechend ist es möglich, die Formhalteschicht ohne Erhöhung von Arbeitsstunden auszubilden.
In einer Ausführungsform wird die zweite Wärmebehandlung bei einem Niedervakuumdruck von nicht weniger als 10^-3 Torr (bevorzugt nicht weniger als 10^-2 Torr) durchgeführt. In Fällen, in welchen ein Metallformteil einer Wärmebehandlung unterzogen wird, wird die Wärmebehandlung üblicherweise unter Niederdruckbedingungen (Hochvakuum) von weniger als 10^-3 Torr durchgeführt, um beispielsweise eine Reaktion mit Komponenten von Atmosphärengas zu verhindern. Indem die zweite Wärmebehandlung absichtlich bei einem Niedervakuumdruck von nicht weniger als 10^-3 Torr durchgeführt wird, um die Formhalteschicht proaktiv auf der Oberfläche eines Formteils durch Reaktion mit einer Komponente von Atmosphärengas auszubilden, ist es demgegenüber möglich, die Formhalteschicht effektiv auf der Oberfläche des Metallformteils auszubilden und eine Verformung des Metallformteils während der ersten Wärmebehandlung zu verhindern. Die zweite Wärmebehandlung gemäß S12 umfasst das Ausbilden, als Formhalteschicht auf der Oberfläche des Metallformteils, einer Reaktionsschicht aus dem Metallformteil und einer Atmosphärengaskomponente, einer Absenzschicht, in welcher zumindest ein Bestandselement des Metallformteils nicht vorhanden ist und welche in Übereinstimmung mit der Bildung der Reaktionsschicht erzeugt wird, oder sowohl der Reaktionsschicht als auch der Absenzschicht. Indem beispielsweise proaktiv eine oxidierte Dünnschicht als Reaktionsschicht auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildet wird, wird unter der oxidierten Dünnschicht eine Absenzschicht ausgebildet, in welcher zumindest eine Komponente des Metallformteils (z.B. in Fällen, in welchen das Metallformteil aus einer Ni- basierten wärmebeständigen Legierung, Al, Cr oder dergleichen besteht) nicht vorhanden ist. Dementsprechend ist es möglich, sowohl die oxidierte Dünnschicht als auch die Elementabsenzschicht als Formhalteschicht auszubilden, und es ist somit möglich, eine durch Anschmelzen bedingte Verformung des Metallformteils während der ersten Wärmebehandlung auf einfache Art und Weise zu verhindern.
In einer Ausführungsform kann die zweite Wärmebehandlung anstatt bei dem vorstehend erwähnten Niedervakuumdruck bei einem nicht unterhalb von Atmosphärendruck liegenden Druck durchgeführt werden. Indem die zweite Wärmebehandlung in einer Gasatmosphäre von N₂-Gas, Ar-Gas oder Umgebungsluft durchgeführt wird, wird in diesem Fall eine Reaktionsschicht aus dem Metallformteil und einer Atmosphärengaskomponente (oxidierte Schicht oder Nitridschicht), eine Absenzschicht, in welcher zumindest ein Bestandselement des Metallformteils nicht vorhanden ist und welche in Übereinstimmung mit der Bildung der Reaktionsschicht erzeugt wird, oder sowohl die Reaktionsschicht als auch die Absenzschicht auf der Oberfläche des Metallformteils als Formhalteschicht ausgebildet.
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Metallformteils gemäß einer Ausführungsform. In dem in 4 dargestellten Ablauf sind die Schritte S21, S23, S24, S25 und S26 den in 1 dargestellten Schritten S11, S13, S14, S15 und S16 ähnlich, und werden daher nicht nochmals beschrieben.
In dem in 4 dargestellten Schritt S22 wird, ähnlich wie in S12 gemäß 1, das Metallformteil derart behandelt, dass auf der Oberfläche des Metallformteils eine Formhalteschicht mit einem oberhalb der Solidustemperatur Ts der Zusammensetzung des Metallformteils liegenden Schmelzpunkt Tm ausgebildet wird (Formhalteschicht-Bildungsschritt; siehe 2). Allerdings unterscheidet sich das spezifische Verfahren zur Ausbildung der Formhalteschicht von dem unter Bezugnahme auf 1 vorstehend beschriebenen Verfahren.
In einer Ausführungsform umfasst der Formhalteschicht-Bildungsschritt, wie in S22 von 4 dargestellt ist, einen Beschichtungsschritt in Form des Beschichtens der Oberfläche des Metallformteils mittels Spritzen, Verdampfungsbeschichtung oder eines Aufschlämmungstauchverfahrens. Im Rahmen des Beschichtungsschritts wird die Oberfläche des Metallformteils beispielsweise mit zumindest einem ausgewählt aus einer Keramik, einem Metall mit einem oberhalb der Solidustemperatur Ts der Zusammensetzung des Metallformteils liegenden Schmelzpunkt, oder einem in Bezug auf das Metallformteil reaktiven Metall mittels Spritzen, Verdampfungsbeschichtung oder eines Aufschlämmungstauchverfahrens überzogen, und wird hierdurch die Formhalteschicht ausgebildet. Der Beschichtungsschritt umfasst das Ausbilden, als Formhalteschicht auf der Oberfläche des Metallformteils, einer Deckschicht, einer Reaktionsschicht aus der Deckschicht und dem Metallformteil, oder sowohl der Deckschicht als auch der Reaktionsschicht.
Dementsprechend fungieren die auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildete Deckschicht, die Reaktionsschicht aus der Deckschicht und dem Metallformteil, oder sowohl die Deckschicht als auch die Reaktionsschicht als Formhalteschicht, womit es möglich ist, eine durch Anschmelzen bedingte Verformung des Metallformteils während der ersten Wärmebehandlung auf einfache Art und Weise zu verhindern.
In Fällen, in welchen die Beschichtung mittels Verdampfungsbeschichtung erfolgt, kann die Deckschicht auf der Oberfläche des Metallformteils zudem durch CVD-Beschichtung oder Aluminierung ausgebildet werden. Als Aluminierungsverfahren kann beispielsweise ein Packverfahren zum Einsatz gelangen. Im Rahmen des Packverfahrens wird mittels eines Packschritts, in welchem ein Pulvergemisch enthaltend ein inertes Material, eine Aluminiumzufuhrquelle und ein Halogenaktivierungsmittel verwendet wird, eine Aluminiumdiffusionsschicht auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildet. Das mit Aluminium zu überziehende Metallformteil wird zusammen mit dem vorstehend beschriebenen Pulvergemisch in einem Behälter gelagert und mit einem aus dem Pulvergemisch gebildeten Packelement überdeckt, wobei das Packelement als Formhalteschicht fungiert.
Weiterhin wird beispielsweise das in 10 dargestellte Aufschlämmungstauchverfahren angewendet.
Zunächst wird in S41, wie in 11 dargestellt ist, die Oberfläche des Metallformteils durch Eintauchen des Metallformteils in eine Aufschlämmung beschichtet (Aufschlämmungstauchschritt). Hierbei bezeichnet „Aufschlämmung“ eine Flüssigkeit, in welcher Keramikstaub (Keramikfeinpartikel) unter Verwendung eines Dispergiermittels aufgeschlämmt worden ist.
Unmittelbar nach S41 wird in S42 durch Verteilen von Stuck auf der Oberfläche des Metallelements, wie in 12 dargestellt ist, eine Keramikschicht auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildet (Besandungsschritt). Hierbei bezeichnet „Stuck“ Keramikpartikel. Ferner wird das Metallformteil in S43 getrocknet. Weiterhin werden S41 bis S43 5- bis 10-mal wiederholt, womit die Beschichtung des Metallformteils beendet ist.
Obwohl in 10 sowohl der Aufschlämmungstauchschritt als auch der Besandungsschritt durchgeführt werden, muss der Besandungsschritt S42 in einem anderen Aufschlämmungstauchverfahren nicht zwingend erfolgen, womit auch lediglich der Aufschlämmungstauchschritt S41 und der Trocknungsschritt S43 durchgeführt werden können.
In Fällen, in welchen die Formhalteschicht im Rahmen des vorstehend beschriebenen Beschichtungsschritts ausgebildet wird, ist es weiterhin möglich, die Formhalteschicht mittels einer Oberflächenbearbeitung in Schritt S26 in Abhängigkeit von der Art des Beschichtungsmaterials auf einfache Art und Weise zu entfernen. So ist es beispielsweise in Fällen, in welchen eine Siliziumdioxidbeschichtung, bei welcher es sich um eine Art von Keramikbeschichtung handelt, zur Anwendung gelangt, möglich, die Siliziumdioxidbeschichtung auf einfache Art und Weise mittels einer Alkalischmelze oder dergleichen zu entfernen.
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Metallformteils gemäß einer Ausführungsform. In dem in 5 dargestellten Ablauf sind die Schritte S31, S33, S34, S35 und S36 den in 1 dargestellten Schritten S11, S13, S14, S15 und S16 ähnlich, und werden daher nicht nochmals beschrieben.
In dem in 5 dargestellten Schritt S32 wird, ähnlich wie in S12 gemäß 1, das Metallformteil derart behandelt, dass auf der Oberfläche des Metallformteils eine Formhalteschicht mit einem oberhalb der Solidustemperatur Ts der Zusammensetzung des Metallformteils liegenden Schmelzpunkt Tm ausgebildet wird (Formhalteschicht-Bildungsschritt; siehe 2). Allerdings unterscheidet sich das spezifische Verfahren zur Ausbildung der Formhalteschicht von dem unter Bezugnahme auf 1 vorstehend beschriebenen Verfahren.
In einer Ausführungsform umfasst der Formhalteschicht-Bildungsschritt, wie in S32 von 5 dargestellt ist, einen Plattierungsschritt in Form des Plattierens der Oberfläche des Metallformteils. Im Rahmen des Plattierungsschritts wird eine Plattierungsschicht auf der Oberfläche des Metallformteils mittels eines in Bezug auf das Metallformteil reaktiven Metalls ausgebildet. Der Plattierungsschicht umfasst das Ausbilden einer Reaktionsschicht aus der Plattierungsschicht und dem Metallformteil auf der Oberfläche des Metallformteils als Formhalteschicht.
Dementsprechend fungiert die auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildete Reaktionsschicht als Formhalteschicht, womit es möglich ist, eine durch Anschmelzen bedingte Verformung des Metallformteils während der ersten Wärmebehandlung auf einfache Art und Weise zu verhindern. In Fällen, in welchen die Formhalteschicht im Rahmen des vorstehend beschriebenen Plattierungsschritts ausgebildet wird, ist es weiterhin möglich, eine hohe Hafteigenschaft zwischen dem Metallformteil und der Plattierungsschicht zu erzielen, und es ist möglich, eine dünne Formhalteschicht auszubilden.
In Fällen, in welchen die Formhalteschicht mittels des unter Bezugnahme auf die 1, 4 oder 5 beschriebenen Verfahrens auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildet wird, wird hiermit nunmehr die gewünschte Dicke zur Verhinderung einer durch Anschmelzen bedingten Verformung des Metallformteils anhand von Beispielen beschrieben.
Die gewünschte Dicke der Formhalteschicht zur Verhinderung einer durch Anschmelzen bedingten Verformung des Metallformteils ist eine Dicke, welche ausreichend ist, um die Form des Metallformteils während der ersten Wärmebehandlung bei der relativ nahe an der Solidustemperatur Ts liegenden ersten Temperatur T1 aufrecht zu erhalten.
Man nehme beispielsweise den Fall an, dass, wie in 6 dargestellt ist, ein säulenförmiges Metallformteil mit 200 mm Durchmesser und 300 mm Höhe, welches auf einem Podest platziert worden ist, der ersten Wärmebehandlung unterzogen wird. Hierbei beträgt die Dichte ρ des Metallformteils unabhängig von der Temperatur und vom Zustand konstant 8 (g/cm³). Weiterhin wird angenommen, dass eine Formhalteschicht auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildet ist, und dass die Streckgrenze σy der Formhalteschicht bei der Wärmebehandlungstemperatur (erste Temperatur T1) 0.2×10⁶ - 2×10⁶ Pa beträgt.
In diesem Fall wird angenommen, dass sich die Korngrenzenfestigkeit von Metall des Metallformteils infolge eines Anschmelzens verringert, und dass 1-10% des Gewichts des Metallformteils nicht geträgert werden können und auf die Innenseite der Formhalteschicht wirken. Hierbei wird angenommen, dass sich die Unterseite des Metallformteils auf dem Podest befindet und sich somit nicht verformt. Somit wird lediglich die Spannung in Umfangsrichtung berücksichtigt.
Wenn h die in Vertikalrichtung nach unten gemessene Höhe der Oberseite des Metallformteils darstellt, so wird die auf das Metallformteil an der Position der Höhe h aufgrund des Gewichts des Metallformteils wirkende Spannung P1 durch den Ausdruck P1 = pgh wiedergegeben, und das Maximum P1max der Spannung P1 an der Position h = 300 mm beträgt Plmax = pgh = 23537 (Pa). Nimmt man an, dass 1-10% des Gewichts des Metallformteils auf die Formhalteschicht wirken, so beträgt der auf die Innenseite der Formhalteschicht wirkende Druck P = 235 - 2354 (Pa).
Nimmt man weiterhin an, dass die Formhalteschicht die Form eines dünnen Zylinders aufweist, D den Außendurchmesser der Formhalteschicht darstellt und t die Dicke der Formhalteschicht darstellt, so berechnet sich die auf die Formhalteschicht in Umfangsrichtung wirkende Spannung σθ mittels des Ausdrucks σθ = DP/2t, womit ein Vergleichsausdruck 23.5/t < σθ < 235/t (Pa) erhalten wird. Aus dem vorstehenden Vergleichsausdruck und zu erfüllenden Vergleichsausdrücken, wonach σθ die Streckgrenze der Formhaltschicht nicht übersteigt (σθ < 0.2×10⁶ und σθ < 2×10⁶), wird ein Vergleichsausdruck 12 µm < t < 1175 µm erhalten.
Somit beträgt die gewünschte Dicke t der Formhalteschicht zur Verhinderung einer durch Anschmelzen bedingten Verformung des Metallformteils in dem vorstehend beschriebenen Beispiel 12 µm bis 1.2 mm.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann in einer Ausführungsform die erforderliche Dicke der Formhalteschicht vorab auf Grundlage der auf die Formhalteschicht während der ersten Wärmebehandlung wirkenden geschätzten Spannung bestimmt werden, und es kann im Rahmen des Formhalteschicht-Bildungsschritts eine Formhalteschicht mit einer Dicke, welche nicht geringer ist als die vorab bestimmte erforderliche Dicke, auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildet werden.
Als nächstes wird im Hinblick auf die Schritte S11 bis S13 des in 1 dargestellten Verfahrens zur Herstellung eines Metallformteils nachfolgend das erste spezifische Beispiel beschrieben.
Zunächst wird in S11 ein aus einer Ni-basierten wärmebeständigen Legierung hergestelltes Metallformteil durch Formbearbeiten einer Ni-basierten wärmebeständigen Legierung geformt (Formgebungsschritt). Hierbei wird ein Metallformteil, welches eine rechtwinklige Säulenform mit 10 mm langen Seiten und 70 mm Länge besitzt, geformt. Die Solidustemperatur Ts der Ni-basierten wärmebeständigen Legierung beträgt gemäß Differenzialthermoanalyse 1300°C.
Als nächstes wird das Metallformteil in S12 bei einem niedrigen Vakuumpegel von 10^-3 Torr der zweiten Wärmebehandlung unterzogen (Formhalteschicht-Bildungsschritt). Im Rahmen der zweiten Wärmebehandlung wird das Metallformteil für 10 Minuten und gleichzeitiger Erhöhung der Temperatur mit konstanter Geschwindigkeit auf 1200-1260°C, bei welcher es sich um die zweite Temperatur T2 handelt, einer Wärmebehandlung unterzogen.
Dementsprechend wird eine Formhalteschicht auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildet, welche einen oberhalb der Solidustemperatur Ts der Ni-basierten wärmebeständigen Legierung liegenden Schmelzpunkt Tm aufweist. Hierbei werden eine oxidierte Dünnschicht und eine in Übereinstimmung mit der Bildung der oxidierten Dünnschicht und unterhalb der oxidierten Dünnschicht erzeugte Elementabsenzschicht (Absenzschicht, in welcher Al und Cr nicht vorhanden sind) auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildet, wobei die die oxidierte Dünnschicht und die Elementabsenzschicht umfassende Oberflächenschicht als Formhalteschicht fungiert. Laut den Erfindern der vorliegenden Erfindung bestätigte sich, dass eine Formhalteschicht mit einer Dicke von etwa 170 um ausgebildet wurde (siehe 7). Obwohl die Dauer der zweiten Wärmebehandlung nicht speziell beschränkt ist, ist es zudem möglich, die Formhalteschicht bevorzugt durch Ausführen der zweiten Wärmebehandlung für 5 Minuten oder länger, und stärker bevorzugt für 10 Minuten oder länger auszubilden.
Als nächstes wird das Metallformteil in S13 bei einem niedrigen Vakuumpegel von 10^-3 Torr der ersten Wärmebehandlung unterzogen (erster Wärmebehandlungsschritt). Im Rahmen der ersten Wärmebehandlung wird das Metallformteil für 24 Stunden bei einer Temperatur von 1270°C, bei welcher es sich um die erste Temperatur T1 handelt, der ersten Wärmebehandlung unterzogen (erster Wärmebehandlungsschritt). Die erste Wärmebehandlung wird sukzessive nach der zweiten Wärmebehandlung in demselben Wärmebehandlungsofen durchgeführt, ohne hierbei den das Metallformteil beherbergenden Wärmebehandlungsofen zu öffnen.
Hierbei werden, wenn die Referenztemperatur Ta eine um 100°C unterhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet und somit Ta = 1200°C ist, der Formhalteschicht-Bildungsschritt und der erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt, dass sie den Ausdruck Ta ≤ T1 ≤ Tm erfüllen. Weiterhin werden, wenn die Referenztemperatur Tb eine um 50°C unterhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet und somit Tb = 1250°C ist, der Formhalteschicht-Bildungsschritt und der erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt, dass sie den Ausdruck Tb ≤ T1 ≤ Tm erfüllen. In Fällen, in welchen die Formhalteschicht wie vorstehend beschrieben eine Vielzahl von Schichten (oxidierte Dünnschicht und Elementabsenzschicht) umfasst, werden der Formhalteschicht-Bildungsschritt und der erste Wärmebehandlungsschritt weiterhin derart durchgeführt, dass die erste Temperatur T1 einen Wert annimmt, welcher unterhalb des Schmelzpunkts Tm zumindest einer der Vielzahl von Schichten (bevorzugt aller Schichten) liegt.
Selbst in Fällen, in welchen das Metallformteil bei einer hohen Temperatur (der ersten Temperatur T1), die gleich oder höher als die Referenztemperatur Ta ist und relativ nahe an der mit dem beginnenden Auftreten einer Flüssigphase in der Metallstruktur des Metallformteils verbundenen Solidustemperatur Ts liegt, einer Wärmebehandlung unterzogen wird, ist es mittels der auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildeten Formhalteschicht auf diese Weise möglich, eine durch Festigkeitsverringerung und Anschmelzen bedingte Verformung des Metallformteils bei einer hohen Temperatur zu verhindern. Durch die Wärmebehandlung in einem Hochtemperaturbereich nahe der Solidustemperatur Ts oder einem oberhalb der Solidustemperatur Ts liegenden Hochtemperaturbereich ist es somit möglich, die Eigenschaften des Metallformteils in geeigneter Weise zu verändern und gleichzeitig eine durch Festigkeitsverringerung und Anschmelzen bedingte Verformung des Metallformteils bei einer hohen Temperatur zu verhindern.
8 ist eine Querschnittsansicht, welche ein durch Festigkeitsverringerung und Anschmelzen bei einer hohen Temperatur verformtes Metallformteil gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt. In dem in 8 dargestellten Vergleichsbeispiel wird das vorstehend beschriebene Metallformteil, welches aus einer Ni-basierten wärmebeständigen Legierung besteht und eine rechtwinklige Säulenform aufweist, für 24 Stunden bei 1270°C einer Wärmebehandlung unterzogen, ohne dass der in 1 dargestellte Formhalteschicht-Bildungsschritt S12 durchgeführt wird. Die Wärmebehandlung wurde bei einem Vakuumpegel von 10^-4 Torr durchgeführt. In dem in 8 dargestellten Vergleichsbeispiel wird keine Formhalteschicht auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildet, weshalb im unteren Bereich des eine rechtwinklige Säulenform aufweisenden Metallformteils bei einer hohen Temperatur eine durch Festigkeitsverringerung und Anschmelzen bedingte thermische Verformung auftrat.
Als nächstes wird im Hinblick auf die Schritte S11 bis S13 des in 1 dargestellten Verfahrens zur Herstellung eines Metallformteils nachfolgend das zweite spezifische Beispiel beschrieben.
Zunächst wird in S11 ein aus einer Ni-basierten wärmebeständigen Legierung hergestelltes Metallformteil durch Formbearbeiten einer Ni-basierten wärmebeständigen Legierung geformt (Formgebungsschritt). Hierbei wird ein Metallformteil, welches eine rechtwinklige Säulenform mit 10 mm langen Seiten und 70 mm Länge besitzt, geformt. Die Solidustemperatur Ts der Ni-basierten wärmebeständigen Legierung beträgt gemäß Differenzialthermoanalyse 1300°C.
Als nächstes wird das Metallformteil in S12 bei einem niedrigen Vakuumpegel von 10^-3 Torr der zweiten Wärmebehandlung unterzogen (Formhalteschicht-Bildungsschritt). Im Rahmen der zweiten Wärmebehandlung wird das Metallformteil für 1 Stunde bei einer Temperatur von 1200°C, bei welcher es sich um die zweite Temperatur T2 handelt, einer Wärmebehandlung unterzogen.
Dementsprechend wird eine Formhalteschicht auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildet, welche einen oberhalb der Solidustemperatur Ts der Ni-basierten wärmebeständigen Legierung liegenden Schmelzpunkt Tm aufweist. Hierbei werden eine oxidierte Dünnschicht und eine in Übereinstimmung mit der Bildung der oxidierten Dünnschicht und unterhalb der oxidierten Dünnschicht erzeugte Elementabsenzschicht (Absenzschicht, in welcher Al und Cr nicht vorhanden sind) auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildet, wobei die die oxidierte Dünnschicht und die Elementabsenzschicht umfassende Oberflächenschicht als Formhalteschicht fungiert.
Als nächstes wird das Metallformteil in S13 bei einem niedrigen Vakuumpegel von 10^-3 Torr der ersten Wärmebehandlung unterzogen (erster Wärmebehandlungsschritt). Im Rahmen der ersten Wärmebehandlung wird das Metallformteil für 24 Stunden bei einer Temperatur von 1230°C, bei welcher es sich um die erste Temperatur T1 handelt, der ersten Wärmebehandlung unterzogen (erster Wärmebehandlungsschritt). Die erste Wärmebehandlung wird sukzessive nach der zweiten Wärmebehandlung in demselben Wärmebehandlungsofen durchgeführt, ohne hierbei den das Metallformteil beherbergenden Wärmebehandlungsofen zu öffnen.
Hierbei werden, wenn die Referenztemperatur Ta eine um 100°C unterhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet und somit Ta = 1200°C ist, der Formhalteschicht-Bildungsschritt und der erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt, dass sie den Ausdruck Ta ≤ T1 ≤ Tm erfüllen. In Fällen, in welchen die Formhalteschicht wie vorstehend beschrieben eine Vielzahl von Schichten (oxidierte Dünnschicht und Elementabsenzschicht) umfasst, werden der Formhalteschicht-Bildungsschritt und der erste Wärmebehandlungsschritt weiterhin derart durchgeführt, dass die erste Temperatur T1 einen Wert annimmt, welcher unterhalb des Schmelzpunkts Tm zumindest einer der Vielzahl von Schichten (bevorzugt aller Schichten) liegt.
Selbst in Fällen, in welchen das Metallformteil bei einer hohen Temperatur (der ersten Temperatur T1), die gleich oder höher als die Referenztemperatur Ta ist und relativ nahe an der mit dem beginnenden Auftreten einer Flüssigphase in der Metallstruktur des Metallformteils verbundenen Solidustemperatur Ts liegt, einer Wärmebehandlung unterzogen wird, ist es mittels der auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildeten Formhalteschicht auf diese Weise möglich, eine durch Festigkeitsverringerung bedingte Verformung des Metallformteils zu verhindern. Durch die Wärmebehandlung in einem Hochtemperaturbereich nahe der Solidustemperatur Ts oder einem oberhalb der Solidustemperatur Ts liegenden Hochtemperaturbereich ist es somit möglich, die Eigenschaften des Metallformteils in geeigneter Weise zu verändern und gleichzeitig eine durch Festigkeitsverringerung bedingte Verformung des Metallformteils zu verhindern.
Als nächstes wird im Hinblick auf die Schritte S11 bis S13 des in 1 dargestellten Verfahrens zur Herstellung eines Metallformteils nachfolgend das dritte spezifische Beispiel beschrieben.
Zunächst wird in S11 ein aus einer Ni-basierten wärmebeständigen Legierung hergestelltes Metallformteil durch Formbearbeiten einer Ni-basierten wärmebeständigen Legierung geformt (Formgebungsschritt). Hierbei wird ein Metallformteil, welches eine rechtwinklige Säulenform mit 10 mm langen Seiten und 70 mm Länge besitzt, geformt. Die Solidustemperatur Ts der Ni-basierten wärmebeständigen Legierung beträgt gemäß Differenzialthermoanalyse 1300°C.
In S12 wird das Metallformteil bei einem niedrigen Vakuumpegel von 10^-1 Torr der zweiten Wärmebehandlung unterzogen (Formhalteschicht-Bildungsschritt). Im Rahmen der zweiten Wärmebehandlung wird das Metallformteil für 1 Stunde bei einer Temperatur von 1200°C, bei welcher es sich um die zweite Temperatur T2 handelt, einer Wärmebehandlung unterzogen.
Dementsprechend wird eine Formhalteschicht auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildet, welche einen oberhalb der Solidustemperatur Ts der Ni-basierten wärmebeständigen Legierung liegenden Schmelzpunkt Tm aufweist. Hierbei werden eine oxidierte Dünnschicht und eine in Übereinstimmung mit der Bildung der oxidierten Dünnschicht und unterhalb der oxidierten Dünnschicht erzeugte Elementabsenzschicht (Absenzschicht, in welcher Al und Cr nicht vorhanden sind) auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildet, wobei die die oxidierte Dünnschicht und die Elementabsenzschicht umfassende Oberflächenschicht als Formhalteschicht fungiert.
Als nächstes wird das Metallformteil in S13 bei einem niedrigen Vakuumpegel von 10^-1 Torr der ersten Wärmebehandlung unterzogen (erster Wärmebehandlungsschritt). Im Rahmen der ersten Wärmebehandlung wird das Metallformteil für 2 Stunden bei einer Temperatur von 1280°C, bei welcher es sich um die erste Temperatur T1 handelt, der ersten Wärmebehandlung unterzogen (erster Wärmebehandlungsschritt). Die erste Wärmebehandlung wird nach der zweiten Wärmebehandlung durchgeführt, jedoch nicht sukzessive nach Öffnen des das Metallformteil beherbergenden Wärmebehandlungsofens.
Hierbei werden, wenn die Referenztemperatur Ta eine um 100°C unterhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet und somit Ta = 1200°C ist, der Formhalteschicht-Bildungsschritt und der erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt, dass sie den Ausdruck Ta ≤ T1 ≤ Tm erfüllen. In Fällen, in welchen die Formhalteschicht wie vorstehend beschrieben eine Vielzahl von Schichten (oxidierte Dünnschicht und Elementabsenzschicht) umfasst, werden der Formhalteschicht-Bildungsschritt und der erste Wärmebehandlungsschritt weiterhin derart durchgeführt, dass die erste Temperatur T1 einen Wert annimmt, welcher unterhalb des Schmelzpunkts Tm zumindest einer der Vielzahl von Schichten (bevorzugt aller Schichten) liegt.
Selbst in Fällen, in welchen das Metallformteil bei einer hohen Temperatur (der ersten Temperatur T1), die gleich oder höher als die Referenztemperatur Ta ist und relativ nahe an der mit dem beginnenden Auftreten einer Flüssigphase in der Metallstruktur des Metallformteils verbundenen Solidustemperatur Ts liegt, einer Wärmebehandlung unterzogen wird, ist es mittels der auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildeten Formhalteschicht auf diese Weise möglich, eine durch Festigkeitsverringerung und Anschmelzen bedingte Verformung des Metallformteils bei einer hohen Temperatur zu verhindern. Durch die Wärmebehandlung in einem Hochtemperaturbereich nahe der Solidustemperatur Ts oder einem oberhalb der Solidustemperatur Ts liegenden Hochtemperaturbereich ist es somit möglich, die Eigenschaften des Metallformteils in geeigneter Weise zu verändern und gleichzeitig eine durch Festigkeitsverringerung und Anschmelzen bedingte Verformung des Metallformteils bei einer hohen Temperatur zu verhindern.
Als nächstes wird im Hinblick auf die Schritte S11 bis S13 des in 1 dargestellten Verfahrens zur Herstellung eines Metallformteils nachfolgend das vierte spezifische Beispiel beschrieben.
Zunächst wird in S11 ein aus einer Ni-basierten wärmebeständigen Legierung hergestelltes Metallformteil durch Formbearbeiten einer Ni-basierten wärmebeständigen Legierung geformt (Formgebungsschritt). Hierbei wird ein Metallformteil, welches eine rechtwinklige Säulenform mit 10 mm langen Seiten und 70 mm Länge besitzt, geformt. Die Solidustemperatur Ts der Ni-basierten wärmebeständigen Legierung beträgt gemäß Differenzialthermoanalyse 1300°C.
In S12 wird das Metallformteil in Umgebungsatmosphäre der zweiten Wärmebehandlung unterzogen (Formhalteschicht-Bildungsschritt). Im Rahmen der zweiten Wärmebehandlung wird das Metallformteil für 10 Minuten bei einer Temperatur von 1000°C, bei welcher es sich um die zweite Temperatur T2 handelt, einer Wärmebehandlung unterzogen.
Dementsprechend wird eine Formhalteschicht auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildet, welche einen oberhalb der Solidustemperatur Ts der Ni-basierten wärmebeständigen Legierung liegenden Schmelzpunkt Tm aufweist. Hierbei werden eine oxidierte Dünnschicht und eine in Übereinstimmung mit der Bildung der oxidierten Dünnschicht und unterhalb der oxidierten Dünnschicht erzeugte Elementabsenzschicht (Absenzschicht, in welcher Al und Cr nicht vorhanden sind) auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildet, wobei die die oxidierte Dünnschicht und die Elementabsenzschicht umfassende Oberflächenschicht als Formhalteschicht fungiert.
Als nächstes wird das Metallformteil in S13 bei einem niedrigen Vakuumpegel von 10^-4 Torr der ersten Wärmebehandlung unterzogen (erster Wärmebehandlungsschritt). Im Rahmen der ersten Wärmebehandlung wird das Metallformteil für 2 Stunden bei einer Temperatur von 1320°C, bei welcher es sich um die erste Temperatur T1 handelt, der ersten Wärmebehandlung unterzogen (erster Wärmebehandlungsschritt). Die erste Wärmebehandlung wird nach der zweiten Wärmebehandlung durchgeführt, jedoch nicht sukzessive nach Öffnen des das Metallformteil beherbergenden Wärmebehandlungsofens.
Hierbei werden, wenn die Referenztemperatur Ta eine um 100°C unterhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet und somit Ta = 1200°C ist, der Formhalteschicht-Bildungsschritt und der erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt, dass sie den Ausdruck Ta ≤ T1 ≤ Tm erfüllen. In Fällen, in welchen die Formhalteschicht wie vorstehend beschrieben eine Vielzahl von Schichten (oxidierte Dünnschicht und Elementabsenzschicht) umfasst, werden der Formhalteschicht-Bildungsschritt und der erste Wärmebehandlungsschritt weiterhin derart durchgeführt, dass die erste Temperatur T1 einen Wert annimmt, welcher unterhalb des Schmelzpunkts Tm zumindest einer der Vielzahl von Schichten (bevorzugt aller Schichten) liegt.
Selbst in Fällen, in welchen das Metallformteil bei einer hohen Temperatur (der ersten Temperatur T1), die gleich oder höher als die Referenztemperatur Ta ist und relativ nahe an der mit dem beginnenden Auftreten einer Flüssigphase in der Metallstruktur des Metallformteils verbundenen Solidustemperatur Ts liegt, einer Wärmebehandlung unterzogen wird, ist es mittels der auf der Oberfläche des Metallformteils ausgebildeten Formhalteschicht auf diese Weise möglich, eine durch Festigkeitsverringerung und Anschmelzen bedingte Verformung des Metallformteils bei einer übermäßig hohen Temperatur zu verhindern. Durch die Wärmebehandlung in einem Hochtemperaturbereich nahe der Solidustemperatur Ts oder einem oberhalb der Solidustemperatur Ts liegenden Hochtemperaturbereich ist es somit möglich, die Eigenschaften des Metallformteils in geeigneter Weise zu verändern und gleichzeitig eine durch Festigkeitsverringerung und Anschmelzen bedingte Verformung des Metallformteils bei einer übermäßig hohen Temperatur zu verhindern.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden vorstehend im Einzelnen beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht hierauf beschränkt ist und zahlreiche Veränderungen und Modifizierungen implementiert werden können.
Bezugszeichenliste

P, P1: Spannung
Plmax: Maximalwert
T1: erste Temperatur
T2: zweite Temperatur
Ta, Tb, Tc, Td, Te, Tf, Tg, Th: Referenztemperatur
Tm: Schmelzpunkt
Ts: Solidustemperatur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5901585 B [0003]

Claims

Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils, umfassend: einen Formhalteschicht-Bildungsschritt in Form des Ausbildens einer Formhalteschicht mit einem oberhalb der Solidustemperatur Ts einer Zusammensetzung des Metallformteils liegenden Schmelzpunkt auf einer Oberfläche des Metallformteils durch Behandeln des Metallformteils; und einen ersten Wärmebehandlungsschritt in Form des Durchführens einer ersten Wärmebehandlung an dem Metallformteil bei einer ersten Temperatur T1 nach dem Ausbilden der Formhalteschicht, wobei, wenn eine Referenztemperatur Ta eine um 100°C unterhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet und Tm den Schmelzpunkt der Formhalteschicht darstellt, der Formhalteschicht-Bildungsschritt und der erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt werden, dass sie den Ausdruck Ta ≤ T1 ≤ Tm erfüllen.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß Anspruch 1, wobei, wenn eine Referenztemperatur Tb eine um 50°C unterhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet, der erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt wird, dass er den Ausdruck Tb ≤ T1 erfüllt.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn eine Referenztemperatur Tc eine um 50°C oberhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet, der erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt wird, dass er den Ausdruck T1 ≤ Tc erfüllt.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß Anspruch 3, wobei, wenn eine Referenztemperatur Td eine um 30°C oberhalb der Solidustemperatur Ts liegende Temperatur bezeichnet, der erste Wärmebehandlungsschritt derart durchgeführt wird, dass er den Ausdruck T1 ≤ Td erfüllt.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Metallformteil zumindest eine ausgewählt aus einer Ni-basierten wärmebeständigen Legierung, einer Co-basierten wärmebeständigen Legierung oder einer Fe-basierten wärmebeständigen Legierung enthält.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Metallformteil mittels eines Herstellungsverfahrens erzeugt wird, bei welchem es sich um eines ausgewählt aus Gießen, Schmieden oder 3D-Druck handelt.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Formhalteschicht-Bildungsschritt einen zweiten Wärmebehandlungsschritt in Form des Durchführens einer zweiten Wärmebehandlung an dem Metallformteil bei einer unterhalb der ersten Temperatur T1 liegenden zweiten Temperatur T2 umfasst.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß Anspruch 7, wobei die zweite Wärmebehandlung und die erste Wärmebehandlung nacheinander in demselben Wärmebehandlungsofen durchgeführt werden.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die zweite Wärmebehandlung bei einem Druck von nicht weniger als 10^-3 Torr durchgeführt wird.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die zweite Wärmebehandlung das Ausbilden, als Formhalteschicht auf der Oberfläche des Metallformteils, einer Reaktionsschicht aus dem Metallformteil und einer Atmosphärengaskomponente, einer Absenzschicht, in welcher zumindest ein Bestandselement des Metallformteils nicht vorhanden ist und welche in Übereinstimmung mit der Bildung der Reaktionsschicht erzeugt wird, oder sowohl der Reaktionsschicht als auch der Absenzschicht umfasst.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß Anspruch 10, wobei die zweite Wärmebehandlung das Ausbilden, als Formhalteschicht auf der Oberfläche des Metallformteils, sowohl einer oxidierten Dünnschicht als Reaktionsschicht als auch der in Übereinstimmung mit der Bildung der oxidierten Dünnschicht erzeugten Absenzschicht umfasst.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Formhalteschicht-Bildungsschritt einen Beschichtungsschritt in Form des Beschichtens der Oberfläche des Metallformteils mittels Spritzen, Verdampfungsbeschichtung oder eines Aufschlämmungstauchverfahrens umfasst.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß Anspruch 12, wobei der Beschichtungsschritt das Beschichten der Oberfläche des Metallformteils mit zumindest einem ausgewählt aus einer Keramik, einem Metall mit einem oberhalb der Solidustemperatur der Zusammensetzung des Metallformteils liegenden Schmelzpunkt, oder einem in Bezug auf das Metallformteil reaktiven Metall umfasst, und wobei der Beschichtungsschritt das Ausbilden, als Formhalteschicht auf der Oberfläche des Metallformteils, einer Deckschicht, einer Reaktionsschicht aus der Deckschicht und dem Metallformteil, oder sowohl der Deckschicht als auch der Reaktionsschicht umfasst.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Formhalteschicht-Bildungsschritt einen Plattierungsschritt in Form des Plattierens der Oberfläche des Metallformteils umfasst, und wobei der Plattierungsschritt das Ausbilden, als Formhalteschicht auf der Oberfläche des Metallformteils, einer Reaktionsschicht aus einer Plattierungsschicht und dem Metallformteil umfasst.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, weiterhin umfassend einen Wärmenachbehandlungsschritt in Form des Durchführens einer weiteren Wärmebehandlung an dem Metallformteil nach dem ersten Wärmebehandlungsschritt.
Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß Anspruch 15, wobei der Wärmenachbehandlungsschritt einen heißisostatischen Pressschritt in Form des Durchführens der Wärmebehandlung unter gleichzeitigem Beaufschlagen des Metallformteils mit Druck umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Metallformteils, umfassend: einen Formgebungsschritt in Form des Formens des Metallformteils; und einen Wärmebehandlungsschritt in Form des Durchführens einer Wärmebehandlung an dem im Rahmen des Formgebungsschritts geformten Metallformteil unter Einsatz des Verfahrens zur Wärmebehandlung eines Metallformteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16.
Verfahren zur Herstellung eines Metallformteils gemäß Anspruch 17, wobei der Formgebungsschritt das Formen des Metallformteils mittels 3D-Druck umfasst.