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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines Gegenstandes aus einer Superlegierung, der eine feine
Korngrösse und gute mechanische Eigenschaften hat. Insbesondere
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum
Schmieden von Superlegierungen in einem besonderen
Zusammensetzungsbereich. Das resultierende Material ist feinkörnig
und hat gute mechanische Eigenschaften bei mittleren Temperaturen.
Das feinkörnige Material kann auch mittels Isothermschmieden weiter
verarbeitet werden.
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Superlegierungen auf der Basis von Nickel werden für
Gasturbinenmotoren weitverbreitet verwendet und wurden im Verlaufe
der letzten 50 Jahren stark weiter entwickelt. Der Begriff
Superlegierung, wie er hier verwendet wird, wird eine Superlegierung
auf der Basis von Nickel bedeuten, die einen wesentlichen Betrag an
der verfestigenden Gamma-Prime Phase (Ni&sub3;Al) enthält, vorzugsweise
von 30 bis 50 Volumenprozent der Gamma-Prime Phase.
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Auch die Verarbeitungstechniken für Superlegierungen wurden weiter
entwickelt und viele der neueren Verfahren sind ziemlich teuer.
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US-A 3 519 503 beschreibt ein Isothermschmiedeverfahren zur
Herstellung von komplexen Superlegierungsformen. Dieses Verfahren
wird gegenwärtig weitverbreitet verwendet, und so wie es gegenwärtig
praktiziert wird erfordert es, dass das Ausgangsmaterial durch
Techniken der Pulvermetallurgie hergestellt wird. Die Abhängigkeit
von Techniken der Pulvermetallurgie macht dieses Verfahren teuer.
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US-A 4 574 015 befasst sich mit einem Verfahren zur Verbesserung der
Schmiedbarkeit von Superlegierungen, indem übervergütete
Mikrostrukturen in diesen Legierungen hergestellt werden. Die
Partikelgrösse der Gamma-Prime Phase wird gegenüber derjenigen, die
normalerweise beobachtet würde, stark vergrössert.
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US-A 4 579 602 befasst sich mit einer Schmiedeabfolge für
Superlegierungen, welche eine Übervergütungs-Wärmebehandlung
beinhaltet.
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US-A 4 769 087 beschreibt eine andere Schmiedeabfolge für
Superlegierungen, die einen Übervergütungsschritt umfasst.
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US-A 4 612 062 beschreibt eine Schmiedeabfolge zur Herstellung eines
feinkörnigen Gegenstandes aus einer Superlegierung auf der Basis von
Nickel. Das Verfahren umfasst einen ersten Deformationsschritt bei
einer Temperatur oberhalb der Gamme-Prime Löslichkeitstemperatur und
einen zweiten Deformationsschritt bei einer Temperatur unterhalb der
Gamma-Prime Löslichkeitstemperatur, mit spezifizierten Dehnungsraten
und Deformationsbeträgen.
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US-A 4 453 985 beschreibt ein Isothermschmiedeverfahren, welches ein
feinkörniges Produkt erzeugt.
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US-A 2 977 222 beschreibt eine Klasse von Superlegierungen, welche
ähnlich zu denjenigen sind, auf welche das Verfahren der Erfindung
besonders anwendbar ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines
feinkörnigen Gegenstandes bereit und ist besonders für die
Verwendung mit einem spezifizierten Bereich von
Legierungszusammensetzungen geeignet. Das resultierende feinkörnige
Material kann in seinem feinkörnigen Zustand für Gegenstände
verwendet werden, welche eine hohe Festigkeit erfordern,
insbesondere eine hohe Formänderungsfestigkeit bei mittleren
Temperaturen, oder dieses feinkörnige Material kann als Schmiede-
Vorformling für die Umformung durch Isotherm- oder
Warmgesenkschmieden zu komplexen Formen verwendet werden. Die
Tabelle I listet weite, mittlere und bevorzugte Bereiche der
Zusammensetzung auf.
Tabelle I
Zusammensetzungsbereiche (Gewichtsprozente)
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(1) Für Anwendungen, wo die Dauerfestigkeit kritisch ist,
wird eine obere Grenze für C von ungefähr 0.013% bevorzugt.
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Entsprechende Zusammensetzungen sind in der Technik bekannt,
einschliesslich derjenigen Superlegierungen, die als Waspaloy,
Udimet 720, Astroloy und Rene 88 bekannt sind, welche unter anderem
in den Patenten US-A 2 977 222, 4 083 734 und 4 957 567 beschrieben
sind.
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Die bevorzugte Zusammensetzung kann als Abkömmling der im Handel
erhältlichen Legierung, die als Waspaloy bekannt ist (nominelle
Zusammensetzung 19.5% Cr, 13.5% Co, 4.2% Mo, 3.0% Ti, 1.4% Al,
.05% C, .007% B, .07% Zr, 0 - 2% Fe, Ausgleich Ni), betrachtet
werden. Waspaloy ist die am weitestverbreitet verwendete
Superlegierung, und es ist ein wesentlicher ökonomischer Vorteil,
dass die bevorzugte Zusammensetzung für die vorliegende Erfindung
hergestellt werden kann, indem eine grosse Menge von Schrott oder
Rücklaufmaterial aus Waspaloy verwendet wird.
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Der Hauptunterschied zwischen Waspaloy und der bevorzugten
Zusammensetzung besteht darin, dass die bevorzugte Zusammensetzung
grössere Mengen der Gamma-Prime Bildner (Al und Ti) enthält und
deshalb ungefähr 1.3 mal mehr Gamma-Prime enthält (ungefähr 40
Volumenprozent) als Waspaloy. Die erhöhten Niveaus an Gamma-Prime
erzeugen erhöhte Festigkeitseigenschaften. Das Material hat auch
eine erhöhte Gamma-Prime Löslichkeitstemperatur, was erlaubt, dass
das Material unterhalb der Gamma-Prime Löslichkeitstemperatur, aber
bei einer genügend hohen Temperatur, verarbeitet werden kann, so
dass die Leistungsfähigkeiten der Schmiedeausrüstung nicht
überschritten werden. Das bevorzugte Material besitzt nach unseren
Erkenntnissen die beste Widerstandsfähigkeit gegen Risswachstum für
dieses Niveau von Gamma-Prime und Festigkeit.
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Gemäss der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zur
Herstellung eines Gegenstandes aus einer Superlegierung, der eine
feine Korngrösse und gute mechanische Eigenschaften bei Temperaturen
unterhalb von 650º C (1200º F) hat, wobei das Verfahren mit einem
Material in Form eines Gussstückes beginnt, das aus 12-20% Cr, 10-
20% Co, 2-5.5% Mo, 3-7% Ti, 1.2-3.5% Al, 0.005-0.25% C, 0.005-
0.05% B, 0.01-0.1% Zr, 0-1% Ta, 0-4.5% W, 0-1% Nb, 0-2.0% Fe, 0-
0.3% Hf, 0-0.02% Y, 0-0.1% V, 0-1.0% Re, Ausgleich Ni, und
nebensächlichen Verunreinigungen besteht und eine Gamme-Prime
Löslichkeitstemperatur hat, die Schritte:
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a. das Gussstück für eine Zeitdauer von 10 bis 100 Stunden bei einer
Temperatur oberhalb der Gamma-Prime Löslichkeitstemperatur durch
Diffusionsglühen zu behandeln;
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b. das diffusionsgeglühte Gussstück bei einer Temperatur oberhalb
der Gamma-Prime Löslichkeitstemperatur zu verformen, um ein
Zwischenschmiedestück zu erzeugen;
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c. das Schmiedestück bei einer Temperatur unterhalb der Gamma-Prime
Löslichkeitstemperatur so zu verformen, dass die Kombination aus den
Dehnungen, die durch den Schritt b und diesen Schritt c erzeugt
wurden, mindestens einen Betrag von 0.9 an wahrer Dehnung ausmachen;
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d. das Schmiedestück auf eine Temperatur oberhalb der Gamma-Prime
Löslichkeitstemperatur zu erwärmen, um die Gamma-Prime Phase
aufzulösen und ein langsames Rekristallisieren und Abkühlen des
Schmiedestückes durch die Gamma-Prime Löslichkeitstemperatur
hindurch bei einer Rate von weniger als ungefähr 55º C (100º F) pro
Stunde zu erlauben, um eine übervergütete Mikrostruktur zu erzeugen;
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e. das übervergütete Schmiedestück bei einer Temperatur unterhalb
der Gamma-Prime Löslichkeitstemperatur, aber innerhalb von 110º C
(200º F) von ihr, weiter zu verformen;
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f. das Material durch Schrägwalzen bei einer Temperatur unterhalb
der Gamma-Prime Löslichkeitstemperätur so zu behandeln, dass eine
Kombination der Dehnungen, die durch die Verformung in den Schritten
e und f erzeugt wurden, mindestens ungefähr 0.9 an wahrer Dehnung
ausmachen; und
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g. das Material einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterhalb
der Gamma-Prime Löslichkeitstemperatur zu unterziehen, wodurch das
resultierende wärmebehandelte Material eine Korngrösse hat, die
feiner ist als die ASTM Korngrössenzahl 12.
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Das resultierende Material wird eine aussergewöhnlich feine
Korngrösse haben, deutlich feiner als die ASTM Korngrössenzahl 12
und üblicherweise in der Grössenordnung der ASTM Korngrössenzahl 14
oder feiner. ASTM Korngrössenzahlen sind in der Tabelle II
aufgelistet.
Tabelle II
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Abhängig von der Grösse und von der Gestalt des Artikels können
einige grössere, nicht rekristallisierte Körner im Zentrum des
Artikels übrig bleiben, wo der effektive Betrag der Deformation
nicht ausreichend war, um eine vollständige Rekristallisation zu
fördern. Solche nicht rekristallisierte Bereiche umfassen
üblicherweise weniger als 10 Volumenprozente des Materials.
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Die Kombination des Verfahrens der Erfindung und der bevorzugten
Zuverlässigkeit der Zusammensetzung führt zu einem Material mit
einer ASTM Korngrössenzahl 12 - 18, der feinsten Korngrösse, die wir
bei der Herstellung von Superlegierungen je beobachtet haben. Die
feine Korngrösse trägt zu einer erhöhten Festigkeit, Duktilität und
Zähigkeit bei Temperaturen bis zu mindestens 650º C (1200º F) bei.
Die feine Korngrösse liefert auch eine wesentliche Verbesserung für
die Sensitivität bei der nicht destruktiven Ultraschallprüfung. Im
Vergleich zu grobkörnigem Material können kleine Defekte bei
grösseren Tiefen entdeckt werden.
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Dieses aussergewöhnlich feinkörnige Superlegierungsmaterial ist
geeignet für eine Verwendung bei Temperaturen bis zu 650º C
(1200º F).
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Ein anderer Vorteil ist, dass dieses Material mit einer ASTM
Korngrössenzahl von 10 und feiner ohne Schwierigkeit
elektronenstrahlgeschweisst werden kann. Im Gegensatz dazu ist das
gewöhnliche (grobkörnige) Waspaloy im besten Falle nur geringfügig
elektronenstrahlschweissbar, obwohl es weniger Gamma-Prime enthält
und schwächer ist.
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Dieses feinkörnige Material ist auch zum Isothermschmieden und
Warmgesenkschmieden geeignet, um gemäss den Lehren von US-
A 3 519 503, hierdurch durch Bezugnahme eingebunden, komplexe
Artikel herzustellen. Die bisher in dieser Anmeldung beschriebenen
Verfahrensschritte liefern ein Material, welches wie in US-
A 3 519 503 beschrieben "konditioniert" ist und welches gemäss den
Lehren dieses Patentes geschmiedet werden kann.
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Das Vorangehende und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beiliegenden
Zeichnungen besser ersichtlich werden.
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Figur 1 ist ein Blockdiagramm, das die Schritte des Verfahrens der
Erfindung zeigt.
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Figur 2 ist eine Graphik der Formänderungsfestigkeit gegenüber der
Temperatur für das Material der Erfindung und für mehrere
Materialien nach dem bekannten Stand der Technik.
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Figur 3 ist ein Balkendiagramm der Fliessspannung gegenüber der
Temperatur für das Material der Erfindung im feinkörnigen Zustand.
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Figur 4 ist ein Balkendiagramm der Längendehnung gegenüber der
Temperatur für das Material der Erfindung im feinkörnigen Zustand.
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf die
Figur 1 beschrieben werden, welche ein Blockdiagramm eines
Verfahrens ist, das besonders geeignet ist, um Scheibenvorformlinge
und Wellen für Gasturbinenmaschinen herzustellen.
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Gemäss dem in der Figur 1 gezeigten Verfahren wird Material, dessen
Zusammensetzung in den Rahmen der Tabelle I fällt, zuerst mittels
Vakuuminduktionsschmelzens geschmolzen. Bei einem besonders
aktuellen Beispiel wurde Vakuuminduktionsmaterial als Zylinder mit
einem Durchmesser von 54 cm (21 Inch) hergestellt. Dieses Material
wird dann mittels Vakuumlichtbogenschmelzens erneut geschmolzen, um
ein zylindrisches Gussstück herzustellen, der einen Durchmesser von
61 cm (24 Inch) und eine Korngrösse im Bereich von 1.59 bis 3.2 mm
(1/16 bis 1/8 Inch) hat. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken,
dass die bevorzugten Zusammensetzungen im wesentlichen frei von
hochschmelzenden Metallen wie Wolfram und Tantal sind, welche die
Herstellung von feinkörnigem, nicht entmischtem Material stören
können.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform wurde dieses mittels
Vakuumlichtbogengeschmelzens erneut geschmolzene Material mit einem
Durchmesser von 61 cm (24 Inch) dann mit einer
Glaskeramikbeschichtung (Ceramguard 11, einem Produkt von A.D. Smith
Co. von Florence, Kentucky) beschichtet. Dieses beschichtete
Gussstück wurde bei 1190º C (2175º F) für 72 Stunden durchgewärmt
und mit einer weichen, unlegierten Stahlhülle ummantelt, die eine
Dicke von 7 mm (1/4 Inch) hat. Die Glaskeramikbeschichtung dient als
Schmiermittel und verhindert, dass die Stahlhülle mit dem
Superlegierungsmaterial zusammenwirkt. Die Stahlhülle vermindert
teilweise die Rissbildung während der anfänglichen Warmdeformation,
weil sie das Abkühlen der Oberfläche des Werkstückes durch den
Stempel vermindert. Die Abfolge der Vorgänge des Beschichtens,
Diffusionsglühens und Ummantelns ist nicht kritisch, ausser dass das
Beschichten dem Ummanteln vorangehen muss, und, wenn für das
Hüllenmaterial weicher, unlegierter Stahl verwendet wird, dass das
Diffusionsglühen dem Ummanteln vorangehen muss, weil das
Hüllenmaterial die Bedingungen des Diffusionsglühens nicht überleben
würde.
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Das Gussstück wurde dann in axialer Richtung zwischen flachen
Stempeln bei einer Temperatur von 1190º C (2175º F) gestaucht, um
die Länge des Zylinders zu reduzieren und den Durchmesser des
Zylinders von 61 cm (24 Inch) auf einen Durchmesser von 81 cm
(32 Inch) zu vergrössern, bei einer Dehnungsrate von ungefähr
0.5 mm/mm/min (0.5 in/in/min). Dies führt zu einer wahren Dehnung
von -0.58.
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Weil die Gamma-Prime Löslichkeitstemperatur für das verwendete
Material zwischen 1110º C (2030º F) und 1120º C (2050º F) lag,
wurden die Vorgänge des Durchwärmens und Stauchens oberhalb der
Gamma-Prime Löslichkeitstemperatur durchgeführt. Das Material mit
einem Durchmesser von 81 cm (32 Inch) wurde dann radial zwischen
flachen Stempeln bei einer Temperatur von 1095º C (2000º F)
(unterhalb der Gamma-Prime Löslichkeitstemperatur) warmgepresst, um
den Durchmesser bei einer Rate von 0.5 mm/mm/min (0.5 in/in/min) von
81 cm (32 Inch) auf 61 cm (24 Inch) zu verkleinern. Man bemerke,
dass der Durchmesser an diesem Punkt der gleiche war wie der
Durchmesser beim Start, wobei aber das Material einer gesamten
kumulativen wahren Dehnung von ungefähr 1.16 unterworfen wurde. Die
absoluten Werte der Dehnungen werden addiert, weil eine redundante
Dehnung nützlich ist, um die nötige Mikrostruktur zu erreichen. Das
Material wurde dann auf 1175º C (2150º F) erwärmt (über der Gamma-
Prime Löslichkeitstemperatur) und für 4 Stunden bei dieser
Temperatur durchgewärmt. Das warmgeschmiedete Stück wurde dann
sofort zu einem anderen Ofen bei einer Temperatur von 1080º C
(1975º F) transportiert und für eine Zeitdauer von sechs Stunden in
diesem Ofen behalten. Während der Zeit im Ofen mit der tieferen
Temperatur ging das Material (welches als Material mit einer
einzigen Phase ohne Gamma-Prime begann) allmählich mit einer Rate
von ungefähr 10º C (20º F) pro Sunde durch die Gamma-Prime
Löslichkeitstemperatur hindurch, und es wurden Gamma-Prime Partikel
abgesetzt. Wegen der damit zusammenhängenden hohen Temperatur und
den langen Zeiten wuchsen die abgesetzten Gamma-Prime Partikel bis
zu einer Grösse von vorwiegend grösser als 1 µm (1 Mikron) an. Die
resultierende Struktur war stark übervergütet, was bedeutet, dass
die Gamma-Prime Partikelgrösse und Zwischenräume viel grösser waren
als diejenigen, welche optimale mechanische Eigenschaften liefern.
Während zwei Öfen mit verschiedenen Temperaturen verwendet wurden,
ist zu erkennen, dass auch ein programmierbarer Ofen verwendet
werden könnte oder dass die Temperatur des Ofens von Hand reduziert
werden könnte, um das gleiche Resultat zu erzeugen.
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Das übervergütete Schmiedestück mit einem Durchmesser von 61 cm
(24 Inch) wurde dann bei einer Temperatur von 1080º C (1975º F)
unter der Verwendung von flachen Stempeln auf einen Durchmesser von
40 cm (16 Inch) warmgepresst, wobei bei einer Dehnungsrate von
ungefähr 0.5 mm/mm/min (0.5 in/in/min) eine wahre Dehnung von 0.81
erzeugt wurde. Das Material wurde dann bei einer Temperatur von
1080º C (1975º F) angelassen und mit dazwischenliegenden Schritten
des Anlassens bei 1080º C (1975º F) auf einen endgültigen
Durchmesser von 18 cm (7 Inch) schräggewalzt. Das Schrägwalzen wurde
in einer GFM-Maschine durchgeführt, durch eine Maschine zum
Schrägwalzen oder Gesenkschmieden, die ein Produkt der GFM Holding
von Steyr, Österreich, ist und in US-A 4 430 881, 3 889 514 und
3 871 223 beschrieben ist. Paare von diametral gegenüberliegenden
Hämmern schlagen wiederholt auf das Werkstück ein, während das
Werkstück gedreht wird. Es hätten andere Deformationstechniken
verwendet werden können. Die wahre Dehnung, die aus der Umformung
des Massels von einem Durchmesser von 40 cm (16 Inch) auf einen
Durchmesser von 18 cm (7 Inch) resultiert, beträgt ungefähr 1.65,
und die Dehnungsrate ist mindestens 3 mm/mm/min (3 in/in/min). Der
Knüppel mit einem Durchmesser von 18 cm (7 Inch) hatte eine ASTM
Korngrössenzahl von ungefähr 12 - 14, ausser für die mittleren 5.0
bis 7.5 cm (2 - 3 Inch), welche ungefähr 10% grössere nicht
rekristallisierte Körner aufwiesen.
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Das resultierende Material mit einem Durchmesser von 18 cm (7 Inch)
war (nach einer weiteren maschinellen Bearbeitung und
Wärmebehandlung) ideal geeignet, um als hohle Welle in einer
Anwendung für eine Hochdruckgasturbinenmaschine verwendet zu werden.
Solche Wellen werden verwendet, um Leistung aus der Turbinenpartie
nach vorne zur Kompressorpartie zu übertragen, und sie erfordern
eine hohe Drehmomentübertragungsfähigkeit.
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Die Materialeigenschaft, die am meisten mit der
Drehmomentübertragungsfähigkeit für diesen Typ von Anwendung
zusammenhängt, ist die Fromänderungsfestigkeit. Die Figur 2 zeigt
die Fromänderungsfestigkeit in Funktion der Temperatur für mehrere
Superlegierungen auf der Basis von Nickel und für Material aus
hochfestem Stahl (17 - 22A), welcher ublicherweise für Wellen von
Gasturbinenmaschinen verwendet wird.
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Es kann gesehen werden, dass das Material des Verfahrens der
Erfindung bis zu ungefähr 540º C (1000º F) die grösste
Fromänderungsfestigkeit von allen geprüften Materialien hat. Das als
IN 100 aufgelistete Material hat eine nominelle Zusammensetzung von
12% Cr, 18% Co, 3.2% Mo, 4.3% Ti, 5.0% Al, 0.8% V, 0.07% C, 0.02% B,
0.06% Zr, Ausgleich Ni, und ist eine der gewöhnlich verwendeten
Superlegierungen mit der grössten Festigkeit. IN 100 hat einen
Gamma-Prime Anteil von ungefähr 65% und kann durch die vorliegende
Erfindung nicht zuverlässig verarbeitet werden, sondern muss statt
dessen verarbeitet werden, indem teurere Verarbeitungstechniken der
Pulvermetallurgie verwendet werden. Das als Inconel 718 aufgelistete
Material hat eine nominelle Zusammensetzung von 19% Cr, 3.1% Mo,
5.3% (Cb + Ta), 0.9% Ti, 0.6% Al, 19% Fe, Ausgleich Ni, und eine
ASTM Korngrössenzahl von ungefähr 6, und es ist zu sehen, dass es
eine Fromänderungsfestigkeit hat, welche 138 MPa (20 ksi) kleiner
ist als diejenige des Materials, das gemäss der Erfindung
verarbeitet wurde, wobei der Fehlbetrag mit zunehmender Temperatur
grösser wird. Das als grobkörniges Waspaloy bezeichnete Material hat
eine nominelle Zusammensetzung von 19.5% Cr, 13.5% Co, 4.2% Mo,
3.0% Ti, 1.4% Al, 0.05% C, 0.006% B, 0.007% Zr, Ausgleich Ni, und
eine ASTM Korngrössenzahl von ungefähr 4, und es hat eine
Fromänderungsfestigkeit, welche ungefähr 207 MPa (30 ksi) kleiner
ist als diejenige des Materials, das gemäss der Erfindung
verarbeitet wurde, wobei der Fehlbetrag der Formänderungsfestigkeit
mit zunehmender Temperatur kleiner wird. Das als Stahl aufgelistete
Material hat eine nominelle Zusammensetzung von 0.45% C, 0.55% Mn,
0.28% Si, 0.95% Cr, 0.55% Mo, 0.3% V, Ausgleich Fe, und wurde im
normalisierten und angelassenen (N + T) Zustand sowie im
abgeschreckten und angelassenen (Q + T) Zustand geprüft. Es ist zu
sehen, dass das normalisierte und angelassene Material eine
Formänderungsfestigkeit hat, welche ungefähr 414 - 483 MPa (60 - 70
ksi) kleiner ist als diejenige des Materials der Erfindung, und dass
es eine Formänderungsfestigkeit hat, welche bei Temperaturen
oberhalb von ungefähr 315º C (600º F) abrupt abfällt. Die Festigkeit
des abgeschreckten und angelassenen Materials fällt oberhalb von
ungefähr 205º C (400º F) abrupt ab. Demzufolge kann gesehen werden,
dass von diesen Kandidatenmaterialien das Material der vorliegenden
Erfindung über einen weiten Bereich von Temperaturen eine bessere
Formänderungsfestigkeit aufweist und bis zu Temperaturen von
mindestens ungefähr 650º C (1200º F) verwendet werden kann.
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Das Material der Erfindung weist in seiner feinkörnigen Form auch
über einen ziemlich weiten Temperaturbereich nützliche
superplastische Eigenschaften auf und kann deshalb mittels
Isothermschmieden oder Warmgesenkschmieden bei relativ kleinen
Schmiedespannungen geschmiedet werden, um komplexe Formen zu bilden.
Die Figur 3 zeigt die Fliesspannung dieses Materials, wenn sie in
einem Zugversuch mit einer Dehnungsrate von 0.1 mm/mm/min
(0.1 in/in/min) bei mehreren verschiedenen Temperaturen gemessen
wird, und es ist zu sehen, dass das Material, das gemäss der
Erfindung verarbeitet wurde, für Temperaturen zwischen 1010º C und
1107º C(1850º F und 2025º F) eine Fliessspannung von weniger als
ungefähr 69 MPa (10 ksi) hat. Die Figur 4 zeigt die Resultate der
Längendehnung für das gleiche Material in Zugversuchen, die bei
0.1 mm/mm/min (0.1 in/in/min) durchgeführt wurden, und es ist zu
sehen, dass bei Temperaturen zwischen 1010º C (1850º F) und 1080º C
(1975º F) das Material der Erfindung eine Längendehnung von mehr als
ungefähr 150% aufwies. Dies zeigt eine Fähigkeit an, ohne
Rissbildung in komplexe Formen geformt werden zu können.
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In diesem Zusammenhang bedeutet Warmgesenkschmieden ein Verfahren,
in welchem die Schmiedestempel bis innerhalb eines Bereichs von
ungefähr 280º C (500º F) der Schmiedetemperatur erwärmt sind, und
Isothermschmieden bedeutet, dass die Stempel bis innerhalb eines
Bereichs von ungefähr 112º C (200º F) der Schmiedetemperatur erwärmt
sind.
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Die bevorzugte Zusammensetzung wurde ausgewählt, um das für das
Warmgesenkschmieden oder Isothermschmieden nötige superplastische
Verhalten über einen brauchbaren Temperaturbereich aufzuweisen.
Nicht alle Zusammensetzungen im weiten Bereich werden ein solches
Verhalten aufweisen, aber der geübte Handwerker wird sofort fähig
sein, mit einfachen Warmzugversuchen festzustellen, ob eine
Zusammensetzung das Verhalten hat.
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Indem kurz zur Figur 1 zurückgekehrt wird, dem Flussdiagramm für die
praktische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist das
Material nach dem Vorgang des GFM-Schmiedens zum Warmgesenkschmieden
oder zum Isothermschmieden bei einer Dehnungsrate im Bereich von
0.05 - 0.2 mm/mm/min (0.05 - 0.2 in/in/min) geeignet, um komplexe
Formen wie Scheiben von Gasturbinenmaschinen zu bilden.