EP1428897A1 - Process for producing an alloy component with improved weldability and/or mechanical workability - Google Patents

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EP1428897A1
EP1428897A1 EP02027496A EP02027496A EP1428897A1 EP 1428897 A1 EP1428897 A1 EP 1428897A1 EP 02027496 A EP02027496 A EP 02027496A EP 02027496 A EP02027496 A EP 02027496A EP 1428897 A1 EP1428897 A1 EP 1428897A1
Authority
EP
European Patent Office
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heat treatment
component
welding
alloy
carried out
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02027496A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Nigel-Philip Cox
Dirk Dr. Goldschmidt
Rolf Dr. Wilkenhöner
Konstantin A. Prof. Yushchenko
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Priority to US10/538,414 priority patent/US20060144477A1/en
Priority to EP03782329A priority patent/EP1570098A2/en
Priority to CN200380105754.3A priority patent/CN1726297B/en
Priority to PCT/EP2003/013882 priority patent/WO2004053181A2/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a Component with improved weldability and / or machinability from an alloy according to Claim 1.
  • US Pat. No. 5,938,863 discloses a nickel-based superalloy, has the addition of carbides to the Improve fatigue behavior.
  • U.S. Patent 6,120,624 discloses heat treatment of a Nickel based superalloy before welding to make that Formation of cracks in heat treatments after To avoid welding.
  • U.S. Patent 4,579,602 and U.S. Patent 4,574,015 disclose Heat treatments for cast superalloys to achieve this Forging these materials to improve.
  • an alloy component During the manufacture of an alloy component the component has to be manufactured in various intermediate stages to be edited. Often the alloy has not the desired properties to get them optimal to be able to edit.
  • the alloy can be relatively brittle, making mechanical processing (straightening, machining, grinding) difficult. Likewise, cracks or holes often have to be welded, although the alloy is often difficult to weld.
  • the object is achieved by a production method a component with improved weldability and / or machinability from an alloy according to Claim 1.
  • FIG. 1 shows an example of the time profile of the Temperature of an alloy during the manufacturing process.
  • the alloy can be hardened by excretions, for example for example a nickel or cobalt based superalloy.
  • the alloy can form a component from a powder sintered or cast or straightened as a melt to be left frozen. Other types of manufacture are conceivable.
  • the temperature is higher than the melting temperature T M (FIG. 1).
  • T M melting temperature
  • the casting process is followed, for example, by post-compression, in particular directly after the casting process, ie without cooling of the component after the casting.
  • the post-compression is carried out, for example, by hot isostatic pressing (HIP) (area I, FIG. 1) or by sintering in order to close defects such as pores, cavities, etc.
  • HIP hot isostatic pressing
  • the post-compression can also take place after other manufacturing steps.
  • the Components made of this alloy are mechanical processed (e.g. straightened or cutting, grinding Processing) and / or welding repairs are carried out by Faults in the component, especially at room temperature.
  • the microstructure (structure) of the component changed so that the processability of the Alloy is improved compared to the untreated structure.
  • the structural features include the crystal structure, Excretions and secondary phases.
  • the exemplary aging heat treatment can be connected directly to the post-compression process, in particular in the same furnace, or after casting or sintering. There is no or only insignificant cooling of the component (Fig. 1, transition area I, II) If the post-compression process is carried out using a HIP process, the pressure during the improvement heat treatment can remain, be slowly reduced or reduced.
  • the aging heat treatment is done by heating up a certain temperature, possibly with a holding time at this temperature, and for example by a low one Cooling rate of greater than 1 ° C to 5 ° C per minute, in particular from 2 ° C to 3 ° C per minute, e.g. immediately after the Post-compaction process reached (area II, Fig.1).
  • the aging heat treatment becomes an aging of the ⁇ '-phase, whereby the ductility of the Base material is significantly increased.
  • This aging heat treatment improves the weldability of the alloy, in particular at room temperature, compared to the untreated alloy.
  • the improved mechanical ductility of the alloy compared to the untreated alloy makes the component easier to straighten (mechanically deformable) and / or better machinable or grinding.
  • the structure obtained in this way can be used at high temperatures Compared to the structure before the heat treatment worse Have properties.
  • high-strength nickel super alloys such as IN939, Rene80 and IN738LC have not been used so far, particularly for large and thin-walled components such as combustion chamber linings. These alloys have the ⁇ '-phase to increase strength and can now be processed and used with the method according to the invention without restrictions (with welding points).
  • the material of choice was previously Hastelloy X. This material is easier to weld, but has limited high-temperature strength and directionality compared to the other material classes.
  • the component can be used, for example, for solution annealing (1180 ° C for the above-mentioned materials) with subsequent rapid cooling (20 ° - 40 ° C per minute to 800 ° C, then air cooling), i.e. faster than the cooling rate in the improvement heat treatment ,
  • the outdated structure is "erased” again, ie the coarse precipitations at least partially disappear and the component regains its good high-temperature properties in the alloy, for example by adjusting a finely dispersed ⁇ '-structure (rapid cooling).
  • the structure may indicate the area of application of the component better properties than the structure that the component after heat treatment to improve the Processability showed.
  • this ⁇ '-phase is dissolved.
  • the ⁇ '-phase fails and coarsens accordingly.
  • the coarsening not only leads to an increase in the mean diameter of the ⁇ '-phase, but also, for example, to spherodization of the ⁇ '-phase, ie it is less cube-shaped, but more platelet-shaped. Such coarsening leads to increased ductility.
  • a corresponding heat treatment is carried out which changes the microstructure in such a way that it improves the processability of the component, in particular at room temperature.
  • the process to improve the workability of the Alloy can be used for newly manufactured components as well as for components that were in use (refurbishment).
  • the procedure is as follows, for example.
  • the used component is cleaned (removal of oxidation / corrosion products) and stripped, for example. Then the component is assessed, ie the detection of cracks and pores. An aging heat treatment then takes place, which is followed either by welding repair of the cracks and pores at room temperature or by straightening the component. It then takes place if necessary. cold deforming (hammering or hammering) of the welding points created in this way. This is followed, for example, by heat treatment again (for example solution annealing) in order to set the desired finely dispersed y 'structure. If necessary, there is a further post-treatment of the welds, for example a local heat treatment.
  • the solution annealing takes place, for example, at the same temperature as in the aging heat treatment, but with faster cooling, in order to avoid the coarsening of the ⁇ ′ structures. It is cooled so quickly that the ⁇ '-phase is not completely eliminated, but remains at least partially positively dissolved. If necessary, outsourcing can be carried out to remove the desired ⁇ '-structure (fine blocky particles).
  • a type of filler or a filler with the same composition as the component is used.
  • the same type means that it has approximately the same composition as the component or the same high-temperature properties as the base material.
  • the components of the welding filler for example, have the same proportions as the material of the component. Possibly. welding consumables can be dispensed with. In particular, welding additives that are less resistant to high temperatures should be avoided.
  • the welding filler can be hardened by precipitations, ie its strength can be increased, the welding point hardly or not at all reduces the strength of the component.
  • the welding additive should have at least a volume fraction of 35% for the excretions (for example the ⁇ '-phase).
  • the aging temperature of 1180 ° C for IN939 is aware chosen higher than from the prior art (1160 ° C, US-PS 6,120,624).
  • FIG. 2 shows different microstructures Superalloy.
  • the microstructure of the alloy is IN738 shown.
  • Figure 2a shows the alloy with cubic primary ⁇ 'and fine secondary ⁇ '-phase, so that a high-strength Alloy results in a low ductility.
  • Figure 2b shows an outdated microstructure, the one has platelet-shaped ⁇ 'phase, but no secondary ⁇ '-phase. This microstructure has one compared to FIG. 2a increased ductility.

Abstract

Production of a component made from a precipitation-hardened alloy comprises improving the mechanical processability and/or weldability in an intermediate step by heat treating.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit verbesserter Schweissbarkeit und/oder mechanischen Bearbeitbarkeit aus einer Legierung gemäss Anspruch 1.The invention relates to a method for producing a Component with improved weldability and / or machinability from an alloy according to Claim 1.

Die US-PS 5,938,863 offenbart eine Nickelbasis-Superlegierung, die Zusätze von Carbiden aufweist, um das Ermüdungsverhalten zu verbessern.US Pat. No. 5,938,863 discloses a nickel-based superalloy, has the addition of carbides to the Improve fatigue behavior.

Die US-PS 6,120,624 offenbart eine Wärmebehandlung einer Nickelbasis-Superlegierung vor einem Schweissen, um das Entstehen von Rissen bei Wärmebehandlungen nach dem Schweissen zu vermeiden.U.S. Patent 6,120,624 discloses heat treatment of a Nickel based superalloy before welding to make that Formation of cracks in heat treatments after To avoid welding.

Die US-PS 4,579,602 sowie die US-PS 4,574,015 offenbaren Wärmebehandlungen für gegossene Superlegierungen, um das Schmieden dieser Materialien zu verbessern.U.S. Patent 4,579,602 and U.S. Patent 4,574,015 disclose Heat treatments for cast superalloys to achieve this Forging these materials to improve.

Aus der US-PS 5,374,319, US-PS 5,106,010 und EP 478374 ist bekannt, bei einem Bauteil die örtlich begrenzte Schweisszone auf Temperaturen über die Alterungstemperatur zu erhitzen. Dies führt zu Spannungen in dem auf unterschiedlichen Temperaturen gehaltenen Bauteil.From U.S. Patent 5,374,319, U.S. Patent 5,106,010 and EP 478374 known, the localized welding zone for a component heat to temperatures above the aging temperature. This leads to tensions in the different Component kept at temperatures.

Während der Herstellung eines Bauteils aus einer Legierung muss das Bauteil in verschiedenen Herstellungs-Zwischenschritten bearbeitet werden. Oft weist die Legierung nicht die gewünschten Eigenschaften auf, um sie optimal zu bearbeiten zu können. During the manufacture of an alloy component the component has to be manufactured in various intermediate stages to be edited. Often the alloy has not the desired properties to get them optimal to be able to edit.

So kann die Legierung relativ spröde sein, wodurch eine mechanische Bearbeitung (Richten, spanende, schleifende Bearbeitung) erschwert wird.
Ebenso müssen oft Risse oder Löcher verschweisst werden, wobei jedoch oft eine schlechte Schweissbarkeit der Legierung vorliegt.The alloy can be relatively brittle, making mechanical processing (straightening, machining, grinding) difficult.
Likewise, cracks or holes often have to be welded, although the alloy is often difficult to weld.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, oben genannte Probleme zu überwinden.It is therefore an object of the invention to solve the above-mentioned problems overcome.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit verbesserter Schweissbarkeit und/oder mechanischen Bearbeitbarkeit aus einer Legierung gemäss Anspruch 1.The object is achieved by a production method a component with improved weldability and / or machinability from an alloy according to Claim 1.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Verfahrensschritte aufgelistet.
Die in den Unteransprüchen aufgeführten Massnahmen können in vorteilhafter Art und Weise miteinander kombiniert werden.Further advantageous method steps are listed in the subclaims.
The measures listed in the subclaims can be combined with one another in an advantageous manner.

Es zeigen

  • Figur 1 einen beispielhaften zeitlichen Verlauf der Temperatur einer Legierung während eines Herstellungsprozesses, und
  • Figur 2 verschiedene Mikrostrukturen einer Legierung.
    • Show it
  • FIG. 1 shows an exemplary time course of the temperature of an alloy during a manufacturing process, and
  • Figure 2 different microstructures of an alloy.

    • Die Figur 1 zeigt einen beispielhaften zeitlichen Verlauf der Temperatur einer Legierung während des Herstellungsprozesses.FIG. 1 shows an example of the time profile of the Temperature of an alloy during the manufacturing process.

    Die Legierung ist bspw. durch Ausscheidungen härtbar, wie bspw. eine Nickel- oder Kobaltbasierte Superlegierung. Die Legierung kann zu einem Bauteil aus einem Pulver gesintert oder als Schmelze abgegossen bzw. gerichtet erstarrt gelassen werden. Weitere Herstellungsarten sind denkbar. The alloy can be hardened by excretions, for example for example a nickel or cobalt based superalloy. The alloy can form a component from a powder sintered or cast or straightened as a melt to be left frozen. Other types of manufacture are conceivable.

    Wenn die Legierung für einen Giessprozess aufgeschmolzen ist, so ist die Temperatur grösser als die Schmelztemperatur TM (Fig. 1). Die Schmelze wird abgegossen (Bereich cast) und danach mehr oder weniger langsam kontrolliert oder unkontrolliert abgekühlt, so dass die Temperatur unter der Schmelztemperatur liegt.If the alloy is melted for a casting process, the temperature is higher than the melting temperature T M (FIG. 1). The melt is poured off (cast area) and then more or less slowly checked or cooled in an uncontrolled manner so that the temperature is below the melting temperature.

    Nach dem Giessverfahren folgt bspw. eine Nachverdichtung, insbesondere direkt nach dem Giessprozess, d.h. ohne Abkühlung des Bauteils nach dem Giessen.
    Die Nachverdichtung erfolgt beispielsweise durch heissisostatisches Pressen (HIP), (Bereich I, Fig. 1) oder durch Sintern, um Fehler wie z.B. Poren, Lunker,.. zu schliessen.
    Die Nachverdichtung kann auch nach anderen Herstellungsschritten erfolgen.    The casting process is followed, for example, by post-compression, in particular directly after the casting process, ie without cooling of the component after the casting.
    The post-compression is carried out, for example, by hot isostatic pressing (HIP) (area I, FIG. 1) or by sintering in order to close defects such as pores, cavities, etc.
    The post-compression can also take place after other manufacturing steps.

    In diesem Stadium (mit oder ohne Nachverdichtung) werden die Bauteile, die aus dieser Legierung bestehen, mechanisch bearbeitet (bspw. gerichtet oder spanende, schleifende Bearbeitung) und/oder es erfolgen Schweissreparaturen von Fehlern im Bauteil, insbesondere bei Raumtemperatur.At this stage (with or without post-compression) the Components made of this alloy are mechanical processed (e.g. straightened or cutting, grinding Processing) and / or welding repairs are carried out by Faults in the component, especially at room temperature.

    Oft sind jedoch die Eigenschaften der Legierung des Bauteils den mechanischen Verarbeitungsbedingungen (Schweissbarkeit und mechanische Verarbeitbarkeit) nicht angepasst.Often, however, are the properties of the alloy of the component the mechanical processing conditions (weldability and mechanical processability) not adjusted.

    Durch eine erfindungsgemässe nachfolgende Verbesserungswärmebehandlung, die bspw. zur Vergröberung der Ausscheidungen führt, bspw. durch eine Überalterungswärmebehandlung, die zu einer Überalterung der Struktur der Legierung führt, wird die Mikrostruktur (Gefüge) des Bauteils so verändert, dass die Verarbeitbarkeit der Legierung gegenüber dem unbehandelten Gefüge verbessert wird. Zu den Gefügemerkmalen zählen u.a. die Kristallstruktur, Ausscheidungen und Sekundärphasen. By a subsequent one according to the invention Improvement heat treatment, for example to coarsen the Excretions, for example Aging heat treatment leading to aging of the Structure of the alloy, the microstructure (structure) of the component changed so that the processability of the Alloy is improved compared to the untreated structure. The structural features include the crystal structure, Excretions and secondary phases.

    Insbesondere kann die beispielhafte Überalterungswärmebehandlung direkt an den Nachverdichtungsprozess, insbesondere in demselben Ofen, oder nach dem Giessen bzw. Sintern angeschlossen werden.
    Es findet keine oder nur eine unwesentliche Abkühlung des Bauteils statt (Fig. 1, Übergang Bereich I, II)
    Wird der Nachverdichtungsprozess mit einem HIP-Verfahren durchgeführt, so kann der Druck bei der Verbesserungswärmebehandlung bestehen bleiben, langsam abgesenkt oder zurückgenommen werden.    In particular, the exemplary aging heat treatment can be connected directly to the post-compression process, in particular in the same furnace, or after casting or sintering.
    There is no or only insignificant cooling of the component (Fig. 1, transition area I, II)
    If the post-compression process is carried out using a HIP process, the pressure during the improvement heat treatment can remain, be slowly reduced or reduced.

    Die Überalterungswärmebehandlung wird durch Hochheizen auf eine bestimmte Temperatur, ggf. mit einer Haltezeit bei dieser Temperatur, und beispielsweise durch eine geringe Abkühlrate von grösser 1°C bis 5°C pro Minute, insbesondere von 2°C bis 3°C pro Minute, bspw. direkt nach dem Nachverdichtungsprozess erreicht (Bereich II, Fig.1).The aging heat treatment is done by heating up a certain temperature, possibly with a holding time at this temperature, and for example by a low one Cooling rate of greater than 1 ° C to 5 ° C per minute, in particular from 2 ° C to 3 ° C per minute, e.g. immediately after the Post-compaction process reached (area II, Fig.1).

    Eine Überalterungswärmebehandlung für IN 738LC, die auch zu einer Vergröberung der Ausscheidungen führt, hat bspw. folgende Parameter:

  • Aufheizen mit 10°C - 25°C/min (falls notwendig),
  • Haltetemperatur/-zeit 1180°C + 0°C - 10°C / 3h,
  • Abkühlen mit 2°C - 3°C/min. bis 950°C, dann Luftabkühlung.
    • An aging heat treatment for IN 738LC, which also leads to coarsening of the excretions, has the following parameters, for example:
  • Heating at 10 ° C - 25 ° C / min (if necessary),
  • Holding temperature / time 1180 ° C + 0 ° C - 10 ° C / 3h,
  • Cool down at 2 ° C - 3 ° C / min. up to 950 ° C, then air cooling.

    • Durch die Überalterungswärmebehandlung wird eine Überalterung der γ'-Phase bewirkt, wodurch die Duktilität des Grundwerkstoffs wesentlich erhöht wird.The aging heat treatment becomes an aging of the γ'-phase, whereby the ductility of the Base material is significantly increased.

    Durch diese Überalterungswärmebehandlung wird z.B. die Schweissbarkeit der Legierung insbesondere bei Raumtemperatur gegenüber der unbehandelten Legierung verbessert.
    Ausserdem wird durch die verbesserte mechanische Duktilität der Legierung gegenüber der unbehandelten Legierung das Bauteil besser richtbar (mechanisch verformbar) und/oder besser spanend oder schleifend bearbeitbar.     This aging heat treatment improves the weldability of the alloy, in particular at room temperature, compared to the untreated alloy.
    In addition, the improved mechanical ductility of the alloy compared to the untreated alloy makes the component easier to straighten (mechanically deformable) and / or better machinable or grinding.

    Für den späteren Anwendungsbereich des Bauteils wie z.B. Hochtemperatureinsatz kann das so erzielte Gefüge im Vergleich zu dem Gefüge vor der Wärmebehandlung schlechtere Eigenschaften aufweisen.For the later area of application of the component, e.g. The structure obtained in this way can be used at high temperatures Compared to the structure before the heat treatment worse Have properties.

    Aufgrund der schlechten Schweissbarkeit und Richtbarkeit wurden bisher hochfeste Nickelsuperlegierungen wie IN939, Rene80 und IN738LC insbesondere für grosse und dünnwandige Bauteile, wie z.B. Brennkammerauskleidungen nicht eingesetzt. Diese Legierungen weisen die γ'-Phase zur Festigkeitssteigerung auf und können nun mit dem erfindungsgemässen Verfahren ohne Einschränkungen bearbeitet und eingesetzt (mit Schweissstellen) werden.
    Werkstoff der Wahl war bisher Hastelloy X. Dieser Werkstoff ist besser schweissbar, besitzt jedoch im Vergleich zu den anderen Werkstoffklassen eine beschränkte Hochtemperaturfestigkeit und Richtbarkeit.    Due to the poor weldability and directionality, high-strength nickel super alloys such as IN939, Rene80 and IN738LC have not been used so far, particularly for large and thin-walled components such as combustion chamber linings. These alloys have the γ'-phase to increase strength and can now be processed and used with the method according to the invention without restrictions (with welding points).
    The material of choice was previously Hastelloy X. This material is easier to weld, but has limited high-temperature strength and directionality compared to the other material classes.

    Nach der Überalterungswärmebehandlung werden gegebenenfalls Fehlstellen (Risse, Löcher,....) beispielsweise mittels Mikroplasmapulverauftragsschweissen oder Plasmapulverauftragsschweissen repariert.
    Der Einsatz anderer Schweissverfahren wie manuelles Wolfram-Inertgas-Schweissen ist prinzipiell ebenso möglich.
    Die beim Schweissen entstandenen Schweissstellen können gegebenenfalls gedengelt (gehämmert) werden, was zur Kaltverfestigung führt, da Druckeigenspannungen induziert werden.
    Ebenso können Poren oder sonstige Fehler dadurch reduziert werden oder verschwinden.    After the aging heat treatment, imperfections (cracks, holes, ...) are repaired, for example, by means of micro plasma deposition welding or plasma powder deposition welding.
    The use of other welding processes such as manual tungsten inert gas welding is also possible in principle.
    The welds created during welding can be narrowed (hammered) if necessary, which leads to work hardening, since residual compressive stresses are induced.
    Likewise, pores or other defects can be reduced or disappear.

    Danach erfolgt beispielsweise ein Kaltrichten des Bauteils in entsprechenden Vorrichtungen zur Korrektur der Geometrie des Bauteils.This is followed, for example, by cold straightening the component in corresponding devices for correcting the geometry of the Component.

    Danach kann mit dem Bauteil bspw. ein Lösungsglühen (1180°C für oben genannte Werkstoffe) mit anschliessender schneller Abkühlung (20° - 40°C pro Minute bis 800°C, dann Luftabkühlung) durchgeführt werden, d.h. schneller als die Abkühlrate bei der Verbesserungswärmebehandlung.
    Hierdurch wird die überalterte Struktur wieder "gelöscht", d.h. die groben Ausscheidungen verschwinden zumindest teilweise und das Bauteil erhält seine guten Hochtemperatureigenschaften der Legierung bspw. durch Einstellung einer feindispersen γ'-Struktur zurück (schnelle Abkühlung) .    Afterwards, the component can be used, for example, for solution annealing (1180 ° C for the above-mentioned materials) with subsequent rapid cooling (20 ° - 40 ° C per minute to 800 ° C, then air cooling), i.e. faster than the cooling rate in the improvement heat treatment ,
    As a result, the outdated structure is "erased" again, ie the coarse precipitations at least partially disappear and the component regains its good high-temperature properties in the alloy, for example by adjusting a finely dispersed γ'-structure (rapid cooling).

    Das Gefüge,weist ggf. für den Anwendungsbereich des Bauteils bessere Eigenschaften auf als das Gefüge, das das Bauteil nach der Wärmebehandlung zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit aufwies.The structure may indicate the area of application of the component better properties than the structure that the component after heat treatment to improve the Processability showed.

    Während der Überalterungswärmebehandlung bei den Werkstoffen mit der γ'-Phase wird diese γ'-Phase aufgelöst. Wenn die γ'-Phase komplett aufgelöst ist, erfolgt eine langsame Abkühlung wobei die γ'-Phase ausfällt und sich entsprechend vergröbert. Die Vergröberung führt nicht nur zu einem Anstieg in dem mittleren Durchmesser der γ'-Phase, sondern bspw. auch zu einer Spherodisation der γ'-Phase, d.h. sie ist weniger würfelhaft, sondern mehr plättchenförmig ausgeprägt. Eine solche Vergröberung führt zu einer erhöhten Duktilität.
    Bei anderen Werkstoffen, die keine γ'-Phase aufweisen, wird eine entsprechende Wärmebehandlung durchgeführt, die die Mikrostruktur so verändert, dass sie die Verarbeitbarkeit des Bauteils, insbesondere bei Raumtemperatur verbessert.    During the aging heat treatment for materials with the γ'-phase, this γ'-phase is dissolved. When the γ'-phase is completely dissolved, there is a slow cooling, the γ'-phase fails and coarsens accordingly. The coarsening not only leads to an increase in the mean diameter of the γ'-phase, but also, for example, to spherodization of the γ'-phase, ie it is less cube-shaped, but more platelet-shaped. Such coarsening leads to increased ductility.
    In the case of other materials which do not have a γ'-phase, a corresponding heat treatment is carried out which changes the microstructure in such a way that it improves the processability of the component, in particular at room temperature.

    Das Verfahren zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit der Legierung kann für neu gefertigte Bauteile verwendet werden sowie für Bauteile, die im Einsatz waren (Refurbishment).The process to improve the workability of the Alloy can be used for newly manufactured components as well as for components that were in use (refurbishment).

    Dabei ist die Vorgehensweise beispielsweise wie folgt. The procedure is as follows, for example.

    Das benutze Bauteil wird gesäubert (Entfernung Oxidations/Korrosionsprodukte) und beispielsweise entschichtet.
    Danach erfolgt eine Begutachtung des Bauteils, d.h. die Feststellung von Rissen und Poren.
    Es erfolgt dann eine Überalterungswärmebehandlung, an die sich entweder eine Schweissreparatur der Risse und Poren bei Raumtemperatur oder ein Richten des Bauteils anschliesst.
    Es erfolgt dann'ggf. ein kaltes Verformen (dengeln oder hämmern) der so erzeugten Schweissstellen.
    Anschliessend erfolgt bspw. wieder eine Wärmebehandlung (bspw. Lösungsglühen), um die gewünschte feindisperse y'-Struktur einzustellen.
    Gegebenenfalls erfolgt noch eine weitere Nachbehandlung der Schweissstellen, bspw. eine lokale Wärmebehandlung.
    Das Lösungsglühen erfolgt bspw. bei derselben Temperatur wie bei der Überalterungswärmebehandlung, jedoch mit schnellerer Abkühlung, um die Vergröberung der γ'-Strukturen zu vermeiden. Es wird dabei so schnell abgekühlt, dass die γ'-Phase nicht vollständig ausgeschieden wird, sondern zumindest zum Teil zwangsgelöst bleibt.
    Gegebenenfalls kann ein Auslagern zum Ausscheiden der gewünschten γ'-Struktur (feine blockige Teilchen) erfolgen.    The used component is cleaned (removal of oxidation / corrosion products) and stripped, for example.
    Then the component is assessed, ie the detection of cracks and pores.
    An aging heat treatment then takes place, which is followed either by welding repair of the cracks and pores at room temperature or by straightening the component.
    It then takes place if necessary. cold deforming (hammering or hammering) of the welding points created in this way.
    This is followed, for example, by heat treatment again (for example solution annealing) in order to set the desired finely dispersed y 'structure.
    If necessary, there is a further post-treatment of the welds, for example a local heat treatment.
    The solution annealing takes place, for example, at the same temperature as in the aging heat treatment, but with faster cooling, in order to avoid the coarsening of the γ ′ structures. It is cooled so quickly that the γ'-phase is not completely eliminated, but remains at least partially positively dissolved.
    If necessary, outsourcing can be carried out to remove the desired γ'-structure (fine blocky particles).

    Beim Schweissen wird insbesondere ein artgleicher Schweisszusatz oder ein Schweisszusatz, der dieselbe Zusammensetzung wie das Bauteil aufweist, verwendet. Artgleich heisst, dass er ungefähr dieselbe Zusammensetzung wie das Bauteil aufweist oder dieselben Hochtemperatureigenschaften wie das Basismaterial aufweist. Dabei weisen bspw. die Bestandteile des Schweisszusatzes dieselben verhältnismässigen Anteile auf wie das Material des Bauteils.
    Ggf. kann auf Schweisszusätze verzichtet werden.
    Insbesondere sollen weniger hochtemperaturfeste Schweisszusätze vermieden werden.     When welding, in particular a type of filler or a filler with the same composition as the component is used. The same type means that it has approximately the same composition as the component or the same high-temperature properties as the base material. The components of the welding filler, for example, have the same proportions as the material of the component.
    Possibly. welding consumables can be dispensed with.
    In particular, welding additives that are less resistant to high temperatures should be avoided.

    Wenn der Schweisszusatz durch Ausscheidungen härtbar ist, d.h. seine Festigkeit kann gesteigert werden, verringert die Schweissstelle kaum oder gar nicht die Festigkeit des Bauteils.
    Der Schweisszusatz sollte mindestens einen Volumenanteil von 35% für die Ausscheidungen (bspw. die γ'-Phase) aufweisen.    If the welding filler can be hardened by precipitations, ie its strength can be increased, the welding point hardly or not at all reduces the strength of the component.
    The welding additive should have at least a volume fraction of 35% for the excretions (for example the γ'-phase).

    Das Dengeln der Schweissstelle nach dem Schweissen unterdrückt die Rissbildung während einer ersten Wärmebehandlung nach dem Schweissen.Punching the weld after welding suppresses cracking during a first Heat treatment after welding.

    Erst die Kombination der Überalterungswärmebehandlung und das Dengeln ermöglicht ein zumindest artgleiches Schweissen bei Raumtemperatur, um gute und rissfreie Schweissstellen herzustellen.Only the combination of aging heat treatment and that Dengelen enables at least one type of welding Room temperature to ensure good and crack-free welds manufacture.

    Die Überalterungstemperatur von 1180°C für IN939 ist bewusst höher gewählt als aus dem Stand der Technik (1160°C, US-PS 6,120,624) bekannt.The aging temperature of 1180 ° C for IN939 is aware chosen higher than from the prior art (1160 ° C, US-PS 6,120,624).

    Für IN738LC sieht eine beispielhafte Wärmebehandlung nach dem Schweissen wie folgt aus:

  • Aufheizen mit 10°C - 25°C/min,
  • Haltetemperatur/-zeit 1180°C + 0°C - 10°C / 2h,
  • Abkühlen mit 20°C - 40°C/min. bis 800°C, dann Luftabkühlung; (Überalterungsstruktur ist aufgelöst)
  • Aufheizen mit 10°C - 25°C/min,
  • Haltetemperatur/-zeit 1120°C +/- 10°C / 2h,
  • Abkühlen mit 20°C - 40°C/min. bis 800°C, dann Luftabkühlung; (Lösungsglühen)
    • und ggf.
    Aufheizen mit 10°C - 25°C/min,
    Haltetemperatur/-zeit 845°C +/- 10°C / 24h,
    Luftabkühlung ,
    (Auslagerungswärmebehandlung).An exemplary heat treatment for the IN738LC after welding looks as follows:
  • Heating at 10 ° C - 25 ° C / min,
  • Holding temperature / time 1180 ° C + 0 ° C - 10 ° C / 2h,
  • Cool down at 20 ° C - 40 ° C / min. up to 800 ° C, then air cooling; (Aging structure is dissolved)
  • Heating at 10 ° C - 25 ° C / min,
  • Holding temperature / time 1120 ° C +/- 10 ° C / 2h,
  • Cool down at 20 ° C - 40 ° C / min. up to 800 ° C, then air cooling; (Solution annealing)
    • and possibly
    Heating at 10 ° C - 25 ° C / min,
    Holding temperature / time 845 ° C +/- 10 ° C / 24h,
    Air cooling,
    (Precipitation heat treatment).

    Die Figur 2 zeigt verschiedene Mikrostrukturen einer Superlegierung.FIG. 2 shows different microstructures Superalloy.

    In diesem Beispiel ist die Mikrostruktur der Legierung IN738 gezeigt.In this example, the microstructure of the alloy is IN738 shown.

    Figur 2a) zeigt die Legierung mit kubischem primären γ' und feiner sekundärer γ'-Phase, so dass sich eine hochfeste Legierung ergibt, die eine geringe Duktilität aufweist.Figure 2a) shows the alloy with cubic primary γ 'and fine secondary γ'-phase, so that a high-strength Alloy results in a low ductility.

    Figur 2b zeigt eine überalterte Mikrostruktur, die eine plättchenförmige γ'-Phase aufweist, jedoch keine sekundären γ'-Phase. Diese Mikrostruktur weist eine gegenüber Figur 2a erhöhte Duktilität auf.Figure 2b shows an outdated microstructure, the one has platelet-shaped γ 'phase, but no secondary γ'-phase. This microstructure has one compared to FIG. 2a increased ductility.

    Claims (25)

    Verfahren zur Herstellung eines Bauteils
    aus einer durch Ausscheidungen härtbaren Legierung, wobei in einem Zwischenschritt die mechanische Bearbeitbarkeit und/oder Schweissbarkeit durch eine Verbesserungswärmebehandlung mit dem Bauteil vor dem Schweissen und/oder vor dem mechanischem Bearbeiten verbessert wird,
    die die Ausscheidungen vergröbert,
    wodurch das Schweissen und/oder die mechanische Bearbeitbarkeit verbessert wird.    Method of manufacturing a component
    from an alloy hardenable by precipitation, the mechanical workability and / or weldability being improved in an intermediate step by an improvement heat treatment with the component before welding and / or before mechanical processing,
    which coarsens the excretions,
    whereby the welding and / or the mechanical workability is improved.         Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Überalterungswärmebehandlung als Verbesserungswärmebehandlung mit dem Bauteil durchgeführt wird,
    um die Ausscheidungen zu vergröbern.    Method according to claim 1,
    characterized in that
    an aging heat treatment is carried out as an improvement heat treatment with the component,
    to coarsen the excretions.         Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    nach dem Schweissen und/oder der mechanischen Bearbeitung eine weitere Wärmebehandlung durchgeführt wird,
    so dass das so eingestellte Gefüge für die Anwendungsbereiche des Bauteils bessere Eigenschaften aufweist als ohne diese Wärmebehandlung.     Method according to claim 1 or 2,
    characterized in that
    a further heat treatment is carried out after the welding and / or the mechanical processing,
    so that the structure thus set has better properties for the application areas of the component than without this heat treatment.         Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    nach dem Schweissen und/oder der mechanischen Bearbeitung eine weitere Wärmebehandlung durchgeführt wird,
    die die Vergröberung der Ausscheidungen zumindest teilweise wieder rückgängig macht.    Method according to claim 1 or 2,
    characterized in that
    a further heat treatment is carried out after the welding and / or the mechanical processing,
    which at least partially reverses the coarsening of the excretions.         Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zur Herstellung des Bauteils das Bauteil aus einer Schmelze der Legierung gegossen wird.    Method according to claim 1,
    characterized in that
    to produce the component, the component is cast from a melt of the alloy.         Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Bauteil nachverdichtet wird.    The method of claim 1, 2, 3, 4 or 5,
    characterized in that
    the component is post-compressed.         Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Bauteil vor der Verbesserungswärmebehandlung nachverdichtet wird.    The method of claim 1, 2 or 6,
    characterized in that
    the component is recompressed before the improvement heat treatment.         Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil auf eine bestimmte Temperatur hochgeheizt wird, und
    dass die Verbesserungswärmebehandlung zumindest teilweise durch ein langsames Abkühlen erfolgt.     Method according to claim 1 or 2,
    characterized in that the component is heated to a certain temperature, and
    that the improvement heat treatment is done at least in part by slow cooling.         Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verbesserungswärmebehandlung direkt nach der Nachverdichtung erfolgt.    Method according to claim 6 or 7,
    characterized in that
    the improvement heat treatment takes place directly after the post-compression.         Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verbesserungswärmebehandlung direkt nach dem Giessen erfolgt.    Method according to claim 5,
    characterized in that
    the improvement heat treatment takes place directly after the casting.         Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Nachverdichtung mittels heissisostatischem Pressen durchgeführt wird.    The method of claim 6, 7 or 9,
    characterized in that
    the post-compression is carried out using hot isostatic pressing.         Verfahren nach Anspruch 1, 2, 8, 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verbesserungswärmebehandlung zumindest teilweise während einer Abkühlung mit einer Abkühlrate von 1° bis 3°C /min durchgeführt wird.    The method of claim 1, 2, 8, 9 or 10,
    characterized in that
    the improvement heat treatment is carried out at least partially during cooling with a cooling rate of 1 ° to 3 ° C / min.         Verfahren nach Anspruch 1 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    als Legierung eine nickel- oder kobaltbasierte Superlegierung verwendet wird.     Method according to claim 1 or 5,
    characterized in that
    a nickel- or cobalt-based superalloy is used as the alloy.         Verfahren nach Anspruch 1, 5 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Legierung die γ'-Phase aufweist.    The method of claim 1, 5 or 13,
    characterized in that
    the alloy has the γ'-phase.         Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    für das Schweissen ein artgleicher Schweisszusatz verwendet wird.    Method according to claim 1, 3 or 4,
    characterized in that
    a welding filler of the same type is used for welding.         Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    für das Schweissen ein Schweisszusatz verwendet wird, der dieselbe Zusammensetzung wie die Legierung aufweist.    Method according to claim 1, 3 or 4,
    characterized in that
    a welding filler is used for the welding, which has the same composition as the alloy.         Verfahren nach Anspruch 1, 3, 4, 15 oder 16,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    für das Schweissen ein Schweisszusatz verwendet wird, der durch eine Ausscheidung härtbar ist.    The method of claim 1, 3, 4, 15 or 16,
    characterized in that
    a welding additive is used for the welding, which can be hardened by an excretion.         Verfahren nach Anspruch 1, 3, 4, 15, 16 oder 17,
    dadurch gekennzeichnet, dass beim Schweissen eine Schweissstelle entsteht, und dass die zumindest eine Schweissstelle gedengelt wird.     The method of claim 1, 3, 4, 15, 16 or 17,
    characterized in that a weld is created during welding, and that the at least one weld is narrowed.         Verfahren nach Anspruch 1 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    als Legierung der Werkstoff IN 738LC oder IN 939 verwendet wird.    Method according to claim 1 or 5,
    characterized in that
    IN 738LC or IN 939 is used as alloy.         Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass für die Verbesserungswärmebehandlung das Bauteil auf einer Temperatur gehalten wird, und
    dass dann eine Abkühlung des Bauteils erfolgt.    Method according to claim 1 or 2,
    characterized in that the component is kept at a temperature for the improvement heat treatment, and
    that the component then cools down.         Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 20,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verbesserungswärmebehandlung zumindest bei einer Lösungsglühtemperatur der Legierung erfolgt.    The method of claim 1, 2 or 20,
    characterized in that
    the improvement heat treatment takes place at least at a solution annealing temperature of the alloy.         Verfahren nach Anspruch 1, 2, 20 oder 21,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Überalterungswärmebehandlung bei 1180°C liegt.    The method of claim 1, 2, 20 or 21,
    characterized in that
    the aging heat treatment is at 1180 ° C.         Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Wärmebehandlung, um die groben Ausscheidungen zumindest teilweise wieder rückgängig zu machen, zumindest teilweise bei einer Lösungsglühtemperatur durchgeführt wird.     Method according to claim 4,
    characterized in that
    the heat treatment, in order to at least partially reverse the coarse precipitations, is at least partially carried out at a solution annealing temperature.         Verfahren nach Anspruch 4 oder 23,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Wärmebehandlung, um die groben Ausscheidungen zumindest teilweise wieder rückgängig zu machen, zumindest teilweise beim Abkühlen mit einer Abkühlrate von 20°C bis 40°C pro Minute durchgeführt wird.    A method according to claim 4 or 23,
    characterized in that
    the heat treatment, in order to at least partially reverse the coarse precipitations, is carried out at least partially during cooling at a cooling rate of 20 ° C. to 40 ° C. per minute.         Verfahren nach Anspruch 17,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Volumenanteil der Ausscheidungen des Schweisszusatzes mindestens 35% beträgt.    The method of claim 17
    characterized in that
    the volume of the precipitates of the welding filler is at least 35%.
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