EP1570098A2 - Verfahren zur herstellung eines bauteils mit verbesserter schweissbarkeit und/oder mechanischen bearbeitbarkeit aus einer legierung - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines bauteils mit verbesserter schweissbarkeit und/oder mechanischen bearbeitbarkeit aus einer legierung

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Publication number
EP1570098A2
EP1570098A2 EP03782329A EP03782329A EP1570098A2 EP 1570098 A2 EP1570098 A2 EP 1570098A2 EP 03782329 A EP03782329 A EP 03782329A EP 03782329 A EP03782329 A EP 03782329A EP 1570098 A2 EP1570098 A2 EP 1570098A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat treatment
component
welding
alloy
carried out
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03782329A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nigel-Philip Cox
Rolf WILKENHÖNER
Dirk Goldschmidt
Konstantin A. 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
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP03782329A priority Critical patent/EP1570098A2/de
Publication of EP1570098A2 publication Critical patent/EP1570098A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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 mechanical machinability from an alloy.
  • US Pat. No. 5,938,863 discloses a nickel-based superalloy which has additions of carbides in order to improve the fatigue behavior.
  • US Pat. No. 6,120,624 discloses heat treatment of a nickel-base superalloy before welding in order to avoid cracking during heat treatments after welding.
  • U.S. Patent 4,579,602 and U.S. Patent 4,574,015 disclose heat treatments for cast superalloys to improve the forging of these materials.
  • the component During the production of a component from an alloy, the component must be processed in various intermediate production steps.
  • the alloy often does not have the desired properties in order to process it optimally.
  • the alloy can be relatively brittle, making mechanical processing (straightening, machining, grinding) difficult.
  • the object is achieved by a method for producing a component with improved weldability and / or mechanical machinability from an alloy according to claim 1.
  • Figure 1 exemplary temporal profiles of the temperature of an alloy during a manufacturing process
  • Figure 3 different microstructures of an alloy.
  • FIG. 2 shows an exemplary time course of the temperature of an alloy during the manufacturing process.
  • the alloy can be hardened, for example, by precipitates, such as an iron, nickel or cobalt-based superalloy.
  • the alloy can be sintered into a component from a powder or cast as a melt or can also be solidified in a directed manner. Other types of production are conceivable.
  • the temperature is greater than the melting temperature Tiiquidus-
  • the melt is poured off (left area in the figure) and then more or less controlled slow or uncontrolled cooled so that the temperature below the solidus T is so u mode. Then the component has solidified.
  • the component is cooled, for example, to room temperature (intersection of the temperature axis T with the time axis t).
  • the casting process is followed, for example, not necessarily by post-compaction, in particular directly after the casting process, i.e. without cooling the component after casting.
  • the post-compression is carried out, for example, by hot isostatic pressing (HIP) (area I, Fig. 2) or possibly also by sintering in order to avoid errors such as e.g. Close pores, cavities, ..
  • the post-compaction can also be carried out after other manufacturing steps, for example after welding.
  • the temperature during the recompression (for example HIP) is below the solidus line T sol i dus of the alloy of the component.
  • the components made of this alloy are mechanically processed (for example, straightened or machined, grinding)
  • a subsequent improvement heat treatment according to the invention which leads, for example, to coarsening of the precipitates, for example by means of an aging heat treatment which leads to an aging of the structure of the alloy, changes the microstructure (structure) of the component in such a way that the processability of the alloy compared to the untreated one Structure is improved.
  • the structural features include the crystal structure, precipitations 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 (FIG. 2, transition area I, II) or only an insignificant cooling of the component. 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.
  • a holding time at the temperature for the improvement heat treatment can be omitted or reduced here, since this has already been done at least partially or entirely by the holding time for the HIP post-treatment.
  • the aging heat treatment is possibly after a holding time at a temperature by a low cooling rate of greater than or equal to 2 ° C to 5 ° C per minute, in particular from 2 ° C to 3 ° C per minute, in particular 2.33 ° C / min., Directly after After compression process reached (area II, Fig. 2).
  • Figure 1 shows the time course when the component is removed from the hot isostatic press and transported to another furnace.
  • the aging heat treatment is carried out by heating up to a certain temperature, possibly with a holding time at this temperature (heating up is not necessary in the process according to FIG. 2), and for example by a low cooling rate of greater than or equal to 2 ° C. to 5 ° C. per minute, in particular of 2 ° C to 3 ° C per minute, especially 2.33 ° C / min. (Area II, Fig.l) reached.
  • An aging heat treatment for IN738LC which also leads to coarsening of the excretions, has the following parameters, for example:
  • the holding temperature is 1204 ° C +/- 15 ° C.
  • the holding temperatures for the aging heat treatment are also the HIP temperatures, for example. But they can be higher or lower.
  • the aging heat treatment causes the ⁇ * phase to age, which significantly increases the ductility of the base material.
  • 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 more directional (mechanically deformable) and / or better machinable or grinding.
  • the structure achieved in this way can have poorer properties compared to the structure before the heat treatment.
  • high-strength nickel super alloys such as IN939, Rene80 and IN738LC have been used in particular for large and thin-walled components such as Combustion chamber linings not used. 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 welds).
  • 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, for example, be solution annealed (greater than or equal to 1180 ° C to, for example, 1200 ° C for the above-mentioned materials) with subsequent rapid cooling (for example, 20 ° - 40 ° C per minute to 800 ° C, then air cooling), that is 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 for the alloy, for example by adjusting a finely dispersed ⁇ ⁇ structure (rapid cooling).
  • the structure may have better properties for the area of application of the component than the structure that the component had after the heat treatment in order to improve the processability.
  • 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 and 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 for improving the processability 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.
  • the component is then assessed, i.e. the detection of cracks and pores.
  • An aging heat treatment is then carried out, which is followed either by welding repair of the cracks and pores at room temperature or by straightening the component. Cold welding (hammering or hammering) of the welds produced in this way then takes place.
  • 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 cools down so quickly that the ⁇ 1 phase is not completely eliminated, but remains at least partially dissolved.
  • outsourcing can be carried out to remove the desired ⁇ ⁇ structure (fine blocky particles).
  • a type of filler metal or a filler metal with the same composition as the component is used in particular.
  • the same type means that it has approximately the same composition as the component or has the same high-temperature properties as the base material.
  • the components of the filler metal has the same proportions as the material of the component.
  • welding consumables can be dispensed with.
  • welding consumables that are less resistant to high temperatures should be avoided.
  • the filler metal can be hardened by precipitates, ie its strength can be increased, the weld point hardly or not at all reduces the strength of the component.
  • the filler metal should have at least a volume share of 35% (in the micrograph) for the precipitations (for example the ⁇ ⁇ phase).
  • the aging temperature of 1180 ° C for IN939 is deliberately chosen to be higher than that known from the prior art (1160 ° C, US Pat. No. 6,120,624).
  • the desired finely dispersed ⁇ phase is restored for the use of the component in order to achieve the required mechanical properties.
  • FIG. 3 shows different microstructures of a super alloy.
  • FIG. 3a shows the alloy with a cubic primary ⁇ ⁇ and a fine secondary ⁇ ⁇ phase, so that a high-strength alloy is obtained which has a low ductility.
  • FIG. 3b shows an outdated microstructure which has a platelet-shaped ⁇ phase, but no secondary ⁇ v phase. This microstructure has an increased ductility compared to FIG. 3a.

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Abstract

Legierungen nach dem Stand der Technik weisen zur Herstellung eines Bauteils eine nicht ausreichend gute Verarbeitbarkeit auf. Erfindungsgemäß wird in einem Verfahrenszwischenschritt eine Wärmebehandlung mit dem Bauteil durchgeführt, die die Verarbeitbarkeit verbessert.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit verbesserter Schweißbarkeit und/oder mechanischen Bearbeitbarkeit aus einer Legierung
'5
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit verbesserter Schweißbarkeit und/oder mechanischen Bearbeitbarkeit aus einer Legierung gemäss Anspruch 1.
0 Die US-PS 5,938,863 offenbart eine Nickelbasiö-Superlegie- rung, die Zusätze von Carbiden aufweist, um das Ermüdungsverhalten zu verbessern.
Die US-PS 6,120,624 offenbart eine Wärmebehandlung einer 5 Nickelbasis-Superlegierung vor einem Schweißen, um das Entstehen von Rissen bei Wärmebehandlungen nach dem Schweißen zu vermeiden. Hier werden während der Wärmebehandlung sehr kleine Abkühlraten verwendet (3F/min = 1.66°C/min oder weniger) . 0
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.
5 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 .
30
Während der Herstellung eines Bauteils aus einer Legierung muss das Bauteil in verschiedenen Herstellungs-Zwischen- schritten bearbeitet werden. Oft weist die Legierung nicht die gewünschten Eigenschaften auf, um sie optimal zu bearbei-
35 ten zu können. 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 .
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, oben genannte Probleme zu überwinden.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit verbesserter Schweißbarkeit und/oder mechanischen Bearbeitbarkeit aus einer Legierung gemäss An- spruch 1.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Verfahrens- schritte aufgelistet.
Die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen können in vorteilhafter Art und Weise miteinander kombiniert werden.
Es zeigen
Figur 1, 2 beispielhafte zeitliche Verläufe der Temperatur einer Legierung während eines Herstellungsprozesses, und
Figur 3 verschiedene MikroStrukturen einer Legierung.
Die Figur 2 zeigt einen beispielhaften zeitlichen Verlauf der Temperatur einer Legierung während des Herstellungsprozesses.
Die Legierung ist beispielsweise durch Ausscheidungen härtbar, wie beispielsweise eine eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierung. Die Legierung kann zu einem Bauteil aus einem Pulver gesintert oder als Schmelze abgegossen bzw. auch gerichtet erstarrt gelassen werden. Weitere Herstellungsarten sind denkbar.
Wenn die Legierung für einen Gießprozess' aufgeschmolzen ist, so ist die Temperatur größer als die Schmelztemperatur Tiiquidus- Die Schmelze wird abgegossen (linker Bereich in der Figur) und danach mehr oder weniger langsam kontrolliert oder unkontrolliert abgekühlt, so dass die Temperatur unter der Soliduslinie Tsoudus liegt. Dann ist das Bauteil erstarrt. Das Bauteil wird bspw. bis zur Raumtemperatur (Schnittpunkt der Temperaturachse T mit Zeitachse t) abgekühlt.
Nach dem Gießverfahren folgt beispielsweise, also nicht notwendigerweise eine Nachverdichtung, insbesondere direkt nach dem Gießprozess, d.h. ohne Abkühlung des Bauteils nach dem Giessen. Die Nachverdichtung erfolgt beispielsweise durch heißisosta- tisches Pressen (HIP) , (Bereich I, Fig. 2) oder möglicherweise auch durch Sintern, um Fehler wie z.B. Poren, Lunker, .. zu schließen.
Die Nachverdichtung kann auch nach anderen Herstellungsschritten, bspw. nach dem Schweissen, erfolgen. Die Temperatur während der Nachverdichtung (bspw. HIP) liegt unterhalb der Soliduslinie Tsolidus der Legierung des Bauteils.
In diesem Stadium (mit oder ohne Nachverdichtung) werden die Bauteile, die aus dieser Legierung bestehen, mechanisch bear- beitet (beispielsweise gerichtet oder spanende, schleifende
Bearbeitung) und/oder es erfolgen Schweißreparaturen von Fehlern im Bauteil, insbesondere bei Raumtemperatur.
Oft sind jedoch die Eigenschaften der Legierung des Bauteils den mechanischen Verarbeitungsbedingungen (Schweißbarkeit und mechanische Verarbeitbarkeit) nicht angepasst. Durch eine erfindungsgemäße nachfolgende Verbesserungswärme- behandlung, die beispielsweise zur Vergröberung der Ausscheidungen führt, beispielsweise 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.
Insbesondere kann die beispielhafte Überalterungswärmebehandlung direkt an den Νachverdichtungsprozess, insbesondere in demselben Ofen, oder nach dem Giessen bzw. Sintern angeschlossen werden. Es findet keine (Fig. 2, Übergang Bereich I, II) oder nur eine unwesentliche Abkühlung des Bauteils statt. Wird der Νachverdichtungsprozess mit einem HIP-Verfahren durchgeführt, so kann der Druck bei der Verbesserungswärmebehandlung bestehen bleiben, langsam abgesenkt oder zurückge- nommen werden.
Eine Haltezeit bei der Temperatur für die Verbesserungswärmebehandlung kann hier entfallen oder reduziert werden, da dies durch die Haltezeit für die HIP- Νachbehandlung bereits zumindest teilweise oder ganz erfolgt ist.
Die Überalterungswärmebehandlung wird ggf. nach einer Haltezeit bei einer Temperatur durch eine geringe Abkühlrate von größergleich 2°C bis 5°C pro Minute, insbesondere von 2°C bis 3°C pro Minute, insbesondere 2.33°C/min., direkt nach dem Νachverdichtungsprozess erreicht (Bereich II, Fig. 2) . Figur 1 zeigt den zeitlichen Verlauf, wenn das Bauteil aus der heißisostatischen Presse herausgenommen und in einen anderen Ofen transportiert wird.
Die Überalterungswärmebehandlung wird durch Hochheizen auf eine bestimmte Temperatur, ggf. mit einer Haltezeit bei dieser Temperatur (bei Ablauf gemäss Figur 2 entfällt das Hochheizen) , und beispielsweise durch eine geringe Abkühlrate von größergleich 2°C bis 5°C pro Minute, insbesondere von 2°C bis 3°C pro Minute, insbesondere 2.33°C/min. (Bereich II, Fig.l) erreicht.
Eine Überalterungswärmebehandlung für IN738LC, die auch zu einer Vergröberung der Ausscheidungen führt, hat beispielsweise folgende Parameter:
Aufheizen mit 10°C - 25°C/min (falls notwendig) , Haltetemperatur/-zeit 1180°C + 0°C - 10°C /Haltezeit ggf. 3h, Abkühlen mit 2°C - 3°C/min., insbesondere 2.33°C/min. bis 950°C, dann Luftabkühlung.
Bei IN939 werden die gleichen Parameter verwendet. Für ReneδO liegt die Haltetemperatur bei 1204°C +/- 15°C. Die Haltetemperaturen für die Überalterungswärmebehandlung sind bspw. auch die HIP-Temperaturen. Sie können aber höher oder niedriger sein.
Durch die Überalterungswärmebehandlung wird eine Überalterung der γ* -Phase bewirkt, wodurch die Duktilität des Grundwerkstoffs wesentlich erhöht wird.
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. 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.
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 .
Nach der Überalterungswärmebehandlung werden gegebenenfalls Fehlstellen (Risse, Löcher,....) beispielsweise mittels Mikroplasmapulverauftragsschweißen oder Plasmapulverauf- tragsschweißen 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.
Danach erfolgt beispielsweise ein Kaltrichten des Bauteils in entsprechenden Vorrichtungen zur Korrektur der Geometrie des Bauteils .
Danach kann mit dem Bauteil beispielsweise ein Lösungsglühen (grössergleich 1180°C bis bspw. 1200°C für oben genannte Werkstoffe) mit anschließender schneller Abkühlung (bspw. 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 beispielsweise durch Einstellung einer feindispersen γλ -Struktur zurück (schnelle Abkühlung) .
Das Gefüge weist ggf. für den Anwendungsbereich des Bauteils bessere Eigenschaf en auf als das Gefüge, das das Bauteil nach der Wärmebehandlung zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit aufwies .
Während der Überalterungswärmebehandlung bei den Werkstoffen mit der γx -Phase wird diese γλ -Phase aufgelöst. Wenn die γ - Phase aufgelöst ist, erfolgt eine langsame Abkühlung wobei die γλ -Phase ausfällt und sich entsprechend vergröbert. Die Vergröberung führt nicht nur zu einem Anstieg in dem mittle- ren Durchmesser der γΛ -Phase, sondern beispielsweise auch zu einer Spherodisation der γλ -Phase, d.h. sie ist weniger würfelhaft, sondern mehr plättchenför ig ausgeprägt. Eine solche Vergröberung führt zu einer erhöhten Duktilität. Bei anderen Werkstoffen, die keine γ -Phase aufweisen, wird eine entsprechende Wärmebehandlung durchgeführt, die die Mik- rostruktur so verändert, dass sie die Verarbeitbarkeit des Bauteils, insbesondere bei Raumtemperatur verbessert.
Das Verfahren zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit der Legierung kann für neu gefertigte Bauteile verwendet werden sowie für Bauteile, die im Einsatz waren (Refurbishment) . Dabei ist 'die Vorgehensweise beispielsweise wie folgt.
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 häm- mern) der so erzeugten Schweißstellen.
Anschließend erfolgt beispielsweise wieder eine Wärmebehandlung (beispielsweise Lösungsglühen) , um die gewünschte feindisperse γΛ -Struktur einzustellen. Gegebenenfalls erfolgt noch eine weitere Nachbehandlung der Schweißstellen, beispielsweise eine lokale Wärmebehandlung.
Das Lösungsglühen erfolgt beispielsweise bei derselben Temperatur wie bei der Überalterungswärmebehandlung, jedoch mit schnellerer Abkühlung, um die Vergröberung der γλ -Strukturen zu vermeiden. Es wird dabei so schnell abgekühlt, dass die γ1 -Phase nicht vollständig ausgeschieden wird, sondern zumindest zum Teil zwangsgelöst bleibt.
Gegebenenfalls kann ein Auslagern zum Ausscheiden der gewünschten γΛ -Struktur (feine blockige Teilchen) erfolgen.
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 Basismate- rial aufweist. Dabei weisen beispielsweise die Bestandteile des Schweißzusatzes dieselben verhältnismäßigen Anteile auf wie das Material des Bauteils.
Ggf. kann auf Schweißzusätze verzichtet werden. Insbesondere sollen weniger hochtemperaturfeste Schweißzu- sätze vermieden werden.
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% (im Schliffbild) für die Ausscheidungen (beispielsweise die γΛ -Phase) aufweisen.
Das Dengeln der Schweißstelle nach dem Schweißen unterdrückt die Rissbildung während einer ersten Wärmebehandlung nach dem Schweißen.
Erst die Kombination der Überalterungswärmebehandlung und das Dengeln ermöglicht ein zumindest artgleiches Schweißen bei Raumtemperatur, um gute und rissfreie Schweißstellen herzustellen.
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.
Eine beispielhafte Nachwärmebehandlung nach dem Schweißen sieht wie folgt aus :
Aufheizen mit 10 °C - 25°C/min. auf eine Haltetemperatur für eine gewisse Zeit,
Abkühlen mit 20°C - 40°C/min. , so dass die Überalterungsstruktur aufgelöst ist .
Aufheizen mit 10°C - 25°C/min. auf eine Haltetemperatur für eine gewisse Zeit, (Lösungsglühen) Abkühlen mit 20 °C - 40°C/min. und ggf .
Aufheizen mit 10°C - 25°C/min. auf eine bestimmte Haltetempe- ratur für eine gewisse Zeit,
Abkühlung (Auslagerungswärmebehandlung) .
Die gewünschte feindisperse γ -Phase wird für den Einsatz des Bauteils wiederhergestellt, um die erforderlichen mechanischen Eigenschaften zu erreichen.
Die Figur 3 zeigt verschiedene MikroStrukturen einer Superle- gierung.
In diesem Beispiel ist die MikroStruktur der Legierung IN738 gezeigt .
Figur 3a) zeigt die Legierung mit kubischem primären γλ und feiner sekundärer γλ -Phase, so dass sich eine hochfeste Legierung ergibt, die eine geringe Duktilität aufweist.
Figur 3b zeigt eine überalterte MikroStruktur, die eine plättchenförmige γ -Phase aufweist, jedoch keine sekundären γv -Phase. Diese MikroStruktur weist eine gegenüber Figur 3a erhöhte Duktilität auf.

Claims

Patentansprüche
1. 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 und wobei die Verbesserungswärmebehandlung zumindest- teilweise während einer langsamen Abkühlung mit einer Abkühlrate von 2° bis 3°C /min durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
eine Überalterungswärmebehandlung als Verbesserungswärmebehandlung mit dem Bauteil durchgeführt wird, um die Ausscheidungen zu vergröbern.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, 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.
. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
nach dem Schweißen und/oder der mechanischen Bearbeitung eine Nachwärmebehandlung durchgeführt wird, die die Vergröberung der Ausscheidungen zumindest teilweise wieder rückgängig macht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
zur Herstellung des Bauteils das Bauteil aus einer Schmelze der Legierung gegossen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 , 3 , 4 oder 5 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das Bauteil nachverdichtet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 6 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
das Bauteil vor der Verbesserungswärmebehandlung nachverdichtet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass das Bauteil auf eine bestimmte Temperatur hochgeheizt wird, und dass die Verbesserungswärmebehandlung zumindest teilweise durch ein langsames Abkühlen erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Verbesserungswärmebehandlung direkt nach der Nachverdichtung erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Verbesserungswärmebehandlung direkt nach dem Giessen erfolgt .
11. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Nachverdichtung mittels heißisostatischem Pressen durchgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
als Legierung eine eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierung verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Legierung die γΛ -Phase aufweist.
1 . Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 4 , d a du r c h g e k e nn z e i c h n e t, dass
für das Schweißen ein artgleicher Schweißzusatz verwendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
■ für das Schweißen ein Schweißzusatz verwendet wird, der dieselbe Zusammensetzung wie die Legierung aufweist,
16. Verfahren nach Anspruch 1, 3, 4, 14 oder 15, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t, dass
für das Schweißen ein Schweißzusatz verwendet wird, der durch eine Ausscheidung härtbar ist .
17. Verfahren nach Anspruch 1, 3, 4, 14, 15 oder 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass beim Schweißen eine Schweißstelle entsteht, und dass die zumindest eine Schweißstelle gedengelt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
als Legierung der Werkstoff IN 738LC oder IN 939 verwendet wird.
19. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass für die Verbesserungswärmebehandlung das Bauteil auf einer Temperatur gehalten wird, und dass dann eine Abkühlung des Bauteils erfolgt.
2 O.Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Verbesserungswärmebehandlung zumindest bei einer Lösungsglühtemperatur der Legierung erfolgt .
21. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 19 oder 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Überalterungswärmebehandlung bei 1180°C liegt.
22. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Nachwärmebehandlung, um die groben Ausscheidungen zumindest teilweise wieder rückgängig zu machen, zumindest teilweise bei einer Lösungsglühtemperatur durchgeführt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 4 oder 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Nachwärmebehandlung, 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.
24. Verfahren nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der Volumenanteil der Ausscheidungen des Schweißzusatzes mindestens 35% beträgt.
25. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Temperatur für die Nachverdichtung unterhalb der Soliduslinie des Materials des Bauteils liegt.
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