ES2683242T3 - Métodos de mejorar la capacidad de trabajo de aleaciones de metal - Google Patents

Métodos de mejorar la capacidad de trabajo de aleaciones de metal Download PDF

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Abstract

Un método de procesamiento de una pieza de trabajo de aleación para reducir el agrietamiento térmico, caracterizado por que comprende: introducir la pieza de trabajo de aleación en una lata metálica, en donde la lata metálica tiene un coeficiente de expansión térmica menor que la pieza de trabajo de aleación e incluye una superficie interior que comprende un revestimiento de níquel-boro en al menos una porción de la superficie interior; encapsular la pieza de trabajo de aleación en la lata metálica para proporcionar un conjunto enlatado; eliminar al menos una porción de gas del interior del conjunto enlatado; y calentar el conjunto enlatado hasta la fase líquida transitoria uniendo la pieza de trabajo de aleación a la lata metálica.

Description

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DESCRIPCION
Metodos de mejorar la capacidad de trabajo de aleaciones de metal Campo tecnico
La presente divulgacion se refiere a lingotes de aleacion y a otras piezas de trabajo de aleacion, y a metodos para el procesamiento de lingotes de aleacion y de otras piezas de trabajo de aleacion.
Antecedentes
Diversas aleaciones pueden caracterizarse por ser "sensibles a grietas". Los lingotes y otras piezas de trabajo compuestas de aleaciones sensibles a grietas pueden formar grietas a lo largo de sus superficies y/o bordes durante las operaciones de trabajo en caliente. La formacion de los artfculos a partir de aleaciones sensibles a grietas puede ser problematico, ya que, por ejemplo, las grietas formadas durante el forjado u otras operaciones de trabajo en caliente pueden tener que esmerilarse o eliminarse de otro modo, aumentando el tiempo de produccion y el gasto, y reduciendo el rendimiento.
Durante ciertas operaciones de trabajo en caliente, tales como la forja y extrusion, los troqueles aplican una fuerza a una pieza de trabajo de aleacion para deformar la pieza de trabajo de aleacion. La interaccion entre las superficies de la boquilla y las superficies de la pieza de trabajo de aleacion puede implicar transferencia de calor, friccion y desgaste. Una tecnica convencional para reducir el agrietamiento en la superficie y en los bordes durante el trabajo en caliente es encerrar la pieza de trabajo de aleacion en una lata metalica antes de trabajarse en caliente. Con una pieza de trabajo cilmdrica, por ejemplo, el diametro interior de la lata metalica puede ser ligeramente mayor que el diametro exterior de la pieza de trabajo de aleacion. La pieza de trabajo de aleacion se puede introducir en la lata metalica de tal manera que la lata metalica la rodea holgadamente, pero no se une metalurgicamente a la pieza de trabajo de aleacion. Los troqueles pueden ponerse en contacto con las superficies exteriores de la lata metalica. La lata metalica afsla termicamente y protege mecanicamente la pieza de trabajo de aleacion encerrada, eliminando o reduciendo de este modo la incidencia de formacion de grietas en la pieza de trabajo de aleacion. La lata metalica afsla termicamente la pieza de trabajo de aleacion por la accion de los espacios de aire entre la pieza de trabajo de aleacion y las superficies interiores de la lata metalica, y tambien inhibiendo directamente la radiacion de calor de la pieza de trabajo de aleacion al medio ambiente.
Una operacion de enlatado de la pieza de trabajo de aleacion puede dar como resultado diversas desventajas. Por ejemplo, el contacto mecanico entre los troqueles de forja y las superficies exteriores de la lata metalica puede romper la lata metalica. Tambien, durante la forja de engrosamiento y trefilado de una pieza de trabajo en lata, la lata metalica puede romperse durante la operacion de trefilado, y en tal caso la pieza de trabajo de aleacion puede tener que volver enlatarse entre cada ciclo de engrosamiento y trefilado de una operacion multiple de forja de engrosamiento y trefilado. El re-enlatado aumenta la complejidad del proceso y los gastos. Ademas, una lata metalica puede perjudicar la supervision visual de la superficie de una pieza de aleacion en lata por parte de un operario quien busca grietas y otros defectos inducidos por el trabajo.
El documento US4728448 divulga un material compuesto autolubricante, reductor de friccion y desgaste para su uso en un amplio espectro de temperaturas que va desde la temperatura criogenica hasta aproximadamente 900 °C en un entorno qmmicamente reactivo que comprende plata, fluoruro de bario/calcio eutectica fluoruro, y carburo de cromo de metal unido.
El documento FR1389139, que forma la base del preambulo de la reivindicacion 1, divulga un proceso de transformacion de una aleacion sensible al calor, que implica envolver el lingote en una carcasa metalica, en particular de acero bajo en carbono. Esta patente es equivalente al documento US3122828, que divulga un proceso de conversion de un lingote de aleacion sensible al calor que implica laminar el lingote a una temperatura por encima de la temperatura cntica de la aleacion, que consiste en envolver el lingote en una cascara de metal, extrudir en caliente o trefilar el lingote envuelto para comprimir la cascara en el lingote y reducir el area de seccion transversal del lingote, laminar en caliente el artfculo y eliminar la cascara del tocho resultante.
Teniendo en cuenta los inconvenientes anteriores, sena ventajoso proporcionar un metodo mas eficaz y/o mas rentable de trabajar en caliente aleaciones sensibles a grietas. Mas en general, sena ventajoso proporcionar un metodo para mejorar la capacidad de trabajo en caliente de lingotes de aleacion y otras piezas de trabajo de aleacion.
Sumario
La invencion proporciona un metodo de procesamiento de una pieza de trabajo de aleacion para reducir el agrietamiento termico de acuerdo con la reivindicacion 1 de las reivindicaciones adjuntas. Los aspectos de acuerdo con la presente divulgacion se refieren a los metodos de procesamiento de lingotes de aleacion y otras piezas de trabajo de aleacion para mejorar la capacidad de trabajo en caliente.
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La descripcion incluye un metodo de procesar una pieza de trabajo de aleacion para reducir el agrietamiento termico como se reivindica en la aplicacion original en la que el metodo comprende pulverizar un material de revestimiento metalico sobre al menos una porcion de una superficie de la pieza de trabajo de aleacion para formar un revestimiento superficial metalurgicamente unido a la pieza de trabajo de aleacion.
La presente invencion se refiere a un metodo de procesar una pieza de trabajo de aleacion para reducir el agrietamiento termico, el metodo comprende introducir la pieza de trabajo de aleacion en una lata metalica. La lata metalica tiene un coeficiente de expansion termica menor que la aleacion e incluye una superficie interior que comprende un revestimiento de boro mquel en al menos una porcion del mismo. La pieza de trabajo de aleacion esta encapsulada en la lata metalica para formar un conjunto enlatado, y al menos una porcion de gas se retira del interior del conjunto enlatado. El conjunto enlatado se calienta a una fase lfquida transitoria uniendo la pieza de trabajo de aleacion a la lata metalica.
Otro aspecto no limitante de acuerdo con la presente divulgacion se refiere a piezas de trabajo de aleacion realizadas o procesadas de acuerdo con cualquiera de los metodos de la presente divulgacion.
Aun otro aspecto no limitante de acuerdo con la presente divulgacion se refiere a artfculos de fabricacion realizados a partir de o que incluyen piezas de trabajo de aleacion realizadas o procesadas de acuerdo con cualquiera de los metodos de la presente divulgacion. Tales artfculos de fabricacion incluyen, por ejemplo, componentes de motores a reaccion, componentes de turbina con base en tierra, valvulas, componentes de motores, ejes y elementos de fijacion.
Descripcion de las figuras de los dibujos
Las diversas realizaciones no limitantes descritas en la presente memoria pueden entenderse mejor considerando la siguiente descripcion junto con las figuras de los dibujos adjuntos.
La Figura 1 es un diagrama de flujo de acuerdo con ciertas realizaciones no limitativas de un metodo divulgado como se reivindica en la Patente Europea con numero de solicitud 14712984.5 (la solicitud principal).
La Figura 2 es un esquema de un metodo de procesamiento de una pieza de trabajo de aleacion de acuerdo con diversas realizaciones no limitantes como se reivindica en la solicitud principal.
La Figura 3 es un esquema de un metodo de procesamiento de una pieza de trabajo de aleacion de acuerdo con diversas realizaciones no limitantes como se reivindica en la solicitud principal.
La Figura 4 es un diagrama de flujo de acuerdo con ciertas realizaciones no limitativas de un metodo de acuerdo con la presente invencion.
La Figura 5 es un esquema de un metodo de procesamiento de una pieza de trabajo de aleacion de acuerdo con diversas realizaciones no limitantes de acuerdo con la presente invencion.
El lector apreciara los detalles que anteceden, asf como otros, al considerar la siguiente descripcion de diversas realizaciones no limitantes y no exhaustivas de acuerdo con la presente divulgacion.
Descripcion de ciertas realizaciones no limitantes
Como generalmente se utiliza en la presente memoria, la expresion "punto de reblandecimiento" se refiere a la temperatura minima a la que un material particular ya no se comporta como un solido ngido y comienza a combarse bajo su propio peso.
Durante las operaciones de trabajo en caliente, tales como, por ejemplo, operaciones de forja y operaciones de extrusion, se puede aplicar una fuerza a un lingote de aleacion o a otra pieza de trabajo de aleacion a una temperatura mayor que la temperatura ambiente, tal como por encima de la temperatura de recristalizacion de la pieza de trabajo, para deformar plasticamente la pieza de trabajo. La temperatura de una pieza de trabajo de aleacion que se somete a la operacion de trabajo puede ser mayor que la temperatura de los troqueles u otras estructuras utilizadas para aplicar mecanicamente la fuerza a las superficies de la pieza de trabajo de aleacion. La pieza de trabajo de aleacion puede formar gradientes de temperatura debido al enfriamiento de su superficie por la perdida de calor al aire ambiente y el desfase de gradiente termico entre sus superficies y los troqueles en contacto u otras estructuras. Los gradientes de temperatura pueden contribuir al agrietamiento de la superficie de la pieza de trabajo durante el trabajo en caliente. El agrietamiento de la superficie es especialmente problematico en situaciones en las que se forma la pieza de trabajo de aleacion a partir de una aleacion sensible a grietas.
De acuerdo con ciertas realizaciones no limitantes, la pieza de trabajo de aleacion puede consistir en o comprender una aleacion sensible a grietas. Por ejemplo, diversas aleaciones a base de mquel, aleaciones a base de hierro, aleaciones a base de mquel-hierro, aleaciones a base de titanio, aleaciones a base de titanio-mquel, aleaciones a base de cobalto, y superaleaciones, tales como las superaleaciones a base de mquel, pueden ser sensibles a grietas, especialmente durante operaciones de trabajo en caliente. Un lingote de aleacion u otra pieza de trabajo de aleacion se pueden formar a partir de tales aleaciones y superaleaciones sensibles a grietas. Por ejemplo, una pieza de trabajo de aleacion sensible a grietas se puede formar a partir de aleaciones o superaleaciones seleccionadas
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de, pero sin limitarse a, Aleacion 718 (UNS n.° N07718), Aleacion 720 (UNS n.° N07720), aleacion Rene 41™ (UNS n.° N07041), aleacion Rene 88™, aleacion Waspaloy® (UNS n.° N07001), y aleacion Inconel® 100.
Aunque los metodos descritos en la presente memoria son ventajosos para su uso en relacion con las aleaciones sensibles a grietas, se entendera que los metodos tambien son generalmente aplicables a cualquier aleacion, incluyendo, por ejemplo, aleaciones caracterizadas por una ductilidad relativamente baja a temperaturas de trabajo en caliente, aleaciones trabajadas en caliente a temperaturas de 537 °C (1000 °F) a 1204 °C (2200 °F) y aleaciones no generalmente propensas a agrietarse. Como tal, tal como se utiliza aqrn, el termino "aleacion" incluye aleaciones y superaleaciones convencionales. Como se entiende por aquellos que tienen habilidad ordinaria en la tecnica, las superaleaciones exhiben relativamente buena estabilidad superficial, resistencia a la corrosion y oxidacion, alta resistencia, y alta resistencia a la fluencia a altas temperaturas. En diversas realizaciones no limitantes, la pieza de trabajo de aleacion puede comprender o seleccionarse a partir de un lingote, un tocho, una barra, una placa, un tubo, una pre-forma sinterizada, y similares.
Un lingote de aleacion u otra pieza de trabajo de aleacion se pueden formar utilizando, por ejemplo, tecnicas de metalurgia o tecnicas de pulvimetalurgia convencionales. Por ejemplo, en diversas realizaciones no limitantes, un lingote de aleacion u otra pieza de trabajo de aleacion se puede estar formar por una combinacion de fundicion por induccion a vado (VIM) y refundicion por arco de vado (VAR), conocido como una operacion de VIM-VAR. En diversas realizaciones no limitantes, una pieza de trabajo de aleacion se puede formar por una tecnica de fundicion triple, en la que una operacion refundicion por electroescoria (ESR) se realiza intermedia a una operacion de VIM y una operacion de VAR, proporcionando una secuencia VIM-ESR-VAR (es decir, triple fundicion). En otras realizaciones no limitantes, una pieza de trabajo de aleacion se puede formar utilizando una operacion de metalurgia en polvo que implica la atomizacion de la aleacion fundida y la recogida y consolidacion del polvo metalurgico resultante en una pieza de trabajo de aleacion.
En ciertas realizaciones no limitantes, un lingote de aleacion u otra pieza de trabajo de aleacion se pueden formar utilizando una operacion de formacion por pulverizacion. Por ejemplo, VIM se puede utilizar para preparar una composicion de aleacion basandose en una materia prima. Una operacion ESR puede utilizarse opcionalmente despues de VIM. La aleacion fundida se puede eliminar de un bano de fundicion VIM o ESR y atomizarse para formar gotitas fundidas. La aleacion fundida se puede eliminar de un bano de fundicion utilizando una grna de induccion pared fna (CIG), por ejemplo. La aleacion se puede depositar como material fundido o semifundido utilizando una operacion de formacion por pulverizacion para formar una pieza de trabajo de aleacion solidificada.
En ciertas realizaciones no limitantes, un lingote de aleacion u otra pieza de trabajo de aleacion se pueden formar utilizando prensado isostatico en caliente (HIP). HIP se refiere generalmente a la aplicacion isostatica de alta presion y gas a alta temperatura, tal como, por ejemplo, argon, para compactar y consolidar el material en polvo en una preforma monolftica. El polvo se puede separar de la alta presion y gas a alta temperatura por un recipiente hermeticamente cerrado, que funciona como una barrera de presion entre el gas y el polvo que se compacta y consolida. El recipiente hermeticamente cerrado puede deformarse plasticamente para compactar el polvo, y las temperaturas elevadas pueden sinterizar de manera efectiva las partfculas de polvo individuales entre sf para formar una preforma monolftica. Una presion de compactacion uniforme se puede aplicar a todo el polvo, y una distribucion de densidad homogenea se puede conseguir en la preforma. Por ejemplo, un polvo de aleacion de mquel-titanio casi equiatomico se puede cargar en una lata metalica, tal como, por ejemplo, una lata de acero, y desgasificarse para eliminar la humedad adsorbida y el gas atrapado. El recipiente que contiene el polvo de aleacion de mquel-titanio casi equiatomico se puede sellar hermeticamente al vado, tal como, por ejemplo, por soldadura. El recipiente sellado puede despues aplicar un HIP a una temperatura y bajo una presion suficiente para lograr la plena densificacion del polvo de aleacion de mquel-titanio en el recipiente, formando de este modo una preforma de aleacion de mquel-titanio casi equiatomica completamente densificada.
La siguiente descripcion en relacion con las Figuras 1, 2 y 3 se refiere a las realizaciones descritas y reivindicadas en la solicitud principal.
En ciertas realizaciones no limitantes, se hace referencia a la Figura 1, un metodo de procesar una pieza de trabajo de aleacion para reducir el agrietamiento termico puede, por lo general, comprender 10 hacer girar la pieza de trabajo de aleacion sobre un eje longitudinal de la pieza de trabajo de aleacion; y 15 pulverizar un material de revestimiento metalico sobre al menos una porcion de una superficie circunferencial de la pieza de trabajo de aleacion para formar un revestimiento superficial unido metalurgicamente a la pieza de trabajo de aleacion lo que reduce la perdida de calor de la pieza de trabajo de aleacion. En ciertas realizaciones no limitantes, la pieza de trabajo de aleacion puede ser una pieza de trabajo de aleacion generalmente cilmdrica, y el revestimiento metalico se puede depositar sobre, por ejemplo, una superficie circunferencial de la pieza de trabajo de aleacion. Sin embargo, se entendera que la pieza de trabajo de aleacion puede tener una forma diferente. Ademas, aunque la Figura 1 representa esquematicamente una realizacion en la que la pieza de trabajo de aleacion se hace girar alrededor de un eje, se entendera que se puede emplear cualquier metodo alternativo en el que el dispositivo de pulverizacion se traslada en relacion con la pieza de trabajo de aleacion, o viceversa, de modo que el material de revestimiento metalico se puede distribuir sobre y depositarse sobre una superficie de la pieza de trabajo de aleacion.
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En ciertas realizaciones no limitantes, el metodo puede comprender pulverizar un material de revestimiento metalico sobre al menos una porcion de un extremo longitudinal de una pieza de trabajo de aleacion para formar un revestimiento superficial metalico unido metalurgicamente a la pieza de trabajo de aleacion lo que reduce la perdida de calor de la pieza de trabajo de aleacion. En ciertas realizaciones no limitantes, el metodo puede comprender mover la pieza de trabajo de aleacion a lo largo del eje longitudinal de la pieza de trabajo despues de completar al menos un giro de la pieza de trabajo de aleacion; pulverizar el material de revestimiento metalico sobre al menos una porcion posterior de la superficie circunferencial exterior de la pieza de trabajo de aleacion; y repetir el movimiento y la pulverizacion hasta que se alcanza un espesor de revestimiento deseado. Una vez mas, sin embargo, se entendera que cualquier operacion alternativa se puede utilizar para conseguir el movimiento relativo entre el dispositivo de pulverizacion y la pieza de trabajo de aleacion, de modo que el material de revestimiento metalico se puede distribuir y depositarse sobre una superficie de la pieza de trabajo de aleacion.
En ciertas realizaciones no limitantes, el material del revestimiento metalico puede ser mas ductil y/o maleable que la pieza de trabajo de aleacion. En diversas realizaciones no limitantes, el revestimiento metalico formado sobre la pieza de trabajo de aleacion puede ser ductil en un amplio rango de temperaturas, tal como, por ejemplo, de 20 °C (68 °F) a 1260 °C (2300 °F) y de 815 °C (1500 °F) a 1232 °C (2250 °F). La ductilidad del revestimiento metalico y de la pieza de trabajo de aleacion se puede medir como el alargamiento o reduccion del area en un ensayo de traccion. En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento metalico puede comprender un alargamiento (% en 5,08 cm (2 pulgadas) a temperatura ambiente) mayor que el alargamiento de la pieza de trabajo de aleacion. En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento metalico puede comprender un alargamiento (% en 5,08 cm (2 pulgadas) a temperatura ambiente) de al menos 15 %, al menos 20 %, al menos 30 %, al menos 40 %, superior al 20 %, superior al 25 %, superior al 30 %, superior al 35 %, superior al 40 %, superior al 45 %, del 15 % al 45 %, del 20 % al 40 %, o del 25 % al 40 %. En ciertas realizaciones no limitantes, la pieza de trabajo de aleacion puede comprender un alargamiento (% en 5,08 cm (2 pulgadas) a temperatura ambiente) de hasta el 15 %, hasta el 20 %, o de hasta el 30 %.
En ciertas realizaciones no limitantes, el material de revestimiento metalico puede comprender un material metalico que tiene una mayor dureza y/o menor dureza que la pieza de trabajo de aleacion de aleacion a la temperatura de trabajo particular que se va a utilizar cuando se trabaja la pieza de trabajo de aleacion. La dureza se puede medir segun la prueba Rockwell. En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento metalico puede comprender una dureza Rockwell inferior a la dureza Rockwell de la pieza de trabajo de aleacion. En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento metalico puede comprender una dureza Rockwell B de 88 a 95, y la pieza de trabajo de aleacion puede comprender una dureza Rockwell B de 92 a 100. En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento metalico puede comprender una dureza Rockwell B de 82 a 88, y la pieza de trabajo de aleacion puede comprender una dureza Rockwell B de 92 a 100. En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento metalico puede comprender una dureza Rockwell B de 88, y la pieza de trabajo de aleacion puede comprender una Rockwell B dureza de 92. En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento metalico puede comprender una dureza Rockwell C de 25, y la pieza de trabajo de aleacion puede comprender una dureza Rockwell C de 38. La dureza del revestimiento metalico y de la pieza de trabajo de aleacion se puede medir por el ensayo de impacto Charpy con muesca en V en materiales recocidos a temperatura ambiente. En ciertas realizaciones no limitantes, el material del revestimiento metalico puede comprender una energfa de impacto Charpy con muesca en V superior a la energfa de impacto Charpy con muesca en V de la pieza de trabajo de aleacion. En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento metalico puede comprender una energfa de impacto Charpy con muesca en V de 88-108 N-m (65 a 80 ft-lb) a 24 °C (75 °F).
En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento metalico puede aislar termicamente la superficie de la pieza de trabajo de aleacion de las superficies de los troqueles de contacto. En tal caso, el revestimiento metalico inhibe o limita la pieza de trabajo de aleacion subyacente de irradiar calor al medio ambiente y/o a las superficies de forja o boquillas de extrusion en contacto con la pieza de trabajo revestida. El efecto de aislamiento termico del revestimiento metalico puede evitar o inhibir que la superficie de la pieza de trabajo de aleacion subyacente se enfne a una temperatura fragil a la que la superficie puede agrietarse mas facilmente durante el trabajo en caliente. En ciertas realizaciones no limitantes, el material de revestimiento metalico puede ser mas resistente al oxfgeno que la pieza de trabajo de aleacion.
En ciertas realizaciones no limitantes, el material de revestimiento metalico puede comprender partfculas metalicas, que se pulverizan sobre la superficie de la pieza. Las partfculas metalicas pueden ser, por ejemplo, una o mas de partfculas de acero inoxidable, partfculas de aleacion de base de mquel, partfculas de aleacion de base de hierro, partfculas de aleacion de base de mquel-hierro, partfculas de aleacion de base de titanio, y partfculas de aleacion de base de cobalto. En ciertas realizaciones no limitantes, las partfculas metalicas se pueden seleccionar a partir de partfculas de acero inoxidable y partfculas de aleacion de base de mquel. En ciertas realizaciones no limitantes, las partfculas de acero inoxidable pueden comprender partfculas de acero inoxidable austemtico. En ciertas realizaciones no limitantes, el material de revestimiento metalico puede comprender partfculas de acero inoxidable austemtico seleccionadas del grupo que consiste en partfculas de acero inoxidable de Tipo 304 (UNS n° S30400), partfculas de acero inoxidable de Tipo 304L (UNS n° S30403), partfculas de acero inoxidable de Tipo 316 (UNS n° S31600), y partfculas de acero inoxidable de Tipo 316L (UNS n° S31603). En ciertas realizaciones no limitantes, el material de revestimiento metalico puede comprender partfculas de aleacion de base de mquel que pueden
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seleccionase del grupo que consiste en partmulas de aleacion 600 (UNS N06600) y partmulas de aleacion 625 (UNS N06625).
En ciertas realizaciones no limitantes, el material de revestimiento metalico y la pieza de trabajo de aleacion pueden comprender un metal de base seleccionado del grupo que consiste en cobalto, hierro y mquel. En ciertas realizaciones no limitantes, el metal de base del material de revestimiento metalico puede ser el mismo que el metal de base de la pieza de trabajo de aleacion. Por ejemplo, el material de revestimiento metalico puede comprender una aleacion de base de mquel seleccionada de la aleacion 600 (UNS n°. N06600) y la aleacion 625 (UNS n°. N06625), y la pieza de trabajo de aleacion puede comprender una aleacion de base de mquel seleccionada de la aleacion 720 (UNS n° N07720), aleacion Rene 88™, y aleacion Waspaloy® (UNS n° N07001). En ciertas realizaciones no limitantes, el metal de base del material de revestimiento metalico y el metal de base de la pieza de trabajo de aleacion pueden ser diferentes. Por ejemplo, el material de revestimiento metalico puede comprender una aleacion de base de hierro seleccionada de acero inoxidable de Tipo 304 (UNS S30400) y acero inoxidable de Tipo 316 (UNS S31600), y la pieza de trabajo de aleacion puede comprender una aleacion de base de mquel seleccionada de Aleacion 720 (UNS n° N07720), aleacion Rene 88™, y aleacion Waspaloy® (UNS n° N07001).
En ciertas realizaciones no limitantes, un metodo de procesar una pieza de trabajo de aleacion para reducir el agrietamiento termico puede comprender, por lo general, la pulverizacion termica del material de revestimiento metalico sobre al menos una porcion de una superficie circunferencial de la pieza de trabajo de aleacion para formar un revestimiento superficial metalico metalurgicamente unido a la pieza de trabajo de aleacion, en el que el revestimiento superficial metalico reduce la perdida de calor de la pieza de trabajo de aleacion. En ciertas realizaciones no limitantes, la pieza de trabajo de aleacion puede comprender una pieza de trabajo de aleacion generalmente cilmdrica. Como se entiende por aquellos que tienen habilidad ordinaria en la tecnica, la pulverizacion termica puede comprender pulverizar un material de revestimiento metalico sobre una superficie mientras que el material de revestimiento metalico esta a una temperatura superior a o igual al punto de fundicion del material de revestimiento metalico de manera que el material de revestimiento metalico pulverizado comprende partmulas metalicas semi-fundidas y/o gotitas metalicas fundidas. Las tecnicas de pulverizacion termica convencionales incluyen, por ejemplo, tecnicas de pulverizacion termica por plasma, combustible y oxfgeno a alta velocidad (HVOF), por arco, y llama de gas. Cualquiera de las varias tecnicas de pulverizacion termica convencionales se puede adaptar de forma adecuada para su uso en los metodos de acuerdo con la presente divulgacion, sin un esfuerzo excesivo.
En ciertas realizaciones no limitantes, antes de la pulverizacion termica de un material de revestimiento metalico que comprende partmulas metalicas semi-fundidas y/o gotitas metalicas fundidas sobre una superficie de la pieza de trabajo de aleacion, al menos una porcion de la superficie de la pieza de trabajo de aleacion se puede calentar hasta al menos 953 °C (1100 °F), tal como, por ejemplo, de 953 °C (1100 °F) a 1093 °C (2000 °F). Por ejemplo, al menos una porcion de una superficie circunferencial de una pieza de trabajo de aleacion generalmente cilmdrica se puede calentar a una temperatura superior a 1093 °C (2000 °F) y, a continuacion un material de revestimiento metalico que comprende partmulas metalicas semi-fundidas y/o gotitas metalicas fundidas se puede pulverizar por aspersion termica sobre al menos una porcion de la superficie caliente de la pieza de trabajo de aleacion.
En ciertas realizaciones no limitantes, se hace referencia a la Figura 2, un sistema de pulverizacion termica 100 puede comprender, por lo general, un recipiente 105, tal como una artesa de colada, para mantener el material de revestimiento metalico en un estado fundido. El recipiente 105 puede comprender una pared de fondo que tiene una abertura para permitir que el material fundido fluya desde el recipiente 105. El recipiente 105 puede recibir el material fundido desde una cuchara de colada o del horno 107. Una boquilla 110 puede estar adyacente a la pared inferior del recipiente 105 para recibir una corriente de salida del material de revestimiento metalico fundido desde la abertura. Un atomizador 120 puede estar en comunicacion con la boquilla 110 para atomizar el material de revestimiento metalico fundido que sale de la boquilla 110. El atomizador 120 puede incidir la corriente de salida del material fundido con una corriente de fluido, tal como un lfquido, aire, o un corriente de gas inerte, para romper la corriente de salida en gotitas fundidas formando un cono de pulverizacion 125. La pulverizacion que comprende el cono de pulverizacion 125 puede estar a una temperatura superior al o igual al punto de fundicion y/o temperatura de reblandecimiento del material de revestimiento metalico. La pulverizacion que comprende el cono de pulverizacion 125 puede incluir material fundido y/o material semi-fundido. Disenos alternativos de los atomizadores 120 y sistemas de pulverizacion que pueden utilizarse junto con esta y otras realizaciones no limitantes descritas en la presente seran evidentes para los expertos en la tecnica tras la consideracion de esta descripcion de diversas realizaciones de la presente divulgacion.
Haciendo referencia a la realizacion no limitativa mostrada en la Figura 2, la pieza de trabajo de aleacion 130 se puede mover y girar paralela al eje longitudinal de la pieza de trabajo de aleacion 130 a traves de una junta giratoria 140 en una camara de pulverizacion 150. Una bobina de calentamiento por induccion o resistencia 160 se puede situar alrededor del penmetro de la pieza de trabajo 130 para permitir el calentamiento de una superficie de la pieza de trabajo 130 y/o el cono de pulverizacion 125. En ciertas realizaciones no limitantes, la bobina de calentamiento 160 puede calentar la superficie de la pieza de trabajo a 1010 °C (1850 °F). Un revestimiento superficial metalico pulverizado termicamente 135 se puede formar en al menos una porcion de una superficie circunferencial de la pieza de trabajo de aleacion generalmente cilmdrica 130 haciendo incidir el cono de pulverizacion 125 en la pieza de
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trabajo de aleacion 130 y girando la pieza de trabajo de aleacion 130. La pieza de trabajo de aleacion 130 se puede hacer pasar por debajo y a traves del cono de pulverizacion 125. Aunque la Figura 1 representa esquematicamente una realizacion en la que la pieza de trabajo de aleacion se hace girar alrededor de un eje, se entendera que se puede emplear cualquier metodo alternativo en la que el dispositivo de pulverizacion se traslada en relacion con la pieza de trabajo de aleacion, o viceversa, de modo que el material de revestimiento metalico se puede distribuir y depositarse sobre una superficie de la pieza de trabajo de aleacion.
Opcionalmente, la pieza de trabajo de aleacion 130 puede comunicarse con uno o mas rodillos (no mostrados) antes de salir de la camara de pulverizacion 150 y/o despues de salir de la camara de pulverizacion 150. Despues de la pulverizacion termica, y, opcionalmente, la laminacion, la pieza de trabajo de aleacion se puede retirar de la camara de pulverizacion 150. Cualquier exceso de pulverizacion del material de revestimiento fundido puede solidificarse como un polvo que se recoge en una base 155 de la camara y se recicla.
En ciertas realizaciones no limitantes, un metodo puede comprender, despues de la pulverizacion termica, laminar la pieza de trabajo de aleacion para consolidar o densificar el revestimiento superficial metalico pulverizado termicamente. Sin desear estar ligado a ninguna teona particular, se cree que las partfculas metalicas semi-fundidas y/o gotitas metalicas fundidas pueden oxidarse durante la formacion y cuando vuelan y forman los poros. El revestimiento superficial metalico pulverizado termicamente resultante puede comprender una porosidad abierta que puede interferir con el trabajo en caliente posterior de la pieza de trabajo de aleacion revestida. En ciertas realizaciones no limitantes, el presente metodo puede comprender, despues de la pulverizacion termica, laminar pieza de trabajo de aleacion en la camara de pulverizacion para eliminar o reducir la porosidad abierta en el revestimiento superficial metalico pulverizado termicamente. En ciertas realizaciones no limitantes, el metodo puede comprender, despues de la pulverizacion termica, volver a calentar la pieza de trabajo de aleacion revestida y laminar la pieza de trabajo de aleacion para eliminar o reducir la porosidad abierta en el revestimiento superficial metalico pulverizado termicamente. En ciertas realizaciones no limitantes, y sin limitacion, el proceso de laminacion puede utilizar hasta 17 desbastadores, tales como, por ejemplo, 2-8 desbastadores, y material de proceso a velocidades de hasta 100 toneladas/hora. En ciertas otras realizaciones no limitantes, el metodo puede comprender consolidar o densificar el revestimiento superficial metalico mediante el prensado isostatico en caliente de la pieza de trabajo revestida para eliminar o reducir la porosidad abierta en el revestimiento superficial metalico pulverizado termicamente.
En ciertas realizaciones no limitantes, las caractensticas del revestimiento superficial pulverizado termicamente pueden relacionarse con las condiciones de procesamiento, incluyendo, pero sin limitarse a la temperatura, presion, separacion (distancia entre la boquilla de pulverizacion y la superficie diana de la aleacion pieza de trabajo), velocidad de pulverizacion, y el rendimiento de la deposicion. En ciertas realizaciones no limitantes, la presion de la pulverizacion de material de revestimiento metalico generada por el dispositivo de pulverizacion termica puede ser de 1 MPa, hasta 1 MPa, menos de 1 MPa, de 0,5 a 1 MPa, o de 0,7 a 1 MPa. En ciertas realizaciones no limitantes, la temperatura de la pulverizacion de material de revestimiento metalico generado por el dispositivo de pulverizacion termica puede ser de 538 °C (1000 °F) a 1482 °C (2700 °F), de 816 °C (1500 °F) a 1371 °C (2500 °F), o de 1232 °C (2250 °F) a 1482 °C (2700 °F). En ciertas realizaciones no limitantes, la velocidad de pulverizacion del material de revestimiento metalico generada por el dispositivo de pulverizacion termica puede ser de 0,45 kg/min (1 lb/min) a 45,4 kg/min (100 lb/min), 13,6 kg/min (30 lb/min) a 45,4 kg/min (100 lb/min), 11,3 kg/min (25 lb/min) a 34,0 kg/min (75 lb/min), o 22,7 kg/min (50 lb/min). En ciertas realizaciones no limitantes, la distancia de separacion entre el dispositivo de pulverizacion termica y la superficie diana de la pieza de trabajo de aleacion puede ser de 2,54 cm (1 pulgada) a 182,9 cm (72 pulgadas), 30,5 cm (12 pulgadas) a 182,9 cm (72 pulgadas), 61 cm (24 pulgadas) a 91.4 cm (36 pulgadas), 91,4 cm (36 pulgadas) a 182,9 cm (72 pulgadas), o 91,4 cm (36 pulgadas). En ciertas realizaciones no limitantes, el rendimiento de deposicion del proceso de pulverizacion termica puede ser de hasta 95 %, hasta 80 %, hasta 75 %, hasta el 70 %, del 10 % al 95 %, del 20 % al 80 %, del 25 % al 75 %, del 30 % al 60 %, o del 50 %. Como se utiliza generalmente en la presente memoria, la expresion "rendimiento de deposicion" se refiere al porcentaje de material de revestimiento metalico pulverizado termicamente que se adhiere a la pieza de trabajo de aleacion.
En ciertas realizaciones no limitantes, el espesor de un revestimiento superficial metalico pulverizado termicamente sobre una pieza de trabajo de aleacion puede ser de hasta 5,08 cm (2 pulgadas), hasta 2,54 cm (1 pulgada), hasta 1,27 cm (0,5 pulgada), hasta 0,64 cm (0,25 pulgada), 0,64 cm (0,25) a 5,08 cm (2 pulgadas), 1,27 cm (0,5) a 2,54 cm (1 pulgada), o 2,54 cm (1) a 5,08 cm (2 pulgadas). En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento superficial metalico pulverizado termicamente, despues del laminado, puede tener un espesor de hasta 5,08 cm (2 pulgadas), hasta 2,54 cm (1 pulgada), hasta 1,27 cm (0,5 pulgada), hasta a 0,64 cm (0,25 pulgadas), 0,64 cm (0,25) a 5,08 cm (2 pulgadas), 1,27 cm (0,5) a 2,54 cm (1 pulgada), 2,54 cm (1) a 5,08 cm (2 pulgadas), 0,64 cm (0,25) a 1,27 cm (0,5 pulgadas), 0,25 cm (0,1) a 1,27 cm (0,5 pulgadas), o 0,25 cm (0,1) a 0,64 cm (0,25 pulgadas). En ciertas realizaciones no limitantes, el espesor de una superficie metalica pulverizada termicamente se puede relacionar con la velocidad de desplazamiento y/o la velocidad de giro de la pieza de trabajo de aleacion.
En ciertas realizaciones no limitantes, un metodo de procesar una pieza de trabajo de aleacion para reducir el agrietamiento termico puede comprender, por lo general, pulverizar en frio el material de revestimiento metalico sobre al menos una porcion de una superficie de la pieza de trabajo de aleacion para formar un revestimiento
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superficial metalico unido metalurgicamente a la pieza de trabajo de aleacion, en el que el revestimiento superficial metalico reduce la perdida de calor de la pieza de trabajo de aleacion. En ciertas realizaciones no limitantes, la pieza de trabajo de aleacion puede ser una pieza de trabajo de aleacion generalmente cilmdrica, y el revestimiento metalico se puede depositar sobre, por ejemplo, una superficie circunferencial de la pieza de trabajo de aleacion. Sin embargo, se entendera que la pieza de trabajo de aleacion puede tener una forma diferente. Como se entiende por aquellos que tienen habilidad ordinaria en la tecnica, la pulverizacion en fno puede comprender pulverizar un material de revestimiento metalico sobre una superficie mientras que el material de revestimiento metalico esta a una temperatura por debajo del punto de fundicion del material de revestimiento metalico, de modo que el material de revestimiento metalico pulverizado comprende partfculas solidas del material de revestimiento metalico.
En ciertas realizaciones no limitantes, se hace referencia a la Figura 3, un sistema de pulverizacion en fno 200 puede comprender, por lo general, un recipiente 205 para contener el material de revestimiento metalico particulado solido. El recipiente 205 puede comprender una pared de fondo que tiene una abertura para permitir que el material solido en partfculas fluya desde el recipiente 200. Una boquilla 210, tal como una boquilla de tipo (Laval) convergente-divergente, puede estar en comunicacion con el recipiente 200 para recibir el material solido en partfculas desde la abertura. La boquilla 210 puede acelerar una corriente de fluido, tal como aire, nitrogeno, helio, argon o mezclas de los mismos, a una velocidad supersonica. El material solido en partfculas se puede alimentar desde el recipiente 200 en la corriente de fluido para arrastrarse en el flujo y acelerarse a altas velocidades, formando un cono de pulverizacion 225. El material particulado solido se puede alimentar desde el recipiente 200 en la corriente de fluido aguas arriba de la boquilla 210 o en la salida de la boquilla 210. La corriente de fluido se puede calentar a una temperatura menor que el punto de fundicion y/o temperatura de reblandecimiento del material particulado solido. En ciertas realizaciones no limitantes, la corriente de fluido no se puede calentar antes de la entrada a la boquilla 210 cuando el material particulado solido alcanza una velocidad suficiente para deformarse plasticamente en caso impactar con la pieza de trabajo 205. Las boquillas y dispositivos de pulverizacion en fno adecuados que se pueden utilizar en junto con esta y otras realizaciones no limitantes descritas en la presente memoria seran evidente para aquellos que tienen habilidad ordinaria en la tecnica al considerar la presente divulgacion de realizaciones de la invencion.
Haciendo referencia a la realizacion no limitativa mostrada en la Figura 3, la pieza de trabajo de aleacion 230 se puede mover y girar en paralelo a un eje longitudinal de la pieza de trabajo de aleacion 230 a traves de una junta giratoria 240 en una camara de pulverizacion 250. Un revestimiento superficial pulverizado en fno 235 se puede formar sobre al menos una porcion de una superficie circunferencial de la pieza de trabajo de aleacion 230 al incidir el cono de pulverizacion 225 en la pieza de trabajo de aleacion 230 y hacer girar la pieza de trabajo de aleacion 230. La pieza de trabajo de aleacion 230 puede pasar por debajo y a traves del cono de pulverizacion 225. Cualquier exceso de pulverizacion del material de revestimiento metalico solido se puede recoger en una base 255 de la camara y reciclarse. Aunque la Figura 3 representa esquematicamente una realizacion en la que la pieza de trabajo de aleacion se hace girar alrededor de un eje, se entendera que se puede emplear cualquier metodo alternativo en el que el dispositivo de pulverizacion se traslada en relacion con la pieza de trabajo de aleacion, o viceversa, de modo que el material de revestimiento metalico se puede distribuir y depositarse sobre una superficie de la pieza de trabajo de aleacion.
La pulverizacion en fno puede llevarse a cabo a temperaturas relativamente bajas, por debajo del punto de fundicion del material de revestimiento metalico particulado y de la pieza de trabajo de aleacion. Las temperaturas relativamente bajas pueden impedir la oxidacion a alta temperatura, evaporacion, fundicion, recristalizacion y/o la evolucion de gas del material de revestimiento metalico, lo que puede proporcionar una ventaja sobre los metodos de revestimiento de pulverizacion termica. En ciertas realizaciones no limitantes, la estructura y propiedades originales del material de revestimiento metalico solido pueden conservarse cuando se deposita como un revestimiento sobre la pieza de trabajo de aleacion, sin transformaciones de fase que de lo contrario podnan asociarse con los procesos de revestimiento a alta temperatura, tales como, por ejemplo, los procesos de pulverizacion termica por plasma, HVOF, arco, llama de gas u otros. Sin desear estar ligado a ninguna teona particular, se cree que el material de revestimiento pulverizado en fno no puede oxidarse durante el vuelo y puede proporcionar un revestimiento metalico sobre la pieza de trabajo de aleacion que tiene una mayor densidad y/o conductividad termica mas baja que diversos revestimientos pulverizados termicamente.
Los principios, el aparato y la metodologfa subyacentes de la pulverizacion en fno se describen generalmente, por ejemplo, en la patente de Estados Unidos n°. 5.302.414. Sin desear estar ligado a ninguna teona particular, se cree que un revestimiento superficial de pulverizacion en fno se puede formar como resultado de la incidencia de partfculas en la superficie de la pieza de trabajo. El impacto de las partfculas metalicas solidas en la pieza de trabajo de aleacion puede deformar plasticamente las partfculas metalicas solidas. El cizallamiento en la interfaz partfcula/partfcula y/o en la interfaz partfcula/pieza de trabajo puede descomponer las pelfculas de oxido superficiales sobre las partfculas y/o la pieza de trabajo de aleacion, iniciando de este modo el contacto metal-metal y la formacion de fuertes uniones metalurgicas entre las partfculas del revestimiento metalico individuales y entre las partfculas del revestimiento metalico y la superficie de la pieza de trabajo de aleacion. La union en los procesos de pulverizacion en fno puede depender del proceso de deformacion de las partfculas y, por lo tanto, los materiales duros, fragiles pueden no ser propicios para la pulverizacion en fno debido a su limitada capacidad para deformarse plasticamente.
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En ciertas realizaciones no limitantes, las caractensticas del revestimiento superficial pulverizado en fno pueden relacionarse con las condiciones de procesamiento, incluyendo, pero sin limitarse a la temperatura, presion, velocidad de desplazamiento de la pieza de trabajo de aleacion, separacion (distancia entre la boquilla y la superficie de la pieza de trabajo de aleacion), la velocidad de pulverizacion y el rendimiento de deposicion. En ciertas realizaciones no limitantes, la presion de la pulverizacion generada por el dispositivo de pulverizacion en fno puede ser de 0,5 a 5 MPa, 0,7 a 5 MPa, de 1 a 5 MPa, de 1 a 4 MPa, de 0,3 a 1 MPa, de 0,5 a 1 MPa, o de 0,7 a 1 MPa. En ciertas realizaciones no limitantes, la temperatura de pulverizacion generada por el dispositivo de pulverizacion en fno puede ser de 100 a 1000 °C, de 100 a 600 °C, de 250 a 600 °C, de 300 a 1000 °C, de 400 a 600 °C, de 500 a 1.000 °C, o de 500 a 800 °C. En ciertas realizaciones no limitantes, la velocidad de pulverizacion del dispositivo de pulverizacion en fno puede ser de 1 a 200 g/min, de 10 a 100 g/min, o de 0,1 a 1 g/min. En ciertas realizaciones no limitantes, la distancia de separacion entre el dispositivo de pulverizacion en fno y la superficie diana de la pieza de trabajo de aleacion puede ser 2,54 cm (1) a 182,9 cm (72 pulgadas), 30,5 cm (12 pulgadas) a 182,9 cm (72 pulgadas), 61 cm (24 pulgadas) a 91,4 cm (36 pulgadas), 91,4 cm (36 pulgadas) a 182,9 cm (72 pulgadas) o 91,4 cm (36 pulgadas). En ciertas realizaciones no limitantes, el rendimiento de deposicion del proceso de pulverizacion en fno puede ser de hasta el 95 %, hasta el 80 %, hasta el 75 %, hasta el 70 %, del 10 % al 95 %, del 20 % al 80 %, del 25 % al 75 %, del 30 % al 60 %, o del 50 %.
En ciertas realizaciones no limitantes, el espesor de un revestimiento superficial de pulverizacion en fno puede ser de hasta 5,08 cm (2 pulgadas), hasta 2,54 cm (1 pulgada), hasta 1,27 cm (0,5 pulgadas), hasta 0,64 cm (0,25 pulgadas), 0,64 cm (0,25 pulgadas) a 5,08 cm (2 pulgadas), 1,27 cm (0,5 pulgadas) a 2.54 cm (1 pulgada), o 2,54 cm (1 pulgada) a 5,08 cm (2 pulgadas). En ciertas realizaciones no limitantes, el espesor de una superficie metalica pulverizada termicamente puede relacionarse con la velocidad de desplazamiento y/o la velocidad de giro de la pieza de trabajo de aleacion.
En ciertas realizaciones no limitantes, despues de que un revestimiento superficial se deposita sobre una region de una superficie circunferencial u otra de la pieza de trabajo de aleacion, la pieza de trabajo de aleacion se puede volver a situar para mover el revestimiento superficial depositado y la region correspondiente de la superficie lejos del cono de pulverizacion y mover una segunda o subsiguiente region de la superficie hacia el cono de pulverizacion. Despues de que se vuelve a situar la pieza de trabajo de aleacion, un revestimiento superficial metalico se puede pulverizar fno inyectado la superficie de la pieza de trabajo de aleacion moviendo la pieza de trabajo de aleacion en una direccion paralela al eje longitudinal de la pieza de trabajo de aleacion en contacto con el cono de pulverizacion. En otras palabras, el cono de pulverizacion puede ser estacionario mientras que la pieza de trabajo de aleacion se mueve paralela al eje longitudinal de la pieza de trabajo de aleacion y una region subsiguiente de la superficie de la pieza de trabajo de aleacion pasa por debajo del cono de pulverizacion.
La re-situacion relativa de la pieza de trabajo de aleacion y la deposicion del revestimiento superficial metalico sobre, por ejemplo, una superficie circunferencial de una pieza de trabajo de aleacion generalmente cilrndrica en direcciones paralelas a un eje longitudinal de la pieza de trabajo de aleacion pueden repetirse sucesivamente hasta que la superficie circunferencial de la pieza de trabajo de aleacion se cubre sustancialmente con un revestimiento metalico. En ciertas realizaciones no limitantes, los parametros de pulverizacion y la situacion de la pieza de trabajo de aleacion se pueden determinar y/o controlar de forma activa para formar un revestimiento uniforme de la superficie sobre al menos una porcion de la superficie circunferencial de la pieza de trabajo de aleacion.
El intervalo de temperatura en el que las aleaciones pueden trabarse en caliente puede tener en cuenta la temperatura a la que las grietas se inician en la aleacion y la composicion y la forma del material de revestimiento metalico depositado por los metodos de acuerdo con la presente divulgacion. A una temperatura inicial dada para una operacion de trabajo en caliente, algunas aleaciones pueden trabajarse eficazmente en caliente a un intervalo de temperatura superior al de otras aleaciones debido a las diferencias de temperatura a la que las grietas se inician en la aleacion. Para aleaciones que tienen un intervalo de temperatura de trabajo en caliente relativamente pequeno (es dedr, la diferencia entre la temperatura mas baja a la que la aleacion puede trabajarse en caliente y la temperatura a la que las grietas se inician), el espesor del revestimiento superficial metalico puede ser relativamente mayor para inhibir o evitar que la pieza de trabajo subyacente se enne a un intervalo de temperaturas de resquebrajamiento en el que las grietas se inician. Asimismo, para aleaciones que tienen un intervalo de temperaturas de trabajo en caliente relativamente grande, el espesor del revestimiento superficial metalico puede ser relativamente mas pequeno para inhibir o evitar que el lingote de aleacion subyacente u otra pieza de trabajo de aleacion se enfnen a un intervalo de temperaturas fragiles en el que las grietas se inician.
En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento superficial metalico se puede formar en al menos una porcion de la superficie de la pieza de aleacion. En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento superficial metalico se puede formar en una porcion sustancial de la superficie de la pieza de trabajo. En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento superficial metalico se puede formar en una superficie circunferencial de la pieza de trabajo de aleacion. En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento superficial metalico se puede formar en una superficie circunferencial de la pieza de trabajo y en al menos una cara lateral o cara de extremo de la pieza de trabajo. En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento superficial metalico se puede formar en una superficie circunferencial de la pieza de trabajo y en cada cara lateral o cara de extremo de la pieza de trabajo.
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El revestimiento superficial metalico dispuesto en una pieza de trabajo de aleacion de acuerdo con los metodos divulgados en la presente memoria se puede depositar hasta un espesor suficiente para aislar termicamente la superficie de la pieza subyacente de una superficie de un troquel de contacto, inhibir o evitar que la superficie de la pieza subyacente se enfne de ese modo hasta una temperatura a la que la superficie de la pieza subyacente puede agrietarse mas facilmente durante el trabajo en caliente. De esta manera, mayores temperaturas de trabajo en caliente se pueden correlacionar generalmente con una preferencia de mayores espesores del revestimiento superficial metalico. En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento superficial metalico puede tener un espesor adecuado para reducir la perdida de calor de la pieza de trabajo. Sin pretender estar ligado a ninguna teona en particular, el revestimiento superficial metalico puede reducir la perdida de calor de la pieza de trabajo de aleacion y/o aumentar el deslizamiento de la pieza de trabajo con respecto al troquel u otras superficies de contacto durante el trabajo en caliente. El revestimiento superficial metalico puede actuar como una barrera termica para la perdida termica de la pieza de trabajo a traves de conveccion, conduccion, y/o radiacion.
De acuerdo con ciertas realizaciones no limitantes, un metodo de procesamiento de un lingote de aleacion u otra pieza de trabajo de aleacion para reducir el agrietamiento termico puede comprender, por lo general, el enfriamiento de la pieza de trabajo de aleacion que incluye el revestimiento superficial metalico antes de trabajar la pieza de trabajo de aleacion. El enfriamiento de la pieza de trabajo de aleacion puede comprender enfriar el revestimiento superficial metalico. En ciertas realizaciones no limitantes, el enfriamiento de la pieza de trabajo de aleacion puede comprender el enfriamiento con aire de la pieza de trabajo de aleacion. En ciertas realizaciones no limitantes, la superficie de la pieza de trabajo de aleacion se puede enfriar a temperatura ambiente antes de trabajar la pieza de trabajo de aleacion.
La siguiente descripcion en relacion con las Figuras 4 y 5 se refiere a las realizaciones de la presente invencion.
Haciendo referencia a la Figura 4, el metodo de procesar una pieza de trabajo de aleacion de acuerdo con ciertas realizaciones no limitantes de la presente invencion para reducir el agrietamiento termico comprende, por lo general, 40 introducir la pieza de trabajo de aleacion en una lata metalica. Al menos una porcion de una superficie interior de la lata metalica comprende un revestimiento de mquel-boro. La pieza de trabajo de aleacion se encapsula 42 en la lata metalica para formar un conjunto enlatado. Al menos se elimina una porcion del gas 44 desde el interior del conjunto enlatado, y el conjunto enlatado se calienta 46 para unir en fase ifquida transitoria la pieza de trabajo de aleacion a la lata metalica. En ciertas realizaciones no limitantes, la lata metalica puede comprender una cubierta de metal. Por ejemplo, la cubierta de metal puede soldarse o de otro modo fijarse de forma segura a un extremo abierto de la lata metalica para encerrar la pieza de trabajo de aleacion en la lata metalica y de este modo formar un conjunto enlatado. En diversas realizaciones no limitantes del metodo, una salida se puede proporcionar en uno de la lata metalica y cubierta de metal, y el conjunto enlatado se puede sellar y esperar la salida. Se puede eliminar gas del interior del conjunto enlatado estableciendo un vado en la salida.
En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento de mquel-boro puede unir metalurgicamente la pieza de trabajo de aleacion a la lata metalica durante el calentamiento del conjunto de enlatado. Por consiguiente, en ciertas realizaciones no limitantes, la lata metalica puede denominarse o considerarse un revestimiento superficial unido metalurgicamente a la pieza de trabajo de aleacion.
En ciertas realizaciones no limitantes, la lata metalica puede comprender una porcion metalica generalmente cilmdrica que tiene un extremo abierto y una cubierta de metal que puede soldarse o de otro modo unirse al extremo abierto de la porcion metalica y de ese modo encapsular una pieza de trabajo de aleacion en su interior. En ciertas realizaciones no limitantes, la lata metalica puede comprender un espesor de pared de 0,64 cm (0,25) a 2,54 cm (1 pulgada), como, por ejemplo, 0,64 cm (0,25) a 1,91 cm (0,75 pulgadas) o mayor que 0,64 cm (0,25) a 1,27 cm (0,5 pulgadas). En ciertas realizaciones no limitantes, la lata metalica puede comprender un diametro interior que es superior al diametro exterior de la pieza de trabajo de aleacion de modo que la pieza de trabajo de aleacion puede disponerse en el recipiente. En ciertas realizaciones no limitantes, la lata metalica puede comprender un diametro interior mas grande en el extremo abierto de la lata con respecto al diametro interior en el extremo cerrado. En ciertas realizaciones no limitantes, el conjunto enlatado puede comprender un espacio libre entre la pieza de trabajo de aleacion y la lata metalica. En ciertas otras realizaciones no limitantes, el conjunto enlatado puede carecer de un espacio libre entre la pieza de trabajo de aleacion y la lata metalica. En ciertas realizaciones no limitantes, la pieza de trabajo de aleacion se puede introducir en la lata metalica en contacto con la lata metalica bajo el efecto de la gravedad. En ciertas realizaciones no limitantes, la pieza de trabajo de aleacion puede ponerse en contacto con la lata metalica, incluyendo el revestimiento de mquel-boro en su interior, durante la union en fase lfquida transitoria y/o homogeneizacion.
En ciertas realizaciones no limitantes, la pieza de trabajo de aleacion y/o una lata metalica pueden ser conicas. La lata metalica conica se puede formar por conformacion en fno y soldadura de una lamina de metal para adaptarse a la pieza de trabajo de aleacion conica. En ciertas realizaciones no limitantes, la pieza de trabajo de aleacion conica y la lata metalica conica pueden comprender, cada una, un extremo ancho y un extremo estrecho. En ciertas realizaciones no limitantes, el extremo estrecho puede comprender un extremo inferior y el extremo ancho puede comprender un extremo superior. En ciertas realizaciones no limitantes, la pieza de trabajo de aleacion conica y la lata metalica conica pueden comprender una conicidad de 1:50 a 1:200, de 1:50 a 1:100, 1:200, 1:100, o 1:50. En ciertas realizaciones no limitantes, la pieza de trabajo de aleacion puede comprender una superficie exterior conica,
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cilmdrica, y la lata metalica puede comprender una superficie complementaria conica, cilmdrica interior. En ciertas realizaciones no limitantes, la geometna complementaria de las superficies conicas puede proporcionar un estrecho contacto entre la pieza de trabajo de aleacion y la lata metalica, incluyendo el revestimiento de mquel-boro. En ciertas realizaciones no limitantes, la pieza de trabajo de aleacion puede ser conica a lo largo de toda la longitud del eje longitudinal de la pieza de trabajo de aleacion. Sin desear estar ligado a ninguna teona particular, se cree que la utilizacion de una pieza de trabajo conica y una lata metalica conica que tiene geometnas complementarias puede mejorar el contacto entre la pieza de trabajo de aleacion y la lata metalica, incluyendo el revestimiento de mquel- boro, con relacion a una pieza de trabajo de aleacion no conica y/o una lata metalica no conica.
En ciertas realizaciones no limitantes, la lata metalica puede comprender un material que tiene un menor coeficiente de expansion termica de la pieza de trabajo de aleacion. Por ejemplo, el acero inoxidable austemtico puede tener un coeficiente de dilatacion termica de aproximadamente un 30 % superior el acero al carbono. En ciertas realizaciones no limitantes, el coeficiente de expansion termica de la lata metalica puede ser al menos 20 % menos que el coeficiente de expansion termica de la pieza de trabajo de aleacion sobre un amplio intervalo de temperaturas, tal como, por ejemplo, de 20 °C (68 °F) a 1093 °C (2000 °F). Sin desear estar ligado a ninguna teona particular, se cree que la provision de tal diferencia en las propiedades de expansion termica entre la pieza de trabajo de aleacion y la lata metalica puede generar un esfuerzo de compresion para mantener el contacto entre la pieza de trabajo de aleacion y la lata metalica, incluyendo el revestimiento de mquel-boro, durante el calentamiento del conjunto enlatado y la union en fase lfquida transitoria. En ciertas realizaciones no limitantes, el material de lata metalica puede comprender un coeficiente de expansion termica de 6,9x10-® pulgada/pulgada^°F a 70-200 °F (12,4 pm/m^°C a 21-93 °C). En ciertas realizaciones no limitantes, el material de lata metalica puede comprender un coeficiente de expansion termica de 9,2x10-® pulgada/pulgada^°F a 70-200 °F (16,5 pm/m^°C a 21-93 °C). En ciertas realizaciones no limitantes, la pieza de trabajo de aleacion puede comprender un coeficiente de expansion termica de 6,8x10'® pulgada/pulgada^°F a 70-200 °F (12,2 pm/m^°C a 21-93 °c).
En ciertas realizaciones no limitantes, la lata metalica puede comprender un material seleccionado de una aleacion de base de mquel, una aleacion de base de hierro, una aleacion de base de mquel-hierro, una aleacion de base de cobalto, y un acero inoxidable. La lata de aleacion de base de hierro puede comprender Aleacion 902 (UNS n° N09902). En ciertas realizaciones no limitantes, la lata metalica puede comprender un acero inoxidable de Tipo 430 (UNS n° S43000).
En ciertas realizaciones no limitantes, la pieza de trabajo de aleacion y la lata metalica pueden comprender un metal de base seleccionado del grupo que consiste en cobalto, hierro y mquel. En ciertas realizaciones no limitantes, el metal de base de la lata metalica y el metal de base de la pieza de trabajo de aleacion pueden ser diferentes. Por ejemplo, la lata metalica puede comprender una aleacion hierro-base seleccionada de la aleacion 902 (UNS n° N09902) y acero inoxidable de Tipo 430 (UNS n° S43000), mientras que la pieza de trabajo de aleacion puede comprender una aleacion mquel-base seleccionada de la aleacion 720 (UNS n° N07720), aleacion Rene 88™, y aleacion Waspaloy® (UNS n° N07001).
En ciertas realizaciones no limitantes, el procedimiento puede comprender, antes de introducir la pieza de trabajo de aleacion en la lata metalica, depositar un revestimiento de mquel-boro sobre al menos una porcion de una superficie interior de la lata metalica. En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento de mquel-boro se puede aplicar a la superficie interior de la lata metalica mediante revestimiento por reaccion qmmica. Como es conocido por aquellos que tienen habilidad ordinaria en la tecnica, el revestimiento por reaccion qmmica puede depositar material sobre una superficie sin el uso de una corriente electrica. Por lo general, el revestimiento por reaccion qmmica incluye la reduccion catalttica de uno o mas iones metalicos en una solucion para depositar el metal sobre una superficie sin el uso de energfa electrica. La fuerza motriz para el proceso de deposicion se puede proporcionar por un agente qmmico reductor en la solucion. Varios procesos de metalizacion sin electricidad adecuados se pueden utilizar para depositar el revestimiento de mquel-boro sobre la superficie interior de la lata metalica, y aquellos que tienen habilidad ordinaria en la materia sera capaces de adaptar facilmente las tecnicas de revestimiento por reaccion qmmica convencionales para proporcionar un revestimiento de mquel-boro adecuado sobre una superficie interior de una lata metalica en relacion con los presentes metodos.
En ciertas realizaciones no limitantes, depositar un revestimiento de mquel-boro sobre al menos una porcion de una superficie interior de una lata metalica puede comprender, por lo general: disponer una solucion de revestimiento que comprende un material de mquel-boro en el interior de una lata metalica; chapar el material de mquel-boro sobre al menos una porcion de la superficie interior de la lata metalica; drenar la solucion de revestimiento desde la lata metalica, tal como a traves de una salida; enjuagar la lata metalica; y secar la lata metalica, tal como, por ejemplo, calentando la lata metalica. El proceso proporciona una superficie interior de la lata metalica con un revestimiento de mquel-boro. Durante el proceso de revestimiento, la temperatura y el pH de la solucion de revestimiento se pueden supervisar y controlar. En ciertas realizaciones no limitantes, la solucion de revestimiento se puede mantener a una temperatura constante. En ciertas realizaciones no limitantes, la solucion de revestimiento puede inicialmente calentarse para iniciar el proceso de revestimiento catalttico. En ciertas realizaciones no limitantes, el tiempo de revestimiento se puede seleccionar para producir un revestimiento con un cierto espesor deseado.
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En ciertas realizaciones no limitantes, la solucion de revestimiento puede comprender un disolvente, un agente reductor, e iones de uno o mas metales que van a chaparse sobre la superficie interior de la lata metalica. El disolvente puede comprender agua y/o alcohol, tal como, por ejemplo, metanol y/o etanol. Los iones metalicos pueden proporcionarse utilizando, por ejemplo, una sal de metal que es al menos parcialmente soluble en el disolvente. En ciertas realizaciones no limitantes, la sal de metal puede comprender cloruros de mquel, sulfatos de mquel, formiatos, acetatos de mquel de mquel, y/o cualquier otra sal de mquel adecuada que sea soluble en la solucion. En ciertas realizaciones no limitantes, la sal puede seleccionarse de manera que los aniones de la sal no interfieran con el proceso de revestimiento por reaccion qmmica o no se produciran las propiedades de revestimiento deseadas. En ciertas realizaciones no limitantes, el agente reductor puede comprender uno o mas de N-dimetilamina borano, H-dietilamina borano, y borohidruro de sodio.
En ciertas realizaciones no limitantes, la solucion de revestimiento puede comprender uno o mas aditivos para controlar el pH de la solucion, para estabilizar los iones metalicos, para evitar la precipitacion de sales de metales, para controlar la concentracion de iones de metal libres, y/o para controlar ciertas propiedades ffsicas del revestimiento. En ciertas realizaciones no limitantes, la solucion de revestimiento puede comprender un acido y/o una base para controlar el pH de la solucion. En ciertas realizaciones no limitantes, la solucion de revestimiento puede comprender un agente complejante, tal como un acido, por ejemplo, para controlar la concentracion de iones de mquel libre de una solucion de revestimiento.
En ciertas realizaciones no limitantes, la solucion de revestimiento puede comprender lubricantes solidos y/o parffculas duras para producir ciertas propiedades ffsicas. Por ejemplo, los lubricantes solidos y/o parffculas duras se pueden seleccionar para producir un revestimiento que tiene un determinado coeficiente de friccion o resistencia al desgaste. En ciertas realizaciones no limitantes, el lubricante solido se puede seleccionar a partir de politetrafluoroetileno, grafito, y sulfuro de molibdeno. En ciertas realizaciones no limitantes, la solucion de revestimiento comprende parffculas duras seleccionadas de carburo (por ejemplo, carburo de silicio y/o carburo de cromo), nitruros, boruros, diamante, y/u oxidos. En ciertas realizaciones no limitantes, los lubricantes solidos y/o parffculas duras pueden comprender un polvo suspendido en una solucion de revestimiento. Durante un proceso de deposicion, una parte del material suspendido puede incorporarse en el revestimiento resultante, produciendo de este modo las propiedades ffsicas deseadas. En ciertas realizaciones no limitantes, el lubricante solido y/o parffculas duras pueden comprender individualmente hasta el 20 % en volumen del revestimiento. En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento de mquel-boro puede tener una dureza y/o resistencia al desgaste que es superior a una dureza o resistencia al desgaste de la pieza de trabajo de aleacion.
En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento de mquel-boro puede comprender mquel y del 1 al 10 por ciento en peso de boro, tal como, por ejemplo, del 2 al 7 por ciento en peso de boro, o del 3 al 5 por ciento en peso de boro. En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento de mquel-boro puede comprender mquel y del 3 al 5 por ciento en peso de boro. Los revestimientos de mquel-boro pueden tambien comprender impurezas incidentales. En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento de mquel-boro consiste en, o consiste esencialmente en 1 a 10 por ciento en peso de boro, del 2 al 7 por ciento en peso de boro, o del 3 al 5 por ciento en peso de boro, mquel, e impurezas incidentales.
En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento de mquel-boro puede comprender un espesor de 0,019 cm (0,005 pulgadas) a 0,64 cm (0,25 pulgadas), tal como, por ejemplo, 0,013 cm (0,005 pulgadas) a 0,25 cm (0,1 pulgadas) o 0,019 cm (0,005 pulgadas) a 0,025 cm (0,01 pulgadas).
En ciertas realizaciones no limitantes, antes de depositar el revestimiento de mquel-boro, la lata metalica se puede acondicionar superficialmente, por ejemplo, esmerilando o pelando la superficie interior de la lata metalica. En diversas realizaciones del metodo no limitantes, la lata metalica se puede lijar y/o pulir. En ciertas realizaciones no limitantes, la lata metalica se puede esmerilar a nivel superficial hasta un acabado # 3 a # 4 para mejorar la union del revestimiento de mquel-boro a la superficie interior de la lata.
En ciertas realizaciones no limitantes, el revestimiento de mquel-boro se puede aplicar a la lata metalica por una de pulverizacion termica y pulverizacion en fffo, como se ha descrito anteriormente. En ciertas realizaciones no limitantes que utilizan la pulverizacion termica para aplicar un revestimiento de mquel-boro a una pared interior de la lata, el material de revestimiento metalico fundido puede comprender una aleacion de mquel-boro. En ciertas realizaciones no limitantes que utilizan la pulverizacion en fffo para aplicar un revestimiento de mquel-boro a una pared interior del bote, las parffculas metalicas solidas del material de revestimiento metalico pueden comprender parffculas de aleacion de mquel-boro. En ciertas realizaciones no limitantes, la aleacion de mquel-boro aplicada por pulverizacion termica o pulverizacion en fffo puede comprender una aleacion de base de mquel o de acero inoxidable borado que comprende hasta 3 por ciento en peso de boro. En ciertas realizaciones no limitantes, la aleacion de mquel-boro aplicada por pulverizacion termica o pulverizacion en fffo puede comprender acero inoxidable de Tipo 304B7 (UNS n°. S30467) que comprende del 1,75 al 2,25 por ciento en peso de boro.
En ciertas realizaciones no limitantes, despues de formar el revestimiento de mquel-boro sobre al menos una porcion de una superficie interior de la lata metalica, pero antes de la insercion de la pieza de trabajo de aleacion, la lata metalica se puede calentar. Por ejemplo, en diversas realizaciones, la lata metalica puede exponerse a altas
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temperaturas, tales como, por ejemplo, de 593 °C (1100 °F) a 1371 °C (2500 °F), para expandir la lata metalica, y la pieza de trabajo de aleacion puede introducirse en la lata metalica expandida. La lata metalica puede contraerse cuando la lata metalica se enfna, de tal manera que el revestimiento de mquel-boro se puede introducir en estrecho contacto con la pieza de trabajo de aleacion.
En ciertas realizaciones no limitantes, el presente metodo puede comprender la eliminacion de gas desde el interior del conjunto enlatado mediante la conexion de una salida proporcionada en el recipiente a una bomba de vado y la aplicacion de un vado para eliminar al menos una porcion de gas y/o la humedad desde el interior del conjunto de enlatado. En ciertas realizaciones no limitantes, el vado puede generar una presion de compresion de aire para mantener el contacto entre la pieza de trabajo de aleacion y la lata metalica durante la union en fase lfquida transitoria y/u homogeneizacion. Sin desear estar ligado a ninguna teona particular, se cree que el calentamiento del conjunto enlatado puede generar gas en el interior del conjunto enlatado que puede afectar negativamente a la formacion de uniones de fase lfquida transitoria y/o formacion de uniones metalurgicos. En ciertas realizaciones no limitantes, el metodo puede comprender simultaneamente aplicar un vado para eliminar el gas y/o la humedad del interior del conjunto enlatado y calentar el conjunto enlatado a una temperatura de uniones de fase lfquida transitoria y/o temperatura de homogeneizacion.
En ciertas realizaciones no limitantes, calentar el conjunto enlatado para unir en fase lfquida transitoria la pieza de trabajo de aleacion a la lata metalica puede comprender colocar el conjunto enlatado en un horno o estufa. En ciertas realizaciones no limitantes, el conjunto enlatado se puede calentar a al menos una de una temperatura de union en fase lfquida transitoria y una temperatura de homogeneizacion. En ciertas realizaciones no limitantes, la temperatura de union en fase lfquida transitoria puede ser menor que o igual a la temperatura de homogeneizacion. En ciertas realizaciones no limitantes, la temperatura de union en fase lfquida transitoria puede ser igual o superior a una temperatura de fundicion del revestimiento de mquel-boro. En ciertas realizaciones no limitantes, la temperatura de fundicion del revestimiento de mquel-boro puede ser menor que o igual a la temperatura de homogeneizacion. En ciertas realizaciones no limitantes, la temperatura de homogeneizacion puede ser de 1166 °C (2100 °F) a 1204 °C (2200 °F). En ciertas realizaciones no limitantes, la temperatura de union en fase lfquida transitoria puede ser de 982 °C (1800 °F a 1093 °C (2000 °F). En ciertas realizaciones no limitantes, la temperatura de fundicion del revestimiento de mquel-boro puede ser de 1010 °C (1850 °F) a 1054 °C (1930 °F).
En ciertas realizaciones no limitantes, la union en fase lfquida transitoria y la homogeneizacion pueden darse simultaneamente. Por ejemplo, en ciertas realizaciones no limitantes, la temperatura de union en fase lfquida transitoria puede solaparse con la temperatura de homogeneizacion. Sin desear estar ligado a ninguna teona particular, se cree que durante la union en fase lfquida transitoria y/o homogeneizacion, el revestimiento de mquel- boro se puede fundir y el boro se puede difundir tanto en la pieza de trabajo de aleacion como en la lata metalica. A medida que el boro se difunde del revestimiento de mquel-boro, el punto de fundicion del revestimiento de mquel- boro puede aumentar. Cuando el revestimiento de mquel-boro se vuelve a solidificar, puede formar una union metalurgica que suelda la pieza de trabajo de aleacion a la superficie interior de la lata metalica, lo que da como resultado la union en fase lfquida transitoria. En ciertas realizaciones no limitantes, la union en fase lfquida transitoria se puede producir antes de la homogeneizacion.
En ciertas realizaciones no limitantes, el conjunto enlatado se puede calentar a una temperatura de union en fase lfquida transitoria durante un primer periodo de tiempo y a una temperatura de homogeneizacion durante un segundo penodo de tiempo. En ciertas realizaciones no limitantes, el primer penodo de tiempo y segundo penodo de tiempo pueden seleccionarse independientemente de hasta 72 horas, hasta 48 horas, hasta 36 horas, hasta 24 horas, hasta 12 horas, hasta 5 hora, hasta 4 horas, y hasta 2 horas, tales como, por ejemplo, de 24 a 72 horas, de 36 a 48 horas, de 6 a 24 horas, de 1 a 5 horas, de 2 a 4 horas, o de 2 a 3 horas. En ciertas realizaciones no limitantes, el primer periodo de tiempo puede ser de hasta 5 horas, tales como, por ejemplo, hasta 4 horas, hasta 2 horas, de 1 a 5 horas, de 2 a 4 horas, o de 2 a 3 horas. En ciertas realizaciones no limitantes, el segundo periodo de tiempo puede ser de hasta 72 horas, tales como, por ejemplo, hasta 48 horas, hasta 36 horas, hasta 24 horas, hasta 12 horas, de 24 a 72 horas, 36 a 48 horas, o de 6 a 24 horas. En ciertas realizaciones no limitantes, el conjunto enlatado se puede calentar a una temperatura de 1010 °C (1850 °F) a 1054 °C (1930 °F) durante un maximo de dos horas para fundir el revestimiento de mquel-boro y dar como resultado la union en fase lfquida transitoria entre la pieza de trabajo de aleacion y la lata metalica, antes de calentar el conjunto enlatado a una temperatura de homogeneizacion de 1166 °C (2100 °F) a 1204 °C (2200 °F) durante 36 a 72 horas.
En ciertas realizaciones no limitantes, el conjunto enlatado se puede calentar para producir union en fase lfquida transitoria entre la pieza de trabajo de aleacion y la lata metalica mediante la aplicacion de un primer gradiente de temperatura y, a continuacion, calentar para homogeneizar la pieza de trabajo de aleacion mediante la aplicacion de un segundo gradiente de temperatura. En ciertas realizaciones no limitantes, el primer gradiente de temperatura puede ser al menos 0,28 °C/min (0,50 °F/min), como, por ejemplo, al menos 0,42 °C/min (0,75 °F/min), al menos 0,56 °C/min (1 °F/min), al menos 1,11 °C/min (2 °F/min), hasta 1,67 °C/min (3 °F/min), hasta 1,11 °C/min (2 °F/min), hasta 0,83 °C/min (1,5 °F/min), hasta 0,56 °C/min (1 °F/min), 0,28 a 1,11 °C/min (0,5 a 2 °F/min), o 0,33 a 0,97 °C/min (0,6 a 1,75 °F/min). En ciertas realizaciones no limitantes, el primer gradiente de temperatura puede ser a una velocidad suficiente para aumentar la temperatura de 1010 °C (1850 °F) a 1054 °C (1930 °F) durante un tiempo de hasta dos horas. En ciertas realizaciones no limitantes, el primer gradiente de temperatura puede ser al menos
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0,05 °C/min (0,10 °F/min), tal como, por ejemplo, al menos 0,06 °C/min (0,10 °F/min), tal como, por ejemplo, al menos 0,11 °C/min (0,2 °F/min), a al menos 0,28 °C/min (0,50 °F/min), al menos 0,42 °C/min (0,75 °F/min), hasta 0,56 °C/min (1 °F/min), hasta 0,56 °C/min (1 °F/min), hasta 0,5 °C/min (0,9 °F/min), hasta 0,42 °C/min (0,75 °F/min), 0,06 a 0,5 °C/min (0,1 a 0,9 °F/min), o de 0,11 a 0,28 °C/min (0,2 a 0,50 °F/min). En ciertas realizaciones no limitantes, el segundo gradiente de temperatura puede ser a una velocidad suficiente para aumentar la temperatura de 1166 °C (2100 °F) a 1204 °C (2200 °F) durante 36 a 48 horas. Sin desear estar ligado a ninguna teona particular, se cree que ralentizar el gradiente de temperatura cerca del punto de fundicion del revestimiento de mquel-boro y/o mantener en el punto fundicion del revestimiento de mquel-boro puede reducir o evitar la migracion de largo alcance del revestimiento de mquel-boro fundido y proporcionar una union metalurgica mas fuerte entre la pieza de trabajo de aleacion y la lata metalica. En ciertas realizaciones no limitantes, el calentamiento se puede ralentizar de 1010 °C (1850 °F) a 1054 °C (1930 °F) y mantenerse durante 1 a 2 horas de 1038 °C (1900 °F) a 1054 °C (1930 °F),
En contraste con el metodo de enlatado descrito en la presente memoria, una tecnica de enlatado convencional puede caracterizarse por una menor eficacia de proteccion debido a que la lata de metal no se une metalurgicamente a la pieza de trabajo. Sin desear estar ligado a ninguna teona particular, se cree que una union en fase lfquida transitoria entre la lata metalica y la pieza de trabajo de aleacion puede sobrevivir el trabajo en caliente pesado para proteger eficazmente la pieza de trabajo del agrietamiento superficial debido a los efectos de enfriamiento de los troqueles, y con ello mejorar la realizacion del forjado. Por ejemplo, los presentes inventores han observado que una union en fase lfquida transitoria producida de acuerdo con el presente metodo ha sobrevivido condiciones de laminacion muy diffciles. El revestimiento superficial de mquel-boro puede unir metalurgicamente la superficie de la pieza de trabajo de aleacion y la lata metalica se puede mantener en la superficie de la pieza de trabajo de aleacion hasta y durante el trabajo en caliente. La lata metalica unida a la pieza de trabajo de aleacion puede reducir la perdida de calor de la pieza de trabajo de aleacion y eliminar o reducir la incidencia del agrietamiento superficial durante la forja, extrusion, u otro trabajo de la pieza de trabajo de aleacion en relacion con otra pieza de trabajo de aleacion identica que carece de tal lata unida. La lata metalica puede permanecer metalurgicamente unida a la pieza de trabajo de aleacion despues del forjado giratorio para producir productos de barra y tochos forjados y/o despues de la laminacion para producir productos de barra y bobinas.
En ciertas realizaciones no limitantes, con referencia a la Figura 5, un metodo de procesar una pieza de trabajo de aleacion para reducir el agrietamiento termico puede comprender por lo general: proporcionar 50 un lingote; esmerilar 52 el lingote para formar un lingote conico; proporcionar 54 una lata metalica conica; depositar 56 un revestimiento de mquel-boro mediante uno de revestimiento por reaccion qmmica, formacion por pulverizacion, o pulverizacion en frio sobre al menos una porcion de una superficie interior de la lata metalica; enjuagar 58 y secar 60 la superficie interior de la lata metalica; introducir 62 la pieza de trabajo de aleacion en la lata metalica; encapsular 64 la pieza de trabajo de aleacion en la lata metalica para formar un conjunto en lata; eliminar 66 al menos una porcion de gas y/o la humedad del interior del conjunto enlatado bajo vado; calentar 68 el conjunto enlatado al vado para unir en fase liquida transitoria la pieza de trabajo de aleacion a la superficie interior de la lata metalica para formar 70 una pieza de trabajo de aleacion enlatada.
De acuerdo con ciertas realizaciones no limitantes, una pieza de trabajo de aleacion revestida como se reivindica en la solicitud principal o una pieza de trabajo de aleacion enlatada de acuerdo con la presente invencion producida por una realizacion de los metodos descritos en la presente memoria se puede trabajar en caliente. El trabajo en caliente la pieza de trabajo de aleacion revestida o enlatada puede comprender aplicar una fuerza a la pieza de trabajo revestida o enlatada para deformar la pieza de trabajo. La fuerza puede aplicarse con, por ejemplo, troqueles y/o rodillos. En ciertas realizaciones no limitantes, el trabajo en caliente de la pieza de trabajo de aleacion revestida o enlatada puede comprender trabajar en caliente la pieza de trabajo a una temperatura de 816 °C (1500 °F) a 1371 °C (2500 °F). En ciertas realizaciones no limitantes, el trabajo en caliente de la pieza de trabajo de aleacion revestida o enlatada puede comprender una operacion de forja y/o una operacion de extrusion. Por ejemplo, una pieza de trabajo tiene un revestimiento superficial metalico depositado sobre al menos una region de una superficie de la pieza de trabajo de acuerdo con los metodos descritos en la presente memoria, o una pieza de trabajo de aleacion que ha sido enlatada como se ha divulgado aqrn, se puede forjar engrosandose y/o forjar trefilandose. En diversas realizaciones no limitantes, el metodo puede comprender, despues de formar un revestimiento superficial metalico en la pieza de trabajo, el trabajo en caliente de la pieza de trabajo revestida por forja. En diversas realizaciones no limitantes, el metodo puede comprender, despues de formar un revestimiento superficial metalico en la pieza de trabajo, trabajo en caliente de la pieza de trabajo de aleacion revestida por forja a una temperatura de 816 °C (1500 °F) a 1371 °C (2500 °F). En diversas realizaciones no limitantes, el metodo puede comprender, despues de formar un revestimiento superficial sobre la pieza de trabajo de aleacion, trabajo en caliente de la pieza de trabajo de aleacion revestida por extrusion. En diversas realizaciones no limitantes, el metodo puede comprender, despues, de formar un revestimiento superficial metalico en la pieza de trabajo de aleacion, trabajo en caliente de la pieza de trabajo de aleacion revestida por extrusion a una temperatura de 816 °C (1500 °F) a 1371 °C (2500 °F).
Una operacion de forjado de engrosamiento y trefilado puede comprender una o mas secuencias de una operacion de forja de engrosamiento y una o mas secuencias de una operacion de forja de trefilado. Durante una operacion de forja de engrosamiento, las superficies extremas de una pieza de trabajo pueden estar en contacto con troqueles de forja que aplican fuerza a la pieza de trabajo que comprime la longitud de la pieza de trabajo y aumenta la seccion
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transversal de la pieza de trabajo. Durante una operacion de trefilado, las superficies laterales (por ejemplo, la superficie circunferencial de una pieza de trabajo cilmdrica) pueden estar en contacto con troqueles de forja que aplican fuerza a la pieza de trabajo comprimiendo la seccion transversal de la pieza de trabajo y aumentando la longitud de la pieza de trabajo.
De acuerdo con ciertas realizaciones no limitantes, un metodo de procesamiento de un lingote de aleacion u otra pieza de trabajo de aleacion para reducir el agrietamiento termico puede comprender, por lo general, eliminar al menos una porcion del revestimiento superficial metalico y/o restos del revestimiento superficial de la pieza de trabajo. En ciertas realizaciones no limitantes, el metodo puede comprender, despues del trabajo en caliente de la pieza de trabajo revestida, eliminar al menos una porcion del revestimiento superficial metalico del producto formado por trabajos en caliente en la pieza de trabajo. La eliminacion del material de revestimiento superficial puede comprender, por ejemplo, uno o mas de granallado, esmerilado, peladura, y torneado. En ciertas realizaciones no limitantes, la peladura de la pieza de trabajo revestida trabajada en caliente puede comprender un torno de inflexion.
De acuerdo con ciertas realizaciones no limitantes, un metodo de procesamiento de un lingote de aleacion u otra pieza de trabajo de aleacion para reducir el agrietamiento termico generalmente puede comprender eliminar al menos una porcion de la lata metalica o restos de la lata metalica de la pieza de trabajo. En ciertas realizaciones no limitantes, el metodo puede comprender, despues de trabajo en caliente la pieza de trabajo en lata, eliminar al menos una porcion de la lata metalica desde el producto formado mediante el trabajo en caliente la pieza de trabajo en conserva. Extraccion del material de envase puede comprender, por ejemplo, uno o mas de granallado, molienda, peladura, y girando. En ciertas realizaciones no limitantes, la peladura de la pieza de trabajo revestida trabajado en caliente puede comprender el torneado.
En diversas realizaciones no limitantes, un lingote de aleacion u otra pieza de trabajo de aleacion que se ha procesado para incluir un revestimiento superficial metalico o que se ha enlatado como se describe en la presente memoria se pueden someter a una o mas operaciones de forja de engrosamiento y trefilado. Por ejemplo, en una operacion de forja de engrosamiento y trefilado triple, una pieza de trabajo revestida o enlatada puede primero forjar engrosandose y despues forjarse trefilandose. La secuencia de engrosamiento y trefilado puede repetirse dos veces mas para un total de tres operaciones de forja de engrosamiento y trefilado secuenciales. En diversas realizaciones no limitantes, una pieza de trabajo revestida o enlatada puede someterse a una o mas operaciones de extrusion. Por ejemplo, en una operacion de extrusion, una pieza de trabajo revestida o enlatada generalmente cilmdrica se puede forzar a traves de una boquilla circular, disminuyendo de ese modo el diametro y aumentando la longitud de la pieza de trabajo. Otras tecnicas de trabajo en caliente seran evidentes para los expertos, y los metodos de acuerdo con la presente divulgacion pueden adaptarse para su uso con una o mas de tales otras tecnicas sin la necesidad de experimentacion excesiva.
En diversas realizaciones no limitantes, los metodos descritos en la presente memoria pueden utilizarse para producir un tocho forjado a partir de un lingote de aleacion en la forma de un lingote moldeado, consolidado, o formado por pulverizacion. La conversion por forja o conversion por extrusion de un lingote a un tocho u otro artmulo trabajado puede producir una estructura de grano mas fino en el artmulo en comparacion con la antigua pieza de trabajo. Los metodos y procesos descritos en la presente memoria para la produccion de piezas de trabajo de aleacion revestidas y enlatadas puede mejorar el rendimiento de los productos forjados o extruidos (tales como, por ejemplo, tochos) de las piezas de trabajo debido a que el material proporcionado en la superficie de la pieza de trabajo de aleacion puede reducir la incidencia del agrietamiento superficial de la pieza de trabajo durante la operaciones de forja y/o de extrusion. Por ejemplo, se ha observado que un revestimiento superficial metalico dispuesto en una region de una superficie de la de pieza de trabajo de aleacion de acuerdo con una realizacion de un metodo de la presente divulgacion tolera la tension inducida por los troqueles de trabajo. Tambien se ha observado que un revestimiento superficial metalico proporcionado de acuerdo con la presente divulgacion tolera mas facilmente las diferencias de temperatura entre los troqueles de trabajo y la pieza de trabajo de aleacion durante el trabajo en caliente. De esta manera, se ha observado que un revestimiento superficial metalico de acuerdo con la presente divulgacion puede exhibir agrietamiento cero o menor superficie, mientras que se evita o se reduce en la pieza de trabajo de aleacion subyacente la iniciacion de grietas superficiales durante el trabajo.
En diversas realizaciones no limitantes, los lingotes u otras piezas de trabajo de diversas aleaciones que tienen un revestimiento superficial o estan enlatados acuerdo con la presente divulgacion se pueden trabajar en caliente para formar productos que pueden utilizarse para fabricar diversos artmulos. Por ejemplo, los procesos descritos en la presente memoria se pueden utilizar en procesos de formacion de tochos de aleaciones a base de mquel, aleaciones a base de hierro, aleaciones a base de mquel-hierro, aleaciones a base de titanio, aleaciones a base de titanio-mquel, aleaciones con base de cobalto, superaleaciones de base de mquel, y otras superaleaciones. Los tochos u otros productos formados a partir de lingotes u otras piezas de trabajo de aleacion trabajados en caliente se pueden utilizar para fabricar artmulos que incluyen, pero no se limitan a, componentes de turbina, tales como, por ejemplo, discos y anillos para motores de turbina y varias turbinas en tierra. Otros artmulos fabricados a partir de lingotes de aleacion u otras piezas de trabajo de aleacion procesados de acuerdo con diversas realizaciones no limitantes descritas en la presente memoria pueden incluir, pero no se limitan a, valvulas, componentes de motores, ejes y elementos de fijacion.
Las piezas de trabajo de aleacion que se pueden procesar de acuerdo con las diversas realizaciones en la presente memoria pueden estar en cualquier forma adecuada. En realizaciones particulares no limitantes, por ejemplo, las piezas de trabajo de aleacion pueden comprender o estar en forma de lingotes, tochos, barras, placas, tubos, preformas sinterizadas, y similares.
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Aunque las realizaciones no limitantes particulares de la presente invencion se han ilustrado y descrito, sena obvio para los expertos en la materia que otros diversos cambios y modificaciones pueden realizarse sin apartarse del alcance de la invencion como se reivindica. Por lo tanto, se pretende cubrir en las reivindicaciones adjuntas todos los cambios y modificaciones que estan dentro del alcance de la presente invencion segun se reivindica.
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Claims (18)

  1. 5
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    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo de procesamiento de una pieza de trabajo de aleacion para reducir el agrietamiento termico, caracterizado por que comprende:
    introducir la pieza de trabajo de aleacion en una lata metalica, en donde la lata metalica tiene un coeficiente de expansion termica menor que la pieza de trabajo de aleacion e incluye una superficie interior que comprende un revestimiento de mquel-boro en al menos una porcion de la superficie interior; encapsular la pieza de trabajo de aleacion en la lata metalica para proporcionar un conjunto enlatado; eliminar al menos una porcion de gas del interior del conjunto enlatado; y
    calentar el conjunto enlatado hasta la fase lfquida transitoria uniendo la pieza de trabajo de aleacion a la lata metalica.
  2. 2. El metodo de la reivindicacion 1, en el que el coeficiente de expansion termica de la lata metalica es al menos un 20 por ciento menor que el coeficiente de expansion termica de la pieza de trabajo de aleacion.
  3. 3. El metodo de la reivindicacion 1, en el que calentar el conjunto enlatado a la fase lfquida transitoria uniendo la pieza de trabajo de aleacion a la lata metalica une metalurgicamente la pieza de trabajo de aleacion a la lata metalica.
  4. 4. El metodo de la reivindicacion 1, en el que encapsular la pieza de trabajo de aleacion en la lata metalica
    comprende soldar una cubierta de metal a un extremo abierto de la lata metalica.
  5. 5. El metodo de la reivindicacion 4, que ademas comprende:
    proporcionar una salida en al menos una de la lata metalica y la cubierta de metal; y aplicar un vado a la salida para eliminar al menos una porcion de gas del conjunto enlatado.
  6. 6. El metodo de la reivindicacion 1, en el que calentar el conjunto enlatado comprende calentar el conjunto enlatado
    a una temperatura de homogeneizacion a la que la pieza de trabajo de aleacion se homogeiniza y que es mayor o igual que la temperatura de fusion del revestimiento de mquel-boro.
  7. 7. El metodo de la reivindicacion 6, en el que la temperatura de homogeneizacion es de 1166 °C (2100 °F) a 1204 °C (2200 °F) y la temperatura de fundicion del revestimiento de mquel-boro es de 982 °C (1800 °F) a 1093 °C (2000 °F).
  8. 8. El metodo de la reivindicacion 6, en el que calentar el conjunto enlatado comprende:
    calentar el conjunto enlatado a una temperatura de 1010 °C (1850 °F) a 1054 °C (1930 °F) durante hasta dos horas para fundir el revestimiento de mquel-boro y, posteriormente:
    calentar el conjunto enlatado a una temperatura de homogeneizacion de 1166 °C (2100 °F) a 1204 °C (2200 °F).
  9. 9. El metodo de la reivindicacion 6, en el que calentar el conjunto enlatado a una temperatura de homogeneizacion de 1166 °C (2100 °F) a 1204 °C (2200 °F) comprende mantener el conjunto enlatado a la temperatura de homogeneizacion durante 36 horas a 48 horas.
  10. 10. El metodo de la reivindicacion 1, en el que la lata metalica comprende un material seleccionado del grupo que consiste en una aleacion base de mquel, una aleacion base de hierro, un acero inoxidable, aleacion 902 (UNS n° N09902) y acero inoxidable Tipo 430 (UNS n° S43000).
  11. 11. El metodo de la reivindicacion 1, en el que la pieza de trabajo de aleacion comprende un material seleccionado del grupo que consiste en la aleacion 718 (UNS n° N07718), aleacion 720 (UNS n° N07720), aleacion Rene 41™ (UNS n° N07041), Aleacion Rene 88™, aleacion WASPALOY® (UNS n° N07001) y aleacion INCONEL® 100.
  12. 12. El metodo de la reivindicacion 1, en el que la lata metalica y la pieza de trabajo de aleacion comprenden un metal base seleccionado del grupo que consiste en cobalto, hierro y mquel.
  13. 13. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas, antes de introducir la pieza de trabajo de aleacion en la lata metalica:
    rectificar al menos una region de al menos una de una superficie exterior de la pieza de trabajo de aleacion y una superficie interior de la lata metalica.
  14. 14. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas, antes de introducir la pieza de trabajo de aleacion en la lata metalica:
    calentar la lata metalica.
  15. 15. El metodo de la reivindicacion 1, en el que en el conjunto enlatado, la pieza de trabajo de aleacion entra en contacto con al menos una porcion del revestimiento de mquel-boro.
  16. 16. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas:
    eliminar simultaneamente al menos una porcion de gas de un interior del conjunto enlatado y calentar el conjunto enlatado a la fase lfquida transitoria uniendo la pieza de trabajo de aleacion a la lata metalica.
    5 17. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas:
    depositar un revestimiento de mquel-boro en al menos una parte de una superficie interior de la lata metalica mediante chapado no electrolttico para formar el revestimiento de mquel-boro.
  17. 18. El metodo de la reivindicacion 17, en el que el revestimiento de mquel-boro comprende del 3 al 5 por ciento en 10 peso de boro.
  18. 19. El metodo de la reivindicacion 17, en el que el revestimiento de mquel-boro tiene un espesor de 0,013 cm (0,005 pulgadas) a 0,025 cm (0,01 pulgadas).
    15 20. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas, despues de calentar el conjunto enlatado a la fase
    lfquida transitoria uniendo la pieza de trabajo de aleacion a la lata metalica:
    trabajar en caliente el conjunto enlatado con al menos uno de forja y extrusion para deformar el conjunto enlatado.
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