JP2020182976A - 相凝集を使用して超合金構成要素を修復する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超合金材料製の構成要素を修復する方法を提供する。【解決手段】超合金構成要素（１０、１０−１、１０−２、１０−３、１０−４、１０−５、１０−７、１０−８、１０−９）を修復する方法は、修復領域（２０）を含む超合金構成要素を、構成要素の段階的加熱および制御冷却を含む相凝集サイクル（１３０）に供することを含む。方法（１００）は、溶接材料（２５）を修復領域（２０）に適用して溶接表面（１２、２６）を作製することと、溶接表面（１２、２６）をろう付け材料（２５）で覆うこととをさらに含む。次に、構成要素はろう付けサイクル（２２０）に供され、ろう付けされた構成要素（１０−３）を製造する。ろう付けされた構成要素（１０−３）は洗浄され、洗浄された構成要素は回復熱処理に供され、構成要素の微結晶構造および機械的特性を回復する。【選択図】図２

Description

本開示は、一般に、接合技術に関し、具体的には、高ガンマプライム超合金製の損傷した構成要素の修復または保守方法に関する。

ガスタービンシステムなどのいくつかの従来のターボ機械は、電力を生成するために利用される。一般に、ガスタービンシステムは、圧縮機と、１つまたは複数の燃焼器と、タービンとを含む。空気をその入口を介して圧縮機に引き込むことができ、圧縮機において、空気は多段の回転ブレードおよび静止ノズルを通過することによって圧縮される。圧縮された空気は、１つまたは複数の燃焼器に導かれ、燃焼器では燃料が導入され、燃料／空気混合物の点火および燃焼によってタービンの作動流体として機能する燃焼生成物が形成される。

次いで、作動流体は、タービンの流体流路を通って流れ、流路は、複数の回転ブレードと回転ブレードの間に配置された複数の静止ノズルとの間に画定されており、それにより各組の回転ブレードおよび各対応する組の静止ノズルがタービン段を集合的に画定する。回転ブレードがガスタービンシステムのロータを回転させると、ロータに結合された発電機は、電力を生成することができる。タービンブレードの回転はまた、ロータに結合された圧縮機ブレードを回転させる。

燃焼システムは効率を向上させるためにますます高温で動作するように設計されているため、製造業者は、これらの高温環境に耐えることが可能なタービン構成要素の材料を選択する必要がある。多くの場合、ターゲットの条件での優れた機械的および（低）酸化特性のために、高ガンマプライム超合金（Ｒｅｎｅ １０８など）が選ばれている。そのような超合金は、ブレード、ノズル、およびシュラウドで使用することができる。

しかし、Ｒｅｎｅ １０８および他の高ガンマプライム超合金は、溶接性が低く、超合金カテゴリの中で最も溶接が難しい材料の一部である。従来の溶接手順を使用して高ガンマプライム超合金を溶接すると、溶接金属と母材の熱影響部に大きな亀裂が発生する。溶接ラインに沿った望ましくない亀裂は、不良な溶接につながる。

高ガンマプライム超合金を溶接するための改善されたプロセス（例えば、修復プロセスにおける）が必要である。

本開示の一態様では、超合金構成要素を修復する方法は、修復領域を含む超合金構成要素を、構成要素の段階的加熱および制御冷却を含む相凝集サイクルに供することを含む。方法は、溶接材料を修復領域に適用して溶接表面を作製することと、溶接表面をろう付け材料で覆うこととをさらに含む。次に、構成要素はろう付けサイクルに供され、ろう付けされた構成要素を製造する。ろう付けされた構成要素は洗浄され、洗浄された構成要素は回復熱処理に供され、構成要素の微結晶構造および機械的特性を回復する。超合金構成要素は、高ガンマプライム超合金からなる。

本明細書は、当業者を対象として、本システムおよび方法の完全かつ可能な開示を、それを使用する最良の形態を含んで記載する。本明細書は、添付の図を参照する。

本開示による、様々なプロセスステップにおける超合金構成要素の概略図を含む超合金構成要素を修復する方法を説明するフローチャートである。 本開示による、様々なプロセスステップにおける超合金構成要素の概略図を含む超合金構成要素を修復する方法を説明するフローチャートである。 本開示による、様々なプロセスステップにおける超合金構成要素の概略図を含む超合金構成要素を修復する方法を説明するフローチャートである。 本開示による、様々なプロセスステップにおける超合金構成要素の概略図を含む超合金構成要素を修復する方法を説明するフローチャートである。 本方法の一部である、相凝集サイクルのグラフである。

本方法の１つまたは複数の具体的な態様／実施形態が、以下で説明される。これらの態様／実施形態に関する簡潔な説明を提供するために、実際の実施態様に関するすべての特徴について本明細書に説明するわけではない。エンジニアリングまたは設計プロジェクトなどのそのような実際の実施態様の開発においては、開発者の特定の目的を達成するために、例えば機械関連、システム関連および事業関連の制約条件への対応など実施態様に特有の決定を数多くしなければならないし、また、これらの制約条件は実施態様ごとに異なる可能性があることを理解されたい。さらに、このような開発努力は、複雑で時間がかかるが、それでもなお本開示の利益を有する当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることを理解されたい。

本開示の様々な実施形態の要素を紹介するとき、冠詞「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、その要素が１つまたは複数あることを意味するように意図されている。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であることを意図し、列挙された要素以外にもさらなる要素が存在してもよいことを意味する。動作パラメータおよび／または環境条件のいかなる例も、開示される実施形態の他のパラメータ／条件を排除するものではない。加えて、本方法の「一実施形態」、「一態様」、または「実施形態」もしくは「態様」への言及は、列挙された特徴をも組み込むさらなる実施形態または態様の存在を除外すると解釈されることを意図してはいないことを理解されたい。

本開示は、超合金材料製の構成要素を修復する方法を対象とし、より具体的には、高ガンマプライム超合金製の構成要素を対象とする。そのような高ガンマプライム超合金の例には、限定はしないが、Ｂ−１９００、ＧＴＤ−１１１、Ｉｎｃｏｎｅｌ １００、Ｉｎｃｏｎｅｌ ７１３、Ｉｎｃｏｎｅｌ ７９２、ＭＡＲ−Ｍ−２４６、ＭＡＲ−Ｍ−５０９、Ｒｅｎｅ ７７、Ｒｅｎｅ １２５、Ｕ−５００、ＣＭＳＸ単結晶合金、および以下の表１に示す超合金が挙げられる。表１のすべての値は、重量パーセント（ｗｔ．％）である。「Ｂａｌ」という用語は、組成の残部（残りのｗｔ．％）を表す。

図１〜図４は、高ガンマプライム超合金構成要素１０を概略的に示している。構成要素１０は、ターボ機械翼形部（例えば、回転ブレードまたは静止ノズル）または高ガンマプライム超合金からなる別の部品（例えば、タービンシュラウド）であり得る。超合金は、従来の鋳造（ＣＣ）、一方向凝固（ＤＳ）、または単結晶（ＳＸ）材料で形成されてもよい。

次に図１を参照すると、方法１００は、構成要素１０が受け入れられて検査されるステップ１１０で開始する。検査は、視覚的に、または構成要素１０をスキャンする機器を使用して行われ得る。図示のように、構成要素１０は、表面１２から内向きに突出する亀裂または欠陥１５を含む。亀裂１５は、真っ直ぐな亀裂であることもあれば、複雑な形状（例えば、分岐）によって特徴付けられることもある。いくつかの例（図示せず）では、亀裂１５は、構成要素１０を通って完全に延びている場合がある。

ステップ１２０では、構成要素１０が機械加工され、機械加工された構成要素１０−１を作製する。機械加工ステップ１２０は、例えば、亀裂１５を滑らかにし、接着表面１６を作製することによって修復のために表面１２を準備する。

ステップ１３０では、機械加工された構成要素１０−１は、温度制御された炉４０内で行われる相凝集サイクル（図５に示す）に供される。ステップ１３０の相凝集サイクルは、機械加工された構成要素１０−１を規定の温度に加熱し、その後、加熱された構成要素をゆっくりと制御された速度（例えば、毎分０．５°Ｆ〜毎分約５°Ｆ）で冷却することを伴う。ステップ１３０の相凝集サイクルは、機械加工された構成要素１０−１内に存在し得る異なる微細構造または結晶マトリックスの相凝集を引き起こし、溶接しやすい滑らかな表面を形成する。

ステップ１４０では、相凝集された構成要素１０−２は、溶接材料２０を受け入れる準備ができている。溶接材料２０を適用する前、ベース層１８（「バターパス（ｂｕｔｔｅｒ ｐａｓｓ）」としても知られている）を任意選択で接着表面１６に適用することができる。溶接材料２０は、相凝集された構成要素１０−２と同じ超合金組成を有してもよく、または別の高ガンマプライム超合金である異なる組成を有してもよい。

溶接材料２０は、亀裂１５（図１）の空隙を充填するために層状に適用されるフィラー材料であってもよい。例えば、溶接材料２０は、変調されたパルスレーザ源で溶接される溶接ワイヤであってもよい。亀裂１５は、亀裂１５が所望の量まで充填されるまで、繰り返し溶接され、溶接フィラーで充填される。

あるいは、溶接材料２０は、空隙形状にフィットするようなサイズおよび形状のクーポンであってもよい。クーポンを使用するとき、クーポンは、仮付け溶接してから所定の位置に溶接することができる。

高ガンマプライム超合金（Ｒｅｎｅ １０８など）はマイクロ亀裂が発生しやすいため、溶接ステップ１４０は、好ましくは、マイクロ亀裂の酸化を防ぐために不活性環境（例えば、アルゴンガスの浴）で達成される。溶接された構成要素１０−２は、構成要素１０−２が周囲温度に達するまで、不活性環境に留まる。

次に図２を参照すると、ステップ１５０では、ろう付け材料２５が溶接材料２０上に適用される。高温ろう付けは、高負荷領域の超合金構成要素や、回転部品などの重要な構成要素の修復のためにガスタービン産業で成功裏に実施されている。ろう付けにより、高温強度、優れたクリープ、優れた低サイクル疲労特性、および修復された場所での耐酸化性によって特徴付けられる接合部がもたらされる。

ろう付け材料２５は、粒状のろう付け材料、ペースト状のろう付け材料、可撓性のろう付けテープ、またはいくつかの例では、剛性のろう付けプリフォームを使用して溶接領域２０上に適用することができる。ろう付け材料２５は、構成要素１０のベース材料（すなわち、超合金組成）と同じまたは異なる機械的特性を有することができる。典型的には、ろう付け材料は、ニッケル基ろう付け合金であり、これは、単独で使用されてもよいし、または上で説明されたものなどの超合金の粉末とブレンドされてもよい。ろう付け合金は、バインダ（例えば、８％〜１２％）と混合されてから、その上部に適用され得る。

概略的に示されるように、ろう付け材料２５は、溶接材料２０を完全に覆うように溶接された構成要素１０−２の表面１２に適用され、それによってろう付けされた構成要素１０−３を作製する。

ステップ１６０では、ろう付けされた構成要素１０−３は、高真空炉４０内で行われるろう付けサイクルとして知られている熱処理に供される。炉４０内の部品の位置は亀裂の向きに依存し、一般に、部品は、毛管力と組み合わされた重量力が、ろう付けされる亀裂の大部分におけるろう付け合金の流れを促進するように位置決めされる。ろう付けサイクル中、ろう付け材料２５は、溶接材料２０の周りのあらゆるギャップまたは空隙に流れ込む。ろう付け材料２５はまた、ろう付けサイクル中に溶接材料２０の近くで発生するあらゆるマイクロ亀裂に流れ込むことができる。ろう付けサイクルは、加熱および冷却プロファイルが実質的に異なるが、相凝集サイクルに使用されるのと同じ炉４０内で行われ得る。すなわち、ろう付けサイクル中の加熱は、相凝集サイクルよりも低い温度で、かつより短い継続期間で行われる。また、クールダウン速度が大幅に短縮される。

例示的な（かつ非限定的な）ろう付けサイクルでは、炉４０は、約２００℃〜約４００℃の温度範囲までゆっくりと加熱される。この第１の加熱段階の間、バインダは徐々に蒸発し、ろう付け材料２５のわずかな収縮をもたらす。バインダの大部分を排除するためのこの短い滞留時間の後、温度は、徐々に上昇し続ける。ろう付け合金を完全に溶融し、粉末の混合物を均質化するのに十分な高温に達した後、温度は、液相線および固相線温度の間の中間温度まで低下する。中間温度での長い滞留時間（例えば、＞３時間）の間、液相の前面は、ベース金属への融点降下元素の拡散によりゆっくりと移行する。説明されているメカニズムは、一般に、拡散ろう付けまたは遷移液相ろう付け（ＴＬＰろう付け）と定義される。

ステップ１７０は、熱処理済みのろう付けされた構成要素１０−３を熱間静水圧（ＨＩＰ）サイクルに供する任意のステップを表す。ＨＩＰサイクルは、加圧容器５０内で行われ、高温高圧環境をろう付けされた構成要素１０−３に作り出し、これは、ステップ１６０のろう付けサイクル中に生じ得るような、ろう付けされた構成要素１０−３内のあらゆる小さな内部亀裂を閉じる。

ステップ１８０では、ろう付けされた構成要素１０−３（または任意選択でＨＩＰ処理済みの構成要素１０−４）は、構成要素表面の所望の幾何学的形状を回復するために、ブレンドまたは再輪郭形成ステップに供される。通常、ろう付け組成はろう付けサイクル中に蒸発するバインダを含み得るので、大量のろう付け組成が溶接材料２０（またはあらゆるその後の亀裂）上に堆積する。ブレンドツール６０は、過剰なろう付け材料２５を滑らかにし、ブレンド表面２６を作製するために使用される。ブレンドツール６０は、手動で動作されてもよく（例えば、ハンドグラインダ）、またはブレンドツール６０は、機械加工装置の一部であってもよい。

図３を続けると、ステップ１９０では、ブレンドされた構成要素１０−５は、ブレンドされた構成要素１０−５を塩浴７０に浸漬することによって洗浄される。塩浴７０は、粘り強く熱力学的に安定した酸化を除去し、ある程度、亀裂１５から、および構成要素１０の表面１２から腐食生成物を除去する。コーティングされていない部品は、強力な熱機械疲労（ＴＭＦ）による劣化や侵食の影響も受けやすいため、結果として生じる汚染スケールを除去するために塩浴が必要になる場合がある。塩浴は、酸化物の表面スケールの厚さを７０％〜９０％減少させ、冷却孔および空洞から内側の酸化生成物を除去する。汚染物質（オイル、グリースなど）もまた、溶解することができる。

塩浴洗浄は、構成要素１０が化学的に耐性のあるバスケットに入れられ、溶融塩浴７０に所定の時間浸漬される不連続的なプロセスで行われる。金属酸化物を除去するための塩浴７０は、水酸化ナトリウムと、硝酸ナトリウムなどの異なる量の強力な酸化剤で主に構成され得る。塩浴の酸化特性を加速および制御するために、いくつかの触媒が塩浴７０に添加されてもよい。望ましくない化学的侵食からベース金属を保護するために、追加の化合物を添加することもできる。

塩浴７０は、溶融塩が亀裂および内部空洞に浸透することができるように、構成要素１０の全露出時間中に可能な限り低い粘度を有することが好ましい。金属酸化物の除去に使用される塩浴７０は、約４００℃〜約５００℃の温度範囲で動作することができる。Ｒｅｎｅ １０８の場合、亀裂が深く酸化され、その後の任意の洗浄ステップ２００、いわゆる「フッ化物イオン洗浄」（ＦＩＣ）だけではすべての酸化物を除去するのに十分ではないので、塩浴７０が非常に望ましい。

任意の第２の洗浄ステップ２００は動的な準大気圧でのフッ化物イオン洗浄（ＦＩＣ）を採用しており、これは、かなりの量のアルミニウムとチタンを含有する超合金から深く埋め込まれた酸化物を除去するための非常に効果的なプロセスである。洗浄効果は、還元可能なフッ化物中の熱力学的に非常に安定した金属酸化物の変換、ならびに揮発性金属フッ化物の形成などの化学反応に基づいている。これらの反応は、約５０Ｔｏｒｒ〜約７６５Ｔｏｒｒの圧力で、約９００℃〜約１２００℃の温度範囲に加熱される反応器８０で行われる。

金属酸化物の反応および還元を可能にするために、ガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ_２）、および／またはフッ化水素（ＨＦ））が順次注入される。最後に、システムを排気することによって、ガス状反応生成物の抽出物が得られる。この排気ステップは、記載されている化学反応が動的平衡を表すために重要である。つまり、化学反応生成物（金属フッ化物および水）がプロセスサイクル中に連続的に除去されない場合、反応はある程度生成物側に達し、簡単に元に戻る。亀裂には、反応器容積の中間の排気ステップを通して新鮮な反応ガスが供給されなければならない。

ＦＩＣステップ２００は、特定の合金、損傷の程度、および構成要素に従って調整される一連の洗浄サイクルを含む。ベース金属の機械的特性または耐酸化性の低下につながる可能性があるため、特にアルミニウム、チタン、およびイットリウムの消耗に関する過度の材料侵食や、敏感な領域およびろう付けされた接合部の侵食は回避する必要がある。

一方、（ステップ２１０で使用された）ろう付け合金の濡れ挙動は、洗浄された表面の消耗によって改善される（チタンのような酸化しやすい元素は濡れを防ぐことができるため）。Ｒｅｎｅ １０８の特定のケースでは、亀裂が比較的長い場合があり（典型的には＞４ｍｍ）、かつ／または強く酸化される可能性があるため、洗浄は非常に困難である。ＨＦガスの流動時間は亀裂の長さに強く関係しており、このため、特定の長いＦＩＣプロセスがＲｅｎｅ １０８製の構成要素１０に適用され、塩浴で洗浄された構成要素１０−６のあらゆる亀裂を完全に洗浄することができる。

ＦＩＣプロセスの有効性は、特徴的な冶金基準、主に材料侵食の深さと亀裂からの酸化物の除去を調査することによって評価される。酸化物スケールは、亀裂表面から、およびアクセス可能な広い亀裂から完全に除去する必要がある。プロセスガスによるアクセスが困難な非常に細かい亀裂では、局部的な残留酸化物がある程度許容され得る。粒界炭化物の侵食および一般にＩＧＡが発生する可能性があり、これは、特定のケースに対して定義されたしきい値に従って許容される。ＦＩＣプロセスは、非常に細かい熱機械的疲労亀裂がある場合でも、亀裂材料から酸化物を除去するための最も信頼可能な方法の１つと考えられている。このため、適切なろう付けプロセスと組み合わせて、構成要素の高負荷領域の修復にも使用することができる。

ステップ２１０では、ろう付けプロセスが繰り返され、以前のプロセスから生じた可能性のあるあらゆる亀裂３０が封止される。溶接領域２０上には、追加のろう付け層２５が適用される。得られた構成要素１０−７は、真空炉４０を使用して、別のろう付けサイクル２２０に供される。ろう付けサイクル２２０は、ステップ１６０で説明されたものと同様の継続期間であってもよい。

次に図４を参照すると、熱処理済みの構成要素１０−８は、ブレンドステップ２３０に供される。ステップ１８０で説明されたものと同様の様式で、ブレンドツール６０を使用してろう付け材料２５を滑らかにし、ブレンド表面２６を作製する。ブレンドツール６０は、手動で動作されてもよく、またはその動作は、例えば、ロボットアームを使用してブレンドツール６０を動作させることによって自動化されてもよい。

ステップ２４０では、非破壊試験（ＮＤＴ）が構成要素１０−８に対して実行される。欠陥検出に適したＮＤＴ検査方法の１つは蛍光浸透検査（ＦＰＩ）であるが、他の検査技法を使用することもできる。検査ツール９０（カメラまたは紫外光など）を使用して、検査員は、問題のすべての表面を注意深く調べ、所定の基準に従って検出された欠陥を評価する。問題の領域にマークを付けることができ、印の場所はさらなる分析または修復のために簡単に識別され得るようになる。

新しい亀裂が検査ステップ２４０の間に識別された場合、構成要素１０−８は、再びろう付けされてもよい（ステップ２５０）。ろう付けプロセスは、（ステップ２１０のように）影響領域へのろう付け材料の適用、（ステップ２２０のように）熱サイクルでのろう付けされた構成要素の加熱、および（ステップ２３０のように）ブレンドツール６０を使用したろう付け領域のブレンドを含む。

次の検査ステップ（別個には示されていない）を実施し、構成要素１０−８のあらゆる亀裂が完全に修復されるようにすることができる。

任意選択で、ステップ２６０では、遮熱コーティング３２を構成要素１０−８の表面１２に適用し、コーティングされた構成要素１０−９を作製することができる。遮熱コーティング３２は、ガスタービンの高温で過酷な環境における構成要素の寿命を延ばすのに役立ち得る。

ステップ２７０では、構成要素１０−９（あるいは、構成要素１０−８）は、以前に使用された真空炉４０を使用して、回復熱処理サイクルに供される。回復熱処理サイクルは、（相分布が可能な限り均一になる）加熱上昇と、（ガンマプライム粒子が再沈殿する）クールダウン期間とを含む。

加熱上昇は、構成要素１０−９を真空で加熱することによって発生し、温度は、超合金の溶液温度（すなわち、Ｔ５）の９０％〜９５％である第１の所定の温度まで可能な限り迅速に上昇する。構成要素は、第１の定義された時間の期間（例えば、２時間〜３時間、±１５分）、第１の所定の温度に維持される。不活性ガスファンを使用した第１のクールダウン期間では、構成要素１０−９の温度が９００°Ｆ〜１２００°Ｆに低下する。構成要素１０−９は、少なくとも３０°Ｆ／分の速度で冷却される。

第１のクールダウン期間の後に第２の加熱期間が続き、真空内の温度は、超合金の溶液温度の７０％〜７５％である第２の所定の温度まで可能な限り迅速に上昇する。構成要素１０−９は、第２の定義された時間の期間（例えば、４時間〜５時間、±１５分）、第２の所定の温度に維持される。不活性ガスファンを使用した第２のクールダウン期間では、構成要素１０−９の温度が少なくとも２５°Ｆ／分の冷却速度で１０００°Ｆ（±１００°Ｆ）に低下する。続いて、構成要素１０−９は、任意の好都合な速度で周囲温度まで冷却することができる。

回復熱処理サイクル２７０の間、構成要素１０−９の微結晶構造は、構成要素１０−１の前処理と同様の（しかし正確には同一ではない）状態に回復される。具体的には、沈殿したガンマプライム粒子（例えば、Ｎｉ−ＡｌまたはＮｉ−Ｔｉ）は、入来する構成要素１０−１と比較して、異なるサイズおよび／または異なる分布を有し得る。相凝集サイクル１３０および回復熱処理サイクル２７０に供された構成要素１０−９では、構成要素１０−９のバルク材料中のガンマプライム粒子およびカーバイド化合物の濃度は、これらのサイクル１３０、２７０に供されない対応する構成要素中よりも高くなり得る。回復熱処理サイクル２７０は、構成要素１０−９の機械的特性を戻し、それによって構成要素１０−９を（例えば、ガスタービンにおいて）使用するための有用な構成要素にする。

図５は、フローチャート１００のステップ１３０で説明されるような、例示的な相凝集サイクルのチャートを示している。チャートは、必ずしも縮尺どおりではない。構成要素１０は、第１の時間「ｔ１」にわたって傾斜速度３１０で加熱され、温度Ｔ２に達する。構成要素１０は、相凝集サイクル曲線１３０のプラトー３２０によって表されるように、時間「ｔ２」までの短い所定の期間（例えば、５分未満）、温度Ｔ２に維持される。第２の加熱上昇３３０は、時間「ｔ２」と時間「ｔ３」との間に発生し、その期間中、温度は、温度Ｔ２から温度Ｔ４に上昇する。一実施形態では、温度Ｔ４は、温度Ｔ２の２倍よりも高い（例えば、温度Ｔ２の約２２５％）。温度Ｔ４は、相凝集サイクル曲線１３０のプラトー３４０によって表されるように、時間「ｔ４」までの比較的短い所定の期間（例えば、１時間未満）、維持される。

第３の加熱上昇３５０は、時間「ｔ４」と時間「ｔ５」との間に発生し、その期間中、温度は、温度Ｔ４から温度Ｔ５に上昇する。温度Ｔ５は、超合金の溶液温度であり、これは、温度Ｔ４の約１１５％であり、かつ温度Ｔ２の約２５０％〜約２７０％である。温度Ｔ５は、相凝集サイクル曲線１３０のプラトー３６０によって表されるように、時間「ｔ６」までの比較的長い所定の期間（例えば、１〜３時間）、維持される。

一実施形態では、ステップ３１０、３３０、および３５０で使用される傾斜速度は同じか、またはほぼ同じである。例示的な（かつ非限定的な）傾斜速度は、毎分約１５°Ｆ〜毎分約３０°Ｆのオーダであり得る。特定の実施形態では、傾斜速度は、毎分約２５°Ｆであり得る。あるいは、傾斜速度３１０、３３０、および３５０は、異なる速度で発生し得る。

プラトー３６０の後、制御されたクールダウン３７０が開始し、その間に温度は、時間「ｔ６」の温度Ｔ５から時間「ｔ７」の温度Ｔ３に移動する。このクールダウン速度３７０は、構成要素１０内の異なる微細構造を凝集させ、これは、次の処理（例えば、溶接およびろう付け）のために構成要素１０を準備するのに役立つ。

例示的な実施形態では、温度Ｔ３は、温度Ｔ２の約１７５％であり、かつ温度Ｔ５の６５％〜７０％であり、クールダウン速度３７０は、毎分約０．５°Ｆ〜毎分約５°Ｆである。したがって、時間「ｔ６」と時間「ｔ７」との間の時間は、数時間（例えば、１５〜３０時間）で測定される。１つの例示的な実施形態では、クールダウン速度３７０は、毎分約１°Ｆであってもよい。別の例示的な実施形態では、クールダウン速度３７０は、毎分約３°Ｆであってもよい。いくつかの実施形態では、クールダウン速度３７０は、毎分約５°Ｆであってもよい。

任意選択で、構成要素１０は、短い所定の期間（例えば、５分未満）、温度Ｔ３で保持されてもよく、保持ステップは別個に示されていない。時間「ｔ７」から時間「ｔ８」までのガスファンクエンチ期間は、曲線３８０に従う。この強制冷却期間中、温度は、温度Ｔ３から温度Ｔ１に低下し、これは、温度Ｔ２の２５％未満であり、かつ温度Ｔ５の１０％未満である。構成要素の最終的な冷却は、曲線３９０によって定義された速度で行われ得、したがって、構成要素１０が周囲温度に達することを可能にする。

本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、近似を表す文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動し得る任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」および「実質的に」などの用語によって修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。ある範囲の特定の値に適用される「およそ」および「約」という用語は、両方の値に適用され、その値を測定する機器の精度に依存しない限り、記載された値の＋／−１０％を示し得る。

本明細書は、最良の様式を含む本発明を開示するため、およびどのような当業者も、任意のデバイスまたはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含む本発明の実践を可能にするために、実施例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。

１０ 超合金構成要素
１０−１ 超合金構成要素
１０−２ 超合金構成要素
１０−３ 超合金構成要素
１０−４ 超合金構成要素
１０−５ 超合金構成要素
１０−６ 超合金構成要素
１０−７ 超合金構成要素
１０−８ 超合金構成要素
１０−９ 超合金構成要素
１２ 溶接表面
１５ 亀裂／欠陥
１６ 接着表面
１８ ベース層
２０ 溶接材料／溶接領域／修復領域
２５ ろう付け材料／溶接材料
２６ ブレンド表面／溶接表面
３０ 亀裂
３２ 遮熱コーティング
４０ 真空炉／高真空炉
５０ 加圧容器
６０ ブレンドツール
７０ 塩浴
８０ 反応器
９０ 検査ツール
１００ 方法／フローチャート
１１０ ステップ
１２０ ステップ
１３０ ステップ／相凝集サイクル／相凝集サイクル曲線
１４０ ステップ／溶接ステップ
１５０ ステップ
１６０ ステップ
１７０ ステップ
１８０ ステップ
１９０ ステップ
２００ ステップ／洗浄ステップ
２１０ ステップ
２２０ ステップ／ろう付けサイクル
２３０ ステップ／ブレンドステップ
２４０ ステップ／検査ステップ
２５０ ステップ
２６０ ステップ
２７０ ステップ／回復熱処理サイクル
３１０ 傾斜速度
３２０ プラトー
３３０ 傾斜速度／第２の加熱上昇
３４０ プラトー
３５０ 傾斜速度／第３の加熱上昇
３６０ プラトー
３７０ クールダウン速度
３８０ 曲線
３９０ 曲線
Ｔ１ 温度
Ｔ２ 温度
Ｔ３ 温度
Ｔ４ 温度
Ｔ５ 温度
ｔ１ 時間
ｔ２ 時間
ｔ３ 時間
ｔ４ 時間
ｔ５ 時間
ｔ６ 時間
ｔ７ 時間
ｔ８ 時間

Claims (15)

1. 超合金構成要素（１０）を修復する方法（１００）であって、以下の一連のステップ：
   （ａ）前記超合金構成要素（１０）を相凝集サイクル（１３０）に供するステップであって、前記超合金構成要素（１０）は、少なくとも１つの修復領域（２０）を含むステップと、
   （ｂ）溶接材料（２５）を前記少なくとも１つの修復領域（２０）に適用して溶接表面（１２、２６）を作製するステップと、
   （ｃ）前記溶接表面（１２、２６）をろう付け材料（２５）で覆うステップと、
   （ｄ）前記構成要素（１０）をろう付けサイクル（２２０）に供してろう付けされた構成要素（１０−３）を製造するステップと、
   （ｅ）前記ろう付けされた構成要素（１０−３）を洗浄するステップと、
   （ｆ）前記洗浄された構成要素（１０−６）を回復熱処理に供するステップと
   を含む、方法（１００）。
2. 前記超合金構成要素（１０）は、高ガンマプライム超合金からなる、請求項１に記載の方法（１００）。
3. 前記高ガンマプライム超合金は、Ｂ−１９００、ＧＴＤ−１１１、Ｉｎｃｏｎｅｌ １００、Ｉｎｃｏｎｅｌ ７１３、Ｉｎｃｏｎｅｌ ７３８、Ｉｎｃｏｎｅｌ ７９２、Ｉｎｃｏｎｅｌ ９３９、ＭＡＲ−Ｍ−２４６、ＭＡＲ−Ｍ−５０９、Ｒｅｎｅ ７７、Ｒｅｎｅ １０８、Ｒｅｎｅ １２５、Ｕ−５００、ＣＭ ２４７（２４７）、またはＭＡＲ Ｍ ２４７の少なくとも１つを含む、請求項２に記載の方法（１００）。
4. ステップ（ａ）は、均一な傾斜速度（３１０）および前記構成要素（１０）をプラトー（３２０、３４０、３６０）温度に保持する１つまたは複数の期間を使用して、前記構成要素（１０）を第１の規定の温度に加熱するステップと、前記構成要素（１０）を規定のクールダウン速度（３７０）で第２の規定の温度までクールダウンすることを可能にするステップと、第３の規定の温度への前記構成要素（１０）の強制冷却を実行するステップとを含む、請求項１に記載の方法（１００）。
5. 前記構成要素（１０、１０−１、１０−２、１０−３、１０−４、１０−５、１０−６、１０−７、１０−８、１０−９）を加熱するステップは、第１の規定の期間、前記第１の規定の温度で前記構成要素（１０、１０−１、１０−２、１０−３、１０−４、１０−５、１０−６、１０−７、１０−８、１０−９）を保持するステップを含む、請求項４に記載の方法（１００）。
6. 前記構成要素（１０、１０−１、１０−２、１０−３、１０−４、１０−５、１０−７、１０−８、１０−９）を第１の規定の温度に加熱するステップは、第１のプラトー（３２０、３４０、３６０）温度に加熱するステップと、第２の規定の期間保持するステップと、前記第１のプラトー（３２０、３４０、３６０）温度よりも高い第２のプラトー（３２０、３４０、３６０）温度に加熱するステップと、前記第２の規定の期間よりも長い、かつ前記第１の規定の期間よりも短い第３の規定の期間保持するステップとを含み、前記第２のプラトー（３２０、３４０、３６０）温度は、前記第１の規定の温度の約８５％である、請求項５に記載の方法（１００）。
7. 前記規定のクールダウン速度は、毎分約０．５°Ｆ〜毎分約５°Ｆである、請求項４に記載の方法（１００）。
8. 前記第２の規定の温度は、前記第１の規定の温度の６５％〜７０％であり、前記第３の規定の温度は、前記第１の規定の温度の１０％未満である、請求項４に記載の方法（１００）。
9. ステップ（ａ）は、前記強制冷却ステップの後、前記構成要素（１０、１０−１、１０−２、１０−３、１０−４、１０−５、１０−７、１０−８、１０−９）を周囲温度まで冷却することを可能にするステップをさらに含む、請求項４に記載の方法（１００）。
10. ステップ（ａ）の前、前記少なくとも１つの修復領域（２０）を機械加工して前記溶接材料（２５）が適用される少なくとも１つの表面（１２、２６）を製造するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法（１００）。
11. ステップ（ｂ）の前、溶接材料（２５）のベース層（１８）を機械加工された前記少なくとも１つの表面（１２、２６）に適用するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法（１００）。
12. ステップ（ｂ）は、不活性環境で行われる、請求項１に記載の方法（１００）。
13. ステップ（ｂ）は、材料（２５）のクーポンを前記少なくとも１つの修復領域（２０）に溶接するステップを含む、請求項１に記載の方法（１００）。
14. ステップ（ｄ）の後、前記ろう付けされた構成要素（１０−３）を真空炉（４０）内で熱間静水圧サイクルに供するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法（１００）。
15. ステップ（ｄ）の後、前記ろう付け領域（２０）をブレンドして前記構成要素（１０、１０−１、１０−２、１０−５、１０−７、１０−８、１０−９）の滑らかな表面（１２、２６）を製造するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法（１００）。

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