KR102013979B1 - 금속 합금의 열간 가공성을 개선시키기 위한 방법 - Google Patents

금속 합금의 열간 가공성을 개선시키기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

열적 균열발생을 감소시키기 위하여 합금 가공물을 가공하는 방법은, 합금 가공물에 야금학적으로 접합된 표면 코팅을 형성하기 위하여 금속 코팅 재료를 합금 가공물의 표면의 적어도 일부에 분사하는 단계를 포함할 수 있다. 표면 코팅은 합금 가공물보다 더욱 연성일 수 있고 합금 가공물로부터의 열손실을 감소시킨다.

Description

금속 합금의 열간 가공성을 개선시키기 위한 방법 {METHODS TO IMPROVE HOT WORKABILITY OF METAL ALLOYS}
기술 분야
본 개시는 합금 잉곳 및 다른 합금 가공물, 그리고 합금 잉곳 및 다른 합금 가공물을 가공하는 방법에 관련된다.
배경
다양한 합금들이 "균열감수성"임을 특징으로 할 수 있다. 균열감수성 합금으로 이루어진 잉곳 및 다른 가공물은 열간 가공 작업 동안 표면 및/또는 가장자리를 따라 균열이 형성될 수 있다. 균열감수성 합금으로부터의 물품 성형은 문제가 될 수 있는데, 예를 들어, 단조 또는 다른 열간 가공 작업 동안 형성된 균열이 연삭되거나 다른 방식으로 제거될 필요가 있을 수 있어, 제조 시간 및 비용을 증가시키고 수율을 감소시키기 때문이다.
단조 및 압출과 같은 특정한 열간 가공 작업 동안, 합금 가공물을 변형시키기 위하여 다이가 합금 가공물에 힘을 가한다. 다이의 표면과 합금 가공물의 표면 사이의 상호작용은 열전달, 마찰, 및 마멸을 포함할 수 있다. 열간 가공 동안의 표면 및 가장자리 균열발생을 감소시키기 위한 종래의 기법은 열간 가공 이전에 금속 캐니스터 안에 합금 가공물을 봉입하는 것이다. 예를 들어 원통형 가공물 사용 시, 금속 캐니스터의 내경이 합금 가공물의 외경보다 약간 더 클 수 있다. 합금 가공물은 금속 캐니스터가 합금 가공물을 느슨하게 둘러싸지만 야금학적으로 접합되지 않도록 금속 캐니스터에 삽입될 수 있다. 다이는 금속 캐니스터의 외부 표면과 접촉할 수 있다. 금속 캐니스터는 봉입된 합금 가공물을 열적으로 절연하고 기계적으로 보호하고, 이에 의하여 합금 가공물 상의 균열 형성의 발생이 제거되거나 감소된다. 금속 캐니스터는 합금 가공물과 금속 캐니스터의 내부 표면 사이의 에어 갭(air gap)의 작용에 의하여, 또한 합금 가공물이 주위로 열을 복사하는 것의 직접 억제에 의하여 합금 가공물을 열적으로 절연한다.
합금 가공물 캐닝(canning) 작업은 다양한 단점을 야기할 수 있다. 예를 들어, 단조 다이와 금속 캐니스터의 외부 표면 사이의 기계적 접촉이 금속 캐니스터를 파괴할 수 있다. 또한, 캐닝된 가공물의 업셋-드로우 단조(upset-and-draw forging) 동안, 금속 캐니스터가 인발(draw) 작업 동안 파괴될 수 있고, 그러한 경우에 합금 가공물은 다중 업셋-드로우 단조 작업의 각각의 업셋-드로우 주기 사이에 리캐닝(re-canning)될 필요가 있을 수 있다. 리캐닝은 공정 복잡도 및 비용을 증가시킨다. 더욱이, 금속 캐니스터는 작업자가 균열 및 다른 가공-유발된 결함에 대하여 캐닝된 합금 가공물의 표면을 시각적으로 모니터링하는 것을 방해할 수 있다.
전술한 결점을 고려하면, 더욱 효과적이고 및/또는 더욱 비용 효율적인 균열감수성 합금 열간 가공 방법을 제공하는 것이 유리할 것이다. 더욱 일반적으로, 합금 잉곳 및 다른 합금 가공물의 열간 가공성 개선 방법을 제공하는 것이 유리할 것이다.
요약
본 개시에 따른 양태는 열간 가공성을 개선하기 위하여 합금 잉곳 및 다른 합금 가공물을 가공하는 방법에 관련된다.
본 개시에 따른 비제한적 양태는 열적 균열발생을 감소시키기 위하여 합금 가공물을 가공하는 방법에 관련되고, 상기 방법은 합금 가공물에 야금학적으로 접합된 표면 코팅을 형성하기 위하여 금속 코팅 재료를 합금 가공물의 표면의 적어도 일부에 분사하는 단계를 포함한다. 금속 표면 코팅은 합금 가공물보다 더욱 연성일 수 있고 합금 가공물로부터의 열손실을 감소시킨다. 상기 방법의 비제한적 구체예에서, 합금 가공물은 금속 코팅 재료의 분사 동안 가공물의 장축에 대하여 회전되고, 금속 코팅 재료는 합금 가공물의 원주방향 표면의 적어도 일부에 침착된다.
본 개시에 따른 추가적인 비제한적 양태는 열적 균열발생을 감소시키기 위하여 합금 가공물을 가공하는 방법에 관련되고, 상기 방법은 합금 가공물을 금속 캐니스터에 삽입하는 단계를 포함한다. 금속 캐니스터는 합금보다 더 낮은 열팽창계수를 가질 수 있고 내부 표면이 이의 적어도 일부에 니켈-붕소 코팅을 포함하는 것을 포함한다. 합금 가공물은 금속 캐니스터에 봉입되어 캐닝된 조립체가 형성되고, 기체의 적어도 일부가 캐닝된 조립체의 내부로부터 제거된다. 캐닝된 조립체는 합금 가공물을 금속 캐니스터에 천이 액상 접합시키기 위하여 가열된다.
본 개시에 따른 또 다른 비제한적 양태는 본 개시의 방법 중 임의의 방법에 따라 제조되거나 가공된 합금 가공물에 관련된다.
본 개시에 따른 또 다른 비제한적 양태는 본 개시의 방법 중 임의의 방법에 따라 제조되거나 가공된 합금 가공물로부터 제조되거나 이를 포함하는 제조물품에 관련된다. 그러한 제조물품은, 예를 들어, 제트 엔진 컴포넌트, 지상 터빈 컴포넌트, 밸브, 엔진 컴포넌트, 섀프트(shaft), 및 패스너(fastener)를 포함한다.
본 명세서에 기재된 다양한 비제한적 구체예는 첨부도면과 관련하여 다음의 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있다.
도 1은 본 명세서에 개시된 방법의 특정한 비제한적 구체예에 따른 흐름도이다.
도 2는 본 명세서에 기재된 다양한 비제한적 구체예에 따른 합금 가공물 가공 방법의 개략도이다.
도 3은 본 명세서에 기재된 다양한 비제한적 구체예에 따른 합금 가공물 가공 방법의 개략도이다.
도 4는 본 명세서에 개시된 방법의 특정한 비제한적 구체예에 따른 흐름도이다.
도 5는 본 명세서에 기재된 다양한 비제한적 구체예에 따른 합금 가공물 가공 방법의 개략도이다.
독자는 다음의 본 개시에 따른 다양한 비제한적이고 비망라적인 구체예의 설명을 고려하면 전술한 세부사항뿐만 아니라 다른 것들도 이해할 것이다.
특정한 비제한적 구체예의 설명
본 명세서에서 일반적으로 사용된 용어 "필수적으로 구성되는(consisting essentially of)" 및 "구성되는(consisting of)"은 용어 "포함하는(comprising)"에 통합된다.
본 명세서에서 일반적으로 사용된 관사 "하나"("one", "a", "an"), 및 "그"("the")는 달리 지시되지 않으면 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 지칭한다.
본 명세서에서 일반적으로 사용된 용어 "포함하는(including)" 및 "가지는(having)"은 "포함하는(comprising)"을 의미한다.
본 명세서에서 일반적으로 사용된 용어 "연화점"은 특정 재료가 더 이상 강성 고체로서 거동하지 않고 자체 중량하에 처짐(sag)이 일어나기 시작하는 최저 온도를 지칭한다.
본 명세서에서 일반적으로 사용된 용어 "약"은 측정의 성질 또는 정밀도를 고려하여, 측정된 양에 대하여 허용 가능한 오차 정도를 지칭한다. 전형적인 대표적 오차 정도는 주어진 값 또는 값의 범위의 20% 이내, 10% 이내, 또는 5% 이내일 수 있다.
본 명세서에 언급된 모든 수치량은 달리 지시되지 않으면 용어 "약"에 의하여 모든 예에서 변형되는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에 개시된 수치량은 대략적이고 각각의 수치값은 인용된 값 및 그 값 주위의 기능적으로 동등한 범위를 모두 의미하도록 의도된다. 적어도, 그리고 청구의 범위에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도가 아니면서, 각각의 수치값이 적어도 기록된 유효숫자의 개수를 고려하고 일반적인 반올림 기법을 적용하여 해석되어야 한다. 본 명세서에 언급된 수치량의 근사에도 불구하고, 실제 측정값의 구체적인 예에 기재된 수치량은 가능한 한 정확하게 기록된다.
본 명세서에 언급된 모든 수치 범위는 그 안에 포괄된 모든 하위범위를 포함한다. 예를 들어, "1로부터 10" 및 "1 내지 10"의 범위는 언급된 1의 최소값 및 언급된 10의 최대값을 포함하여 이들 사이의 모든 하위 범위를 포함하도록 의도된다. 본 명세서에 언급된 임의의 최대 수치 한계는 모든 더 낮은 수치 한계를 포함하도록 의도된다. 본 명세서에 언급된 임의의 최소 수치 한계는 모든 더 높은 수치 한계를 포함하도록 의도된다.
다음의 설명에서, 특정한 상세한 내용이 본 명세서에 개지된 물품 및 방법의 다양한 비제한적 구체예의 완전한 이해를 제공하기 위하여 제시된다. 당해 분야의 숙련가는 본 명세서에 기재된 비제한적 구체예가 이러한 상세한 내용 없이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 예에서, 물품 및 방법에 관련된 공지 구조 및 방법은 본 명세서에 기재된 비제한적 구체예의 설명을 불필요하게 불명료하게 하는 것을 피하기 위하여 상세히 나타나거나 기재되지 않을 것이다.
이러한 개시는 물품 및 방법의 다양한 비제한적 구체예의 다양한 특성, 양태, 및 장점을 설명한다. 그러나 당해 분야의 숙련가가 유용함을 발견할 수 있는 임의의 조합 또는 부조합으로 본 명세서에 기재된 다양한 비제한적 구체예의 임의의 다양한 특성, 양태, 및 장점을 조합하는 것에 의하여 성취될 수 있는 다양한 대안의 구체예를 본 개시가 포함함이 이해된다.
예를 들어, 단조 작업 및 압출 작업과 같은 열간 가공 작업 동안, 주위 온도보다 큰 온도에서, 예컨대 가공물의 재결정화 온도 위에서 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물에 힘이 가해져 가공물이 소성으로 변형될 수 있다. 가공 작업을 겪는 합금 가공물의 온도는 합금 가공물의 표면에 기계적으로 힘을 가하기 위하여 사용되는 다이 또는 다른 구조물의 온도보다 클 수 있다. 합금 가공물에는 주위 공기로의 열손실에 의한 합금 가공물의 표면 냉각 및 합금 가공물의 표면과 접촉 다이 또는 다른 구조물 사이의 열구배 오프셋(off-set)으로 인한 온도 구배가 형성될 수 있다. 온도 구배가 열간 가공 동안 가공물의 표면 균열발생에 기여할 수 있다. 표면 균열발생은 합금 가공물이 균열감수성 합금으로부터 성형되는 상황에서 특히 문제이다.
특정 비제한적 구체예에 따르면, 합금 가공물은 균열감수성 합금으로 구성되거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다양한 니켈계 합금, 철계 합금, 니켈-철계 합금, 티타늄계 합금, 티타늄-니켈계 합금, 코발트계 합금, 및 초합금, 예컨대 니켈계 초합금이, 균열발생에 감수성일 수 있고, 특히 열간 가공 작업 동안 그러하다. 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물은 그러한 균열감수성 합금 및 초합금으로부터 성형될 수 있다. 예를 들어, 균열감수성 합금 가공물이 합금 718 (UNS No. N07718), 합금 720 (UNS No. N07720), Rene 41™ 합금 (UNS No. N07041), Rene 88™ 합금, Waspaloy® 합금 (UNS No. N07001), 및 Inconel® 100 합금으로부터 선택되지만 이에 제한되지 않는 합금 또는 초합금으로부터 성형될 수 있다.
비록 본 발명에 기재된 방법이 균열감수성 합금과 관련하여 사용하기에 유리하기는 하지만, 상기 방법이 또한, 예를 들어 열간 가공 온도에서 비교적 낮은 연성을 특징으로 하는 합금, 1000℉ 내지 2200℉의 온도에서 열간 가공된 합금, 및 일반적으로 균열발생이 일어나기 쉽기 않은 합금을 포함하는 임의의 합금에 일반적으로 적용 가능함이 이해될 것이다. 그와 같이, 본 명세서에서 사용된 용어 "합금"은 종래의 합금 및 초합금을 포함한다. 당해 분야의 숙련가가 이해하는 바와 같이, 초합금은 고온에서 비교적 우수한 표면 안정성, 부식 및 산화 저항성, 고강도, 및 고내크리프성을 나타낸다. 다양한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물은 잉곳(ingot), 빌릿(billet), 바(bar), 플레이트(plate), 튜브(tube), 소결된 예비성형품(pre-form) 등으로부터 선택되거나 이를 포함할 수 있다.
합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물은, 예를 들어, 종래의 야금 기법 또는 분말 야금 기법을 이용하여 성형될 수 있다. 예를 들어, 다양한 비제한적 구체예에서, 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물은 VIM-VAR 작업으로 공지인 진공 유도 용해(vacuum induction melting, VIM) 및 진공 아크 재용해(vacuum arc remelting, VAR)의 조합에 의하여 성형될 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물은 전기슬래그 재용해(electroslag remelting, ESR) 작업이 VIM 작업과 VAR 작업 사이에 수행되어, VIM-ESR-VAR (즉, 삼중 용해) 시퀀스를 제공하는 삼중 용해 기법에 의하여 성형될 수 있다. 다른 비제한적 구체예에서, 합금 가공물은 용융 합금의 원자화 및 그 결과로 얻은 야금학적 분말을 합금 가공물로 수집 및 압밀하는 것을 포함하는 분말 야금 작업을 이용하여 성형될 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물은 분사 성형 작업을 이용하여 성형될 수 있다. 예를 들어, VIM은 공급원료로부터 베이스 합금 조성물을 제조하기 위하여 이용될 수 있다. ESR 작업은 VIM 이후 선택적으로 이용될 수 있다. 용융 합금은 VIM 또는 ESR 용융물 풀로부터 추출되고 원자화되어 용융 액적이 형성될 수 있다. 용융 합금은 예를 들어 냉벽 유도 가이드(cold wall induction guide, CIG)를 이용하여 용융물 풀로부터 추출될 수 있다. 합금은 분사 성형 작업을 이용하여 용융 또는 반용융 재료로서 침착되어 응고된 합금 가공물이 성형될 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물은 열간 등방 가압(hot isostatic pressing, HIP)을 이용하여 성형될 수 있다. HIP는 일반적으로, 분말 재료를 모노리스 예비성형체(monolithic preform)로 압축 및 압밀하기 위한 고압 및 고온 기체, 예를 들어, 아르곤의 등방 적용을 지칭한다. 압축되고 압밀되는 분말과 기체 사이의 압력 장벽으로서 기능을 하는 밀폐된 용기에 의하여, 분말이 고압 및 고온 기체로부터 분리될 수 있다. 밀폐된 용기는 분말을 압축하기 위하여 소성으로 변형될 수 있고, 고온이 개별적인 분말 입자들을 함께 소결시켜 모노리스 예비성형체가 형성될 수 있다. 균일한 압축 압력이 분말 전체에 걸쳐 가해질 수 있고, 예비성형체에서 균일한 밀도 분포가 달성될 수 있다. 예를 들어, 근-등원자(near-equiatomic) 니켈-티타늄 합금 분말이, 예를 들어 강철 캐니스터와 같은 금속 용기에 충전되고, 흡수된 수분 및 포획된 기체를 제거하기 위하여 탈기될 수 있다. 근-등원자 니켈-티타늄 합금 분말을 수용하는 용기는 진공하에, 예를 들어 용접에 의하여 밀폐될 수 있다. 이후 밀봉된 용기는 온도에서 용기 안의 니켈-티타늄 합금 분말의 완전한 조밀화를 달성하기에 충분한 압력하에 HIP될 수 있고, 이에 의하여 완전히 조밀화된 근-등원자 니켈-티타늄 합금 예비성형체가 성형된다.
본 개시에 따른 특정 비제한적 구체예에서, 도 1을 참조하면, 열적 균열발생을 감소시키기 위하여 합금 가공물을 가공하는 방법은 일반적으로, 합금 가공물의 장축에 대하여 합금 가공물을 회전시키는 단계(10); 및 합금 가공물로부터의 열손실을 감소시키는, 합금 가공물에 야금학적으로 접합된 표면 코팅을 형성하기 위하여, 금속 코팅 재료를 합금 가공물의 원주방향 표면의 적어도 일부에 분사하는 단계(15)를 포함한다. 특정한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물은 일반적으로 원통형 합금 가공물일 수 있고, 금속 코팅은, 예를 들어, 합금 가공물의 원주방향 표면 상에 침착될 수 있다. 그러나, 합금 가공물이 상이한 형상을 가질 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 비록 도 1이 합금 가공물이 축에 대하여 회전되는 구체예를 개략적으로 나타내기는 하지만, 분사 장치가 합금 가공물에 대하여 이동하거나 그 반대인 임의의 대안의 방법이 구현되어, 금속 코팅 재료가 합금 가공물의 표면에 분배되고 표면 상에 침착될 수 있음이 이해될 것이다.
특정한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법은 합금 가공물로부터의 열손실을 감소시키는, 합금 가공물에 야금학적으로 접합된 금속 표면 코팅을 형성하기 위하여, 금속 코팅 재료를 합금 가공물의 종방향 말단부의 적어도 일부에 분사하는 단계를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 상기 방법은 합금 가공물의 적어도 한 번의 회전을 완료한 후 가공물의 장축을 따라 합금 가공물을 이동시키는 단계; 금속 코팅 재료를 합금 가공물의 외부 원주방향 표면의 다음의 적어도 일부에 분사하는 단계; 및 원하는 코팅 두께가 달성될 때까지 이동 및 분사를 반복하는 단계를 포함할 수 있다. 그러나 분사 장치와 합금 가공물 사이의 상대적 움직임이 이루어지고, 금속 코팅 재료가 합금 가공물의 표면에 분배되고 표면 상에 침착될 수 있도록 임의의 대안의 작업이 이용될 수 있음이 또한 이해될 것이다.
특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅의 재료는 합금 가공물보다 더욱 연성(ductile) 및 /또는 가단성(malleable)일 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물 상에 형성된 금속 코팅은 예를 들어, 68℉ 내지 2300℉ 및 1500℉ 내지 2250℉와 같은 광범한 온도 범위에 걸쳐 연성일 수 있다. 금속 코팅 및 합금 가공물의 연성은 인장 시험에서 면적의 연신율(elongation) 또는 단면감소율(reduction of area)로서 측정될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅이 합금 가공물의 연신율보다 큰 연신율(실온에서 2 인치 중의 %)을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅은 적어도 15%, 적어도 20%, 적어도 30%, 적어도 40%, 20% 초과, 25% 초과, 30% 초과, 35 초과, 40% 초과, 45% 초과, 15% 내지 45%, 20% 내지 40%, 또는 25% 내지 40%의 연신율(실온에서 2 인치 중의 %)을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물은 최대 15%, 최대 20%, 또는 최대 30%의 연신율(실온에서 2 인치 중의 %)을 포함할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅 재료는 합금 가공물 가공 시 이용되어야 하는 특정 가공 온도에서 합금 가공물의 합금보다 더 큰 인성(toughness) 및/또는 더 작은 경도(hardness)를 가지는 금속 재료를 포함할 수 있다. 경도는 로크웰 시험에 따라 측정될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅은 합금 가공물의 로크웰 경도보다 더 작은 로크웰 경도를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅은 88 내지 95의 로크웰 B 경도를 포함할 수 있고, 합금 가공물은 92 내지 100의 로크웰 B 경도를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅은 82 내지 88의 로크웰 B 경도를 포함할 수 있고, 합금 가공물은 92 내지 100의 로크웰 B 경도를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅은 88의 로크웰 B 경도를 포함할 수 있고, 합금 가공물은 92의 로크웰 B 경도를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅은 25의 로크웰 C 경도를 포함할 수 있고, 합금 가공물은 38의 로크웰 C 경도를 포함할 수 있다. 금속 코팅 및 합금 가공물의 인성은 실온에서 소둔된 재료에 대한 샤르피 V-노치 충격 시험에 의하여 측정될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅의 재료는 합금 가공물의 샤르피 V-노치 충격 에너지보다 큰 샤르피 V-노치 충격 에너지를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅은 75℉에서 65- 내지 80 ft-lb의 샤르피 V-노치 충격 에너지를 포함할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅은 합금 가공물의 표면을 접촉 다이의 표면으로부터 단열시킬 수 있다. 그러한 경우에, 금속 코팅은 하부의 합금 가공물이 환경으로 및/또는 코팅된 가공물과 접촉하는 단조 또는 압출 다이의 표면으로 열을 복사하는 것을 억제하거나 제한한다. 금속 코팅의 단열 효과는, 표면이 열간 가공 동안 더욱 쉽게 균열될 수 있는 취성 온도까지, 하부의 합금 가공물의 표면이 냉각되는 것을 방지하거나 억제할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅 재료는 합금 가공물보다 산소에 대하여 더욱 저항성일 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅 재료는 가공물 표면에 분사되는 금속 입자를 포함할 수 있다. 금속 입자는, 예를 들어 스테인리스 강 입자, 니켈계 합금 입자, 철계 합금 입자, 니켈-철계 합금 입자, 티타늄계 합금 입자, 및 코발트계 합금 입자 중 하나 이상일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 입자는 스테인리스 강 입자 및 니켈계 합금 입자로부터 선택될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 스테인리스 강 입자는 오스테나이트 스테인리스 강 입자를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅 재료는 Type 304 스테인리스 강 (UNS No. S30400) 입자, Type 304L 스테인리스 강 (UNS No. S30403) 입자, Type 316 스테인리스 강 (UNS No. S31600) 입자, 및 Type 316L 스테인리스 강 (UNS No. S31603) 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 오스테나이트 스테인리스 강 입자를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅 재료는 합금 600 (UNS N06600) 입자 및 합금 625 (UNS N06625) 입자로 이루어진 군으로부터 선택된 니켈계 합금 입자를 포함할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅 재료 및 합금 가공물은 코발트, 철, 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택되는 비금속(base metal)을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅 재료의 비금속은 합금 가공물의 비금속과 동일할 수 있다. 예를 들어, 금속 코팅 재료는 합금 600 (UNS No. N06600) 및 합금 625 (UNS No. N06625)로부터 선택되는 니켈계 합금을 포함할 수 있고, 합금 가공물은 합금 720 (UNS No. N07720), Rene 88™ 합금, 및 Waspaloy® 합금 (UNS No. N07001)으로부터 선택되는 니켈계 합금을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅 재료의 비금속 및 합금 가공물의 비금속은 상이할 수 있다. 예를 들어, 금속 코팅 재료는 Type 304 스테인리스 강 (UNS S30400) 및 Type 316 스테인리스 강 (UNS S31600)으로부터 선택되는 철계 합금을 포함할 수 있고, 합금 가공물은 합금 720 (UNS No. N07720), Rene 88™ 합금, 및 Waspaloy® 합금 (UNS No. N07001)으로부터 선택되는 니켈계 합금을 포함할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 열적 균열발생을 감소시키기 위하여 합금 가공물을 가공하는 방법은, 합금 가공물에 야금학적으로 접합된 금속 표면 코팅을 형성하기 위하여, 금속 코팅 재료를 합금 가공물의 원주방향 표면의 적어도 일부에 용사(thermal spraying)하는 단계를 일반적으로 포함할 수 있고, 여기서 금속 표면 코팅은 합금 가공물로부터의 열손실을 감소시킨다. 특정한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물은 일반적으로 원통형 합금 가공물을 포함할 수 있다. 당해 분야의 숙련가에 의하여 이해되는 바와 같이, 용사는 분사된 금속 코팅 재료가 반용융 금속 입자 및/또는 용융 금속 액적을 포함하도록, 금속 코팅 재료가 금속 코팅 재료의 용융점 이상의 온도에 있는 동안, 금속 코팅 재료를 표면에 분사하는 것을 포함할 수 있다. 종래의 용사 기법은, 예를 들어, 플라스마 용사, 고속화염용사(high velocity oxygen fuel, HVOF), 아크 용사, 및 가스식(gas-flame) 용사 기법을 포함한다. 종래의 여러 용사 기법 중 임의의 기법이 과도한 노력 없이 본 개시에 따른 방법에서 사용하기 위하여 적절하게 채택될 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 반용융 금속 입자 및/또는 용융 금속 액적을 포함하는 금속 코팅 재료를 합금 가공물의 표면에 용사하기 전에, 합금 가공물의 표면의 적어도 일부가, 예를 들어, 1100℉ 내지 2000℉와 같이 적어도 1100℉까지 가열될 수 있다. 예를 들어, 일반적으로 원통형인 합금 가공물의 원주방향 표면의 적어도 일부가 2000℉ 초과의 온도까지 가열될 수 있고, 이후 반용융 금속 입자 및/또는 용융 금속 액적을 포함하는 금속 코팅 재료가 합금 가공물의 가열된 표면의 적어도 일부에 용사될 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 도 2를 참조하면, 용사 시스템(100)은 용융 상태로 금속 코팅 재료를 유지하기 위하여 턴디쉬(tundish)와 같은 용기(105)를 일반적으로 포함할 수 있다. 용기(105)는 용융 재료가 용기(105)로부터 흐르도록 하는 개구부(opening)를 가지는 바닥벽을 포함할 수 있다. 용기(105)는 레이들(ladle) 또는 가열로(107)로부터 용융 재료를 받아들일 수 있다. 개구부로부터 용융 금속 코팅 재료의 유출 스트림을 받아들이기 위한 노즐(110)은 용기(105)의 바닥벽에 인접할 수 있다. 노즐(110)을 나가는 용융 금속 코팅 재료를 원자화하기 위한 원자화기(120)는 노즐(110)과 소통할 수 있다. 원자화기(120)는 액체, 공기, 또는 불활성 기체 스트림과 같은 유체 스트림으로써 용융 재료의 유출 스트림에 충돌시켜, 유출 스트림을 분무 원추(125)를 형성하는 용융 액적으로 분열시킬 수 있다. 분무 원추(125)를 포함하는 분사는 금속 코팅 재료의 용융점 및/또는 연화 온도 이상의 온도에서 이루어질 수 있다. 분무 원추(125)를 포함하는 분사는 용융 재료 및/또는 반용융 재료를 포함할 수 있다. 본 명세서에 기재된 이를 비롯한 비제한적 구체예와 관련되어 사용될 수 있는 원자화기(120) 및 분사 시스템의 대안의 설계가 본 개시의 다양한 구체예의 설명을 고려하면 당해 분야의 숙련가에게 명백할 것이다.
도 2에 나타나는 비제한적 구체예를 참조하면, 합금 가공물(130)은 합금 가공물(130)의 장축에 평행으로 회전 씰(rotating seal)(140)을 통하여 분사 챔버(150)로 이동하고 회전할 수 있다. 유도 또는 저항 가열 코일(160)이 가공물(130)의 주위 둘레에 배치되어 가공물(130)의 표면 및/또는 분무 원추(125)의 가열을 허용할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 가열 코일(160)은 가공물 표면을 1850℉까지 가열할 수 있다. 용사된 금속 표면 코팅(135)은, 분무 원추(125)를 합금 가공물(130)에 충돌시키고 합금 가공물(130)을 회전시켜 일반적으로 원통형인 합금 가공물(130)의 원주방향 표면의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 합금 가공물(130)은 분무 원추(125) 아래에 그리고 이를 관통하여 지나갈 수 있다. 비록 도 1이 합금 가공물이 축에 대하여 회전하는 구체예를 개략적으로 나타내기는 하지만, 분사 장치가 합금 가공물에 대하여 이동하거나 그 반대인 임의의 대안의 방법이 구현되어, 금속 코팅 재료가 합금 가공물의 표면에 대하여 분배되고 표면 상에 침착될 수 있음이 이해될 것이다.
선택적으로, 합금 가공물(130)은 분사 챔버(150)를 나가기 전 및/또는 분사 챔버(150)를 나간 후에 하나 이상의 압연기(나타나지 않음)와 접촉할 수 있다. 용사, 및 선택적으로 압연 이후, 합금 가공물이 분사 챔버(150)로부터 제거될 수 있다. 용융 코팅 재료의 임의의 과분사물은 챔버 베이스(155)에 수집되고 재순환될 분말로서 응고될 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법은, 용사 이후, 용사된 금속 표면 코팅을 압밀 또는 조밀화하기 위하여 합금 가공물을 압연하는 것을 포함할 수 있다. 임의의 특정한 이론에 구속되기를 바라는 것은 아니지만, 반용융 금속 입자 및/또는 용융 금속 액적이 형성 동안 그리고 비행 시 산화되고, 기공이 형성될 수 있는 것으로 생각된다. 결과로 얻은 용사된 금속 표면 코팅은 코팅된 합금 가공물의 추후의 열간 가공에 간섭할 수 있는 개기공을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 본 발명은, 용사 이후, 용사된 금속 표면 코팅 중의 개기공을 제거하거나 감소시키기 위하여 분사 챔버에서 합금 가공물을 압연하는 것을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 상기 방법은, 용사 이후, 용사된 금속 표면 코팅 중의 개기공을 제거하거나 감소시키기 위하여 코팅된 합금 가공물을 재가열하고 합금 가공물을 압연하는 것을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 제한 없이, 압연 공정은 예를 들어, 2-8 스트랜드와 같이 최대 17 스트랜드의 롤을 사용할 수 있고, 최대 100 톤/시간의 속도로 재료를 가공할 수 있다. 특정한 다른 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따른 방법은 용사된 금속 표면 코팅 중의 개기공을 제거하거나 감소시키기 위하여 코팅된 가공물을 열간 등방 가압하여 금속 표면 코팅을 압밀 또는 조밀화하는 것을 포함할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 용사된 표면 코팅의 특징은 온도, 압력, 이격(분사 노즐과 합금 가공물의 표적 표면 사이의 거리), 분사 속도, 및 침착 수율을 포함하지만 이에 제한되지 않는 가공 조건과 관련될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 용사 장치에 의하여 발생된 금속 코팅 재료 분사의 압력은 1 MPa, 최대 1 MPa, 1 MPa 미만, 0.5 내지 1 MPa, 또는 0.7 내지 1 MPa일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 용사 장치에 의하여 발생된 금속 코팅 재료 분사의 온도는 1000℉ 내지 2700℉, 1500℉ 내지 2500℉, 또는 2250℉ 내지 2700℉일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 용사 장치에 의하여 발생된 금속 코팅 재료의 분사 속도는 1 lb/min 내지 100 lb/min, 30 lb/min 내지 100 lb/min, 25 lb/min 내지 75 lb/min, 또는 50 lb/min일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 용사 장치와 합금 가공물의 표적 표면 사이의 이격 거리는 1 인치 내지 72 인치, 12 인치 내지 72 인치, 24 인치 내지 36 인치, 36 인치 내지 72 인치, 또는 36 인치일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 용사 공정의 침착 수율은 최대 95%, 최대 80%, 최대 75%, 최대 70%, 10% 내지 95%, 20% 내지 80%, 25% 내지 75%, 30% 내지 60%, 또는 50%일 수 있다. 본 명세서에서 일반적으로 사용된, 용어 "침착 수율"은 합금 가공물에 부착된 용사된 금속 코팅 재료의 백분율을 지칭한다.
특정한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물 상의 용사된 금속 표면 코팅의 두께는 최대 2 인치, 최대 1 인치, 최대 0.5 인치, 최대 0.25 인치, 0.25 내지 2 인치, 0.5 내지 1 인치, 또는 1 내지 2 인치일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 용사된 금속 표면 코팅은, 압연 이후, 최대 2 인치, 최대 1 인치, 최대 0.5 인치, 최대 0.25 인치, 0.25 내지 2 인치, 0.5 내지 1 인치, 1 내지 2 인치, 0.25 내지 0.5 인치, 0.1 내지 0.5 인치, 또는 0.1 내지 0.25 인치의 두께를 가질 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 용사된 금속 표면의 두께는 합금 가공물의 횡단 속도 및/또는 회전 속도에 관련될 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 열적 균열발생을 감소시키기 위하여 합금 가공물을 가공하는 방법은 합금 가공물에 야금학적으로 접합된 금속 표면 코팅을 형성하기 위하여 금속 코팅 재료를 합금 가공물의 표면의 적어도 일부에 저온분사하는 단계를 일반적으로 포함할 수 있고, 여기서 금속 표면 코팅은 합금 가공물로부터의 열손실을 감소시킨다. 특정한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물은 일반적으로 원통형 합금 가공물일 수 있고, 금속 코팅은, 예를 들어, 합금 가공물의 원주방향 표면 상에 침착될 수 있다. 그러나, 합금 가공물이 상이한 형상을 가질 수 있음이 이해될 것이다. 당해 분야의 숙련가에 의하여 이해되는 바와 같이, 저온분사는 분사된 금속 코팅 재료가 금속 코팅 재료의 고체 입자를 포함하도록 금속 코팅 재료가 금속 코팅 재료의 용융점 아래의 온도에 있으면서, 금속 코팅 재료를 표면에 분사하는 것을 포함할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 도 3을 참조하면, 저온분사 시스템(200)은 고체 미립자 금속 코팅 재료를 유지하기 위하여 용기(205)를 일반적으로 포함할 수 있다. 용기(205)는 고체 미립자 재료가 용기(200)로부터 흐르도록 하는 개구부(opening)를 가지는 바닥벽을 포함할 수 있다. 노즐(210), 예컨대 수렴-발산(Laval) 유형 노즐은, 개구부로부터 고체 미립자 재료를 받아들이기 위하여 용기(200)와 소통할 수 있다. 노즐(210)은 공기, 질소, 헬륨, 아르곤 또는 이들의 혼합과 같은 유체 스트림을 초음속으로 가속할 수 있다. 고체 미립자 재료는 용기(200)로부터 유체 스트림에 공급되어 흐름 중에 비말동반되고 고속으로 가속되어, 분무 원추(225)를 형성할 수 있다. 고체 미립자 재료는 용기(200)로부터 노즐(210)로부터 나온 유체 스트림 업스트림으로 또는 노즐(210)의 출구에서 공급될 수 있다. 유체 스트림은 고체 미립자 재료의 용융점 및/또는 연화 온도 미만의 온도까지 가열될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 유체 스트림은 고체 미립자 재료가 가공물(205)과 충돌하면 소성으로 변형시키기에 충분한 속도를 달성할 때, 노즐(210)에 들어가기 이전에 가열되지 않을 수 있다. 본 명세서에 기재된 이 비제한적 구체예를 비롯한 다른 것들과 관련되어 사용될 수 있는 적절한 노즐 및 저온분사 장치는 본 발명의 구체예의 본 설명을 고려하면 당해 분야의 숙련가에게 명백할 것이다.
도 3에 나타나는 비제한적 구체예를 참조하면, 합금 가공물(230)은 합금 가공물(230)의 장축에 평행으로 회전 씰(240)을 통하여 분사 챔버(250)로 이동하고 회전할 수 있다. 저온분사된 표면 코팅(235)은 분무 원추(225)를 합금 가공물(230)에 충돌시키고 합금 가공물(230)을 회전시켜 합금 가공물(230)의 원주방향 표면의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 합금 가공물(230)은 분무 원추(225) 아래에 그리고 이를 관통하여 지나갈 수 있다. 고체 금속 코팅 재료의 임의의 과분사물은 챔버 베이스(255)에 수집되고 재순환될 수 있다. 비록 도 3이 합금 가공물이 축에 대하여 회전되는 구체예를 개략적으로 나타내기는 하지만, 분사 장치가 합금 가공물에 대하여 이동하거나 그 반대인 임의의 대안의 방법이 구현되어, 금속 코팅 재료가 합금 가공물의 표면에 대하여 분배되고 표면 상에 침착될 수 있음이 이해될 것이다.
저온분사는 미립자 금속 코팅 재료 및 합금 가공물의 용융점 아래의 비교적 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 비교적 낮은 온도는 금속 코팅 재료의 고온 산화, 증발, 용해, 재결정화 및/또는 기체 발생을 방지할 수 있고, 이는 용사 코팅 방법에 비하여 장점을 제공할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 고체 금속 코팅 재료의 원래 구조 및 특징은, 합금 가공물 상에 코팅으로서 침착 시, 예를 들어, 플라스마 용사, HVOF, 아크 용사, 가스식 용사 또는 다른 용사 공정과 같은 고온 코팅 공정과 관련될 수 있는 상 변태 없이, 보존될 수 있다. 임의의 특정한 이론에 구속되기를 바라는 것은 아니지만, 저온분사된 코팅 재료가 비행 동안 산화되지 않을 수 있고 다양한 용사된 코팅보다 더 높은 밀도 및/또는 더 낮은 열전도도를 가지는 합금 가공물 상의 금속 코팅을 제공할 수 있는 것으로 생각된다.
저온분사의 기초 원리, 장비 및 방법론이 예를 들어, 미국 특허 제5,302,414호에 일반적으로 설명된다. 임의의 특정한 이론에 구속되기를 바라는 것은 아니지만, 저온분사 표면 코팅이 가공물의 표면 상의 입자 충돌의 결과로서 형성될 수 있는 것으로 생각된다. 합금 가공물에 대한 고체 금속 입자의 충격은 고체 금속 입자를 소성으로 변형시킬 수 있다. 입자/입자 계면 및/또는 입자/가공물 계면에서의 전단이 입자 및/또는 합금 가공물 상의 표면 산화물 필름을 파괴시킬 수 있고, 이에 의하여 금속-금속 접촉 및 개별적인 금속 코팅 입자 사이, 및 금속 코팅 입자와 합금 가공물 표면 사이의 강한 야금학적 접합의 형성이 개시된다. 저온분사 공정에서 접합은 입자 변형의 과정에 의존할 수 있고, 그러므로 경성, 취성 재료가 소성으로 변형되는 제한된 능력으로 인하여 저온분사에 공헌하지 않을 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 저온분사된 표면 코팅의 특징이 온도, 압력, 합금 가공물의 횡단 속도, 이격(노즐과 합금 가공물의 표면 사이의 거리), 분사 속도, 및 침착 수율을 포함하지만 이에 제한되지 않는 가공 조건과 관련될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 저온분사 장치에 의하여 발생된 분사의 압력은 0.5 내지 5 MPa, 0.7 내지 5 MPa, 1 내지 5 MPa, 1 내지 4 MPa, 0.3 내지 1 MPa, 0.5 내지 1 MPa, 또는 0.7 내지 1 MPa일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 저온분사 장치에 의하여 발생된 분사의 온도는 100 내지 1000℃, 100 내지 600℃, 250 내지 600℃, 300 내지 1000℃, 400 내지 600℃, 500 내지 1000℃, 또는 500 내지 800℃일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 저온분사 장치의 분사 속도는 1 내지 200 g/min, 10 내지 100 g/min, 또는 0.1 내지 1 g/min일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 저온분사 장치와 합금 가공물의 표적 표면 사이의 이격 거리는 1 내지 72 인치, 12 내지 72 인치, 24 내지 36 인치, 36 내지 72 인치, 또는 36 인치일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 저온분사 공정의 침착 수율은 최대 95%, 최대 80%, 최대 75%, 최대 70%, 10% 내지 95%, 20% 내지 80%, 25% 내지 75%, 30% 내지 60%, 또는 50%일 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 저온분사 표면 코팅의 두께는 최대 2 인치, 최대 1 인치, 최대 0.5 인치, 최대 0.25 인치, 0.25 인치 내지 2 인치, 0.5 인치 내지 1 인치, 1 인치 내지 2 인치일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 용사된 금속 표면의 두께는 합금 가공물의 횡단 속도 및/또는 회전 속도에 관련될 수 있다.
본 개시에 따른 특정한 비제한적 구체예에서, 표면 코팅이 합금 가공물의 원주방향의 영역 는 다른 표면에 침착된 이후, 침착된 표면 코팅 및 대응하는 표면의 영역이 분무 원추로부터 멀어지도록 이동하고 표면의 제2 또는 다음의 영역이 분무 원추를 향하여 이동하도록 합금 가공물이 재배치될 수 있다. 합금 가공물이 재배치된 후, 금속 표면 코팅은 분무 원추와 접촉하도록 합금 가공물을 합금 가공물의 장축과 평행한 방향으로 이동시켜 합금 가공물의 표면 상에 저온분사될 수 있다. 다시 말해서, 합금 가공물이 합금 가공물의 장축에 평행하게 이동하고 합금 가공물 표면의 다음 영역이 분무 원추 아래로 지나가는 동안 분무 원추가 정지할 수 있다.
합금 가공물의 상대적인 재배치 및 예를 들어 합금 가공물의 장축에 대하여 평행한 방향인 일반적으로 원통형인 합금 가공물의 원주방향 표면 상의 금속 표면 코팅의 침착은, 합금 가공물의 원주방향 표면이 금속 코팅으로 충분히 피복될 때까지 연속적으로 반복될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 분사 파라미터 및 합금 가공물 배치가 합금 가공물의 원주방향 표면의 적어도 일부에 걸쳐 균일한 표면 코팅을 형성하도록 사전에 결정되거나 및/또는 능동적으로 제어될 수 있다.
합금이 열간 가공될 수 있는 온도 범위는 합금에서 균열이 개시되는 온도 및 본 개시에 따른 방법에 의하여 침착된 금속 코팅 재료의 형성 및 조성을 고려할 수 있다. 열간 가공 작업에 대하여 주어진 시작 온도에서, 일부 합금은 합금에서 균열이 개시되는 온도 차이로 인하여, 다른 합금보다 더 넓은 온도 범위에 걸쳐 효과적으로 열간 가공될 수 있다. 상대적으로 작은 열간 가공 온도 범위(즉, 합금이 열간 가공될 수 있는 최저 온도와 균열이 개시되는 온도 사이의 차이)를 가지는 합금에 있어서, 균열이 개시되는 취성 온도 범위까지 하부의 가공물이 냉각되는 것을 억제하거나 방지하기 위하여 금속 표면 코팅의 두께가 상대적으로 더 클 수 있다. 유사하게, 상대적으로 큰 열간 가공 온도 범위를 가지는 합금에 있어서, 금속 표면 코팅의 두께는 하부의 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물이 균열이 개시되는 취성 온도 범위까지 냉각되는 것을 억제 또는 방지하기 상대적으로 더 작을 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 금속 표면 코팅은 합금 가공물의 표면의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 표면 코팅은 합금 가공물의 표면의 상당 부분에 형성될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 표면 코팅은 합금 가공물의 원주방향 표면에 형성될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 표면 코팅은 가공물의 원주방향 표면 및 가공물의 적어도 하나의 측면 또는 말단면 상에 형성될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 표면 코팅은 가공물의 원주방향 표면 및 가공물의 각각의 측면 또는 말단면 상에 형성될 수 있다.
본 명세서에 개시된 방법에 따라 합금 가공물 상에 제공된 금속 표면 코팅은 접촉 다이의 표면으로부터 하부의 가공물 표면을 단열하기에 충분한 두께까지 침착될 수 있고, 이에 의하여 하부의 가공물 표면이 열간 가공 동안 더욱 쉽게 균열될 수 있는 온도까지 하부의 가공물 표면이 냉각되는 것을 억제하거나 방지한다. 이러한 방식으로, 더 높은 열간 가공 온도가 더 큰 금속 표면 코팅 두께에 대한 선호와 일반적으로 관련될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 표면 코팅은 가공물로부터의 열손실을 감소시키기에 적절한 두께를 가질 수 있다. 임의의 특정한 이론에 구속되기를 의도하는 것은 아니지만, 금속 표면 코팅이 합금 가공물의 열손실을 감소시킬 수 있고 및/또는 열간 가공 동안 다이 또는 다른 접촉 표면에 대한 가공물의 미끄럼량을 증가시킬 수 있다. 금속 표면 코팅은 대류, 전도, 및/또는 복사를 통한 가공물로부터의 열손실에 대한 열장벽으로서 작용할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 열적 균열발생을 감소시키기 위하여 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물을 가공하는 방법은, 합금 가공물 가공 이전에 금속 표면 코팅을 포함하는 합금 가공물 냉각을 일반적으로 포함할 수 있다. 합금 가공물 냉각은 금속 표면 코팅 냉각을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물 냉각은 합금 가공물 공기 냉각을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물의 표면은 합금 가공물 가공 이전에 실온까지 냉각될 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 도 4를 참조하면, 열적 균열발생을 감소시키기 위한 본 개시에 따른 추가적인 합금 가공물 가공 방법은 합금 가공물을 금속 캐니스터에 삽입하는 단계(40)을 일반적으로 포함한다. 금속 캐니스터의 내부 표면의 적어도 일부는 니켈-붕소 코팅을 포함한다. 합금 가공물은 캐닝된 조립체를 형성하기 위하여 금속 캐니스터 안에 봉입된다(42). 기체의 적어도 일부는 캐닝된 조립체의 내부로부터 제거되고(44), 캐닝된 조립체는 합금 가공물을 금속 캐니스터에 천이 액상 접합시키기 위하여 가열된다(46). 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 캐니스터는 금속 커버를 포함할 수 있다. 예를 들어, 합금 가공물을 금속 캐니스터 안에 봉입하기 위하여 금속 커버가 금속 캐니스터의 개방 말단부에 용접되거나 다른 방식으로 단단히 부착될 수 있고, 이에 의하여 캐닝된 조립체가 형성된다. 상기 방법의 다양한 비제한적 구체예에서, 출구가 금속 캐니스터 및 금속 커버 중 하나에 제공될 수 있고, 캐닝된 조립체가 출구를 제외하고 밀봉될 수 있다. 출구에 진공을 거는 것에 의하여 기체가 캐닝된 조립체의 내부로부터 빠져나올 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 니켈-붕소 코팅은 캐닝된 조립체의 가열 동안 합금 가공물을 금속 캐니스터에 야금학적으로 접합시킬 수 있다. 따라서, 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 캐니스터는 합금 가공물에 야금학적으로 접합된 표면 코팅으로 언급되거나 간주될 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 금속 캐니스터는 개방 말단부 및 금속 부분의 개방 말단부에 용접되거나 다른 방식으로 부착될 수 있는 금속 커버를 가지는 일반적으로 원통형인 금속 부분을 포함할 수 있고, 이에 의하여 합금 가공물이 그 안에 봉입된다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 캐니스터는, 예를 들어 0.25 내지 0.75 인치 또는 0.25 초과 내지 0.5 인치와 같은 0.25 내지 1 인치의 벽 두께를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 캐니스터는 합금 가공물이 캐니스터 내에 배치될 수 있도록 합금 가공물의 외경보다 더 큰 내경을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 캐니스터는 폐쇄 말단부의 내경에 비하여 더 큰 캐니스터의 개방 말단부의 내경을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 캐닝된 조립체는 합금 가공물과 금속 캐니스터 사이에 갭을 포함할 수 있다. 특정한 다른 비제한적 구체예에서, 캐닝된 조립체는 합금 가공물과 금속 캐니스터 사이에 갭이 없을 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물은 중력의 영향하에 금속 캐니스터와 접촉하도록 금속 캐니스터에 삽입될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물은 천이 액상 접합 및/또는 균질화 동안 안의 니켈-붕소 코팅을 포함하는 금속 캐니스터와 접촉할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물 및/또는 금속 캐니스터는 경사질 수 있다. 경사진(tapered) 금속 캐니스터는 금속 시트를 경사진 합금 가공물에 맞도록 냉간 성형하고 용접하여 성형될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 경사진 합금 가공물 및 경사진 금속 캐니스터는 각각 넓은 말단부 및 좁은 말단부를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 좁은 말단부는 하단 말단부를 포함할 수 있고 넓은 말단부는 상단 말단부를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 경사진 합금 가공물 및 경사진 금속 캐니스터는 1:50 내지 1:200, 1:50 내지 1:100, 1:200, 1:100, 또는 1:50의 경사를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물은 경사진 원통형 외부 표면을 포함할 수 있고, 금속 캐니스터는 상보적으로 경사진 원통형 내부 표면을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 경사진 표면의 상보적 기하구조는 니켈-붕소 코팅을 포함하는 금속 캐니스터와 합금 가공물 사이에 밀접한 접촉을 제공할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물은 합금 가공물의 장축의 전체 길이를 따라 경사질 수 있다. 임의의 특정한 이론에 구속되기를 바라는 것은 아니지만, 상보적인 기하구조를 가지는 경사진 가공물 및 경사진 금속 캐니스터 이용이, 경사지지 않은 합금 가공물 및/또는 경사지지 않은 금속 캐니스터에 비하여, 합금 가공물 및 니켈-붕소 코팅를 포함하는 금속 캐니스터 사이의 접촉을 개선시킬 수 있는 것으로 생각된다.
특정한 비제한적 구체예에서, 금속 캐니스터는 합금 가공물보다 낮은 열팽창계수를 가지는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 오스테나이트 스테인리스 강은 탄소강보다 약 30% 더 큰 열팽창계수를 가질 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 캐니스터의 열팽창계수는 예를 들어, 68℉ 내지 2000℉와 같은 넓은 온도 범위에 걸쳐 합금 가공물의 열팽창계수보다 적어도 20% 더 작을 수 있다. 임의의 특정한 이론에 구속되기를 바라는 것은 아니지만, 합금 가공물과 금속 캐니스터 사이에 그러한 열팽창 특성 차이를 제공하는 것이 캐닝된 조립체 가열 및 천이 액상 접합 동안 합금 가공물과 니켈-붕소 코팅을 포함하는 금속 캐니스터 사이의 접촉을 유지하기 위한 압축 응력을 발생시킬 수 있는 것으로 생각된다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 캐니스터 재료는 70-200℉에서 6.9x10-6 in/in·℉(21-93℃에서 12.4 μm/m·℃)의 열팽창계수를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 캐니스터 재료는 70-200℉에서 9.2x10-6 in/in·℉(21-93℃에서 16.5 μm/m·℃)의 열팽창계수를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물은 70-200℉에서 6.8x10-6 in/in·℉(21-93℃에서 12.2 μm/m·℃)의 열팽창계수를 포함할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 금속 캐니스터는 니켈계 합금, 철계 합금, 니켈-철계 합금, 코발트계 합금, 및 스테인리스 강으로부터 선택되는 재료를 포함할 수 있다. 철계 합금 캐니스터는 합금 902 (UNS No. N09902)를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 캐니스터는 Type 430 스테인리스 강 (UNS No. S43000)을 포함할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물 및 금속 캐니스터는 코발트, 철, 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택되는 비금속을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 캐니스터의 비금속 및 합금 가공물의 비금속은 상이할 수 있다. 예를 들어, 금속 캐니스터는 합금 902 (UNS No. N09902) 및 Type 430 스테인리스 강 (UNS No. S43000)으로부터 선택되는 철계 합금을 포함할 수 있는 한편, 합금 가공물은 합금 720 (UNS No. N07720), Rene 88™ 합금, 및 Waspaloy® 합금 (UNS No. N07001)으로부터 선택되는 니켈계 합금을 포함할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 상기 방법은, 합금 가공물을 금속 캐니스터에 삽입하는 단계 이전에, 니켈-붕소 코팅을 금속 캐니스터의 내부 표면의 적어도 일부에 침착시키는 단계를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 니켈-붕소 코팅은 무전해 도금에 의하여 금속 캐니스터의 내부 표면에 도포될 수 있다. 당해 분야의 숙련가에게 공지인 바와 같이, 무전해 도금은 전류의 사용 없이 재료를 표면에 침착시킬 수 있다. 일반적으로, 무전해 도금은 전기 에너지를 사용하지 않고 금속을 표면에 침착시키기 위하여 용액 중의 하나 이상의 금속 이온의 촉매 환원을 포함한다. 증착 공정을 위한 추진력은 용액 중의 화학적 환원제에 의하여 제공될 수 있다. 다양한 적절한 무전해 도금 공정이 니켈-붕소 코팅을 금속 캐니스터의 내부 표면에 침착시키기 위하여 이용될 수 있으며, 당해 분야의 숙련가는 본 방법과 관련하여 금속 캐니스터의 내부 표면 상에 적절한 니켈-붕소 코팅을 제공하기 위하여 종래의 무전해 도금 기법을 용이하게 조정할 수 있을 것이다.
특정한 비제한적 구체예에서, 니켈-붕소 코팅을 금속 캐니스터의 내부 표면의 적어도 일부에 침착시키는 것은 일반적으로 다음 단계를 포함할 수 있다: 니켈-붕소 재료를 포함하는 도금 용액을 금속 캐니스터의 내부에 배치하는 단계; 니켈-붕소 재료를 금속 캐니스터의 내부 표면의 적어도 일부에 도금하는 단계; 예컨대 출구를 통하여 금속 캐니스터로부터 도금 용액을 유출시키는 단계; 금속 캐니스터를 헹구는 단계; 및 예를 들어, 금속 캐니스터 가열에 의하여 금속 캐니스터를 건조하는 단계. 상기 공정은 니켈-붕소 코팅을 가지는 금속 캐니스터의 내부 표면을 제공한다. 도금 공정 동안, 도금 용액의 온도 및 pH는 모니터링되고 제어될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 도금 용액은 일정 온도에서 유지될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 도금 용액은 촉매 도금 공정을 개시하기 위하여 처음에 가열될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 도금 시간은 특정한 원하는 두께를 가지는 코팅을 제조하도록 선택될 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 도금 용액은 용매, 환원제, 및 금속 캐니스터의 내부 표면에 도금될 하나 이상의 금속의 이온을 포함할 수 있다. 용매는 물 및/또는 예를 들어, 메탄올 및/또는 에탄올과 같은 알코올을 포함할 수 있다. 금속 이온은, 예를 들어, 용매에 적어도 부분적으로 가용성인 금속 염을 이용하여 제공될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 염은 니켈 클로라이드, 니켈 설페이트, 니켈 포르메이트, 니켈 아세테이트, 및/또는 용액에서 가용성인 임의의 다른 적절한 니켈 염을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 염은 염 음이온이 무전해 도금 공정에 간섭하지 않거나 원하지 않는 코팅 특성을 발생시키지 않도록 선택될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 환원제는 N-디메틸아민 보란, H-디에틸아민 보란, 및 소듐 보로하이드라이드 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 도금 용액은 용액의 pH를 제어하고, 금속 이온을 안정화하고, 금속 염의 침전을 방지하고, 유리 금속 이온 농도를 제어하고, 및/또는 코팅의 특정한 물리적 특성을 제어하기 위하여 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 도금 용액은 용액 pH를 제어하기 위하여 산 및/또는 염기를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 도금 용액은, 예를 들어 도금 용액의 유리 니켈 이온 농도를 제어하기 위하여 산과 같은 착화제를 포함할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 도금 용액은 특정한 물리적 특성을 발생시키기 위하여 고체 윤활제 및/또는 경질 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 고체 윤활제 및/또는 경질 입자가 특정한 마찰계수 또는 내마멸성을 가지는 코팅을 생성하도록 선택될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 고체 윤활제는 폴리테트라플루오로에틸렌, 흑연, 및 몰리브데넘 설파이드로부터 선택될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 도금 용액은 탄화물(예를 들어, 탄화규소 및/또는 탄화크롬), 질화물, 붕소화물, 다이아몬드, 및/또는 산화물로부터 선택되는 경질 입자를 포함한다. 특정한 비제한적 구체예에서, 고체 윤활제 및/또는 경질 입자는 도금 용액 중에 현탁된 분말을 포함할 수 있다. 침착 공정 동안, 현탁된 재료 중 일부가 결과로 얻은 코팅에 혼입될 수 있고, 이에 의하여 원하는 물리적 특성을 발생시킨다. 특정한 비제한적 구체예에서, 고체 윤활제 및/또는 경질 입자는 개별적으로 최대 20부피%의 코팅을 차지할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 니켈-붕소 코팅은 합금 가공물의 경도 또는 내마멸성보다 큰 경도 및/또는 내마멸성을 가질 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 니켈-붕소 코팅은, 니켈 및, 예를 들어 2 내지 7 중량 퍼센트 붕소, 또는 3 내지 5 중량 퍼센트 붕소와 같이 1 내지 10 중량 퍼센트 붕소를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 니켈-붕소 코팅은 니켈 및 3 내지 5 중량 퍼센트 붕소를 포함할 수 있다. 니켈-붕소 코팅은 부수적인 불순물을 또한 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 니켈-붕소 코팅은 1 내지 10 중량 퍼센트 붕소, 2 내지 7 중량 퍼센트 붕소, 또는 3 내지 5 중량 퍼센트 붕소, 니켈, 및 부수적인 불순물로 구성되거나 필수적으로 구성된다.
특정한 비제한적 구체예에서, 니켈-붕소 코팅은, 예를 들어, 0.005 인치 내지 0.1 인치 또는 0.005 인치 내지 0.01 인치와 같은 0.005 인치 내지 0.25 인치의 두께를 포함할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 니켈-붕소 코팅을 침착시키기 이전에, 금속 캐니스터는, 예를 들어 금속 캐니스터의 내부 표면 연삭 또는 박리에 의하여 표면 컨디셔닝될 수 있다. 다양한 비제한적 방법 구체예에서, 금속 캐니스터는 샌딩(sanding) 및/또는 버핑(buffing)될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 캐니스터는 캐니스터의 내부 표면에 대한 니켈-붕소 코팅의 접합을 개선하기 위하여 #3 내지 #4 피니쉬(finish)까지 표면 연삭될 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 니켈-붕소 코팅은 위에 기재된 바와 같이 용사 및 저온분사 중 하나에 의하여 금속 캐니스터에 도포될 수 있다. 니켈-붕소 코팅을 캐니스터의 내벽에 도포하기 위하여 용사를 이용하는 특정한 비제한적 구체예에서, 용융 금속 코팅 재료는 니켈-붕소 합금을 포함할 수 있다. 니켈-붕소 코팅을 캐니스터의 내벽에 도포하기 위하여 저온분사를 이용하는 특정한 비제한적 구체예에서, 금속 코팅 재료의 고체 금속 입자는 니켈-붕소 합금 입자를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 용사 또는 저온분사에 의하여 도포된 니켈-붕소 합금은 최대 3 중량 퍼센트 붕소를 포함하는 붕산화 스테인리스 강 또는 니켈계 합금을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 용사 또는 저온분사에 의하여 도포된 니켈-붕소 합금은 1.75 내지 2.25 중량 퍼센트 붕소를 포함하는 Type 304B7 스테인리스 강 (UNS No. S30467)을 포함할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 니켈-붕소 코팅을 금속 캐니스터의 내부 표면의 적어도 일부 상에 형성한 이후, 그러나 합금 가공물을 삽입하기 이전에, 금속 캐니스터가 가열될 수 있다. 예를 들어, 다양한 구체예에서, 금속 캐니스터는 금속 캐니스터를 팽창시키기 위하여, 예를 들어 1100℉ 내지 2500℉와 같은 고온에 노출될 수 있고, 합금 가공물은 팽창된 금속 캐니스터에 삽입될 수 있다. 금속 캐니스터는, 니켈-붕소 코팅이 합금 가공물과 밀접하게 접촉될 수 있도록, 금속 캐니스터가 냉각될 때 수축할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 본 발명은 캐니스터에 제공된 출구를 진공 펌프에 연결시켜 캐닝된 조립체의 내부로부터 기체를 제거하는 단계 및 캐닝된 조립체의 내부로부터 기체 및/또는 수분의 적어도 일부를 제거하기 위하여 진공을 가하는 단계를 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 천이 액상 접합 및/또는 균질화 동안 합금 가공물과 금속 캐니스터 사이의 접촉을 유지시키기 위하여 진공이 공기 압축 압력을 발생시킬 수 있다. 임의의 특정한 이론에 구속되기를 바라는 것은 아니지만, 캐닝된 조립체를 가열하는 것이 천이 액상 접합 형성 및/또는 야금학적 접합 형성에 악영향을 미칠 수 있는 캐닝된 조립체의 내부 중의 기체를 발생시킬 수 있는 것으로 생각된다. 특정한 비제한적 구체예에서, 상기 방법은 동시에, 캐닝된 조립체의 내부로부터 기체 및/또는 수분을 제거하기 위하여 진공을 가하는 단계 및 캐닝된 조립체를 천이 액상 접합 온도 및/또는 균질화 온도까지 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 합금 가공물을 금속 캐니스터에 천이 액상 접합시키기 위한 캐닝된 조립체 가열은 캐닝된 조립체을 가열로 또는 오븐에 두는 것을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 캐닝된 조립체는 천이 액상 접합 온도 및 균질화 온도 중 적어도 하나까지 가열될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 천이 액상 접합 온도는 균질화 온도 이하일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 천이 액상 접합 온도는 니켈-붕소 코팅의 용해 온도 이상일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 니켈-붕소 코팅의 용해 온도는 균질화 온도 이하일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 균질화 온도는 2100℉ 내지 2200℉일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 천이 액상 접합 온도는 1800℉ 내지 2000℉일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 니켈-붕소 코팅의 용해 온도는 1850℉ 내지 1930℉일 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 천이 액상 접합 및 균질화는 동시에 일어날 수 있다. 예를 들어, 특정한 비제한적 구체예에서, 천이 액상 접합 온도는 균질화 온도와 중첩될 수 있다. 임의의 특정한 이론에 구속되기를 바라는 것은 아니지만, 천이 액상 접합 및/또는 균질화 동안, 니켈-붕소 코팅이 용해될 수 있고 붕소가 합금 가공물 및 금속 캐니스터로 확산될 수 있는 것으로 생각된다. 붕소가 니켈-붕소 코팅으로부터 확산함에 따라, 니켈-붕소 코팅의 용융점이 증가할 수 있다. 니켈-붕소 코팅이 재응고될 때, 합금 가공물을 금속 캐니스터의 내부 표면에 용접시키는 야금학적 접합이 형성될 수 있고, 이에 의하여 천이 액상 접합을 야기한다. 특정한 비제한적 구체예에서, 천이 액상 접합은 균질화 이전에 일어날 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 캐닝된 조립체는 제1기간 동안 천이 액상 접합 온도 및 제2기간 동안 균질화 온도까지 가열될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 제1기간 및 제2기간은, 예를 들어, 24 내지 72 시간, 36 내지 48 시간, 6 내지 24 시간, 1 내지 5 시간, 2 내지 4 시간, 또는 2 내지 3 시간과 같이 최대 72 시간, 최대 48 시간, 최대 36 시간, 최대 24 시간, 최대 12 시간, 최대 5 시간, 최대 4 시간, 및 최대 2 시간으로부터 독립적으로 선택될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 제1기간은, 예를 들어, 최대 4 시간, 최대 2 시간, 1 내지 5 시간, 2 내지 4 시간, 또는 2 내지 3 시간과 같이 최대 5 시간일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 제2기간은 , 예를 들어, 최대 48 시간, 최대 36 시간, 최대 24 시간, 최대 12 시간, 24 내지 72 시간, 36 내지 48 시간, 또는 6 내지 24 시간과 같이 최대 72 시간일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 캐닝된 조립체는 니켈-붕소 코팅을 용해시키고 합금 가공물과 금속 캐니스터 천이 액상 접합을 야기하기 위하여 최대 두 시간 동안 1850℉ 내지 1930℉의 온도까지 가열될 수 있고, 이후 캐닝된 조립체가 2100℉ 내지 2200℉의 균질화 온도까지 36 내지 72 시간 동안 가열된다.
특정한 비제한적 구체예에서, 캐닝된 조립체는 제1 온도 구배 적용에 의하여 합금 가공물과 금속 캐니스터 사이의 천이 액상 접합을 생성하기 위하여 가열된 다음, 제2온도 구배의 적용에 의하여 합금 가공물을 균질화하기 위하여 가열될 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 제1온도 구배는, 예를 들어 적어도 0.75℉/min, 적어도 1℉/min, 적어도 2℉/min, 최대 3℉/min, 최대 2℉/min, 최대 1.5℉/min, 최대 1℉/min, 0.5 내지 2℉/min, 또는 0.6 내지 1.75℉/min과 같이 적어도 0.50℉/min일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 제1온도 구배는 최대 두 시간에 걸쳐 온도를 1850℉ 내지 1930℉로 증가시키기에 충분한 속도일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 제1온도 구배는, 예를 들어 적어도 0.2℉/min, 적어도 0.5℉/min, 적어도 0.75℉/min, 최대 1℉/min, 최대 1℉/min, 최대 0.9℉/min, 최대 0.75℉/min, 0.1 내지 0.9℉/min, 또는 0.2 내지 0.5℉/min과 같이 적어도 0.10℉/min일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 제2온도 구배는 36 내지 48 시간에 걸쳐 온도를 2100℉ 내지 2200℉로 증가시키기에 충분한 속도일 수 있다. 임의의 특정한 이론에 구속되기를 바라는 것은 아니지만, 니켈-붕소 코팅의 용융점 근처의 온도 구배를 감소 및/또는 니켈-붕소 코팅의 용융점에서의 유지가 용해된 니켈-붕소 코팅의 장거리 이동을 감소시키거나 방지하고 합금 가공물과 금속 캐니스터 사이의 더 강한 야금학적 접합을 제공할 수 있는 것으로 생각된다. 특정한 비제한적 구체예에서, 가열이 1850℉ 내지 1930℉에서 둔화되고 1 내지 2 시간 동안 1900℉ 내지 1930℉에서 유지될 수 있다.
본 명세서에 기재된 캐닝 방법과 대조적으로, 종래의 캐닝 기법은 금속 캔이 가공물에 야금학적으로 접합되지 않기 때문에 더 낮은 보호 효율을 특징으로 할 수 있다. 임의의 특정한 이론에 구속되기를 바라는 것은 아니지만, 금속 캐니스터와 합금 가공물 사이를 천이 액상 접합시키는 것이 다이 급냉 효과로 인한 표면 균열발생으로부터 가공물을 효과적으로 보호하기 위하여 과중한 열간 가공을 견딜 수 있고, 이에 의하여 단조 수율이 개선되는 것으로 생각된다. 예를 들어, 본 발명자들은 본 발명에 따라 생성된 천이 액상 접합이 매우 가혹한 압연 조건하에 견딤을 관찰했다. 니켈-붕소 표면 코팅은 합금 가공물의 표면에 야금학적으로 접합될 수 있고 금속 캐니스터는 열간 가공까지 그리고 열간 가공 동안 합금 가공물의 표면 상에 보유될 수 있다. 합금 가공물에 접합된 금속 캐니스터는 합금 가공물로부터의 열손실을 감소시키고 동일한 합금 가공물에 그러한 접합된 캐니스터가 없는 것과 비교하여 단조, 압출, 또는 합금 가공물의 다른 가공 동안 표면 균열발생을 제거하거나 감소시킬 수 있다. 금속 캐니스터는 단조된 바 및 빌릿 제품을 제조하기 위한 회전 단조 이후 및/또는 바 및 코일 제품을 제조하기 위한 압연 이후 합금 가공물에 야금학적으로 접합된 채로 있을 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에서, 도 5를 참조하면, 열적 균열발생을 감소시키기 위하여 합금 가공물을 가공하는 방법은 일반적으로 다음 단계를 포함할 수 있다: 잉곳을 제공하는 단계(50); 경사진 잉곳을 형성하기 위하여 잉곳을 연삭하는 단계(52); 경사진 금속 캐니스터를 제공하는 단계(54); 금속 캐니스터의 내부 표면의 적어도 일부로의 무전해 도금, 분사 성형, 또는 저온분사 중 하나에 의하여 니켈-붕소 코팅을 침착시키는 단계(56); 금속 캐니스터의 내부 표면을 헹굼(58) 및 건조(60)하는 단계; 합금 가공물을 금속 캐니스터에 삽입하는 단계(62); 캐닝된 조립체를 형성하기 위하여 합금 가공물을 금속 캐니스터 안에 봉입하는 단계(64); 진공하에 캐닝된 조립체의 내부로부터 기체 및/또는 수분의 적어도 일부를 제거하는 단계(66); 합금 가공물을 금속 캐니스터의 내부 표면에 천이 액상 접합시키기 위하여 진공하에 캐닝된 조립체를 가열하여(68) 캐닝된 합금 가공물을 형성하는 단계(70).
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 본 명세서에 개시된 방법의 구체예에 의하여 제조된 코팅된 합금 가공물 또는 캐닝된 합금 가공물이 열간 가공될 수 있다. 코팅된 또는 캐닝된 합금 가공물 열간 가공은 가공물을 변형시키기 위하여 코팅된 또는 캐닝된 가공물에 힘을 가하는 것을 포함할 수 있다. 힘은, 예를 들어 다이 및/또는 롤을 사용하여 가해질 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 코팅된 또는 캐닝된 합금 가공물 열간 가공은 1500℉ 내지 2500℉의 온도에서의 가공물 열간 가공을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 코팅된 또는 캐닝된 합금 가공물 열간 가공은 단조 작업 및/또는 압출 작업을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 방법에 따른 가공물의 표면의 적어도 일부에 침착된 금속 표면 코팅을 가지는 가공물, 또는 본 명세서에 개시된 바와 같이 캐팅된 합금 가공물이 업셋 단조 및/또는 인발 단조될 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 상기 방법은, 가공물 상의 금속 표면 코팅 형성 이후, 단조에 의하여 코팅된 가공물을 열간 가공하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 상기 방법은 가공물 상의 금속 표면 코팅 형성 이후, 1500℉ 내지 2500℉의 온도에서 단조에 의하여 코팅된 합금 가공물을 열간 가공하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 상기 방법은 합금 가공물 상의 표면 코팅 형성 이후, 압출에 의하여 코팅된 합금 가공물을 열간 가공하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 상기 방법은 합금 가공물 상의 금속 표면 코팅 형성 이후, 1500℉ 내지 2500℉의 온도에서 압출에 의하여 코팅된 합금 가공물을 열간 가공하는 것을 포함할 수 있다.
업셋-드로우 단조 작업은 하나 이상의 업셋 단조 작업 시퀀스 및 하나 이상의 인발 단조 작업 시퀀스를 포함할 수 있다. 업셋 단조 작업 동안, 가공물의 말단면이 가공물에 힘을 가하는 단조 다이와 접촉할 수 있고, 이는 가공물의 길이를 압축하고 가공물의 횡단면을 증가시킨다. 인발 작업 동안, 측면(예를 들어, 원통형 가공물의 원주방향 표면)이 가공물에 힘을 가하는 단조 다이와 접촉할 수 있고, 이는 가공물의 횡단면을 압축하고 가공물의 길이를 증가시킨다.
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 열적 균열발생을 감소시키기 위한 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물 가공 방법은 가공물로부터 금속 표면 코팅의 적어도 일부 및/또는 표면 코팅의 잔존부를 제거하는 것을 일반적으로 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 상기 방법은, 코팅된 가공물을 열간 가공하는 단계 이후, 가공물의 열간 가공에 의하여 성형된 제품으로부터 금속 표면 코팅의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 표면 코팅 재료 제거는, 예를 들어 샷 블라스팅(shot blasting), 연삭(grinding), 박리(peeling), 및 선삭(turning) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 열간 가공된 코팅된 가공물의 박리가 선삭(lathe-turning)을 포함할 수 있다.
특정한 비제한적 구체예에 따르면, 열적 균열발생을 감소시키기 위하여 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물을 가공하는 방법은 가공물로부터 금속 캐니스터의 적어도 일부 또는 금속 캐니스터의 잔존부를 제거하는 것을 일반적으로 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 상기 방법은, 캐닝된 가공물을 열간 가공하는 단계 이후, 캐닝된 가공물의 열간 가공에 의하여 성형된 제품으로부터 금속 캐니스터의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 캐니스터 재료 제거는, 예를 들어 샷 블라스팅, 연삭, 박리, 및 선삭 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 열간 가공된 코팅된 가공물의 박리가 선삭(lathe-turning)을 포함할 수 있다.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 명세서에 기재된 바와 같이 캐닝되거나 금속 표면 코팅을 포함하도록 가공된 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물이 하나 이상의 업셋-드로우 단조 작업을 거칠 수 있다. 예를 들어, 삼중 업셋-드로우 단조 작업에서, 코팅된 또는 캐닝된 가공물이 먼저 업셋 단조된 다음 인발 단조될 수 있다. 업셋 및 인발 시퀀스가 총 세 번의 연속적인 업셋 및 인발 단조 작업 동안 두 번 더 반복될 수 있다. 다양한 비제한적 구체예에서, 코팅되거나 캐닝된 가공물은 하나 이상의 압출 작업을 거칠 수 있다. 예를 들어, 압출 작업에서, 일반적으로 원통형인 코팅된 또는 캐닝된 가공물에 원형 다이를 통하여 힘이 가해질 수 있고, 이에 의하여 가공물의 직경이 감소되고 길이가 증가된다. 다른 열간 가공 기법이 당해 분야의 숙련가에게 명백할 것이고, 본 개시에 따른 방법이 과도한 실험의 필요 없이 그러한 다른 기법 중 하나 이상과 함께 이용하기 위하여 적합화될 수 있다.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 명세서에 개시된 방법은 주조된, 압밀된, 또는 분사 성형된 잉곳의 형태의 합금 잉곳으로부터 가공된(wrought) 빌릿을 제조하기 위하여 이용될 수 있다. 빌릿 또는 다른 가공된 물품으로의 잉곳의 단조 전환 또는 압출 전환이 이전의 가공물과 비교하여 물품 중에서 더 미세한 결정립조직을 발생시킬 수 있다. 코팅되고 캐닝된 합금 가공물을 제조하기 위한 본 명세서에 기재된 방법 및 공정은, 가공물 합금 가공물의 표면 상에 제공된 재료가 가공물 단조 및/또는 압출 작업 동안 표면 균열발생을 감소시킬 수 있기 때문에, 가공물로부터 (예를 들어, 빌릿과 같이) 단조된 또는 압출된 제품의 수율을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 방법의 구체예에 따른 합금 가공물 표면의 영역 상에 제공된 금속 표면 코팅이 가공 다이에 의하여 유도된 변형률에 견디는 것으로 관찰되었다. 또한 본 개시에 따라 제공된 금속 표면 코팅이 열간 가공 동안 가공 다이와 합금 가공물 사이의 온도 격차를 더욱 용이하게 견디는 것으로 관찰되었다. 이러한 방식으로, 본 개시에 따른 금속 표면 코팅이 미소한 표면 균열발생을 나타내거나 나타니재 않을 수 있는 한편, 가공 동안 하부의 합금 가공물에서 표면 균열 개시가 방지되거나 감소되는 것으로 관찰되었다.
다양한 비제한적 구체예에서, 본 개시에 따라 캐닝되거나 표면 코팅을 가지는 다양한 합금의 잉곳 또는 다른 가공물은 다양한 물품 제작에 사용될 수 있는 제품을 성형하기 위하여 열간 가공될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 공정은 니켈계 합금, 철계 합금, 니켈-철계 합금, 티타늄계 합금, 티타늄-니켈계 합금, 코발트계 합금, 니켈계 초합금, 및 다른 초합금으로부터 빌릿을 성형하는 공정에서 이용될 수 있다. 열간 가공된 잉곳 또는 다른 합금 가공물로부터 성형된 빌릿 또는 다른 제품은, 예를 들어 터빈 엔진 및 다양한 지상 터빈을 위한 디스크 및 링과 같은 터빈 컴포넌트를 포함하지만 이에 제한되지 않는 물품 제작에 사용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 다양한 비제한적 구체예에 따라 가공된 합금 잉곳 또는 다른 합금 가공물로부터 제작된 다른 물품은 밸브, 엔진 컴포넌트, 섀프트, 및 패스너를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
본 명세서에서 다양한 구체예에 따라 가공될 수 있는 합금 가공물은 임의의 적절한 형태일 수 있다. 특정한 비제한적 구체예에서, 예를 들어, 합금 가공물은 잉곳, 빌릿, 바, 플레이트, 튜브, 소결된 예비성형체 등을 포함하거나 이들 형태일 수 있다.
본 명세서에서 인용된 모든 문서는 달리 지시되지 않으면 본 명세서에 참조로 포함된다. 임의의 문서의 인용이 본 발명에 대한 선행기술로 인정하는 것으로 간주되어서는 안된다. 본 문서의 용어의 임의의 의미 또는 정의가 참조로 포함된 문서의 동일한 용어의 임의의 의미 또는 정의와 상충하는 한에서는, 본 문서의 용어에 할당된 의미 또는 정의가 우위에 있을 것이다.
비록 본 발명의 특정한 비제한적 구체예가 예시되고 기재되기는 하지만, 다양한 다른 변경 및 변형이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있음이 당해 분야의 숙련가에게 명백할 것이다. 그러므로 첨부된 청구범위에서 본 발명의 범위 내에 있는 그러한 모든 변경 및 변형을 포괄하도록 의도된다.

Claims (52)

  1. 다음 단계를 포함하는, 열적 균열발생을 감소시키기 위하여 합금 가공물을 가공하는 방법:
    합금 가공물에 접합된 표면 코팅을 형성하기 위하여, 금속 코팅 재료를 원통형인 합금 가공물의 원주방향 표면의 적어도 일부에 분사하는 단계;
    여기서 표면 코팅은 합금 가공물보다 더 연성이고;
    여기서 표면 코팅은 합금 가공물로부터의 열손실을 감소시킴.
  2. 제1항에 있어서, 합금 가공물은 금속 코팅 재료를 합금 가공물의 원주방향 표면의 적어도 일부에 분사하는 동안 가공물의 장축에 대하여 회전되는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 금속 코팅 재료는 스테인리스 강 입자 및 니켈계 합금 입자로부터 선택되는 입자를 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 금속 코팅 재료는 Type 304 스테인리스 강 (UNS No. S30400), Type 304 L 스테인리스 강 (UNS No. S30403), Type 316 스테인리스 강 (UNS No. S31600), 및 Type 316L 스테인리스 강 (UNS No. S31603)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 오스테나이트 스테인리스 강 스테인리스의 입자를 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 금속 코팅 재료는 합금 600 (UNS No. N06600) 및 합금 625 (UNS No. N06625)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 니켈계 합금의 입자를 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 금속 코팅 재료를 원주방향 표면의 적어도 일부에 분사하는 단계는 금속 코팅 재료를 금속 코팅 재료의 용융점 및 합금 가공물의 용융점 미만의 온도에서 합금 가공물의 원주방향 표면의 적어도 일부에 분사하는 것을 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 금속 코팅 재료를 원주방향 표면의 적어도 일부에 분사하는 단계는 고체 금속 입자를 원주방향 표면에 분사하는 것을 포함하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 금속 코팅 재료는 고체 금속 입자를 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 금속 코팅 재료를 원주방향 표면의 적어도 일부에 분사하는 단계는 다음을 포함하는 방법:
    금속 코팅 재료의 용융점 이상 및 합금 가공물의 용융점 미만의 온도에서 금속 코팅 재료를 합금 가공물의 원주방향 표면의 적어도 일부에 분사하는 것.
  10. 제9항에 있어서, 금속 코팅 재료를 원주방향 표면의 적어도 일부에 분사하는 단계는 원주방향 표면으로의 반용융 금속 입자 및 용융 금속 액적 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 금속 코팅 재료는 반용융 금속 입자 및 용융 금속 액적 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 금속 코팅 재료를 원주방향 표면의 적어도 일부에 분사하는 단계 이전에 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    합금 가공물의 원주방향 표면의 적어도 일부를 2000℉ 초과의 온도로 가열하는 단계.
  13. 제1항에 있어서, 합금 가공물은 니켈계 합금, 니켈계 초합금, 철계 합금, 니켈-철계 합금, 티타늄계 합금, 티타늄-니켈계 합금, 및 코발트계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 합금 가공물은 합금 718 (UNS No. N07718), 합금 720 (UNS No. N07720), Rene 41™ 합금 (UNS No. N07041), Rene 88™ 합금, Waspaloy® 합금 (UNS No. N07001), 및 Inconel® 100 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 방법.
  15. 제2항에 있어서, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    합금 가공물의 적어도 한 번의 회전을 완료한 후 합금 가공물의 장축을 따라 합금 가공물을 이동시키는 단계;
    금속 코팅 재료를 합금 가공물의 원주방향 표면의 다음의 부분에 분사하는 단계; 및
    원하는 금속 코팅 두께가 달성될 때까지 이동 및 분사를 반복하는 단계.
  16. 제1항에 있어서, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    합금 가공물에 접합된 표면 코팅을 형성하기 위하여, 금속 코팅 재료를 합금 가공물의 종방향 말단부의 적어도 일부에 분사하는 단계.
  17. 제1항에 있어서, 금속 코팅 재료를 원주방향 표면의 적어도 일부에 분사하는 단계 이후에 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    금속 표면 코팅을 압밀하기 위하여 합금 가공물을 압연하는 단계.
  18. 제1항에 있어서, 금속 코팅 재료를 원주방향 표면의 적어도 일부에 분사하는 단계 이후에 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    합금 가공물을 변형시키기 위하여 단조 및 압출 중 적어도 하나에 의하여 합금 가공물을 열간 가공하는 단계.
  19. 제18항에 있어서, 합금 가공물을 열간 가공하는 단계 이후 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    합금 가공물로부터 금속 표면 코팅의 적어도 일부를 제거하는 단계.
  20. 다음 단계를 포함하는, 열적 균열발생을 감소시키기 위하여 합금 가공물을 가공하는 방법:
    합금 가공물을 금속 캐니스터에 삽입하는 단계, 여기서 금속 캐니스터는 합금 가공물보다 더 낮은 열팽창계수를 가지고 내부 표면의 적어도 일부 상에 니켈-붕소 코팅을 포함하는 내부 표면을 포함함;
    캐닝된 조립체를 제공하기 위하여 합금 가공물을 금속 캐니스터 안에 봉입하는 단계;
    캐닝된 조립체의 내부로부터 기체의 적어도 일부를 제거하는 단계; 및
    합금 가공물을 금속 캐니스터에 천이 액상 접합시키기 위하여 캐닝된 조립체를 가열하는 단계.
  21. 제20항에 있어서, 금속 캐니스터의 열팽창계수는 합금 가공물의 열팽창계수보다 적어도 20 퍼센트 더 작은 방법.
  22. 제20항에 있어서, 합금 가공물을 금속 캐니스터에 천이 액상 접합시키기 위하여 캐닝된 조립체를 가열하는 단계는 합금 가공물을 금속 캐니스터에 접합시키는 방법.
  23. 제20항에 있어서, 합금 가공물을 금속 캐니스터에 봉입하는 단계는 금속 커버를 금속 캐니스터의 개방 말단부에 용접하는 것을 포함하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    금속 캐니스터 및 금속 커버 중 적어도 하나에 출구를 제공하는 단계; 및
    캐닝된 조립체로부터 기체의 적어도 일부를 제거하기 위하여 출구에 진공을 적용하는 단계.
  25. 제20항에 있어서, 캐닝된 조립체를 가열하는 단계는 캐닝된 조립체를 니켈-붕소 코팅의 용해 온도 이상이고 합금 가공물이 균질화되는 균질화 온도까지 가열하는 것을 포함하는 방법.
  26. 제25항에 있어서, 균질화 온도는 2100℉ 내지 2200℉이고 니켈-붕소 코팅의 용해 온도는 1800℉ 내지 2000℉인 방법.
  27. 제25항에 있어서, 캐닝된 조립체를 가열하는 단계는 다음 단계를 포함하는 방법:
    니켈-붕소 코팅를 용해시키기 위하여 캐닝된 조립체를 1850℉ 내지 1930℉의 온도에서 최대 두 시간 동안 가열하는 단계, 이어서:
    캐닝된 조립체를 2100℉ 내지 2200℉의 균질화 온도까지 가열하는 단계.
  28. 제25항에 있어서, 캐닝된 조립체를 2100℉ 내지 2200℉의 균질화 온도까지 가열하는 단계는 캐닝된 조립체를 균질화 온도에서 36 시간 내지 48 시간 동안 유지하는 것을 포함하는 방법.
  29. 제20항에 있어서, 합금 가공물은 경사진, 원통형인 외부 표면을 포함하고 금속 캐니스터는 상보적으로 경사진, 원통형인 내부 표면을 포함하는 방법.
  30. 제20항에 있어서, 금속 캐니스터는 니켈계 합금, 철계 합금, 및 스테인리스 강으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 방법.
  31. 제30항에 있어서, 금속 캐니스터는 합금 902 (UNS No. N09902) 및 Type 430 스테인리스 강 (UNS No. S43000)으로부터 선택되는 재료를 포함하는 방법.
  32. 제20항에 있어서, 합금 가공물은 합금 718 (UNS No. N07718), 합금 720 (UNS No. N07720), Rene 41™ 합금 (UNS No. N07041), Rene 88™ 합금, Waspaloy® 합금 (UNS No. N07001), 및 Inconel® 100 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 방법.
  33. 제20항에 있어서, 캐닝된 조립체에서, 합금 가공물은 니켈-붕소 코팅의 적어도 일부와 접촉하는 방법.
  34. 제20항에 있어서, 캐닝된 조립체에는 합금 가공물과 금속 캐니스터 사이에 갭이 없는 방법.
  35. 제20항에 있어서, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    동시에, 캐닝된 조립체의 내부로부터 기체의 적어도 일부를 제거하는 단계 및 합금 가공물을 금속 캐니스터에 천이 액상 접합시키기 위하여 캐닝된 조립체를 가열하는 단계.
  36. 제20항에 있어서, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    니켈-붕소 코팅을 형성하기 위하여 무전해 도금에 의하여 금속 캐니스터의 내부 표면의 적어도 일부 상에 니켈-붕소 코팅을 침착시키는 단계.
  37. 제36항에 있어서, 니켈-붕소 코팅은 3 내지 5 중량 퍼센트 붕소를 포함하는 방법.
  38. 제36항에 있어서, 니켈-붕소 코팅은 0.005 인치 내지 0.01 인치의 두께를 가지는 방법.
  39. 제20항에 있어서, 합금 가공물을 금속 캐니스터에 천이 액상 접합시키기 위하여 캐닝된 조립체를 가열하는 단계 이후 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    캐닝된 조립체를 변형시키기 위하여 단조 및 압출 중 적어도 하나에 의하여 캐닝된 조립체를 열간 가공하는 단계.
  40. 제39항에 있어서, 캐닝된 조립체를 열간 가공하는 단계 이후 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    변형된 캐닝된 조립체로부터 금속 캐니스터의 적어도 일부를 제거하는 단계.
  41. 다음 단계를 포함하는, 열적 균열발생을 감소시키기 위하여 합금 가공물을 가공하는 방법:
    합금 가공물에 접합된 표면 코팅을 형성하기 위하여, 금속 코팅 재료를 합금 가공물의 표면의 적어도 일부에 분사하는 단계;
    여기서 표면 코팅은 합금 가공물보다 더 연성이고;
    여기서 표면 코팅은 합금 가공물로부터의 열손실을 감소시키고; 및
    여기서 합금 가공물은 금속 코팅 재료를 합금 가공물의 표면의 적어도 일부에 분사하는 동안 가공물의 장축에 대하여 회전됨.
  42. 제41항에 있어서, 금속 코팅 재료는 스테인리스 강 입자 및 니켈계 합금 입자로부터 선택되는 입자를 포함하는 방법.
  43. 제41항에 있어서, 금속 코팅 재료는 Type 304 스테인리스 강 (UNS No. S30400), Type 304 L 스테인리스 강 (UNS No. S30403), Type 316 스테인리스 강 (UNS No. S31600), 및 Type 316L 스테인리스 강 (UNS No. S31603)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 오스테나이트 스테인리스 강 스테인리스의 입자를 포함하는 방법.
  44. 제41항에 있어서, 금속 코팅 재료는 합금 600 (UNS No. N06600) 및 합금 625 (UNS No. N06625)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 니켈계 합금의 입자를 포함하는 방법.
  45. 제41항에 있어서, 금속 코팅 재료를 표면의 적어도 일부에 분사하는 단계 이전에 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    합금 가공물의 표면의 적어도 일부를 2000°F 초과의 온도로 가열하는 단계
  46. 제41항에 있어서, 합금 가공물은 니켈계 합금, 니켈계 초합금, 철계 합금, 니켈-철계 합금, 티타늄계 합금, 티타늄-니켈계 합금, 및 코발트계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 방법.
  47. 제41항에 있어서, 합금 가공물은 합금 718 (UNS No. N07718), 합금 720 (UNS No. N07720), Rene 41™ 합금 (UNS No. N07041), Rene 88™ 합금, Waspaloy® 합금 (UNS No. N07001), 및 Inconel® 100 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 방법.
  48. 다음 단계를 포함하는, 열적 균열발생을 감소시키기 위하여 합금 가공물을 가공하는 방법:
    합금 가공물에 접합된 표면 코팅을 형성하기 위하여, 금속 코팅 재료를 합금 가공물의 표면의 적어도 일부에 분사하는 단계;
    여기서 표면 코팅은 합금 가공물보다 더 연성이고;
    여기서 표면 코팅은 합금 가공물로부터의 열손실을 감소시키고; 및
    여기서 금속 코팅 재료는 스테인리스 강 입자 및 니켈계 합금 입자로부터 선택되는 입자를 포함함.
  49. 다음 단계를 포함하는, 열적 균열발생을 감소시키기 위하여 합금 가공물을 가공하는 방법:
    합금 가공물에 접합된 표면 코팅을 형성하기 위하여, 금속 코팅 재료를 합금 가공물의 표면의 적어도 일부에 분사하는 단계;
    여기서 표면 코팅은 합금 가공물보다 더 연성이고;
    여기서 표면 코팅은 합금 가공물로부터의 열손실을 감소시키고; 및
    여기서 금속 코팅 재료를 표면의 적어도 일부에 분사하는 단계 이전에, 표면의 적어도 일부를 2000°F 초과의 온도로 가열함
  50. 제49항에 있어서, 금속 코팅 재료를 표면의 적어도 일부에 분사하는 단계는 표면으로 반용융 금속 입자 및 용융 금속 액적 중 적어도 하나를 분사하는 것을 포함하는 방법.
  51. 다음 단계를 포함하는, 열적 균열발생을 감소시키기 위하여 합금 가공물을 가공하는 방법:
    합금 가공물에 접합된 표면 코팅을 형성하기 위하여, 금속 코팅 재료를 합금 가공물의 표면의 적어도 일부에 분사하는 단계;
    여기서 합금 가공물은 니켈계 합금, 니켈계 초합금, 철계 합금, 니켈-철계 합금, 티타늄계 합금, 티타늄-니켈계 합금, 및 코발트계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하고;
    여기서 표면 코팅은 합금 가공물보다 더 연성이고; 및
    여기서 표면 코팅은 합금 가공물로부터의 열손실을 감소시킴.
  52. 제51항에 있어서, 합금 가공물은 합금 718 (UNS No. N07718), 합금 720 (UNS No. N07720), Rene 41™ 합금 (UNS No. N07041), Rene 88™ 합금, Waspaloy® 합금 (UNS No. N07001), 및 Inconel® 100 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 방법.
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