NO163022B - Fremgangsmaate for aa oeke smibarhet av nikkelbaserte superlegeringer. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en framgangsmåte for å øke smibarheten av en gjenstand av en nikkelbasert superleger ing, ved økning av den gjennomsnittlige partikkel-størrelsen til gamma-primafasen, idet det gjennomføres en løsningsglødning over løsningsområdet for gamma-primafasen, hvoretter det gjennomføres en avkjøling for dannelse av en grov gamma-primastruktur.

Nikkelbaserte varmebestandige legeringer har mange forskjellige anvendelser i gassturbinmotorer. En anvendelse er innen turbinbladområdet. Kravene til egenskaper for bladmateriale har økt med den alminnelige utvikling i utførelsen av motorer. De tidligste motorene brukte smistål og stålderivatlegeringer til bladmateriale. Disse ble snart fortrengt av den første generasjonen nikkelbaserte varmebestandige legeringer slik som Waspaloy som kunne smies, selv om det ofte medførte litt vanskeligheter.

Nikkelbaserte varmebestandige legeringer har mye av sin fasthet fra fasen gamma-prima. Innen området nikkelbaserte og varmebestandige legeringer har utviklingen vist en trend mot en økning av volumfraksjonen gamma-prima for å øke fastheten. Waspaloy-legeringen som ble anvendt i de tidligere motorbladene inneholdt omkring 2S volum% av gamma-primafasen mens i nyere utvikling av bladlegeringer er inneholdet omkring 40-70 % av denne fasen. Økningen av volumfraksjon gamma-primafase, reduserer legeringens smibarhet. Waspaloy-materialer kan smies med en utgangsvarme av støpen, men de senere utviklede sterkere bladmaterialene kunne ikke smies sikkert og krevde bruk av kostbar pulver-metallurgiteknikk for å frambringe et formet blad-halvfabrikat som kan bearbeides økonomisk til slutt-dimensjonene.

En slik pulvermetallurgisk framgangsmåte som har vist en påtakelig framgang for framstillingen av motorblader er den som er beskrevet i US-patentskriftene nr. 3 519 503 og nr. 4 081 295. Denne framgangsmåten har vist seg å være høyst framgangsrik med pulvermetallurgiske utgangs-materialer, men mindre framgangsrik med støpte materialer,

i Andre patentskrifter som angår smiing av bladmaterialer omfatter US-patenskriftene nr. 3 802 938, nr. 3 975 219 og nr. 4 110 131.

Trenden mot høyfaste bladmaterialer har resultert i framstillingproblemer som har blitt løst bare ved å benytte kostbare pulvermetallurgiske teknikker.

Et formål med denne oppfinnelsen er å beskrive en framgangsmåte for lett å smi støpte høyfaste varmebestandige leger ings-materialer.

Et annet formål med oppfinnelsen er å beskrive en varmebehandlingsmetode som påtakelig øker smibarheten til nikkelbaserte varmebestandige legeringsmaterialer. Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å beskrive en framgangsmåte for å smi støpte varmebestandige legeringsmaterialer inneholdene gamma-primafase mer enn 40 volum% og som vanligvis ansees å være umulig å smi.

Enda et formål er å beskrive en kombinert varme-behandlings og smiingsprosses som vil frambringe en fullstendig rekrystallisert mikrostruktur som har en likeformet kornstørreise og som i betydelig grad kommer til å minske smiingspåkjenningene.

Ytterligere et annet formål med oppfinnelsen er å frambringe en vel smibar gjenstand av en nikkelbasert varmebestandig legering som har en varmebestandig eldet gamma-prima krystallstruktur med gjennomsnittelig korn-størrelse som overstiger 3 um.

Oppfinnelsen særpreges av de trekk som fremgår av den karakteriserende delen av krav 1. Ytterlige trekk ved

oppfinnelsen fremgår av de øvrige patentkrav.

Nikkelbaserte varmebestandige legeringer har det meste av sin fasthet fra nærvær av en fordeling av gamma-prima partikler i grunnmassen. Denne fasen er basert på forbindelsen Ni3Al hvori ulike legeringselementer som Ti og Nb delvis erstatter Al. Tungtsmeltelige elementer Mo, W, Ta og Nb øker også fastheten til grunnmassens gammafase, og tilsetninger av Cr og Co er vanligvis til stede sammen med elementene C, B og Zr som forekommer i mindre omfang.

Tabell 1 viser nominelle sammensetninger for et fler-tall varmebestandige legeringer som brukes i varmebearbeidet form. Waspaloy kan smies konvensjonelt fra støpevarmen. De gjenstående legeringene er vanligvis framstilt av pulver, enten gjennom direkte HIP-komprimer ing eller ved smiing av komprimert pulverhalvfabrikat. Smiing av støpt halvfabrikata med disse sammensetningene er vanligvis upraktisk på grunn av den høye gamma-primafraksjonen selv om Alstroy iblandt smies uten bruk av pulverteknikker.

Et sammensetningsomfang som omfatter legeringene i samsvar med tabell 1, såvel som andre legeringer som viser seg å være bearbeidbare ved hjelp av foreliggende oppfinnelse, er (i vektprosent ) 5-25 % Co, 8-20 % Cr, 1-6 % Al, 1-5 % Ti, 0-6 % Mo, 0-7 % W, 0-5 % Ta, 0-5 % Nb, 0-5 % Re, 0-2 % Hf, 0-2 % V, resten er hovedsakelig Ni sammen med C, B og Zr og som forekommer i mindre grad i de vanlige mengdene. Summen av Al og Ti innholdet utgjør området 4-10 % og summen av Mo + W + Ta + Nb utgjør området 2.5 - 12 %. Oppfinnelsen er stort sett anvendbar på nikkelbaserte varmebestandige legeringer som har et gamma-prima innhold i området opptil 75 volum%, men er spesielt anvendelig sammen med legeringer som inneholder mer enn 40 % og fortrinnsvis mer enn 50 volum% av gamma-primafasen og er derfor i andre tilfeller ikke smibare med konventionelle (ikke pulvermetallurgiske) teknikker.

I en støpt nikkelbasert varmebestandig legering opptrer gamma-primafasen i to former, eutektisk og ueutektisk. Eutektisk gamma-prima utgjør størkningsfase, mens ueutektisk gamma-prima utgjør utskilling i fast fase under kjøling etter størkningen. Eutektisk gamma-primamateriale finnes hovedsakelig ved korngrensene og har partikkelstørrelse som vanligvis er ganske store, opptil kanskje 100 pm. De ueutektiske gamma-primafåsene som frambringer den største fasthetsøkningen i legeringen finnes innen kornene og har en typisk størrelse på 0.3 - 0.5 um. Gamma primafasen kan overføres i løsning ved oppvarming av materialet til en forhøyet temperatur. Temperaturen hvor fasen går over i løsning er dens løslighetstemperatur. Oppløsning (eller utskilling) av gamma-primafasen opptrer over et temperatur-område. I denne redegjørelsen brukes termen begynnende oppløsning for å beskrive temperaturen hvor en observerbar oppløsning begynner (definert som en optisk metallografisk bestemmelse av temperaturen hvor 5 volum % av gamma-primafasen som er tilstede etter langsom nedkjøling til romtemperatur, har gått i løsning) og begrepet avsluttet oppløsning refererer til den temperaturen hvor oppløsningen i det vesentlige er fullstendig (igjen bestemt v.h.a. optisk metallografi). Henvisning til gamma-prima oppløsnings-temperatur uten adjektivene høy/lav skal forstås som om det betyr høy oppløsningstemperatur.

De eutektiske og ueutektiske typene gamma-prima har ulike former og har ulik sammensetning og oppløsnings-temperaturer. De lave og høye oppløsningstemperaturene til ueutektiske gamma-prima er karakteristisk i størrelsesorden 28 - 84° C mindre enn oppløsningstemperaturene til eutektisk gamma-prima. I MERL 76-sammensetningen er temperaturen for begynnende oppløsning hos ueutektisk

o

gamma-prima ca. 1121 C og temperaturen for avsluttet oppløsning er ca. 1196° C. Temperaturen for begynnende oppløsning hos eutektisk gamma-prima er ca. 1188° C og temperaturen for avsluttet oppløsning av denne gamma-prima er ca. 1219 o C (ettersom temperaturen for begynnende smelting er ca. 1196° C kan ikke den eutektiske gamma-prima være fullstendig oppløst uten partiell smelting).

Smiing er en metallbearbeidingsprosses hvor metall deformeres, vanligvis ved sammenpressing ved en temperatur som vanligvis er over dets rekrystalliseringstemperatur. I de fleste smiprosseser ønsker man tre egenskaper ved framgangsmåten og produktet. De er (1) at sluttproduktet har en ønsket mikrostruktur, fortrinnsvis en likeformet rekrystallisert struktur, (2) at produktene hovedsakelig er sprekkfri, og (3) at framgangsmåten krever en relativt lav påkjenning. Naturligvis varierer den relative betydningen av disse tre egenskapene med den spesielle situasjonen.

I sin videste form omfatter oppfinnelsen utvikling av en kraftig eldet (overeldet) gamma-primakrystallstruktur i et varmebestandig legeringsmateriale. De mekaniske egenskapene til det utskillingsherdete materialet, slik som nikkelbasert varmebestandige legeringer, varierer som funksjon av gamma-prima utskillelsesstørrelse. Mekaniske toppegenskaper oppnås med gamma-primastørrelser i størrelsesorden 0.1 - 0.5 pm. Elding ved betingelser som frambringer partikkelstørrelser utover de som medfører toppegenskaper frambringer det som omtales som eldete strukturer. En overeldet struktur defineres som en struktur hvor den gjennomsnittelige ueutektiske gamma-primastørreisen (i diameter) er i det minste tre ganger så stor (og fortrinnsvis fem ganger) som gamma-primastørrelsen som frambringer toppegenskaper. P.g.a. at smibarhet er formålet, er de gamma-primastørreisene som det henvises til slike som eksisterer ved smitemperaturer. Forekomsten av en slik grov gamma-primakrystallstruktur høyner dramatisk materialets smibarhet. Det viser seg også at den gamma-primastørrelsen som kreves for forbedret smibarhet er noe relatert til fraksjonen gamma-prima som forekommer i materialet. For lavere fraksjoner gamma-primamateriale frambringer en mindre partikkelstørreise det ønskede resultatet. F.eks. tror vi at en 1 um gamma-primastørrelse er tilstrekkelig for materialer som har en et gamma-primainnhold på 40 % (volumprosent) men at 2.5 um gamma-primastørrelse er nødvendig i materiale som inneholder 70 % (volumprosent) gamma-primafåse.

Ved et konstant gamma-primainnhold øker mellomrommet mellom partiklene (tykkelsen på det mellomliggende laget av grunnmasse av gamma-fase når partikkelstørreisen til gamma-prima øker). I tilknytning til en foretrukken form av oppfinnelsen oppvarmes det støpte utgangsmaterialet til en temperatur mellom gamma-prima begynnelses og sluttemperatur (eller innen oppløsningsområdet). Ved denne temperaturen går en del av den ueutektiske gamma-primafasen i løsning.

Ved å bruke et langsomt kjølingsfor løp gjenutfelles den ueutektiske gamma-primafasen i en grov form, med partikkel-størrelser i størrelsesorden 5 eller til og med 10 um. Denne grove gamma-prima partikkelstørrelsen forbedrer betydelig materialets smibarhet. Det langsomme kjølingstrinnet begynner med en varmebehandlingstemperatur mellom de to oppløsningstemperaturene og slutter med en temperatur nær eller fortrinnsvis under den nedre oppløsningstemperaturen for ueutektisk gamma-prima med en hastighet på mindre enn 5.5°C pr. time. Denne framgangsmåten kan også beskrives som en behandling for kraftig elding.

Fig. 2 viser forholdet mellom kjølingshastighet og gamma-prima partikkelstørrelse for legeringen RCM 82 som er vist i tabell I. Man ser at jo langsommere kjølingen er dessto større blir gamma-prima partikkelstørrelse. Et liknende forhold eksisterer for de andre varmebestandige legeringene, men med variasjoner i kurvens helning og stilling. Figurene 3A, 3B og 3C illustrerer mikrstrukturen til legeringen RCM 82, som er kjølt ved 1.1° C, 2.8° C

og 5.5° C pr. time fra en temperatur mellom oppløsnings-grensen for ueutektisk gamma-prima og oppløsningsgrensen for ueutektiske gamma-prima (1204° C) til en temperatur (1038° C) under grensen for gamma-prima begynnende oppløsning. Forskellen i partikkelstørrelse for gamma-prima er åpenbar. Fig. 4 viser flytpåkjenningen for en spesiell smioperasjon som funksjon av kjølehastigheten for en

o legering av RCM 82, minskning av kjølehastigheten fra 5.5 C pr. time til 1.1° C pr. time minsker den nødvendige flytepåkjenningen ved smiing med ca. 20 %. Fig. 5 viser flytpåkjenningen kontra flytespenningen for en stuknings-

smioperasjon utført på et materiale som er blitt behandlet i samsvar med kjent teknikk. Det konvensjonelt behandlede materialet viser en flytefasthet med en stasjonær tilstand på omkring 96.53 MPa og sprekker ved en tøyning på ca. 0.27 (27 % høydereduksjon). Materialet som behandles i samsvar med oppfinnelsen viser en stasjonær tilstand i flytepåkjenning på ca. 44.81 MPa og intet brudd observeres p.g.a. en reduksjon på 0.9 (90 % Høydereduksjon).

En spesiell fordel med framgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen er at en likeformet finkornet og rekrystallisert mikrostruktur oppnås ved en relativt lav deformasjonsgrad. I det tilfellet at et sylindrisk emne stukes til en plate frambringer framgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen en slik mikrostruktur med mindre enn 50 % høydereduksjon, med konvensjonelle framgangsmåter kreves mer enn 90 % høydereduksjon.

Etterfulgt av smiingstrinnet varmebehandles vanligvis smigjenstanden for å frambringe maksimale mekaniske egenskaper. En slik behandling omfatter en oppløsnings-behandling (som er karakteristisk ved eller over smitemperaturen) for i det minste å delvis oppløse gamma-primafasen, fulgt av elding ved lavere temperaturer for å gjenutskille den gjenoppløste gamma-primafasen i en ønsket (fin ) krystallstruktur. Fagmannen vil kunne vurdere å variere disse trinnene for å optimalisere ulike mekaniske egenskaper.

Her skal nevnes noen andre aspekter ved oppfinnelsen: Utgangsmaterialet er fortrinnsvis finkornig i det minste i overflateområdene. All sprekkdannelse som er oppstått ved framgangsmåtens framdrift, i samsvar med oppfinnelsen, har begynt ved overflaten og er forenet med store korn i overflaten.

Man har framgangsrikt smidd materiale som har en overflatekornstørrelse i størrelsesorden 1.58 - 3.18 mm i diameter med kun minimal overflatesprekking. Dette ble utført i en vanskelig smioperasjon bestemt for stuking av et sylindrisk emne til en flat form. Denne typen smiing utsetter den sylindriske overflaten for en betydelig og ikke begrenset tøyning. Det viser seg i andre mindre vanskelige smioperasjoner at materialer som har en større overflate-kornstørreise (dvs. 6.35 mm) kan smies.

Man kan anta at den indre kornstørrelsen dvs. korn-størrelse på mer enn 13 mm under overflaten på støpestykket, kan være påtakelig grovere enn overflatekornene. Grense-kornstørreisen kan meget bra relateres til de kjemiske inhomogeniteter og seigringer

som opptrer i ekstremt grov- kornige støpestykker. Like viktig er det å opprettholde kornstørrelsen under smiingsprossesen. Prossesbetingelsene som fører til påtakelig korntilvekst er ikke ønskelig ettersom økt kornstørreise er forenet med minsket smibarhet.

Det støpte utgangsmaterialet gis vanligvis (og fortrinnsvis) en HIP-behandling (varmeisostatisk pressing) som består i at materialet eksponeres for en høyt komprimert gass ved en temperatur som er tilstrekkelig til at materialet skal deformeres ved kryping. Typiske forhold er 103.4 Mpa påført trykk ved en temperatur under, men innen 84 C? gamma-prima oppløsningstemperatur i en tidsperiode på 4 timer. Det resultat som oppnås ved denne behandlingen er en tillukking av indre hulheter og porøsitet som kan forkomme. HIP-behandlingen ville ikke være nødvendig om en støpeteknikk kunne utvikles som kunne garantere mangel på porøsitet i den støpte gjenstanden og ville ikke være nødvendig dersom sluttproduktet var ment å brukes i en mindre krevende sammenheng. Gamma-primastørreisen i materialet økes deretter slik som er beskrevet i det foregående. Materialet oppvarmes til en temperatur hvor en påtakelig kvantitet (dvs. i det minste 40 volum%, og fortrinnsvis i det minste 60 %, volumprosent) ueutektisk gamma-prima oppløses og senere avkjøles sakte for å fram-kalle en påtakelig andel oppløst ueutektisk gamma-primamateriale for å gjenutskilles som grove partikler. Materialet kjøles vanligvis til i det minste 28° C under temperaturen for begynnende oppløsning og kjøles vanligvis til en temperatur som er omtrent lik med smiingstemperaturen.

Kjølehastigheten bør være mindre enn 5.5°C og fortrinnsvis mindre enn 2.8 C pr. time. Med henvisning til fig. 1 frambringer hver rett linje som starter med 0 og

o o

faller mellom 0 C pr time og 5.5 C pr. time det ønskede resultat. Det viser seg imidlertid at varierende kjøle-hastighet ikke er tilfredstillende. Se f.eks. linje 1 som har et avsnitt A hvor kjølehastigheten overskrider 5.5° C pr. time. Dette skulle formodentlig være utilfredstillende.

Man kan anta at framgangsmåten kan tolerere kjøle-hastigheter som overstiger 5.5° C pr. time noe, dvs. 11.1° C pr time i korte intervaller i kjølesyklen, men dette er ikke å foretrekke. Kjølesykler som ble gjennomført i en ovn med ujevn temperaturstyring frambrakte ikke den ønskede mikrostrukturen selv om kjølehastigheten hovedsakelig var mindre enn 5.5° C pr. time. Naturligvis opptrer kjøling i en ovn med en konvensjonell av og på styring som en serie meget små trinn, men den termiske tregheten i ovnen utjamner disse f luktasjonene.

En ytterligere iaktagelse som angår kurvene 2 og 3 er at ingen dél av disse har en helning som overstiger 5.5° C pr. time. Selv om begge slutter ved punktet X viser preliminære indikasjoner at resultatene som oppnås ved kurve 3 (relativt rask kjøling fulgt av langsommere kjøling) er å foretrekke før resultatet fra kurve 2 (langsom kjøling fulgt av raskere kjøling). Nytten av en slik modifisering er snarere av økonomisk natur enn teknisk natur.

Det er i høyeste grad ønskelig at kornstørrelsen ikke øker ved den ovenfor beskrevede varmebehandlingen for

gamma-primatilvekst. En framgangsmåte for å forhindre korntilvekst er å behandle materialet ved temperaturer hvor all gamma-primafase er overgått i løsning. Ved å opprettholde en liten men betydningsfull mengde (dvs. 5-30 volumprosent) av gamma-primafasen uløst, bremses korntilveksten. Dette oppnås

-normalt ved å utnytte ulikhetene i løslighetstemperatur mellom de eutektiske og ueutektiske gamm-prima formene. I visse legeringer som har relativt høyt karboninnhold er karbidfasen(vesentlig uløslig) tilstrekkelig til å forhindre

korntilvekst. Anvendelsen av denne oppfinnelsen på slike legeringer, minsker temperaturbegrensningene som ville være nødvendig å observere om man var avhengig av å opprettholde gammaprimamaterialet for korngrensestabilisering. En kombinasjon av opprettholdt gamma-primafase og karbidfase kan også utnyttes. Det er også mulig at en viss mengde korntilvekst kan aksepteres, spesielt i smiprosseser hvor høye strekkpåkjenninger ikke oppstår og/eller ved smiing av relativt smibare legeringer.

Opprettholdelsen av tilstrekkelig gamma-primamateriale for å forhindre korntilvekst kan oppnås ved å anvende en behandlingstemperatur mellom oppløsningstemperaturene for eutektisk og ueutektisk gamma-prima, slik at opprettholdt eutektisk gamma-primafase forhindrer korntilvekst. Vi innser imidlertid at det er mulig i visse legeringer å oppløsnings-varmebehandle legeringen for å betydelig eliminere den eutektiske gamma-primafasen ved fulstendig oppløsning av eutektisk gamma-prima fulgt av utskillelse. Oppfinnelsens prosses er fortsatt brukbar i dette tilfellet, det er for det meste nødvendig å velge en prosssestemperatur hvor en liten men betydningsfull mengde gamma-primafase opprett-holdes, en mengde som er tilstrekkelig for å forhindre påtakelig korntilvekst.

Smioperasjonen gjennomføres isotermisk (med bruk av oppvarmede senker) og i vakuum eller inert atmotsfære. I denne sammenhengen inkluderer "isotermisk" slike prosseser hvor små temperaturforandringer (dvs. + 28° C) oppstår ved

o

smiing. Senkens temperatur er fortrinnsvis +55 C av arbeidstykkets temperatur men hvilken som helst senktilstand som ikke avkjøler arbeidstykket så mye at det forstyrrer prossesen er tilfredstillende. Smitemperaturen er vanligvis under, men innen 110° C av temperaturen for begynnende oppløsning av ueutektisk gamma-prima, selv om smiing i den nedre enden av området mellom temperaturene for begynnende oppløsning og avsluttet oppløsning for ueutektisk gamma-prima også er mulig.

Smitemperaturen er vanligvis nær den nedre grensen for ueutektisk gamma-prima oppløsning. Smiing gjennomføres ved lav deformasjonshastighet, en karakteristisk sådan er i størrelsesorden 0.1 - 1 cm/cm/min. Tohastighets deformasjonsprossesen i samsvar med US-patentskriftet 4 081 295 kan brukes. De smibetingelsene som er nødvendige varierer med legering, arbeidsstykkets geometri og smi-utrustingens kapasitet, og en skikkelig operatør vil raskt velge de rette betingelsene.

Ved normale omstendigheter tillater varmebehandlingen i samsvar med oppfinnelsen smiing av støpte, nikkelbaserte materialer til en sluttform i en enkel operasjon, selv om geometriske hensyn kan tilsi bruk av flere smitrinn med ulike former på senkene (uten at mellomliggende behandling er nødvendig). Ett forløp omfatter bruk av flate senker for å stuke et støpt halvfabrikat til en plate fulgt av bruk av formede senker for å oppnå en sammensatt sluttform.

I vanlige tilfeller kan framgangsmåten i samvar med oppfinnelsen gjentas, dvs. flere varmebehandlinger i samsvar med oppfinnelsen sammen med smioperasjoner, men dette er normalt ikke nødvendig.

Andre karakteristiske trekk og fordeler framgår av beskrivelsen og kravene og av de vedlagte figurer som viser en utførelse av oppfinnelsen.

Fig. 1 er et diagram som viser variasjoner i kjøle-syklen. Fig. 2 viser forholdet mellom kjølehastighet og gamma-prima partikkelstørrelse. Fig. 3A, 3B, 3C er mikrofoto av materiale som er kjølt ved ulike hastigheter. Fig. 4 viser forholdet mellom kjølehastighet og flytepåkjenning ved smiing. Fig. 5 viser forholdet mellom påkjenning og tøyning ved smiing av konvensjonelt materiale og materiale i samsvar med oppfinnelsen. Fig 6A og 6B er mikrofoto av konvensjonelt behandlet materiale før og etter smiing. Fig. 7A og 7B er mikrofoto av materiale som er behandlet i samsvar med oppfinnelsen før og etter smiing.

En legering som har en nominell sammensetning i samsvar med RCM 82-legeringen i tabell 1 støpes til et sylinder med 15.24 cm i diameter og lengden 20.32 cm og med en korn-størrelse på ASTM 2-3 (0.125-0.18 mm, gjennomsnittelig diameter). Dette materiale inneholder 60 - 65 volumprosent gamma-primafase. Temperaturområdet for oppløsning av ueutektisk gamma-prima er 1121 o C - 1196 oC og temperaturområdet for oppløsning av eutektisk gamma-prima er 1177°C - 1216°C.IDette støpestykket ble framstilt av Special Metals Corporation, sannsynligvis ved anvendelse av kunnskapene i US-patentskriftet nr. 4 261 412.

Dette støpestykket ble HIP-behandlet (1185° C, 103.4 MPa i 3 timer) for å lukke gjenværende porøsitet (tilstrekkelig mange gamma-primapartikler fantes ved 1185°C til å forhindre korntilvekst). Støpestykket ble varmebehandlet deretter ved 1185°C i 2 timer og ble kjølt til 1093° C med 1.1°C pr. time (heller ikke her opptrådte korntilvekst). Den oppnådde partikkelstørreisen til ueutektisk gamma-prima var 8.5 jum. Dette materiale ble deretter smidd ved 1121° C ved 0.1 cm/cm/minutt til en reduksjon på 76 % (resulterende i en plate med høyden 5.0 cm og diameteren 30.48 cm) uten istykkersprekking.

I fravær av varmebehandlingen i samsvar med oppfinnelsen vil ikke denne reduksjonen kunne oppnås uten omfattende istykkersprekking, og de nødvendige smikreftene ville være større enn de som kan observeres ved prossesen i samsvar med oppfinnelsen. Selv om istykkersprekking ikke opptrer blir strukturen ikke slik som ønskelig fordi den kun blir delvis rekrystallisert.

Visse mikrostrukturene kjennetegn vises på figurene 6A, 6B, 7A og 7B. Fig. 6A viser mikrostrukturen i støpt materiale. Dette materiale er ikke varmebehandlet i samsvar med oppfinnelsen. I fig. 6A er korngrenser synlige og disse inneholder store mengder eutektisk gamma-primamateriale. I kornenes sentrum kan man se fine gamma-primapartikler som har en størrelse som er mindre enn 0.5 pm.

Fig. 6B viser mikrostrukturen i materialet etter konvensjonell smiing. I fig. 6B er fine rekrystalliserede korn synlige ved de opprinnelige korngrensene som omgir materiale som hovedsakelig er ukrystallisert. Denne ikke likeformede mikrostrukturen antas ikke å gi optimale mekaniske egenskaper.

Fig. 7A viser samme legeringsammensetning etter varmebehandlingen i samsvar med oppfinnelsen men før smiing. De opprinnelige korngrensene synes å inneholde områder med ueutektisk gamma-prima. Det indre av kornene inneholder også gamma-primapartikler av betydning og som har en størrelse som man kan se er mye større enn tilsvarende partikler i fig. 6A. I fig. 7A har gamma-primapartiklene en størrelse i størrelsesorden 8.5 um. Etter smiing kan man se at mikrostrukturen hovedsakelig er rekrystallisert og likeformet på fig. 7B. Materialet i samsvar med fig. 7B regnes å ha overlegene mekaniske egenskaper i forhold til materialet i fig. 6B.

I korte trekk oppnår man med den foreliggende framgangsmåten tre mål angående smiing av ellers usmibart materiale. Den reduksjon hvor istykkersprekking opptrer er dramatisk øket (fig. 5), sluttproduktet har en forbedret mikrostruktur (fig. 7B), og flytepåkjenningen som kreves for smiing er betydelig redusert (fig. 4).

Claims (8)

1. Framgangsmåte for å øke smibarheten av en gjenstand av en nikkelbasert super leger ing, ved økning av den gjennomsnittlige partikkelstørrelsen til gamma-primafasen, idet det gjennomføres en løsningsglødning over løsnings-området for gamma-primafasen, hvoretter det gjennomføres en avkjøling for dannelse av en grov gamma-primastruktur, karakterisert ved at løsningsglødningen gjennomføres over oppløsningstemperaturen for den ikke-eutektiske fasen, slik at det oppnås en tilstrekkelig mengde gamma-primafase materiale i uløst form, til å unngå nevneverdig kornvekst, og at gjenstanden umiddelbart deretter avkjøles med en hastighet på under 5,5°C7time til en temperatur, som ligger minst 28°C under temperaturen for begynnelsen av gamma-primafasens løsning.

2. Framgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at minst 40 volumprosent av den ikke-eutektiske gamma-primafasen oppløses ved løsningsglødningen.

3. Framgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at gjenstanden kjøles til en temperatur som tilsvarer den etterfølgende smitemperaturen.

4. Framgangsmåte i samsvar med et av patentkravene 1-4, karakterisert ved at den langsomme avkjølingen gjennomføres med en hastighet slik at den gjennomsnittlige partikkelstørrelsen til gamma-primafasen etter den langsomme avkjølingen utgjør minst det tredoble av patikkelstørrelsen til gamma-primafasen, når denne oppnår et hårdhetsmaksimum ved økt temperatur.

5. Framgangsmåte i samsvar med patentkrav 4, karakterisert ved at den langsomme avkjølingen gjennomføres med en hastighet slik at gjennomsnittlige patikkelstørrelsen til gamma-primafasen utgjør over 2,5 pm, når denne oppnår et hårdhetsmaksimum ved økt temperatur.

6. Framgangsmåte for smiing av støpte gjenstander av en nikkelbasert superleger ing som inneholder mer enn 40 volumprosent gamma-primafase, karakterisert ved følgende trinn: a) gjenstanden varmebehandles, slik at minst 40 volumprosent av det ikke-eutektiske gamma-prima materiale som foreligger ved smitemperaturen bringes i løsning, mens en tilstrekkelig mengde materiale holdes i uløst form, for å hindre kornvekst, b) gjenstanden avkjøles langsomt med en hastighet på under 5,5°C/time til en temperatur, som er omtrent lik den tilsiktete smitemperaturen, for å oppnå en grov, aldret gamma-prima struktur, samt c) gjenstanden smies isotermisk under bruk av oppvarmete former ved en temperatur under temperaturen for begynnende oppløsning av den ikke-eutektiske gamma-prima fasen.

7. Framgangsmåte i samsvar med krav 6, karakterisert ved at gjenstanden forut for varmebehandlingen underkastes en isostatisk varmpresse, for å lukke en indre porøsitet.

8. Framgangsmåte i samsvar med krav 6 eller 7, karakterisert ved at smiingen utføres ved en smitemperaturen som ligger innenfor et område inntil 110°C under temperaturen for begynnende oppløsning av den ikke-eutektiske gamma-prima fasen, og at smihastigheten utgjør fra 0,05 til 2 cm/cm/min.