NO165448B - Fremgangsmaate til aa generere og regulere hastigheten av en avanserende isoterm i en gjenstand. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til å generere og regulere hastigheten av en avanserende isoterm i en gjenstand i en ovn for derved å bevirke retningsorientert rekrystallisasjon gjennom hele gjenstanden.

Superlegeringer og varmeresistente legeringer er materialer som oppviser meget gode egenskaper når det gjelder resistens mot mekaniske og miljømessige angrep ved forhøyede temperaturer. Typisk innbefatter de som sine hovedbestanddeler: nikkel, krom, kobolt og jern enten enkeltvis eller i kombinasjoner derav. Andre materialer tilsettes legeringene for oppnåelse av ytterligere, ønskede egenskaper.

Slike legeringers egenskaper påvirkes sterkt av korn-størrelsen. Ved relativt lave temperaturer er små kornstørrelser i alminnelighet akseptable. Ved forhøyede temperaturer (ca. 870°C og høyere) observeres imidlertid vanligvis at siging finner sted langt hurtigere i finkornede materialer enn i grovkornede materialer. Følgelig er grovkornede materialer vanligvis å foretrekke for høytemperaturanvendelser. For eksempel vil turbinblader gjerne bli utsatt for meget høye temperaturer (ca. 980°C eller høyere), og som en følge herav kreves det strukturer med grove, langstrakte korn.

En fremgangsmåte som anvendes til å forbedre egenskapene hos en legering er å danne langstrakte korn. Ved å stimulere dannelsen av korn som har langstrakt form, vil det foreligge relativt færre korngrenser på tvers av spenningsaksen. Langstrakte korngrenser synes å forbedre både sige- og høy-temperaturegenskapene av legeringen.

Oksyddispersjonsforsterkede ("ODS") legeringer fremstilt ved teknikker omfattende mekanisk legering oppviser meget høy bruddfasthet ved høye temperaturer på grunn av nærværet av stabile oksydpartikler i en grunnmasse med grove og i høy grad langstrakte korn.

En vanlig fremgangsmåte for oppnåelse av retningsorientert rekrystallisasjon kalles soneglødning. Se U.S. patent 3 746 581. Kort sagt anvendes soneglødning rutinemessig på stangmaterialer med konstant tverrsnitt med sikte på å fremme utvikling av den påkrevede struktur med grove, langstrakte korn, hvilken er nødvendig for oppnåelse av høytemperaturstyrke. Med hensyn til smigods, som i alminnelighet er kort og uregelmessig, er imidlertid temperaturregulering vanskelig.;.. Varmegradienter i smigodset, et vesentlig trekk ved soneglødning, er dessuten variable og er i alminnelighet lavere ennnoptimale verdier.

Det er ofte vanskelig og kostbart å entenrbefordre smigodset gjennom en bestemt temperatursone i en ovm.eller, omvendt, dirigere en vandrende temperatursone over/langs smigodset.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen■tmedaforetrukne ut-f ørelsesformer er angitt i kravene, og det (.vises til disse.

Den foreliggende oppfinnelse involverer-ranvendelse av konvensjonelle varmebehandlingsovner i hvilke en beholder inneholdende den gjenstand som skal behandles, plasseres. Gjenstanden innleires i et egnet isolerendecmateriale slik at

en ende av gjenstanden er delvis eksponert:.., Den eksponerte ende av gjenstanden oppvarmes; til den forhåndsbestemte rekrystallisas j onstemperatur først, mens dé:. seksjoner som er innleiret i isolasjonen, langsomt nærmerrseg.denne temperatur under regulerte betingelser i en sekvensssomrligner soneglødning. Rekrystallisasjonsfronten fremkommer først ved den eksponerte ende og vandrer deretter langs lengden > å-vy gjjenstanden med en avtagende hastighet.

Noen utførelsesformer av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal beskrives nedenfor under henvisninggtil tegningsfigurene, hvorav fig. 1 og 3 er perspektivriss.

På fig. 1 er det vist en beholder 100 inneholdende en flerhet gjenstander 12. Gjenstandene 12?,, som kan være smistykker, er innleiret i et isolerende materiale 14.

Fig. 2 og 3 viser alternative beholdere'16 og 18.

Siden smistykker og andre lignende?:dimensjonerte gjenstander 12 er relativt korte, med lengde/tykkelsee-fdrhold på ca. 5:1, synes det mulig å stimulere retningsorientert kornvekst i konvensjonelle ovner ved å isolere smistykker 12 (eller endog en kort lengde av stangmateriale) slik attdét bevirkes regulert ensrettet varmestrømning. Noen kontroll! over gradient og veksthastighet kan utvirkes ved å variere isolatorplassering og -tykkelse, posisjonere gjenstandene 12 selektivt, tilsette kjølejern til beholderen og ved å anvendé forskjellige ovns-temperaturer.

Den foreliggende oppfinnelse er langt enklere og mer økonomisk enn metodene med vandrende varmekilde. Gjenstandene 12 plasseres i beholderen 10, dekkes til en på forhånd bestemt høyde med det isolerende materiale 14 og plasseres i en ovn. Ovnstemperaturen, det isolerende materiale og fremspringet av gjenstanden 12 fra det isolerende materiale 14 er selvsagt funksjoner av formen av gjenstanden 12 og det materialet som denne er laget av.

Et turbinblad-smistykke 12 laget av en ODS-legering (oksyddispersjonsforsterket) ble plassert i en aluminiumoksyddigel 16. Se fig. 2. Digelen 16 var ca. 15,2 cm høy med en veggtykkelse på 0,64 cm. Turbinbladet 12 ble innleiret i zirkoniumdioksydboble-isolasjon 14 og raget 0,6 cm over denne. En liten mengde (ikke vist) av "Kaowool"®-isolasjon (aluminium-oksyd-silisiumdioksyd-fibre) ble plassert ved digelens 16 basis. Ovnen ble holdt ved 12 60°C. To termoelementer, med innbyrdes avstand, ble forbundet med bladet 12 for å overvåke temperaturgradienten i bladet 12. To lag av varmefast filt (ikke vist) ble plassert rundt digelen 16 som ytterligere isolasjon. Etter ca. 1 time var bladet bare delvis rekrystalli-sert. Det ble funnet at hastigheten av isoterm-vandringen var for lav, fordi ovnstemperaturen var for lav.

Det ble utført et annet forsøk i hvilket det ble anvendt en litt større digel 16. I dette tilfellet var isolasjonen 14 "Kaowool"-isolasjon, og den eksponerte del av bladet raget 1 cm over isolasjonen 14. Ovnen ble holdt ved 1290°C.

Termoelementer viste en oppvarmningshastighet på 12°C/minutt, hvilket tilsvarer den varmegradienthastighet på 3 3°C/cm som ble funnet i en soneglødningsenhet hvis vandre-hastighet var 2 3 cm/time. Tester indikerte at den resulterende ujevne/uregelmessige rekrystallisasjonsvekst skyldtes feil i selve smigodset. Andre varmebehandlingsmetoder ville ha forårsaket lignende resultater på grunn av disse feil.

Andre varmebehandlede prøver viste varierende resultater (dvs. god rekrystallisasjon bortsett fra at den var ufullstendig i sentrum), hvilke sannsynligvis skyldtes uriktig isolering og bladplassering.

Et tredje forsøk ble utført under anvendelse av den aluminiumoksyddigel (avkortet med ca. 5 cm);som ble anvendt i forsøk 2. Zirkoniumdioksyd-bobler ble anvendt-for isoleringen, med et toppbelegg av ull av varmefast materiale. Bladet ble eksponert for 1290°C i 35 minutter. Den, resulterende 1205°C isoterm-hastighet var 30 cm/time, og den térmdske gradient var 14°C/cm.

De ovenfor angitte tall og resultater-errlovende, da det som fremkommer i bladroten ikke antas å væreeavgjørende. Det som er viktig, er at hastighetem av isotermbevegelsen synes å

ha vært regulert uten nødvendigheten av å føre* gjenstanden 12 gj ennom en ovn.

Hastigheten av isotermbevegelsen kan moduleres ved å variere ovnstemperaturen. Forsøkene viste.? atrhastigheten av isotermbevegelsen avtok etterhvert som den-, vandret lengre inn i gjenstanden 12. For opprettholdelse av konstant isotermhastighet kan ovnstemperaturen programmeres slik at den; langsomt stiger fra f.eks. 1230°C til 1290°C over en forhåndsbestemt tidsperiode (dvs. 3 0 minutter). Metoden med progressivt-høyere temperatur er i stand til å opprettholde en konstant isoterm hastighet,

men kan være begrenset av den maksimale grense for temperatur-eksponeringen av det materiale som behandless.

En annen tilnærmingsmåte ville være åt. anvende et isolerende materiale 14 som spaltes eller på annen måtes; fjernes med en hastighet som gir den ønskede isotermhastighet. Ved denne tilnærmingsmåte vil gradvis mer overflateareal av gjenstanden direkte eksponeres for ovnsvarmen.

Fig. 3 viser en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen. Gjenstandene 12 føres inn i beholderen 18;. Et segment av gjenstandene 12 rager ut fra beholderen 18'og eksponeres for varmen. Beholderen 18 kan være>. laget av v.a-rmeisolerende materiale og/eller fylt med varmeisolerendéemateriale.

Den foreliggende fremgangsmåte for oppnåelse av retningsorientert rekrystallisas jon i gjenstander earrspesielt godt egnet for smigods av ODS-legering.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte til å generere og regulere hastigheten av en avanserende isoterm i en gjenstand i en ovn for derved å bevirke retningsorientert rekrystallisasjon gjennom hele gjenstanden, karakterisert ved at a) gjenstanden (12) plasseres i en stasjonær varmeisolator (14) slik at en betydelig del av gjenstanden (12) er omgitt av isolatoren (14) og bare en gjenværende del er eksponert, b) gjenstanden (12) og isolatoren (14) plasseres i ovnen slik at ovnsvarmen er direkte rettet mot gjenstandens (12) eksponerte del, hvorved isotermen vandrer gjennom hele gjenstanden (12), og c) ovnstemperaturen avpasses slik at isotermen vandrer gjennom hele gjenstanden (12), hvorved det bevirkes retningsorientert rekrystallisasjon i denne.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at ovnstemperaturen justeres for regulering av hastigheten av isotermen i gjenstanden (12) .

3 . Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes en varmeisolator som gradvis taper sin effektivitet som varmeisolator etter hvert som fremgangsmåten skrider frem.