專利名稱：從合金制備有改善的可焊性和/或機(jī)械加工性的部件的方法
根據(jù)權(quán)利要求1，本發(fā)明涉及一種從合金制備具有改善的可焊性和/或機(jī)械可加工性的部件的方法。
US-PS 5938863公開一種鎳基超級合金，為了改善疲勞性能，該合金添加碳化物。
US-PS 6120624公開一種在焊接前對鎳基超級合金進(jìn)行熱處理的方法，以避免在焊接后熱處理時形成裂縫。在熱處理期間使用很小的冷卻速率(3F/分鐘＝1.66℃/分鐘，或者更小)。
US-PS 4579602以及US-PS 4574015公開對鑄造超級合金的熱處理，以改善對該材料的鍛造。
由US-PS 5374319、US-PS 5106010和EP 478374可知，在部件中，局部限制的焊接區(qū)被加熱到老化溫度以上的溫度。這使得處于不同溫度的部件中存在應(yīng)力。
由合金制備部件的過程中，必須在不同制備的中間步驟中加工該部件。合金經(jīng)常不具有理想的性質(zhì)，以進(jìn)行最佳的加工。
合金可以是較脆的，因此妨礙了機(jī)械加工(矯直，切削，研磨)。
同樣，必須經(jīng)常焊接裂縫或空隙，然而合金的可焊性常常較差。
因此，本發(fā)明的任務(wù)是克服上述的問題。
根據(jù)權(quán)利要求1，該任務(wù)是通過一種從合金制備具有改善的可焊性和/或機(jī)械加工性的部件的方法而得到解決。
在從屬權(quán)利要求中列出了其他有利的方法步驟。
可以將從屬權(quán)利要求中提及的措施以有利的方式和方法互相組合。
附圖為

圖1、2示例性說明制備工藝過程中合金的溫度對時間的曲線，和圖3合金的不同顯微結(jié)構(gòu)。
圖2表示制備工藝過程中示例性的合金的溫度對時間的曲線。
合金例如是經(jīng)析出而硬化的鐵基、鎳基或鈷基等超級合金。
合金可由一種粉末燒結(jié)的或以熔融金屬澆注的，或被定向凝固而制成部件。也可考慮其他制備方式。
當(dāng)用于鑄造工藝的合金被熔化時，溫度大于熔融溫度T液態(tài)。熔融體被鑄造(圖中左面區(qū)域)，然后大致緩慢地受控或不受控地進(jìn)行冷卻，使得溫度低于固相線T固態(tài)。部件凝固。將部件冷卻，例如冷卻到室溫(溫度軸T與時間軸t的交點)。
鑄造方法后，例如進(jìn)行非必須的再壓縮，特別是在鑄造工藝后直接進(jìn)行，即，鑄造后沒有冷卻部件。
再壓縮例如通過熱等靜壓制(HIP)(圖2的I區(qū))進(jìn)行，或者也可通過燒結(jié)進(jìn)行，以填補(bǔ)缺陷，如空隙、氣孔......。
再壓縮也可在其他制備步驟后進(jìn)行，例如在焊接后進(jìn)行。再壓縮(例如HIP)過程中的溫度低于部件合金的固相線T固態(tài)。
在這情形下(進(jìn)行或不進(jìn)行再壓縮)，由合金構(gòu)成的部件被進(jìn)行機(jī)械加工(例如矯直或切削，研磨)和/或?qū)Σ考械娜毕葸M(jìn)行焊接修補(bǔ)，特別是在室溫下進(jìn)行。
然而，部件的合金性質(zhì)經(jīng)常不適應(yīng)機(jī)械加工條件(可焊性和機(jī)械加工性)。
通過本發(fā)明隨后的改善性熱處理，例如增大離析物，例如通過使合金結(jié)構(gòu)過老化的過時效熱處理，部件的顯微結(jié)構(gòu)(組織(Gefuge))發(fā)生改變，使合金的可加工性相對于未處理的組織得以改善。組織特征是指晶體結(jié)構(gòu)、析出物和次生相等。
舉例來說，特別是過時效熱處理可直接在再壓縮工藝后進(jìn)行，尤其是在同一爐中，或者在鑄造或燒結(jié)后進(jìn)行。
部件沒有冷卻(圖2，區(qū)I、II的過渡)或者只是稍微進(jìn)行冷卻。
以HIP方法實施再壓縮工藝，這樣在改善熱處理時，壓力可以保持穩(wěn)定、緩慢下降或者取消壓力。
這里，改善性熱處理時溫度的保持時間可以被取消或減少，因為通過HIP-后處理的保持時間已經(jīng)至少部分或完全實現(xiàn)了。
過時效熱處理可任選地在溫度的保持時間之后，通過大致為每分種2℃-5℃較小的冷卻速率，特別是每分鐘2℃-3℃，尤其是2.33℃/分鐘，而直接在再壓縮工藝后進(jìn)行(圖2，II區(qū))。
圖1表示當(dāng)部件從熱等靜壓制中取出并傳送到另一爐中的時間曲線。
過時效熱處理是通過在某一溫度的高熱處理，任選在該溫度有保持時間(圖2的曲線，取消高熱)，并且例如通過較小的冷卻速率進(jìn)行，該冷卻速率大致為每分鐘2℃-5℃，特別是每分鐘2℃-3℃，尤其是2.33℃/分鐘(圖1，II區(qū))。
對IN738LC進(jìn)行過時效熱處理，還會導(dǎo)致增大析出物，例如具有以下參數(shù)以10℃-25℃/分鐘加熱(如果需要)，保持溫度/保持時間，1180℃+0℃-10℃/保持時間任選3小時，以2℃-3℃/分鐘冷卻，特別是2.33℃/分鐘。直到950℃，然后空氣冷卻。
對于IN939，使用同樣的參數(shù)。
對于Rene80，保持溫度為1204℃+/-15℃。
過時效熱處理的保持溫度例如也是HIP-溫度。
不過該溫度可以升高或降低。
通過過時效熱處理，可導(dǎo)致γ′相的過時效，由此基本上提高了基材的可鍛性。
相對于未處理的合金，通過過時效熱處理例如改善了合金的可焊性，尤其是在室溫下的可焊性。
此外，由于該合金比未處理的合金具有改善的機(jī)械可鍛性，因此部件有更好的矯直性(機(jī)械變形性)和/或更好的切削或研磨加工性。
對于該部件以后的使用范圍，如高溫使用(einsatz)，這樣得到的結(jié)構(gòu)比熱處理前的結(jié)構(gòu)相比具有更差(schlechtere)的性質(zhì)。
由于差的可焊性和矯直性，至今不使用高固性的鎳超級合金，如IN939、Rene80和IN738C，特別是對于大而薄壁的部件，如爐膛內(nèi)襯。這種合金表明具有強(qiáng)度提高的γ′相，并可以不受限制地采用本發(fā)明方法進(jìn)行加工和使用(帶有焊合處)。
目前所選原料為Hastelloy X。該原料有較好的可焊性，但是與其他原料種類相比，具有有限的高溫強(qiáng)度和矯直性。
過時效熱處理后，任選地將缺陷處(裂縫、空隙......)例如借助微觀等離子體粉末堆焊或等離子體粉末堆焊進(jìn)行修復(fù)。
使用其他焊接方法，如手工的鎢-惰性氣體-焊接，原則上同樣可行。
焊接時形成的焊合處任選地可被錘打(敲打)，因為誘導(dǎo)了壓力應(yīng)力致使進(jìn)行冷卻硬化。同樣，由此可減少或消除孔或其他的缺陷。
之后，例如在相應(yīng)的裝置中的部件進(jìn)行冷矯直以校正部件幾何形狀。
之后，例如對部件進(jìn)行固溶處理(對于上述原料而言，大致1180℃至例如1200℃)，隨后進(jìn)行快速冷卻(例如每分鐘20℃-40℃，直到800℃，然后空氣冷卻)，即，比改善性熱處理時的冷卻速率更快。
這樣，過時效的結(jié)構(gòu)再次“清除”，即，至少部分地消除了粗的析出物并，例如通過調(diào)節(jié)精細(xì)分散的γ′-結(jié)構(gòu)(快速冷卻)，部件重新獲得合金的優(yōu)良高溫性質(zhì)。
對于部件使用范圍而言，必要時該結(jié)構(gòu)比熱處理以進(jìn)行改善加工性的部件的結(jié)構(gòu)具有更好的性質(zhì)。
對具有γ′相的原料進(jìn)行過時效熱處理過程中，該γ′相溶解。若γ′相溶解，則進(jìn)行緩慢的冷卻，此時γ′相析出，并相應(yīng)地粗大化。粗大化不僅導(dǎo)致γ′相的平均直徑增大，而且例如也使得γ′相球形化(spherodisation)，即，較少立方體的，而是更多被壓制出薄片狀。這樣的粗大化導(dǎo)致可鍛性的提高。
對于不具有γ′相的其他原料進(jìn)行相應(yīng)的熱處理，使微結(jié)構(gòu)改變，由此特別是在室溫下，改善了部件的可加工性。
改善合金加工性的方法可用于新制的部件，以及用于使用(修復(fù))中的部件。該做法如下所述。
清洗(除去氧化/腐蝕產(chǎn)物)使用的部件，并且例如進(jìn)行去層。
然后鑒定該部件，即，確定裂縫和孔隙。
然后進(jìn)行過時效熱處理，緊接著在室溫下對裂縫和孔進(jìn)行焊接修復(fù)，或者對部件進(jìn)行矯直。
然后任選地對所產(chǎn)生的焊合處進(jìn)行冷整形(錘打或敲打)。
隨后例如再次進(jìn)行熱處理(例如固溶處理)，以調(diào)節(jié)理想的精細(xì)分散的γ′-結(jié)構(gòu)。
還任選地對焊合處進(jìn)行其他的后處理，例如局部熱處理。
固溶處理例如在與過時效熱處理溫度相同的溫度下進(jìn)行，但是為避免γ′結(jié)構(gòu)粗大化，要快速冷卻。冷卻很快，以至于γ′相沒有完全析出，但至少部分保持強(qiáng)制溶解(zwangsgelst)。
任選地可進(jìn)行擱置時效處理，以析出理想的γ′結(jié)構(gòu)(細(xì)小的塊狀顆粒)。
焊接時，特別是使用同種焊劑或其組成與部件相同的焊劑。同種的是指，該焊劑具有與部件大致相同的組成，或者與基材相同的高溫性質(zhì)。例如，焊劑的成分具有與部件材料一樣的比例份數(shù)。
任選可以不用焊劑。
尤其是要避免較少高溫固體的焊劑。
當(dāng)焊劑通過析出而變硬，即其強(qiáng)度升高，則焊合處幾乎不能或完全不能減小部件的強(qiáng)度。
對于析出物(例如γ′相)而言，焊劑應(yīng)至少具有35％體積份數(shù)(在顯微照片中)。
焊接后錘打焊合處，是對焊接后第一次熱處理期間形成的裂縫施壓。
為了形成良好的且無裂縫的焊合處，過時效熱處理和錘打的結(jié)合首先能夠在室溫下進(jìn)行至少同種的焊接。
已知對于IN939的過時效溫度為1180℃，是高于現(xiàn)有技術(shù)公開的(1160℃，US-PS 6120624)。
例如，焊接后的后熱處理如下進(jìn)行以10℃-25℃/分鐘加熱并保持溫度以給定的時間，以20℃-40℃/分鐘進(jìn)行冷卻，使過時效結(jié)構(gòu)溶解。
以10℃-25℃/分鐘加熱并保持溫度以給定的時間(固溶退火)，以20℃-40℃/分鐘進(jìn)行冷卻。
并任選以10℃-25℃/分鐘加熱并在某規(guī)定保持溫度以給定的時間，冷卻(擱置時效熱處理)。
為了達(dá)到所需要的機(jī)械性質(zhì)，對于使用的部件，再次制備理想的精細(xì)分散的γ′相。
圖3表示一種超級合金的不同顯微結(jié)構(gòu)。
該實施例中，表示合金IN738的顯微結(jié)構(gòu)。
圖3a)表示具有立方初生γ′和細(xì)小次生γ′相的合金，這樣產(chǎn)生高強(qiáng)度的合金，該合金具有較小的可鍛性。
圖3b)表示過時效的顯微結(jié)構(gòu)，其具有薄片狀的γ′相，但是沒有次生γ′相。與圖3a相比，該顯微結(jié)構(gòu)具有更高的可鍛性。
權(quán)利要求
1.從一種通過析出而可硬化的合金制備部件的方法，該方法中，在一中間步驟中，通過在焊接前和/或機(jī)械加工前的改善性熱處理部件而使機(jī)械加工性和/或可焊性得到改善，析出物粗大化，由此使焊接和/或機(jī)械加工得到改善，并且該方法中，改善性熱處理至少部分地在以2℃-3℃/分鐘的冷卻速率緩慢冷卻過程中進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，作為對部件的改善性熱處理，進(jìn)行過時效熱處理，以使析出物粗大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，焊接和/或機(jī)械加工后再次進(jìn)行熱處理，以致使得與未經(jīng)熱處理的相比，對部件的使用范圍來說進(jìn)行這樣的調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)具有更好的性質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的方法，其特征在于，焊接和/或機(jī)械加工后進(jìn)行后熱處理，使析出物粗大化至少部分地再得到減弱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，為了制備部件，從合金的熔融體鑄造部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5的方法，其特征在于，該部件被再壓縮。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或6的方法，其特征在于，該部件在改善性熱處理之前被再壓縮。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，該部件在某一規(guī)定溫度高加熱，并且改善性熱處理至少部分地通過緩慢冷卻而進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7的方法，其特征在于，改善性熱處理直接在再壓縮后進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，改善性熱處理直接在鑄造后進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求6、7或9的方法，其特征在于，再壓縮借助于熱等靜壓制而進(jìn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或5的方法，其特征在于，作為合金，使用鐵基、鎳基或鈷基超級合金。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于，該合金具有γ′相。
14.根據(jù)權(quán)利要求1、3或4的方法，其特征在于，對焊接使用同種的焊劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求1、3或4的方法，其特征在于，對焊接使用一種焊劑，該焊劑與合金具有相同的組成。
16.根據(jù)權(quán)利要求1、3、4、14或15的方法，其特征在于，對焊接使用一種焊劑，其通過析出而硬化。
17.根據(jù)權(quán)利要求1、3、4、14、15或16的方法，其特征在于，焊接時形成焊合處，至少錘打一個焊合處。
18.根據(jù)權(quán)利要求1或5的方法，其特征在于，作為合金，使用原料IN738LC或IN939。
19.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，對改善性熱處理將部件保持在一溫度，然后對部件進(jìn)行冷卻。
20.根據(jù)權(quán)利要求1、2或19的方法，其特征在于，改善性熱處理至少在合金的固溶處理溫度下進(jìn)行。
21.根據(jù)權(quán)利要求1、2、19或20的方法，其特征在于，過時效熱處理在1180℃進(jìn)行。
22.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，為了使粗大的析出物至少部分再次減弱，后熱處理至少部分地在固溶處理溫度下進(jìn)行。
23.根據(jù)權(quán)利要求4或22的方法，其特征在于，為了使粗大的析出物至少部分地再次減弱，后熱處理至少部分地在冷卻速率為20℃～40℃/分鐘的冷卻時進(jìn)行。
24.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，焊劑析出的體積量至少為35％。
25.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，再壓縮的溫度低于部件材料的固相線。
全文摘要
現(xiàn)有技術(shù)中已知的合金不具有足夠的用于生產(chǎn)部件的加工性。根據(jù)本發(fā)明方法，在中間步驟中對該部件進(jìn)行熱處理，可提高其可加工性。
文檔編號C22F1/10GK1726297SQ200380105754
公開日2006年1月25日 申請日期2003年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月10日
發(fā)明者奈杰爾-菲利普·考克斯, 羅爾夫·威爾肯霍納, 德克·戈德施米特, 康斯坦汀·A·尤什切科 申請人:西門子公司