[其他]可焊接的铸造镍基超级合金

说明书

本发明是关于一种特殊超级合金的组合物的改性处理，即称为瓦斯帕洛伊变形镍基耐热合金（Waspaloy，以下简称瓦氏合金）的改性处理，使它可以焊接。

本发明基于的合金是瓦氏合金。这是一种五十年代初期应用于燃气透平发动机研制出来的合金。其标称组合物的必要元素（按重量计算）是19.5%铬，13.5%钴，3.75%钼，3.0%钛，1.12%铝，0.005%硼，0.006%碳，余量为镍。此外，可以有限量地含有某些杂质，其中最主要的是铁，其量可达到2%（重量）。（早期某些资料认为，铁是瓦氏合金的必要组分，其量约为3%）。

瓦氏合金的“余量”元素是镍，其价格一般是每磅几美元。而铁的价格，每磅还远远不到一美元。因此，这里有个经济动力，鼓励瓦氏合金生产厂，加些铁以降低原料成本。还有一个附加动力，那就是大部分的超级合金废品，都含有铁杂质，很难从该废品中把它去掉。这种富铁废品的存在，多半会使铁在瓦氏合金变成夹杂物。

本专利受让者对最近所收到的13炉瓦氏合金原料的含铁量进行了分析。其平均含铁量为1.16%，最低含铁量为0.70%。这些数据支持了前面叙述的论点，即几乎任何商业性瓦氏合金原料，其含铁量约大于1%。

们可以发现，瓦氏合金广泛应用在燃气透平工业，多数用在锻造成形方面，有时用在铸造成形方面。瓦氏合金强度大，特别是在温度为538至816℃的范围内，比大多数的代用品更大。

在过去，这种合金已经被用在锻造成形和铸造成形，用在锻造成形时，可以把它弯曲，或者做成其他有用的形状;用在铸造成形时，可采用铸造过程来完成另部件的基本几何形状。无论是锻件或者是铸件，都可以通过机械切削加工，做成异常复杂的形状，具有高精度公差尺寸。此外，还有一种动力，即降低发动机重量，使得做到，尽管过去的发动容许铸件过量消耗材料，而现在的发动机，则要求减少一切过量的材料。同时，现在的铸造工艺已有重大进展，使得形状不断复杂的部件，一经铸造，可以几乎做成最后形状或者有效形状，所需的精密加工，减少到最小。在另一方面，由于所用的温度和应力不断提高，则促进应用更强的材料。这些因素促使燃气透平发动机的应力不断提高，则促进应用更强的材料。这些因素促使燃气透平发动机的设计人员寻找应用一种材料成分如瓦氏合金制成的复杂铸件。制造这种铸件所面临的主要问题是，在铸造过程中，易于破裂。其结果，迄今为止所供应的瓦氏合金铸件中，无裂纹铸件的成品率相当低。因此，瓦氏合金组合物制造的铸件的实用性，取决于能否对具有微细裂纹和类似缺陷的铸件进行焊接修理。当不小心地将材料过多地切削时，可以采用焊接工艺的熔敷材料，能够维修好一个部件的非关键部件上的微小加工缺陷，这种维修能力是有用的。然而，从其他方面的要求来看，在历史上瓦氏合金组合物因缺乏可焊性而蒙受损失。

瓦氏合金型组合物，有许多美国专利叙述过，很明显这些专利是从1946年申请的U.S.P.2，570，193开始，现部分列出如下：

2，570，193;2，977，222;3，166，412;3，207，599;3，512，963;3，625，678;3，723，107;3，850，624;4，110，110;4，213，026;4，456，481。

由于在这有限的合金范围内，公布了许多美国专利，人们对于在基本组合物中加入和/或去掉许多元素来达到各种目的已不会感到惊奇。尤其是U.S.P.3，166，412，这涉及到由瓦氏合金型组合物所制造的铸件，该专利中有部分叙述是这样的，即铁是这个合金的无用元素，其含量不应大于0.5%，最好不大于0.25%。但是对于由于存在铁和/或把铁限制于上述范围内所得到的好处这个问题的性质，没有做叙述。该专利没有涉及到焊接或可焊性问题。

同时，有些专利指出，为了改良其可焊性，在超级合金中加入锰。例如U.S.P.4，213，026建议，向镍基超基合金焊丝加0.5%-3%锰，以改进其焊接工艺过程和防止在受热区产生裂纹。然而该专利中的图2和图3，以及表4认为，瓦氏合金，既使用锰来改性，他为焊接用，只能当备用料。

瓦氏合金组合物在铸造成形中的改性和可焊性，其方法是把商用组合物中的含铁量，限制在一定水平上，在0.2%以下，优先在0.1%以下;加锰0.3%-0.5%;限制含锆量;尽可能把硫，铋和铅的含量限制在低水平;优先地把铝和钼的含量维持在普通瓦氏合金组合物范围的下限。

人们可以通过下面的说明更加了解本发明的上述特点和其他特性以及它的好处。