[发明专利]使用Laves相析出在IN706中的晶粒细化

说明书

本发明提供了一种制造制品的方法，所述方法包括使镍基超合金的铸锭变形以形成中间制品，在中间制品内形成Laves相析出物的基本上均匀的分散，其中Laves相析出物以按体积计至少约0.05％的浓度存在，并且析出物具有小于1微米的平均直径。本发明还提供了包括Laves相析出物的基本上均匀的分散的镍基超合金，其中晶间和穿晶Laves相析出物以按体积计至少约0.1％的浓度存在，并且其中析出物具有小于1微米的平均直径。Laves相的析出可在热机械加工过程中控制微观结构，并且生产具有细化晶粒尺寸的超合金。

技术领域

本发明一般涉及用于制造在极端温度和物理应力应用例如高效燃气涡轮发动机中具有改进的使用寿命的制品的合金，以及通过这些方法制造的制品。

背景技术

加工零件(包括工业燃气涡轮发动机)的一致和延长的性能随着高效结构和部件的改进而处于增长的需求下。例如，在许多情况下，特别是就在高温下的延长功能性和效率而言，燃气涡轮发动机的轴、盘和大型叶轮(wheel)还有其他部件的生命周期可能受到低循环疲劳的限制。出于各种原因，镍基合金和超合金一般是用于制造机器部件的有吸引力的组成成分，在此类机器中在极端条件例如高热暴露和极端温度波动下长期需要高性能。含有超细晶粒尺寸的合金可提供极大改进的疲劳和强度特性。对于一些合金，可在重结晶和/或晶界迁移之前使用特定金属间钉扎相(intermetallic pinning phases)的析出来显著降低晶粒尺寸。

此外，在不存在晶界钉扎相的情况下，大的Ni超合金锻造需要特定的温度、应变和应变率，以实现晶粒破坏和重结晶至所需的尺寸实现所需的机械性能。在非常大的部件例如工业燃气涡轮叶轮中，由于所需的零件尺寸/形状，这些关键加工条件并不一定是可能的。目前的工业燃气涡轮叶轮遇到这个问题，并且因为与其中可获得所需加工条件的较薄截面部件相比，晶粒尺寸粗糙，所以厚部件具有减少的低循环疲劳寿命。钉扎相的引入有助于控制晶粒尺寸，而不必仅依赖于热机械加工。对于在其中不能实现均匀的高应变驱动晶粒细化和重结晶的非常大的零件，这将是特别期望的。改进的低循环疲劳可允许厚截面部件，例如工业燃气涡轮叶轮，以更细的晶粒尺寸和改进的部件寿命进行加工。

镍基超合金是与向其中添加多种合金化元素的任何其他元素相比，具有更高百分比的镍的基于VIII族元素(镍、钴或铁)的合金。超合金的定义特征在于它们在高温下显示相对高的机械强度和表面稳定性的组合。铬镍铁合金(Inconel Alloy，因科镍合金)706(IN706)是技术人员已知的镍基超合金的一个实例，其用于许多燃气涡轮部件以及暴露于相似的极端温度和其他苛刻条件下的其他部件中。使用中的机械性能取决于合金的固有特性(例如化学组成)和部件的微观结构(特别是晶粒尺寸)两者。晶粒尺寸可控制诸如低循环疲劳、强度和蠕变的特征。通常，IN706具有相对粗的晶粒，在锻造零件的固溶化(solutioning)之后，其中晶粒通常平均直径大于60μm。这是因为，照惯例，IN706的加工不导致例如通过晶界钉扎机理，在最终热处理期间能够控制晶粒生长的第二相颗粒析出。相比之下，在其中可达到第二相颗粒形成的细晶粒合金中，第二相颗粒起到钉扎晶界的作用，从而减少了在锻造和固溶热处理过程中的晶界迁移。

因此，需要用于超合金部件(例如IN706部件)的制造方法，该制造方法包括导致在超合金的微观结构内形成离散的第二相颗粒。这种方法可有利地产生可用常规方法达到的更精细和更均匀的晶粒结构。

发明内容

在一个方面，本发明提供了制造制品的方法，所述方法包括使镍基超合金的铸锭变形以形成中间制品，在所述中间制品内形成Laves相析出物的基本上均匀的分散，其中所述Laves相析出物以按体积计至少约0.05％的浓度存在于所述中间制品中，并且其中所述析出物具有小于1微米的平均直径。

基于上述一个方面，本发明还提供以下技术方案：

技术方案1：根据上述一个方面的方法，其中，所述Laves相析出物以按体积计至少约0.075％的浓度存在于所述中间制品中。