制备超合金制品和相关制品的方法技术

本发明专利技术呈现了用于制备包括镍基超合金的制品的方法。该方法包括在高于镍基超合金的γ'固溶线温度的温度下热处理包括镍基超合金的工件，并且以小于50华氏度/分钟的冷却速率从高于镍基超合金的γ'固溶线温度的温度冷却经热处理的工件，以便获得经冷却的工件。经冷却的工件包括浓度为按体积计至少10百分比的平均粒度小于250纳米的γ'沉淀相，并且基本上不含γ″相。本发明专利技术还呈现了具有大于6英寸的最小尺寸的制品。该制品包括具有平均粒度小于250纳米的γ'沉淀相并且基本上不含γ″相的材料。

Methods for preparing superalloy products and related products

The invention presents a method for preparing a product including a nickel based superalloy. The method includes the solvus temperature in the Y 'higher than that of Ni based superalloy under the temperature of heat treatment including the nickel based super alloy, and with less than 50 degrees Fahrenheit / workpiece temperature cooling cooling rate R' minutes from above the nickel based super alloy wire temperature after heat treatment, in order to receive by cooling the workpiece. The cooled workpiece consists of a gamma 'precipitation phase with an average particle size of less than 250 nanometers, and basically free of gamma \phase, at least 10 percent of the volume meter. The invention also presents a product with a minimum size of more than 6 inches. The product consists of materials with an average size of less than 250 nanometers of gamma 'precipitation phase and basically without gamma \phase.

【技术实现步骤摘要】
制备超合金制品和相关制品的方法相关申请的交叉引用本专利申请涉及案号为285203-1，于2016年6月30日提交的名称为“制备超合金制品和相关制品的方法(METHODSFORPREPARINGSUPERALLOYARTICLESANDRELATEDARTICLES)”的专利申请。关于联邦资助的研究与开发的声明本专利技术在由美国能源部(U.S.DepartmentofEnergy)授予的合同号DE-FE0026299下由政府支持进行。政府在本专利技术中拥有一定的权利。
技术介绍
本公开内容的实施例一般涉及用于高温应用的金属合金，例如超合金。更特别地，本公开内容的实施例涉及用于制备包含镍基超合金的制品的方法，镍基超合金用于制造在高温环境例如涡轮发动机中使用的部件。超合金的优异强度主要归因于在相对更延展的基质相内存在的一个或多个硬沉淀相的受控分散体。例如，镍基超合金可通过一种或多种金属间化合物得到强化，通常称为“γ'(gamma-prime)”和“γ”(gamma-double-prime)”。一般而言，制品可通过热机械加工这些超合金进行制备，以实现具有所需粒度和形态的γ'相和γ”相中的一个或多个的沉淀分散体。受控的粒度和形态可提供超合金制品中的期望性质的平衡。然而，当制造大型制品(具有大于6英寸的最小尺寸)时，在超合金的热机械加工期间，常规超合金中的γ'相一般经受严重的过度老化。用于制备超合金的制品以实现受控的γ'粒度和形态的改进方法是期望的。
技术实现思路
本文提供了用于制备包含镍基超合金的改进制品的替代方法。在一个方面，用于制备制品的方法包括在高于镍基超合金的γ'固溶线温度的温度下热处理包含镍基超合金的工件，并且以小于50华氏度/分钟的冷却速率从高于镍基超合金的γ'固溶线温度的温度冷却经热处理的工件，以便获得经冷却的工件。经冷却的工件包含浓度为按经冷却的工件的材料的体积计至少10百分比的γ'沉淀相，并且基本上不含γ”相。γ'沉淀相具有小于250纳米的平均粒度。基于上述一个方面，本专利技术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，所述镍基超合金包含：至少30重量百分比的镍；约0.25重量百分比至约6重量百分比的铝；约0.5重量百分比至约9重量百分比的铌，和小于4重量百分比的钛、小于4重量百分比的钽、或小于4重量百分比的钛和钽的组合，其中钛与铝的原子比、钽与铝的原子比、或钛和钽的组合与铝的原子比小于2。技术方案2：根据技术方案1的方法，所述镍基超合金包含小于2重量百分比的钛、小于2重量百分比的钽、或小于2重量百分比的钛和钽的组合。技术方案3：根据技术方案1的方法，所述镍基超合金包含约0.5重量百分比至约4重量百分比的铝和约1.5重量百分比至约7重量百分比的铌。技术方案4：根据技术方案1的方法，所述材料还包含约10重量百分比至约30重量百分比的铬、0重量百分比至约45重量百分比的钴、0重量百分比至约40重量百分比的铁、0重量百分比至约4重量百分比的钼、0重量百分比至约4重量百分比的钨、0重量百分比至约2重量百分比的铪、0重量百分比至约0.1重量百分比的锆、0重量百分比至约0.2重量百分比的碳、0重量百分比至约0.1重量百分比的硼或其组合。技术方案5：根据上述一个方面的方法，所述γ'沉淀相具有小于200纳米的平均粒度。技术方案6：根据上述一个方面的方法，所述γ'沉淀相具有小于100纳米的平均粒度。技术方案7：根据上述一个方面的方法，所述γ'沉淀相以在按所述经冷却的工件的材料的体积计约20百分比至按所述经冷却的工件的材料的体积计约60百分比范围内的浓度存在。技术方案8：根据上述一个方面的方法，所述冷却步骤以小于20华氏度/分钟的冷却速率进行。技术方案9：根据上述一个方面的方法，所述冷却步骤以小于10华氏度/分钟的冷却速率进行。技术方案10：根据上述一个方面的方法，所述冷却步骤以在约1华氏度/分钟至约5华氏度/分钟范围内的冷却速率进行。在另一个方面，用于制备制品的方法包括在高于镍基超合金的γ'固溶线温度的温度下热处理包含镍基超合金的工件，并且以小于10华氏度/分钟的冷却速率从高于镍基超合金的γ'固溶线温度的温度冷却经热处理的工件，以便获得经冷却的工件。镍基超合金包括至少30重量百分比的镍；约0.5重量百分比至约4重量百分比的铝；约1.5重量百分比至约7重量百分比的铌；和小于2重量百分比的钛、小于2重量百分比的钽、或小于2重量百分比的钛和钽的组合，其中钛与铝的原子比、钽与铝的原子比、或钛和钽的组合与铝的原子比小于1。经冷却的工件包括浓度为按经冷却的工件的材料的体积计至少20百分比的γ'沉淀相，并且基本上不含γ”相。γ'沉淀相具有小于100纳米的平均粒度。在一个进一步的方面，制品包括包含下述的材料：包含至少30重量百分比的镍；约0.25重量百分比至约6重量百分比的铝；约0.5重量百分比至约9重量百分比的铌；和小于4重量百分比的钛、小于4重量百分比的钽、或小于4重量百分比的钛和钽的组合，其中钛与铝的原子比、钽与铝的原子比、或钛和钽的组合与铝的原子比小于2。该材料还包含浓度为按材料的体积计至少10百分比分散在基质相内的γ'沉淀相，并且基本上不含γ”相。γ'沉淀相具有小于250纳米的平均粒度。制品具有大于6英寸的最小尺寸。基于上述进一步的方面，本专利技术还提供以下技术方案：技术方案11：根据上述进一步的方面的制品，所述γ'沉淀相具有小于200纳米的平均粒度。技术方案12：根据上述进一步的方面的制品，所述γ'沉淀相具有小于100纳米的平均粒度。技术方案13：根据上述进一步的方面的制品，所述材料包含小于2重量百分比的钛、小于2重量百分比的钽、或小于2重量百分比的钛和钽的组合。技术方案14：根据上述进一步的方面的制品，所述材料包含约0.5重量百分比至约4重量百分比的铝和约1.5重量百分比至约7重量百分比的铌。技术方案15：根据上述进一步的方面的制品，所述材料还包含约10重量百分比至约30重量百分比的铬、0重量百分比至约45重量百分比的钴、0重量百分比至约40重量百分比的铁、0重量百分比的百分比至约4重量百分比的钼、0重量百分比至约4重量百分比的钨、0重量百分比至约2重量百分比的铪、0重量百分比至约0.1重量百分比的锆、0重量百分比至约0.2重量百分比的碳、0重量百分比至约0.1重量百分比的硼或其组合。技术方案16：根据上述进一步的方面的制品，所述制品具有大于8英寸的最小尺寸。附图说明当参考附图阅读下述详细描述时，本公开内容的这些和其他特征、方面和优点将得到更好地理解，其中：图1是根据本文所述方法的一个实施例，用于制备制品的方法的流程图；图2是使用常规镍基超合金组合物制备的制品的一部分的显微照片；图3是使用另一种常规镍基超合金组合物制备的制品的一部分的显微照片；和图4是通过根据本文所述方法的一个实施例的方法制备的制品的显微照片。具体实施方式本公开内容一般包括可对各种各样的合金，特别是能够经由沉淀物在热机械加工期间被硬化/强化的合金(例如超合金)进行的热机械加工。如本文使用的，术语“超合金”指通过分散在基质相中的沉淀物强化的材料。通常已知的超合金例子包括γ'沉淀强化的镍基超合金和γ”沉淀强化的镍基超合金。术语“镍基”一般意指组合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备制品的方法，所述方法包括：在高于镍基超合金的γ'固溶线温度的温度下热处理包含所述镍基超合金的工件；和以小于50华氏度/分钟的冷却速率从高于镍基超合金的γ'固溶线温度的温度冷却所述经热处理的工件，以便获得包含γ'沉淀相的经冷却的工件，所述γ'沉淀相浓度为按所述经冷却的工件的材料的体积计至少10百分比且具有小于250纳米的平均粒度，其中所述经冷却的工件基本上不含γ”相。

【技术特征摘要】
2016.06.30 US 15/1985141.一种用于制备制品的方法，所述方法包括：在高于镍基超合金的γ'固溶线温度的温度下热处理包含所述镍基超合金的工件；和以小于50华氏度/分钟的冷却速率从高于镍基超合金的γ'固溶线温度的温度冷却所述经热处理的工件，以便获得包含γ'沉淀相的经冷却的工件，所述γ'沉淀相浓度为按所述经冷却的工件的材料的体积计至少10百分比且具有小于250纳米的平均粒度，其中所述经冷却的工件基本上不含γ”相。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镍基超合金包含：至少30重量百分比的镍；约0.25重量百分比至约6重量百分比的铝；约0.5重量百分比至约9重量百分比的铌，和小于4重量百分比的钛、小于4重量百分比的钽、或小于4重量百分比的钛和钽的组合，其中钛与铝的原子比、钽与铝的原子比、或钛和钽的组合与铝的原子比小于2。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述镍基超合金包含小于2重量百分比的钛、小于2重量百分比的钽、或小于2重量百分比的钛和钽的组合。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述镍基超合金包含约0.5重量百分比至约4重量百分比的铝和约1.5重量百分比至约7重量百分比的铌。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述材料还包含约10重量百分比至约30重量百分比的铬、0重量百分比至约45重量百分比的钴、0重量百分比至约40重量百分比的铁、0重量百分比至约4重量百分比的钼、0重量百分比至约4重量百分比的钨、0重量百分比至约2重量百分比的铪、0重量百分比至约0.1重量百分比的锆、0重量百分比至约0.2重量百分比的碳、0重量百分比至约0.1重量百分比的硼或其组合。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：AJ德托尔，R迪多米奇奥，周宁，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US