一种制造在高温时具有提高的延展性的钴铬钼合金烧结元件的方法技术

本发明专利技术涉及一种制造钴铬钼合金元件的方法，所述元件在８００℃时的平均极限伸长率大于１０％，在８００℃时的平均屈服载荷时大于４００Ｍｐａ，该方法包括以下步骤：ａ）通过粉末烧结添加剂方式获得钴铬钼合金的烧结元件，该烧结元件包含在熔融基质内呈不规则分布的各种碳化物；ｂ）在１１００℃到１３００℃之间对烧结元件进行至少２小时的第一次热处理，使所述碳化物增溶，以形成增溶中间产物；ｃ）以至少等同于在空气中时的冷却速率对所述增溶中间产物进行冷却，以形成冷却后的中间产物；ｄ）对所述冷却后的中间产物在７００℃到１０００℃温度范围内进行第二次热处理，以获得所述元件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造在高温时具有提高的延展性的钴铬钼合金元件的方法，尤其 涉及通过粉末烧结添加剂方式制得的元件。更具体地，本专利技术涉及一种处理方法，该方法用 于使此类元件在航空业用途、例如用作发动机部件时，其机械性能最佳化。
技术介绍
钴铬钼合金因其良好的机械特性(硬度，抗压强度)及抗腐蚀性而广为人知，因此 在全欧洲的生物医学界非常流行，尤其用作制造假肢和牙体植入材料。在所述领域，所述合 金的使用遵循美国材料与试验协会(ASTM)F75标准及IS05832标准。然而，通过铸造钴铬钼合金所得到元件普遍存在微结构缺陷，该缺陷与碳化物的 偏析及材料的多孔性有关，可导致局部腐蚀现象，以及其机械特性的日趋衰退。为了克服所述缺陷，研发了基于粉末烧结添加剂的“快速制造”技术。例如，美国专利2006157892公开了一种利用电子束粉末烧结层制造立体元件的 方法。另外，美国专利2009152771公开了一种利用激光粉末烧结制造立体元件的方法。航空业中所使用的元件需要具备高耐磨性和高耐热性，而钴铬钼合金在常规使 用温度下恰好具备这些特点，因此，钴铬钼合金元件在航空业中使用的可能性尤为引人关 注。然而，迄今为止，还不可能将基于粉末烧结添加剂的技术拓展到航空业的应用中。其 原因是，在室温下，由所述方法制得的元件呈现出良好的硬度和机械特性，但当暴露在高温 (800°C左右)、即航空发动机元件的常规工作温度时，将变得极其易碎。事实上，在上述领域中最具应用潜力的钴铬钼合金除了含有铬和钼之外，还含有 相当数量的碳。这三种元素的同时存在将引起碳化物的形成，一方面，该碳化物有助于形成 材料的高硬度和良好的机械特性，但另一方面，当该碳化物在晶界析出时，将导致材料的脆 裂。碳化物的析出在热力学上是希望获得的，尤其在航空业的应用温度范围。粉末烧结制造系统的主要使用者提出，对烧结元件进行热处理，以克服这一缺陷。例如提出，对由激光粉末烧结制得的钴铬钼合金元件在1050°C进行2个小时的应 力消除热处理，该处理的首要目的是将元件的内应力减为最小，因而将元件的张力减为最 小(该张力为不希望存在的，尤其当元件具有复杂的几何形状时)。在应力消除的过程中，碳化物在晶界析出，因此，这种热处理降低了元件的机械阻 力、屈服性和极限伸长率。所述现象在700°C到1000°C温度范围内尤其明显。当温度进一 步升高时，例如升至1050°C时，将引起碳化物的增溶，同时减轻脆化效应；但另一方面，在 使用中，无法阻止这些碳化物通过其它不受控制的方式再次沉淀。也就是说，如果旨在提高 粉末烧结制得的钴铬钼合金元件的机械特性，则不建议采用这种热处理方式。另外，须强调的是，所述情形还未将元件暴露在高温下、如航空业应用的常规温度 中的可能性考虑在内。此外，还提出了对烧结制得的元件进行热等静压压缩(业内称HIPing技术，取HotIsostatic Pressing的首字母缩写，即HIP)处理，旨在使材料均质化，以降低脆度。这 实际上是获得了结构上各同向性的再结晶材料，其内部结构不含可见碳化物。尽管所述处理在一方面显著地提高了材料的极限伸长率，然而，该处理使得材料 的机械特性相比烧结材料明显降低，还增加了制造成本。另外，所述处理能有效地获得碳化物的溶解，但是，当材料暴露在高温使用条件下 时，所述处理无法控制随后的沉淀。即，所述处理只对较低温度时使用的元件有用，这种 较低温度是指低于碳化物再次沉淀的温度范围的温度，所述碳化物再析出温度范围为约 700°C 到 1000°C之间。因此，需要提供一种制造钴铬钼合金元件的方法，以克服现有技术方案的缺陷。此外，对于航空业，尤其需要一种制造钴铬钼合金元件的方法，以优化元件在适于 航空应用的温度(接近800°C)时的机械特性，特别是降低脆度、提高延展性和高温时的屈 服性方面。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种用于制造钴铬钼合金元件的方法，该方法能满足上述 至少一项需求，操作简单且成本低廉。通过本专利技术可实现上述目的，本专利技术涉及一种用于制造钴铬钼合金元件的方法， 所述元件在800°C时的平均极限伸长率大于10%，在800°C时的平均屈服载荷大于400Mpa， 该方法包括以下步骤a)通过粉末烧结添加剂方式获得钴铬钼合金的烧结元件，该烧结元件包含在熔融 基质内呈不规则分布的各种碳化物；b)在1100°C到1300°C之间对烧结元件进行至少2小时的第一次热处理，使所述碳 化物增溶，以形成增溶中间产物；c)以至少等同于在空气中时的冷却速率对所述增溶中间产物进行冷却，以形成冷 却后的中间产物；d)对所述冷却后的中间产物在700°C到1000°C温度范围内进行第二次热处理，以 获得所述元件的碳化物的均勻、精细的再析出。附图说明为更好地理解本专利技术，以下将结合优选实施例进行说明，该优选实施例并不构成 对本专利技术的限制，其中附图说明如下图1为钴铬钼合金烧结元件的形态学显微照片；图2为图1中的烧结元件经本专利技术的方法中的步骤a)，b)和c)处理后获得的中 间产物的形态学显微照片(在1220°C进行了 4小时的增溶及冷却后)；图3为钴铬钼合金烧结元件经本专利技术的方法的步骤d)处理后的形态学显微照片 (在1220°C进行4小时的增溶，接着冷却，随后在815°C进行10小时的处理)。具体实施例方式根据本专利技术的方法，首先对钴铬钼合金以粉末烧结添加剂的方式进行烧结，以获得烧结元件，优选地为通过激光烧结或电子束烧结方式。考虑到多元件系统处于转变，烧结 的操作条件决定了熔基基质，合金的其它主要成分的碳化物分布在熔基基质中——更多的 是铬和钼碳化物——由不规则和不受控的析出引起。图1的显微照片定性地显示了烧结元 件的微观结构。对制得的烧结元件进行第一次热处理，使碳化物在1100°C到1300°C温度范围内 增溶。当温度低于1100°C时，碳化物的溶解和合金中元素的分散将无法达到符合要求的条 件。另一方面，当温度高于1300°c时，结晶颗粒将过大，并且，烧结元件可能会受到进行热处 理的熔炉的炉壁及所使用的工具的污染。增溶处理至少要在高温下进行2小时，优选地为至少4小时，以便碳化物充分增 溶，构成合金的元素充分相互扩散。优选地，对烧结元件进行热处理的温度为1200°C到1250°C之间，更优选的温度为 1220°C 左右。尽管加热速率不是影响处理后的材料的最终特性的基本参数，然而优选地，尤其 对于具有复杂的几何形状的烧结元件来说，在温度增加时有一个或两个停顿，例如两个，以 获得烧结元件中均勻的温度分布，并因此降低形变的可能性。通过增溶步骤，获得了增溶中间产物。根据本专利技术，接着对所述增溶中间产物以至少等同于在空气中时的冷却速率进行 冷却换而言之，冷却速率必须足够高，以防止碳化物再析出。在实际使用中，考虑到上 述增溶热处理的温度、因此产生的处理后元件的热应力以及熔炉本身的结构，冷却的第一 步骤优选地在熔炉中、无风的空气里进行，例如，将温度降低至iioo°c以下，随后在冷却气 流中进行冷却步骤。为了抑制氧化现象，尤其当成品元件上应用了过量的金属时，优选地为在惰性气 氛中进行操作(真空、氩气等)。上述增溶热处理使材料的结构发生了较大的改变，通过对比图1和图2中的显微 照片清晰可见图2示意了冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造钴铬钼合金元件的方法，所述元件在８００℃时的平均极限伸长率大于１０％，在８００℃时的平均屈服载荷时大于４００Ｍｐａ，所述方法包括以下步骤：　　ａ）通过粉末烧结添加剂方式获得钴铬钼合金的烧结元件，该烧结元件包含在熔融基质内呈不规则分布的碳化物；　　ｂ）在１１００℃到１３００℃之间对烧结元件进行至少２小时的第一次热处理，使所述碳化物增溶，以形成增溶中间产物；　　ｃ）以至少等同于在空气中时的冷却速率对所述增溶中间产物进行冷却，以形成冷却后的中间产物；　　ｄ）对所述冷却后的中间产物在７００℃到１０００℃温度范围内进行第二次热处理，以获得所述元件的碳化物的均匀、精细的再析出。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吉欧凡尼保罗萨农，
申请(专利权)人：AVIO有限公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]