一种用于热处理由合金形成的部件的工艺。该工艺包括：使用三轴向因子处理合金的单轴应变试验数据，以确定等效多轴应力状态。然后向多轴应力状态应用条件，以标识部件的冷却路径。冷却路径包括热处理温度和冷却速率的边界，其不超过预定应力或应变，和/或避免合金中的预定残余应力型式。然后根据在应用步骤中标识的冷却路径，将部件加热到热处理温度并淬火。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种用于热处理由合金形成的部件的工艺。该工艺包括：使用三轴向因子处理合金的单轴应变试验数据，以确定等效多轴应力状态。然后向多轴应力状态应用条件，以标识部件的冷却路径。冷却路径包括热处理温度和冷却速率的边界，其不超过预定应力或应变，和/或避免合金中的预定残余应力型式。然后根据在应用步骤中标识的冷却路径，将部件加热到热处理温度并淬火。【专利说明】相关申请的交叉引用本申请要求2011年12月29日申请的美国临时申请N0.61/581354的优先权，该申请的内容通过引用合并到本文中。
技术介绍
本专利技术大体上涉及通过锻造工艺制造且随后被热处理以获得期望微观结构的部件。更具体地，本专利技术致力于一种用于避免例如用于形成涡轮机旋转部件的类型的高度合金化镍基合金中的淬火裂纹的方法，其工艺包括能够获得最佳微观结构的热处理参数。 燃气涡轮发动机的燃烧器和涡轮区段内的部件通常由超合金材料形成，以便获得高温下可接受的机械性能，该高温由燃烧器中产生的热燃烧气体导致。在现代高压力比的燃气涡轮发动机中，较高的压缩机出口温度也需要使用具有高性能的超合金以用于压缩机部件，包括叶片、轮轴(spool)、盘(轮)和其他部件。给定部件的适当合金成分和微观结构依赖于该部件经受的特定温度、应力和其他条件。例如，旋转硬件如涡轮盘和压缩机轮轴和盘通常由必须经过精密控制的锻造、热处理和表面处理的合金形成，以产生受控的晶粒结构和期望的机械性能。 在这些应用中使用的合金的著名示例包括伽马一级(Y ')相析出强化镍基超合金，其含有铬、鹤、钥、铼和/或钴作为主要元素，该主要元素与镍结合以形成伽马(Y)相基体，并且含有铝、钛、钽、铌和/或钒作为主要元素，该主要元素与镍结合以形成Y '析出强化相，特别是Ni3(Al，Ti)。X'相镍基超合金的具体示例包括Ren688DT(R88DT ;美国专利N0.4957567)和 Ren6104(R104 ;美国专利 N0.6521175)、以及按商标Inconel?、Nimonic?:和Udimet?市售的某些镍基超合金。R88DT以重量百分比计包括以下成分:约15.0-17.0%的铬，约12.0-14.0 %的钴，约3.5-4.5 %的钥，约3.5-4.5 %的钨，约1.5-2.5 %的铝，约 3.2-4.2 % 的钛，约 0.50-1.0 % 的铌，约 0.010-0.060 % 的碳，约 0.010-0.060 % 的锆，约0.010-0.040 %的硼，约0.0-0.3 %的铪，约0.0-0.01 %的钒和约0.0-0.01 %的钇，余量为镍和偶存杂质。R104以重量百分比计具有以下公称成分:约16.0-22.4%的钴，约 6.6-14.3 % 的铬，约 2.6-4.8 % 的铝，约 2.4-4.6 % 的钛，约 1.4-3.5 % 的钽，约 0.9-3.0 %的铌，约1.9-4.0 %的钨，约1.9-3.9 %的钥，约0.0-2.5 %的铼，约0.02-0.10 %的碳，约 0.02-0.10%的硼，约0.03-0.10%的锆，余量为镍和偶存杂质。盘和其他关键的燃气涡轮发动机部件通常由通过粉末冶金(P/Μ)、常规铸造和精制(wrought)工艺、以及喷铸或晶核(nucleated)铸造技术获得的坯料锻造成。锻造通常在具有促进成形性的细小晶粒微观结构的坯料上进行，随后常常进行热处理以导致均匀的晶粒生长(粗化)，从而优化性能。该热处理在超固溶温度下进行，也就是说，在合金的析出相进入固体溶液中的固溶温度以上。锻件随后根据特定冷却工艺进行冷却，以在盘内获得所需的析出强化微观结构。 图1中表示现有技术中已知类型的涡轮盘10。涡轮盘10大体上包括外轮缘12、中央轮毂或镗部(bore) 14、以及在轮缘12和镗部14之间的辐板16。根据已知实践，轮缘12配置成用于涡轮叶片(未示出)的附连。呈通孔形式的镗孔18位于镗部14的中心，以用于将盘10装配到轴上，且因此镗孔18的轴线与盘10的旋转轴线重合。盘10为一体锻件，且代表用于航空发动机中的涡轮盘，该航空发动机包括但不限于高旁通(high-bypass)燃气涡轮发动机，例如通用电气公司生产的GE90?和GEnx?商用发动机。 涡轮盘10的镗部14和辐板16 (以及压缩机轮轴和盘的那些)大体上具有低于轮缘12的工作温度。因此，所容许且常常期望镗部14具有与轮缘12不同的性能。取决于所使用的具体的一种或多种合金，轮缘12、镗部14和辐板16的最佳微观结构也可不同。例如，对于镗部14和辐板16，相对较细的晶粒尺寸常常是最佳的，以促进拉伸强度、断裂强度、以及对低循环疲劳(LCF)的抵抗，而在轮缘12中，较粗的晶粒尺寸常常是最佳的，以促进抗蠕变性能、抗应力-断裂性能、以及抗裂纹生长性能，例如，高温下低持续时间(dwell)(保持时间)疲劳裂纹生长速率(DFCGR)。为了满足这些竞争性需求，已经提出了由多种合金形成和/或在轮缘和镗部内具有不同微观结构的盘。例如，美国专利N0.4820358,5527020,5527402和6478896公开了双重热处理技术，通过对轮缘和镗部在不同温度下进行热处理，其能够产生单件恒定成分的盘，该盘在轮缘内具有较粗晶粒且在镗部内具有较细晶粒，从而获得不同的晶粒结构和所得的不同性能。 锻造条件、高温热处理、淬火速率以及含有高Y '相含量的改进Ni基组合物结合起来能够产生带有期望几何结构和高温性能的涡轮盘，还导致盘对淬火裂纹(换句话说，在淬火步骤期间归因于使用高冷却速率的裂纹)非常敏感。尽管可通过限制溶液热处理后的冷却(淬火)速率来减轻对淬火裂纹的敏感性，但这样做会限制在锻件的较厚部分中获得期望的微观结构和性能所需的工艺灵活性。对淬火裂纹的敏感性也对盘合金的化学性质和固溶温度以及锻件几何结构具有强加的明显限制，其限制了最大化机械性能的能力。 基于上述情况， 可以理解，如果以下方法是可得的，则将是所期望的:该方法能够将用于产生涡轮盘和/或其他对淬火裂纹敏感的部件的热处理工艺的冷却速率最大化，从而扩展这些工艺的灵活性。
技术实现思路
本专利技术提供了用于热处理部件以具有带有期望微观结构的区域的工艺、以及通过这种工艺产生的部件。非限制性的示例包括涡轮机的旋转部件，其包括燃气涡轮发动机的涡轮盘。 根据本专利技术的第一方面，提供了用于热处理由合金形成的部件的工艺。该工艺包括使用三轴向因子(triaxiality factor)处理合金的单轴应变试验数据，以确定等效多轴应力状态。然后向多轴应力状态应用条件，以标识部件的冷却路径(cooling path)。该冷却路径包括热处理温度和冷却速率的边界，其不超出预定应力或应变，和/或避免合金中的预定残余应力型式。然后根据在应用步骤中标识的冷却路径，部件被加热到热处理温度并淬火。 根据本专利技术的第二方面，提供了用于热处理燃气涡轮发动机的涡轮盘的工艺。该工艺包括使用三轴向因子对析出强化合金处理单轴应变试验数据，以确定等效多轴应力状态。涡轮盘由析出强化合金形成。然后向多轴应力状态应用条件，以标识涡轮盘的冷却路径。冷却路径包括热处理温度和冷却速率的边界，其不超出预定应力或应变，和/或避免析出强化合本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种热处理由合金形成的部件的工艺，所述工艺包括：使用三轴向因子处理所述合金的单轴应变试验数据，以确定等效多轴应力状态；向所述多轴应力状态应用条件，以标识用于所述部件的冷却路径，其中所述冷却路径包括热处理温度和冷却速率的边界，其不超过预定应力或应变，和/或避免所述合金中的预定残余应力型式；且然后根据在所述应用步骤中标识的所述冷却路径，将所述部件加热到热处理温度并对所述部件进行淬火。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·Y·魏，D·P·穆雷尔，K·R·贝恩，A·阿科斯塔，A·M·鲍威尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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