单晶镍超合金件的修复方法技术

本发明专利技术涉及一种修复由单晶镍基超合金形成的部件的方法。该方法包括在一由单晶镍基超合金形成的部件的至少一部分上施加修复合金并将该有修复合金的部件加热以避免再结晶和该单晶镍基超合金的修复区域初熔的温度的步骤。在加热步骤后该部件最好快速冷却并进行时效处理。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术所及一种单晶镍基超合金部件的修复的方法，使得机械性能的损失最小和修复连接点的强度最大。
技术介绍
超合金用于气体涡轮发动机中不同的部件，其中该部件很长时间暴露于高温高压下。典型的应用是高压涡轮叶片，该部件的温度可升至高达约2000°F。在这种情况下，期望该部件保持其形状和强度而不是过度的经常维护或更换必需部件。典型地，超合金部件通过精密铸造生产，其提供一形状部件只需最小的加工操作达到其最终构形。为给材料提供辅助保护以免受由于燃烧过程的高温和腐蚀环境的影响，通常使用被覆层。用于所需应用的具有足够性能的部件除了作为部分被覆过程产生的加热循环外没有经过热处理就可成功生产出，该被覆过程是铸态材料有效的预先热处理。在长时间使用后，由于腐蚀、由于经常在环境和操作温度之间循环造成热机械疲劳产生的裂纹、或该部件的翼面部分弯曲或该部件的平台部分扭曲脱离其原有位置的蠕变造成其结果改变该部件的操作性能，这些部件中的有些部件出现损坏。用于修复这些部件的方法已研制出并使用。一种这样的修复方法表示在授与Pietruska等人的美国专利Nos.5,549,767和5,922,150。这种用于修复钴基超合金气体涡流发动机部件的方法包括在该部件的表面施加一种基础合金粉末的混合物和一具有熔点抑制剂的基础合金粉末，并在2250°F和2300°F之间的温度下加热以便将该熔点抑制剂等温地扩散到该基础合金中。于是，一保护被覆层被施加，其间使用了延长该基础合金的寿命的加热循环。授与Pietruska等人的美国专利Nos.5,741,378描述了一种用于修复含有碳化物的钴基超合金气体涡流发动机部件的方法。该方法包括在2250°F和2300°F之间的温度下加热处理1到12小时并在大约1965°F和1975°F之间的温度下时效处理2到20小时的解决方法。在气体涡流发动机中使用的非单晶镍基超合金部件的铜类修复通过使用一分解该合金以便确保机械性能无损失的热处理方法而典型地实现。同时，此热处理确保修复区域最大限度的扩散而在该修复区域或该基础合金中没有初熔。此方法用于非单晶镍基超合金很有效；然而，对于单晶镍基超合金，这种方法造成显著的大大降低疲劳性能的再结晶并由于局部区域熔化造成修复区域的过分扩散。因此，始终需要一种有效的用于修复单晶镍基超合金部件的方法。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种改进的用于修复单晶镍基超合金部件的方法，以便最大限度地降低机械性能的损失。本专利技术的另一目的在于提供一种上述最大限度地增强连接点强度的方法。通过本专利技术的方法实现以上目的。按照本专利技术，一种用于修复单晶镍基超合金部件的方法概括地包括，在要修复的单晶镍基超合金部件上施加修复合金并将所述部件和所述施加的修复合金加热到一避免再结晶和该单晶镍基超合金的修复区域初熔的温度。在本专利技术方法的第一实施例中，该加热步骤包括将该部件和该施加合金加热处理到约2150°F和2275°F之间的范围内的温度下，最好约2200°F，并在约5到24小时之间的范围内保持一段时间，最好约10小时。加热后，该部件快速冷却并进行时效处理。在本专利技术方法的第二实施例中，该加热步骤包括将该部件和该施加合金加热处理到约2250°F和2350°F之间的范围内的温度下，最好约2300°F，并将该部件和该施加合金在此温度下在小于约30分钟的范围内保持一段时间，最好约15分钟或更少。该部件和该施加合金快速冷却到约1950°F和2075°F之间的范围内的温度下，最好约2025°F，并将该部件和该施加合金在此温度下在约5到24小时之间的范围内保持一段时间，最好约10小时。加热处理后，该部件快速冷却并进行时效处理。本专利技术的修复方法的其他细节以及其伴随的其他目的和优点在以下详细描述和附图中阐明，附图中相同标号表示相同元件。附图简要说明附图说明图1是表示在部件的加强部分处修复后的裂纹的显微照片；图2是表示以大约0.0016英寸的堆焊修复腐蚀表面的显微照片；图3是发动机测试后冷却孔的导向边的显微照片，表示周围被覆层和修复材料是完整的。具体实施例方式在气体涡轮发动机的某些场合，例如第一和第二阶段高压涡轮(HPT)叶片中使用单晶镍基超合金是十分需要的，因为该材料具有良好的机械性能和对于固有的发生在发动机内的与燃烧过程相关的腐蚀环境具有显著的抵抗能力。然而，操作条件十分苛刻使得材料需要以保护被覆层为形式的辅助保护，以便提供所需使用期限内的服务。施加在该部件例如叶片上的被覆层通常是MCrALY型或扩散铝型，其中MCrALY型的M选自由铁、镍、钴及其混合物的组成。被覆层典型的应用包括以铸态或采用先前使用的溶液热处理在该部件表面上施加被覆材料，对于MCrALY型在约1965°F温度下加热4小时或对于扩散铝型用24小时将该被覆层扩散到基体材料。在相当的使用期限后，这些部件经常遭受不利影响，典型地以腐蚀为形式，在发动机正常操作中经常会遇到的由于温度循环造成的热机械疲劳产生的裂纹或由于长时间暴露于高温下的蠕变。用于修复这些损坏部件方法包括添加修复材料例如修复合金以便重建该部件的腐蚀区域或填充如上述形成的裂纹。在添加该修复材料之前，除去所有细部零件例如隔板和盖子等。该部件可喷砂和/或特别在氟化氢气体中清洗，以便去氧。在清洗后，该修复材料以粉末、带子、涂料或糊状物的方式添加。该修复材料最好包括两种镍基合金的混合物，其中第一种是低熔点镍基黄铜合金，第二种是高熔点镍基合金。在第一修复合金混合物中，第一镍基合金占49-51％重量比而第二镍基合金占49-51％重量比。在第二修复合金混合物中，第一镍基合金占39-41％重量比而第二镍基合金占59-61％重量比。在第三修复合金混合物中，第一镍基合金占29-31％重量比而第二镍基合金占69-71％重量比。在第四修复合金混合物中，第一镍基合金占19-21％重量比而第二镍基合金占79-81％重量比。该修复合金混合物中的第一镍基黄铜合金最好含有约8.5-9.5％重量比的铬，约7.5-8.5％重量比的钴，约3.75-4.25％重量比的钨，约1.75-2.25％重量比的铝，约2.75-3.2 5％重量比的硼，约0.75-1.25％重量比的铪，最多约0.015％重量比的碳，最多约0.1％重量比的锰，最多约0.1％重量比的硅，最多约0.015％重量比的磷，最多约0.015％重量比的硫，最多约0.1％重量比的铁，最多约0.05％重量比的铜，最多约0.2％重量比的锆，以及与其平衡的镍和不可避免的杂质。该修复合金混合物中的第二镍基合金最好是镍基合金并含有约4.75-5.25％重量比的铬，约9.5-10.5％重量比的钴，约1.7-2.1％重量比的钼，约8.4-9.0％重量比的钽，约5.6-6.2％重量比的钨，约2.8-3.2％重量比的铼，约5.5-5.8％重量比的铝，约0.05-0.15％重量比的铪，最多约0.050％重量比的碳，最多约0.12％重量比的锰，最多约0.12％重量比的硅，最多约0.015％重量比的磷，最多约0.015％重量比的硫，最多约0.003％重量比的硼，最多约0.2％重量比的铁，最多约0.1％重量比的铜，最多约0.0075％重量比的锆，以及与其平衡的镍和不可避免的杂质。本专利技术的另一实施例中，上述修复合金混本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种修复由单晶镍基超合金形成的部件的方法，包括以下步骤：在待修复的由单晶镍基超合金形成的部件的至少一部分上施加修复合金；以及将该部件和所述修复合金加热到一避免再结晶和所述单晶镍基超合金的修复区域初熔的温度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：N皮特鲁斯卡，DJ克林，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]