高温合金组件或配件的生产方法技术

本发明专利技术涉及生产以Ni或Co或Fe或其组合为基体的高温合金制成的组件或配件的方法，包括步骤：a)通过粉末基增材制造工艺形成所述组件或配件；以及b)使所述制成的组件或配件经受热处理以优化特定材料性能。通过在与铸造组件/配件相比更高的温度下进行所述的热处理，材料性能可以得到实质性的改善并且可以非常灵活的方式改善性能。

【技术实现步骤摘要】
高温合金组件或配件的生产方法
本专利技术涉及高温合金技术，具体为权利要求1前序中所述的高温合金制成的组件或配件(coupons)的生产方法。
技术介绍
过去，人们对各种热处理对于如IN738LC的典型镍基铸造高温合金的影响进行过研究。这种高温合金的耐久性取决于γ’沉淀相的强化作用(例如参见E.Balikci等.InfluenceofvariousheattreatmentsonthemicrostructureofpolycrystallineIN738LC，MetallurgicalandMaterialsTransactionsAVol.28，No.10，1993-2003，Oct.1997)。该文献记载，1120℃/2h/加速空冷(AAC)固溶处理产生了双态沉淀相微观结构。因此，这种处理并不是在开始阶段在合金中产生单一固溶体相的充分固溶过程。如果固溶过程在1200℃/4h/AAC条件下进行，将产生具有细小沉淀相的微观结构。经过1200℃/4h/AAC或1250℃/4h/AAC或WQ条件下热处理后，在更低温度下熟化，会产生相似的微观结构。在低于950℃下熟化24小时会产生接近球状的沉淀相，而在1050℃或1120℃下单次熟化24小时会生成立方状沉淀相。人们观察到两种不同的γ’沉淀相的生长过程：较小沉淀相结合形成较大沉淀相(两种沉淀相微观结构的结合)，以及通过从基体相中吸收溶质长大。但是，通过粉末基增材制造工艺(powder-basedadditivemanufacturingprocess)生产的该种高温合金，因其不同的微观结构而表现出不同的力学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供通过粉末基增材制造工艺生产以Ni或Co或Fe或其组合为基体的高温合金制成的组件或配件(即组件中的一部分)的方法，所述方法在实现特定力学性能方面得到优化。该目的通过权利要求1的方法来实现，所述方法包括以下步骤：a)通过粉末基增材制造工艺形成所述组件或配件，在所述工艺期间所述粉末完全熔化并随后凝固；b)使所述制成的组件或配件经受热处理以优化特定的材料性能；其中c)所述热处理在比铸造组件或配件更高的温度下进行。所述热处理通过优化所述微观结构提高了特定的材料性能，如蠕变强度、低周疲劳行为等。因此，本专利技术涉及热处理由Ni/Co/Fe基高温合金制成的材料/组件/配件，所述Ni/Co/Fe基高温合金通过粉末基增材制造工艺生产，例如SLM(选择性激光熔融)或LMF(激光金属成型)或EBM(电子束熔融)。与例如相同合金的传统铸造材料比较，这些制品具有不同的微观结构。这主要是由于粉末基制品的生产以及在这些工艺过程中能量束-材料相互作用所固有的高冷却速率所致。因此，这种材料的化学组成十分均匀，并且基本不存在偏析(segregation)。由于通过粉末基增材制造工艺生产的Ni/Co/Fe基高温合金通常不含残余共晶成分，所以可以在相比铸造组件/配件更高的温度下进行热处理，以获得更高的溶解度而没有初熔的风险。这就容许在较宽范围内进行微观结构的调整，包括晶粒尺寸和沉淀优化，从而改进材料的性能。此外，这还容许根据材料的特定应用来设计其性能，而对于传统生产方法(如铸造)来说这是十分困难的。这种方法可用于模块化的概念，即对每个区域根据其功能进行优化，例如前缘具有改进的LCF行为，而热载荷区具有提高的蠕变强度。所述高温材料可以是Ni基合金，例如但不限于已知品牌Waspaloy、HastelloyX、IN617、IN718、IN625、Mar-M247、IN100、IN738、IN792、Mar-M200、81900、RENE80、Alloy713、Haynes230、Haynes282，以及其它衍生品牌的材料。另一方面，所述高温材料可以是钴基合金，例如但不限于已知品牌FSX414、X-40、X-45、MAR-M509或MAR-M302的材料。所述高温材料可以是铁基合金，例如但不限于已知品牌A286、Alloy800H、N155、S590、Alloy802、IncoloyMA956、IncoloyMA957或PM2000的材料。或者，所述高温材料可以是选自Fe、Ni、Co中多于一种为基体的高温合金。根据本专利技术的实施方案，所述的粉末基增材制造工艺是选择性激光熔融(SLM)、选择性激光烧结(SLS)或电子束熔融(EBM)中的一种，包括以下步骤：a)产生所述组件或配件的三维模型；b)通过分层处理计算所述模型的截面；c)提供带有机器控制单元的增材制造机器；d)制备工艺中需要的所述Ni或Co或Fe基高温合金的粉末；e)将所述计算截面输入并储存于所述机器控制单元；f)在所述增材制造机器的基板上或在预先处理过的粉末层上制备规则且厚度均一的粉末层；g)根据储存在所述控制单元中的所述组件的截面，通过能量束扫描将所述粉末层熔化；h)将如此形成的截面的上表面减少一层的厚度；以及i)重复步骤f)至h)直至达到所述三维模型的最终截面。根据本专利技术的另一个实施方案，调整所述粉末的粒度分布以适应所述层厚，从而获得优良的流动性，这是制备规则且厚度均一的粉末层所需要的。根据本专利技术的另一个实施方案，所述粉末由球形的颗粒组成。特别地，粉末颗粒所需的尺寸分布通过筛选(sieving)和/或风选(winnowing)(空气分离)获得。根据本专利技术的进一步的实施方案，所述一种或多种粉末通过气体或水原子化、等离子旋转电极工艺(plasma-rotating-electrodeprocess)、机械研磨或类似粉末冶金工艺中的一种获得。根据本专利技术的另一个实施方案，所述粉末基增材制造工艺是激光金属成型(LMF)、激光工程净成形(LENS)或直接金属沉淀(DMD)中的一种，并可以使用丝状(wire)材料代替粉末材料。根据本专利技术的另一个实施方案，使用悬浮液代替粉末。根据本专利技术的再一个实施方案，所述高温合金包括细小分散的氧化物，尤其是Y2O3，AlO3或ThO2。根据本专利技术的另一个实施方案，所述热处理在所述组件或配件的成型设备中完成。可选地，所述热处理在不同于所述组件或配件的成型设备的设备中完成。根据本专利技术的进一步的实施方案，所述热处理是不同单独热处理的组合。根据本专利技术的不同实施方案，只有所述组件或配件的一部分经受所述热处理。根据本专利技术的另一个实施方案，所述热处理包括多个步骤，每个步骤均表现为加热速率、保持温度、保持时间以及冷却速率的特定组合。每个热处理步骤前和/或后，所述组件或配件可以经受各种其他工艺处理，例如但不限于机械加工(machining)、焊接或钎接，以利用特定微观结构的特定优点(例如，小晶粒有利于焊接)。此外，所述热处理步骤中的至少一步可以在足够高的温度下进行，并且保持时间足够长，以使得所述组件或配件的微观结构中的某些组分(例如金属间相、碳化物或氮化物)部分或完全溶解。根据本专利技术的另一个实施方案，所述热处理步骤中的至少一步在足够高的温度下进行足够长的时间，以使存在于所述组件或配件内的晶粒粗化。所述晶粒粗化获得了与铸造中已知的传统铸造、定向凝固或单晶的微观结构相当的微观结构。特别是，在所述晶粒粗化前，所述组件或配件可以在粉末床中变形或特别定位，并用特定线扫描策略(hatchingstrategy)扫本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产以Ni或Co或Fe或其组合为基体的高温合金制成的组件或配件的方法，所述方法包括以下步骤：a)通过粉末基增材制造工艺形成所述组件或配件，其中在所述工艺期间粉末完全熔化并随后凝固；以及b)使所述制成的组件或配件经受热处理以优化特定材料性能；其特征在于c)所述热处理在比铸造组件/配件更高的温度下进行。

【技术特征摘要】
2011.10.31 CH 01754/111.生产以Ni或Co或Fe或其组合为基体的高温合金制成的组件或配件的方法，所述方法包括以下步骤：a）通过粉末基增材制造工艺形成所述组件或配件，其中在所述工艺期间粉末完全熔化并随后凝固；以及b）使所述制成的组件或配件经受热处理以优化特定材料性能；其特征在于c）所述热处理在高于γ’固溶线温度进行且所述高温合金不含残余共晶成分。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述粉末基增材制造工艺是选择性激光熔融（SLM）、选择性激光烧结（SLS）或电子束熔融（EBM）中的一种，并包括以下步骤：a）产生所述组件或配件的三维模型；b）通过分层处理计算所述模型的截面；c）提供配备有机器控制单元的增材制造机器；d）准备工艺中需要的所述高温合金的粉末；e）将计算的截面输入并储存于所述机器控制单元；f）在所述增材制造机器的基板上或在预先处理过的粉末层上制备规则且厚度均一的粉末层；g）根据储存在所述控制单元中的所述组件或配件的截面，通过能量束扫描将所述粉末层熔化；h）将如此形成的截面的上表面减少一层的厚度；以及i）重复步骤f)至h)，直至达到所述三维模型的最终截面。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于调整所述粉末的粒度分布以适应所述厚度，从而获得优良的流动性，这是制备规则且厚度均一的粉末层所需要的。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述粉末由球形的颗粒组成。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于通过筛选和/或风选获得所需的粒度分布。6.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其特征在于所述一种或多种粉末为通过气体或水原子化、等离子旋转电极工艺和机械研磨中的一种方法获得。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述粉末基增材制造工艺是激光金属成型(LMF)、激光工程净成形(LENS)或直接金属沉淀(DMD)中的一种，并可以使用丝状材料代替粉末材料。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于用悬浮液代替粉末。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述高温合金包括细小分散的氧化物。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述细小分散的氧化物选自Y2O3、AlO3或ThO2。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述热处理在用于所述组件或配件成型的设备中完成。12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述热处理在不同于组件或配件的成型设备的设备中完成。13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述热处理是不同的单独热处理步骤的组合。14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于只有所述组件或配件的一部分经受所述热处理。15.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·里肯巴歇尔，T·埃特，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：