本发明专利技术公开了制品和形成所述制品的方法。所述制品包含组合物，其中所述组合物包含以重量百分比计约20.0%‑约22.0%铬(Cr)、约18.0%‑约20.0%钴(Co)、约1.0%‑约2.0%钨(W)、约3.0%‑约6.0%铌(Nb)、约0.5%‑约1.5%钛(Ti)、约2.0%‑约3.0%铝(Al)、约0.5%‑约1.5%钼(Mo)、约0.03%‑约0.18%碳(C)、至多约0.15%钽(Ta)、至多约0.20%铪(Hf)、至多约0.20%铁(Fe)、余量的镍(Ni)和夹带杂质。Al的量根据下式存在。所述组合物可焊接，具有包含约35体积%‑45体积%的γ' (gamma prime)且基本缺乏η和在升高的工作温度下含量降低的TCP相的微观结构。还公开了制造制品的方法和操作燃气涡轮的方法。Al ≤ ‑ (0.5 * Ti) + 3.75。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及镍基超合金、由镍基超合金形成的制品和形成制品的方法。
技术介绍
燃气涡轮和发动机的热气通道部件，特别是涡轮动叶（blades）、静叶（vanes）、喷嘴、密封件和固定罩壳在常超过2,000℉的高温下操作。通常，例如镍基超合金的超合金用于热气通道中以经受住高温。然而，许多当前使用的镍基超合金具有难以焊接的缺点。例如，诸如GTD-111、INCONEL® 738和Rene 108的合金为难以焊接的合金。“GTD-111”为通用电气公司的注册商标。“INCONEL”为由Huntington Alloys Corporation, Huntington, West Virginia生产的合金的注册商标。此外，易于焊接的已知合金具有增加量的铝。在已知组合物中铝量增加的缺点为超合金不合乎需要地具有对应变时效开裂更大的敏感性。在热气通道中商业使用的一类合金在2002年7月9日授权给John H. Wood等的美国专利号6,416,596中公开并要求保护；其为在1971年10月26日授权给Earl W. Ross的美国专利号3,615,376中公开并要求保护的那类合金的改进。这两个专利都转让给本专利技术的受让人且通过引用以其整体结合。在上述类别的合金内的已知超合金组合物为GTD-111。GTD-111具有以合金的重量百分比计14%铬、9.5%钴、3.8%钨、1.5%钼、4.9%钛、3.0%铝、0.1%碳、0.01%硼、2.8%钽以及余量的镍和夹带杂质的标称组成。GTD-111含有实质浓度的钛(Ti)和钽(Ta)。在某些条件下，η相可在模具表面上和在铸件内部形成，其在一些情况下导致裂纹形成。美国专利号6,416,596中公开并要求保护的合金（包括GTD-111）的特性为在凝固合金中存在η相、六方密堆形式的金属间Ni3Ti以及偏析的钛金属。在合金凝固期间，钛具有从固/液界面的液体侧排斥的强烈趋势，导致钛在凝固前沿中偏析(局部富集)并促进在最后凝固液体中形成η。钛的偏析还降低固相线温度，增加γ/γ'(gamma/gamma prime)共晶相的分数并导致在凝固合金中微收缩。η相尤其可导致由那些合金铸造的某些制品在初始铸造过程以及铸造后、机械加工和修复过程期间被废弃。此外，η相的存在可导致在服务暴露期间合金机械性质的降级。除了形成η之外，在美国专利号6,416,596中要求保护的那类合金还易于形成有害的拓扑密堆(TCP)相(例如，μ相和σ相)。TCP相在高于约1500℉的温度下暴露之后形成。TCP相不仅脆，而且其形成通过从所要合金相中除去溶质元素并使其在脆性相中浓缩来降低合金的溶体增强潜力，从而无法满足预定强度和寿命目标。超出小标称量的TCP相的形成由合金的组成和热历史产生。在本领域中合乎需要的将为具有方法和/或所形成的部件的性质改进的制品和方法。
技术实现思路
在一个实施方案中，提供了包含组合物的制品，其中所述组合物包含以重量百分比计约20.0%-约22.0%铬(Cr)、约18.0%-约20.0%钴(Co)、约1.0%-约2.0%钨(W)、约3.0%-约6.0%铌(Nb)、约0.5%-约1.5%钛(Ti)、约2.0%-约3.0%铝(Al)、约0.5%-约1.5%钼(Mo)、约0.03%-约0.18%碳(C)、至多约0.15%钽(Ta)、至多约0.20%铪(Hf)、至多约0.20%铁(Fe)、余量的镍(Ni)和夹带杂质。Al的量根据下式存在：Al ≤ - (0.5 * Ti) + 3.75。所述组合物可焊接，具有包含约35体积%-45体积%的γ' (gamma prime)且基本缺乏η和在升高的工作温度下含量较低的TCP相的微观结构。在另一实施方案中，提供了形成制品的方法，所述方法包括将所述组合物成形为所述制品，所述组合物包含以重量百分比计约20.0%-约22.0%铬(Cr)、约18.0%-约20.0%钴(Co)、约1.0%-约2.0%钨(W)、约3.0%-约6.0%铌(Nb)、约0.5%-约1.5%钛(Ti)、约2.0%-约3.0%铝(Al)、约0.5%-约1.5%钼(Mo)、约0.03%-约0.18%碳(C)、至多约0.15%钽(Ta)、至多约0.20%铪(Hf)、至多约0.20%铁(Fe)、余量的镍(Ni)和夹带杂质。Al的量根据下式存在：Al ≤ - (0.5 * Ti) + 3.75。将所述制品热处理以形成热处理过的微观结构。所述热处理过的微观结构可焊接，具有约35体积%-45体积%的γ' (gamma prime)，且基本缺乏η和在升高的工作温度下含量降低的TCP相。在另一实施方案中，提供了操作燃气涡轮的方法，所述方法包括提供包含组合物的制品，所述组合物包含以重量百分比计约20.0%-约22.0%铬(Cr)、约18.0%-约20.0%钴(Co)、约1.0%-约2.0%钨(W)、约3.0%-约6.0%铌(Nb)、约0.5%-约1.5%钛(Ti)、约2.0%-约3.0%铝(Al)、约0.5%-约1.5%钼(Mo)、约0.03%-约0.18%碳(C)、至多约0.15%钽(Ta)、至多约0.20%铪(Hf)、至多约0.20%铁(Fe)、余量的镍(Ni)和夹带杂质。Al的量根据下式存在：Al ≤ - (0.5 * Ti) + 3.75。所述组合物可焊接，具有包含约35体积%-45体积%的γ'且基本缺乏η和在升高的工作温度下含量降低的TCP相的微观结构。将所述制品暴露于在至少约1500℉的温度下的热气通道流。在所述暴露期间，所述制品在大于2000小时下具有低蠕变速率。本专利技术提供以下方面。第1项. 一种制品，其包含组合物，其中所述组合物包含以重量百分比计：约20.0%-约22.0%铬(Cr)；约18.0%-约20.0%钴(Co)；约1.0%-约2.0%钨(W)；约3.0%-约6.0%铌(Nb)；约0.5%-约1.5%钛(Ti)；约2.0%-约3.0%铝(Al)；约0.5%-约1.5%钼(Mo)；约0.03%-约0.18%碳(C)；至多约0.15%钽(Ta)；至多约0.20%铪(Hf)；至多约0.20%铁(Fe)；余量的镍(Ni)和夹带杂质，且其中Al的量根据下式存在：Al ≤ - (0.5 * Ti) + 3.75且所述组合物可焊接，具有包含约35体积%-45体积%的γ' (gamma prime)且基本缺乏η和在升高的工作温度下含量降低的TCP相的微观结构。第2项. 根据第1项的制品，其中所述微观结构缺乏η相。第3项. 根据第1项的制品，其中所述微观结构具有在升高的工作温度下含量降低的TCP相。第4项. 根据第1项的制品，其中所述微观结构缺乏η相和TCP相。第5项. 根据第1项的制品，其中所述组合物定向凝固。第6项. 根据第1项的制品，其中所述组合物包含以重量百分比计约21.0%铬(Cr)、约19.0%钴(Co)、约1.5%钨(W)、约4.7%铌(Nb)、约1.0%钛(Ti)、约2.6%铝(Al)、约1.0%钼(Mo)、约0.14%碳(C)，以及余量的镍(Ni)和夹带杂质。第7项. 根据第1项的制品，其中所述制品为燃气涡轮或航空发动机的热气通道部件，且其中所述热气通道部件能够暴露于至少约1500℉的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制品，其包含组合物，其中所述组合物包含以重量百分比计：约20.0%‑约22.0%铬(Cr)；约18.0%‑约20.0%钴(Co)；约1.0%‑约2.0%钨(W)；约3.0%‑约6.0%铌(Nb)；约0.5%‑约1.5%钛(Ti)；约2.0%‑约3.0%铝(Al)；约0.5%‑约1.5%钼(Mo)；约0.03%‑约0.18%碳(C)；至多约0.15%钽(Ta)；至多约0.20%铪(Hf)；至多约0.20%铁(Fe)；余量的镍(Ni)和夹带杂质，且其中Al的量根据下式存在：Al ≤ ‑ (0.5 * Ti) + 3.75且所述组合物可焊接，具有包含约35体积%‑45体积%的γ' (gamma prime)且基本缺乏η和在升高的工作温度下含量降低的TCP相的微观结构。
【技术特征摘要】
2015.05.07 US 14/7061511.一种制品，其包含组合物，其中所述组合物包含以重量百分比计：约20.0%-约22.0%铬(Cr)；约18.0%-约20.0%钴(Co)；约1.0%-约2.0%钨(W)；约3.0%-约6.0%铌(Nb)；约0.5%-约1.5%钛(Ti)；约2.0%-约3.0%铝(Al)；约0.5%-约1.5%钼(Mo)；约0.03%-约0.18%碳(C)；至多约0.15%钽(Ta)；至多约0.20%铪(Hf)；至多约0.20%铁(Fe)；余量的镍(Ni)和夹带杂质，且其中Al的量根据下式存在：Al ≤ - (0.5 * Ti) + 3.75且所述组合物可焊接，具有包含约35体积%-45体积%的γ' (gamma prime)且基本缺乏η和在升高的工作温度下含量降低的TCP相的微观结构。2.权利要求1的制品，其中所述微观结构缺乏η相。3.权利要求1的制品，其中所述微观结构具有在升高的工作温度下含量降低的TCP相。4.权利要求1的制品，其中所述微观结构缺乏η相和TCP相。5.权利要求1的制品，其中所述组合物定向凝固。6.权利要求1的制品，其中所述组合物包含以重量百分比计约21.0%铬(Cr)、约19.0%钴(Co)、约1.5%钨(W)、约4.7%铌(Nb...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔岩，冯干江，SC科蒂林加姆，M莱洛克，BL托利森，
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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