镍基超耐热合金在空气中的等温锻造方法技术

一种锻造超耐热合金的方法，包括如下步骤：　　　　提供锻造镍基超耐热合金的锻造毛坯；　　　　提供具有锻模（５２，５４）的锻压机（４０），锻模由锻模镍基超耐热合金制成，其中在约１７００°Ｆ－１８５０°Ｆ的锻造温度和锻造公称应变速率下，锻模镍基超耐热合金的抗蠕变强度不低于锻造镍基超耐热合金的流变应力；　　　　加热锻造毛坯和锻模（５２，５４）至约１７００°Ｆ－约１８５０°Ｆ的锻造温度；和　　　　在约１７００°Ｆ－约１８５０°Ｆ的锻造温度和锻造公称应变速率下，使用锻模（５２，５４）锻造锻造毛坯。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及镍基超耐热合金的锻造，特别是在空气中进行的此锻造。
技术介绍
镍基超耐热合金应用于飞机燃气涡轮发动机的部分上，该发动机必须具有极高的性能要求并且要应对极端不利的环境条件。铸造的镍基超耐热合金用作例如涡轮叶片。锻造的镍基超耐热合金用作例如转子盘和轴。本专利技术涉及锻造的镍基超耐热合金。最初，以铸锭的形式或固结粉末坯体的形式提供锻造的镍基超耐热合金，其中铸锭是由熔体浇铸而成的，固结粉末坯体是由粉末固结而成的。固结粉末坯体由于具有均匀、易控制的初显微结构并具有小的粒度，所以很多应用都以其作为优选的原材料。在任何一种情况下都通过金属加工工艺，如锻造或挤压逐步将坯体的尺寸降低，此后对其进行机加工。有一种形式的锻造，是将坯体放置在锻压机中的两个锻模之间。锻压机驱动锻模挤压到一起以减小坯体的厚度。锻造条件的选择取决于以下几个因素，包括镍基超耐热合金的性能和冶金特点，以及锻模材料的性能。锻模必须具备足够的强度，以使材料被锻造变形。锻造操作结束后锻造的超耐热合金应具备所需的性能。目前，在1900°F或更高温度下，使用TZM钼锻模等温锻造镍基超耐热合金如ReneTM88DT和ME3合金。锻造的超耐热合金与锻模材料之间的这种组合使得锻造能够付诸实施，并且锻造完成后超耐热合金具备了所需的性能。但是，超耐热合金的锻造温度和锻模材料的这种组合要求锻造要在真空或隋性气氛中进行。真空或隋性气氛要求大大增加了锻造过程的复杂性和成本。这就需要一种改进的镍基超耐热合金的锻造方法，该方法应能获得所需的性能，并降低锻造的成本。本专利技术就满足这种要求，而且还提供了相关的优点。专利
技术实现思路
本专利技术提供一种锻造镍基超耐热合金，如ReneTM88DT和ME3的方法。该方法使锻造可以在空气中等温进行，从而节省大量成本。最终的显微结构具有所需的晶粒结构，并可以进行额外的加工，比如超溶线终退火(supersolvus finalannealing)。本专利技术提供一种锻造超耐热合金的方法，该方法包括以下步骤提供锻造镍基超耐热合金的锻造毛坯和提供具有由锻模镍基超耐热合金制成的锻模的锻压机。理想的是锻模镍基超耐热合金的抗蠕变强度不低于约1700-1850°F的锻造温度和锻造公称应变速率(forging nominal strain rate)下的锻造镍基超耐热合金的流变应力。该方法还包括将锻造毛坯和锻模加热到约1700-1850°F的锻造温度，在1750-1850°F的锻造温度和锻造公称应变速率下使用锻模对锻造毛坯进行锻造。锻造毛坯由锻造的镍基超耐热合金制成，优选为ReneTM88DT，其公称组成如下(重量％)13％钴、16％铬、4％钼、3.7％钛、2.1％铝、4％钨、0.75％铌、0.015％硼、0.03％锆、0.03％碳、最多约0.5％的铁，余量为镍和少量杂质元素；或者优选为ME3，其公称组成如下(重量％)约20.6％钴、约13.0％铬、约3.4％铝、约3.70％钛、约2.4％钽、约0.90％铌、约2.1％钨、约3.80％钼、约0.05％碳、约0.025％硼、约0.05％锆、最多约0.5％铁，余量为镍和少量杂质元素。这些锻造镍基超耐热合金在高温下在各自超塑性温度范围内具有超塑性。理想的是在超塑温度范围内实现锻造形变以避免在后续的超溶线退火中的临界晶粒生长。可以以任何可操作的形式提供镍基超耐热合金，例如铸锻，或是固结粉末坯体，然而优选的是以粒度不小于ASTM12(即粒度为ASTM12或更小)的挤压坯体的形式提供该镍基超耐热合金。锻模可以由任何可操作锻模的镍基超耐热合金制成，但优选公称组成为(重量％)约5-约7％铝，约8-约15％钼，约5-约15％钨，最多约为140ppm的镁(优选约140ppm的镁)，不含稀土，余量为镍和杂质。等温锻造温度和锻造公称应变速率的选择是基于对锻造的镍基超耐热合金以及锻模镍基超耐热合金的物理性能的考虑，以及在处理结束时，在锻造镍基超耐热合金中获得所需结构的温度要求的考虑。锻模镍基超耐热合金有足够的抗蠕变强度以使锻造镍基超耐热合金变形。随着温度的升高，锻造镍基超耐热合金和锻模镍基超耐热合金的压缩强度和抗蠕变强度都降低，但是速度不同。另外，对于优选的锻造镍基超耐热合金而言，所选的锻造温度应在合金的超塑性范围内，以确保最终形成合适的显微结构。而且，为了在空气中实现优选的锻造，锻造温度不应太高，以使锻造镍基超耐热合金和锻模镍基超耐热合金不被过度氧化。考虑到这些因素，应选择等温锻造的温度为约1700-1850°F，更优选地，等温锻造温度约为1750-1800°F。选择锻造公称应变速率不高于约每秒0.010。试验表明在锻造温度范围内，应变速率较高会导致最终加工产品的临界晶粒生长。优选地，加热和等温锻造步骤在空气中在所述温度下进行。使用TZM钼锻模时，在空气中锻造而非在所需的真空或隋性气体中锻造节省了用于专门的加热和锻造设备的成本。根据本方法的锻造处理后，锻件可以以锻态使用，也可以通过任何可操作的方法进行后处理，例如清洗，热处理，额外的金属加工，机加工等。常用的后处理通过在高于γ’相的溶线温度的温度下进行退火来处理锻件，或典型地对于ReneTM88DT合金，这个温度为约2100°F；对于ME3合金，则为2160°F。本方法提供了一种锻造镍基超耐热合金的工艺，该方法可以在最终的锻件中产生充分可接受的冶金结构和性能，同时在空气中实现等温锻造而显著降低锻造操作的成本。结合通过实施例说明本专利技术原理的附图，从下面对优选实施方案更详细的描述看出本专利技术的其它特点和优点。但本专利技术的范围并不局限于该优选实施方案。附图说明图1是实施本专利技术方法的流程方框2是锻压机和被锻造制品的正面示意3是锻件的示意透视图具体实施方式图1描述了实施本专利技术的优选方法。步骤20为提供锻造毛坯。这种锻造毛坯由锻造镍基超耐热合金制备。在本文中使用时，当合金中镍超过其它元素时，该合金为镍基合金；而当通过沉积γ’相或其它相关相而被强化时，则进一步形成镍基超耐热合金。ReneTM88DT和ME3是两种具有特殊性能的镍基超耐热合金，ReneTM88DT的公称组成按重量％13％的钴、16％的铬、4％的钼、3.7％的钛、2.1％的铝、4％的钨、0.75％的铌、0.015％的硼、0.03％的锆、0.03％的碳、最多约0.5％的铁，余量为镍和少量的杂质元素；合金ME3的公称组成按重量％约20.6％的钴、约13.0％的铬、约3.4％的铝、约3.70％的钛、约2.4％的钽、约0.90％的铌、约2.10％的钨、约3.80％的钼、约0.05％的碳、约0.025％的硼、约0.05％的锆，最多约0.5％的铁，余量为镍和少量的杂质元素。这种镍基超耐热合金可以任何可操作的形式提供，但优选为以固结粉末坯体的形式提供。通过以下步骤制备这些坯体通过挤压使所选超耐热合金的粉末固结，形成具有均匀粒度的坯体，粒度为ASTM 12或更高(即ASTM 12或更细的颗粒，因为粒度随着ASTM粒度的增加而降低)。固结粉末坯体与铸造坯体相比具有更均匀的细晶粒显微结构，因此对获得优良的化学均匀性、优良的形变均匀性、最小的裂纹产生位置是优选的。锻造毛坯具有选定的尺寸和形状，这样锻造后的锻件具有所需的尺寸和形状。选择起始锻造毛坯的尺寸和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：E·L·雷蒙，S·K·斯里瓦特萨，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：