高溫合金組件或配件的生產方法技術

本發明專利技術涉及生產以Ni或Co或Fe或其組合為基體的高溫合金制成的組件或配件的方法，包括步驟：a)通過粉末基增材制造工藝形成所述組件或配件；以及b)使所述制成的組件或配件經受熱處理以優化特定材料性能。通過在與鑄造組件/配件相比更高的溫度下進行所述的熱處理，材料性能可以得到實質性的改善并且可以非常靈活的方式改善性能。

【技術實現步驟摘要】
高溫合金組件或配件的生產方法
本專利技術涉及高溫合金技術，具體為權利要求1前序中所述的高溫合金制成的組件或配件(coupons)的生產方法。
技術介紹
過去，人們對各種熱處理對于如IN738LC的典型鎳基鑄造高溫合金的影響進行過研究。這種高溫合金的耐久性取決于γ’沉淀相的強化作用(例如參見E.Balikci等.InfluenceofvariousheattreatmentsonthemicrostructureofpolycrystallineIN738LC，MetallurgicalandMaterialsTransactionsAVol.28，No.10，1993-2003，Oct.1997)。該文獻記載，1120℃/2h/加速空冷(AAC)固溶處理產生了雙態沉淀相微觀結構。因此，這種處理并不是在開始階段在合金中產生單一固溶體相的充分固溶過程。如果固溶過程在1200℃/4h/AAC條件下進行，將產生具有細小沉淀相的微觀結構。經過1200℃/4h/AAC或1250℃/4h/AAC或WQ條件下熱處理后，在更低溫度下熟化，會產生相似的微觀結構。在低于950℃下熟化24小時會產生接近球狀的沉淀相，而在1050℃或1120℃下單次熟化24小時會生成立方狀沉淀相。人們觀察到兩種不同的γ’沉淀相的生長過程：較小沉淀相結合形成較大沉淀相(兩種沉淀相微觀結構的結合)，以及通過從基體相中吸收溶質長大。但是，通過粉末基增材制造工藝(powder-basedadditivemanufacturingprocess)生產的該種高溫合金，因其不同的微觀結構而表現出不同的力學性能。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供通過粉末基增材制造工藝生產以Ni或Co或Fe或其組合為基體的高溫合金制成的組件或配件(即組件中的一部分)的方法，所述方法在實現特定力學性能方面得到優化。該目的通過權利要求1的方法來實現，所述方法包括以下步驟：a)通過粉末基增材制造工藝形成所述組件或配件，在所述工藝期間所述粉末完全熔化并隨后凝固；b)使所述制成的組件或配件經受熱處理以優化特定的材料性能；其中c)所述熱處理在比鑄造組件或配件更高的溫度下進行。所述熱處理通過優化所述微觀結構提高了特定的材料性能，如蠕變強度、低周疲勞行為等。因此，本專利技術涉及熱處理由Ni/Co/Fe基高溫合金制成的材料/組件/配件，所述Ni/Co/Fe基高溫合金通過粉末基增材制造工藝生產，例如SLM(選擇性激光熔融)或LMF(激光金屬成型)或EBM(電子束熔融)。與例如相同合金的傳統鑄造材料比較，這些制品具有不同的微觀結構。這主要是由于粉末基制品的生產以及在這些工藝過程中能量束-材料相互作用所固有的高冷卻速率所致。因此，這種材料的化學組成十分均勻，并且基本不存在偏析(segregation)。由于通過粉末基增材制造工藝生產的Ni/Co/Fe基高溫合金通常不含殘余共晶成分，所以可以在相比鑄造組件/配件更高的溫度下進行熱處理，以獲得更高的溶解度而沒有初熔的風險。這就容許在較寬范圍內進行微觀結構的調整，包括晶粒尺寸和沉淀優化，從而改進材料的性能。此外，這還容許根據材料的特定應用來設計其性能，而對于傳統生產方法(如鑄造)來說這是十分困難的。這種方法可用于模塊化的概念，即對每個區域根據其功能進行優化，例如前緣具有改進的LCF行為，而熱載荷區具有提高的蠕變強度。所述高溫材料可以是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，所述高溫材料可以是鈷基合金，例如但不限于已知品牌FSX414、X-40、X-45、MAR-M509或MAR-M302的材料。所述高溫材料可以是鐵基合金，例如但不限于已知品牌A286、Alloy800H、N155、S590、Alloy802、IncoloyMA956、IncoloyMA957或PM2000的材料。或者，所述高溫材料可以是選自Fe、Ni、Co中多于一種為基體的高溫合金。根據本專利技術的實施方案，所述的粉末基增材制造工藝是選擇性激光熔融(SLM)、選擇性激光燒結(SLS)或電子束熔融(EBM)中的一種，包括以下步驟：a)產生所述組件或配件的三維模型；b)通過分層處理計算所述模型的截面；c)提供帶有機器控制單元的增材制造機器；d)制備工藝中需要的所述Ni或Co或Fe基高溫合金的粉末；e)將所述計算截面輸入并儲存于所述機器控制單元；f)在所述增材制造機器的基板上或在預先處理過的粉末層上制備規則且厚度均一的粉末層；g)根據儲存在所述控制單元中的所述組件的截面，通過能量束掃描將所述粉末層熔化；h)將如此形成的截面的上表面減少一層的厚度；以及i)重復步驟f)至h)直至達到所述三維模型的最終截面。根據本專利技術的另一個實施方案，調整所述粉末的粒度分布以適應所述層厚，從而獲得優良的流動性，這是制備規則且厚度均一的粉末層所需要的。根據本專利技術的另一個實施方案，所述粉末由球形的顆粒組成。特別地，粉末顆粒所需的尺寸分布通過篩選(sieving)和/或風選(winnowing)(空氣分離)獲得。根據本專利技術的進一步的實施方案，所述一種或多種粉末通過氣體或水原子化、等離子旋轉電極工藝(plasma-rotating-electrodeprocess)、機械研磨或類似粉末冶金工藝中的一種獲得。根據本專利技術的另一個實施方案，所述粉末基增材制造工藝是激光金屬成型(LMF)、激光工程凈成形(LENS)或直接金屬沉淀(DMD)中的一種，并可以使用絲狀(wire)材料代替粉末材料。根據本專利技術的另一個實施方案，使用懸浮液代替粉末。根據本專利技術的再一個實施方案，所述高溫合金包括細小分散的氧化物，尤其是Y2O3，AlO3或ThO2。根據本專利技術的另一個實施方案，所述熱處理在所述組件或配件的成型設備中完成。可選地，所述熱處理在不同于所述組件或配件的成型設備的設備中完成。根據本專利技術的進一步的實施方案，所述熱處理是不同單獨熱處理的組合。根據本專利技術的不同實施方案，只有所述組件或配件的一部分經受所述熱處理。根據本專利技術的另一個實施方案，所述熱處理包括多個步驟，每個步驟均表現為加熱速率、保持溫度、保持時間以及冷卻速率的特定組合。每個熱處理步驟前和/或后，所述組件或配件可以經受各種其他工藝處理，例如但不限于機械加工(machining)、焊接或釬接，以利用特定微觀結構的特定優點(例如，小晶粒有利于焊接)。此外，所述熱處理步驟中的至少一步可以在足夠高的溫度下進行，并且保持時間足夠長，以使得所述組件或配件的微觀結構中的某些組分(例如金屬間相、碳化物或氮化物)部分或完全溶解。根據本專利技術的另一個實施方案，所述熱處理步驟中的至少一步在足夠高的溫度下進行足夠長的時間，以使存在于所述組件或配件內的晶粒粗化。所述晶粒粗化獲得了與鑄造中已知的傳統鑄造、定向凝固或單晶的微觀結構相當的微觀結構。特別是，在所述晶粒粗化前，所述組件或配件可以在粉末床中變形或特別定位，并用特定線掃描策略(hatchingstrategy)掃本文檔來自技高網...

【技術保護點】
生產以Ni或Co或Fe或其組合為基體的高溫合金制成的組件或配件的方法，所述方法包括以下步驟：a)通過粉末基增材制造工藝形成所述組件或配件，其中在所述工藝期間粉末完全熔化并隨后凝固；以及b)使所述制成的組件或配件經受熱處理以優化特定材料性能；其特征在于c)所述熱處理在比鑄造組件/配件更高的溫度下進行。

【技術特征摘要】
2011.10.31 CH 01754/111.生產以Ni或Co或Fe或其組合為基體的高溫合金制成的組件或配件的方法，所述方法包括以下步驟：a）通過粉末基增材制造工藝形成所述組件或配件，其中在所述工藝期間粉末完全熔化并隨后凝固；以及b）使所述制成的組件或配件經受熱處理以優化特定材料性能；其特征在于c）所述熱處理在高于γ’固溶線溫度進行且所述高溫合金不含殘余共晶成分。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述粉末基增材制造工藝是選擇性激光熔融（SLM）、選擇性激光燒結（SLS）或電子束熔融（EBM）中的一種，并包括以下步驟：a）產生所述組件或配件的三維模型；b）通過分層處理計算所述模型的截面；c）提供配備有機器控制單元的增材制造機器；d）準備工藝中需要的所述高溫合金的粉末；e）將計算的截面輸入并儲存于所述機器控制單元；f）在所述增材制造機器的基板上或在預先處理過的粉末層上制備規則且厚度均一的粉末層；g）根據儲存在所述控制單元中的所述組件或配件的截面，通過能量束掃描將所述粉末層熔化；h）將如此形成的截面的上表面減少一層的厚度；以及i）重復步驟f)至h)，直至達到所述三維模型的最終截面。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于調整所述粉末的粒度分布以適應所述厚度，從而獲得優良的流動性，這是制備規則且厚度均一的粉末層所需要的。4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于所述粉末由球形的顆粒組成。5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于通過篩選和/或風選獲得所需的粒度分布。6.根據權利要求2-5中任一項所述的方法，其特征在于所述一種或多種粉末為通過氣體或水原子化、等離子旋轉電極工藝和機械研磨中的一種方法獲得。7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述粉末基增材制造工藝是激光金屬成型(LMF)、激光工程凈成形(LENS)或直接金屬沉淀(DMD)中的一種，并可以使用絲狀材料代替粉末材料。8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于用懸浮液代替粉末。9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述高溫合金包括細小分散的氧化物。10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于所述細小分散的氧化物選自Y2O3、AlO3或ThO2。11.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述熱處理在用于所述組件或配件成型的設備中完成。12.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述熱處理在不同于組件或配件的成型設備的設備中完成。13.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述熱處理是不同的單獨熱處理步驟的組合。14.根據權利要求1所述的方法，其特征在于只有所述組件或配件的一部分經受所述熱處理。15.根據...

【專利技術屬性】
技術研發人員：L·里肯巴歇爾，T·埃特，
申請(專利權)人：阿爾斯通技術有限公司，
類型：發明
國別省市：