[发明专利]处理纳米结构铁素体合金的方法和由其制造的制品

说明书

技术领域

本公开涉及纳米结构铁素体合金(NFA)，更特别是，涉及处理所述合金，以便含NFA且如此处理的制品适用于挑战环境的方法。

背景技术

燃气涡轮机在极端环境工作，这些环境使涡轮机部件(尤其是涡轮机热区段中的那些部件)暴露于高工作温度和应力。为了使涡轮机部件经受这些条件，它们必需由能够经受这些苛刻条件的材料制造。由于在最高达90％的熔融温度保持强度，并且具有极佳的耐环境性能，超合金已用于这些高要求应用。特别是，镍基超合金已广泛在整个燃气涡轮机中使用，例如在涡轮机叶片、喷嘴、轮、隔片、盘、轴、叶盘和轮盖中应用。然而，用于改善燃气涡轮机性能的设计需要具有甚至更高温度能力的合金。

为了达到所需的机械性能，在重型涡轮机部件中使用的镍基超合金需要特殊处理步骤。被称为铸锻(C&W)方法的该方法以三个熔融操作开始：真空感应熔炼(VIM)、电渣重熔(ESR)和真空弧重熔(VAR)。初始VIM操作使这些元素一起混合，形成目的合金；然而，存在显著杂质和大量化学分离。需要随后ESR和VAR步骤来产生化学纯的 均匀锭。所得VAR锭的晶粒太粗糙，以致于不能得到必需的机械性质。结果，锭由双缩锻和拉伸操作断裂，导致镍基超合金结构重结晶和精炼。最后，锻造坯料，并机械加工成其最终所需形状。

纳米结构铁素体合金(NFA)是一类显示异常高温性能的新出现合金，据认为，这种合金衍生自纳米大小的氧化物簇，这种氧化物簇在机械成合金步骤后热固结期间沉淀。这些氧化物簇出现在高温，在工作期间提供强、稳定的微观结构。与需要遵循C&W方法以得到所需性质的很多镍基超合金不同，NFA通过不同处理途径制造。与C&W方法一样，合金化学通过VIM操作产生。然而，在初始熔融后，NFA雾化，并收集为固体粉末颗粒。然后，这些粉末颗粒与氧化物添加剂混合，并在钢丸(steel shot)存在下研磨，直到氧化物添加剂溶于金属基质。ESR和VAR步骤不需要。

为了使任何材料最佳地用于例如重型涡轮机的大的热区段部件，也可能期望表现可接受的连续循环疲劳裂纹扩展速率和可接受的停留时间疲劳裂纹扩展速率两者。这种材料也可能期望用于较小的涡轮机部件，例如，用于喷气发动机的盘，这些可能具有不同组所需或需要特性。任何此类合金也期望与常规铸锻方法相比，能够用耗能和/或耗时较少的方法制造成所需的制品。

发明内容

一方面，本发明提供一种包含纳米结构铁素体合金的成形制品，其中该制品不通过挤出形成。

本发明还提供一种包含纳米结构铁素体合金的涡轮机部件。

另一方面，本发明提供一种形成包含纳米结构铁素体合金的涡轮机部件的方法。此方法不包括挤出。

还另一方面，本发明提供一种形成包含纳米结构铁素体合金的涡轮机部件的方法。所述方法包括，通过真空感应熔炼使纳米结构铁素体合金熔融，使纳米结构铁素体合金熔体雾化，将雾化的粉末过筛，在氧化物存在下研磨经雾化的粉末，直到氧化物溶入金属基质，并在惰性环境下将粉末装罐并热等静压。

附图说明

通过阅读以下详述并参考附图，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，其中在全部附图中相似的字符代表相似的元件，其中：

图1为本文提供的方法的一个实施方案的示意图。

具体实施方式

除非另外定义，本文所用的技术和科学术语均具有本发明所属领域的技术人员通常理解的相同含义。本文所用术语“第一”、“第二”等不表示任何次序、量或重要性，而是用于区分一个元素与另一个元素。另外，术语“一”和“该”不表示量的限制，而是表示存在至少一个所述项目，并且除非另外说明，术语“前部”、“后部”、“底部”和/或“顶部”只是为了方便说明使用，不限于任何一个位置或空间取向。如果范围 公开，则涉及相同部件(或组分)或性质的所有范围的端点为包括性的并且可以独立组合(例如，“最高达约25％重量，或更特别是，约5％重量至约20％重量”范围包含端点和“约5％重量至约25％重量”范围的所有中间值等)。与量相关使用的修饰词“约”包含所述值在内，并且具有由上下文指定的含义(例如，包括与具体量测量相关的误差度)。

本发明提供包含纳米结构铁素体合金的成形制品，其中该制品不通过挤出形成。现在已意外地发现，所成形的制品可由此类合金制造而不用挤出步骤，这是有利的，因为挤出限制最终部件几何尺寸。即，挤出步骤需要减小横截面面积，这使部件直径限于排除制品用于很多应用的尺寸。