[发明专利]用于加工纳米结构铁素体合金的方法和由此产生的物品

说明书

技术领域

本文中涉及纳米结构铁素体合金（NFA），并且更特定地，涉及用于使用高温处理方法处理纳米结构铁素体合金的方法。该公开还涉及包括纳米结构铁素体合金（NFA）的物品，其通过使用这样的方法形成。

背景技术

燃气涡轮在极端环境下操作，使涡轮构件，尤其是在涡轮热区段中的涡轮构件暴露至高操作温度和应力。为了使涡轮构件忍受这些条件，它们必须由能够经受这些严酷条件的材料制成。换而言之，用于涡轮构件的材料限制了可使用而不引起材料的机械性质的显著的降低的温度范围。

超级合金已经在这些需求的应用中使用，因为它们在高达它们的熔化温度的90％下保持强度并且具有优秀的环境抗性。尤其是，镍基超级合金已经遍及燃气涡轮发动机，例如，在涡轮叶片、喷嘴、车轮、垫片、盘、线轴、叶盘以及护罩应用中广泛地被使用。在一些较低温度和应力应用中，钢可用于涡轮构件。但是，常规钢的使用在高温和高应力应用中通常是受限制的，因为它们不能满足必要的机械性质要求和/或涉及要求。

纳米结构铁素体合金（NFA）是具有优越的高温性质的铁基合金的浮现的类别。这些合金典型地源于纳米尺寸氧化物微粒或群，其在机械合金化步骤之后的热固结期间沉淀。这些氧化物微粒或群在高温下出现，从而提供在使用期间的坚固且稳定微结构。

NFA是粉末冶金合金，其典型地通过高温等静压（HIP）固结，并然后被热加工来制造期望的物品。但是，在例如高于大约1900华氏度（℉）的高温下加工HIP的NFA，典型地导致其最终微结构的变化并因而导致其机械性质的退化。在高温下的微结构中的该变化限制了（1）例如在重载燃气涡轮中的在期望的温度和应力下的这些NFA材料的使用，和（2）可经济上有益于制造物品的高变形率加工技术的使用。

为了使任何材料最佳地适用于期望的应用，例如，用于重载涡轮机的构件，材料应当期望地能够被制造成期望的物品而不牺牲其机械性质。可此外期望在高温和高变形率下加工材料。

发明内容

在一些实施例中，提供了一种形成包括纳米结构铁素体合金的物品的方法。该方法包括在第一温度下将一定量的应变引入工件来形成应变工件、将变形工件加热至第二温度以及在第二温度下使应变工件变形。工件包括纳米结构铁素体合金。第一温度在大约1900华氏度之下，而第二温度至少大约1900华氏度。在第一温度下引入工件的应变的量在随后的在第二温度下加热和变形期间有效于显著地抑制在应变工件中的晶粒生长。

在一些实施例中，在此提供了一种可通过该方法形成的包括纳米结构铁素体合金的物品。该物品可为涡轮机构件。

在一些实施例中，提供了一种形成包括纳米结构铁素体合金的涡轮机构件的方法。该方法包括在第一温度下将一定量的应变引入工件来形成应变工件、将应变工件加热至第二温度以及在第二温度下以至少大约1英寸/英寸/秒的变形率锻造应变工件。工件包括纳米结构铁素体合金。第一温度在1900华氏度之下，而第二温度高于1900华氏度。在第一温度下引入工件的应变的量在随后的在第二温度下加热和锻造期间有效于显著地抑制在应变工件中的晶粒生长。

本发明的第一技术方案提供了一种方法，包括：在大约1900华氏度之下的第一温度下将一定量的应变引入工件来形成应变工件；加热应变工件至第二温度，其中，第二温度为至少大约1900华氏度；以及在第二温度下使应变工件变形，其中，工件包括纳米结构铁素体合金（NFA），并且其中，在第一温度下引入工件的一定量的应变在第二温度下的加热和变形期间有效于显著地抑制在应变工件中的晶粒生长。

本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，工件包括具有少于大约2微米的平均晶粒大小的晶粒大小分布。

本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，在第一温度下将一定量的应变引入工件包括施加至少大约百分之40的应变。

本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，在第一温度下将一定量的应变引入工件包括在低于大约1英寸/英寸/秒的变形率下使工件变形。

本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，第一温度范围为从大约1600华氏度至1900华氏度。

本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，第二温度范围为从大约1950华氏度至大约2300华氏度。

本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，使应变工件变形包括在至少大约1英寸/英寸/秒的变形率下使应变工件变形。