[发明专利]具有多个晶粒结构的用于在高应力环境中使用的制品

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年3月27日提交的美国临时申请序列第61/971,109号的优先权，其内容由此以其整体并入。

技术领域

本文中公开的主题涉及用于在高应力环境中使用的制品及其制造方法。更具体而言，主题涉及加强用于涡轮的热区段中的制品的耐久性。

背景技术

暴露于高温环境的制品可经历由于制品内的局部应力而引起的应力裂开。该局部应力可由材料内的温度梯度引起，这可导致不同的膨胀速率。材料的部分可更快速地膨胀，并且可引起相邻区域上的张力。如果未缓解，则应力裂纹可扩散穿过制品，并且导致制品的故障，如蠕变、热疲劳等。

焊接裂开的制品可提供暂时的修理。此类修理可允许制品在一时间段内返回到服务操作。然而，该类型的修理可为破坏性的，并且可为昂贵的。例如，发电的燃气涡轮的修理可迫使涡轮脱机，或者喷气发动机的修理可迫使飞行器在执行修理时停在地面。结果，制造者期望可减小应力引发的裂开的频率并且延长修理之间的时间的较长寿命的构件。

超级合金可用于制造这些制品来减小应力裂开的可能性。这些材料可相比于其它金属合金提供优异的机械性质。然而，甚至这些材料可经受应力引发的裂开，并且可需要定期修理。这些高强度合金可具有较差的可焊接性，其可使得通过焊接的修理为困难的，并且由此可使构件不可修理。因此，本领域中所需的是具有高应力环境中的加强的耐久性的制品，其可在较长时间间隔内操作而不修理，或者其可焊接。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种形成制品的方法可包括：加热金属来形成具有金属温度的熔融金属；将模具加热至大于或等于金属温度的模制温度；将熔融金属引入至模具；冷却熔融金属的第一部分，同时将熔融金属的第二部分保持在金属温度处，其中第一部分具有第一侧和第二侧，其中第二侧与第一侧相对并且邻近第二部分，并且其中冷却包括从第一侧到第二侧逐渐地冷却第一部分，使得凝固界面从第一侧前进至第二侧；以及在第一部分冷却成低于或等于结晶温度之后从多个方向冷却熔融金属的其余部分。

根据本发明的另一个方面，一种用于涡轮的零件可包括：具有基部壁和附件的基部，其中附件构造用于机械附接涡轮构件；从基部壁延伸的翼型件；其中零件包括：包括基部和翼型件的第一区段的第一部分和包括翼型件的第二区段的第二部分，其中第一部分包括具有定向凝固的晶粒的金属，而第二部分包括具有等轴晶粒的金属，并且其中当零件使用时，定向凝固的晶粒的最长维度平行于零件中的预计拉伸应力延伸。

这些及其它的优点和特征将从连同附图进行的以下描述变得更加显而易见。

附图说明

认作是本发明的主题在说明书的结尾处的权利要求中特别指出并且明确要求权利。本发明的前述及其它特征和优点从连同附图进行的以下详细描述中显而易见，在该附图中：

图1为模制的金属零件的截面的图示。

图2为具有定向凝固(DS)的晶粒的铸造的金属零件的截面的图示。

图3为具有混合晶粒结构的模具中的金属零件的截面的图示。

图4为具有附连在两个壁之间的翼型件的涡轮中使用的金属零件的图示。

详细描述参照附图经由实例阐释了本发明的实施例，以及优点和特征。

具体实施方式

涡轮零件可包括具有翼型件区段的叶片和/或导叶。涡轮零件可暴露于高温流体流。该流可引起涡轮零件的一些区域中的高热应力，其至少部分地归因于由沿零件的表面流动的高温流体强加在零件上的热梯度。涡轮零件可包括中空部分、腔或通路，使得其可使用各种方法冷却，以降低零件内的温度梯度，由此减小零件内的内部应力的大小。此类冷却方法可包括内部冷却方法(例如，对流冷却、冲击冷却等)或外部冷却方法(例如，模冷却、泻流冷却、蒸发冷却、针鳍冷却等)。

涡轮零件可由金属，如金属合金铸造。超级合金可用于加强这些零件的耐久性。固相金属和金属合金可具有微观晶体结构。也称为晶粒的这些微观晶体可形成固体金属的体积内的微结构。这些晶粒结构将特定性质给予金属，如包括拉伸强度、极限强度、硬度、延性等的结构性质。本文中公开了具有混合晶粒结构(如零件的不同区域中的两个或更多个不同晶粒结构)的金属涡轮零件，以及用于形成这些结构的方法。