[发明专利]一种制造在高温时具有提高的延展性的钴铬钼合金烧结元件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造在高温时具有提高的延展性的钴铬钼合金元件的方法，尤其涉及通过粉末烧结添加剂方式制得的元件。更具体地，本发明涉及一种处理方法，该方法用于使此类元件在航空业用途、例如用作发动机部件时，其机械性能最佳化。

背景技术

钴铬钼合金因其良好的机械特性(硬度，抗压强度)及抗腐蚀性而广为人知，因此在全欧洲的生物医学界非常流行，尤其用作制造假肢和牙体植入材料。在所述领域，所述合金的使用遵循美国材料与试验协会(ASTM)F75标准及ISO5832标准。

然而，通过铸造钴铬钼合金所得到元件普遍存在微结构缺陷，该缺陷与碳化物的偏析及材料的多孔性有关，可导致局部腐蚀现象，以及其机械特性的日趋衰退。

为了克服所述缺陷，研发了基于粉末烧结添加剂的“快速制造”技术。

例如，美国专利2006157892公开了一种利用电子束粉末烧结层制造立体元件的方法。另外，美国专利2009152771公开了一种利用激光粉末烧结制造立体元件的方法。

航空业中所使用的元件需要具备高耐磨性和高耐热性，而钴铬钼合金在常规使用温度下恰好具备这些特点，因此，钴铬钼合金元件在航空业中使用的可能性尤为引人关注。然而，迄今为止，还不可能将基于粉末烧结添加剂的技术拓展到航空业的应用中。其原因是，在室温下，由所述方法制得的元件呈现出良好的硬度和机械特性，但当暴露在高温(800℃左右)、即航空发动机元件的常规工作温度时，将变得极其易碎。

事实上，在上述领域中最具应用潜力的钴铬钼合金除了含有铬和钼之外，还含有相当数量的碳。这三种元素的同时存在将引起碳化物的形成，一方面，该碳化物有助于形成材料的高硬度和良好的机械特性，但另一方面，当该碳化物在晶界析出时，将导致材料的脆裂。碳化物的析出在热力学上是希望获得的，尤其在航空业的应用温度范围。

粉末烧结制造系统的主要使用者提出，对烧结元件进行热处理，以克服这一缺陷。

例如提出，对由激光粉末烧结制得的钴铬钼合金元件在1050℃进行2个小时的应力消除热处理，该处理的首要目的是将元件的内应力减为最小，因而将元件的张力减为最小(该张力为不希望存在的，尤其当元件具有复杂的几何形状时)。

在应力消除的过程中，碳化物在晶界析出，因此，这种热处理降低了元件的机械阻力、屈服性和极限伸长率。所述现象在700℃到1000℃温度范围内尤其明显。当温度进一步升高时，例如升至1050℃时，将引起碳化物的增溶，同时减轻脆化效应；但另一方面，在使用中，无法阻止这些碳化物通过其它不受控制的方式再次沉淀。也就是说，如果旨在提高粉末烧结制得的钴铬钼合金元件的机械特性，则不建议采用这种热处理方式。

另外，须强调的是，所述情形还未将元件暴露在高温下、如航空业应用的常规温度中的可能性考虑在内。

此外，还提出了对烧结制得的元件进行热等静压压缩(业内称HIPing技术，取HotIsostatic Pressing的首字母缩写，即HIP)处理，旨在使材料均质化，以降低脆度。这实际上是获得了结构上各同向性的再结晶材料，其内部结构不含可见碳化物。

尽管所述处理在一方面显著地提高了材料的极限伸长率，然而，该处理使得材料的机械特性相比烧结材料明显降低，还增加了制造成本。

另外，所述处理能有效地获得碳化物的溶解，但是，当材料暴露在高温使用条件下时，所述处理无法控制随后的沉淀。即，所述处理只对较低温度时使用的元件有用，这种较低温度是指低于碳化物再次沉淀的温度范围的温度，所述碳化物再析出温度范围为约700℃到1000℃之间。

因此，需要提供一种制造钴铬钼合金元件的方法，以克服现有技术方案的缺陷。

此外，对于航空业，尤其需要一种制造钴铬钼合金元件的方法，以优化元件在适于航空应用的温度(接近800℃)时的机械特性，特别是降低脆度、提高延展性和高温时的屈服性方面。

发明内容

本发明的目的是，提供一种用于制造钴铬钼合金元件的方法，该方法能满足上述至少一项需求，操作简单且成本低廉。

通过本发明可实现上述目的，本发明涉及一种用于制造钴铬钼合金元件的方法，所述元件在800℃时的平均极限伸长率大于10％，在800℃时的平均屈服载荷大于400Mpa，该方法包括以下步骤：

a)通过粉末烧结添加剂方式获得钴铬钼合金的烧结元件，该烧结元件包含在熔融基质内呈不规则分布的各种碳化物；

b)在1100℃到1300℃之间对烧结元件进行至少2小时的第一次热处理，使所述碳化物增溶，以形成增溶中间产物；