[发明专利]热处理Ni基超合金制品的方法和由其制造的制品

说明书

技术领域

本文公开的主题涉及热处理Ni基超合金的方法和由其制造的制品。更具体地讲，本发明涉及热处理Ni基超合金以提供合乎需要的屈服强度、延性和高温停留时间裂纹耐性的方法和由其制造的制品。

背景技术

在喷气涡轮发动机和地面涡轮发动机工作期间通常遇到高温和应力。为了保证在长时间工作期间可靠的涡轮机运转，在这些涡轮发动机内的部件必须在超过850°F的温度保持负荷下的高强度和其他性质。长期以来已认识Ni基超合金在高温下具有使它们合乎需要地用于具有高工作温度的关键涡轮机部件(如涡轮、燃烧器、隔板、叶片/叶轮等)的性质。相信γ″的析出有助于很多这些Ni基超合金在高温的优良性能。因此，Ni基超合金，如合金706、合金718、合金625和合金725，已广泛用于形成用于地面发电使用的涡轮机中的这些部件。

由合金706制造并在过去已对其进行工业标准两步时效热处理的工业燃气涡轮机转子在完全寿命之前在工作期间沿着晶粒间界已经裂化。通过更严格的制造过程(包括引起压缩残余应力的表面处理)，并通过由已对其进行两步时效热处理的合金718或合金706制造较新的转子，已部分解决这一问题。然而，随着工业燃气涡轮机和蒸汽涡轮机的工作温度和应力要求的提高，合金706、合金718、合金725或Custom Age 625PLUS均不能满足这些要求，并且必须由具有强度、延性和停留时间抗裂纹性的更佳组合同时也保持优异的耐腐蚀性(优选保持至少与合金706和合金718一样高的耐腐蚀性，更优选保持至少与合金725和Custom Age 625PLUS一样高的耐腐蚀性)的合金代替。

因此，需要研发具有改善的TDCPR、强度和延性并且也提供优异的耐腐蚀性的Ni基超合金和制造此Ni基超合金的方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，本发明公开一种热处理Ni基超合金制品的方法。所述方法包括热加工制品，所述制品包括含至少约55％重量Ni的NiCrMoNbTi超合金，以产生热加工微结构。所述方法还包括在约1600°F至约1750°F的温度固溶处理制品约1小时至约12小时，以形成部分重结晶的热加工微结构。所述方法还包括使制品冷却。所述方法还包括在约1300°F至约1400°F的第一时效析出温度时效析出制品约4小时至约12小时的第一时间。所述方法进一步包括使制品冷却到第二时效析出温度。所述方法更进一步包括在约1150°F至约1200°F的第二时效析出温度使制品时效析出约4小时至约12小时的第二时间。所述方法更进一步包括使制品从第二时效析出温度冷却到环境温度。

根据本发明的另一个方面，NiCrMoNbTi超合金制品包含至少约55％重量Ni，并且具有部分重结晶的热加工微结构。

根据本发明的另一个方面，NiCrMoNbTi超合金包含至少约55％重量Ni，具有部分重结晶的热加工微结构，并且具有在空气中在约1100°F至少约2400小时的静态抗裂纹扩展性。

通过以下详述并结合附图，这些和其他优点及特征将变得更加显而易见。

附图说明

被认作本发明的主题在说明书结尾的权利要求书中特别指出并清楚地要求保护。通过以下详述并结合附图，本发明的前述和其他特征和优点显而易见，其中：

图1为涡轮发动机的示例性实施方案的横截面示意图，所述涡轮发动机具有包含本文公开的合金的涡轮机部件；

图2为本文公开的静态裂纹扩展试验样品的前视图；

图3为本文公开的热处理方法的示例性实施方案的流程图；

图4为本文公开的合金的部分重结晶热加工微结构的示例性实施方案的显微相片；

图5为本文公开的合金的示例性实施方案的0.2％屈服强度与试验温度关系图；

图6为本文公开的合金的示例性实施方案的面积减少(RA)与试验温度关系图；

图7为本文公开的合金A主化学组成和DoE1元素水平的表；

图8为本文公开的DoE1合金A热化学组成的表；

图9为本文公开的DoE1合金A机械性质的表；

图10为本文公开的合金B主化学组成和DoE2元素水平的表；

图11为本文公开的DoE2合金B热化学组成的表；

图12为本文公开的DoE2合金B机械性质的表；

图13为本文公开的DoE2固溶处理基体的表；

图14为本文公开的DoE2固溶处理拉伸强度和抗裂纹扩展性的表；

图15为本文公开的DoE3化学组成：固定元素的表；

图16为本文公开的DoE3化学组成：可变元素的表；

图17为本文公开的DoE3合金C机械性质的表；