用于修復(fù)超合金部件的預(yù)燒結(jié)的預(yù)成形坯的制作方法
【專利說(shuō)明】用于修復(fù)超合金部件的預(yù)燒結(jié)的預(yù)成形坯
[0001]本申請(qǐng)要求美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/786，920的2013年3月15日的提交日權(quán)益。發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明大體上涉及材料技術(shù)的領(lǐng)域，并且更特別涉及使用含有無(wú)硼的釬焊材料的預(yù)燒結(jié)的預(yù)成形坯來(lái)修復(fù)超合金部件。
[0003]發(fā)明背景
公認(rèn)的是，由于它們易于焊接凝固開(kāi)裂和應(yīng)變時(shí)效開(kāi)裂，超合金材料的修復(fù)是困難的。術(shù)語(yǔ)“超合金”在本文中如其在本領(lǐng)域中常用的那樣使用；即在高溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和抗蠕變性的非?？垢g和抗氧化的合金。超合金通常包含高的鎳或鈷含量。超合金的實(shí)例包括以商標(biāo)和品牌名Hastelloy、Inconel合金(例如IN 738、IN 792、IN 939)、Rene合金(例如 Rene N5、Rene 80、Rene 142)、Haynes 合金、Mar M、CM 247、CM 247 LC、C263、718、X-750、ECY 768、282、X45、PWA 1483 和 CMSX (例如 CMSX-4)單晶合金出售的合金。
[0004]已知使用含有具有與部件的合金類似的組成的基礎(chǔ)合金顆粒、含有熔點(diǎn)抑制劑例如硼或硅的釬焊合金顆粒和粘合劑的混合物的預(yù)燒結(jié)的預(yù)成形坯來(lái)修復(fù)超合金燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件。參見(jiàn)例如美國(guó)專利號(hào)8，087，565 B20但是，硼和硅產(chǎn)生降低接頭和修復(fù)區(qū)的延展性的有害相。已經(jīng)研發(fā)出包含鉿和/或鋯的無(wú)硼和硅的釬焊合金，但是，這樣的材料傾向于在釬焊接頭處形成碳化物。因此，需要進(jìn)一步改進(jìn)超合金材料的修復(fù)。
[0005]附圖簡(jiǎn)述
在下列描述中基于唯一的附圖解釋本發(fā)明，其展示用預(yù)燒結(jié)的預(yù)成形坯修復(fù)的燃?xì)鉁u輪葉片。
[0006]發(fā)明詳述
在共同審理的2012年6月13日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)13/495,223 (代理人案號(hào)2011P25126US01)以及美國(guó)專利8，640，942 (兩者都轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并都通過(guò)引用并入本文)中公開(kāi)了使用鈦?zhàn)鳛槿埸c(diǎn)抑制材料的無(wú)硼和硅的釬焊合金。本文公開(kāi)了用于與預(yù)成形坯一起用于修復(fù)超合金基底材料的額外的無(wú)硼和硅的釬焊合金，包括與現(xiàn)有技術(shù)的鉿基釬焊合金相比時(shí)有利地具有減小的熔融溫度范圍的合金。它們提供具有充分接近(例如至少80%)經(jīng)修復(fù)的基底材料性能的機(jī)械性能的釬焊接頭，以使該修復(fù)可以被視為結(jié)構(gòu)修復(fù)并可用于該部件的受到相對(duì)高應(yīng)力的區(qū)域中。
[0007]用于修復(fù)超合金燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的現(xiàn)有技術(shù)預(yù)成形坯已知由非常小的顆粒形成，以促進(jìn)快速燒結(jié)和使孔隙率最小化。例如，美國(guó)專利號(hào)8，087，565 B2教導(dǎo)了使用通常小于150目，和更優(yōu)選325目(44微米)或更小的粉末。此外，現(xiàn)有技術(shù)中忌用更大的顆粒，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生顆粒之間更大的空隙空間體積，其必須用較弱的釬焊合金填充。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)與本文中公開(kāi)的相對(duì)較強(qiáng)的釬焊合金結(jié)合時(shí)，在預(yù)成形坯中可以使用更大得多的合金顆粒，且這樣的更大顆粒有利地提供與由較小顆粒制成的現(xiàn)有技術(shù)預(yù)成形坯相比降低的收縮。此外，由于公開(kāi)的釬焊顆粒不含硼或硅，所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)提供允許此類預(yù)成形坯用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用，例如用于修復(fù)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)槳葉或葉片的平臺(tái)的機(jī)械性能。可以使用大至2000微米(2 mm)的合金顆粒。這些較大顆粒不僅提供降低的收縮，它們?cè)谥圃焐弦脖雀☆w粒便宜，并與現(xiàn)有技術(shù)預(yù)成形坯中所用的細(xì)粉相比在操作上更簡(jiǎn)單和更安全，具有降低的損耗和因此更小的環(huán)境影響。
[0008]在示例性實(shí)施方案中，將具有小于50°C或低至10°C的熔融溫度范圍的多組分的無(wú)硼和硅的低熔點(diǎn)N1-Cr-Ti三元釬焊合金與基礎(chǔ)超合金材料，例如Alloy 247,Rene 80或IN 939的顆?；旌稀Ｔ摮辖痤w粒通常將是與待修復(fù)的部件的合金相同合金的，盡管在某些實(shí)施方案中可以使用不同的合金。該粉末混合物中的釬焊合金部分在某些實(shí)施方案中可以為5-50重量％，或在另外的實(shí)施方案中為5重量％至小于30重量％。基礎(chǔ)合金顆粒尺寸范圍可包括大于140 US目(104微米)或大于100 US目(152微米)或大至2000微米(2mm)的顆粒。釬焊材料顆粒篩目范圍可以比基礎(chǔ)合金顆粒的小。該混合物在壓力下和在小于釬焊和超合金顆粒的固相線溫度的溫度下，例如小于1185°C下，在最小15 ksi的壓力和惰性氣氛下預(yù)燒結(jié)直至孔隙率為小于5體積％。該預(yù)燒結(jié)的材料以凈形的形式形成，或隨后再成形以用作修復(fù)工藝中的預(yù)成形坯。
[0009]唯一的【附圖說(shuō)明】了具有平臺(tái)部分12的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片10，其中已去除受損部分并已安置根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的預(yù)燒結(jié)的預(yù)成形坯16。以箔或糊的形式施加的釬焊材料的薄層14可用于將預(yù)成形坯16接合到平臺(tái)12上?；蛘?，預(yù)成形坯16可成形為具有主要或完全是釬焊材料的緊鄰平臺(tái)12的外部接合外圍表面。釬焊材料14可有利地是預(yù)成形坯16中所用的相同釬焊材料?？捎脤?duì)葉片10施加的固溶熱處理使釬焊接頭均化，以恢復(fù)葉片10的超合金材料的材料性能。有利地，釬焊材料的元素?zé)o一不已是部件超合金材料或基礎(chǔ)粉末超合金組合物的部分的元素，以使該均化不將任何新元素引入晶體結(jié)構(gòu)中，并使最終處理的預(yù)成形坯和釬焊接頭的組成非常類似于基礎(chǔ)部件合金組合物的組成。
[0010]用于此類應(yīng)用的三元釬焊合金可具有下列范圍內(nèi)的組成(本文中公開(kāi)的所有組成以重量％為單位):
Cr 15-25% ；
Ti 15-25% ；
余量Ni。
[0011]這組內(nèi)的特定釬焊合金可具有下列組成:Cr 16.3%, Ti 21.2%、余量Ni ;或Cr17.2%、Ti 20.9%、余量Ni。這些特定釬焊合金組合物表現(xiàn)出大約1205°C的固相線溫度和大約1215°C的液相線溫度和因此僅10°C的熔融溫度范圍。照此，它們特別可用于與例如Alloy 247或Rene 80—起使用。這組內(nèi)的另一釬焊合金具有下列組成:Cr 20%、Ti 20%、Ni 60%ο
[0012]另外的釬焊合金可具有下列范圍內(nèi)的組成:
Cr 12-16% ；
Ti 13-16% ；
Al 0-2.5% ；
Co 2-4% ；
W 3-5% ；
Mo 0-2% ；
Ta 0-2% ； 余量Ni。
[0013]這組內(nèi)的特定釬焊合金可具有下列組成:Cr 14.1%, Ti 14%、Al 2.1%、Co 3.1%、W4.1%, Mo 1%, Ta 1%、余量Ni，并可與例如Alloy 247 —起使用。
[0014]另外的釬焊合金可具有下列范圍內(nèi)的組成:
Cr 15-18% ；
Ti 10-15% ；
Al 0-2.5% ；
Co 2-4% ；
W 3-5% ；
Mo 0-2% ；
Ta 0-2% ；
余量Ni。
[0015]這組內(nèi)的特定釬焊合金可具有下列組成:Cr 17.57%、Ti 13.54%、Al 2.