KR100646718B1 - Die cast nickel base superalloy articles - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 IN 718로 구성된 다이 주조 제품을 예시하는 도면이다.1 illustrates a die cast product composed of IN 718 according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 다이 주조 IN 718로 구성된 시험 봉(bar)의 미세구조를 예시하는 광학현미경사진이다.2 is an optical micrograph illustrating the microstructure of a test bar comprised of die casting IN 718 according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 다이 주조 IN 718로 구성된 날개(airfoil)의 미세구조를 예시하는 광학현미경사진이다.3 is an optical micrograph illustrating the microstructure of an airfoil composed of die casting IN 718 according to the present invention.
도 4는 도 3의 날개를 고온 등압 압축성형(HIP)시킨 후의 상기 날개의 광학현미경사진이다.FIG. 4 is an optical micrograph of the wing of FIG. 3 after hot isostatic compression molding (HIP). FIG.
도 5는 단조(鍛造)된 IN 718로 구성된 날개의 미세구조를 예시하는 광학현미경사진이다.FIG. 5 is an optical micrograph illustrating the microstructure of a wing composed of forged IN 718. FIG.
도 6 및 7은 본 발명에 따른 다이 주조 IN 718 제품 및 상응하는 단조된 제품의 성질을 예시한다.6 and 7 illustrate the properties of die casting IN 718 products and corresponding forged products according to the invention.
도 8 및 9는 IN 718로 구성된 제품의 제조에 사용되는 다이 주조 기계의 개략도이다.8 and 9 are schematic diagrams of a die casting machine used in the manufacture of a product composed of IN 718.
도 10은 본 발명에 따른 IN 718의 다이 주조 공정을 예시하는 공정 흐름도이다.10 is a process flow diagram illustrating a die casting process of IN 718 according to the present invention.
도 11은 본 발명에 따른 다이 주조 IN 718 제품의 열처리 온도에 대한 평균 입자 크기 및 편석 퍼센트를 예시하는 그래프이다.FIG. 11 is a graph illustrating average particle size and percent segregation versus heat treatment temperature of a die cast IN 718 product according to the present invention. FIG.
도 12는 다이 주조 IN 718 제품의 원소 편석을 포함하는 미세구조를 예시하는 광학현미경사진이다.12 is an optical micrograph illustrating the microstructure including elemental segregation of a die cast IN 718 product.
도 13은 본 발명에 따라 HIP되고 열처리된 후에 편석이 감소된 것을 예시하는 광학현미경사진이다.13 is an optical micrograph illustrating that segregation is reduced after HIP and heat treatment in accordance with the present invention.
본 발명은 일반적으로 초합금 물질로부터 제조된 제품, 보다 특히 니켈-기제 초합금으로부터 제조된 제품 및 상기 합금의 열처리 방법에 관한 것이다. 상기와 같은 합금은 전형적으로 1260 내지 1371℃(2300 내지 2500℉)를 초과하는 높은 융점을 갖는다. 니켈-기제 초합금은 높은 강도-중량 비율, 내식성, 및 비교적 높은 온도, 예컨대 약 1093℃(2000℉) 이상의 온도에서의 사용을 요구하는 용도에 사용된다.The present invention relates generally to articles made from superalloy materials, more particularly articles made from nickel-based superalloys and to methods of heat treatment of said alloys. Such alloys typically have high melting points in excess of 1260 to 1371 ° C (2300 to 2500 ° F). Nickel-based superalloys are used in applications that require high strength-to-weight ratios, corrosion resistance, and use at relatively high temperatures, such as at or above about 1093 ° C. (2000 ° F.).
예를 들어 가스 터빈 엔진에서, 이들 초합금은 전형적으로 터빈 부분에 사용되며, 때때로 비제한적인 예로 블레이드 및 베인과 같은 날개 뿐 아니라 중간부 및 콤프레셔 케이스, 콤프레셔 디스크, 터빈 케이스 및 터빈 디스크와 같은 정지 구조 요소들을 포함한, 엔진의 콤프레셔 부분의 끝단에 사용된다. 가스 터빈 엔진에 사용되는 전형적인 니켈-기제 초합금은 인코넬(Inconel) 718(IN 718)로, 약 0.01 내지 0.05중량%의 탄소(C), 13 내지 25중량%의 크롬(Cr), 2.5 내지 3.5중량%의 몰리브덴(Mo), 5.0 내지 5.75중량%의 콜럼븀(Cb)(또한 니오브(Nb)로도 칭함) + 탄탈(Ta), 0.7 내지 1.2중량%의 티탄(Ti), 0.3 내지 0.9중량%의 알루미늄(Al), 약 21중량% 이하의 철(Fe) 및 잔량의 대부분인 니켈로 이루어진 조성을 갖는다.In gas turbine engines, for example, these superalloys are typically used in turbine parts, and sometimes non-limiting examples include blades and vanes, as well as stationary structures such as intermediate and compressor cases, compressor disks, turbine cases, turbine cases and turbine disks. Used at the end of the compressor portion of the engine, including elements. Typical nickel-based superalloys used in gas turbine engines are Inconel 718 (IN 718), about 0.01 to 0.05 weight percent carbon (C), 13 to 25 weight percent chromium (Cr), 2.5 to 3.5 weight % Molybdenum (Mo), 5.0-5.75 weight percent Cb (Cb) (also called niobium (Nb)) + tantalum (Ta), 0.7-1.2 weight percent titanium (Ti), 0.3-0.9 weight percent It has a composition consisting of aluminum (Al), up to about 21% by weight of iron (Fe), and nickel, the majority of the balance.
가스 터빈 엔진 산업에서, 블레이드 및 베인과 같이 복잡한 3차원 형태를 갖는 부품을 제조하기 위해서는 단조법(forging)이 사용된다. 니켈-기제 초합금은, 미세한 평균 입자 크기를 가지며, 높은 강도, 낮은 중량 및 양호한 높은 주기 내피로도(fatigue resistance)가 균형을 이룬 부품을 제조하기 위해서, 전통적으로 정밀하게 단조되었다. 이들 부품은 적절히 제조되었을 때 높은 강도, 낮은 중량 및 내구성의 균형을 나타낸다.In the gas turbine engine industry, forging is used to fabricate parts with complex three-dimensional shapes such as blades and vanes. Nickel-based superalloys have traditionally been forged precisely to produce parts that have a fine average particle size and are balanced with high strength, low weight, and good high cycle fatigue resistance. These parts exhibit a balance of high strength, low weight and durability when properly produced.
간단히, 베인의 블레이드와 같은 부품을 단조시키기 위해서는, 우선 완성된 요소의 목적하는 조성에 상응하는 조성을 갖는 물질의 주괴(ingot)를 수득한다. 상기 주괴를 강편(billet) 형태, 전형적으로 블레이드 및 베인에 대해서는 원통형으로 전환시키고, 이어서 이를 예컨대 가열될 수 있는 다이들 및/또는 해머들 사이에서 수회 가열 및 스탬핑시킴으로써 열기계적으로 가공하고, 상기 물질을 목적하는 요소의 형태로 소성 변형시키고 유동시키기 위해서, 상기 목적하는 형태와 유사하게 점진적으로 성형시킨다. 각각의 요소를 전형적으로는 목적하는 성질들, 예 컨대 경화/강화, 응력 제거, 균열 핵형성에 대한 저항성 및 특정 수준의 HCF 저항성을 얻기 위해 열처리하고, 또한 정확한 형태, 치수 또는 모양을 갖는 요소의 제공에 필요한 대로 마무리 처리, 예컨대 기계처리, 화학적 분쇄 및/또는 중간 마무리처리한다.Briefly, in order to forge parts, such as blades of vanes, first an ingot of material having a composition corresponding to the desired composition of the finished element is obtained. The ingot is converted into a billet form, typically cylindrical for blades and vanes, and then thermomechanically processed, for example by heating and stamping several times between dies and / or hammers that can be heated, and the material In order to plastically deform and flow in the form of the desired element, it is gradually formed similarly to the desired form. Each element is typically heat treated to achieve the desired properties such as hardening / reinforcement, stress relief, resistance to crack nucleation, and to a certain level of HCF resistance, and also to ensure that the element has the correct shape, dimension or shape. Finishing, such as machining, chemical grinding and / or intermediate finishing, is required as provided.
단조에 의한 요소들의 제조는 비용이 비싸고 시간 소모적인 공정이며, 따라서 전형적으로는 실온 및 승온 모두에서 특성들, 예컨대 높은 강도, 낮은 중량 및 내구성의 특별한 균형이 요구되는 요소들에 대해서만 용납된다. 단조용 물질의 수득에 관해서, 몇몇 물질들은 긴 선행처리 시간, 때때로 수개월의 시간이 요구된다. 단조는 전형적으로 일련의 공정을 포함하며, 각각의 공정은 별도의 다이 및 관련 장비를 필요로 한다. 후-단조 마무리 공정, 예컨대 블레이드의 기부 부분을 기계처리하고 적합한 표면 마무리를 제공하는 것은 단조된 부품의 전체 생산 비용의 상당한 부분을 차지하며, 폐기해야할 부품들도 상당 부분을 차지한다.The production of elements by forging is an expensive and time consuming process and therefore typically only tolerated for elements requiring a special balance of properties such as high strength, low weight and durability at both room temperature and elevated temperature. With regard to obtaining forging materials, some materials require long pretreatment times, sometimes months. Forging typically involves a series of processes, each requiring a separate die and associated equipment. Post-forging finishing processes, such as machining the base portion of the blade and providing a suitable surface finish, constitute a significant part of the overall production cost of the forged part, and also a large part of the parts to be discarded.
요소를 단조시키는 동안, 원래 물질은 많이(약 85%까지) 제거되며, 완성된 요소의 일부를 형성하지 못한다(예컨대 폐기된다). 제조할 요소의 형태가 복잡하면 상기 요소를 제작하는데 필요한 노력과 경비를 가중시키며, 이는 특별히 복잡한 형태를 갖는 가스 터빈 엔진 요소들에 대해서는 훨씬 더 고려해야 할 사항이다. IN 718과 같은 니켈-기제 초합금은 또한 상당한 반발성(springback)(예컨대 상기 물질은 탄성이다)을 나타내며, 상기 반발성은 단조중에 고려되어야 한다, 즉 부품들을 전형적으로 "과-단조"시켜야 한다. 상기 언급한 바와 같이, 완성된 요소들은 여전히 광범위한 후-단조 공정을 필요로 할 수도 있다. 더욱 또한, 보다 공기 역학적으로 효율적인 날개 형태를 분석하고 효율적이도록 하기 위해서 수치적인 유체 역학을 적용하는데 컴퓨터 소프트웨어를 사용하기 때문에, 상기와 같은 날개 및 요소들은 훨씬 더 복잡한 3차원 형태를 갖게 된다. 상응하게, 초합금을 이들 진보되고 보다 복잡한 형태로 정밀하게 단조시키는 것은 더욱 어렵거나 불가능하다. 예컨대 부분적으로 약간 탄성적인 성질로 인해 많은 물질들이 단조 중에 나타나며, 이는 상기 요소의 비용을 더욱 가중시키거나, 또는 상기 요소의 제조 비용을 너무 비싸게 만들어 엔진 기술의 특정 진보를 개척하거나 일부 성분들에 대한 특정 합금을 사용하는 것을 경제적으로 실행할 수 없게 한다.During forging of the element, much of the original material is removed (up to about 85%) and does not form part of the finished element (eg discarded). The complex shape of the element to be manufactured adds to the effort and expense required to manufacture the element, which is even more consideration for gas turbine engine elements having a particularly complex shape. Nickel-based superalloys such as IN 718 also exhibit significant springback (eg, the material is elastic), which should be taken into account during forging, ie the parts should typically be “over-forged”. As mentioned above, the finished elements may still require extensive post-forging processes. Moreover, because of the use of computer software to apply numerical fluid dynamics in order to analyze and be more aerodynamically efficient wing shapes, such wings and elements have even more complex three-dimensional shapes. Correspondingly, it is more difficult or impossible to precisely forge superalloys into these advanced and more complex forms. For example, due to its slightly elastic properties, many materials appear during forging, which adds to the cost of the element further, or makes the element too expensive to pioneer certain advances in engine technology or to some components. The use of certain alloys makes it economically infeasible.
단조된 요소들은 또한 종종 상당한 수준의 결함, 예컨대 함유물 및 카바이드를 포함한 결함을 나타내는데, 이는 요소에서 요소에 이르기까지 상당히 다양하다. 보다 많은 콜럼븀 함량을 갖는 요소들, 예컨대 IN 718은 또한 원소 편석 경향이 있으며, 뿐만 아니라 레이브(Lave) 및 다른 형태적으로 근접한 패킹된 상과 같은 상들을 형성하는 경향이 있다. 이들 결함의 존재 및 정도는 특히 승온에서 기계적 성질에 유해한 영향을 미친다. 이들 결함의 정도는 전형적으로 물질 조성, 및 요소를 예컨대 단조 공정 동안 승온에 노출시키는 시간의 길이에 따라 다르다. 따라서, 제품을 열처리, 예컨대 균일화 열처리하여 상기 결함을 감소 또는 제거하는데, 이러한 열처리는 제품에 대해 수행되는 임의의 다른 처리 단계들 이외에 별도의 단계로서 수행된다. 열처리에는 전형적으로 제품을 비교적 고온, 예컨대 1093℃(2000℉)에 수 시간 동안 노출시키는 것이 포함된다. 상기 온도는 편석을 감소시키기에는 충분히 높지만, 너무 높거나 또는 너무 오래 걸려서 상당한 입자의 성장이 일어날 수 있다.Forged elements also often exhibit significant levels of defects, such as defects including inclusions and carbides, which vary considerably from element to element. Elements with higher CB content, such as IN 718, also tend to element segregation, as well as to form phases such as Rave and other morphologically close packed phases. The presence and extent of these defects adversely affect the mechanical properties, especially at elevated temperatures. The extent of these defects typically depends on the material composition and the length of time the elements are exposed to elevated temperatures, for example during the forging process. Thus, the product is heat treated, such as a homogeneous heat treatment, to reduce or eliminate the defect, which heat treatment is performed as a separate step in addition to any other processing steps performed on the product. Heat treatment typically involves exposing the product to relatively high temperatures, such as 1093 ° C. (2000 ° F.) for several hours. The temperature is high enough to reduce segregation, but may be too high or too long to cause significant particle growth.
비교적 거의 완성된 성형 제품을 제조하기 위해서 주조가 광범위하게 사용되어 왔다. Casting has been used extensively to make relatively nearly finished molded articles.
상기와 같은 제품을 제조하는데는 매몰 주조(investment casting)를 사용할 수 있으며, 상기 방법에서는 용융된 금속을 주조하려는 제품 형태의 공동을 갖는 세라믹 쉘내로 붓는다. 그러나, 매몰 주조는 대단히 큰 입자(단조에 의해 달성될 수 있는 작은 평균 입자 크기에 비해)을 갖는 제품을 생성시키며, 몇몇 경우에는 전체 부품이 하나의 입자로 이루어진다. 또한, 고화 속도로 인해 시험 결과 허용할 수 없을 정도의 원소 편석이 크게 산재(부품에서 부품에 이르기까지 가변적임)하게 되거나, 또는 휘성상(brittle phase)이 존재하게 되어 특성들을 감소시킬 수도 있다. 더욱 또한, 각각의 부품에 대해 개별적인 금형이 제조되므로, 상기 공정은 비용이 많이 든다. 부품에서 부품에 이르기까지 매우 정밀한 치수를 재현시키는 것은 수행하기 어렵다. 또한, 용융된 물질을 공기 또는 다른 가스중에서 용융, 주입 및/또는 고화시켜, 특히 반응성 원소들을 함유하는 물질에 대해 함유물 및 다공성과 같은 바람직하지 못한 성질을 갖는 부품을 생성시킨다. 기공은 예컨대 제품을 가열하고 상기 제품에 압력을 가함으로써 제거시켜야 한다. IN 718에 대해서, 상기 제품을 전형적으로 982 내지 1024℃(1800 내지 1875℉)의 온도, 105 내지 154MPa(15 내지 22ksi)의 압력에서 수 시간 동안 HIP시킨다. 상기 세라믹 쉘의 파쇄는 또한 주형 제품에 함유물과 불순물을 생성시키는데 기여한다.Investment casting can be used to make such a product, in which the molten metal is poured into a ceramic shell having a cavity in the form of the product to be cast. However, investment casting produces products with very large particles (relative to the small average particle size that can be achieved by forging) and in some cases the entire part consists of one particle. In addition, the rate of solidification may result in unacceptably large amounts of elemental segregation (variable from part to part) as a result of the test, or the presence of a brittle phase, which may reduce properties. Furthermore, the process is expensive since individual molds are made for each part. Reproducing very precise dimensions from part to part is difficult to perform. In addition, the molten material is melted, injected and / or solidified in air or other gases to produce parts with undesirable properties such as inclusions and porosity, especially for materials containing reactive elements. The pores must be removed, for example, by heating the product and applying pressure to the product. For IN 718, the product is typically HIP for several hours at a temperature of 982 to 1024 ° C. (1800 to 1875 ° F.), and a pressure of 105 to 154 MPa (15 to 22 ksi). Fracture of the ceramic shell also contributes to the generation of inclusions and impurities in the mold article.
영구적인 금형 주조가 또한 부품들을 일반적으로 주조하는데 사용되어 왔으 며, 상기 주조 방법에서는 용융된 물질을 여러 부분으로된 재사용가능한 금형내로 붓고 단지 중력하에서 상기 금형내로 유동시킨다(예컨대 콜빈(Colvin)에게 허여된 미국 특허 제 5,505,246 호 참조). 그러나, 영구적인 금형 주조는 다수의 단점들을 갖는다. 날개와 같은 박층의 주조물에 대해서, 상기 물질을 보다 얇은 부분으로 압박시키기 위해서, 특히 고 융점 물질 및 저 과열이 사용되는 경우 상기 중력은 불충분할 수도 있으며, 따라서 상기 금형은 일관되게 충전되지 못하고 부품들을 긁어내야 한다. 치수 허용도는 비교적 커야 하며, 상응하게 보다 많은 후-주조 작업이 요구되고, 반복성은 달성하기 어렵다. 영구적인 금형 주조는 또한 비교적 불량한 표면 마무리를 생성시키며, 이는 또한 보다 많은 후-주조 작업을 요구한다.Permanent mold casting has also been used to cast parts in general, in which the molten material is poured into a multi-part reusable mold and only flows into the mold under gravity (e.g. to Colvin). US Patent No. 5,505,246). However, permanent mold casting has a number of disadvantages. For thin castings, such as wings, the gravity may be insufficient to compress the material into thinner parts, especially when high melting point materials and low overheating are used, so that the mold cannot be consistently filled and It must be scraped off. Dimensional tolerances must be relatively large, correspondingly more post-casting work is required, and repeatability is difficult to achieve. Permanent mold casting also produces a relatively poor surface finish, which also requires more post-casting operations.
과거에는, 용융된 금속을 재사용가능한 다이내로 가압하에 사출시키는 다이 주조가 비교적 저 융점, 예컨대 약 1093℃(2000℉) 미만의 Tm을 갖는 물질로부터 상기와 같은 제품을 성형시키는데 성공적으로 사용되었다.In the past, die casting that injects molten metal under pressure into a reusable die has been successfully used to mold such products from materials having a relatively low melting point, such as a Tm of less than about 1093 ° C. (2000 ° F.).
다이 주조 기계의 하나의 유형이 미국 특허 제 3,791,440 호에 개시되어 있다. 상기 특허에서, 상기 기계는 고정된 다이 요소(11) 및 이동식 다이 요소(12)를 포함한다. 간단히, 용융된 금속을 주둥이(22) 및 탕구(sprue)(21)을 통해 붓고 다이 공동(15)와 연통된 사출 실린더(30)내로 유동시킨다. 충분한 용융 물질을 부어 상기 사출 실린더(30) 및 탕구(21)의 일부를 채우고, 따라서 공기를 상기 사출 실린더로부터 배기시킨다(예컨대 컬럼 6, 라인 7 내지 17 참조). 사출 플런저(38)은 물질을 사출 실린더(30)에서 다이 공동(15)내로 밀어넣는다. 탕구 잠금 실린더 및 연결 플런저(35)는 예컨대 사출 중에 탕구(21)을 밀폐시킬 수 있다. 사출 실린더(30)은 다이 판들중 하나에 매몰되어 있어서 고 융점의 용융 물질이 상기 사출 실린더내로 주입될 때 상기 실린더가 뒤틀리는 것을 방지한다. 교차형 기계는 진공 환경을 이용하지 않고, 오히려 실린더를 완전히 충전시켜 공기가 상기 다이내로 주입되는 것을 방지한다.One type of die casting machine is disclosed in US Pat. No. 3,791,440. In this patent, the machine comprises a fixed die element 11 and a
상기와 같은 기계는 값이 비싸다. 더욱이, 상기 유형의 기계는 쉽게 구입할 수 없으며, 상응하게 필요에 따라 다시 갈고 보수하는데 비용이 많이 든다. 예컨대, 슬리브 관이 판에 매몰되어 쉽게 접근할 수 없기 때문에 진공 시스템을 상기 기계에 부착시키는 것이 어려우며 잘해봐야 비용이 많이 든다. 더욱 또한, 융용 물질을 진공 환경내에서 용융 유니트에서 주둥이(22)로 이동시키는 것도 어려울 것이다. 상기 다이의 온도를 조절하는 것도 또한 상기 판/매몰된 다이 조합물의 물리적 크기 뿐 아니라 상기와 같은 조합물의 열 크기로 인해 어려울 수 있다. 상기 기계의 형태가 또한 진공 환경내에서 부품의 이형을 어렵게 만들 수 있다.Such a machine is expensive. Moreover, this type of machine is not readily available and correspondingly expensive to refurbish and repair as needed. For example, attaching a vacuum system to the machine is difficult and expensive at best because the sleeve tube is buried in the plate and not easily accessible. Moreover, it will be difficult to move the molten material from the melting unit to the
또 다른 유형의 다이 주조 기계는 "냉각 챔버"유형이다. 예컨대 미국 특허 제 2,932,865 호, 제 3,106,002 호, 제 3,532,561 호 및 제 3,646,990 호에 개시된 바와 같이, 통상적인 냉각 챔버 다이 주조 기계는 여러 부분으로 된 다이, 예컨대 서로 협력하여 다이 공동을 한정하는 고정 및 이동 판을 포함하는 2 부분 다이중 하나(전형적으로는 고정)의 판에 적재된 발사(slot) 슬리브 관을 포함한다. 상기 발사 슬리브 관을 수평으로, 수직으로 또는 수평과 수직 사이로 경사지게 배향시킬 수 있다. 상기 슬리브 관은 다이의 굴대(runner)와 연통하며, 상기 슬리브 관의 상부에 용융 금속이 주입되는 개구를 포함한다. 플런저는 슬리브 관의 이동에 따 라 위치하며, 상기 슬리브 관중에 존재하는 용융 금속을 다이내로 밀어 넣는다. "냉각 유형" 기계에서, 발사 슬리브 관은 수평으로 배향되며 가열되지 않는다. 주조는 전형적으로 대기압 조건하에서 수행된다. 즉, 상기 장치는 진공 챔버와 같은 비-반응성 환경에는 배치되지 않는다.Another type of die casting machine is a "cooling chamber" type. As disclosed, for example, in US Pat. Nos. 2,932,865, 3,106,002, 3,532,561, and 3,646,990, conventional cooling chamber die casting machines have multiple part dies, such as fixed and moving plates that cooperate with one another to define a die cavity. And a slotted sleeve tube mounted on a plate of one (typically fixed) of a two-part die comprising a. The launch sleeve tube can be oriented horizontally, vertically or inclined between horizontal and vertical. The sleeve tube communicates with a runner of the die and includes an opening through which molten metal is injected on top of the sleeve tube. The plunger is positioned as the sleeve tube moves and pushes the molten metal present in the sleeve tube into the die. In a "cooling type" machine, the firing sleeve tube is oriented horizontally and not heated. Casting is typically carried out under atmospheric conditions. That is, the device is not placed in a non-reactive environment such as a vacuum chamber.
상기와 같은 기계의 단점들이, 특히 보다 고 융점의 물질(약 1093℃(2000℉) 이상의 Tm), 예컨대 니켈-기제, 코발트-기제 및 철-기제 초합금을 주조하는데 상기와 같은 기계를 사용할 수 없는 것과 관련하여, 미국 특허 제 3,646,990 호에 개시되어 있다. 통상적인 냉각 챔버 기계에서, 발사 슬리브 관은 배기되지 않으며, 플런저는 또한 공기를 다이내로 밀어 넣어 다이 주조 제품에 바람직하지 못하고 허용할 수 없는 기공을 생성시킨다. 따라서, 용융된 물질에 기포가 주입되는 것을 피하기 위해서, 발사 슬리브 관을 가능한 한 완전히 충전시키거나 융용 물질중의 어떠한 공기도 사출 전에 다이로부터 이탈되지 못하도록 경사지게 한다.Disadvantages of such machines are, in particular, inability to use such machines for casting higher melting materials (Tm above about 1093 ° C. (2000 ° F.), such as nickel-based, cobalt-based and iron-based superalloys. In this regard, it is disclosed in US Pat. No. 3,646,990. In a typical cooling chamber machine, the firing sleeve tube is not vented and the plunger also pushes air into the die, creating undesirable and unacceptable pores in the die cast product. Thus, to avoid introducing bubbles into the molten material, the firing sleeve tube is filled as completely as possible or tilted to prevent any air in the molten material from escaping from the die prior to injection.
더욱 또한, 발사 슬리브 관은 가열되지 않기 때문에, 용융된 금속의 표피 또는 "캔"이 상기 발사 슬리브 관의 내부상에 고화되며, 플런저를 상기 슬리브 관을 통해 이동시켜 용융된 금속을 다이내로 사출시키기 위해서, 상기 플런저는 상기 슬리브 관으로부터 표피를 긁어내어야 하며 상기 "캔을 분쇄"시켜야한다. 그러나, 캔이 구조적으로 강한 부재, 예컨대 슬리브 관에 의해 지지되는 실린더 형태의 부재를 형성하는 경우, 플런저 및/또는 상기 플런저를 이동시키기 위한 관련 구조물이 손상되거나 파괴될 수 있다. 슬리브 관이 열적으로 뒤틀려 플런저 형태와 일치되지 못하는 경우, 또는 플런저가 뒤틀려 슬리브 관 형태와 일치되지 못하는 경 우, 상기 플런저 캔은 플런저와 슬리브 관 사이로 금속을 통과("블로우백")시키고/시키거나 상기 플런저와 슬리브 관 사이로 임의의 포집된 가스를 통과시키며, 이들은 모두 생성된 제품의 품질에 유해한 영향을 미친다(또한 팔랜티(Parlanti) 등에게 허여된 미국 특허 제 3,533,464 호를 참조하시오).Moreover, since the firing sleeve tube is not heated, the skin or “can” of molten metal solidifies on the inside of the firing sleeve tube and moves the plunger through the sleeve tube to inject molten metal into the die. In order to do so, the plunger must scrape the epidermis from the sleeve tube and crush the can. However, if the can forms a structurally strong member, such as a cylindrical member supported by a sleeve tube, the plunger and / or the associated structure for moving the plunger may be damaged or destroyed. If the sleeve tube is thermally distorted to match the plunger shape, or if the plunger is distorted to match the sleeve tube shape, the plunger can passes a metal ("blowback") between the plunger and the sleeve tube. Any trapped gas is passed between the plunger and the sleeve tube, all of which have a detrimental effect on the quality of the resulting product (see also US Pat. No. 3,533,464 to Parlanti et al.).
광범위한 노력에도 불구하고, 통상적인 "냉각 챔버" 다이 주조 장치는 고 융점 물질, 예컨대 니켈-기제 초합금 합금으로 구성된 제품의 제조에 성공적으로 사용되지 못했다. 초합금과 같은 고 융점 물질의 다이 주조를 부분적으로 시도한 결과 다이 주조 기계가 고장났을 뿐 아니라, 불순물, 과도한 다공성 및 편석, 및 비교적 불량한 강도 및 높고 낮은 주기 피로도와 같은 열등한 품질을 특징으로 하는 제품이 생성되었다.Despite extensive efforts, conventional "cooling chamber" die casting apparatus has not been used successfully in the manufacture of products consisting of high melting point materials, such as nickel-based superalloy alloys. Partial attempts at die casting of high melting point materials such as superalloys resulted in failures of die casting machines, as well as products characterized by inferior qualities such as impurities, excessive porosity and segregation, and relatively poor strength and high and low cycle fatigue. It became.
본 발명의 일반적인 목적은 니켈-기제 초합금과 같은 고 융점 물질로 구성된 다이 주조 제품을 제공하는 것이다.It is a general object of the present invention to provide a die cast product composed of a high melting point material such as a nickel-based superalloy.
본 발명의 또 다른 목적은 상응하는 단조된 제품에 필적할만한 성질을 갖는 다이 주조 초합금 제품을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a die cast superalloy product having properties comparable to the corresponding forged product.
본 발명의 보다 특별한 목적은 상응하는 단조된 초합금 제품에 필적할만한 강도, 내구성 및 내피로도를 갖는 초합금 제품을 제공하는 것이다.A more particular object of the present invention is to provide a superalloy product having strength, durability and fatigue resistance comparable to the corresponding forged superalloy product.
본 발명의 더욱 또 다른 목적은 단조시키기 어려운(불가능하지 않다면) 복잡한 3차원 형태를 갖는 상기와 같은 제품을 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide such a product having a complex three-dimensional shape that is difficult (if not impossible) to forge.
본 발명의 또 다른 일반적인 목적은 다이 주조 초합금 제품에서 임의의 원소 편석을 감소 또는 제거하는 것이다.Another general object of the present invention is to reduce or eliminate any element segregation in die cast superalloy articles.
본 발명의 보다 특별한 목적은 다이 주조 IN 718 제품에서 원소 편석 및 TCP 상을 감소 또는 제거하기 위한 열처리를 제공하는 것이다.A more particular object of the present invention is to provide a heat treatment for reducing or eliminating elemental segregation and TCP phase in die casting IN 718 products.
본 발명의 또 다른 목적은 임의의 잔류 기공들을 감소 또는 제거하기 위해 적합한 HIP 변수들을 또한 포함시킬 수 있는 열처리를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a heat treatment that can also include suitable HIP parameters to reduce or remove any residual pores.
추가의 목적들은 하기 설명 및 도면을 근거로 당해 분야의 숙련가들에게 자명할 것이다.
Further objects will be apparent to those skilled in the art based on the following description and drawings.
본 발명의 하나의 태양에 따라, 니켈-기제 초합금, 예컨대 IN 718로 구성된 다이 주조 제품을 개시한다. 상기 제품은 바람직하게는 적어도, 예컨대 AMS 5663 또는 AMS 5383에 따른, 상응하는 단조된 제품의 강도, 낮은 균열 성장 속도 및 응력 파괴 저항성 요건들을 만족시킨다. 상기 제품의 예로는 가스 터빈 엔진용 블레이드 또는 베인이 있다. 각각의 제품은 단조된 물질의 구조와 유사한 미세구조를 가지며, 보다 균일한 입자, 및 주조 제품에 대해, 예컨대 약 ASTM 3 이하, 보다 바람직하게는 ASTM 5 이하의 미세한 평균 입자 크기를 특징으로 한다. 상기 미세구조는 바람직하게는 단류선이 없는 것을 추가의 특징으로 한다. 회전 요소들, 예컨대 가스 터빈 엔진 블레이드의 경우에, 바람직한 평균 입자 크기는 더욱 작으며, 예컨대 바람직하게는 ASTM 5 이하, 보다 바람직하게는 ASTM 6 이하이다.In accordance with one aspect of the present invention, a die cast article consisting of a nickel-based superalloy such as IN 718 is disclosed. The article preferably satisfies at least the strength, low crack growth rate and stress fracture resistance requirements of the corresponding forged article according to eg AMS 5663 or AMS 5383. Examples of such products are blades or vanes for gas turbine engines. Each article has a microstructure similar to that of a forged material, and is characterized by more uniform particles, and a fine average particle size, such as about ASTM 3 or less, more preferably
본 발명의 또 다른 태양에 따라, 주형으로서 기공 및 원소 편석을 갖는 다이 주조 초합금 제품을 열처리 하는 방법을 개시한다. 상기 방법은 상기 제품을 약 982 내지 1121℃(1800 내지 2050℉), 바람직하게는 약 982 내지 1023℃(1800 내지 1875℉)의 온도에서 약 1 내지 24 시간 동안 가열하여 상기 편석을 감소시키는 것을 포함한다. 더욱 바람직하게는, 가열 단계 동안 상기 제품에 약 105 내지 154MPa(15 내지 25ksi)의 압력을 가함으로써 상기와 동시에 기공이 실질적으로 제거된다.In accordance with another aspect of the present invention, a method of heat treating a die cast superalloy product having pores and elemental segregation as a mold is disclosed. The method includes heating the product at a temperature of about 982 to 1121 ° C. (1800 to 2050 ° F.), preferably at about 982 to 1023 ° C. (1800 to 1875 ° F.) for about 1 to 24 hours to reduce the segregation. do. More preferably, the pores are substantially removed simultaneously with the above by applying a pressure of about 105 to 154 MPa (15 to 25 ksi) to the product during the heating step.
상기 제품은 실온 및 승온 모두에서 동일한 물질로 구성된 단조된 부품에 필적할만한 항복 강도 및 극한 인장 강도를 가지며, 또한 유사한 높고 낮은 주기 피로도를 갖는다.The product has yield strength and ultimate tensile strength comparable to forged parts composed of the same material at both room temperature and elevated temperature, and also has similar high and low cycle fatigue.
본 발명의 잇점은, 물질 또는 세라믹 피복 쉘의 특별히 맞추어 만든 강편을 제조할 필요가 없고 주조를 다수의 단조 공정 또는 쉘 제조와 상반되게 단일 단계로 광범위하게 수행할 수 있기 때문에, 다이 주조가 주괴로부터 완성된 부품에 이르기까지 부품의 제조에 필요한 시간을 상당히 감소시킨다는 것이다. 또한, 다이 주조는 단일 주조로 다수개의 부품들을 제조할 수 있다. 다이 주조는 또한 보다 복잡한 3차원 형태를 갖는 부품을 제조할 수 있게 하며, 이에 의해 단조에 비해 보다 공기역학적으로 효율적인 날개 및 다른 요소들을 제조할 수 있게 된다. 본 발명은 단조하기 어렵거나 불가능한 형태를 갖는 물질들을 이용하는 제품의 제조를 가능하게 할 것이다. 더욱이, 다이 주조 부품들은 단조되거나 또는 매몰 주조된 제품에 비해 보다 큰 생산 재현성을 가지며, 후 성형 마무리 처리 공정을 최소화시 키는 우수한 표면 마무리를 갖고 그의 완성된 형태에 보다 가까운 형태로 제조될 수 있으며, 이들 모두는 또한 상기와 같은 부품들의 제조 비용을 감소시킨다. 추가의 잇점들은 하기 도면 및 상세한 설명으로부터 자명해 질 것이다.An advantage of the present invention is that die casting is ingot from the ingot, since it is not necessary to produce specially tailored steel strips of material or ceramic clad shells and the casting can be carried out extensively in a single step as opposed to many forging processes or shell manufacturing. This significantly reduces the time required to manufacture the part, up to the finished part. Die casting can also produce multiple parts in a single casting. Die casting also makes it possible to manufacture parts with more complex three-dimensional shapes, thereby making wings and other elements more aerodynamically efficient than forging. The present invention will enable the manufacture of articles using materials having forms that are difficult or impossible to forge. Moreover, die cast parts have greater production reproducibility compared to forged or investment molded products, and can be manufactured in a form closer to their finished form with an excellent surface finish that minimizes post forming finishing processes. All of these also reduce the manufacturing cost of such components. Further advantages will be apparent from the following figures and detailed description.
도 1에 대해서, 본 발명에 따른 다이 주조 니켈-기제 초합금 제품을 일반적으로 도면 번호(10)으로 나타낸다. 예시된 실시태양에서, 상기 제품은 IN 718로 구성된 블레이드(10)을 포함하며, 이는 가스 터빈 엔진에 사용된다. 상기 제품은 날개(12), 단(14) 및 기부(16)을 포함한다. 본 발명을 다양한 용도에 광범위하게 적용할 수 있으며, 임의의 특정 제품이나 가스 터빈 엔진에의 사용으로 제한하고자 하지 않는다. 바람직하게는, 가스 터빈 엔진에 사용하기 위한 다이 주조 요소들은 다른 용도용의 다이 주조 요소들과 상반되게, 에스에이이 인터내셔날(SAE Int'l, Warrendale, PA)에 의해 발행되고 본 발명에 참고로 인용된 항공우주 재료 규격(Aerospace Material Specification) AMS 5663(Rev. J, publ. 1997년 9월)(상응하는 단조된 요소들에 대해) 또는 AMS 5383(Rev. D, publ. 1993년 4월)(상응하는 매몰 주조 요소들에 대해-AMS 5663에 비해 보다 낮은 강도의 용도에 대해)에 개시된 강도, 낮은 균열 성장 속도 및 높은 응력 파괴 저항성을 나타낸다.1, a die cast nickel-based superalloy product according to the present invention is generally represented by
상기 개시된 바와 같이, 가스 터빈 엔진에 사용되는 전형적인 니켈-기제 초합금은 인코넬 718(IN 718)이며, 이는 명목상 약 19중량%의 Cr, 3.1중량%의 Mo, 약 5.3중량%의 (Cb + Ta), 0.9중량%의 Ti, 0.6중량%의 Al, 19중량%의 Fe 및 잔량을 포함한다. 보다 광범위하게, IN 718은 약 0.01 내지 0.05중량%의 탄소(C), 약 0.4중량% 이하의 망간(Mn), 약 0.2중량% 이하의 규소(Si), 13 내지 25중량%의 크롬(Cr), 약 1.5중량% 이하의 코발트(Co), 2.5 내지 3.5중량%의 몰리브덴(Mo), 5.0 내지 5.75중량%의 콜럼븀(Cb) + 탄탈(Ta), 0.7 내지 1.2중량%의 티탄(Ti), 0.3 내지 0.9중량%의 알루미늄(Al), 약 21중량% 이하의 철(Fe)과, 잔량은 필수적으로 니켈을 포함한다. 훨씬 더 바람직하게는, IN 718은 약 0.02 내지 0.04중량%의 탄소, 약 0.35중량% 이하의 망간, 약 0.15중량% 이하의 규소, 17 내지 21중량%의 크롬, 약 1중량% 이하의 코발트, 2.8 내지 3.3중량%의 몰리브덴 + 텅스텐 + 레늄, 5.15 내지 5.5중량%의 콜럼븀 + 탄탈, 0.75 내지 1.15중량%의 티탄 + 바나듐 + 하프늄, 0.4 내지 0.7중량%의 알루미늄, 약 19중량% 이하의 철과, 잔량은 필수적으로 니켈 및 미량의 다른 원소를 포함한다.As disclosed above, a typical nickel-based superalloy used in gas turbine engines is Inconel 718 (IN 718), which is nominally about 19 weight percent Cr, 3.1 weight percent Mo, about 5.3 weight percent (Cb + Ta) , 0.9 wt% Ti, 0.6 wt% Al, 19 wt% Fe and the balance. More broadly, IN 718 comprises about 0.01 to 0.05 weight percent carbon (C), about 0.4 weight percent manganese (Mn), about 0.2 weight percent silicon (Si), 13 to 25 weight percent chromium (Cr ), About 1.5% by weight or less of cobalt (Co), 2.5 to 3.5% by weight of molybdenum (Mo), 5.0 to 5.75% by weight of cadmium (Cb) + tantalum (Ta), 0.7 to 1.2% by weight of titanium (Ti) ), 0.3 to 0.9% by weight of aluminum (Al), up to about 21% by weight of iron (Fe), and the balance essentially includes nickel. Even more preferably, IN 718 is about 0.02 to 0.04 weight percent carbon, about 0.35 weight percent manganese, about 0.15 weight percent silicon, 17-21 weight percent chromium, about 1 weight percent cobalt, 2.8 to 3.3 wt% molybdenum + tungsten + rhenium, 5.15 to 5.5 wt% cadmium + tantalum, 0.75 to 1.15 wt% titanium + vanadium + hafnium, 0.4 to 0.7 wt% aluminum, up to about 19 wt% iron And the balance essentially contains nickel and trace amounts of other elements.
IN 718에 대한 조성 변경, 예컨대 주조하려는 물질의 Nb 함량을 증가시킬 수 있을 뿐 아니라, 강도 및 능력을 증가시키기 위해서 다른 강화 원소들의 함량을 증가시킬 수 있다.The composition change for IN 718, for example, can increase the Nb content of the material to be cast, as well as increase the content of other reinforcing elements to increase strength and capacity.
본 출원인들은 예컨대 크로스(Cross)에게 허여된 미국 특허 제 3,791,440 호 및 제 3,810,505 호에 도시되고 개시된 유형의 다이 주조 기계를 사용하여 니켈-기제 초합금으로 구성된 다이 주조 제품을 제조하였다. 본 출원인들은 또한 전형적으로 비가열된 발사 슬리브 관을 갖는 "냉각 챔버 유형"의 다이 주조 기계에서 상기 미국 특허 제 3,791,440 호에 개시된 바와 같이 상기와 같은 제품을 다이 주조하였다. 본 출원인들은 이어서 상기 "냉각 챔버" 기계를 본 발명과 연관하여 사용하였으며, 상기 기계의 사용을 선호하였는데, 그 이유는 최소한 상기 기계가 비용이 적게 들고, 보다 쉽게 구입할 수 있으며, 상기와 같은 고 융점 물질의 다이 주조에 사용하기 위해 필요에 따라 상기 기계를 다시 갈 수도 있고, 필요한 보수를 수행하는데 일반적으로 비용이 덜 들기 때문이다.Applicants have produced die cast products consisting of nickel-based superalloys using die casting machines of the type shown and disclosed, for example, in US Pat. Nos. 3,791,440 and 3,810,505 to Cross. Applicants also die cast such products as disclosed in U.S. Patent No. 3,791,440 above, typically in a "cooling chamber type" die casting machine having an unheated firing sleeve tube. Applicants then used the "cooling chamber" machine in connection with the present invention and preferred the use of the machine, because at least the machine was less expensive, more readily available, and had a higher melting point. The machine may be reworked as needed for use in die casting of materials and is generally less expensive to perform the necessary repairs.
간단히, 본 발명에 따라 최소한 물질의 단일 충전물을 상기 물질의 하나 이상의 원소들의 반응으로부터 기인하거나 용융 장치와 관련하여 발생하는 오염을 최소화시키는 방식으로 용융시킨다. 따라서, 상기 합금을 비-반응성으로, 예컨대 바람직하게는 100㎛ 미만의 압력, 보다 바람직하게는 50㎛ 미만의 압력에서 유지된 불활성 또는 바람직하게는 진공 환경하에서 가열 및 용융시킨다. 상기 합금을 또한 바람직하게는 비-오염 용융 장치를 사용하여, 예컨대 상기 합금의 융점 이상에서 전형적으로 38 내지 93℃(100 내지 200℉) 이내, 보다 바람직하게는 10 내지 38℃(50 내지 100℉) 이내로 조절되고 제한된 과열로 가열한다. 본 출원인들은 유도-스컬(inducto-skull) 용융 유니트와 같은 세라믹 비함유 용융 시스템을 선호한다. 상기 물질을 다이내로 사출될 때까지 융용된 채로 있도록 충분히, 그러나 사출 후에 상기 용융 물질의 고속 고화를 방해하지 않을 정도로 과열시킨다. 이어서 용융된 합금을 상기 기계의 수평 발사 슬리브 관(바람직하게는 진공 환경하에 배치된다)으로 이동시키며, 상기 용융된 물질을 가압하에 재사용가능한 금형내로 사출시킨다. 상기 용융된 물질의 주입 및 사출을 포함하는 공정은 비가열된 발사 슬리브 관을 갖는 다이 주조 기계에서 수 초를 초과해서는 안되며, 이때 상기 사출은 바람직하게는 1 또는 2 초내에 수행해야 한다.Briefly, according to the present invention, at least a single charge of a material is melted in such a way as to minimize contamination resulting from the reaction of one or more elements of the material or in connection with the melting apparatus. Thus, the alloy is heated and melted under an inert or preferably vacuum environment maintained at a non-reactive, such as preferably at a pressure below 100 μm, more preferably below 50 μm. The alloy is also preferably used using a non-pollution melting apparatus, for example, typically within 38-93 ° C. (100-200 ° F.) above the melting point of the alloy, more preferably 10-38 ° C. (50-100 ° F.). Heating to limited overheating. Applicants prefer ceramic-free melting systems, such as inducto-skull melting units. The material is overheated sufficiently to remain molten until injected into the die, but not to hinder the high speed solidification of the molten material after injection. The molten alloy is then transferred to a horizontal launch sleeve tube (preferably placed under a vacuum environment) of the machine and the molten material is injected into a reusable mold under pressure. The process involving the injection and injection of the molten material should not exceed several seconds in a die casting machine with an unheated firing sleeve tube, wherein the injection should preferably be carried out in one or two seconds.
상기 제품을 경우에 따라 주조 후에 열기계적으로 가공할 수도 있음을 알아야 한다. 즉, 상기 제품을 다이 주조시킨 후에 단조시킬 수도 있다. 예컨대 상 기 다이 주조 제품이 단조 공정에 사용하기 위한 예비 성형물로 작용할 수도 있다. 본 출원인들은 다이 주조 제품을 최종 형태에 가깝게 주조하여, 상기 제품에 대해 수행되는 후-주조 작업 및 관련된 비용을 최소화시키는 것을 선호한다.It should be appreciated that the product may optionally be thermomechanically processed after casting. In other words, the product may be forged after die casting. For example, the die cast product may serve as a preform for use in the forging process. Applicants prefer to mold die cast products close to their final form, minimizing the post-casting operations and associated costs performed on the product.
본 발명에 따라 제조된 제품은 특히 주조 제품에 대해서 미세하고 균일한 평균 입자 크기를 갖고 단류선이 없는 미세구조를 특징으로 한다. 각각 다이 주조 IN 718 시험 봉과 날개의 미세구조를 예시하는 도 2 및 3, 및 통상적인 단조된 IN 718 날개의 미세구조를 예시하는 도 5를 참조하시오. 도 2에서, 평균 입자 크기는 대략 ASTM 6이다. 도 5에서, 평균 입자 크기는 대략 ASTM 10이다.The products made according to the invention are characterized by a microstructure with a fine and uniform average particle size and free of flow lines, especially for cast products. See FIGS. 2 and 3, respectively, illustrating the microstructure of die casting IN 718 test rods and wings, and FIG. 5, illustrating the microstructure of a conventional forged IN 718 wing. In Figure 2, the average particle size is approximately
본 발명의 제품은 예컨대 케이스 및 밀봉부와 같은 비-회전 가스 터빈 엔진 요소에 대해 ASTM 3 이하, 보다 바람직하게는 ASTM 5 이하로 작은 평균 입자 크기를 특징으로 한다. 가스 터빈 엔진 블레이드와 같은 회전 요소들의 경우에 바람직한 평균 입자 크기는 더 작으며, 예컨대 바람직하게는 ASTM 5 이하, 보다 바람직하게는 ASTM 6 이하이다. 바람직한 평균 입자 크기 및 최대 허용가능한 입자 크기는 부품의 용도, 예컨대 제품의 가스 터빈 엔진 대 다른 용도, 회전 대 비-회전 부품에의 사용 여부, 보다 저온 대 보다 고온 환경에서의 작동 여부에 따라 변할 것이다. 이러한 제품들은 단조된 물질로 구성된 상응하는 제품에 필적할만한, 바람직하게는 그 이상인 성질들을 갖는다.The product of the invention is characterized by a small average particle size of less than or equal to ASTM 3, more preferably less than or equal to
다이 주조 IN 718과 같은 다이 주조 제품을 검사한 결과 놀랍게도 최소한 약간의 레이브 상 및 다른 TCP 상들이 존재할 뿐 아니라 원소 편석도 존재하는 것으로 나타났다. 놀랍게도 이러한 결함의 존재는 용융 물질이 금형내로 사출될 때 냉각되는 속도를 비교적 빠르게(매몰 주조에 비해) 한다. 앞서 논의된 바와 같이, 이러한 결함의 존재로 인해 제품의 기계적 성질이 감소된다. 제품의 목적하는 용도에 따라, 이들 결함을 감소시키거나 제거해야만 한다. 이들 결함을 감소 또는 제거하기 위한 전형적인 열처리가 도 12 및 13과 관련하여 논의되어 있다.Examination of die casting products, such as die casting IN 718, surprisingly showed that at least some rave phases and other TCP phases exist as well as elemental segregation. Surprisingly, the presence of such defects makes the rate of cooling of molten material into the mold relatively fast (relative to investment casting). As discussed above, the presence of these defects reduces the mechanical properties of the article. Depending on the intended use of the product, these defects must be reduced or eliminated. Typical heat treatments for reducing or eliminating these defects are discussed in connection with FIGS. 12 and 13.
상기 개시된 바와 같이, 본 발명은 우수한 강도 뿐 아니라, 상응하는 단조된 요소들에 필적하거나 또는 이보다 나은 다른 성질들, 예컨대 낮은 균열 성장 속도 및 높은 응력 파괴 저항성을 갖는 제품을 다이 주조할 수 있다. 본 발명에 따른 다이 주조 IN 718 샘플을 시험하여 항복 강도 및 극한 인장 강도 뿐 아니라, 내구성 및 충격 강도를 측정하였다. 인장성에 대해서, 다이 주조 IN 718 제품의 샘플을 실온(약 70℉) 및 승온(예컨대 약 650℃(1200℉))(시험 전에 일정 기간 동안 유지시킴) 모두에서 시험하였다. 상기 샘플에 항복 강도를 통해 0.076 내지 0.178㎜/㎜/분 또는 0.003 내지 0.007in/in/분의 응력 변형 속도를 가하고, 이어서 상기 속도를 증가시켜 약 1 분 후에 파손시켰다. 도 6 및 7에 나타낸 바와 같이, 다이 주조 제품은 실온 및 승온에서 필적할만한 0.2% 항복 강도, 극한 인장 강도, 파단 신율 및 충격 강도를 특징으로 한다.As disclosed above, the present invention is capable of die casting articles with excellent strength as well as other properties comparable to or better than corresponding forged elements, such as low crack growth rates and high stress fracture resistance. Die casting IN 718 samples according to the present invention were tested to determine the yield strength and ultimate tensile strength, as well as durability and impact strength. For tensile, samples of die cast IN 718 products were tested at both room temperature (about 70 ° F.) and elevated temperatures (eg, about 650 ° C. (1200 ° F.)) (maintained for some time before testing). The sample was subjected to a stress strain rate of 0.076 to 0.178 mm / mm / min or 0.003 to 0.007 in / in / min through yield strength, which was then increased to break after about 1 minute. As shown in Figures 6 and 7, the die cast product is characterized by comparable 0.2% yield strength, ultimate tensile strength, elongation at break and impact strength at room and elevated temperatures.
보다 구체적으로, 블레이드 및 베인, 예컨대 회전 요소들의 경우에, 다이 주조 부품은 적어도 상응하는 단조된 제품에 의해 나타나는 것과 동일한 강도 및 충격 특성을 요구한다. IN 718로 구성된 블레이드, 베인 및 회전 요소들은 실온에서 1MPa(140ksi) 이상, 보다 바람직하게는 1.05MPa(150ksi) 이상, 가장 바람직하게는 1.12MPa(160ksi) 이상의 0.2% 항복 강도; 및 650℃(1200℉)에서 805kPa(115ksi) 이상, 보다 바람직하게는 875kPa(125ksi) 이상, 가장 바람직하게는 945kPa(135ksi) 이상의 항복 강도를 가져야 한다. 이러한 제품은 실온에서 1.23MPa(175ksi) 이상, 보다 바람직하게는 1.3MPa(185ksi) 이상, 가장 바람직하게는 1.37MPa(195ksi) 이상의 극한 인장 강도; 및 650℃(1200℉)에서 1MPa(140ksi) 이상, 보다 바람직하게는 1.05MPa(150ksi) 이상, 가장 바람직하게는 1.12MPa(160ksi) 이상의 극한 인장 강도를 갖는다.More specifically, in the case of blades and vanes such as rotating elements, the die cast part requires at least the same strength and impact properties as exhibited by the corresponding forged product. Blades, vanes and rotating elements comprised of IN 718 have a 0.2% yield strength of at least 1 MPa (140 ksi), more preferably at least 1.05 MPa (150 ksi) and most preferably at least 1.12 MPa (160 ksi); And a yield strength of at least 805 kPa (115 ksi), more preferably at least 875 kPa (125 ksi) and most preferably at least 945 kPa (135 ksi) at 650 ° C. (1200 ° F.). Such articles have an ultimate tensile strength of at least 1.23 MPa (175 ksi), more preferably at least 1.3 MPa (185 ksi), most preferably at least 1.37 MPa (195 ksi) at room temperature; And ultimate tensile strength at 650 ° C. (1200 ° F.) of at least 1 MPa (140 ksi), more preferably at least 1.05 MPa (150 ksi), most preferably at least 1.12 MPa (160 ksi).
또한, 표준 조합물인 다듬질(smooth) 및 노취된(notched) 응력 파괴 시험 표본(본 발명에 따라 제조된 물질 포함), 예컨대 ASTM E292에 따른 표본을 시험하였다. 상기 표본을 약 650℃(1200℉)에서 유지시키고, 연속적으로 장전한 후에 약 735 내지 770MPa(105 내지 110ksi)의 초기 축 응력을 발생시켰다. 블레이드 및 베인용으로 사용되는 물질의 경우에, 상기 표본은 23 시간 이상이 지나야만 파괴되었다. 상기 값들은 상기 참고로 한 AMS 5663에서 밝혀진 값에 필적할만한 것이다.In addition, standard and smoothed and notched stress fracture test specimens (including materials prepared according to the present invention), such as those in accordance with ASTM E292, were tested. The specimens were maintained at about 650 ° C. (1200 ° F.) and subsequently loaded with an initial axial stress of about 735-770 MPa (105-110 ksi). In the case of materials used for blades and vanes, the specimens were not destroyed after at least 23 hours. The values are comparable to those found in AMS 5663, referenced above.
유사한 표준 조합물인 다듬질 및 노취된 응력 파괴 시험 표본(본 발명에 따라 제조된 물질 포함), 예컨대 ASTM E292에 따른 표본을 또한 약 704℃(1300℉)에서 시험하였다. 표본을 연속적으로 장전하고, 그 후에 약 420 내지 455MPa(60 내지 65ksi)의 초기 축 응력을 발생시켰다. 블레이드 및 베인용으로 사용되는 물질의 경우에, 상기 표본은 40 시간 이상이 지나야만 파괴되었다.Finished and notched stress fracture test specimens (including materials prepared according to the present invention), such as those according to ASTM E292, which are similar standard combinations, were also tested at about 704 ° C. (1300 ° F.). The samples were loaded continuously, after which an initial axial stress of about 420-455 MPa (60-65 ksi) was generated. In the case of materials used for blades and vanes, the specimens were not destroyed after at least 40 hours.
크리프성(creep property)을 또한 약 650℃(1200℉)에서 평가하였다. 표본을 약 650℃(1200℉)에서 유지시키고 장전시켜 약 560MPa(80ksi) 이상의 축 응력을 생성시켰다. 0.1%의 가소성 변형에 이르는 시간을 측정하며, 블레이드 및 베인용으로 사용되는 물질의 경우에 상기 시간은 약 15 시간을 초과해야 한다. 또한, 특정한 요구값들은 제품이 놓이는 특정 용도에 따라 다를 것이다.Creep properties were also evaluated at about 650 ° C. (1200 ° F.). The specimen was maintained at about 650 ° C. (1200 ° F.) and loaded to produce an axial stress of at least about 560 MPa (80 ksi). The time to plastic deformation of 0.1% is measured and for materials used for blades and vanes the time should exceed about 15 hours. In addition, the specific requirements will depend on the particular application for which the product is placed.
비-회전 부품, 예컨대 케이스, 플랜지 및 밀봉부, 예컨대 고리에 대해서, 상기 값들은 요구되는 값들을 초과한다. 보다 구체적으로, IN 718로 구성된 고리 및 밀봉부와 같은 비-회전 부품들은 실온에서 910MPa(130ksi) 이상, 보다 바람직하게는 1GPa(140ksi) 이상, 가장 바람직하게는 1.05GPa(150ksi) 이상의 0.2% 항복 강도; 및 650℃(1200℉)에서 735MPa(105ksi) 이상, 보다 바람직하게는 805MPa(115ksi), 가장 바람직하게는 875MPa(125ksi) 이상의 항복 강도를 가져야 한다. 상기와 같은 제품은 실온에서 1.16GPa(165ksi) 이상, 보다 바람직하게는 1.23GPa(175ksi) 이상, 가장 바람직하게는 1.3GPa(185ksi) 이상의 극한 인장 강도; 및 650℃(1200℉)에서 875MPa(125ksi) 이상, 보다 바람직하게는 945MPa(135ksi), 가장 바람직하게는 1.02GPa(145ksi) 이상의 극한 인장 강도를 갖는다.For non-rotating parts such as cases, flanges and seals such as rings, these values exceed the required values. More specifically, non-rotating parts such as rings and seals made of IN 718 yield 0.2% yield of at least 910 MPa (130 ksi), more preferably at least 1 GPa (140 ksi) and most preferably at least 1.05 GPa (150 ksi) at room temperature. burglar; And a yield strength of at least 735 MPa (105 ksi), more preferably at 805 MPa (115 ksi), and most preferably at least 875 MPa (125 ksi) at 650 ° C. (1200 ° F.). Such articles have an ultimate tensile strength of at least 1.16 GPa (165 ksi), more preferably at least 1.23 GPa (175 ksi) and most preferably at least 1.3 GPa (185 ksi) at room temperature; And ultimate tensile strength at 650 ° C. (1200 ° F.) at least 875 MPa (125 ksi), more preferably at 945 MPa (135 ksi), most preferably at least 1.02 GPa (145 ksi).
또한, 표준 조합물인 다듬질 및 노취된 응력 파괴 시험 표본(본 발명에 따라 제조된 물질 포함), 예컨대 ASTM E292에 따른 표본을 시험하였다. 상기 표본을 약 650℃(1200℉)에서 유지시키고, 연속적으로 장전하고, 그 후에 약 735 내지 770MPa(105 내지 110ksi)의 초기 축 응력을 발생시켰다. 블레이드 및 베인용으로 사용되는 물질의 경우에, 상기 표본은 23 시간 이상이 지나야만 파괴되었고, 신율은 약 6% 이상이었다.In addition, standard combinations of finished and notched stress fracture test specimens (including materials prepared according to the present invention), such as those according to ASTM E292, were tested. The sample was maintained at about 650 ° C. (1200 ° F.), loaded continuously, and then generated an initial axial stress of about 735-770 MPa (105-110 ksi). In the case of materials used for blades and vanes, the specimens were not destroyed after at least 23 hours and the elongation was at least about 6%.
유사한 표준 조합물인 다듬질 및 노취된 응력 파괴 시험 표본(본 발명에 따 라 제조된 물질 포함), 예컨대 ASTM E292에 따른 표본을 또한 약 704℃(1300℉)에서 시험하였다. 표본을 연속적으로 장전하고, 그 후에 약 420 내지 455MPa(60 내지 65ksi)의 초기 축 응력을 발생시켰다. 블레이드 및 베인용으로 사용되는 물질의 경우에, 상기 표본은 85 시간 이상이 지나야만 파괴되었다.Finished and notched stress fracture test specimens (including materials prepared according to the present invention), such as those according to ASTM E292, which are similar standard combinations, were also tested at about 704 ° C. (1300 ° F.). The samples were loaded continuously, after which an initial axial stress of about 420-455 MPa (60-65 ksi) was generated. In the case of materials used for blades and vanes, the specimens were not destroyed after more than 85 hours.
크리프성을 또한 약 650℃(1200℉)에서 평가하였다. 표본을 약 650℃(1200℉)에서 유지시키고 장전시켜 약 560MPa(80ksi) 이상의 축 응력을 생성시켰다. 0.1%의 가소성 변형에 이르는 시간을 측정하며, 블레이드 및 베인용으로 사용되는 물질의 경우에 상기 시간은 약 15 시간을 초과해야 한다. 또한, 특정 요구값들은 제품이 놓이는 특정 용도에 따라 다를 것이다.Creep properties were also evaluated at about 650 ° C. (1200 ° F.). The specimen was maintained at about 650 ° C. (1200 ° F.) and loaded to produce an axial stress of at least about 560 MPa (80 ksi). The time to plastic deformation of 0.1% is measured and for materials used for blades and vanes the time should exceed about 15 hours. In addition, the specific requirements will depend on the specific application for which the product is placed.
AMS 5663은 하기의 특성들을 요구한다:AMS 5663 requires the following characteristics:
AMS 5383은 하기의 특성들을 요구한다:AMS 5383 requires the following characteristics:
AMS 5663에 나타낸 바와 같이, 단조된 물질의 성질들은 샘플을 세로 또는 가 로로 시험하는가에 따라 다르다. 예컨대 상기 성질들은 등방성이지 않으며, 가로 시험중에 생성된 값들은 더 작다.As shown in AMS 5663, the properties of the forged material depend on whether the sample is tested longitudinally or horizontally. For example, these properties are not isotropic and the values generated during the transverse test are smaller.
또한, 표준 조합물인 다듬질 및 노취된 응력 파괴 시험 표본(본 발명에 따라 제조된 물질 포함), 예컨대 ASTM E292에 따른 표본을 시험하였다. 상기 표본을 약 650℃(1200℉)에서 유지시키고, 연속적으로 장전한 후에 약 735 내지 770MPa(105 내지 110ksi)의 초기 축 응력을 발생시켰다. 상기 표본은 23 시간 이상 후에 파괴되었다. 이들 값은 AMS 5663에 개시된 요구조건들을 만족시킨다.In addition, standard combinations of finished and notched stress fracture test specimens (including materials prepared according to the present invention), such as those according to ASTM E292, were tested. The specimens were maintained at about 650 ° C. (1200 ° F.) and subsequently loaded with an initial axial stress of about 735-770 MPa (105-110 ksi). The specimens were destroyed after at least 23 hours. These values satisfy the requirements disclosed in AMS 5663.
보다 강도가 낮은 제품, 즉 AMS 5383 표준 조합물의 요구조건들을 만족시키는 제품에 대해서, 다듬질 및 노취된 응력 파괴 시험 표본을 시험한다. 상기 표본들을 704℃(1300℉)에서 유지시키고 연속적으로 장전한 후에, 약 462MPa(65ksi)의 초기 축 응력을 발생시켰다. 상기 표본은 23 시간 이상이 지나야만 파괴되었다.Finished and notched stress fracture test specimens are tested for products of lower strength, ie, products that meet the requirements of the AMS 5383 standard combination. After the samples were maintained at 704 ° C. (1300 ° F.) and loaded continuously, an initial axial stress of about 462 MPa (65 ksi) was generated. The specimens were not destroyed after at least 23 hours.
도 8, 9 및 10에 대해서, IN 718과 같은 니켈-기제 초합금을 바람직하게는 비-반응성 환경, 예컨대 불활성 가스 또는 보다 바람직하게는 진공 환경하에서 용융 및 주조시킨다. 제품을 다이 주조하는 바람직한 방법은 "고 융점 또는 반응성 물질의 다이 주조 제품을 제조하는 방법" 및 "고 융점 물질의 다이 주조 장치"란 표제하의 본 출원과 동일자로 제출된 동시 계류중인 출원에 개시되어 있으며, 상기 출원들은 각각 본 발명에 참고로 인용된다. 바람직하게는 단일 충전물 또는 작은 배치(약 4.5 ㎏/10 lb)의 물질을 제조한다(도 10, 단계 44). 상기 물질을 오염시키지 않으면서 고속 용융되도록 상기 충전물을 용융시킨다. 이어서 용융된 물질 을 냉각 챔버 유형의 다이 주조 장치(또한 바람직하게는 배기된 것)의 수평 발사 슬리브 관이 부분 충전되도록 상기 슬리브 관내로 주입시킨다. 이어서 상기 용융된 물질을 다이(바람직하게는 가열되지 않은 것)내로 사출시키며, 여기에서 상기 물질이 고화되어 목적하는 제품을 형성한다.8, 9 and 10, nickel-based superalloys such as IN 718 are preferably melted and cast in a non-reactive environment such as inert gas or more preferably in a vacuum environment. Preferred methods of die casting an article are disclosed in co-pending applications filed on the same day as the present application under the headings "Method for Making Die Casting Products of High Melting Point or Reactive Materials" and "Die Casting Apparatus of High Melting Point Materials". Each of which is incorporated herein by reference. Preferably a single charge or small batch (about 4.5 kg / 10 lb) of material is prepared (FIG. 10, step 44). The charge is melted to melt at high speed without contaminating the material. The molten material is then injected into the sleeve tube to partially fill the horizontal firing sleeve tube of the die casting apparatus (also preferably vented) of the cooling chamber type. The molten material is then injected into a die (preferably not heated), where the material solidifies to form the desired product.
처음에, 다이 주조되는 물질을 도 8 및 9에 예시된 장치(18)에서 용융시킨다(도 10, 단계 46). 반응성 물질, 예컨대 반응성 원소들을 함유하는 초합금을 주조하는 경우, 상기 물질을 비-반응성 환경에서 용융시켜 임의의 반응, 오염 또는 생성된 제품의 품질에 유해한 영향을 미칠 수도 있는 다른 조건들을 방지하는 것이 중요하다. 용융 환경중의 임의의 가스는 용융된 물질내로 포집되어 다이 주조 제품에 과도한 기공을 생성시킬 수도 있으므로, 상기 물질을 불활성 환경, 예컨대 아르곤 하에서 보다는 진공 환경에서 용융시키는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 물질을 진공원(22)에 결합된 용융 챔버(20)에서 용융시키며, 이때 상기 챔버는 100㎛ 미만, 바람직하게는 50㎛ 미만의 압력으로 유지된다.Initially, the die cast material is melted in the
IN 718과 같은 니켈-기제 초합금을 유도 스컬 재용융 또는 용융(ISR)(24), 예컨대 콘사크 코포레이션(Consarc Corporation, Rancocas, NJ)에 의해 제작된 도가니(주조되는 물질의 단일 충전물, 예컨대 약 25 lb 이하의 물질을 고속으로 깨끗하게 용융시킬 수 있다)에 의해 용융시키는 것이 바람직하다. ISR에서, 물질을 서로 인접한 위치로 유지된 다수개의 금속(전형적으로 구리) 핑거(finger)로 한정된 도가니에서 용융시킨다. 상기 도가니는 전원(26)에 연결된 유도 코일에 의해 둘러싸여 있다. 상기 핑거들은 상기 핑거들의 용융을 방지하게 위해서 냉각 수를 수 공급원(도시 안됨)에서부터 다시 상기 공급원으로 순환시키는 통로를 포함한다. 상기 코일에 의해 발생된 전장은 도가니를 통과하고 상기 도가니내에 배치된 물질을 가열 및 용융시킨다. 상기 전장은 또한 용융된 금속을 교반하는 작용을 한다. 상기 물질의 박층이 도가니 벽상에서 동결되어 스컬을 형성함으로써 용융된 물질이 도가니를 공격하는 능력을 최소화시킨다. 상기 도가니 및 코일, 및 상기 코일에 적용되는 전력 및 주파수를 적절히 선택함으로써, 용융된 물질을 도가니로부터 편석, 실제로 부양시킬 수 있다.A nickel-based superalloy such as IN 718 is a crucible (single charge of cast material, such as about 25) made by induction skull remelting or melting (ISR) 24, such as Consarc Corporation, Rancocas, NJ. melting of less than lb material can be neatly melted at high speed). In ISR, the material is melted in a crucible defined by a number of metal (typically copper) fingers held in positions adjacent to each other. The crucible is surrounded by an induction coil connected to a
물질의 용융과 용융된 물질을 다이내로 주입하는 공정 사이에 약간의 경과 시간이 필요할 것이기 때문에, 상기 물질을 제한된 과열-상기 물질이 최소한 주입될 때까지 실질적으로 용융된 채로 있을 만큼 충분히 높게, 그러나 예컨대 작은 입자가 형성될 수 있도록 사출시 급속한 고화가 일어날 정도로 충분히 낮은 과열로 용융시킨다. 초합금에 대해서, 상기 과열을 융점 이상에서 약 93℃(200℉) 이내로, 보다 바람직하게는 38℃(100℉) 미만, 가장 바람직하게는 10℃(50℉) 미만으로 제한하는 것이 바람직하다.Since some elapsed time will be required between the melting of the material and the process of injecting the molten material into the die, the material is sufficiently high enough to remain substantially molten until the material is at least injected, but for example Melt with superheat low enough to cause rapid solidification upon injection so that small particles can form. For superalloys, it is desirable to limit the overheat to within about 93 ° C. (200 ° F.) above the melting point, more preferably below 38 ° C. (100 ° F.), most preferably below 10 ° C. (50 ° F.).
ISR 유니트를 사용하여 상기 물질의 단일 충전물을 용융시키는 것이 바람직하지만, 상기 물질을 다른 방식으로, 예컨대 진공 유도 용융(VIM), 전자 광선 용융, 저항 용융 또는 플라스마 아크에 의해 용융시킬 수도 있다. 더욱이, 벌크 물질, 예컨대 물질의 다수 충전물을 한번에 진공 환경하에서 용융시키고, 이어서 상기 용융된 물질의 단일 충전물들을 사출을 위해 발사 슬리브 관에서 다이내로 이동시키는 것도 배제시키지 않는다. 그러나, 상기 물질을 진공하에서 용융시키기 때 문에, 상기 용융된 물질을 이동시키는데 사용되는 어떠한 장치도 전형적으로는 고온을 견딜 수 있어야 하며 진공 챔버에 배치되어야 하고, 결과적으로 상기 챔버는 비교적 커야 한다. 추가의 장치는 비용을 가중시키고, 상응하게 큰 진공 챔버는 배기시키는데 보다 오랜 시간이 걸려서 주기 시간에 불리한 영향을 미친다.It is preferred to melt a single charge of the material using an ISR unit, but the material may also be melted in other ways, such as by vacuum induction melting (VIM), electron beam melting, resistance melting or plasma arc. Moreover, it does not exclude the melting of bulk materials, such as multiple charges of material, at once in a vacuum environment, and then moving the single charges of the melted material from the launch sleeve tube into the die for injection. However, because the material melts under vacuum, any device used to move the molten material typically must be able to withstand high temperatures and must be placed in a vacuum chamber, resulting in a relatively large chamber. Additional devices add cost and the correspondingly larger vacuum chambers take longer to vent, adversely affecting cycle times.
용융된 물질을 도가니에서 장치의 발사 슬리브 관(13)으로 이동시키기 위해서(도 10, 단계 48), 상기 도가니를 이동(도 9, 화살표 42) 및 또한 주입 축(도시 안됨) 둘레의 추축 이동(도 8, 화살표 33)을 위해 적재하고, 차례로 상기 도가니를 회전시켜 용융된 물질을 상기 도가니로부터 주입 컵 또는 깔때기가 결합되었거나 또는 없는 발사 슬리브 관(30)의 주입 구멍(35)을 통해 주입하기 위해 모터(도시 안됨)에 적재한다. 이동은 물질을 용융시키는 용융 챔버(20)과 발사 슬리브 관이 배치된 별도의 진공 챔버(34)중의 한 위치 사이에서 일어난다. 주입 챔버(34)는 또한 100㎛ 미만, 보다 바람직하게는 50㎛ 미만 압력의 비-반응성 환경, 바람직하게는 진공 환경으로서 유지된다. 상기 용융 챔버(20)과 주입 챔버(34)는 출입 밸브 또는 다른 적합한 수단(도시 안됨)에 의해 분리되어 하나의 챔버가, 예컨대 특정한 챔버중의 한 요소에 접근하기 위해서, 대기에 노출되는 경우 진공 손실을 최소화시킨다. In order to move the molten material from the crucible to the firing sleeve tube 13 of the device (FIG. 10, step 48), the crucible is moved (FIG. 9, arrow 42) and also the pivot movement around the injection axis (not shown) 8, arrow 33), which in turn rotates the crucible to inject molten material from the crucible through the
상기 개시된 바와 같이, 용융된 물질은 도가니(24)에서 주입 구멍(35)을 통해 발사 슬리브 관(30)내로 이동된다. 상기 발사 슬리브 관(30)은 여러 부분으로 된 재사용가능한 다이(36)에 결합되어 있으며, 상기 다이(36)은 다이 공동(38)을 한정한다. 충분량의 용융된 물질을 발사 슬리브 관내로 주입하여 상기 다이 공동(한 부분 또는 하나 이상의 부분을 포함할 수도 있다)을 충전시킨다. 본 발명에서는 예컨대 12 공동 다이를 사용하여 1 회 발사로 12개 정도로 많은 부품을 성공적으로 주조하였다.As disclosed above, the molten material is moved into the firing
예시된 다이(36)은 2개의 부분 (36a), (36b)를 포함하며, 이들 부분은 협력하여 예를 들면 가스 터빈 엔진용 콤프레셔 날개 형태의 다이 공동(38)을 한정한다. 다이(36)은 또한 진공 원에 결합되어 있어 용융된 금속을 사출시키기 전에 상기 다이를 배기시킬 수 있으며, 상기 다이를 별도의 진공 챔버에서 폐쇄시킬 수도 있다. 상기 다이의 두 부분 (36a), (36b)중 한 부분은 고정된 반면, 다른 한 부분은 상기 한 부분에 비해 예컨대 수력 조립체(도시 안됨)에 의해 이동가능하다. 상기 다이는 바람직하게는 배출 핀(도시 안됨)을 포함하여 상기 다이로부터 고화된 물질을 배출시키는 것을 용이하게 한다.The illustrated die 36 comprises two
다이는 다양한 물질들로 구성될 수 있으며, 우수한 열 전도성을 가져야 하고 용융된 물질의 사출에 의한 화학적 공격 및 부식에 비교적 저항성이어야 한다. 가능한 물질들에 대한 포괄적인 목록은 매우 광범위할 수 있으며, 금속, 세라믹, 그라파이트 및 금속 매트릭스 복합물과 같은 물질들을 포함한다. 다이 물질에 대해, 본 발명에서는 용구용 강, 예컨대 H13 및 V57, 몰리브덴 및 텅스텐-기제 물질, 예컨대 TZM 및 앤빌로이(Anviloy), 구리-기제 물질, 예컨대 구리 베릴륨 합금인"몰드맥스(Moldmax)"(고 경도), 코발트-기제 합금, 예컨대 F75 및 L605, 니켈-기제 합금, 예컨대 IN 100 및 렌(Rene) 95, 철-기제 초합금 및 순한 탄소 강, 예컨대 1018을 성공적으로 사용하였다. 다이 물질의 선택은 제품을 경제적으로 제조하는데 중요하며, 주조되는 물질의 복잡성 및 양 뿐 아니라 상기 요소의 시중 가격에 따라 변한다.The die can be composed of various materials, must have good thermal conductivity and be relatively resistant to chemical attack and corrosion by injection of molten material. A comprehensive list of possible materials can be very extensive and include materials such as metals, ceramics, graphite and metal matrix composites. With respect to the die material, the present invention refers to "Moldmax" which is a tool steel, such as H13 and V57, molybdenum and tungsten-based materials such as TZM and Anviloy, copper-based materials such as copper beryllium alloys. (High hardness), cobalt-based alloys such as F75 and L605, nickel-based alloys such as
각각의 다이 물질은 상기를 다양한 용도에 바람직하게 하는 속성을 갖는다. 저렴한 다이 물질에 대해서, 순한 탄소 강 및 구리 베릴륨 합금은 다이를 기계처리하고 조립하는데 대한 그의 상대적인 용이성으로 인해 바람직하다. 내열성 금속, 예컨대 텅스텐 및 몰리브덴-기제 물질은 고온에서의 양호한 강도로 인해 보다 비용이 많이 들고 보다 용량이 큰 용도에 바람직하다. 코발트-기제 및 니켈-기제 합금 및 보다 고도로 합금된 용구용 강은 이들 두 그룹의 물질들간에 타협을 제공한다. 코팅 및 표면 처리의 사용을 이용하여 장치 성능 및 생성된 부품의 품질을 향상시킬 수도 있다. 다이를 또한 물과 같은 냉각제 공급원 또는 오일과 같은 열원(도시 안됨)에 결합시켜 공정 중에 다이 온도를 열적으로 조종할 수도 있다. 또한, 다이 윤활제를 다이의 하나 이상의 선택된 부품 또는 다이 주조 장치에 사용할 수도 있다. 임의의 윤활제는 일반적으로 생성된 주조 제품의 품질을 개선시켜야 하며, 보다 구체적으로 사출되는 물질을 오염시키지 않도록 열적 파손에 대해 저항성이 있어야 한다.Each die material has the properties that make it desirable for a variety of applications. For inexpensive die materials, mild carbon steel and copper beryllium alloys are preferred because of their relative ease of machining and assembling the die. Heat resistant metals such as tungsten and molybdenum-based materials are preferred for higher cost and higher capacity applications due to their good strength at high temperatures. Cobalt-based and nickel-based alloys and more highly alloyed tool steels provide a compromise between these two groups of materials. The use of coatings and surface treatments may be used to improve device performance and quality of the resulting parts. The die may also be coupled to a coolant source such as water or a heat source such as oil (not shown) to thermally control the die temperature during the process. Die lubricants may also be used in one or more selected parts of the die or die casting apparatus. Any lubricant should generally improve the quality of the resulting cast product and, more specifically, be resistant to thermal breakage so as not to contaminate the material being injected.
이어서 용융된 금속을 도가니에서 발사 슬리브 관으로 이동시킨다. 충분량의 용융된 금속을 상기 발사 슬리브 관내로 주입하여 다이 공동 및 관련된 굴대, 비스킷, 다른 공동들을 충전시킨다. IN 718은 티탄 합금에 의한 정도로 "캔을 형성"하지 않기 때문에 발사 슬리브 관을 충전시킬 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 상기 슬리브 관이 50% 미만으로 충전되고, 약 40% 미만으로 충전되고, 약 30% 미만으로 충전된 경우 우수한 품질의 주조물이 생성되었다.The molten metal is then moved from the crucible to the firing sleeve tube. A sufficient amount of molten metal is injected into the firing sleeve tube to fill the die cavity and associated mandrel, biscuits, and other cavities. The IN 718 can fill the firing sleeve tube as it does not "form" a can to the extent of the titanium alloy. However, in the present invention, good quality castings were produced when the sleeve tube was filled to less than 50%, filled to less than about 40%, and filled to less than about 30%.
사출 장치, 예컨대 플런저(40)은 발사 슬리브 관(30)과 협력하며, 수력 또는 다른 적합한 조립체(도시 안됨)가 상기 플런저를 화살표(42)의 방향으로 구동시켜 상기 플런저를 실선으로 표시된 위치와 점선으로 표시된 위치 사이로 이동시키고 상기에 의해 용융된 물질을 슬리브 관(30)에서 다이 공동(38)내로 사출시킨다(도 10, 단계 50). 실선으로 나타낸 위치에서, 플런저와 슬리브 관은 협력하여 사출될 용융 물질의 양보다 실질적으로 큰 용량을 한정한다. 바람직하게는, 상기 용량은 사출되는 물질 용량의 2 배 이상, 보다 바람직하게는 약 3 배 이상이다. 따라서, 상기 용량의 물질이 도가니에서 슬리브 관으로 이동된다. 슬리브 관이 단지 부분적으로만 충전되는 경우, 상기 슬리브 관상에 고화된 임의의 물질 또는 표피는 단지 부분적인 실린더, 예컨대 개방된 아치형 표면을 형성하며, 금속 사출중에 보다 용이하게 긁어지거나 분쇄되어 용융된 물질내로 다시 혼입된다. 사출을 위해서, 본 출원인들은 약 0.77m/s(30in/s(ips)) 내지 7.7m/s(300ips)의 플런저 속도를 사용하였으며, 본 발명에서는 약 1.3 내지 4.5m/s(50 내지 175ips)의 플런저 속도를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 플런저는 전형적으로는 8.4MPa(1200 psi) 이상, 보다 바람직하게는 10.5MPa(1500 psi) 이상의 압력에서 이동한다. 다이 공동이 충전될 때 플런저가 그의 스트로크의 끝에 도달함에 따라, 압력이 금속쪽으로 이동하기 시작한다. 이어서 상기 금속에 가해진 압력은 강화되며, 바람직하게는 3.5MPa(500 psi) 이상, 보다 바람직하게는 약 10.5MPa(1500 psi) 이상 강화되어 금형 공동을 완전히 충전시킨다. 강화는 또한 기공을 최소화시키고 냉각중 에 임의의 물질 수축을 감소 또는 제거하도록 수행된다. 다이내의 물질이 고화되도록 충분한 시간이 경과한 후에, 배출 핀(도시 안됨)을 작동시켜 다이로부터 부품들을 배출시킨다(도 10, 단계 52).An injection device, such as the
당해분야에 공지된 바와 같이, 일반적으로 제품 주조 및 특히 다이 주조는 약간의 기공, 일반적으로는 수 퍼센트 이하의 기공을 포함시키는 경향이 있다. 따라서, 특히 상기와 같은 제품을 보다 요구가 많은 용도에 사용하는 경우, 예컨대 가스 터빈 엔진용 콤프레셔 날개에 사용하는 경우, 기공을 감소, 바람직하게는 제거할 필요가 있으며, 그렇지 않으면 필요에 따라 처리한다(도 10, 단계 54). 따라서 부품들을 상기 개시한 바와 같이 고온 등압 압축성형(HIP)시켜 주조시 부품들중의 임의의 기공들을 감소 및 실질적으로 제거시킨다. IN 718과 같은 니켈-기제 초합금에 대해서, 약 982 내지 1093℃(1800 내지 2000℉), 보다 바람직하게는 약 982 내지 1023℃(1800 내지 1875℉)의 온도에서 최소 약 4 시간 동안 약 105 내지 175MPa(15 내지 25ksi)의 압력에서의 HIP가 바람직하다.As is known in the art, product casting and in particular die casting generally tend to include some pores, generally up to several percent of pores. Therefore, in particular when such products are used for more demanding applications, for example in compressor blades for gas turbine engines, it is necessary to reduce, preferably eliminate, or otherwise process them as necessary. (FIG. 10, step 54). The parts are therefore hot isostatically pressed (HIP) as described above to reduce and substantially eliminate any pores in the parts during casting. For nickel-based superalloys such as IN 718, about 105 to 175 MPa for at least about 4 hours at a temperature of about 982 to 1093 ° C. (1800 to 2000 ° F.), more preferably at about 982 to 1023 ° C. (1800 to 1875 ° F.) HIP at a pressure of (15-25 ksi) is preferred.
경우에 따라, 이어서 각각의 제품을 열처리할 수도 있다. 다이 주조 IN 718로 구성된 날개에 대해서, 열처리는 예컨대 AMS 5663에 개시된 바와 같은 표준 및 상업적으로 허용되는 처리를 포함한다.If desired, each product may then be heat treated. For wings composed of die casting IN 718, the heat treatment includes standard and commercially acceptable treatments as disclosed, for example, in AMS 5663.
실제적인 열처리 및 HIP 변수는 제품에 대해 목적하는 성질 및 용도, 및 공정에 대한 표적 주기 시간에 따라 변할 수 있지만, HIP중에 사용되는 온도, 압력 및 시간은 실질적으로 모든 기공들을 제거하고 임의의 잔류 주조 편석을 균일화시키지만 현저한 입자 성장은 허용하지 않을 정도로 충분해야 한다.Actual heat treatment and HIP parameters may vary depending on the desired properties and uses for the product, and the target cycle time for the process, but the temperature, pressure, and time used during HIP will substantially eliminate all pores and remove any residual casting. It should be sufficient to homogenize segregation but not to allow significant grain growth.
부품들을 통상적인 검사 기법, 예컨대 형광 투과성 검사(FPI), 방사선 촬영, 시각 검사를 사용하여 검사(도 10, 단계 56)하고, 검사를 통과한 후에 사용하거나 또는 경우에 따라 추가로 처리/재처리할 수도 있다(도 10, 단계 58).The parts are inspected using conventional inspection techniques such as fluorescence transmission (FPI), radiography, visual inspection (FIG. 10, step 56), used after passing the inspection, or optionally further processed / reprocessed. May be done (FIG. 10, step 58).
열처리로 돌아가서, 본 출원인들은 편석 및 TCP 상들을 기존 제품에 비해 상당히 감소된 온도에서 감소 또는 실질적으로 제거할 수 있으며, 따라서 HIP와 동일한 변수에서 원소 편석의 존재를 다루는 것도 또한 가능하다는 것을 결정하였다. 열처리는 기공을 제거하려는 경우 물질을 약 982 내지 1121℃(1800 내지 2050℉)의 온도에서 약 1 내지 24 시간 동안 약 105 내지 175MPa(15 내지 25ksi)의 압력에서 가열하는 것을 포함한다. 상기 처리를 바람직하게는 불활성 환경, 예컨대 아르곤하에서 수행한다. 실제 변수들은 제품에 대해 목적하는 용도 및 공정에 대한 표적 주기 시간에 따라 변할 수 있지만, 온도, 압력 및 시간은 실질적으로 모든 기공들을 제거하고 주조 제품중의 편석을 감소시키지만 현저한 입자 성장은 허용하지 않을 정도로 충분해야 한다. 도 13은 편석의 감소를 예시하기 위해, 약 1010℃(1850℉)의 온도에서 2 시간 동안 가압하지 않고 가열한 후의 다이 주조 IN 718 물질을 예시한다. 상기 시간 동안 적합한 HIP 압력의 적용은 기존 기공을 폐쇄시킨다.Returning to the heat treatment, the applicants determined that segregation and TCP phases can be reduced or substantially removed at significantly reduced temperatures compared to existing products, and therefore it is also possible to deal with the presence of elemental segregation at the same parameters as HIP. The heat treatment includes heating the material at a pressure of about 105 to 175 MPa (15 to 25 ksi) for about 1 to 24 hours at a temperature of about 982 to 1121 ° C. (1800 to 2050 ° F.) when removing porosity. The treatment is preferably carried out in an inert environment such as argon. Actual parameters may vary depending on the intended cycle of use for the product and the target cycle time for the process, but temperature, pressure and time will substantially eliminate all pores and reduce segregation in the cast product but will not allow significant grain growth. Should be enough. FIG. 13 illustrates die casting IN 718 material after heating without pressurization at a temperature of about 1010 ° C. (1850 ° F.) for 2 hours to illustrate segregation reduction. Application of a suitable HIP pressure during this time closes the existing pores.
온도 및 시간은 제품의 생성된 입자 크기에 영향을 줄 것이다. 예컨대 도 11을 참고로, 다이 주조된 IN 718 제품은 약 ASTM 9의 평균 입자 크기 및 약 30%의 편석 퍼센트를 갖는다(도면에서 곡선의 좌측 참조). 샘플을 약 954 내지 1121℃(1750 내지 2050℉)의 온도에서 처리하며, 처리된 제품은 온도의 증가에 따라 증가되는 평균 입자 크기 및 감소된 편석을 갖는다. 평균 입자 크기의 증가는 특히 고온에서 보다 긴 시간이 사용되는 경우 향상된다. 도 11에 예시된 곡선은 다이 주조 IN 718에 대한 것이며, 다른 물질들도 유사한 양상을 나타낼 수 있다. 예컨대 "다이 주조 초합금 제품"이란 표제하의 동시 계류중인 출원을 참조하시오.The temperature and time will affect the resulting particle size of the product. For example, referring to FIG. 11, the die cast IN 718 product has an average particle size of about ASTM 9 and a segregation percentage of about 30% (see left side of the curve in the figure). The sample is treated at a temperature of about 954-1121 ° C. (1750-2050 ° F.), and the treated article has an average particle size and reduced segregation that increases with increasing temperature. The increase in average particle size is improved especially when longer times are used at high temperatures. The curve illustrated in FIG. 11 is for die casting IN 718, and other materials may exhibit similar aspects. See, eg, co-pending application under the heading “Die Casting Superalloy Product”.
니켈-기제 초합금을 사용한 본 연구의 결과로서, 우수한 품질의 주조물을 제조하기 위해서는 여러 조건들이 중요한 것으로 여겨진다. 물질, 특히 반응성 물질의 용융, 주입 및 사출을 비-반응성 환경하에서 수행해야 하며, 이들 공정을 바람직하게는 100㎛ 미만, 보다 바람직하게는 50㎛ 미만의 압력에서 유지된 진공 환경하에서 수행하는 것이 바람직하다. 과열의 정도는 상기 물질이 주입된 때로부터 사출될 때까지 실질적으로 완전히 용융된 채로 있지만, 또한 일단 사출되면 급속히 냉각되어 작은 입자를 형성할 수 있기에 충분해야 한다. 비교적 적은 과열로 인해, 용융된 금속의 이동 및 사출은 금속의 고화전에 수행될 정도로 충분히 빨라야 한다. 생성된 미세구조, 예컨대 입자 크기는 주조되는 부품의 단면 두께 뿐 아니라 사용되는 다이 물질 및 사용되는 과열에 상응하는 것으로 보인다. 즉 단면이 얇을수록 보다 작은 입자를 포함하고, 단면이 두꺼울수록(특히 보다 두꺼운 단면의 내부 부분) 보다 큰 입자를 포함하는 경향이 있다. 열 전도도가 높을수록 다이 물질은 보다 적은 과열을 사용할 때와 같이 보다 작은 입자를 갖는 제품이 생성된다. 이러한 결과는 이들 단면들의 상대적인 냉각 속도로부터 기인하는 것으로 여겨진다. 플런저가 이동하는 속도 및 상응하게 물질이 금형내로 사출되는 속도는, 출입구 디자인 뿐 아니라 다이 물질이 또한 상기 사출 속도와 관련된 역할을 할 수도 있지만, 주조된 제품의 표면 마무리 처리에 영향을 미치는 듯하다. 다이 주조 미세구조로서 비교적 미세함에 의해 제공되는 잇점을 충분히 성취하기 위해서 후-주조 열 공정의 조심스러운 조절이 필요하다.As a result of this study using nickel-based superalloys, several conditions are considered important for producing good quality castings. Melting, injection and injection of materials, in particular reactive materials, should be carried out in a non-reactive environment, and these processes are preferably carried out in a vacuum environment maintained at a pressure of less than 100 μm, more preferably less than 50 μm. Do. The degree of superheat remains substantially completely molten from the time the material is injected until it is injected, but should also be sufficient to allow rapid cooling to form small particles once injected. Due to the relatively low overheating, the movement and injection of the molten metal must be fast enough to be carried out before the solidification of the metal. The resulting microstructures, such as particle size, seem to correspond to the cross-sectional thickness of the part being cast as well as the die material used and the overheating used. In other words, the thinner the cross-section, the smaller the particles, and the thicker the cross-section (particularly the inner portion of the thicker cross-section) tends to contain larger particles. Higher thermal conductivity results in products with smaller particles, such as when using less superheat. This result is believed to result from the relative cooling rates of these cross sections. The speed at which the plunger travels and correspondingly the rate at which material is injected into the mold appears to affect the surface finish of the cast product, although not only the exit design but also the die material may also play a role in the injection rate. Careful control of the post-cast thermal process is necessary to fully achieve the benefits provided by the relatively fine die casting microstructure.
다이 주조는 단조와 다른 상당한 잇점들을 제공한다. 주괴로부터 완성된 부품을 제조하는데 요구되는 시간이 상당히 감소되는데, 이는 특별하게 맞춘 물질의 강편을 제조할 필요가 없고 다수의 단조 공정들과 상반되게 주조를 광범위하게 단일 단계로 수행하기 때문이다. 다이 주조에서, 다수개의 부품들을 단일 주조로 제조할 수 있다. 다이 주조는 보다 복잡한 3차원 형태를 갖는 부품을 제조할 수 있게 하며, 이에 의해 새로운 소프트웨어 디자인 기술을 가스 터빈 엔진과 같은 분야에 적용하고 이용할 수 있게 되어 보다 효율적인 날개 및 다른 요소들의 제조가 가능하게 된다. 다이 주조는 단조하기 어렵거나 불가능한 복잡한 형태를 갖는 물질을 이용하는 제품의 제조를 가능하게 할 것이다. 더욱 또한, 다이 주조 부품들은 단조된 제품 또는 매몰 주조된 제품보다 큰 생산 재현성을 가지며 후 성형 마무리 처리 공정들을 최소화시키는 보다 우수한 표면 마무리를 갖고 그의 완성된 형태에 보다 가까운 형태로 제조될 수 있으며, 이들 모두는 상기와 같은 부품들의 제조 비용을 감소시킨다.Die casting offers forging and other significant advantages. The time required to manufacture the finished part from the ingot is considerably reduced because it is not necessary to manufacture steel strips of specially tailored materials and the casting is performed extensively in a single step, as opposed to many forging processes. In die casting, multiple parts can be manufactured in a single casting. Die casting makes it possible to manufacture parts with more complex three-dimensional shapes, which enables new software design techniques to be applied and used in applications such as gas turbine engines, enabling more efficient manufacture of vanes and other elements. . Die casting will enable the manufacture of articles using materials with complex shapes that are difficult or impossible to forge. Furthermore, die cast parts can be manufactured in a form closer to their finished form and with a better surface finish that has greater production reproducibility than forged or investment molded products and minimizes post forming finishing processes. All reduce the manufacturing cost of such parts.
본 발명의 열처리는 잇점들을 제공한다. 상기 열처리는 보다 우수한 기계적 성질을 제공하는 미세한 입자 크기를 유지하면서 주조의 불리한 영향, 예컨대 다공성, 레이브 편석 및 다른 불필요한 TCP 상들을 제거한다. 더욱 또한, 상기 처리는 단일 단계로 상기의 불리한 영향들 모두를 제거할 수 있게 하며, 이에 의해 비용, 시간 및 수고가 절감될 수 있다.The heat treatment of the present invention provides advantages. The heat treatment eliminates the adverse effects of casting, such as porosity, rave segregation and other unnecessary TCP phases, while maintaining fine particle sizes that provide better mechanical properties. Furthermore, the treatment allows to eliminate all of the above adverse effects in a single step, thereby saving cost, time and effort.
본 발명을 일부 상세하기 상기에 개시하였지만, 다양한 변화 및 치환들을 본 발명의 진의 또는 하기의 특허청구범위로부터 이탈됨 없이 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명을 예시로서 개시하는 것이지 제한으로서 개시하는 것은 아님은 물론이다.Although the present invention has been described in detail above, various changes and substitutions can be made without departing from the spirit or scope of the claims. Therefore, it is a matter of course that the present invention is disclosed by way of example and not by way of limitation.
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US20030056929A1 (en) * | 2001-09-24 | 2003-03-27 | Staley James T. | Die casting of wrought aluminum alloys |
FR2833332B1 (en) * | 2001-12-07 | 2004-05-28 | Renault | GASKET FOR EXHAUST FLANGE |
US6912984B2 (en) * | 2003-03-28 | 2005-07-05 | Eaton Corporation | Composite lightweight engine poppet valve |
EP1658913A1 (en) * | 2004-11-19 | 2006-05-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Casting method and casting article |
US7378132B2 (en) * | 2004-12-14 | 2008-05-27 | Honeywell International, Inc. | Method for applying environmental-resistant MCrAlY coatings on gas turbine components |
JP5109115B2 (en) * | 2005-04-07 | 2012-12-26 | 国立大学法人 長崎大学 | Nickel-base superalloy and manufacturing method thereof |
US8557063B2 (en) * | 2006-01-05 | 2013-10-15 | General Electric Company | Method for heat treating serviced turbine part |
US9322089B2 (en) * | 2006-06-02 | 2016-04-26 | Alstom Technology Ltd | Nickel-base alloy for gas turbine applications |
WO2008088242A1 (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-24 | Federalnoe Gosudarstvennoe Unitarnoe Predpriyatie 'moskovskoe Mashinostroitelnoe Proizvodstvennoe Predpriyatie 'salut' | Composition and method for producing a nickel-based alloy and a method for treating castings made thereof |
US7950441B2 (en) * | 2007-07-20 | 2011-05-31 | GM Global Technology Operations LLC | Method of casting damped part with insert |
WO2009067512A1 (en) * | 2007-11-20 | 2009-05-28 | Buhlerprince, Inc. | Vacuum die casting machine and process |
CN101469711A (en) * | 2007-12-26 | 2009-07-01 | 上海三电贝洱汽车空调有限公司 | Technique for processing sliding blade of rotary vane type compressor |
CN101307402B (en) * | 2008-07-04 | 2010-10-13 | 北京科技大学 | Superfine crystal nickel-based high-temperature alloy and method for preparing same |
US9267184B2 (en) | 2010-02-05 | 2016-02-23 | Ati Properties, Inc. | Systems and methods for processing alloy ingots |
US8230899B2 (en) | 2010-02-05 | 2012-07-31 | Ati Properties, Inc. | Systems and methods for forming and processing alloy ingots |
US10207312B2 (en) | 2010-06-14 | 2019-02-19 | Ati Properties Llc | Lubrication processes for enhanced forgeability |
US8708659B2 (en) | 2010-09-24 | 2014-04-29 | United Technologies Corporation | Turbine engine component having protective coating |
US20120111526A1 (en) * | 2010-11-05 | 2012-05-10 | Bochiechio Mario P | Die casting system and method utilizing high melting temperature materials |
US20120111521A1 (en) * | 2010-11-05 | 2012-05-10 | Bullied Steven J | Die casting of component having integral seal |
US20120111525A1 (en) * | 2010-11-05 | 2012-05-10 | Bochiechio Mario P | High temperature die casting apparatus and method therefor |
JP5216839B2 (en) | 2010-12-02 | 2013-06-19 | 株式会社日立製作所 | Ni-base heat-resistant alloy, gas turbine member, and turbine with excellent segregation characteristics |
US8789254B2 (en) | 2011-01-17 | 2014-07-29 | Ati Properties, Inc. | Modifying hot workability of metal alloys via surface coating |
US8459331B2 (en) | 2011-08-08 | 2013-06-11 | Crucible Intellectual Property, Llc | Vacuum mold |
US8858868B2 (en) | 2011-08-12 | 2014-10-14 | Crucible Intellectual Property, Llc | Temperature regulated vessel |
US9925584B2 (en) * | 2011-09-29 | 2018-03-27 | United Technologies Corporation | Method and system for die casting a hybrid component |
WO2013070240A1 (en) | 2011-11-11 | 2013-05-16 | Crucible Intellectual Property, Llc | Dual plunger rod for controlled transport in an injection molding system |
US9302320B2 (en) | 2011-11-11 | 2016-04-05 | Apple Inc. | Melt-containment plunger tip for horizontal metal die casting |
US20130133793A1 (en) * | 2011-11-30 | 2013-05-30 | Ati Properties, Inc. | Nickel-base alloy heat treatments, nickel-base alloys, and articles including nickel-base alloys |
US20130323522A1 (en) * | 2012-06-05 | 2013-12-05 | General Electric Company | Cast superalloy pressure containment vessel |
US9314839B2 (en) | 2012-07-05 | 2016-04-19 | Apple Inc. | Cast core insert out of etchable material |
US8833432B2 (en) | 2012-09-27 | 2014-09-16 | Apple Inc. | Injection compression molding of amorphous alloys |
US8701742B2 (en) | 2012-09-27 | 2014-04-22 | Apple Inc. | Counter-gravity casting of hollow shapes |
US8826968B2 (en) | 2012-09-27 | 2014-09-09 | Apple Inc. | Cold chamber die casting with melt crucible under vacuum environment |
US9004151B2 (en) | 2012-09-27 | 2015-04-14 | Apple Inc. | Temperature regulated melt crucible for cold chamber die casting |
US8813816B2 (en) | 2012-09-27 | 2014-08-26 | Apple Inc. | Methods of melting and introducing amorphous alloy feedstock for casting or processing |
US8813814B2 (en) | 2012-09-28 | 2014-08-26 | Apple Inc. | Optimized multi-stage inductive melting of amorphous alloys |
US8813813B2 (en) | 2012-09-28 | 2014-08-26 | Apple Inc. | Continuous amorphous feedstock skull melting |
US8813817B2 (en) | 2012-09-28 | 2014-08-26 | Apple Inc. | Cold chamber die casting of amorphous alloys using cold crucible induction melting techniques |
US10197335B2 (en) | 2012-10-15 | 2019-02-05 | Apple Inc. | Inline melt control via RF power |
CN103014388B (en) * | 2012-12-26 | 2014-12-10 | 中国科学院金属研究所 | Large-tonnage low-cost ultraclean melting method of producing Inconel690 alloy |
US9539636B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-01-10 | Ati Properties Llc | Articles, systems, and methods for forging alloys |
US9925583B2 (en) | 2013-07-11 | 2018-03-27 | Crucible Intellectual Property, Llc | Manifold collar for distributing fluid through a cold crucible |
US9445459B2 (en) | 2013-07-11 | 2016-09-13 | Crucible Intellectual Property, Llc | Slotted shot sleeve for induction melting of material |
DE102014202457A1 (en) | 2014-02-11 | 2015-08-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Improved wear resistance of a high-temperature component through cobalt coating |
US10011892B2 (en) * | 2014-08-21 | 2018-07-03 | Honeywell International Inc. | Methods for producing alloy forms from alloys containing one or more extremely reactive elements and for fabricating a component therefrom |
US9873151B2 (en) | 2014-09-26 | 2018-01-23 | Crucible Intellectual Property, Llc | Horizontal skull melt shot sleeve |
CN107849672B (en) * | 2015-09-14 | 2021-03-02 | 三菱动力株式会社 | Method for manufacturing turbine rotor blade |
US10563293B2 (en) | 2015-12-07 | 2020-02-18 | Ati Properties Llc | Methods for processing nickel-base alloys |
CN106884100B (en) * | 2015-12-16 | 2019-02-26 | 湖南科技大学 | A kind of preparation method of nickel aluminium base multiphase alloy |
ITUA20163944A1 (en) | 2016-05-30 | 2017-11-30 | Nuovo Pignone Tecnologie Srl | Process for making a component of a turbomachine, to a component obtainable consequently and turbomachine comprising the same / Process for obtaining a turbomachinery component, a component obtainable from it and a turbomachine which comprises it |
WO2018119353A1 (en) | 2016-12-23 | 2018-06-28 | R.P. Scherer Technologies, Llc | Multiple-fill/chamber softgel die |
JP2020521874A (en) * | 2017-05-01 | 2020-07-27 | ザ・ジョンズ・ホプキンス・ユニバーシティ | Method for depositing nano-twinned nickel-molybdenum-tungsten alloy |
DE102018117304A1 (en) * | 2018-07-17 | 2020-01-23 | Ald Vacuum Technologies Gmbh | Device and method for levitation melting with tilted induction units |
US11878343B2 (en) * | 2021-12-07 | 2024-01-23 | Lockheed Martin Corporation | Housing and method of preparing same using a hybrid casting-additive manufacturing process |
CN114378273A (en) * | 2022-01-20 | 2022-04-22 | 厦门市佳嘉达机械有限公司 | Die casting die, die casting device and ultrahigh-speed die casting method |
CN114921706B (en) * | 2022-04-25 | 2023-08-01 | 西北工业大学 | Modified nickel-base casting superalloy and preparation method thereof |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5316663A (en) * | 1976-07-29 | 1978-02-15 | Toshiba Machine Co Ltd | Method for manufacture of watch case |
US4888253A (en) * | 1985-12-30 | 1989-12-19 | United Technologies Corporation | High strength cast+HIP nickel base superalloy |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58947B2 (en) * | 1978-07-06 | 1983-01-08 | 日産自動車株式会社 | Die-casting equipment for heat-resistant impellers |
US5087305A (en) * | 1988-07-05 | 1992-02-11 | General Electric Company | Fatigue crack resistant nickel base superalloy |
JPH0364435A (en) * | 1989-08-01 | 1991-03-19 | Daido Steel Co Ltd | Method for forging ni base superalloy |
JP2922989B2 (en) * | 1990-06-20 | 1999-07-26 | 財団法人電気磁気材料研究所 | Precision resistance alloy having high electric resistance and low temperature coefficient and method for producing the same |
JPH0633206A (en) * | 1992-07-14 | 1994-02-08 | Toshiba Corp | Method for heat-treating ni-base alloy |
JP3369627B2 (en) * | 1993-04-08 | 2003-01-20 | 日立金属株式会社 | Method of manufacturing fine crystal grain super heat resistant alloy member |
DE4436670C2 (en) * | 1993-10-27 | 2002-11-21 | United Technologies Corp Pratt | Objects made of nickel-based superalloys with improved machinability and method for producing a machined workpiece from such a superalloy |
DE4411228C2 (en) * | 1994-03-31 | 1996-02-01 | Krupp Vdm Gmbh | High-temperature resistant nickel-based alloy and use of the same |
US5505246A (en) * | 1994-06-17 | 1996-04-09 | Howmet Corporation | Permanent mold or die casting of titanium-aluminum alloys |
JPH08311626A (en) * | 1995-05-17 | 1996-11-26 | Japan Steel Works Ltd:The | Production of superalloy material |
US6070643A (en) * | 1997-09-12 | 2000-06-06 | Howmet Research Corporation | High vacuum die casting |
-
1999
- 1999-12-07 US US09/456,972 patent/US20020005233A1/en not_active Abandoned
- 1999-12-17 IL IL13358099A patent/IL133580A/en not_active IP Right Cessation
- 1999-12-22 KR KR1019990060394A patent/KR100646718B1/en not_active IP Right Cessation
- 1999-12-22 RU RU99128076/02A patent/RU2235798C2/en not_active IP Right Cessation
- 1999-12-23 EP EP99310535A patent/EP1013781B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-12-23 UA UA99127044A patent/UA70300C2/en unknown
- 1999-12-23 ES ES99310535T patent/ES2216453T3/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-12-23 CN CN99127276A patent/CN1111207C/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-12-23 DE DE69916983T patent/DE69916983T2/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-12-23 AT AT99310535T patent/ATE266103T1/en not_active IP Right Cessation
- 1999-12-24 JP JP36705699A patent/JP4125462B2/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-12-24 JP JP11367057A patent/JP2000192208A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5316663A (en) * | 1976-07-29 | 1978-02-15 | Toshiba Machine Co Ltd | Method for manufacture of watch case |
US4888253A (en) * | 1985-12-30 | 1989-12-19 | United Technologies Corporation | High strength cast+HIP nickel base superalloy |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110923513A (en) * | 2019-12-06 | 2020-03-27 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | Vacuum induction melting process of GH4720Li alloy, GH4720Li alloy and aviation parts |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
UA70300A (en) | 2004-10-15 |
US20020005233A1 (en) | 2002-01-17 |
CN1279299A (en) | 2001-01-10 |
CN1111207C (en) | 2003-06-11 |
DE69916983D1 (en) | 2004-06-09 |
EP1013781A2 (en) | 2000-06-28 |
JP2000192208A (en) | 2000-07-11 |
RU2235798C2 (en) | 2004-09-10 |
ATE266103T1 (en) | 2004-05-15 |
JP2000192179A (en) | 2000-07-11 |
ES2216453T3 (en) | 2004-10-16 |
JP4125462B2 (en) | 2008-07-30 |
IL133580A (en) | 2004-05-12 |
UA70300C2 (en) | 2004-10-15 |
DE69916983T2 (en) | 2005-06-09 |
EP1013781A3 (en) | 2000-07-05 |
KR20000048339A (en) | 2000-07-25 |
IL133580A0 (en) | 2001-04-30 |
EP1013781B1 (en) | 2004-05-06 |
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