RU2684989C2 - Способ послепроизводственной термической обработки аддитивно изготовленных изделий из упрочненных гамма-прим-фазой суперсплавов - Google Patents
Способ послепроизводственной термической обработки аддитивно изготовленных изделий из упрочненных гамма-прим-фазой суперсплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2684989C2 RU2684989C2 RU2015116523A RU2015116523A RU2684989C2 RU 2684989 C2 RU2684989 C2 RU 2684989C2 RU 2015116523 A RU2015116523 A RU 2015116523A RU 2015116523 A RU2015116523 A RU 2015116523A RU 2684989 C2 RU2684989 C2 RU 2684989C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- heating
- heat treatment
- product
- article
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 title abstract 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 76
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 17
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 claims description 4
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 30
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 4
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910001011 CMSX-4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- -1 for example Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 1
- 238000007712 rapid solidification Methods 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910001247 waspaloy Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
- C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
- B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
- B22F3/15—Hot isostatic pressing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/16—Both compacting and sintering in successive or repeated steps
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
- B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/07—Alloys based on nickel or cobalt based on cobalt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
- B22F2003/248—Thermal after-treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F5/009—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of turbine components other than turbine blades
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Forging (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Child & Adolescent Psychology (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам аддитивного изготовления изделий. Способ аддитивного изготовления изделия из упрочненного γ′-фазой суперсплава на основе Ni, и/или Со, и/или Fe, или их сочетания включает обеспечение аддитивно изготовленного изделия и его термическую обработку. Термическую обработку проводят сначала путем нагрева изделия от комнатной температуры (RT) до температуры Tсо скоростью нагрева v, причем температура Tна 50-100°С ниже температуры Tначала снижения коэффициента теплового расширения, и выдержки изделия в течение времени tпри Tдля достижения равномерной температуры изделия. Затем путем нагрева изделия со скоростью нагрева vпо меньшей мере 25°С/мин от Тдо температуры Т≥ 850°С, обеспечивающей исключение или по меньшей мере уменьшение выделения γ′-фазы. Получают изделия без трещин по сравнению со значительным растрескиванием термообработанных традиционным образом изделий. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Предпосылки изобретения
Настоящее изобретение относится к технологии суперсплавов. Оно предлагает способ послепроизводственной термической обработки изделий, выполненных из упрочненных гамма-прим-фазой (γ') суперсплавов и полученных методами аддитивного изготовления, например, селективного лазерного плавления (SLM). Используя описанный способ, можно исключить значительное растрескивание в изделиях, например, растрескивание при деформационном старении, например, в деталях турбин.
Уровень техники
Как известно, высокопрочные суперсплавы на основе никеля, кобальта или железа, например, суперсплавы на основе никеля с такими дополнительными элементами, как алюминий и титан, приобретают свои характеристики высокой прочности вследствие эффекта дисперсионного твердения из-за высокого уровня гамма-прим-фазы в материале. Кроме того, известно, что успешная сварка этих суперсплавов является весьма затруднительной.
Изготовленные методом SLM изделия имеют иные микроструктуры по сравнению с традиционно литым материалом из того же сплава. В этих процессах взаимодействие высокоэнергетического лазерного луча с материалом приводит к высоким скоростям охлаждения и очень быстрому затвердеванию в ходе SLM.
В результате этого уменьшается сегрегация легирующих элементов и образование выделений вторичных фаз. Таким образом, вследствие быстрого охлаждения, характерного для процессов аддитивного изготовления, выделения гамма-прим-фазы присутствуют в незначительном количестве или вообще отсутствуют в выполненном из содержащих гамма-прим-фазу сплавов изделии после его производства.
Послепроизводственные термические обработки требуются для того, чтобы отрегулировать микроструктуру детали и уменьшить/устранить остаточные напряжения. В ходе таких послепроизводственных термообработок гамма-прим-фаза выделяется в ходе первого нагрева. Однако изменение объема, связанное с этим выделением, может приводить к значительному растрескиванию в детали (например, растрескиванию в результате деформационного старения). Используемые в настоящее время процедуры термической обработки изготовленных методом SLM упрочненных гамма-прим-фазой суперсплавов приводят к значительному растрескиванию, а значит, выбраковке деталей.
Известно использование различных видов термической обработки до и после сварки для соединения литых изделий или деталей изделий, выполненных из упрочненных гамма-прим-фазой (γ') суперсплавов методом сварки.
Патент США №7854064 B2 раскрывает способ ремонта деталей турбин, который включает преднаплавочную термообработку на твердый раствор с использованием скоростей нагрева 16-23°C/мин в температурном интервале 593-871°C. В одном варианте осуществления упомянута низкая скорость охлаждения в 0,2-5°C/мин от температуры обработки на твердый раствор до уровня ниже 677°C. Кроме того, помимо вышеупомянутой преднаплавочной термообработки описывается посленаплавочная термообработка с использованием такой же скорости нагрева, как и в случае преднаплавочной термообработки. Способ согласно этому документу применим к широкому разнообразию литейных и деформируемых сплавов на основе никеля, например, Waspaloy, IN738, IN792 или IN939. В качестве примерных способов упоминается электронно-лучевая и электродуговая наплавка вольфрамовым электродом.
Хотя описанный в патенте США №7854064 B2 способ имеет то преимущество, что детали турбин из суперсплавов на основе никеля можно ремонтировать, например, наплавлять при практически полном отсутствии микротрещин, его недостатки представляют собой высокие затраты времени и средств, которые связаны с описанными множественными стадиями пред- и посленаплавочной термической обработки.
Недавно заявитель подал новую патентную заявку (еще не опубликованную), относящуюся к электронно-лучевой сварке упрочненных гамма-прим-фазой суперсплавов (например, IN738LC, MarM247, CM247LC, CMSX-4, MK4HC, MD2) без присадочного металла. В отличие от патента США №7854064, данный способ не зависит от конкретной преднаплавочной термической обработки и поэтому может использоваться как для ремонта, так и для соединения новых деталей. Чтобы сделать процесс более эффективным, используется высокая скорость нагрева во всем температурном интервале (даже 1100°C, а не 871°C) вблизи температуры конечного выдерживания, где может выделяться гамма-прим-фаза. Этот способ используется только в тех случаях, где не существует какой-либо других приемов избежать растрескивания, т.е. в процессах сварки без присадочного металла. Использование пластичного присадочного металла также могло бы способствовать предотвращению образования трещин, однако использование такие присадочных металлов ослабляет сварное соединение.
Однако вышеупомянутые документы описывают только способы соединения (например, сваркой) и, таким образом, не распространяются на изделия, полностью полученные методами аддитивного изготовления, например, посредством селективного лазерного плавления (SLM).
Сущность изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить эффективный способ термической обработки изделий, выполненных из содержащих гамма-прим-фазу (γ') суперсплавов и полученных методами аддитивного изготовления, предпочтительно посредством SLM. Данный способ обеспечивает возможность изготовления изделий/деталей без трещин в отличие от значительного растрескивания, присутствующего в аддитивно изготовленных изделиях, подвергшихся традиционной термической обработке.
Согласно независимому пункту 1 формулы изобретения способ послепроизводственной термической обработки аддитивно изготовленного изделия из упрочненного гамма-прим-фазой (γ’) суперсплава на основе Ni или Co или Fe или их сочетаний состоит из следующих стадий:
a) обеспечение аддитивно изготовленного изделия в послепроизводственном состоянии, затем
b) нагревание изделия от комнатной температуры (RT) до температуры T1, причем T1 является на 50-100°C меньшей, чем температура Ts, при которой начинается падение коэффициента теплового расширения, затем
c) выдерживание изделия в течение времени t1 при T1 для достижения равномерной температуры изделия, затем
d) нагревание изделия путем применения быстрого нагрева со скоростью нагрева v2 по меньшей мере 25°C/мин от T1 до температуры T2≥850°C, чтобы исключить или по меньшей мере уменьшить выделение гамма-прим-фазы, затем
e) применение к изделию дополнительных стадий с длительностью/температурой в зависимости от цели термической обработки.
Суть изобретения заключается в применении высокой скорости нагрева в определенном температурном интервале в течение первой послепроизводственной термической обработки после аддитивного изготовления в целях сокращения до минимума/исключения выделения гамма-прим-фазы в изделии в ходе нагрева. Данный способ позволяет получать преимущественно не содержащие трещин изделия/детали по сравнению с термообработанными традиционным образом изделиями, которые проявляют значительное растрескивание.
В одном варианте осуществления на стадии (e) осуществляют изотермическую выдержку t2 в течение 2 часов для снижения остаточных напряжений.
Предпочтительно, скорость нагрева v2 составляет от 25 до 60°C/мин. Более высокие скорости в данном интервале могут быть достигнуты индуктивным нагревом. Скорость нагрева v1 (на стадии (b)) может предпочтительно составлять 1-10°C/мин.
В еще одном варианте осуществления изобретения на стадии (e) применяют иные или дополнительные времена выдержки при температурах T3>T2 для дальнейшего снижения остаточных напряжений и/или перекристаллизации микроструктуры.
Оказывается преимущественным, когда термическую обработку осуществляют под давлением, например, в течение горячего изостатического прессования (ГИП).
В одном варианте осуществления применяют следующие параметры послепроизводственной термической обработки аддитивно изготовленного изделия (например, теплового экрана статора), выполненного из IN 738LC:
T1=400°C
v1=5°C/мин
t1=60 мин
v2=35°C/мин
T2=1050°C
t2=2 ч
T3=1200°C
t3=4 ч.
Дополнительные варианты осуществления описаны ниже.
Краткое описание чертежей
Далее настоящее изобретение разъясняется более подробно посредством различных вариантов осуществления и со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 показывает для обработанного методом SLM сплава IN738LC коэффициент теплового расширения в зависимости от температуры, ориентации производства и первого и второго нагрева;
фиг. 2 показывает для обработанного методом SLM сплава IN738LC теплоемкость в зависимости от температуры, ориентации производства и первого и второго нагрева;
фиг. 3 показывает в дополнение к фиг. 1 и фиг. 2 результаты механических испытаний при растяжении в изготовленном состоянии для обработанного методом SLM сплава IN738LC;
фиг. 4 показывает зависимость температуры от времени для стандартной процедуры термической обработки обработанного методом SLM сплава IN738LC согласно уровню техники;
фиг. 5 показывает зависимость температуры от времени согласно варианту осуществления изобретения для обработанного методом SLM сплава IN738LC.
Подробное описание различных вариантов осуществления изобретения
Фиг. 1 показывает для обработанного методом SLM сплава IN738LC коэффициент теплового расширения в зависимости от температуры, ориентации производства и первого или второго нагрева. Можно видеть, что в течение первого нагрева на кривой возникает аномалия (начинающаяся выше 400°C), характеризуемая падением коэффициента теплового расширения. Эта аномалия больше не присутствует в течение второго нагрева, и она может быть обусловлена выделением гамма-прим-фазы в течение первого нагрева. Аномалия коэффициента теплового расширения указывает на объемное сжатие вследствие выделения гамма-прим-фазы.
То же самое можно видеть на фиг. 2, которая показывает теплоемкость в зависимости от температуры, ориентации производства и первого и второго нагрева для обработанного методом SLM сплава IN738LC.
В дополнение к термофизическим свойствам, представлены также результаты механических испытаний при растяжении в состоянии после изготовления (например, без какой-либо термической обработки) (см. фиг. 3).
Можно видеть, что пластичность при комнатной температуре в состоянии после изготовления для сплава IN738LC является достаточно высокой (~20-24%). Однако при нагревании образца до 850°C за 2 ч (скорость нагрева ~7°C/мин) и его испытании после выдержки в течение 15 мин наблюдается значительное падение пластичности (от ~20% до ~0,2%!).
Характерная низкая пластичность при повышенной температуре в течение первого нагрева и присутствие значительной величины остаточных напряжений вследствие процесса SLM ответственны за значительное растрескивание.
Следует отметить, что сопоставимую низкую пластичность проявляет и другой упрочненный гамма-прим-фазой суперсплав CM247LC, испытываемый в состоянии после изготовления при 850°C.
Фиг. 4 показывает стандартную процедуру термической обработки (например, термообработку для снятия напряжений) изделия, выполненного из литейного или деформируемого сплава IN738LC, известного из уровня техники. Такая стандартная термическая обработка применялась к полученному методом SLM изделию из сплава IN738LC. К сожалению, после такой термической обработки в изделии имелись значительные трещины, и поэтому оно было признано дефектным продуктом.
Аналогичные результаты были получены и в случае других стандартных процедур термической обработки, обычно применяемых для упрочненных гамма-прим-фазой суперсплавов.
Напротив, применение термической обработки согласно настоящему изобретению привело к получению соответствующего изделия без трещин.
Фиг. 5 показывает зависимость температуры от времени согласно варианту осуществления изобретения для сплава IN738LC. Изделие нагревают до ~400°C (=T1) с достаточно низкой скоростью нагрева v1=5°C/мин и временем выдержки t1=60 мин, которое достаточно продолжительно, чтобы гарантировать равномерную температуру изделия/детали. Далее, главная идея состоит теперь в быстром нагреве с v2=35°C/мин от 400°C до ~1050°C через критический температурный интервал для исключения/снижения выделения гамма-прим-фазы.
После прохождения критического температурного интервала можно применять различные другие стадии с температурами/длительностями в зависимости от цели термической обработки. В примере по фиг. 5 изотермическую выдержку при T3=1050°C осуществляли в течение 2 часов (t3) для снижения остаточных напряжений. Можно добавить другие или дополнительные времена выдержки при более высоких температурах, например, для дальнейшего снижения остаточных напряжений и/или перекристаллизации микроструктуры. Например, обработка при 1250°C/3 ч или 1200°C/4 ч приводит к перекристаллизации.
Еже более высокая скорость нагрева может оказаться выгодной для сплавов, содержащих большее количество гамма-прим-фазы, чем IN738LC, таких как, например, CM247LC и CMSX-4. Кроме того, температура изотермической выдержки также может быть повышена в зависимости от температуры твердого раствора соответствующих сплавов.
Описанная термическая обработка согласно изобретению должна быть первой термической обработкой, применяемой после производства методом SLM. Она может применяться к произведенным методом SLM изделиям, которые уже сняты с плиты-основания, которые наращены на существующих деталях (гибридная наплавка) или которые все еще находятся на плите-основании. В двух последних случаях термическая обработка дополнительно способствует исключению растрескивания, вызванного разностью коэффициентов теплового расширения, которая может создавать дополнительные напряжения в ходе термической обработки, предотвращая уменьшение пластичности, вызываемое выделением гамма-прим-фазы.
Кроме того, следует упомянуть, что описанная выше термическая обработка может также осуществляться под давлением, например, в течение горячего изостатического прессования (ГИП), что имеет дополнительные преимущества.
Скорость нагрева v2 предпочтительно составляет от 25 до 60°C/мин. Более высокие скорости могут быть достигнуты посредством индуктивного нагрева.
После того как осуществлена первая термическая обработка согласно данному изобретению, могут осуществляться другие виды стандартной термической обработки.
Разумеется, изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления. Его можно использовать для всех изделий, где суперсплавы с гамма-прим-фазой будут обрабатываться методом SLM, например, комбинированные (гибридные) детали в газовых турбинах/модульные детали для обслуживания.
Claims (10)
1. Способ аддитивного изготовления изделия из упрочненного γ′-фазой суперсплава на основе Ni, и/или Со, и/или Fe, или их сочетания, включающий обеспечение аддитивно изготовленного изделия и его термическую обработку, отличающийся тем, что термическую обработку проводят сначала путем нагрева изделия от комнатной температуры (RT) до температуры T1 со скоростью нагрева v1, причем температура T1 на 50-100°С ниже температуры Ts начала снижения коэффициента теплового расширения, и выдержки изделия в течение времени t1 при T1 для достижения равномерной температуры изделия, а затем путем нагрева изделия со скоростью нагрева v2 по меньшей мере 25°С/мин от Т1 до температуры Т2 ≥ 850°С, обеспечивающей исключение или по меньшей мере уменьшение выделения γ′-фазы.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость нагрева v2 составляет 25-60°C/мин.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют нагрев до температуры Т3 и изотермическую выдержку t2 в течение 2 ч для уменьшения остаточных напряжений.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что осуществляют нагрев до температуры Т3, которая выше температуры Т2, для обеспечения дальнейшего уменьшения остаточных напряжений и/или перекристаллизации микроструктуры.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термическую обработку осуществляют под давлением в течение горячего изостатического прессования (ГИП).
6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что осуществляют термическую обработку аддитивно изготовленного изделия из сплава IN 738LC по следующим параметрам:
T1=400°C
v1=5°C/мин
v2=35°C/мин
T2=1050°C.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP14167904.3A EP2944402B1 (en) | 2014-05-12 | 2014-05-12 | Method for post-built heat treatment of additively manufactured components made of gamma-prime strengthened superalloys |
| EP14167904.3 | 2014-05-12 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015116523A RU2015116523A (ru) | 2016-11-20 |
| RU2015116523A3 RU2015116523A3 (ru) | 2018-11-12 |
| RU2684989C2 true RU2684989C2 (ru) | 2019-04-16 |
Family
ID=50693512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015116523A RU2684989C2 (ru) | 2014-05-12 | 2015-04-29 | Способ послепроизводственной термической обработки аддитивно изготовленных изделий из упрочненных гамма-прим-фазой суперсплавов |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9670572B2 (ru) |
| EP (1) | EP2944402B1 (ru) |
| JP (1) | JP2015227505A (ru) |
| KR (1) | KR20150129616A (ru) |
| CN (1) | CN105088119B (ru) |
| CA (1) | CA2890977A1 (ru) |
| RU (1) | RU2684989C2 (ru) |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2944402B1 (en) | 2014-05-12 | 2019-04-03 | Ansaldo Energia IP UK Limited | Method for post-built heat treatment of additively manufactured components made of gamma-prime strengthened superalloys |
| US10378087B2 (en) | 2015-12-09 | 2019-08-13 | General Electric Company | Nickel base super alloys and methods of making the same |
| DE102016203901A1 (de) | 2016-03-10 | 2017-09-14 | MTU Aero Engines AG | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils |
| JP6826821B2 (ja) * | 2016-05-12 | 2021-02-10 | 三菱重工業株式会社 | 金属部材の製造方法 |
| US20200231794A1 (en) * | 2017-02-02 | 2020-07-23 | Imerys Talc America, Inc. | Improving inter-road adhesion and coalescence in plastic parts fabricated in 3d printing |
| EP3406371A1 (en) * | 2017-05-22 | 2018-11-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of relieving mechanical stress in additive manufacturing |
| WO2018216067A1 (ja) * | 2017-05-22 | 2018-11-29 | 川崎重工業株式会社 | 高温部品及びその製造方法 |
| CN108914029A (zh) * | 2017-06-13 | 2018-11-30 | 刘红宾 | 一种防止异种金属材料锯齿状界面开裂的方法 |
| GB201709540D0 (en) * | 2017-06-15 | 2017-08-02 | Rolls Royce Plc | Processing method |
| GB2565063B (en) | 2017-07-28 | 2020-05-27 | Oxmet Tech Limited | A nickel-based alloy |
| US10889872B2 (en) | 2017-08-02 | 2021-01-12 | Kennametal Inc. | Tool steel articles from additive manufacturing |
| WO2019099000A1 (en) * | 2017-11-15 | 2019-05-23 | Siemens Energy, Inc. | Method of repairing gamma prime strengthened superalloys |
| US11097348B2 (en) | 2017-12-08 | 2021-08-24 | General Electric Company | Structures and components having composite unit cell matrix construction |
| EP3521804A1 (en) * | 2018-02-02 | 2019-08-07 | CL Schutzrechtsverwaltungs GmbH | Device for determining at least one component parameter of a plurality of, particularly additively manufactured, components |
| GB201808824D0 (en) * | 2018-05-30 | 2018-07-11 | Rolls Royce Plc | Crack reduction for additive layer manufacturing |
| DE102018210397A1 (de) * | 2018-06-26 | 2020-01-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur additiven Herstellung einer Struktur mit Kühlmittelführung, Bauteil und Vorrichtung |
| CN108994304B (zh) * | 2018-07-27 | 2019-07-26 | 中南大学 | 一种消除金属材料增材制造裂纹提高力学性能的方法 |
| US10577679B1 (en) | 2018-12-04 | 2020-03-03 | General Electric Company | Gamma prime strengthened nickel superalloy for additive manufacturing |
| US11077512B2 (en) * | 2019-02-07 | 2021-08-03 | General Electric Company | Manufactured article and method |
| US11807929B2 (en) | 2019-03-14 | 2023-11-07 | Unison Industries, Llc | Thermally stabilized nickel-cobalt materials and methods of thermally stabilizing the same |
| US11235405B2 (en) | 2019-05-02 | 2022-02-01 | General Electric Company | Method of repairing superalloy components using phase agglomeration |
| GB2584654B (en) | 2019-06-07 | 2022-10-12 | Alloyed Ltd | A nickel-based alloy |
| GB2587635B (en) | 2019-10-02 | 2022-11-02 | Alloyed Ltd | A Nickel-based alloy |
| CN110964992B (zh) * | 2019-11-28 | 2021-06-01 | 西安航天发动机有限公司 | 一种低温环境工作的增材制造高温合金的热处理方法 |
| CN111390180A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-07-10 | 南京国重新金属材料研究院有限公司 | 一种提高由激光选区熔化技术制造的gh3536合金的持久性能的方法 |
| CN112828310B (zh) * | 2020-12-31 | 2023-01-24 | 湖北三江航天红阳机电有限公司 | 一种提高3d打印镍基高温合金件韧性的方法 |
| CN113584294B (zh) * | 2021-06-25 | 2023-03-14 | 西安热工研究院有限公司 | 一种沉淀强化高温合金焊后去应力处理方法 |
| CN114109044B (zh) * | 2021-11-25 | 2022-08-23 | 浙江大学 | 一种3d编织打印一体化结构建造设备 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2321678C2 (ru) * | 2002-08-28 | 2008-04-10 | Зе Пи.Оу.эМ. Груп | Способ формирования металлической части на металлической подложке посредством осаждения накладываемых друг на друга слоев (варианты) |
| US7854064B2 (en) * | 2006-06-05 | 2010-12-21 | United Technologies Corporation | Enhanced weldability for high strength cast and wrought nickel superalloys |
| EP2586887A1 (en) * | 2011-10-31 | 2013-05-01 | Alstom Technology Ltd | Method for manufacturing components or coupons made of a high temperature superalloy |
| US20130228302A1 (en) * | 2011-11-04 | 2013-09-05 | Alstom Technology Ltd | Process for the production of articles made of a gamma-prime precipitation-strengthened nickel-base superalloy by selective laser melting (slm) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8313593B2 (en) * | 2009-09-15 | 2012-11-20 | General Electric Company | Method of heat treating a Ni-based superalloy article and article made thereby |
| US9175373B2 (en) * | 2011-02-15 | 2015-11-03 | Siemens Energy, Inc. | Inertia friction weld of superalloy with enhanced post weld heat treatment |
| EP2944402B1 (en) | 2014-05-12 | 2019-04-03 | Ansaldo Energia IP UK Limited | Method for post-built heat treatment of additively manufactured components made of gamma-prime strengthened superalloys |
-
2014
- 2014-05-12 EP EP14167904.3A patent/EP2944402B1/en active Active
-
2015
- 2015-04-29 RU RU2015116523A patent/RU2684989C2/ru active
- 2015-05-06 US US14/705,264 patent/US9670572B2/en active Active
- 2015-05-08 KR KR1020150064623A patent/KR20150129616A/ko unknown
- 2015-05-11 CA CA2890977A patent/CA2890977A1/en not_active Abandoned
- 2015-05-12 CN CN201510239365.4A patent/CN105088119B/zh active Active
- 2015-05-12 JP JP2015097096A patent/JP2015227505A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2321678C2 (ru) * | 2002-08-28 | 2008-04-10 | Зе Пи.Оу.эМ. Груп | Способ формирования металлической части на металлической подложке посредством осаждения накладываемых друг на друга слоев (варианты) |
| US7854064B2 (en) * | 2006-06-05 | 2010-12-21 | United Technologies Corporation | Enhanced weldability for high strength cast and wrought nickel superalloys |
| EP2586887A1 (en) * | 2011-10-31 | 2013-05-01 | Alstom Technology Ltd | Method for manufacturing components or coupons made of a high temperature superalloy |
| US20130228302A1 (en) * | 2011-11-04 | 2013-09-05 | Alstom Technology Ltd | Process for the production of articles made of a gamma-prime precipitation-strengthened nickel-base superalloy by selective laser melting (slm) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015116523A (ru) | 2016-11-20 |
| US20150322557A1 (en) | 2015-11-12 |
| EP2944402B1 (en) | 2019-04-03 |
| CA2890977A1 (en) | 2015-11-12 |
| US9670572B2 (en) | 2017-06-06 |
| JP2015227505A (ja) | 2015-12-17 |
| KR20150129616A (ko) | 2015-11-20 |
| EP2944402A1 (en) | 2015-11-18 |
| RU2015116523A3 (ru) | 2018-11-12 |
| CN105088119A (zh) | 2015-11-25 |
| CN105088119B (zh) | 2019-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2684989C2 (ru) | Способ послепроизводственной термической обработки аддитивно изготовленных изделий из упрочненных гамма-прим-фазой суперсплавов | |
| US10384316B2 (en) | Method of repairing and manufacturing of turbine engine components and turbine engine component repaired or manufactured using the same | |
| RU2566117C2 (ru) | Способ изготовления трехмерного изделия | |
| EP2586887B1 (en) | Method for manufacturing components or coupons made of a high temperature superalloy | |
| JP6312157B2 (ja) | ニッケル基超合金のための溶接前熱処理 | |
| CN102764891B (zh) | 控制锻造析出强化合金晶粒尺寸的方法及由此形成的构件 | |
| US7115175B2 (en) | Modified advanced high strength single crystal superalloy composition | |
| US11426797B2 (en) | Method for generating a component by a power-bed-based additive manufacturing method and powder for use in such a method | |
| CA2852336C (en) | Method for post-weld heat treatment of welded components made of gamma prime strengthened superalloys | |
| US20170021415A1 (en) | High temperature nickel-base superalloy for use in powder based manufacturing process | |
| Damodaram et al. | Effect of post-weld heat treatments on microstructure and mechanical properties of friction welded alloy 718 joints | |
| JP2015224394A (ja) | 粉体ベースのアディティブ・マニュファクチャリングプロセスにおいて使用するためのガンマプライム析出強化型ニッケル基超合金 | |
| KR20160101972A (ko) | 파우더 기반 첨가 제조 공정에서 사용하기 위한 감마 프라임 석출 강화 니켈계 초합금 | |
| JP2015004130A5 (ru) | ||
| US7959748B2 (en) | Method of manufacturing Ni-based superalloy component for gas turbine using one-step process of hot isostatic pressing and heat treatment and component manufactured thereby | |
| CN108067618A (zh) | 制造机械部件的方法 | |
| RU2640117C1 (ru) | Способ повышения плотности сложнопрофильных изделий из интерметаллидных сплавов на основе никеля, полученных аддитивными технологиями | |
| van Esch et al. | Full Rejuvenation Heat Treatment of GTD 111DS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant |