镍基超合金制品和用于形成制品的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及镍基超合金、镍基超合金形成的制品以及用于形成制品的方法。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮和航空发动机的热气通道部件，特别是涡轮静叶(blade)、动叶(vane)、喷嘴、密封和固定的遮蔽物，在高温(常常超过2000°F)下操作。用于形成热气通道部件的超合金组合物通常为单晶、镍基超合金组合物。
[0003]热气通道部件的强度通常通过部件的晶界强度来衡量。对于工业燃气涡轮叶片(bucket)的当前晶界接受标准通常对于机翼为12度失配(mismatch)，且对于其他地方为至多18度失配。由于该晶界接受标准，热气通道部件常常具有来自铸造工艺的低屈服，导致增加的产品成本和废部件。
[0004]提高屈服的一种方法包括加入元素例如硼和/或碳以提高定向凝固(DS)超合金的晶界强度。尽管硼和/或碳可以提高DS超合金的晶界强度，它们还充当熔点下降剂。熔点的下降使初始熔融温度降低且限制DS超合金的热处理，因此减小部件内的最大强度的发展。由于熔点下降，所以人们对加入硼和/或碳已经失去了信心。
[0005]提高屈服的另一方法包括改进制造工艺以形成具有减小的晶界失配的热气通道部件，例如单晶组件。但是，用当前单晶制造方法形成的许多部件仍具有多个晶界(boundaries)。与DS超合金类似，硼和/或碳加入到单晶部件使熔点下降。另外，增加硼和/或碳的量提高了制造单晶部件的难度。此外，单晶部件旨在不具有晶界，且因此在单晶部件的形成中加入硼和/或碳经常被限制。由于单晶部件中的晶界失配(当形成时)常常在接受标准之外，许多单晶部件被废弃从而增加了制造成本。
[0006]在工艺和/或形成的组件的性能方面具有改进的制品和方法在本领域中是合乎需要的。
【发明内容】
[0007]在一个实施方案中，单晶超合金制品包含具有含有大于约80ppm的硼(B)的组合物的镍基超合金。所述制品包含具有至少一个晶界的基本上单晶的微结构，在失配晶界高达约40度的情况下，所述制品的蠕变断裂强度基本上被保持
在另一个实施方案中，单晶超合金制品包含具有组合物的镍基超合金，所述组合物包含以重量百分数计:约5.75%和约6.25%之间的铬(Cr)、约7.0%和约8.0%之间的钴(Co)、约6.2%和约6.7%之间的铝(Al)、至多约0.04%的钛(Ti)、约6.4%和约6.8%之间的钽(Ta)、约6.0%和约6.5%之间的钨(W)、约1.3%和约I.7%之间的钼(Mo)、约0.0 3%和约0.11 %之间的碳(C)、约0.008%和约0.013%之间的硼(B)、约0.12%和约0.18%之间的铪(Hf)和余量的镍(Ni)和偶见杂质。所述制品定向凝固且包含具有至少一个晶界的基本上单晶的微结构，在失配晶界高达约40度的情况下，所述制品的蠕变断裂强度基本上被保持。
[0008]在另一个实施方案中，用于形成镍基超合金组合物的单晶铸件的方法包括在冷却板上放置模具，所述模具包含单晶选择器，将所述模具提供在热源内，在所述模具中提供熔融的镍基超合金组合物，所述熔融的镍基超合金组合物包含大于约SOppm的硼(B)，用冷却板冷却所述熔融的镍基超合金组合物以形成成核晶粒，且通过从所述热源内取出所述模具以形成单向温度梯度。所述单向温度从所述成核晶粒产生柱状晶粒的生长，且所述柱状晶粒中仅有一个通过所述单晶选择器进入所述模具的主体部分以形成所述单晶铸件。所述单晶铸件包含具有至少一个晶界的基本上单晶的微结构，在失配晶界高达约40度的情况下，所述铸件的蠕变断裂强度基本上被保持。
[0009]本发明涉及以下项目的各方面。
[0010]第I项.单晶超合金制品，其包含:
具有包含大于约SOppm的硼(B)的组合物的镍基超合金；
其中所述制品包含具有至少一个晶界的基本上单晶的微结构，在失配晶界高达约40度的情况下，所述制品的蠕变断裂强度基本上被保持。
[0011]第2项.第I项的制品，其还包含约80ppm和约130ppm之间的硼(B)。
[0012]第3项.第I项的制品，其还包含约80ppm和约10ppm之间的硼(B)。
[0013]第4项.第I项的制品，其中所述组合物包含以重量百分数计:
约5.75%-约6.25%的铬(Cr)；
约7.0%-约8.0%的钴(Co)；
约 6.2%-约 6.7%的铝(Al);
至多约0.04%的钛(Ti);
约6.4%-约6.8%的钽(Ta)；
约6.0%-约6.5% 的钨(W);
约1.3%-约1.7% 的钼(Mo);
约0.03%-约0.11%的碳(C)；
约0.008%-约0.013%的硼(B);
约 0.12%-约 0.18% 的铪(Hf)；和余量的镍(Ni)和偶见杂质。
[0014]第5项.第I项的制品，其中所述组合物包含以重量百分数计:
约9.5%-约 10.0%的铬(Cr)；
约7.0%-约8.0%的钴(Co)；
约 4.1%-约 4.3%的铝(Al);
约3.35%-约3.65%的钛(Ti)；
约5.75%-约6.25%的钨(W)；
约1.3%-约1.7% 的钼(Mo);
约4.6%-约5.0%的钽(Ta)；
约0.03%-约0.11%的碳(C)；
约0.008%-约0.013%的硼(B);
约0.4%-约0.6%的铌(Nb)；
约0.1%-约0.2%的铪(Hf)；和余量的镍(Ni)和偶见杂质。
[0015]第6项.第I项的制品，其中所述制品为燃气涡轮或航空发动机的热气通道部件，且其中所述热气通道部件经受至少约2000°F的温度。
[0016]第7项.第6项的制品，其中所述热气通道部件选自静叶、动叶、喷嘴、密封和固定的遮蔽物。
[0017]第8项.第I项的制品，还包含高达40度的失配角接受标准。
[0018]第9项.第8项的制品，还包含包括至多10度失配的小角度晶界。
[0019]第10项.第8项的制品，还包含包括大于10度失配的大角度晶界。
[0020]第11项.第I项的制品，其中所述制品定向凝固。
[0021]第12项.单晶超合金制品，其包含:
具有组合物的镍基超合金，所述组合物包含以重量百分数计:
约5.75%-约6.25%的铬(Cr)；
约7.0%-约8.0%的钴(Co)；
约 6.2%-约 6.7%的铝(Al);
至多约0.04%的钛(Ti);
约6.4%-约6.8%的钽(Ta)；
约6.0%-约6.5% 的钨(W);
约1.3%-约1.7% 的钼(Mo);
约0.03%-约0.11%的碳(C)；
约0.008%-约0.013%的硼(B);
约 0.12%-约 0.18% 的铪(Hf)；和余量的镍(Ni)和偶见杂质；
其中所述制品定向凝固；且
其中所述制品包含具有至少一个晶界的基本上单晶的微结构，在失配晶界高达约40度的情况下，所述制品的蠕变断裂强度基本上被保持。
[0022]第13项.用于形成镍基超合金组合物的单晶铸件的方法，所述方法包括:
在冷却板上放置模具，所述模具包含单晶选择器；
将所述模具提供在热源内；
在所述模具中提供熔融的镍基超合金组合物，所述熔融的镍基超合金组合物包含大于约80ppm的硼(B)；
用冷却板冷却所述熔融的镍基超合金组合物以形成成核晶粒;且通过从所述热源内取出所述模具以形成单向温度梯度；
其中所述单向温度从所述成核晶粒产生柱状晶粒的生长，且所述柱状晶粒中仅有一个通过所述单晶选择器进入所述模具的主体部分以形成所述单晶铸件;且
其中所述单晶铸件包含具有至少一个晶界的基本上单晶的微结构，在失配晶界高达约40度的情况下，所述铸件的蠕变断裂强度基本上被保持。
[0023]第14项.第13项的方法，其还包括大于约10ppm的硼(B)。
[0024]第15项.第13项的方法，其中所述模具还包含在所述冷却板和所述单晶选择器之间的启动器模块。
[0025]第16项.第15项的方法，其中所述启动器模块包括柱状启动器模块。
[0026]第17项.第13项的方法，其中所述单晶选择器还包括螺旋状的单晶选择器。
[0027]第I8项.第13项的方法，其中所述单晶铸件包括燃气涡轮或航空发动机的热气通道部件，所述热气通道部件选自静叶、动叶、喷嘴、密封和固定的遮蔽物。
[0028]第19项.第13项的方法，其中在失配晶界高达约40度的情况下基本上被保持的蠕变断裂强度提供了所述单晶铸件的提高的屈服。
[0029]第20项.第13项的方法，其还包括加热所述模具到约1500和约1700°C之间的温度。
[0030]结合附图本发明的其他特征和优点将从以下更详细的描述显而易见，该附图通过示例阐明了本发明的原理。
[0031]附图简述
图1显示根据本发明的实施方案的涡轮叶片的透视图。
[0032]只要有可能，在整个图中相同的参考数字将代表相同的部分。
【具体实施方式】
[0033]本发明提供了制品和用于形成制品的方法。本发明的实施方案与没有采用本文中公开的一个或多个特征的方法和制品相比，提高了晶界接受标准，降低了制造成本，提高了铸造工艺屈服，提高了晶界强度，降低了与晶界相关联的寿命借记(life debit)，或其组入口 ο
[0034]当介绍本发明的各种实施方案的元素时，冠词“一”、““该”和“所述”旨在表示存在一个或多个该元素。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在包括和表示可存在除了所列出的元素之外的其他元素。
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