5]在一个实施方案中，制品包括基本上单晶的制品，例如，但不局限于，燃气涡轮或航空发动机的热气通道部件。在另一个实施方案中，所述热气通道部件包括经受至少约2000°F的温度的任何部件。在又一个实施方案中，所述基本上单晶的制品通过单晶工艺来形成。例如，来看图1，一种合适的制品包括涡轮叶片或静叶100 ο涡轮叶片100包含机翼部分101、平台部分103和根部105。其他合适的制品包括但不局限于:动叶、喷嘴、密封、固定的遮蔽物、其他旋转的硬件或其组合。
[0036]如本领域技术人员所了解的，真正的“单晶制品”由单个晶粒形成，其在整个制品提供单结晶度。所述单个晶粒没有晶界，即具有结晶取向差异或失配的、在相邻的晶粒之间的非定向结构的区域。文中所用的“基本上单晶的制品”和“基本上单晶的微结构”包括其至少一部分为单晶并且其至少一部分可以包含晶界的制品和微结构。另外，术语“双晶制品”和“基本上单晶的制品”可互换地用来指其至少一部分为单晶的制品。当存在时，所述晶界(还称作边界角失配(boundary angle mismatch))包括小角度晶界(LAB)和/或大角度晶界(HAB)。小角度晶界通常包括具有至多约10度的结晶取向差异或失配的相邻晶粒之间的晶界，而大角度晶界通常包括具有大于约10度的结晶取向差异或失配的相邻晶粒之间的晶界。尽管小角度晶界和大角度晶界的分类可以在个体和机构之间变化，应当理解本发明公开考虑到了分类的这种变化。
[0037]所述单晶工艺包括但不局限于:在安置在冷却板上的模具中提供熔融超合金，且从热源内取出模具。在模具中提供熔融超合金包括，例如，将熔融超合金倾入模具中，用热源加热熔融超合金，或其组合。所述模具包含启动器模块、单晶选择器和相应于单晶制品形状的主体部分。在一个实施方案中，所述启动器模块包括但不局限于安置在冷却板上或与冷却板相邻的柱状启动器模块。所述冷却板提供降低的温度，所述降低的温度冷却启动器模块中的熔融超合金且形成与冷却板相邻的成核晶粒。从热源内取出模具提供在模具内的熔融超合金的辐射冷却，所述辐射冷却提供从与冷却板相邻的成核晶粒产生柱状晶粒的生长的单向温度梯度。在另一个实施方案中，所述单晶选择器包括但不局限于安置在启动器模块和主体部分之间的螺旋状的晶粒选择器。当模具被取出时，柱状晶粒进入晶粒选择器的底部，且单个晶粒从晶粒选择器顶部出现。从晶粒选择器顶部出现的单个晶粒填充模具的主体部分以形成单晶制品。
[0038]在又一个实施方案中，所述方法包括用于形成单晶制品的任何合适的金属温度。例如，合适的金属温度包括但不局限于:约1450和约1700°C之间、约1500和约1700°C之间、约1500和约1650°C之间、约1500和约1600°C之间、约1525和约1575°C之间或其任何组合、子组合、范围或子范围。在另一个实施例中，合适的温度包括:比柱状晶粒生长方法的模具温度高约25和约200 °C之间的模具温度、比柱状晶粒生长方法的模具温度高约25和约150 °C之间的模具温度、比柱状晶粒生长方法的模具温度高约15和约100°C之间的模具温度或其任何组合、子组合、范围或子范围。与柱状晶粒生长方法相比较，所述方法的提高的温度降低或消除在提供熔融超合金期间虚假晶粒的成核。
[0039]所述基本上单晶的制品包含超合金，例如镍基超合金。所述基本上单晶的制品的超合金包含与当前单晶制品相比(其具有至多50ppm B)增加的硼(B)的量。所述增加的B的量包括但不局限于:至少约80ppm B、至少约90ppm B、至少约10ppm B、约80ppm和约130ppm之间的B、约80ppm和约10ppm之间的B或其任何组合、子组合、范围或子范围。例如，一种基本上单晶的制品的超合金包含以以下重量百分数计的组合物: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0.03%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。
[0040]在另一个实施例中，所述超合金包含以以下重量百分数计的组合物:约9.5%和约1.0%之间的铬(Cr)、约7.0%和约8.0%之间的钴(Co)、约4.1 %和约4.3%之间的铝(Al)、约3.35%和约3.65%之间的钛(Ti)、约5.75%和约6.25%之间的钨(W)、约1.3%和约1.7%之间的钼(Mo)、约4.6 %和约5.0 %之间的钽(Ta)、约0.0 3 %和约0.11 %之间的碳(C)、约0.0 O 8 %和约
0.013%之间的硼(B)、约0.4%和约0.6%之间的铌(Nb)、约0.1%和约0.2%之间的铪(Hf)和余量的镍(Ni)和偶见杂质。
[0041]所述增加的硼的量提高了基本上单晶的制品的断裂性能。提高的断裂性能包括但不局限于:提高晶界强度、提高蠕变断裂强度、降低或消除与提高的晶界角度失配相关联的寿命借记(life debit)，或其组合。在一个实施方案中，所述提高的断裂性能提供了对基本上单晶的制品提高的接受标准。来自该增加的硼量的提高的断裂性能通过提高基本上单晶的制品对大角度晶界的容忍限度来提供提高的接受标准。例如，具有增加的硼量的基本上单晶的制品包含基本上单晶的微结构，该基本上单晶的微结构在失配角增大时保持或基本上保持断裂耐受性(即晶界强度和/或蠕变断裂强度)。
[0042]在一个实施方案中，在失配晶界高达40度的情况下，包含增加的硼量的基本上单晶的制品的基本上单晶的微结构保持或基本上保持蠕变断裂强度。在失配高达40度的情况下，含有90ppm的硼的双晶制品保持蠕变断裂强度，这证明了随失配角的增大寿命借记降低或消除。相反地，没有硼的双晶制品的蠕变断裂强度随失配角的增大而降低，这证明了寿命借记提高。高达40度的失配角接受标准显著高于当前接受标准，当前接受标准包括，例如，对于机翼中的晶界而言12度失配，且在具有30和50ppm之间的硼的涡轮叶片中的其他地方而言高达18度失配。
[0043]通过增加硼的量提供的增大的失配角接受标准通过降低或消除具有高达40度晶界失配的基本上单晶的制品的废弃来提尚基本上单晶的制品的屈服。基本上单晶的制品的提高的屈服提高了效率和/或降低了制造成本。
[0044]虽然参考一个或多个实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解的是，在不偏离本发明范围的情况下可以进行各种变化且可以用等价物替代其中的要素。另夕卜，在不偏离其基本范围的情况下，可以对本发明的教导进行许多修改以适应具体的情形或材料。因此，本发明旨在不局限于作为考虑用于实施本发明的最佳模式公开的特定实施方案，而是本发明将包括落入随附权利要求范围内的所有实施方案。
【主权项】
1.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。2.权利要求1的制品，其还包含约80ppm和约130ppm之间的硼(B)。3.权利要求1的制品，其还包含约80ppm和约10ppm之间的硼(B)。4.权利要求1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。5.权利要求1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。6.权利要求1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。7.权利要求6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。8.权利要求1的制品，还包含高达40度的失配角接受标准。9.权利要求8的制品，还包含包括至多1度失配的小角度晶界。10.权利要求8的制品，还包含包括大于10度失配的大角度晶界。
【专利摘要】本发明公开了制品和用于形成单晶铸件的方法。所述制品包含具有包含大于约80ppm硼(B)的组合物的单晶镍基超合金和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。用于形成单晶铸件的方法包括：在冷却板上安置模具，所述模具包含单晶选择器，在所述模具中提供熔融的镍基超合金组合物，所述熔融的组合物包含大于约80ppm的硼(B)，用冷却板冷却所述熔融的组合物；且通过从热源中取出所述模具形成单向温度梯度以形成包含具有至少一个晶界的基本上单晶的微结构的单晶铸件。
【IPC分类】C30B29/52, C22C19/05
【公开号】CN105714381
【申请号】CN201510558304
【发明人】A.S.佩克, W.T.金, J.C.谢菲尔
【申请人】通用电气公司
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2015年9月6日
【公告号】DE102015114158A1, US20160184888