ES2276959T3

ES2276959T3 - THERMAL TREATMENT OF ALLOYS THAT INCLUDE ELEMENTS TO IMPROVE THE RESISTANCE TO THE GRAIN LIMIT.

Info

Publication number: ES2276959T3
Application number: ES02772392T
Authority: ES
Inventors: Winfried Esser; Dirk Goldschmidt; Michael Ott; Uwe Paul; Ursula Pickert; Russel G. Vogt; Christopher R. Hanslits
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp; Howmet Research Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp; Howmet Corp
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2007-07-01
Anticipated expiration: 2022-10-23
Also published as: AU2002337170A1; EP1438441A1; CA2503326A1; JP4812301B2; DE60215035D1; EP1438441B1; CN1617944A; JP2006503980A; CN100449031C; WO2004038056A1; AU2002337170A8; CA2503326C; DE60215035T2

Abstract

Un método de tratamiento térmico de superaleaciones fundidas a base de níquel o de cobalto que tienen al menos un aditivo que mejora la resistencia al límite de grano, en el cual la aleación tiene una fase secundaria después de la fundición que puede ser disuelta enteramente en la matriz de la aleación a una temperatura completa de solución para una determinada duración de la solución completa, que se caracteriza por que se modifican de tal forma los parámetros de temperatura y duración del tratamiento térmico que la cantidad no solubilizada de la fase secundaria en la matriz es más pequeña que 90, 70, 50 o 30% en volumen, en el cual la temperatura de tratamiento térmico es más baja que la temperatura de solución completa y la duración del tratamiento térmico se escoge de tal forma que, la fase secundaria no está completamente disuelta o la temperatura del tratamiento térmico es la temperatura de solución completa, pero la duración es únicamente mientras la fase secundaria no se ha disueltocompletamente en la matriz.A method of heat treatment of molten superalloys based on nickel or cobalt having at least one additive that improves resistance to the grain limit, in which the alloy has a secondary phase after melting that can be dissolved entirely in the alloy matrix at a complete solution temperature for a certain duration of the complete solution, characterized in that the temperature and duration parameters of the heat treatment are modified in such a way that the unsolubilized amount of the secondary phase in the matrix it is smaller than 90, 70, 50 or 30% by volume, in which the heat treatment temperature is lower than the full solution temperature and the duration of the heat treatment is chosen such that the secondary phase is not completely dissolved or the heat treatment temperature is the complete solution temperature, but the duration is only as long as the fa Secondary has not completely dissolved in the matrix.

Description

Tratamiento térmico de aleaciones que comprenden elementos para mejorar la resistencia al límite de grano.Heat treatment of alloys comprising elements to improve resistance to the grain limit.

Field of the Invention

La presente invención hace referencia a un tratamiento térmico en aleaciones, especialmente en una superaleación a base de níquel y más particularmente a fundiciones con una microestructura de grano de columna.The present invention refers to a heat treatment in alloys, especially in a nickel-based superalloy and more particularly to foundries with a column grain microstructure.

Background of the invention

La US-PS 4 597 809 describe fundiciones monocristalinas obtenidas a partir de una superaleación a base de níquel con una matriz que tiene una composición que consiste, en porcentaje en peso, esencialmente de, 9,5% a 14% de cromo, 7% a 11% de Co, 1% a 2.5% de Mo, 3% a 6% de W, 1% a 4% de Ta, 3% a 4% de Al, 3% a 5% de Ti, 6.5% a 8% de Al + Ti, 0% a 1% de Nb, y el resto esencialmente de níquel con la matriz que contiene aproximadamente 0.4 a aproximadamente 1.5 en volumen de una fase basada en carburo de tantalio como resultado de la inclusión en la aleación de aproximadamente 0.05% a aproximadamente 0.15% de C y una cantidad extra de Ta en un valor igual a 1 hasta 17 veces el contenido de C.US-PS 4 597 809 describes monocrystalline smelters obtained from a superalloy based on nickel with a matrix that has a composition that consists, in percentage by weight, essentially from 9.5% to 14% of chromium, 7% to 11% Co, 1% to 2.5% Mo, 3% to 6% W, 1% to 4% Ta, 3% to 4% of Al, 3% to 5% of Ti, 6.5% to 8% of Al + Ti, 0% to 1% of Nb, and the rest essentially of nickel with the matrix containing about 0.4 to about 1.5 by volume of a phase based on tantalum carbide as a result of inclusion in the alloy of about 0.05% to about 0.15% of C and a extra amount of Ta in a value equal to 1 to 17 times the C. content

Fundiciones monocristalinas obtenidas a partir de la superaleación a base de níquel antes mencionada presentan una inadecuada resistencia transversal al límite de grano. Los presentes inventores intentaron producir fundiciones de grano de columna solidificadas direccionalmente (SD) de la superaleación a base de níquel. Sin embargo, las fundiciones obtenidas de grano de columna solidificadas direccionalmente (SD) resultaron inaceptables como fundiciones SD, debido a que las fundiciones esencialmente no presentaban una resistencia transversal al límite de grano, ni ductilidad cuando se probaron a una temperatura de 750 grados C (1382 grados F) y a una tensión de 660 MPa (95.7 Ksi). La resistencia transversal al límite de grano y la ductilidad fueron tan deficientes que las fundiciones de grano de columna SD obtenidas a partir de la superaleación a base de níquel anteriormente mencionada se vuelven inadecuadas para su uso como álabes de turbina de turbomotores a gasolina.Monocrystalline smelters obtained from of the nickel-based superalloy mentioned above have a inadequate resistance transverse to the grain limit. The people that is here inventors tried to produce column grain foundries Directionally solidified (SD) of superalloy based on nickel. However, foundries obtained from column grain directionally solidified (SD) were unacceptable as SD foundries, because essentially no foundries they presented a transverse resistance to the grain limit, nor Ductility when tested at a temperature of 750 degrees C (1382 degrees F) and at a voltage of 660 MPa (95.7 Ksi). The transverse resistance to the grain limit and ductility were so deficient that the SD column grain foundries obtained from nickel-based superalloy previously mentioned they become unsuitable for use as turbine blades of gasoline turbomotors.

La WO 99/67435 revela fundiciones de una superaleación a base de níquel que tienen boro añadido para mejorar la resistencia transversal a la rotura por tensión y la ductilidad de las fundiciones SD. Las fundiciones son tratadas térmicamente a 1250ºC por 4 horas para que se lleve a cabo una solución completa de la fase secundaria (\gamma-fase). Debido a la presencia de grietas de límite de grano después del completo tratamiento térmico de la solución, la capacidad de producción es tan deficiente que las fundiciones de grano de columna SD obtenidas a partir de las superaleaciones a base de níquel arriba mencionadas se vuelven inapropiadas para su uso como álabes de turbina de turbomotores a gasolina.WO 99/67435 discloses foundries of a nickel-based superalloy that have boron added to enhance the transverse resistance to stress rupture and ductility of SD foundries. Foundries are heat treated to 1250 ° C for 4 hours for a complete solution of the secondary phase (γ-phase). Due to the presence of grain boundary cracks after complete heat treatment of the solution, the production capacity is so deficient that the SD column grain foundries obtained from the nickel-based superalloys mentioned above they become inappropriate for use as turbine blades of gasoline turbomotors.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un tratamiento térmico de aleaciones, especialmente de aleaciones en estado bruto de fundición,An object of the present invention is provide a heat treatment of alloys, especially of raw cast iron alloys,

por ejemplo fundiciones de grano de columna SD basadas en la superaleación monocristalina a base de níquel antes mencionada, mejorando sustancialmente la resistencia transversal a la rotura por tensión y la ductilidad así como la capacidad de producciónfor example SD column grain foundries based on nickel based monocrystalline superalloy before mentioned, substantially improving the transverse resistance to tension breakage and ductility as well as the ability to production

a un punto en que las aleaciones SD son aceptables para su uso en aplicaciones a altas temperaturas tales como álabes de turbinas de un turbomotor a gasolina.to a point where SD alloys are acceptable for use in high temperature applications such as turbine blades of a gasoline turbomotor.

Summary of the Invention

La presente invención, como se revela en las reivindicaciones, involucran un tratamiento térmico de aleaciones de fundición tales como las superaleaciones, que tienen al menos un aditivo que mejora la resistencia al límite de grano como lo hace el boro en la superaleación a base de níquel descrita anteriormente, de una manera que se sabe mejora de forma significativa la resistencia transversal a la rotura por tensión y la ductilidad de las fundiciones de grano de columna solidificadas direccionalmente (SD) obtenidas con un tratamiento térmico, que resuelve sólo parcialmente una fase secundaria; por ejemplo, no se efectua el tratamiento térmico de la solución de forma
completa.The present invention, as disclosed in the claims, involves a heat treatment of cast alloys such as superalloys, which have at least one additive that improves resistance to the grain limit as boron does in nickel-based superalloy described above, in a way that is known to significantly improve the transverse resistance to stress breakage and the ductility of the directionally solidified column grain smelters (SD) obtained with a heat treatment, which only partially resolves a secondary phase; for example, the heat treatment of the solution is not carried out
complete.

El boro es a menudo agregado a las composiciones de superaleaciones en una cantidad efectiva para mejorar sustancialmente la resistencia transversal a la rotura por tensión y la ductilidad de fundiciones de grano de columna solidificadas direccionalmente obtenidas a partir de la superaleación modificada con boro.Boron is often added to the compositions of superalloys in an effective amount to improve substantially the transverse tensile strength resistance and Ductility of solidified column grain foundries Directionally obtained from the modified superalloy with boron.

Para este fin, la concentración de boro se controla preferiblemente en el rango de 0.003% aproximadamente a 0,0175% aproximadamente por peso de la composición de la superaleación.For this purpose, the boron concentration is preferably controls in the range of 0.003% approximately to 0.0175% approximately by weight of the composition of the superalloy.

En unión a la adición de boro a la composición de la superaleación, la concentración de carbono se controla preferiblemente en el rango de 0.05% aproximadamente a 0.11% aproximadamente por peso de la composición de la superaleación.In conjunction with the addition of boron to the composition from the superalloy, the carbon concentration is controlled preferably in the range of 0.05% to approximately 0.11% approximately by weight of the superalloy composition.

Una superaleación a base de níquel preferida de acuerdo con una modalidad de la presente invención consiste esencialmente, en porcentaje en peso, de aproximadamente 11.6% a 12.70% de Cr, aproximadamente 8.50% a 9.5% de Co, aproximadamente 1.65% a 2.15% de Mo, aproximadamente 3.5% a 4.10% de W, aproximadamente 4.80% a 5.20% de Ta, aproximadamente 3.40% a 3.80% de Al, aproximadamente 3.9% a 4.25% de Ti, aproximadamente 0.05% a 0.11% de C, aproximadamente 0.003% a 0.0175% de B, y el resto esencialmente de Ni. La superaleación a base de níquel modificada con boro puede ser fundida como en las fundiciones de grano de columna SD, según las técnicas de fundiciones SD convencionales como en la ampliamente conocida técnica Bridgman de retiro de
molde.A preferred nickel-based superalloy according to an embodiment of the present invention consists essentially, in percent by weight, of about 11.6% to 12.70% of Cr, about 8.50% to 9.5% of Co, about 1.65% to 2.15% of Mo, approximately 3.5% to 4.10% of W, approximately 4.80% to 5.20% of Ta, approximately 3.40% to 3.80% of Al, approximately 3.9% to 4.25% of Ti, approximately 0.05% to 0.11% of C, approximately 0.003% to 0.0175% of B, and the rest essentially of Ni. Boron-modified nickel-based superalloy can be melted as in SD column grain foundries, according to conventional SD foundry techniques as in the widely known Bridgman removal technique.
mold.

Las fundiciones SD obtenidas de esta forma tienen normalmente una pluralidad de granos de columnas que se extienden en la dirección del eje de tensión principal de la fundición con el eje cristalino <001> generalmente paralelo al eje de tensión principal. Las fundiciones de grano de columna SD según la presente invención presentan preferiblemente un vida de rotura por tensión de al menos 100 horas y una elongación de al menos 2.5% aproximadamente cuando se prueban a una temperatura de 750°C (1382 grados F) y una tensión de 660 MPa (95.7 Ksi) y encuentran su uso como álabes de turbina, veletas, selladuras de aire exteriores y otros componentes de turbomotores aéreos e industriales a gasolina.SD foundries obtained in this way they normally have a plurality of column grains that are extend in the direction of the main tension axis of the casting with the crystalline axis <001> generally parallel to the main tension axis. SD column grain foundries according to the present invention preferably have a life of voltage break of at least 100 hours and an elongation of at minus 2.5% approximately when tested at a temperature of 750 ° C (1382 degrees F) and a voltage of 660 MPa (95.7 Ksi) and they find their use as turbine blades, vanes, seals of outdoor air and other components of aerial turbomotors e industrial gasoline.

Los objetivos anteriores y ventajas de la presente invención se harán más fácilmente aparentes a partir de la siguiente descripción detallada tomada con los siguientes dibujos.The above objectives and advantages of the The present invention will become more readily apparent from the following detailed description taken with the following drawings.

Detailed description of the invention

A manera de ejemplo se selecciona como aleación una superaleación a base de níquel que consiste, en porcentaje en peso, esencialmente de, aproximadamente 9.5% a 14% de Cr, aproximadamente 7% a 11% de Co, aproximadamente 1% a 2.5% de Mo, aproximadamente 3% a 6% de W, aproximadamente 1% a 6% de Ta, aproximadamente 3% a 4% de Al, aproximadamente 3% a 5% de Ti, aproximadamente 0% a 1% de Nb, y el resto esencialmente de Ni y B presente en una cantidad efectiva para mejorar sustancialmente la resistencia transversal a la rotura por tensión de una fundición SD cuando se la compara con una fundición similar pero sin la presencia de boro.As an example, it is selected as an alloy a nickel-based superalloy consisting of a percentage of weight, essentially from about 9.5% to 14% Cr, approximately 7% to 11% Co, approximately 1% to 2.5% Mo, about 3% to 6% of W, about 1% to 6% of Ta, about 3% to 4% of Al, about 3% to 5% of Ti, about 0% to 1% of Nb, and the rest essentially of Ni and B present in an amount effective to substantially improve the transverse tensile strength of an SD foundry when compared to a similar foundry but without the presence Boron

La inclusión de boro, como aditivo, que mejora la resistencia al límite de grano en la aleación, se selecciona en una cantidad que ha demostrado ser efectiva para proporcionar una sustancial resistencia transversal a la rotura por tensión y una ductilidad de una fundición de grano de columna SD obtenida a partir de la aleación cuando se la compara con una fundición similar pero sin la presencia de boro.The inclusion of boron, as an additive, which improves resistance to the grain limit in the alloy, is selected in an amount that has proven effective in providing a substantial transverse tensile strength resistance and a Ductility of an SD column grain foundry obtained from of the alloy when compared to a similar foundry but Without the presence of boron.

Con este fin, preferiblemente la superaleación a base de níquel se modifica por la inclusión de boro B en el rango de aproximadamente 0.003% a aproximadamente 0.0175%, preferiblemente 0.010% a 0.015%, por peso de la composición de la superaleación.To this end, preferably superalloy to nickel base is modified by the inclusion of boron B in the range from about 0.003% to about 0.0175%, preferably 0.010% to 0.015%, by weight of the composition of the superalloy.

En unión a la adición de boro a la composición de la superaleación, la concentración de carbono C se controla en un rango preferido de aproximadamente 0.05% a aproximadamente 0.11% por peso de la composición de la superaleación. También pueden ser usados como aditivos el silicio Si, Zirconio Zr y Hafnio Hf.In conjunction with the addition of boron to the composition of the superalloy, the concentration of carbon C is controlled in a preferred range of about 0.05% to about 0.11% by weight of the super alloy composition. Can also be used as additives silicon Si, Zirconium Zr and Hafnium Hf.

Adicionalmente son posibles todas las combinaciones de B, C, Si, Zr, Hf.Additionally, all combinations of B, C, Si, Zr, Hf.

La resistencia transversal a la rotura por tensión y la ductilidad así como la capacidad de producción de las fundiciones SD obtenidas a partir de las superaleación a base de níquel con el tratamiento térmico modificado se proporcionan a un grado en el que las fundiciones se vuelven aceptables para su uso en álabes de turbina y otros componentes de turbomotores a gasolina.The transverse resistance to breakage by tension and ductility as well as the production capacity of the SD foundries obtained from superalloys based on Nickel with modified heat treatment are provided to a degree to which foundries become acceptable for use in turbine blades and other components of turbomotors a gasoline.

Una composición particularmente preferida de la fundición de una superaleación a base de níquel modificada por el boro, consiste esencialmente, en porcentaje en peso, de aproximadamente 11.6% a 12.70% de Cr, aproximadamente 8.5% a 9.5% de Co, aproximadamente 1.65% a 2.15% de Mo, aproximadamente 3.5% a 4.10% de W, aproximadamente 4.80% a 5.20% de Ta, aproximadamente 3.40 to 3.80% de Al, aproximadamente 3.9% a 4.25% de Ti, aproximadamente 0.05% a 0.11% de C, aproximadamente 0.003% a 0.0175% de B, y el resto esencialmente Ni y susceptibles de fundición para proporcionar una microestructura de grano de columna SD.A particularly preferred composition of the smelting of a nickel-based superalloy modified by the boron, consists essentially, in percentage by weight, of approximately 11.6% to 12.70% Cr, approximately 8.5% to 9.5% of Co, approximately 1.65% to 2.15% of Mo, approximately 3.5% to 4.10% W, approximately 4.80% to 5.20% Ta, approximately 3.40 to 3.80% of Al, approximately 3.9% to 4.25% of Ti, about 0.05% at 0.11% of C, about 0.003% at 0.0175% of B, and the rest essentially Ni and susceptible to foundry to provide a column grain microstructure SD.

La microestructura SD de la fundición de grano de columna incluye normalmente aproximadamente 0.4 a aproximadamente 1.5% en volumen de una fase basada en carburo de tantalio.The SD microstructure of the grain foundry column normally includes about 0.4 to about 1.5% by volume of a phase based on tantalum carbide.

Aunque no se no desea estar atado a ninguna teoría, se piensa que el boro y el carbono tienden a migrar a los límites del grano en la microestructura SD para agregar resistencia y ductilidad a los límites de grano a altas temperaturas de uso, por ejemplo 816 grados C (1500 grados F) típicas de los álabes de turbomotores a gasolina. Las fundiciones de grano de columna SD obtenidas a partir de la superaleación a base de níquel modificada por el boro antes señalada, tienen típicamente el eje cristalino <001> paralelo al eje de tensión principal de la fundición y presentan una vida a la rotura por tensión de al menos 100 horas aproximadamente y una elongación de al menos 2.5% aproximadamente cuando se prueban a una temperatura de 750 grados C (1382 grados F) y una tensión de 660 MPa (95.7 Ksi) aplicada de forma perpendicular al eje cristalino <001> de la fundición.Although you don't want to be tied to any theory, it is thought that boron and carbon tend to migrate to grain boundaries in the SD microstructure to add resistance and ductility to grain limits at high use temperatures, for example 816 degrees C (1500 degrees F) typical of the blades of gasoline turbomotors. SD column grain foundries obtained from superalloy based on modified nickel by the boron mentioned above, they typically have the crystalline axis <001> parallel to the main tension axis of the foundry and they have a break-through life of at least 100 hours approximately and an elongation of at least approximately 2.5% when tested at a temperature of 750 degrees C (1382 degrees F) and a voltage of 660 MPa (95.7 Ksi) applied perpendicularly to the crystalline axis <001> of the foundry.

Por ejemplo, se realizaron los siguientes ensayos de fundiciones SD y se ofrecen como ilustración adicional pero no limitan la presente invención.For example, the following were performed SD foundry tests and are offered as additional illustration but they do not limit the present invention.

Se prepararon una fundición #1 que tiene una composición de superaleación a base de níquel de acuerdo con la ya mencionada Patente US 4 597 809 y las fundiciones #1A y #2 y #3 de la superaleación a base de níquel modificada con boro con las siguientes composiciones, en porcentaje en peso, presentadas en la Tabla I:A # 1 foundry that has a nickel-based super alloy composition according to the already mentioned US Patent 4 597 809 and foundries # 1A and # 2 and # 3 of nickel-based superalloy modified with boron with following compositions, in percentage by weight, presented in the Table I:

TABLE I

1one

Cada colada fue vaciada para formar fundiciones sin corazón de grano de columna SD que tienen una forma rectangular para la prueba a la rotura transversal por tensión según el procedimiento de prueba de la ASTM E-139. Las fundiciones SD se obtuvieron, por ejemplo, usando la convencional técnica Bridgman de solidificación direccional por retiro de molde.Each wash was emptied to form foundries heartless grain SD column that have a rectangular shape for the test for transverse tension breakage according to ASTM E-139 test procedure. The SD foundries were obtained, for example, using conventional Bridgman technique of directional solidification by removal of mold.

Por ejemplo, cada fundición fue derretida en un crisol de un horno de fundición convencional bajo un vacío de 1 micra y supercalentado a 1427 grados C (2600 grados F). El fundido supercalentado se puso en un molde de fundición a cera perdida que tiene un recubrimiento frontal que comprende zirconio apoyado por capas adicionales de pasta en suspensión/estuco que comprenden zirconio y alúmina. El molde fue precalentado a 1482 grados C (2700 grados F) y se montó en un plato frío para efectuar la remoción del calor unidireccional a partir de la aleación fundida en el molde. El molde llenado con el fundido sobre el plato frío se retiró del horno a una cámara de solidificación del horno de fundición con un vacío de 1 micra a una velocidad de extracción de 6-16 pulgadas por hora.For example, each foundry was melted in a crucible of a conventional smelting furnace under a vacuum of 1 micron and superheated to 1427 degrees C (2600 degrees F). Fade superheated was put in a lost wax cast mold that It has a front covering comprising zirconium supported by additional layers of suspended paste / stucco comprising Zirconium and alumina. The mold was preheated to 1482 degrees C (2700 degrees F) and mounted on a cold plate to remove the Unidirectional heat from the molten alloy in the mold. The mold filled with the melt on the cold plate was removed from the oven to a solidification chamber of the smelting furnace with a 1 micron vacuum at an extraction rate of 6-16 inches per hour.

Las fundiciones de grano de columna SD se enfriaron en la cámara a temperatura ambiente bajo vacío, se removieron del molde de forma convencional usando un procedimiento mecánico de eliminación, se trataron térmicamente a una temperatura y durante un tiempo tal que la solución de una fase secundaria en la matriz solo se realiza parcialmente.SD column grain foundries are cooled in the chamber at room temperature under vacuum, it conventionally removed from the mold using a procedure mechanical removal, heat treated at a temperature and for a time such that the solution of a secondary phase in the Matrix is only partially performed.

La superaleación a base de níquel tiene una fase secundaria la fase-\gammaNickel-based superalloy has a phase secondary phase-?

Para una muestra (por ejemplo una superaleación a base de níquel) con la composición de la reivindicación 21, el tratamiento térmico inventivo se efectúa después de la fundición a 1213°C por al menos una hora, que no es la temperatura de solución de una fase secundaria (por ejemplo fase y') para esta aleación.For a sample (for example a superalloy based on nickel) with the composition of claim 21, the inventive heat treatment is carried out after casting to 1213 ° C for at least one hour, which is not the solution temperature of a secondary phase (for example phase y ') for this alloy.

También la temperatura de 1250°C (llamada temperatura completa de solución), que es normalmente utilizada para un completo tratamiento de solución, puede ser usada pero únicamente mientras la fase secundaria no se ha disuelto completamente en la matriz.Also the temperature of 1250 ° C (called complete solution temperature), which is normally used For a complete solution treatment, it can be used but only while the secondary phase has not dissolved completely in the womb.

La cantidad no solubilizada de la fase secundaria en la matriz es menor de 90, 70, 50 o 30% en volumen de acuerdo con la geometría y capacidad de producción después del tratamiento térmico, porque se evitan las grietas por límite de grano, con el fin de incrementar el rendimiento de las muestras y las propiedades mecánicas deseadas de la muestra.The unsolubilized amount of the phase secondary in the matrix is less than 90, 70, 50 or 30% by volume of according to the geometry and production capacity after heat treatment, because cracks are avoided by limit of grain, in order to increase sample yield and the desired mechanical properties of the sample.

La aleación puede tener una estructura monocristalina o tener solamente granos a lo largo de una dirección.The alloy can have a structure monocrystalline or have only grains along a address.

Opcionalmente un tratamiento térmico de envejecimiento puede ser efectuado para esta composición a 1080ºC por al menos 2 horas después de este tratamiento térmico de la solución. Opcionalmente seguido por un segundo tratamiento térmico de envejecimiento a 870ºC por al menos 12 horas.Optionally a heat treatment of aging can be effected for this composition at 1080 ° C for at least 2 hours after this heat treatment of the solution. Optionally followed by a second heat treatment aging at 870 ° C for at least 12 hours.

Especialmente el tratamiento térmico inventivo se utiliza para la muestra hueca, especialmente álabes, veletas, o recubrimientos porque las grietas aparecen más frecuentemente en las paredes, especialmente en paredes delgadas, que en las muestras masivas después de los tratamientos térmicos usados normalmente después de la fundición.Especially the inventive heat treatment It is used for the hollow sample, especially vanes, vanes, or coatings because cracks appear more frequently in the walls, especially thin walls, than in the samples mass after heat treatments normally used after casting.

El tratamiento térmico inventivo conduce a una incrementada resistencia de límite de grano durante este tratamiento térmico, para que se incremente el rendimiento (componentes sin grietas) después del tratamiento térmico.The inventive heat treatment leads to a increased grain limit resistance during this treatment thermal, to increase performance (components without cracks) after heat treatment.

También se incrementa la rotura transversal por tensión del componente como producto final durante el uso del mismo en condiciones de trabajo, porque se aumenta la resistencia al límite de grano.The transverse breakage is also increased by component tension as the final product during its use under working conditions, because resistance to grain limit

El método inventivo produce también buenos resultados para componentes masivos, por ejemplo el de una turbina a gasolina.The inventive method also produces good results for massive components, for example that of a turbine to gasoline

Las fundiciones también fueron analizadas químicamente, y pasadas a la máquina para la configuración de la muestra.The foundries were also analyzed chemically, and passed to the machine for the configuration of the sample.

El ensayo a la rotura por tensión se realizó en aire a una temperatura de 750 grados C (1382 grados F) y a una tensión de 660 Mpa (95.7 Ksi) aplicada perpendicularmente al eje cristalino <001> de las muestras.The stress break test was performed in air at a temperature of 750 degrees C (1382 degrees F) and at a 660 Mpa (95.7 Ksi) tension applied perpendicular to the axis crystalline <001> of the samples.

Los resultados de los ensayos a la rotura por tensión son presentados a continuación en la Tabla II en la cual VIDA en horas (hrs) indica el tiempo para fracturar la muestra, la ELONGACIÓN es la elongación de la muestra al fracturarse, y RED DE AREA es la reducción del área de las muestras al fracturarse. Los datos de la LINEA BASE corresponde a los datos del ensayo para la fundición 1, y los datos de las fundiciones #1A, #2 y #3 corresponden a los datos del ensayo para las fundiciones #1A, #2 y #3, respectivamente. Los datos de la LINEA BASE representan un promedio de dos muestras de ensayo a la rotura por tensión, mientras que los datos #1A, #2 y #3 representan una sola muestra de ensayo a la rotura por tensión.The results of the breakage tests by tension are presented below in Table II in which LIFE in hours (hrs) indicates the time to fracture the sample, the ELONGATION is the elongation of the sample when it fractures, and NETWORK OF AREA is the reduction of the area of the samples to fracture. The BASE LINE data corresponds to the test data for the foundry 1, and foundry data # 1A, # 2 and # 3 correspond to test data for foundries # 1A, # 2 and # 3, respectively. The BASE LINE data represents a average of two test samples at tension breakage, while that data # 1A, # 2 and # 3 represent a single test sample at Tension breakage.

TABLE II

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De la Tabla II es aparente que las muestras de grano de columna SD obtenidas a partir de la fundición #1 en efecto no presentaron esencialmente ninguna resistencia transversal al límite de grano, (por ejemplo una vida de cero horas a la rotura por tensión), cuando se probaron a una temperatura de 750 grados C (1382 grados F) y una tensión de 660 Mpa (95.7 Ksi). Esto indica que las muestras fallaron inmediatamente para proporcionar esencialmente una vida a la rotura por tensión igual a cero. Además, los datos de elongación y reducción de área fueron esencialmente de cero. Estas propiedades de rotura por tensión son tan deficientes como para que las fundiciones de grano de columna SD obtenidas a partir de la fundición #1 se vuelvan inaceptables para ser usadas como álabes de turbina de turbomotores a gasolina.From Table II it is apparent that the samples of SD column grain obtained from foundry # 1 indeed they presented essentially no transverse resistance to grain limit, (for example a life of zero hours at breakage by tension), when tested at a temperature of 750 degrees C (1382 degrees F) and a voltage of 660 Mpa (95.7 Ksi). That shows that samples failed immediately to provide essentially a life at break by tension equal to zero. Further, the elongation and area reduction data were essentially of zero. These stress break properties are so poor so that the SD column grain foundries obtained at from foundry # 1 become unacceptable for use as turbine turbine blades for gasoline.

En contraste, la Tabla II revela que las muestras de grano de columna SD obtenidas a partir de la fundición #1 A presentaron una vida a la rotura por tensión de 275 horas, una elongación de 3.1% y una reducción de área de 4.7 y muestras de la fundición #2 presentaron una vida a la rotura por tensión de 182 horas, una elongación de 2.6% y una reducción de área de 6.3% cuando se probaron a una temperatura de 750 grados C (1382 grados F) y una tensión de 660 Mpa (95.7 Ksi). Estas propiedades de rotura bajo tensión de la invención representan un mejoramiento inesperado y sorprendente sobre las de las muestras obtenidas a partir de la fundición #1 y hacen que las fundiciones de grano de columna SD obtenidas a partir de las fundiciones #1 A, #2 y #3 sean más adecuadas para su uso en álabes de turbina y otros componentes de turbomotores a gasolina.In contrast, Table II reveals that SD column grain samples obtained from the foundry # 1 A presented a life at breakage by tension of 275 hours, a elongation of 3.1% and an area reduction of 4.7 and samples of the Foundry # 2 presented a life at breakage by tension of 182 hours, an elongation of 2.6% and an area reduction of 6.3% when tested at a temperature of 750 degrees C (1382 degrees F) and a voltage of 660 Mpa (95.7 Ksi). These breakage properties under tension of the invention represent an unexpected improvement and surprising about the samples obtained from the # 1 foundry and make SD column grain foundries obtained from foundries # 1 A, # 2 and # 3 are more suitable for use in turbine blades and other components of gasoline turbomotors.

La presente invención es efectiva para proporcionar fundiciones de grano de columna SD con una resistencia transversal sustancial a la rotura por tensión y ductilidad. Estas propiedades se logran sin afectar adversamente otras propiedades mecánicas, tales como la resistencia tensil, resistencia a elevadas temperaturas en función del tiempo, resistencia a la fatiga, y resistencia a la corrosión de las fundiciones SD. La presente invención es especialmente útil para proveer grandes fundiciones de álabes de turbinas industriales a gasolina (IGT) de grano de columna SD las cuales tienen la composición de la aleación descrita anteriormente para impartir una sustancial resistencia transversal a la rotura por tensión y ductilidad a las fundiciones y que tienen una longitud de aproximadamente 20 centímetros a aproximadamente 60 centímetros y superiores, tal como 90 centímetros de longitud, usadas en todas las etapas de la turbina en los turbomotores industriales a gasolina estacionarios. La composición de la fundición de la superaleación arriba descrita a base de níquel modificada con boro puede ser fundida en grano de columna SD o en componentes monocristalinos.The present invention is effective for provide SD column grain foundries with a strength substantial transverse to tension and ductility breakage. These properties are achieved without adversely affecting other properties mechanical, such as tensile strength, high resistance temperatures as a function of time, fatigue resistance, and corrosion resistance of SD foundries. The present invention is especially useful for providing large foundries of industrial gas turbine blades (IGT) grain SD column which have the alloy composition described previously to impart a substantial transverse resistance to stress breakage and ductility to foundries and they have a length of about 20 centimeters to about 60 centimeters and above, such as 90 centimeters in length, used at all turbine stages in turbomotors petrol industrial stationary. The composition of the smelting of the super alloy described above based on nickel modified with boron can be cast in SD column grain or in monocrystalline components.

Mientras que la invención ha sido descrita en términos de sus modalidades específicas, no está destinada a limitarse a esto sino solo más bien al grado expuesto en las siguientes reivindicaciones.While the invention has been described in terms of its specific modalities, it is not intended to limited to this but only rather to the degree set forth in the following claims.

Claims

1. A method of heat treatment of nickel or cobalt molten superalloys that have less an additive that improves the resistance to the grain limit, in which the alloy has a secondary phase after the foundry that can be dissolved entirely in the matrix of the alloy at a full temperature solution for a certain duration of the complete solution,

characterized in that the temperature and duration parameters of the heat treatment are modified in such a way that the unsolubilized amount of the secondary phase in the matrix is smaller than 90, 70, 50 or 30% by volume,

in which the heat treatment temperature It is lower than the full solution temperature and

The duration of the heat treatment is chosen from such that, the secondary phase is not completely dissolved or The heat treatment temperature is the solution temperature complete,

but the duration is only while the phase Secondary has not completely dissolved in the matrix.

2. A method of claim 1,

in which at least one treatment of aging after heat treatment.

3. A method of claim 1,

in which the heat treatment takes out with hollow components.

4. A method of claim 3,

in which the heat treatment is carried out with components that have a length of at least 200 mm.

5. A method of claim 3,

in which the heat treatment is carried out with hollow components that have a thickness of an outer wall plus small than 8 mm

6. A method of claim 1,

in which the secondary phase is the phase γ.

7. A method of claim 1,

in which the heat treatment is carried out with an alloy that has boron as an additive.

8. A method of claim 1,

in which the heat treatment is carried out with an alloy that has carbon as an additive.

9. A method of claim 1,

in which the heat treatment is carried out with an alloy that has solidified column grains directionally

10. A method of claim 1,

in which the heat treatment is carried out with an alloy that has a monocrystalline structure.

11. A method of claim 1,

in which the heat treatment is carried out with a cast of a nickel-based alloy, with grains of directionally solidified columns, which consist of percentage by weight, essentially of,

approximately 9.5% to 14% Cr,

approximately 7% to 11% Co,

approximately 1% to 2.5% Mo,

approximately 3% to 6% of W,

approximately 1% to 6% of Ta,

approximately 3% to 4% of Al,

approximately 3% to 5% of Ti,

approximately 0% to 1% of Nb,

and the rest essentially of Ni

and B is present in an effective amount to substantially improve tensile strength strength cross section of said foundry when compared to a similar foundry in which boron is not present.

12. A method of claim 11,

in which the heat treatment is carried out with an alloy,

where B is present in the range between about 0.003% to about 0.018% in weigh.

13. A method of claim 11,

in which the alloy after treatment thermal has a breakage life of at least 100 approximately hours and an elongation at fracture of at least 2.5% approximately when tested at a temperature of 750 degrees C (1382 degrees F) under a voltage of 660 MPa (95.7 Ksi) applied perpendicular to the crystalline axis <001> of said foundry.

14. A method of claim 1,

in which the heat treatment is carried out with a cast of a nickel-based alloy with grains of Directionally solidified columns and consisting of percentage by weight, essentially from about 11.6% to 12.70% Cr,

approximately 8.5% to 9.5% Co,

approximately 1.65% to 2.15% of Mo,

approximately 3.5% to 4.10% of W,

approximately 4.8% to 5.20% of Ta,

approximately 3.45% to 3.80% of Al,

approximately 3.9% to 4.25% of Ti,

approximately 0.05% to 0.11% of C,

approximately 0.003% to 0.0175% of B,

the rest essentially of nickel and with a transverse tensile strength resistance substantially improved compared to a similar foundry in which it is not present the boron.

15. A method of claim 14,

in which the alloy after treatment thermal has a breakage life of at least 120 hours approximately and an elongation of at least approximately 2.5% when tested at a temperature of 750 degrees C (1382 degrees F) under a voltage of 660 MPa (95.7 Ksi) applied perpendicular to a crystalline axis <001> of said foundry.

16. A method of claim 1,

in which the heat treatment is carried out with a cast of a nickel-based alloy with grains of directionally solidified columns and having a composition nominal consisting, in percentage by weight, essentially of

approximately 12.00% Cr,

approximately 9.00% Co,

approximately 1.85% Mo,

approximately 3.70% of W,

approximately 5.10% of Ta,

approximately 3.60% of Al,

approximately 4.00% of Ti,

approximately 0.0125% of B,

approximately 0.09% of C,

the rest essentially of Ni and with a life of tension break of at least approximately 100 hours, and a elongation at fracture of at least approximately 2.5% when test at approximately 750 degrees C (1382 F) under a voltage of 660 MPa (95.7 Ksi) applied perpendicular to an axis of the glass <001> of said foundry.

17. A method of claim 1,

in which the heat treatment is carried out after casting.

18. A method of claim 5,

in which the hollow components of the emptying are select from the group consisting of weather vanes, blades and coatings

19. A method of claim 1,

in which the heat treatment is carried out with massive components.

20. A method of claim 1,

in which the heat treatment is carried out with an alloy that has an additive selected from the group that It consists of zirconium, silicon, hafnium.