專利名稱：超級(jí)合金部件的熱處理方法和合金部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及部件的熱處理方法，特別是涉及渦輪盤、壓縮機(jī)盤、渦輪蓋板、壓縮機(jī)
鼓輪或壓縮機(jī)錐體的熱處理方法。
背景技術(shù)：
用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的鎳超級(jí)合金部件或制件，例如盤，在熱機(jī)械成形為部件或制件形狀(例如，盤形)之后經(jīng)歷簡(jiǎn)單的熱處理。正常來說，這是在Y '固溶線以上(超固溶線)或者Y'固溶線以下(次固溶線)的溫度下進(jìn)行的單一階段的等溫固溶熱處理，其后跟隨著在某些介質(zhì)(例如空氣或油)中的淬火。Y'固溶線是這種性質(zhì)的合金中的臨界溫度。Y'固溶線之下的固溶熱處理會(huì)導(dǎo)致細(xì)晶微結(jié)構(gòu)，其中金屬間化合物強(qiáng)化相Y'呈三態(tài)分布，稱為第一、第二和第三Y' 。Y'固溶線之上的固溶熱處理會(huì)使晶界上存在的第一 Y'溶解，并允許晶粒粗化，以產(chǎn)生粗晶結(jié)構(gòu)和兩態(tài)的Y'分布，即，第二和第三Y'。
然后在固溶熱處理之后進(jìn)行較低溫度時(shí)效，以減輕由于淬火所致的殘余應(yīng)力并且凈化主強(qiáng)化沉積物以獲得最佳機(jī)械特性。單一固溶熱處理溫度會(huì)導(dǎo)致具有均勻晶粒結(jié)構(gòu)的部件，例如盤，所述晶粒結(jié)構(gòu)在次固溶線熱處理時(shí)為細(xì)晶結(jié)構(gòu)或在超固溶線熱處理時(shí)為粗晶結(jié)構(gòu)，因而導(dǎo)致機(jī)械特性、性能上的折衷，即，負(fù)責(zé)抗高溫蠕變和疲勞裂紋生長(zhǎng)的粗晶或負(fù)責(zé)抗低溫低周疲勞和拉伸強(qiáng)度的細(xì)晶。 已知的是，為鎳超級(jí)合金部件(例如盤)提供更復(fù)雜的熱處理，這是雙微結(jié)構(gòu)熱處理，其會(huì)導(dǎo)致在部件(盤)中形成雙微結(jié)構(gòu)。雙微結(jié)構(gòu)優(yōu)化部件(例如盤)不同區(qū)域中的微結(jié)構(gòu)，該優(yōu)化是基于使用中該部件的那個(gè)區(qū)域最重要的特性而進(jìn)行的，例如，在盤的轂或孔中形成細(xì)晶結(jié)構(gòu)，在盤的邊緣中形成粗晶結(jié)構(gòu)。在這種方法中，部件在固溶熱處理過程中經(jīng)受溫度梯度。盤的邊緣暴露于Y '固溶線以上的溫度，而盤的轂或孔保持在Y '固溶線以下的溫度處。 US6610110公開了一種對(duì)鎳超級(jí)合金盤進(jìn)行熱處理的方法，其包括將熱墊片、散熱體放置在盤的轂上；除了盤的邊緣之外，將熱障和盤封裝在殼內(nèi)，并在殼內(nèi)提供絕緣件；將盤、熱障、殼和絕緣件形成的組件放置于溫度在Y '固溶線溫度以上的爐中。盤的邊緣比盤的絕緣轂以更快速率加熱。盤的邊緣達(dá)到Y(jié)'固溶線溫度以上的溫度以粗化盤的邊緣中的微結(jié)構(gòu)。熱障之一中嵌入熱電偶，當(dāng)熱電偶達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)移除所述組件。盤具有32cm的直徑，在轂處具有5cm的軸向?qū)挾群驮谶吘壧幘哂?. 5cm的軸向?qū)挾取?br> 采用這種方法的問題在于，在更大燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)上所使用的盤具有大得多的直徑并具有大得多的軸向?qū)挾?，特別是在盤的轂處。這些盤的轂的更大尺寸和更大熱質(zhì)量可導(dǎo)致轂的近表面區(qū)域達(dá)到平衡溫度，而轂的中心區(qū)域達(dá)到低得多的溫度，例如低幾百攝氏度。轂的中心區(qū)域可能在所需的次固溶線固溶熱處理溫度以下，并處于時(shí)效熱處理?xiàng)l件下。盤的轂獲得顯著低于Y'固溶線的溫度的效果在于，如果溫度過低則會(huì)快速粗化Y '沉積物，或者如果溫度對(duì)于時(shí)效而言過高并且對(duì)于固溶熱處理而言過低則會(huì)溶解Y'沉積物。這將會(huì)導(dǎo)致形成具有過度時(shí)效的孔的盤并導(dǎo)致機(jī)械特性顯著降低，從而喪失了雙微結(jié)構(gòu)熱處理的益處。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明力求提供新的對(duì)超級(jí)合金部件進(jìn)行熱處理的方法，其減少且優(yōu)選地克服了上述問題。
因此，本發(fā)明提供一種對(duì)超級(jí)合金部件進(jìn)行熱處理的方法，包括以下步驟
a)將所述部件放置在爐中，并在Y '固溶線溫度以下的溫度下對(duì)所述部件進(jìn)行固溶熱處理，從而在所述部件中形成細(xì)晶結(jié)構(gòu)；
b)將所述部件冷卻至環(huán)境溫度； c)在所述部件的至少一個(gè)第一預(yù)定區(qū)域之上放置絕緣件，并使所述部件的至少一個(gè)第二預(yù)定區(qū)域不被絕緣，從而形成絕緣組件； d)將所述部件和所述絕緣件形成的絕緣組件放置于溫度在Y '固溶線溫度以下的爐中； e)使所述絕緣組件保持在Y '固溶線溫度以下的溫度下，持續(xù)預(yù)定時(shí)間，以在所述部件中實(shí)現(xiàn)均勻的溫度； f)使所述爐中的溫度以預(yù)定速率增加至Y '固溶線溫度以上的溫度，從而基本
在所述部件的第一區(qū)域中保持細(xì)晶結(jié)構(gòu)，基本在所述部件的第二區(qū)域中形成粗晶結(jié)構(gòu)，并
且在位于所述部件的第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的第三區(qū)域中形成過渡結(jié)構(gòu)； g)當(dāng)所述部件的第二區(qū)域在Y'固溶線溫度以上已持續(xù)了預(yù)定時(shí)間和/或所述
部件的第一區(qū)域已達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，從所述爐中移除所述絕緣組件；禾口 h)將所述部件冷卻至環(huán)境溫度。 優(yōu)選地，在步驟(f)中，預(yù)定升溫速率為每小時(shí)ll(TC至每小時(shí)280°C。在步驟(f)中，預(yù)定升溫速率可為每小時(shí)ll(TC，以形成寬度為30mm至80mm的第
三區(qū)域。在步驟(f)中，預(yù)定升溫速率可為每小時(shí)220°C，以形成寬度為15mm至40mm的第
三區(qū)域。 優(yōu)選地，步驟(h)包括將所述部件以每秒0. 1°C至每秒5 °C的速率冷卻。
優(yōu)選地，所述鎳基合金包括18. 5wt^的鈷、15. 0wt^的鉻、5. 0wt^的鉬、3. Owt%的鋁、3. 6wt^的鈦、2. Owt^的鉭、0. 5wt^的鉿、0. 06wt^的鋯、0. 027wt^的碳、0. 015wt%的硼和余量的鎳以及意外雜質(zhì)。 優(yōu)選地，所述部件包括渦輪盤、渦輪轉(zhuǎn)子、壓縮機(jī)盤、渦輪蓋板、壓縮機(jī)錐體或壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。 優(yōu)選地，所述渦輪盤或所述壓縮機(jī)盤具有60cm至70cm的直徑，在轂處具有20cm至25cm的軸向?qū)挾?，并且在邊緣處具?cm至7cm的軸向?qū)挾取?優(yōu)選地，所述渦輪盤或所述壓縮機(jī)盤具有66cm的直徑，在轂處具有23cm的軸向?qū)挾?，并且在邊緣處具?cm的軸向?qū)挾取?優(yōu)選地，步驟(c)包括在所述渦輪盤或所述壓縮機(jī)盤的徑向延伸面上放置絕緣件，使得所述渦輪盤或所述壓縮機(jī)盤的第二預(yù)定區(qū)域?yàn)樗鰷u輪盤或所述壓縮機(jī)盤的邊緣。
7
優(yōu)選地，步驟(c)包括在所述渦輪盤或所述壓縮機(jī)盤的第一徑向延伸面的預(yù)定 區(qū)域上放置第一盤形絕緣體，在所述渦輪盤或所述壓縮機(jī)盤的第二徑向延伸面的預(yù)定區(qū)域 上放置第二盤形絕緣體，所述第一盤形絕緣體的直徑小于所述渦輪盤或所述壓縮機(jī)盤的直 徑，所述第二盤形絕緣體的直徑小于所述渦輪盤或所述壓縮機(jī)盤的直徑，使得所述渦輪盤 或所述壓縮機(jī)盤的轂部分被所述絕緣件覆蓋，而所述渦輪盤或所述壓縮機(jī)盤的邊緣部分不 被所述絕緣件覆蓋。 優(yōu)選地，所述第一盤形絕緣體的直徑大于所述第二盤形絕緣體的直徑，以提供相 對(duì)于所述盤的軸線布置成一角度的第三區(qū)域。 優(yōu)選地，所述角度為5。至80° 。優(yōu)選地，所述角度為IO。至60° 。
可替代地，步驟(C)包括在所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子或所述壓縮機(jī)錐體的第一端的預(yù)定
區(qū)域上放置第一環(huán)形絕緣體，并在所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子或所述壓縮機(jī)錐體的第二端的預(yù)定區(qū)域
上放置第二環(huán)形絕緣體，使得所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子或所述壓縮機(jī)錐體的第一端部分被所述絕緣
件覆蓋，所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子或所述壓縮機(jī)錐體的第二端部分被所述絕緣件覆蓋，而所述壓縮
機(jī)轉(zhuǎn)子或所述壓縮機(jī)錐體的在所述第一和第二端部分之間的部分不被絕緣件覆蓋。
優(yōu)選地，所述絕緣件包括陶瓷材料。優(yōu)選地，所述陶瓷材料包括氧化鋁和/或氧化鐵。 優(yōu)選地，在所述渦輪盤或所述壓縮機(jī)盤的轂內(nèi)的空間中設(shè)置容器，所述容器內(nèi)容 納低熔點(diǎn)金屬或低熔點(diǎn)合金。優(yōu)選地，所述低熔點(diǎn)金屬或低熔點(diǎn)合金的熔點(diǎn)在所述部件的 Y '固溶線溫度之下2(TC至150°C。優(yōu)選地，所述低熔點(diǎn)金屬是銅。 本發(fā)明還提供一種合金部件，包括大致在所述部件的第一區(qū)域中的細(xì)晶結(jié)構(gòu)，大 致在所述部件的第二區(qū)域中的粗晶結(jié)構(gòu)，和位于所述部件的第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的第 三區(qū)域中的過渡結(jié)構(gòu)。 優(yōu)選地，所述部件是渦輪盤或壓縮機(jī)盤，所述盤包括轂部分、邊緣部分、以及將所 述轂部分與所述邊緣部分互連的腹板部分，所述細(xì)晶結(jié)構(gòu)處于所述盤的轂部分中，所述粗 晶結(jié)構(gòu)處于所述盤的邊緣部分中，所述過渡結(jié)構(gòu)處于所述盤的腹板部分中。
優(yōu)選地，所述過渡結(jié)構(gòu)布置為與所述盤的軸線成一角度。 優(yōu)選地，所述盤具有軸向上游端和軸向下游端，所述過渡晶粒結(jié)構(gòu)的位置在所述
盤的軸向下游端處比在所述盤的軸向上游端處與所述盤的軸線相距更大的徑向距離，所述
過渡結(jié)構(gòu)與所述盤的軸線的距離從所述盤的軸向上游端至所述盤的軸向下游端逐漸變大。 優(yōu)選地，所述角度在5。至80的范圍，更優(yōu)選地，所述角度在10°至60°的范圍。 本發(fā)明還提供一種合金盤，所述盤包括轂部分、邊緣部分、以及將所述轂部分與
所述邊緣部分互連的腹板部分，所述盤具有第一軸向端和第二軸向端，所述盤包括大致在
所述盤的第一區(qū)域中的細(xì)晶結(jié)構(gòu)，大致在所述盤的第二區(qū)域中的粗晶結(jié)構(gòu)，所述細(xì)晶結(jié)構(gòu)
處于所述盤的轂部分中，所述粗晶結(jié)構(gòu)處于所述盤的邊緣部分中，所述粗晶結(jié)構(gòu)在所述盤
的第一軸向端上比在所述盤的第二軸向端上從所述邊緣部分徑向向內(nèi)延伸更大的距離至
所述腹板部分中，所述細(xì)晶結(jié)構(gòu)在所述盤的第二軸向端上比在所述盤的第一軸向端上從所
述轂部分徑向向外延伸更大的距離至所述腹板部分中。 優(yōu)選地，所述細(xì)晶結(jié)構(gòu)從所述盤的軸線徑向向外延伸的距離，從所述盤的第一軸 向端至所述盤的第二軸向端逐漸變大。
優(yōu)選地，在位于所述盤的第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的第三區(qū)域中存在過渡結(jié)構(gòu)， 所述過渡結(jié)構(gòu)處于所述盤的腹板部分中。 優(yōu)選地，所述過渡晶粒結(jié)構(gòu)的位置在所述盤的第二軸向端處比在所述盤的第一軸 向端處與所述盤的軸線相距更大的徑向距離，所述過渡結(jié)構(gòu)與所述盤的軸線的距離從所述 盤的第一軸向端至所述盤的第二軸向端逐漸變大。
優(yōu)選地，所述盤是渦輪盤或壓縮機(jī)盤。 優(yōu)選地，所述盤是超級(jí)合金盤或鈦合金盤，更優(yōu)選地為鎳超級(jí)合金盤。 本發(fā)明還提供一種對(duì)超級(jí)合金盤進(jìn)行熱處理的方法，包括以下步驟 a)將所述盤放置在爐中，并在Y '固溶線溫度以下的溫度下對(duì)所述盤進(jìn)行固溶
熱處理，從而在所述盤中形成細(xì)晶結(jié)構(gòu)； b)將所述盤冷卻至環(huán)境溫度； c)在所述盤的至少一個(gè)第一預(yù)定區(qū)域之上放置絕緣件，并使所述盤的至少一個(gè)第 二預(yù)定區(qū)域不被絕緣，從而形成絕緣組件；將絕緣件放置在所述盤的徑向延伸面上并使得 所述盤的第二預(yù)定區(qū)域?yàn)樗霰P的邊緣；將第一盤形絕緣體放置在所述盤的第一徑向延伸 面的預(yù)定區(qū)域上，并將第二盤形絕緣體放置在所述盤的第二徑向延伸面的預(yù)定區(qū)域上；所 述第一盤形絕緣體的直徑小于所述盤的直徑，且所述第二盤形絕緣體的直徑小于所述盤的 直徑，使得所述盤的轂部分被所述絕緣件覆蓋而所述盤的邊緣部分不被所述絕緣件覆蓋； 所述第一盤形絕緣體的直徑大于所述第二盤形絕緣體的直徑； d)將所述盤和所述絕緣件形成的絕緣組件放置于溫度在Y '固溶線溫度以下的 爐中； e)使所述絕緣組件保持在Y '固溶線溫度以下的溫度下，持續(xù)預(yù)定時(shí)間，以在所 述盤中實(shí)現(xiàn)均勻的溫度； f)使所述爐中的溫度以預(yù)定升溫速率增加至Y '固溶線溫度以上的溫度，從而 基本在所述盤的第一區(qū)域中保持細(xì)晶結(jié)構(gòu)，基本在所述盤的第二區(qū)域中形成粗晶結(jié)構(gòu)，并 且在位于所述盤的第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的第三區(qū)域中形成過渡結(jié)構(gòu)，所述第三區(qū)域相 對(duì)于所述盤的軸線布置成一角度； g)當(dāng)所述盤的第二區(qū)域在Y'固溶線溫度以上已持續(xù)了預(yù)定時(shí)間和/或所述盤 的第一區(qū)域已達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，從所述爐中移除所述絕緣組件；禾口
h)將所述盤冷卻至環(huán)境溫度。 本發(fā)明還提供一種對(duì)超級(jí)合金盤進(jìn)行熱處理的方法，包括以下步驟 a)將所述盤放置在爐中，并在Y '固溶線溫度以下的溫度下對(duì)所述盤進(jìn)行固溶
熱處理，從而在所述盤中形成細(xì)晶結(jié)構(gòu)； b)將所述盤冷卻至環(huán)境溫度； c)在所述盤的轂內(nèi)的空間中放置容器，所述容器內(nèi)容納低熔點(diǎn)金屬或低熔點(diǎn)合 金；在所述盤的至少一個(gè)第一預(yù)定區(qū)域之上放置絕緣件，并使所述盤的至少一個(gè)第二預(yù)定 區(qū)域不被絕緣，從而形成絕緣組件； d)將所述盤、所述容器和所述絕緣件形成的絕緣組件放置于溫度在Y '固溶線 溫度以下的爐中； e)使所述絕緣組件保持在Y '固溶線溫度以下的溫度下，持續(xù)預(yù)定時(shí)間，以在所述盤中實(shí)現(xiàn)均勻的溫度； f)使所述爐中的溫度以預(yù)定升溫速率增加至Y '固溶線溫度以上的溫度，從而
基本在所述盤的第一區(qū)域中保持細(xì)晶結(jié)構(gòu)，基本在所述盤的第二區(qū)域中形成粗晶結(jié)構(gòu)，并
且在位于所述盤的第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的第三區(qū)域中形成過渡結(jié)構(gòu)； g)當(dāng)所述盤的第二區(qū)域在Y'固溶線溫度以上已持續(xù)了預(yù)定時(shí)間和/或所述盤
的第一區(qū)域已達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，從所述爐中移除所述絕緣組件；禾口 h)將所述盤冷卻至環(huán)境溫度。 本發(fā)明還提供一種對(duì)鈦合金部件進(jìn)行熱處理的方法，包括以下步驟 a)將所述部件放置在爐中，并在13固溶線溫度以下的溫度下對(duì)所述部件進(jìn)行固
溶熱處理，從而在所述部件中形成細(xì)晶結(jié)構(gòu)； b)將所述部件冷卻至環(huán)境溫度； c)在所述部件的至少一個(gè)第一預(yù)定區(qū)域之上放置絕緣件，并使所述部件的至少一 個(gè)第二預(yù)定區(qū)域不被絕緣，從而形成絕緣組件； d)將所述部件和所述絕緣件形成的絕緣組件放置于溫度在13固溶線溫度以下的 爐中； e)使所述絕緣組件保持在13固溶線溫度以下的溫度下，持續(xù)預(yù)定時(shí)間，以在所述 部件中實(shí)現(xiàn)均勻的溫度； f)使所述爐中的溫度以預(yù)定速率增加至13固溶線溫度以上的溫度，從而基本在
所述部件的第一區(qū)域中保持細(xì)晶結(jié)構(gòu)，基本在所述部件的第二區(qū)域中形成粗晶結(jié)構(gòu)，并且
在位于所述部件的第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的第三區(qū)域中形成過渡結(jié)構(gòu)； g)當(dāng)所述部件的第二區(qū)域在13固溶線溫度以上已持續(xù)了預(yù)定時(shí)間和/或所述部
件的第一區(qū)域已達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，從所述爐中移除所述絕緣組件；禾口 h)將所述部件冷卻至環(huán)境溫度。


將參照附圖以示例方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述，其中 圖1是渦扇燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的剖視圖，其中，該發(fā)動(dòng)機(jī)具有根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行熱處 理的渦輪盤。
圖2顯示出根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行熱處理的渦輪盤的放大剖面圖。
圖3顯示出用于在根據(jù)本發(fā)明的熱處理中使用的絕緣組件中的渦輪盤的放大圖。
圖4顯示出用于在根據(jù)本發(fā)明的熱處理中使用的可替代絕緣組件中的渦輪盤的 放大圖。 圖5顯示出根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行熱處理的壓縮機(jī)錐體的放大剖面圖。 圖6顯示出用于在根據(jù)本發(fā)明的熱處理中使用的絕緣組件中的壓縮機(jī)錐體的放大圖。 圖7顯示出用于在根據(jù)本發(fā)明的熱處理中使用的可替代絕緣組件中的渦輪盤的 放大剖面圖。
具體實(shí)施例方式
渦扇燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10按照軸向流動(dòng)串聯(lián)順序包括入口 12、風(fēng)扇部分14、壓縮 機(jī)部分16、燃燒部分18、渦輪部分20和排放口 22。渦輪部分20包括高壓渦輪24、26，其 被布置成通過軸(未示出)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)部分16中的高壓壓縮機(jī)(未示出)；中壓渦輪(未 示出)，其被布置成通過軸(未示出)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)部分16中的中壓壓縮機(jī)(未示出)；和 低壓渦輪(未示出)，其被布置成通過軸(未示出)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇部分14中的風(fēng)扇(未示出)。 渦扇燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10以很常規(guī)的方式運(yùn)行。 渦輪部分20的一部分如圖1中所示，其包括高壓渦輪盤24，此高壓渦輪盤24承載 多個(gè)沿周向間隔開且沿徑向向外延伸的高壓渦輪葉片26。高壓渦輪葉片26設(shè)置有揪樹形根 部，所述揪樹形根部位于高壓渦輪盤24的邊緣中對(duì)應(yīng)形狀的槽中。多個(gè)沿周向間隔開的噴 嘴導(dǎo)片28布置在高壓渦輪葉片26的軸向上游，以將熱氣從燃燒部分18引導(dǎo)至高壓渦輪葉片 26上。噴嘴導(dǎo)片28在其徑向外端處由內(nèi)殼體30支撐，而內(nèi)殼體30被外殼體32圍封。
高壓渦輪盤24更清楚地如圖2中所示，其包括在高壓渦輪盤24的徑向內(nèi)端處的 轂部分36、在渦輪盤24的徑向外端處的邊緣部分38、和在轂部分36與邊緣部分38之間沿 徑向延伸并使它們互連的腹板部分40。高壓渦輪盤24由鎳基超級(jí)合金構(gòu)成，在本示例中， 鎳基超級(jí)合金包括18. 5wt^的鈷、15. 0wt^的鉻、5. 0wt^的鉬、3. 0wt^的鋁、3. 6wt %的 鈦、2. Owt^的鉭、0. 5wt^的鉿、0. 06wt^的鋯、0. 027wt^的碳、0. 015wt%的硼和余量的鎳 以及意外雜質(zhì)。不過，也可使用其它合適的鎳基超級(jí)合金。渦輪盤24具有60cm至70cm的 直徑，在轂部分36處具有20cm至25cm的軸向?qū)挾龋⑶以谶吘壊糠?8處具有3cm至7cm 的軸向?qū)挾?，特別地，渦輪盤24具有66cm的直徑，在轂部分36處具有23cm的軸向?qū)挾?，?且在邊緣部分38處具有5cm的軸向?qū)挾取?圖2顯示出在熱處理后狀態(tài)下的高壓渦輪盤24。高壓渦輪盤24的轂部分36已 接受了次固溶線固溶熱處理，例如在y'固溶線溫度以下的固溶熱處理，并具有細(xì)晶結(jié)構(gòu) 42。高壓渦輪盤24的邊緣部分38已接受了超固溶線固溶熱處理，例如在y'固溶線以上 的固溶熱處理，并具有粗晶結(jié)構(gòu)44。腹板部分40在轂部分36鄰近處也具有細(xì)晶結(jié)構(gòu)42并 在邊緣部分38鄰近處具有粗晶結(jié)構(gòu)44，而且還在細(xì)晶結(jié)構(gòu)42與粗晶結(jié)構(gòu)44之間的位置處 具有過渡晶粒結(jié)構(gòu)46。 應(yīng)注意到，在此示例中，從細(xì)晶結(jié)構(gòu)42至粗晶結(jié)構(gòu)44的過渡晶粒結(jié)構(gòu)46，或稱過 渡部分，被布置為與高壓渦輪盤24的軸線X-X成一角度，或者說，過渡晶粒結(jié)構(gòu)46的位置 在渦輪盤24的軸向下游端24B處比在渦輪盤24的軸向上游端24A處與軸線X-X相距更大 的徑向距離，過渡結(jié)構(gòu)46與軸線X-X的距離從軸向上游端24A至軸向下游端24B逐漸變大。 這一角度在5。至80°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，所述角度在10°至60°的范圍內(nèi)。
過渡結(jié)構(gòu)46的這種傾斜有益于渦輪盤24，這是因?yàn)?，渦輪盤24在使用中除了經(jīng) 受徑向溫度梯度以外還承受軸向溫度梯度，例如，在渦輪盤24的軸向上游端24A上、與軸線 X-X相距一徑向距離的點(diǎn)比在渦輪盤24的軸向下游端24B上、與軸線X-X相距相同徑向距 離的點(diǎn)處于更高的溫度。過渡結(jié)構(gòu)46的傾斜更好地適合于渦輪盤24的機(jī)械特性和微結(jié)構(gòu) 要求。渦輪盤24的軸向上游端24A經(jīng)受較高的工作溫度，因此形成更能抵抗高溫蠕變和保 壓疲勞裂紋(dwell fatigue crack)生長(zhǎng)的微結(jié)構(gòu)，因而具有粗晶結(jié)構(gòu)44。渦輪盤24的軸 向下游端24B經(jīng)受較低的工作溫度，因此提供有更耐低周疲勞并具有更佳拉伸強(qiáng)度的微結(jié)
11構(gòu)。這導(dǎo)致傾斜的過渡結(jié)構(gòu)46，粗晶結(jié)構(gòu)44在軸向上游端24A比在軸向下游端24B從邊 緣部分38徑向向內(nèi)延伸更大的距離至腹板部分40中，相反地，細(xì)晶結(jié)構(gòu)42在軸向下游端 24B比在軸向上游端24A從轂部分36徑向向外延伸更大的距離至腹板部分40中。
過渡晶粒結(jié)構(gòu)46包括晶粒尺寸介于細(xì)晶結(jié)構(gòu)42的晶粒尺寸與粗晶結(jié)構(gòu)44的晶 粒尺寸之間的晶粒結(jié)構(gòu)。過渡晶粒結(jié)構(gòu)46包括三態(tài)y'分布，其中，三種y'群體中的每 一種的相對(duì)體積分?jǐn)?shù)均不同于細(xì)晶結(jié)構(gòu)42中發(fā)現(xiàn)的相對(duì)體積分?jǐn)?shù)。特別地，在過渡晶粒結(jié) 構(gòu)46中，第一y'的體積分?jǐn)?shù)隨著與X-X軸線的徑向距離的增大而減小，而第二 y'和第 三y'的體積分?jǐn)?shù)則有關(guān)聯(lián)的增大。 參照?qǐng)D3說明根據(jù)本發(fā)明對(duì)鎳超級(jí)合金渦輪盤24進(jìn)行熱處理的方法，其包括將 渦輪盤24放置在爐中，并在y '固溶線溫度以下的溫度下對(duì)渦輪盤24進(jìn)行固溶熱處理，以 在渦輪盤24中形成細(xì)晶結(jié)構(gòu)42。然后，使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何合適方法將渦輪盤 24冷卻至環(huán)境溫度。 接下來，將絕緣件52、54放置在渦輪盤24的至少一個(gè)第一預(yù)定區(qū)域(轂部分36 和腹板部分40)之上，并使渦輪盤24的至少一個(gè)第二預(yù)定區(qū)域(邊緣部分38)不絕緣，以 形成絕緣組件50。將絕緣件52、54分別放置在渦輪盤24的軸向上游端24A和軸向下游端 24B處的徑向延伸面24C和24D上并使得渦輪盤24的第二預(yù)定區(qū)域?yàn)闇u輪盤24的邊緣部 分38。特別地，將第一盤形絕緣體52放置在渦輪盤24的第一徑向延伸面24D的預(yù)定區(qū)域 上，將第二盤形絕緣體54放置在渦輪盤24的第二徑向延伸面24C的預(yù)定區(qū)域上。第一盤 形絕緣體52的直徑小于渦輪盤24的直徑，且第二盤形絕緣體54的直徑小于渦輪盤24的 直徑，使得渦輪盤24的轂部分36和腹板部分40被所述絕緣件覆蓋，而渦輪盤24的邊緣部 分38不被所述絕緣件覆蓋。 可使用任何合適的絕緣件，不過優(yōu)選地，絕緣件包括陶瓷材料，例如氧化鋁和/或 氧化鐵。絕緣件包括具有優(yōu)良熱絕緣特性和優(yōu)良熱沖擊特性的陶瓷。陶瓷絕緣件易于形成 為所希望的形狀，例如，陶瓷可容易地鑄造為所需的形狀。陶瓷絕緣件是能夠再使用的?？?替代地，絕緣件可包括金屬泡沫或復(fù)合材料?？稍诮^緣件與渦輪盤之間設(shè)置間隙，該間隙可 容納空氣、松散的纖維耐火材料或纖維耐火毯，以提供額外的絕緣特性。
將渦輪盤24的絕緣組件50和絕緣件52、54放置于溫度在y '固溶線溫度以下的 爐中。使?fàn)t中的溫度，從而使絕緣組件50的溫度保持在y'固溶線溫度以下的溫度處，持 續(xù)預(yù)定時(shí)間，以在渦輪盤24中實(shí)現(xiàn)均勻的溫度。 然后，使?fàn)t中的溫度以預(yù)定速率增加至y'固溶線溫度以上的溫度，從而基本在 渦輪盤24的第一區(qū)域A中保持細(xì)晶結(jié)構(gòu)42，基本在渦輪盤24的第二區(qū)域B中形成粗晶結(jié) 構(gòu)44，并且在位于渦輪盤24的第一區(qū)域A與第二區(qū)域B之間的第三區(qū)域C中形成過渡結(jié)構(gòu) 46。 當(dāng)渦輪盤24的第二區(qū)域B在y '固溶線溫度以上已持續(xù)了預(yù)定時(shí)間和/或渦輪 盤24的第一區(qū)域A已達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，從爐中移除絕緣組件50。本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在 于，可在淬火之前快速移除絕緣件52、54 (絕緣體盤)，而不會(huì)延遲淬火，從而在渦輪盤24或 壓縮機(jī)盤等中獲得所希望的特性。 最后，使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何合適方法將渦輪盤24冷卻至環(huán)境溫度。
預(yù)定升溫速率控制過渡結(jié)構(gòu)46的位置和寬度。較大的升溫速率在渦輪盤24中從轂部分36至邊緣部分38沿徑向形成較大的溫度梯度并由此形成較窄的過渡結(jié)構(gòu)46。相 反地，較小的升溫速率在渦輪盤24中從轂部分36至邊緣部分38沿徑向形成較小的溫度梯 度并由此形成較寬的過渡結(jié)構(gòu)46。晶粒尺寸以及第一Y'的尺寸和體積分?jǐn)?shù)在第三區(qū)域 C中顯著改變，可以優(yōu)化微結(jié)構(gòu)/納米結(jié)構(gòu)以優(yōu)化機(jī)械特性，使得所述機(jī)械特性更接近于第 二區(qū)域B中的粗晶結(jié)構(gòu)44的特性或更接近于第一區(qū)域A中的細(xì)晶結(jié)構(gòu)42的特性。
預(yù)定升溫速率為每小時(shí)ll(TC (200° F)至每小時(shí)28(TC (500° F)。如果預(yù)定升 溫速率為每小時(shí)ll(TC，則形成寬度為30mm至80mm的第三區(qū)域C，這取決于超級(jí)合金的化 學(xué)組成。如果升溫速率為每小時(shí)220°C (400° F)，則形成寬度為15mm至40mm的第三區(qū)域 C。 通過選擇冷卻、淬火、介質(zhì)和流速，小心控制第三區(qū)域C中過渡結(jié)構(gòu)46的冷卻速 率。壓縮空氣冷卻易于隨渦輪盤24上的位置而變化。冷卻速率直接影響機(jī)械特性。較高 的冷卻速率可用于提供更好的拉伸特性，相反地，較低的冷卻速率可用于提供提高的抗疲
勞裂紋擴(kuò)展性能。渦輪盤24以每秒o. rc至每秒5t:的速率冷卻。 第一和第二盤形絕緣體52和54具有相同的直徑，因而第三區(qū)域C大致平行于發(fā)
動(dòng)機(jī)軸線x-x。 參照?qǐng)D4說明根據(jù)本發(fā)明對(duì)鎳超級(jí)合金渦輪盤24進(jìn)行熱處理的另一種方法。所
述方法與參照?qǐng)D3所述的方法大致相同，不同之處在于，第一盤形絕緣體52B的直徑大于第
二盤形絕緣體54B的直徑，以提供相對(duì)于渦輪盤24的軸線X-X布置成一角度的第三區(qū)域
C(如圖2中所示)。第一盤形絕緣體52B的直徑小于渦輪盤24的直徑，且第二盤形絕緣體
54B的直徑小于渦輪盤24的直徑，使得渦輪盤24的轂部分36和腹板部分40被所述絕緣件
覆蓋而渦輪盤24的邊緣部分38不被所述絕緣件覆蓋。 本發(fā)明還適用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的中壓渦輪盤和低壓渦輪盤。 參照?qǐng)D5和6說明根據(jù)本發(fā)明對(duì)鎳超級(jí)合金壓縮機(jī)錐體60進(jìn)行熱處理的再一種
方法。將壓縮機(jī)錐體60放置在爐中，并在Y'固溶線溫度以下的溫度下進(jìn)行固溶熱處理，
從而在壓縮機(jī)錐體60中形成細(xì)晶結(jié)構(gòu)72。然后，使用任何合適的方法將壓縮機(jī)錐體60冷
卻至環(huán)境溫度。 這種方法包括在壓縮機(jī)錐體60的第一端62的預(yù)定區(qū)域上放置第一環(huán)形絕緣體 68，并在壓縮機(jī)錐體60的第二端64的預(yù)定區(qū)域上放置第二環(huán)形絕緣體70，使得壓縮機(jī)錐體 60的第一端部分被所述絕緣件覆蓋，壓縮機(jī)錐體60的第二端部分被所述絕緣件覆蓋，而壓 縮機(jī)錐體60的在第一和第二端部分之間的部分不被所述絕緣件覆蓋。第一環(huán)形絕緣體68 和第二環(huán)形絕緣體70具有環(huán)形槽，用以分別接納第一端62和第二端64。
將壓縮機(jī)錐體60與第一和第二絕緣體68和70形成的整個(gè)組件放置于溫度在 Y'固溶線溫度以下的爐中。 使?fàn)t中的溫度以預(yù)定速率增加至Y'固溶線溫度以上的溫度，從而基本在壓縮機(jī) 錐體60的第一區(qū)域D中保持細(xì)晶結(jié)構(gòu)72，基本在壓縮機(jī)錐體60的第二區(qū)域E中形成粗晶 結(jié)構(gòu)74，并且在位于壓縮機(jī)錐體60的第一區(qū)域D與第二區(qū)域E之間的第三區(qū)域F中形成過 渡結(jié)構(gòu)76。 這使得能夠形成這樣的高壓壓縮機(jī)錐體60 :在需要蠕變特性的較熱區(qū)域中形成 粗晶結(jié)構(gòu)，而在端部區(qū)域中形成細(xì)晶結(jié)構(gòu)，以優(yōu)化低周疲勞壽命，從而使得能夠容易地進(jìn)行
13結(jié)合、焊接(例如慣性焊接)。在端部區(qū)域中使用細(xì)晶結(jié)構(gòu)是所希望的，這是因?yàn)榧?xì)晶結(jié)構(gòu) 材料與粗晶結(jié)構(gòu)材料相比更易于焊接，特別是，對(duì)細(xì)晶慣性焊接而言，在結(jié)合之后，所形成 的微結(jié)構(gòu)不相似度更低。 根據(jù)本發(fā)明對(duì)鎳超級(jí)合金渦輪盤進(jìn)行熱處理的還一種方法如圖7中所示。這種熱 處理方法與參照?qǐng)D3或圖4所述的方法大致相同，其不同之處在于，將容器80設(shè)置在渦輪 盤24的轂部分36內(nèi)的空間中。容器80內(nèi)容納低熔點(diǎn)金屬或低熔點(diǎn)合金82。容器80包括 與渦輪盤24的金屬或合金(例如，鎳基超級(jí)合金)相同或相似的金屬或合金。低熔點(diǎn)金屬 或低熔點(diǎn)合金82的熔點(diǎn)在y '固溶線溫度之下2(TC至150°C。低熔點(diǎn)金屬例如為銅，其熔 化溫度為1084°C 。容器80被布置成與渦輪盤24熱接觸以提供最優(yōu)熱流動(dòng)路徑，因而熱脹 系數(shù)的匹配是重要的。容納有低熔點(diǎn)金屬或低熔點(diǎn)合金的容器80是可以再使用的。
在熱處理過程中，低熔點(diǎn)金屬或低熔點(diǎn)合金熔化并從固態(tài)變成液態(tài)，因此必須對(duì) 低熔點(diǎn)金屬或低熔點(diǎn)合金提供額外的熱量(熔化焓)，以供其改變狀態(tài)。
熱處理被布置成使渦輪盤24的轂部分36保持在y '固溶線溫度以下的溫度下， 理想地在次固溶線固溶溫度以下的狹窄范圍內(nèi)。因此，低熔點(diǎn)金屬或低熔點(diǎn)合金用于通過 吸收更多熱能而冷卻渦輪盤24的孔部分36是有利的，其中吸收更多熱能是通過利用在正 被熱處理的渦輪盤24的y'固溶線溫度之下的溫度下從固態(tài)到液態(tài)的相變而實(shí)現(xiàn)的。低 熔點(diǎn)金屬或低熔點(diǎn)合金的存在，使渦輪盤24能夠在爐中保持更長(zhǎng)的時(shí)間段，例如，這樣能 夠具有更大的處理窗口。容器80和低熔點(diǎn)金屬或合金增大了渦輪盤24中轂部分36與邊 緣部分38之間的溫度梯度，并由此減小了過渡結(jié)構(gòu)46寬度。 可在熱處理之前將高發(fā)射率涂層或其它合適的涂層沉積到所述部件的不被絕緣 件覆蓋的第二預(yù)定區(qū)域(例如所述盤的邊緣)上，以控制熱量流入所述部件的第二預(yù)定區(qū) 域中的速率。所述涂層可增大或減小熱量流入所述部件中的速率。 雖然本發(fā)明已經(jīng)參照渦輪盤和壓縮機(jī)錐體進(jìn)行了描述，不過本發(fā)明同樣適用于壓
縮機(jī)盤、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子、渦輪轉(zhuǎn)子、渦輪蓋板或轉(zhuǎn)子相互密封件。在壓縮機(jī)盤的情況下，從細(xì)晶
結(jié)構(gòu)到粗晶結(jié)構(gòu)的過渡晶粒結(jié)構(gòu)或者說過渡部分可相對(duì)于壓縮機(jī)盤的軸線布置成一角度，
或者說，過渡晶粒結(jié)構(gòu)的位置在壓縮機(jī)盤的軸向上游端處比在壓縮機(jī)盤的軸向下游端處與
所述軸線相距更大的徑向距離，該過渡結(jié)構(gòu)與所述軸線的距離從軸向下游端至軸向上游端
逐漸變大。這一角度在5。至80°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地，所述角度在IO。至60°的范圍內(nèi)。
這是因?yàn)?，壓縮機(jī)盤下游端所處的溫度高于壓縮機(jī)盤上游端所處的溫度。 根據(jù)本發(fā)明的熱處理還適用于包括兩種或更多種合金的渦輪盤，這些合金被選擇
成在渦輪盤的不同位置(例如在不同的徑向位置處)處具有最優(yōu)性能。將所述兩種或更多
種合金大致形成為環(huán)，然后優(yōu)選地將這些環(huán)結(jié)合、粘合到一起。所述兩種或更多種合金將具
有不同的y'固溶線溫度。在這種情況下，渦輪盤的邊緣部分可由絕緣件圍封，而讓渦輪盤
的轂部分暴露。 鎳基超級(jí)合金的典型y'固溶線溫度在112(TC至1190°C。將所述爐加熱至固 溶熱處理溫度，即，在鎳基超級(jí)合金的y'固溶線溫度以下的第一預(yù)定溫度，例如，比所述
y '固溶線溫度低15°C to35t:的溫度，從而在諸如渦輪盤的部件中到處形成細(xì)晶結(jié)構(gòu)。將 絕緣組件加熱到固溶熱處理溫度以下的第二預(yù)定溫度，從而在所述部件中到處形成均勻的 溫度。將絕緣組件加熱到y(tǒng)'固溶線溫度以上的第三預(yù)定溫度，這一溫度低至足以避免鎳
14基超級(jí)合金中的碳化物和/或硼化物相溶解。過渡區(qū)域處于Y'固溶線溫度以上的溫度 下，不過僅持續(xù)有限量的時(shí)間。 雖然本發(fā)明已經(jīng)參照鎳超級(jí)合金進(jìn)行了描述，不過本發(fā)明也可適用于其它合金的 熱處理，例如，鈷超級(jí)合金和鈦合金的熱處理。在近a鈦合金的情況下，不是相對(duì)于Y '固 溶線溫度進(jìn)行熱處理，而是相對(duì)于P固溶線溫度進(jìn)行熱處理。 可提供熱處理過程的計(jì)算機(jī)模型、計(jì)算模型以優(yōu)化該熱處理。計(jì)算機(jī)模型可用于 通過優(yōu)化絕緣構(gòu)件、熱質(zhì)量、最新轉(zhuǎn)變熱以獲得所希望的瞬時(shí)加熱分布或熱梯度，來優(yōu)化熱 流或熱處理。
權(quán)利要求
一種對(duì)超級(jí)合金部件(24)進(jìn)行熱處理的方法，包括以下步驟a)將所述部件(24)放置在爐中，并在γ′固溶線溫度以下的溫度下對(duì)所述部件(24)進(jìn)行固溶熱處理，從而在所述部件(24)中形成細(xì)晶結(jié)構(gòu)(42)；b)將所述部件(24)冷卻至環(huán)境溫度；c)在所述部件(24)的至少一個(gè)第一預(yù)定區(qū)域(36，40)之上放置絕緣件(52，54)，并使所述部件(24)的至少一個(gè)第二預(yù)定區(qū)域(38)不被絕緣，從而形成絕緣組件(50)；d)將所述部件(24)和所述絕緣件(52，54)形成的絕緣組件(50)放置于溫度在γ′固溶線溫度以下的爐中；e)使所述絕緣組件(50)保持在γ′固溶線溫度以下的溫度下，持續(xù)預(yù)定時(shí)間，以在所述部件(24)中實(shí)現(xiàn)均勻的溫度；f)使所述爐中的溫度以預(yù)定速率增加至γ′固溶線溫度以上的溫度，從而基本在所述部件(24)的第一區(qū)域(A)中保持細(xì)晶結(jié)構(gòu)(42)，基本在所述部件(24)的第二區(qū)域(B)中形成粗晶結(jié)構(gòu)(44)，并且在位于所述部件(24)的第一區(qū)域(A)與第二區(qū)域(B)之間的第三區(qū)域(C)中形成過渡結(jié)構(gòu)(46)；g)當(dāng)所述部件(24)的第二區(qū)域(B)在γ′固溶線溫度以上已持續(xù)了預(yù)定時(shí)間和/或所述部件(24)的第一區(qū)域(A)已達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，從所述爐中移除所述絕緣組件(50)；和h)將所述部件(24)冷卻至環(huán)境溫度。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，在步驟(f)中，預(yù)定升溫速率為每小時(shí)ll(TC至每小時(shí)280°C。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，在步驟(f)中，預(yù)定升溫速率為每小時(shí)ll(TC，以形成寬度為30mm至80mm的第三區(qū)域。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，在步驟(f)中，預(yù)定升溫速率為每小時(shí)22(TC，以形成寬度為15mm至40mm的第三區(qū)域。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，步驟(h)包括將所述部件(24)以每秒o. rc至每秒5t:的速率冷卻。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述超級(jí)合金是鎳基超級(jí)合金。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述鎳基超級(jí)合金包括18. 5wt^的鈷、15. 0wt^的鉻、5. 0wt^的鉬、3. 0wt^的鋁、3. 6wt^的鈦、2. Owt^的鉭、0. 5wt^的鉿、0. 06wt^的鋯、0. 027wt^的碳、0. 015wt^的硼和余量的鎳以及意外雜質(zhì)。
8. 如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述部件(24)包括渦輪盤(24)、渦輪轉(zhuǎn)子、壓縮機(jī)盤、渦輪蓋板、壓縮機(jī)錐體(60)或壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述渦輪盤(24)或所述壓縮機(jī)盤具有60cm至70cm的直徑，在轂(36)處具有20cm至25cm的軸向?qū)挾龋⑶以谶吘?38)處具有3cm至7cm的軸向?qū)挾取?br> 10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述渦輪盤(24)或所述壓縮機(jī)盤具有66cm的直徑，在轂(36)處具有23cm的軸向?qū)挾?，并且在邊?38)處具有5cm的軸向?qū)挾取?br> 11. 如權(quán)利要求8、9或10所述的方法，其中，步驟(c)包括在所述渦輪盤(24)或所述壓縮機(jī)盤的徑向延伸面(24C，24D)上放置絕緣件(52，54)，使得所述渦輪盤(24)或所述壓縮機(jī)盤的第二預(yù)定區(qū)域(38)為所述渦輪盤(24)或所述壓縮機(jī)盤的邊緣部分(38)。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，步驟(c)包括在所述渦輪盤(24)或所述壓縮機(jī)盤的第一徑向延伸面(24D)的預(yù)定區(qū)域上放置第一盤形絕緣體(52)，在所述渦輪盤(24)或所述壓縮機(jī)盤的第二徑向延伸面(24C)的預(yù)定區(qū)域上放置第二盤形絕緣體(54)，所述第一盤形絕緣體(52)的直徑小于所述渦輪盤(24)或所述壓縮機(jī)盤的直徑，所述第二盤形絕緣體(54)的直徑小于所述渦輪盤(24)或所述壓縮機(jī)盤的直徑，使得所述渦輪盤(24)或所述壓縮機(jī)盤的轂部分(36)被所述絕緣件(52， 54)覆蓋，而所述渦輪盤(24)或所述壓縮機(jī)盤的邊緣部分(38)不被所述絕緣件覆蓋。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述第一盤形絕緣體(52B)的直徑大于所述第二盤形絕緣體(52B)的直徑，以提供相對(duì)于所述盤(24)的軸線(X-X)布置成一角度的第三區(qū)域(C)。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述角度為5。至80° 。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述角度為10°至60° 。
16. 如權(quán)利要求8所述的方法，包括在所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子或所述壓縮機(jī)錐體(60)的第一端(62)的預(yù)定區(qū)域上放置第一環(huán)形絕緣體(68)，并在所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子或所述壓縮機(jī)錐體(60)的第二端(64)的預(yù)定區(qū)域上放置第二環(huán)形絕緣體(70)，使得所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子或所述壓縮機(jī)錐體(60)的第一端部分被所述絕緣件(68)覆蓋，所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子或所述壓縮機(jī)錐體(60)的第二端部分被所述絕緣件(70)覆蓋，而所述壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子或所述壓縮機(jī)錐體(60)的在所述第一和第二端部分之間的部分不被絕緣件覆蓋。
17. 如權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述絕緣件(52,54)包括陶瓷材料。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述陶瓷材料包括氧化鋁和/或氧化鐵。
19. 如權(quán)利要求8至15中任一項(xiàng)所述的方法，包括在所述渦輪盤(24)或所述壓縮機(jī)盤的轂部分(36)內(nèi)的空間中設(shè)置容器(80)，所述容器(80)容納低熔點(diǎn)金屬(82)或低熔點(diǎn)
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述低熔點(diǎn)金屬(82)或低熔點(diǎn)合金的熔點(diǎn)在所述部件(24)的y '固溶線溫度之下2(TC至150°C。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述低熔點(diǎn)金屬(82)是銅。
22. —種根據(jù)權(quán)利要求1至21中的任一項(xiàng)進(jìn)行熱處理的超級(jí)合金部件。
23. —種合金部件(24)，包括大致在所述部件(24)的第一區(qū)域(A)中的細(xì)晶結(jié)構(gòu)(42)、大致在所述部件(24)的第二區(qū)域(B)中的粗晶結(jié)構(gòu)(44)、以及在位于所述部件(24)的第一區(qū)域(A)與第二區(qū)域(B)之間的第三區(qū)域(C)中的過渡結(jié)構(gòu)(46)。
24. 如權(quán)利要求23中所述的合金部件，其中，所述部件(24)是渦輪盤或壓縮機(jī)盤，所述盤(24)包括轂部分(36)、邊緣部分(38)、以及將所述轂部分(36)與所述邊緣部分(38)互連的腹板部分(40)，所述細(xì)晶結(jié)構(gòu)(42)處于所述盤(24)的轂部分(36)中，所述粗晶結(jié)構(gòu)(44)處于所述盤的邊緣部分(38)中，所述過渡結(jié)構(gòu)(46)處于所述盤(24)的腹板部分(40)中。
25. 如權(quán)利要求24中所述的合金部件，其中，所述過渡結(jié)構(gòu)(46)布置為與所述盤(24)的軸線(x-x)成一角度。
26. 如權(quán)利要求25中所述的合金部件，其中，所述盤(24)具有軸向上游端(24A)和軸向下游端(24B)，所述過渡結(jié)構(gòu)(40)的位置在所述盤(24)的軸向下游端(24B)處比在所述盤(24)的軸向上游端(24A)處與所述盤(24)的軸線(X_X)相距更大的徑向距離，所述過渡結(jié)構(gòu)(40)與所述盤(24)的軸線(X-X)的距離從所述盤(24)的軸向上游端(24A)至所述盤(24)的軸向下游端(24B)逐漸變大。
27. 如權(quán)利要求25中所述的合金部件，其中，所述角度在5。至80°的范圍內(nèi)。
28. 如權(quán)利要求27中所述的合金部件，其中，所述角度在10。至60°的范圍內(nèi)。
29. 如權(quán)利要求23至28中任一項(xiàng)所述的合金部件，其中，所述合金部件是超級(jí)合金部件或鈦合金部件。
30. —種合金盤(24)，所述盤包括轂部分(36)、邊緣部分(38)、以及將所述轂部分(36)與所述邊緣部分(38)互連的腹板部分(40)，所述盤(24)具有第一軸向端(24A)和第二軸向端(24B)，所述盤(24)包括大致在所述盤(24)的第一區(qū)域(A)中的細(xì)晶結(jié)構(gòu)(42)、大致在所述盤(24)的第二區(qū)域(B)中的粗晶結(jié)構(gòu)(44)，所述細(xì)晶結(jié)構(gòu)(42)處于所述盤(24)的轂部分(36)中，所述粗晶結(jié)構(gòu)(44)處于所述盤(24)的邊緣部分(38)中，所述粗晶結(jié)構(gòu)(44)在所述盤(24)的第一軸向端(24A)上比在所述盤(24)的第二軸向端(24B)上從所述邊緣部分(38)徑向向內(nèi)延伸至所述腹板部分(40)中更大的距離，所述細(xì)晶結(jié)構(gòu)(36)在所述盤(24)的第二軸向端(24B)上比在所述盤(24)的第一軸向端(24A)上從所述轂部分(36)徑向向外延伸至所述腹板部分(40)中更大的距離。
31. 如權(quán)利要求30所述的合金盤，其中，所述細(xì)晶結(jié)構(gòu)(36)從所述盤(24)的軸線(X-X)徑向向外延伸的距離，從所述盤(24)的第一軸向端(24A)至所述盤(24)的第二軸向端(24B)逐漸變大。
32. 如權(quán)利要求30或31所述的合金盤，其中，在位于所述盤(24)的第一區(qū)域(A)與第二區(qū)域(B)之間的第三區(qū)域(C)中存在過渡結(jié)構(gòu)(46)，所述過渡結(jié)構(gòu)(46)處于所述盤(24)的腹板部分(40)中。
33. 如權(quán)利要求32所述的合金盤，其中，所述過渡結(jié)構(gòu)(46)的位置在所述盤(24)的第二軸向端(24B)處比在所述盤(24)的第一軸向端(24A)處與所述盤(24)的軸線(X-X)相距更大的徑向距離，所述過渡結(jié)構(gòu)(46)與所述盤(24)的軸線(X-X)的距離從所述盤(24)的第一軸向端(24A)至所述盤(24)的第二軸向端(24B)逐漸變大。
34. 如權(quán)利要求30至33中任一項(xiàng)所述的合金盤，其中，所述盤(24)是渦輪盤或壓縮機(jī)
35. 如權(quán)利要求30至34中任一項(xiàng)所述的合金盤，其中，所述盤(24)是超級(jí)合金盤或鈦合金盤o
36. —種對(duì)超級(jí)合金盤(24)進(jìn)行熱處理的方法，包括以下步驟a) 將所述盤(24)放置在爐中，并在Y '固溶線溫度以下的溫度下對(duì)所述盤(24)進(jìn)行固溶熱處理，從而在所述盤(24)中形成細(xì)晶結(jié)構(gòu)(42);b) 將所述盤(24)冷卻至環(huán)境溫度；c) 在所述盤(24)的 少一個(gè)第一預(yù)定區(qū)域(36,40)之上放置絕緣件(52，54)，并使所述盤(24)的至少一個(gè)第二預(yù)定區(qū)域(38)不被絕緣，從而形成絕緣組件(50);將絕緣件(52B，54B)放置在所述盤(24)的徑向延伸面(24C，24D)上并使得所述盤(24)的第二預(yù)定區(qū)域(38)為所述盤(24)的邊緣(38);將第一盤形絕緣體(52B)放置在所述盤(24)的第一徑向延伸面(24D)的預(yù)定區(qū)域上，并將第二盤形絕緣體(54B)放置在所述盤(24)的第二徑向延伸面(24C)的預(yù)定區(qū)域上；所述第一盤形絕緣體(52B)的直徑小于所述盤(24)的直徑，且所述第二盤形絕緣體(54B)的直徑小于所述盤(24)的直徑，使得所述盤(24)的轂部分(36)被所述絕緣件(52B，54B)覆蓋而所述盤(24)的邊緣部分(38)不被所述絕緣件覆蓋；所述第一盤形絕緣體(52B)的直徑大于所述第二盤形絕緣體(54B)的直徑；d) 將所述盤(24)和所述絕緣件(52B，54B)形成的絕緣組件(50B)放置于溫度在Y '固溶線溫度以下的爐中；e) 使所述絕緣組件(50B)保持在Y '固溶線溫度以下的溫度下，持續(xù)預(yù)定時(shí)間，以在所述盤(24)中實(shí)現(xiàn)均勻的溫度；f) 使所述爐中的溫度以預(yù)定升溫速率增加至Y'固溶線溫度以上的溫度，從而基本在所述盤(24)的第一區(qū)域(A)中保持細(xì)晶結(jié)構(gòu)(42)，基本在所述盤(24)的第二區(qū)域(B)中形成粗晶結(jié)構(gòu)(44)，并且在位于所述盤(24)的第一區(qū)域(A)與第二區(qū)域(B)之間的第三區(qū)域(C)中形成過渡結(jié)構(gòu)(46)，所述第三區(qū)域(C)相對(duì)于所述盤(24)的軸線(X-X)布置成一角度；g) 當(dāng)所述盤(24)的第二區(qū)域(B)在y '固溶線溫度以上已持續(xù)了預(yù)定時(shí)間和/或所述盤(24)的第一區(qū)域(A)已達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，從所述爐中移除所述絕緣組件(50B);禾口h) 將所述盤(24)冷卻至環(huán)境溫度。
37. —種對(duì)超級(jí)合金盤(24)進(jìn)行熱處理的方法，包括以下步驟a) 將所述盤(24)放置在爐中，并在Y '固溶線溫度以下的溫度下對(duì)所述盤(24)進(jìn)行固溶熱處理，從而在所述盤(24)中形成細(xì)晶結(jié)構(gòu)(44);b) 將所述盤(24)冷卻至環(huán)境溫度；c) 在所述盤(24)的轂(36)內(nèi)的空間中放置容器(80)，所述容器(80)容納低熔點(diǎn)金屬(82)或低熔點(diǎn)合金；在所述盤(24)的至少一個(gè)第一預(yù)定區(qū)域之上放置絕緣件(52,54)，并使所述盤(24)的至少一個(gè)第二預(yù)定區(qū)域不被絕緣，從而形成絕緣組件(50);d) 將所述盤(24)、所述容器(80)和所述絕緣件(52， 54)形成的絕緣組件(50)放置于溫度在Y'固溶線溫度以下的爐中；e) 使所述絕緣組件(50)保持在Y '固溶線溫度以下的溫度下，持續(xù)預(yù)定時(shí)間，以在所述盤(24)中實(shí)現(xiàn)均勻的溫度；f) 使所述爐中的溫度以預(yù)定升溫速率增加至Y'固溶線溫度以上的溫度，從而基本在所述盤(24)的第一區(qū)域(A)中保持細(xì)晶結(jié)構(gòu)(42)，基本在所述盤(24)的第二區(qū)域(B)中形成粗晶結(jié)構(gòu)(44)，并且在位于所述盤(24)的第一區(qū)域(A)與第二區(qū)域(B)之間的第三區(qū)域(C)中形成過渡結(jié)構(gòu)(46);g) 當(dāng)所述盤(24)的第二區(qū)域(B)在y '固溶線溫度以上已持續(xù)了預(yù)定時(shí)間和/或所述盤(24)的第一區(qū)域(A)已達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，從所述爐中移除所述絕緣組件(50);禾口h) 將所述盤(24)冷卻至環(huán)境溫度。
全文摘要
一種對(duì)超級(jí)合金部件進(jìn)行熱處理的方法，其包括在γ′固溶線溫度以下的溫度下對(duì)所述部件進(jìn)行固溶熱處理，從而在所述部件中形成細(xì)晶結(jié)構(gòu)。在所述部件的第一區(qū)域之上放置絕緣件，以形成絕緣組件。將絕緣組件放置于溫度在γ′固溶線溫度以下的爐中并在此溫度下保持預(yù)定時(shí)間，以在所述部件中實(shí)現(xiàn)均勻的溫度。使所述溫度以預(yù)定速率增加至固溶線溫度以上的溫度，從而在第一區(qū)域中保持細(xì)晶結(jié)構(gòu)，在第二區(qū)域中形成粗晶結(jié)構(gòu)，并且在位于所述部件的第一區(qū)域與第二區(qū)域之間的第三區(qū)域中形成過渡結(jié)構(gòu)。當(dāng)所述部件的第二區(qū)域在固溶線溫度以上已持續(xù)了預(yù)定時(shí)間和/或所述部件的第一區(qū)域已達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，從所述爐中移除所述絕緣組件。
文檔編號(hào)C22F1/10GK101772585SQ200880101610
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月3日
發(fā)明者D·U·富爾雷爾, J·A·萊姆斯基, M·C·哈迪, R·J·米切爾 申請(qǐng)人:勞斯萊斯有限公司