申请/专利权人：诺沃皮尼奥内技术股份有限公司

申请日：2017-11-17

公开（公告）日：2022-11-08

公开（公告）号：CN108070709B

主分类号：C21D10/00

分类号：C21D10/00

优先权：["20161118 IT 102016000116950"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2022.11.08#授权;2019.10.22#实质审查的生效;2018.05.25#公开

摘要：本发明涉及通过混合热等静压HIP过程来修复涡轮机的热部件上的缺陷的方法。具体而言，在热等静压HIP方法中，将在其结构中受诸如气孔、裂纹及空穴的瑕疵影响的待处理构件，与呈粉末或颗粒的形式的非金属材料一起放到容器中，粉末或颗粒的大小大于构件的气孔和裂纹和瑕疵。在HIP过程期间，非金属材料压在嵌入的构件的整个表面上，以便产生能够减少嵌入和未嵌入构件本身中的缺陷的温度和力的组合。构件在该过程期间未被污染，从而允许通过机械清洁或化学洗涤的简单操作，容易地移除非金属材料。

主权项：1.一种用于修复具有结构瑕疵的金属构件的热等静压方法，所述方法包括：给构件应用第一清洁处理；将所述构件放在金属气密容器中；将非金属材料介质引入到所述容器中，以完全嵌入所述构件；通过容器孔口对所述容器除气，以从所述容器内移除气体和水蒸气；密封用来执行所述除气的所述容器孔口；将所述容器放在热等静压设备的加压加热器皿内；以预定压力和温度加压和加热所述容器，达预定保持时间间隔；从所述容器取出所述构件，以及对所述构件应用第二清洁处理以除去所述非金属材料介质；其中所述非金属材料介质具有高于所述构件的金属的熔融温度的熔融温度，且所述非金属材料介质包括呈粉末或颗粒的形式的非金属材料，所述粉末或颗粒的尺寸大于被处理的构件的较大结构瑕疵的最小尺寸，并且所述较大结构瑕疵的最小尺寸可通过联接金属屑而减小；其中所述金属屑选自由卡、插头、补块配合件、插入物和附属物组成的组并联接到所述构件的结构瑕疵中的至少一个上，以便减小所述构件的较大结构瑕疵的最小尺寸，且因此减小所述介质的尺寸。

全文数据：通过混合热等静压HIP过程来修复涡轮机的热部件上的缺陷的方法技术领域[0001]本公开的主题涉及基于称为热等静压HIP的技术而用于涡轮机上的热部件的新修复方法。热等静压是典型地用来减少金属的气孔和内部缺陷的制造过程，以便改进材料的机械性能和生产过程的产量。背景技术[0002]HIP过程通过使用加压气体，使放在高压器皿中的待处理构件经受以等压的方式对构件施加的升高的温度和升高的压力两者。最广泛使用的是惰性气体，使得待处理的材料在过程期间不可化学反应。[0003]HIP过程典型地用于修理或减少收缩空穴和其他内部铸造缺陷。同时应用热和高压工作成通过塑性变形、蠕变和扩散粘结的组合来消除或减少材料瑕点（诸如内部空隙和微气孔），从而改进被处理部件的机械阻力，以及尤其是改进其疲劳。[0004]此外，HIP可用来使粉末固结，以及用于扩散粘结一一固态结合两个或更多个部件--例如，不可被熔融过程焊接的材料的金属覆层或粘结——不类似的金属粘结在一起。[0005]HIP被广泛用来修理通过熔模铸造过程和粉末冶金过程而获得的金属构件上的结构缺陷。所述构件遭受多个可能的内部缺陷，诸如但不限于）：气孔、收缩空穴、裂纹、热撕裂、内部缺乏熔融或粘结、和冶金缺陷。在熔模铸造或粉末冶金过程完成之后，仔细检查所得的金属构件，以识别可能的缺陷。通常用HIP过程修理内部缺陷。修理所提到的缺陷的备选过程是焊接和钎焊。该备选过程被广泛用来修复或恢复静态部件，而其应用对于旋转部件尤其是关键部件是受到限制的。这些方法典型地表现出重要的缺点：需要通过可能是昂贵、难以执行和耗时的加工和机械处理来清理构件。HIP引起的高压和高温仅仅能够修理嵌入的不连续性裂纹、气孔、空穴等）。发明内容[0006]考虑到现有技术的缺点，本公开的主题的第一实施例涉及一种用于通过混合热等静压过程来修复涡轮机的部件的缺陷或恢复该部件的新方法。[0007]方法包括以下步骤:给待处理的构件应用第一清洁，且然后将所述构件与非金属材料一起放在气密金属容器例如罐）中，且对所述容器应用等静压力和高温。所述等静压力和高温通过所述非金属材料介质传送到嵌入的构件的整个表面，以便产生压被处理的构件的材料的力和温度的组合，从而减少嵌入和未嵌入构件本身中的瑕点。[0008]典型地，但非排他地，提供呈粉末或颗粒的形状的非金属介质，粉末或颗粒的尺寸大于被处理的构件的较大缺陷的最小尺寸，以便不允许所述非金属介质渗透构件的固有缺陷。这样，非金属介质仅仅适于从外部对被处理的构件的整个表面施加力和热，从而使热和力传送到块材料且修理固有缺陷。[0009]在处理完成之后，可通过第二清洁阶段容易地移除非金属介质，第二清洁阶段包括化学洗涤或机械清洁诸如例如，选择性蚀刻或机械解聚或它们的组合的选择性操作。[0010]此外，在根据本发明的HIP过程中采用的非金属介质的特征在于，熔融温度高于待处理的构件的金属的恪融温度。这允许避免任何介质或从介质中产生的可能污染物渗透到构件的固有缺陷内。[0011]技术方案1.一种热等静压方法，包括：将受结构瑕疵影响的构件放在无泄漏容器11中；将介质（12引入到所述容器11中，以完全嵌入所述构件；对所述容器11除气，以从所述容器11内移除气体和水蒸气；密封所述容器（11的用来用所述介质（12填充所述容器（11和对所述容器（U除气的孔口；将所述容器11放在热等静压设备的加压加热器皿10内；以预定压力和温度压和加热所述容器11，达预定保持时间间隔；从所述容器11取出所述构件，以及对所述构件应用第二清洁，其中所述介质（12包括呈粉末或颗粒的形式的非金属材料，所述粉末或颗粒的尺寸大于被处理的构件的较大结构瑕疵的最小尺寸。[0012]技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，通过加压惰性气体来应用所述预定压力，且所述预定压力范围在500巴（7250Psi和3000巴43500PSi之间。[0013]技术方案3•根据技术方案1或技术方案2所述的方法，其特征在于，所述预定温度范围在480°C896°F和1300°C2400°F之间。[0014]技术方案4•根据前述技术方案中任一项所述的方法，其特征在于，所述预定保持时间间隔大于或等于2小时，或，如果所述构件在生产期间经受过HIP循环，或大于或等于在生产所述构件期间执行的HIP循环的保持时间的120%。[0015]技术方案5•根据前述技术方案中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括给待处理的构件应用第一清洁的预备步骤。[0016]技术方案6.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，选自包括卡、插头、补块配合件、插入物或附属物的组的金属屑联接到所述构件的结构瑕疵中的至少一个上，以便减小所述构件的较大结构瑕疵的最小尺寸，且因此减小所述介质（12的尺寸。[0017]技术方案7.根据技术方案求1至技术方案6中的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述预定压力大于或等于1000巴（145〇OPSi。[0018]技术方案8.根据技术方案1至技术方案7中的一项或多项所述的方法，其特征在于，预定温度大于或等于l〇〇〇°C1832°F。[0019]技术方案9.根据技术方案1至技术方案8中的一项或多项所述的方法，其特征在于，呈粉末或颗粒的形式的所述非金属材料选自包括下者的成组陶瓷:氧化物、氮化物、碳化物、碳氮化物、硼化物，以及氧化物、氮化物、碳化物、碳氮化物和硼化物的任何混合物。[0020]技术方案10.根据技术方案9所述的方法，其特征在于，所述氧化物得自包括氧化铝、氧化镁、二氧化硅和氧化锆的组。[0021]技术方案11.根据技术方案9至技术方案10中的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述氮化物得自包括TiN、硅氮化物和硼氮化物的组。[0022]技术方案12.根据技术方案9至技术方案11中的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述碳化物得自包括TiC、WC、硅碳化物和硼碳化物的组。[0023]技术方案13•根据技术方案1至技术方案12中的一项或多项所述的方法，其特征在于，通过化学洗涤，或通过机械清洁，或通过氢热循环，或通过氟化物离子清洁FIC，来对所述构件执行所述第一清洁。[0024]技术方案14.根据技术方案1至技术方案I3中的一项或多项所述的方法，其特征在于，通过化学洗涤或通过机械清洁来对所述构件执行所述第二清洁。[0025]技术方案15.根据技术方案13和技术方案14中的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述机械清洁选自包括选择性蚀刻或机械解聚的组。附图说明[0026]当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，其中相似符号贯穿附图表示相似部件，其中：图1示出本发明的HIP过程的典型压力器皿的前截面的示意图；图2示出本发明的HIP过程的典型压力器皿的顶截面的示意图。具体实施方式[0027]参照本发明的优选实施例，所采用的HIP设备可为现有技术的HIP设备。[0028]HIP设备大体包括HIP处理器皿10和适于使器皿10保持在压力下的压力机框架。处理器皿进而是不泄漏的，且优选地容纳加热器和热绝缘层。[0029]待处理的缺陷构件（受上面描述的缺陷影响的构件可为模制的本体或铸造的本体或熔模铸造本体或通过任何粉末金属过程获得的本体。金属的示例可包括硬质合金、高速钢、模具钢、不锈钢、镍合金、钛合金、钼合金、钴合金和大体称为超合金的所有金属。[0030]使待处理的构件经受第一清洁，以移除可能损害接下来的步骤的污染物。可通过化学洗涤，通过机械清洁，通过氢热循环或通过氟化物离子清洁FIC来执行所述第一清洁。机械清洁可选自包括选择性蚀刻或机械解聚的组。[0031]将待处理的构件放在金属气密容器11内。其中放有被处理的构件以用于HIP处理的所述金属容器11必须是不泄漏的，因此大体提前对所述金属容器11执行泄漏测试。用来生产所述容器11的典型材料是低碳钢和不锈钢，但可使用适于经受得住HIP过程条件的任何材料，诸如Ni合金、钴合金、Ti合金等。然后将介质12引入金属容器11内，以完全嵌入被处理的构件。典型地但非排他地提供呈粉末或颗粒的形状但可选择其他形状的非金属介质12,粉末或颗粒的尺寸大于被处理的构件的较大缺陷的最小尺寸大小，以便不允许所述非金属介质12渗透构件的固有缺陷。典型地经由适当的填充管将所述介质12引入到所述金属容器11中。即使只是用所选介质12填充容器11也将确保过程正确工作，但尽管如此，为了最大化过程的效率，优选的是，例如，通过采用预压实过程，典型地在填充所述容器11期间应用振动性移动，来获得使所述介质12在所述容器11内实现最大和均匀的填密。[0032]在该点处，使包含待处理的构件且由所选介质12填充的容器11排空可能存在的以及通过流到待处理的构件的瑕点中而妨碍过程正确工作的任何气体。该操作典型地称为除气，且其非常重要，以便确保形成缺陷的表面恰当地粘结。气体不渗透到待处理的构件的固有缺陷中是必要的，否则粘结无法恰当地发生。由于该原因，用来对容器11执行除气的孔口也密封。最后，将容器11放在HIP单元的器皿10内，且执行HIP过程。[0033]在关键应用的情况下，可在惰性气体或真空下进行填充操作，以最小化在介质12和或构件引入到金属容器11中时被污染的风险。[0034]惰性气体通常在HIP过程期间用作加压气体。典型地使用氩气。[0035]此外，在HIP过程期间，温度、惰性气体压力和保持时间将取决于被处理的构件的材料类型和所采用的介质12的材料类型而改变。[0036]在根据本发明的混合热等静压HIP过程中采用的非金属介质可为例如，得自包括下者的组的陶瓷类型:氧化物诸如氧化铝、氧化镁、二氧化硅、氧化锆等）、氮化物诸如TiN、硅氮化物、硼氮化物等）、碳化物诸如TiC、WC、硅碳化物、硼碳化物等）、碳氮化物、硼化物、或它们的混合物。在根据本发明的方法中，待用作介质12的材料的最重要的特性是在对密封的容器11应用的压力和温度下的熔点和分解温度。所采用的介质12的所述熔点和所述分解温度必须比比被处理的构件的一种材料高得多（高30%及以上）。为了在较大的瑕疵上使用较精细的介质，可将卡sim、插头或补块配合件、插入物或附属物联接到被处理的构件的结构瑕疵上。[0037]取决于被根据本发明的方法处理的材料，可在500巴（7250Psi和3000巴43500Psi之间的压力下应用惰性气体，优选压力范围为高于1〇〇〇巴（14500Psi。[0038]过程惰性气体温度应低于待处理的构件的熔点，且范围可从用于铝铸件的480°C896°F至用于超合金的1300°C2400°F。超合金的优选温度范围为高于l〇〇TC1832°F。[0039]保持时间又取决于待处理的材料，且其大体保持大于或等于2小时。在处理合金的构件其在生产安排中包括HIP循环）的情况下，则保持时间则优选地保持大于或等于原来在生产期间执行的HIP循环的时间的120%。如果铸造的合金的HIP循环为5小时，则根据本发明的方法的保持时间应当为至少6小时。[0040]示例性实施例的以上描述参照了附图。不同附图中的相同参照标号标识相同或类似的元件。以下详细描述不限制本发明。本发明的范围而是由所附权利要求限定。[0041]贯穿说明书对“一个实施例”或“实施例”的参照指的是结合实施例所描述的特定特征、结构或特性包括在公开的主题的至少一个实施例中。因而，贯穿说明书在多个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定指同一个实施例。另外，特定特征、结构或特性可按任何适当的方式组合在一个或多个实施例中。

权利要求：1.一种热等静压方法，包括：将受结构瑕疵影响的构件放在无泄漏容器11中；将介质（12引入到所述容器11中，以完全嵌入所述构件；对所述容器11除气，以从所述容器11内移除气体和水蒸气；密封所述容器（11的用来用所述介质（12填充所述容器（11和对所述容器（11除气的孔口；将所述容器11放在热等静压设备的加压加热器皿（10内；以预定压力和温度压和加热所述容器（11，达预定保持时间间隔；从所述容器（11取出所述构件，以及对所述构件应用第二清洁，其中所述介质（12包括呈粉末或颗粒的形式的非金属材料，所述粉末或颗粒的尺寸大于被处理的构件的较大结构瑕疵的最小尺寸。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过加压惰性气体来应用所述预定压力，且所述预定压力范围在500巴（7250Psi和3000巴（43500Psi之间。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定温度范围在480°C896°F和1300°C2400°F之间。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述预定保持时间间隔大于或等于2小时，或，如果所述构件在生产期间经受过HIP循环，或大于或等于在生产所述构件期间执行的HIP循环的保持时间的120%。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括给待处理的构件应用第一清洁的预备步骤。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选自包括卡、插头、补块配合件、插入物或附属物的组的金属肩联接到所述构件的结构瑕疵中的至少一个上，以便减小所述构件的较大结构瑕疵的最小尺寸，且因此减小所述介质（12的尺寸。7.根据权利要求1至权利要求6中的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述预定压力大于或等于1〇〇〇巴（l45〇〇psi。8.根据权利要求1至权利要求7中的一项或多项所述的方法，其特征在于，预定温度大于或等于l〇〇〇°C1832°F。9.根据权利要求1至权利要求8中的一项或多项所述的方法，其特征在于，呈粉末或颗粒的形式的所述非金属材料选自包括下者的成组陶瓷:氧化物、氮化物、碳化物、碳氮化物、硼化物，以及氧化物、氮化物、碳化物、碳氮化物和硼化物的任何混合物。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述氧化物得自包括氧化铝、氧化镁、二氧化桂和氧化错的组。

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