Способы улучшения обрабатываемости в горячем состоянии металлических сплавов

Способы улучшения обрабатываемости в горячем состоянии металлических сплавов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее раскрытие относится к легированным слиткам и другим легированным обрабатываемым деталям и к способам обработки легированных слитков и других легированных обрабатываемых деталей.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Различные сплавы могут быть охарактеризованы как “чувствительные к образованию трещин”. Слитки и другие обрабатываемые детали, составленные из чувствительных к образованию трещин сплавов, могут образовывать трещины по всей своей поверхности и/или краям в ходе рабочих операций в горячем состоянии. При формовке изделий из чувствительных к образованию трещин сплавов могут возникнуть проблемы, так как, например, может возникнуть необходимость отшлифовать или удалить иным способом трещины, образованные во время штамповки или других рабочих операций в горячем состоянии, тем самым увеличивая время изготовления и затраты, и уменьшая выход продукции.

[0003] Во время некоторых рабочих операций в горячем состоянии, таких как штамповка и прессование, штампы прикладывают силу к легированной обрабатываемой детали для деформации легированной обрабатываемой детали. Взаимодействие между поверхностями штампа и поверхностями легированной обрабатываемой детали может включать теплопередачу, трение и износ. Одной из традиционных методик уменьшения образования трещин на поверхности и крае во время горячей обработки является помещение легированной обрабатываемой детали в металлический контейнер перед горячей обработкой. Например, при цилиндрической форме обрабатываемой детали внутренний диаметр металлического контейнера может быть незначительно больше внешнего диаметра легированной обрабатываемой детали. Легированная обрабатываемая деталь может быть вставлена в металлический контейнер таким образом, что металлический контейнер слабо окружает легированную обрабатываемую деталь, но не связывается с ней металлургически. Штампы могут соприкасаться с внешними поверхностями металлического контейнера. Металлический контейнер термически изолирует и механически защищает помещенную легированную обрабатываемую деталь, таким образом устраняя или уменьшая число случаев образования трещин на легированной обрабатываемой детали. Металлический контейнер термически изолирует легированную обрабатываемую деталь при помощи воздушных зазоров между легированной обрабатываемой деталью и внутренними поверхностями металлического контейнера, и также путем прямого предотвращения излучения тепла легированной обрабатываемой деталью в окружающую среду.

[0004] Операция затаривания легированной обрабатываемой детали может в результате привести к различным недостаткам. Например, механический контакт между штампами для штамповки и внешними поверхностями металлической коробки может расколоть металлический контейнер. Кроме того, во время штамповки осадкой/протяжкой затаренной обрабатываемой детали, металлический контейнер может расколоться во время операции протяжки, и в таком случае может возникнуть необходимость повторно затаривать легированную обрабатываемую деталь между каждым циклом осадка/протяжка совмещенных операций штамповки осадкой/протяжкой. Повторное затаривание усложняет процесс и увеличивает затраты. Более того, металлический контейнер может помешать оператору визуально наблюдать за образованием трещин и других образующихся во время работы дефектов на поверхности затаренной легированной обрабатываемой детали.

[0005] Учитывая вышеизложенные недостатки, преимущественным было бы обеспечить более эффективный и/или более экономически эффективный способ горячей обработки чувствительных к образованию трещин сплавов. В более общем смысле, преимущественным было бы обеспечить способ улучшения обрабатываемости в горячем состоянии легированных слитков и других легированных обрабатываемых деталей.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Аспекты согласно настоящему раскрытию относятся к способам обработки легированных слитков и других легированных обрабатываемых деталей для улучшения обрабатываемости в горячем состоянии.

[0007] Неограничивающий аспект согласно настоящему раскрытию относится к способу обработки легированной обрабатываемой детали для уменьшения образования горячих трещин, при этом способ включает распыление материала металлического покрытия по меньшей мере на часть поверхности легированной обрабатываемой детали для образования покрытия поверхности, металлургически связанного с легированной обрабатываемой деталью. Металлическое покрытие поверхности может быть более пластичным, чем легированная обрабатываемая деталь, и уменьшает тепловые потери от легированной обрабатываемой детали. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления способа легированная обрабатываемая деталь вращается вокруг продольной оси обрабатываемой детали во время распыления материала металлического покрытия, который осаждается по меньшей мере на части окружной поверхности легированной обрабатываемой детали.

[0008] Дополнительный неограничивающий аспект согласно настоящему раскрытию относится к способу обработки легированной обрабатываемой детали для уменьшения образования горячих трещин, при этом способ включает вставку легированной обрабатываемой детали в металлический контейнер. Металлический контейнер может характеризоваться более низким коэффициентом теплового расширения, чем у сплава, и содержит внутреннюю поверхность, содержащую бороникелевое покрытие по меньшей мере на ее части. Легированная обрабатываемая деталь заключается в металлический контейнер для образования затаренной сборки, и по меньшей мере часть газа удаляется из внутренней части затаренной сборки. Затаренная сборка нагревается до соединения за счет переходной жидкой фазы легированной обрабатываемой детали с металлическим контейнером.

[0009] Другой неограничивающий аспект согласно настоящему раскрытию относится к легированным обрабатываемым деталям, выполненным или обработанным согласно любому из способов настоящего раскрытия.

[0010] Еще один неограничивающий аспект согласно настоящему раскрытию относится к изделиям производства, выполненным из легированных обрабатываемых деталей, выполненных или обработанных согласно любому из способов настоящего раскрытия, или содержащим их. Такие изделия производства включают, например, составляющие реактивного двигателя, составляющие наземной турбины, клапаны, составляющие двигателя, валы и крепежные детали.

ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0011] Различные неограничивающие варианты осуществления, описанные в данном документе, могут быть лучше поняты, принимая во внимание следующее описание вместе с сопровождающими графическими материалами.

[0012] На Фиг. 1 представлена блок-схема согласно некоторым неограничивающим вариантам осуществления способа, раскрытого в данном документе.

[0013] На Фиг. 2 представлена схема способа обработки легированной обрабатываемой детали согласно различным неограничивающим вариантам осуществления, раскрытым в данном документе.

[0014] На Фиг. 3 представлена схема способа обработки легированной обрабатываемой детали согласно различным неограничивающим вариантам осуществления, раскрытым в данном документе.

[0015] На Фиг. 4 представлена блок-схема согласно некоторым неограничивающим вариантам осуществления способа, раскрытого в данном документе.

[0016] На Фиг. 5 представлена схема способа обработки легированной обрабатываемой детали согласно различным неограничивающим вариантам осуществления, раскрытым в данном документе.

[0017] Читатель примет во внимание вышеизложенные подробности, а также другие, учитывая следующее описание различных неограничивающих и неисчерпывающих вариантов осуществления согласно настоящему раскрытию.

ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ НЕОГРАНИЧИВАЮЩИХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0018] Как правило, используемые в данном документе термины “состоящий, по существу, из” и “состоящий из” включены в термин “содержащий”.

[0019] Как правило, используемые в данном документе существительные в единственном числе относятся “по меньшей мере к одному” или “к одному или нескольким”, если не указано иное.

[0020] Как правило, используемые в данном документе термины “включающий в себя” и “имеющий” означают “включающий”.

[0021] Как правило, используемый в данном документе термин “температура размягчения” относится к минимальной температуре, при которой конкретный материал уже не ведет себя как жесткое твердое тело и начинает прогибаться под собственным весом.

[0022] Как правило, используемый в данном документе термин “приблизительно” относится к приемлемой доли погрешности для измеренной величины, учитывая характер или точность измерения. Типичные приводимые в качестве примера доли погрешности могут находится в пределах 20%, в пределах 10% или в пределах 5% заданного значения или диапазона значений.

[0023] Все числовые величины, указанные в данном документе, следует понимать как модифицированные во всех случаях термином “приблизительно”, если не указано иное. Числовые величины, раскрытые в данном документе, являются приблизительными и подразумевается, что каждое числовое значение означает как упомянутое значение, так и функциональный диапазон эквивалентов, окружающих это значение. По наименьшей мере, и не в качестве попытки ограничения применимости теории эквивалентов к объему формулы изобретения, каждое числовое значение должно по меньшей мере истолковываться с учетом количества представленных значащих цифр и путем применения традиционных методик округления. Несмотря на приблизительные значения числовых величин, указанных в данном документе, считается, что числовые величины, описанные в определенных примерах фактических измеренных значений, настолько точны, насколько это возможно.

[0024] Все числовые диапазоны, указанные в данном документе, включают в себя все поддиапазоны, относящиеся к ним. Например, предполагается, что диапазоны “1-10” и “от 1 до 10” включают в себя все поддиапазоны от упомянутого минимального значения 1 и до упомянутого максимального значения 10, в том числе также 1 и 10. Предполагается, что любое максимальное числовое ограничение, упомянутое в данном документе, включает в себя все более низкие числовые ограничения. Предполагается, что любое минимальное числовое ограничение, упомянутое в данном документе, включает в себя все более высокие числовые ограничения.

[0025] В следующем описании некоторые подробности изложены для обеспечения полного понимания различных неограничивающих вариантов осуществления изделий и способов, описанных в данном документе. Специалисту в данной области техники будет понятно, что неограничивающие варианты осуществления, описанные в данном документе, можно осуществлять на практике без этих подробностей. В других случаях хорошо известные структуры и способы, связанные с изделиями и способами, могут не быть показанными или описанными подробно для избежания ненужных скрытых описаний неограничивающих вариантов осуществления, описанных в данном документе.

[0026] Настоящее раскрытие описывает различные признаки, аспекты и преимущества различных неограничивающих вариантов осуществления изделий и способов. Однако, понятно, что настоящее раскрытие охватывает численные альтернативные варианты осуществления, которые могут быть выполнены путем комбинирования любых различных признаков, аспектов и преимуществ различных неограничивающих вариантов осуществления, описанных в данном документе, в любой комбинации или подкомбинации, которую специалист в данной области техники может считать применимой.

[0027] Во время операций горячей обработки, таких как, например, операции штамповки и операции прессования, к легированному слитку или другой легированной обрабатываемой детали могут применять силу при температуре большей, чем температура окружающей среды, такой как выше температуры рекристаллизации обрабатываемой детали, для пластичной деформации обрабатываемой детали. Температура легированной обрабатываемой детали при рабочей операции может быть большей, чем температура штампов или других структур, применяемых к механически приложенной силе к поверхностям легированной обрабатываемой детали. Легированная обрабатываемая деталь может вызывать температурные градиенты вследствие охлаждения ее поверхности путем тепловых потерь в окружающую среду и смещения термического градиента между ее поверхностями и соприкасающимися штампами или другими структурами. Температурные градиенты могут способствовать образованию трещин на поверхности обрабатываемой детали во время горячей обработки. Образование трещин на поверхности является особенно проблематичным в ситуациях, когда легированную обрабатываемую деталь получают из чувствительного к образованию трещин сплава.

[0028] Согласно некоторым неограничивающим вариантам осуществления легированная обрабатываемая деталь может состоять из чувствительного к образованию трещин сплава или содержать его. Например, различные сплавы на основе никеля, сплава на основе железа, сплавы на основе никеля и железа, сплавы на основе титана, сплавы на основе титана и никеля, сплавы на основе кобальта и сверхпрочные сплавы, такие как сверхпрочные сплавы на основе никеля, могут быть чувствительными к образованию трещин, особенно во время операций горячей обработки. Легированный слиток или другая легированная обрабатываемая деталь могут быть образованы из чувствительных к образованию трещин сплавов и сверхпрочных сплавов. Например, чувствительная к образованию трещин легированная обрабатываемая деталь может быть образована из сплавов или сверхпрочных сплавов, выбранных без ограничения из сплава 718 (номер согласно Универсальной системе обозначений металлов и сплавов N07718), сплава 720 (номер согласно Универсальной системе обозначений металлов и сплавов N07720), сплава Rene 41™ (номер согласно Универсальной системе обозначений металлов и сплавов N07041), сплава Rene 88™ , сплава Waspaloy^® (номер согласно Универсальной системе обозначений металлов и сплавов N07001) и сплава Inconel^® 100.

Хотя способы, описанные в данном документе, являются преимущественными для применения с использованием чувствительных к образованию трещин сплавов, будет понятно, что такие способы также, как правило, будут применимы к любому сплаву, в том числе, например, сплавам, характеризующимся относительно низкой пластичностью при температурах горячей обработки, сплавам, обрабатываемым в горячем состоянии при температурах 1000°F-2200°F, и сплавам, которые, как правило, не склонны к образованию трещин. Как таковой, используемый в данном документе термин “сплав” включает в себя традиционные сплавы и сверхпрочные сплавы. Как будет понятно специалистам в данной области техники, сверхпрочные сплавы проявляют относительно хорошую стабильность поверхности, стойкость к коррозии и сопротивление окислению, высокую прочность и высокое сопротивление ползучести при высоких температурах. В различных неограничивающих вариантах осуществления легированная обрабатываемая деталь может включать или быть выбрана из слитка, заготовки, болванки, пластины, трубки, спеченного брикета и т.п.

[0029] Легированный слиток или другая легированная обрабатываемая деталь могут быть образованы с применением, например, методик традиционной металлургии или методик порошковой металлургии. Например, в различных неограничивающих вариантах осуществления легированный слиток или другая легированная обрабатываемая деталь могут быть образованы с помощью комбинации вакуумной индукционной плавки (VIM) и вакуумной дуговой плавки (VAR), известной как операция VIM-VAR. В различных неограничивающих вариантах осуществления легированная обрабатываемая деталь может быть образована с помощью методики тройной плавки, в которой операцию электрошлакового пересплава (ESR) осуществляют непосредственно с операцией VIM и операцией VAR, с обеспечением последовательности VIM-ESR-VAR (то есть, тройной плавки). В других неограничивающих вариантах осуществления легированная обрабатываемая деталь может быть образована с применением операции порошковой металлургии, включающей распыление расплавленного сплава и сбор и затвердение полученного в результате металлургического порошка в легированную обрабатываемую деталь.

[0030] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления легированный слиток или другая легированная обрабатываемая деталь могут быть образованы с применением операции распылительной штамповки. Например, VIM можно использовать для получения состава основного сплава из сырья. Операцию ESR можно необязательно использовать после VIM. Расплавленный сплав можно извлекать из сварочной ванны VIM или ESR и распылять с образованием расплавленных капель. Расплавленный сплав можно извлекать из сварочной ванны с использованием, например, проводящей системы с холодными стенками (CIG). Сплав может осаждаться в виде расплавленного или полурасплавленного материала с использованием операции распылительной штамповки с образованием затвердевшей легированной обрабатываемой детали.

[0031] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления легированный слиток или другая легированная обрабатываемая деталь могут быть образованы с применением операции горячего изостатического прессования (HIP). HIP, как правило, относится к изостатическому применению газа под высоким давлением и при высокой температуре, такого как, например, аргон, для уплотнения и затвердения порошкового материала в монолитный брикет. Порошок можно отделить от газа под высоким давлением и при высокой температуре с помощью герметически запаянного резервуара, который выполняет функцию барьера давления между газом и порошком при его уплотнении и затвердении. Герметически запаянный резервуар может пластично деформироваться для уплотнения порошка, и при повышенных температурах отдельные порошковые частицы могут эффективно спекаться вместе с образованием монолитного брикета. Можно применять давление для однородного уплотнения для всего порошка, и можно достичь однородного распределения плотности в брикете. Например, можно загрузить порошок приблизительно эквивалентного сплава никеля и титана в металлический резервуар, такой как, например, стальной контейнер, и дегазировать для удаления адсорбированной влаги и газового включения. Резервуар, содержащий порошок приблизительно эквивалентного сплава никеля и титана, можно герметически запаять под действием вакуума, таким как, например, с помощью сварки. Запаянный резервуар затем можно поддать операции HIP при температуре и под давлением, достаточным для достижения полного уплотнения порошка приблизительно эквивалентного сплава никеля и титана в резервуаре с образованием таким образом полностью уплотненного брикета приблизительно эквивалентного сплава никеля и титана.

[0032] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления согласно настоящему раскрытию, согласно Фиг. 1, способ обработки легированной обрабатываемой детали для уменьшения образования горячих трещин может, как правило, включать вращение 10 легированной обрабатываемой детали вокруг продольной оси легированной обрабатываемой детали; и распыление 15 материала металлического покрытия по меньшей мере на часть окружной поверхности легированной обрабатываемой детали для образования покрытия поверхности, металлургически связанного с легированной обрабатываемой деталью, что уменьшает тепловые потери от легированной обрабатываемой детали. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления легированная обрабатываемая деталь может, как правило, представлять собой легированную обрабатываемую деталь цилиндрической формы, и металлическое покрытие может осаждаться, например, на окружную поверхность легированной обрабатываемой детали. Однако, будет понятно, что легированная обрабатываемая деталь будет иметь различную форму. В дополнение, хотя на Фиг. 1 схематически изображен один из вариантов осуществления, в котором легированную обрабатываемую деталь вращают вокруг оси, будет понятно, что можно применять любой альтернативный способ, в котором распылительное устройство перемещают относительно легированной обрабатываемой детали, или наоборот, таким образом, что материал металлического покрытия может распределяться по поверхности легированной обрабатываемой детали и осаждаться на ней.

[0033] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления способ согласно настоящему раскрытию может включать распыление материала металлического покрытия по меньшей мере на часть продольного конца легированной обрабатываемой детали для образования металлического покрытия поверхности, металлургически связанного с легированной обрабатываемой деталью, что уменьшает тепловые потери от легированной обрабатываемой детали. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления способ может включать перемещение легированной обрабатываемой детали вдоль продольной оси обрабатываемой детали после завершения по меньшей мере одного вращения легированной обрабатываемой детали; распыление материала металлического покрытия по меньшей мере на следующую часть внешней окружной поверхности легированной обрабатываемой детали и повторное перемещение и распыление до достижения желаемой толщины покрытия. Однако, снова будет понятно, что можно применять любую альтернативную операцию для достижения таким образом относительного движения между распылительным и легированной обрабатываемой деталью, таким образом, что материал металлического покрытия может распределяться по поверхности легированной обрабатываемой детали и осаждаться на ней.

[0034] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления материал металлического покрытия может быть более пластичным и/или ковким, чем легированная обрабатываемая деталь. В различных неограничивающих вариантах осуществления металлическое покрытие, образованное на легированной обрабатываемой детали, может быть более пластичным при широком диапазоне температур, таком как, например, 68°F-2300°F и 1500°F-2250°F. Пластичность металлического покрытия и легированной обрабатываемой детали можно измерять как удлинение или уменьшение площади в испытании на растяжение. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления металлическое покрытие может включать удлинение (% в 2 дюйма при комнатной температуре) больше, чем удлинение легированной обрабатываемой детали. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления металлическое покрытие может включать удлинение (% в 2 дюйма при комнатной температуре) по меньшей мере 15%, по меньшей мере 20%, по меньшей мере 30%, по меньшей мере 40%, более 20%, более 25%, более 30%, более 35, более 40%, более 45%, 15%-45%, 20%-40% или 25%-40%. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления легированная обрабатываемая деталь может включать удлинение (% в 2 дюйма при комнатной температуре) вплоть до 15%, вплоть до 20% или вплоть до 30%.

[0035] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления материал металлического покрытия может включать металлический материал, характеризующейся большей вязкостью и/или более низкой твердостью, чем сплав легированной обрабатываемой детали при конкретной рабочей температуре, используемой при обработке легированной обрабатываемой детали. Твердость можно измерять согласно испытанию на определение твердости по Роквеллу. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления металлическое покрытие может включать твердость по Роквеллу меньшую, чем твердость по Роквеллу легированной обрабатываемой детали. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления металлическое покрытие может включать твердость B по Роквеллу 88-95 и легированная обрабатываемая деталь может включать твердость B по Роквеллу 92-100. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления металлическое покрытие может включать твердость B по Роквеллу 82-88 и легированная обрабатываемая деталь может включать твердость B по Роквеллу 92-100. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления металлическое покрытие может включать твердость B по Роквеллу 88 и легированная обрабатываемая деталь может включать твердость B по Роквеллу 92. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления металлическое покрытие может включать твердость C по Роквеллу 25 и легированная обрабатываемая деталь может включать твердость C по Роквеллу 38. Вязкость металлического покрытия и легированной обрабатываемой детали можно измерять с помощью ударного испытания по Шарпи с V-образным надрезом на обожженных материалах при комнатной температуре. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления материал металлического покрытия может включать энергию разрушения образца Шарпи с V-образным надрезом больше, чем энергия разрушения образца Шарпи с V-образным надрезом легированной обрабатываемой детали. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления металлическое покрытие может включать энергию разрушения образца Шарпи с V-образным надрезом 65-80 фут-фунт при 75°F.

[0036] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления металлическое покрытие может термически изолировать поверхность легированной обрабатываемой детали от поверхностей соприкасающихся штампов. В таком случае металлическое покрытие уменьшает или ограничивает излучение тепла лежащей в основе легированной обрабатываемой детали в окружающую среду и/или на поверхности штампов штамповки или прессования, соприкасающихся с покрытой обрабатываемой деталью. Термоизоляционный эффект металлического покрытия может предотвращать или уменьшать охлаждение лежащей в основе поверхности легированной обрабатываемой детали до температуры перехода в хрупкое состояние, при которой поверхность может более легко образовывать трещины во время горячей обработки. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления материал металлического покрытия может быть более устойчив к кислороду, чем легированная обрабатываемая деталь.

[0037] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления материал металлического покрытия может содержать металлические частицы, распыленные на поверхность обрабатываемой детали. Металлические частицы могут представлять собой, например, одни или несколько из частиц из нержавеющей стали, частиц из сплава на основе никеля, частиц из сплава на основе железа, частиц из сплава на основе никеля и железа, частиц из сплава на основе титана и частиц из сплава на основе кобальта. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления металлические частицы могут быть выбраны из частиц из нержавеющей стали и частиц из сплава на основе никеля. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления частицы из нержавеющей стали могут включать частицы из аустенитной нержавеющей стали. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления материал металлического покрытия может содержать частицы из аустенитной нержавеющей стали, выбранные из группы, состоящей из частиц из нержавеющей стали типа 304 (номер согласно Универсальной системе обозначений металлов и сплавов S30400), частиц из нержавеющей стали типа 304L (номер согласно Универсальной системе обозначений металлов и сплавов S30403), частиц из нержавеющей стали типа 316 (номер согласно Универсальной системе обозначений металлов и сплавов S31600) и частиц из нержавеющей стали типа 316L (номер согласно Универсальной системе обозначений металлов и сплавов S31603). В некоторых неограничивающих вариантах осуществления материал металлического покрытия может содержать частицы из сплава на основе никеля, выбранные из группы, состоящей из частиц сплава 600 (UNS N06600) и частиц сплава 625 (UNS N06625).

[0038] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления материал металлического покрытия и легированная обрабатываемая деталь могут содержать основной металл, выбранный из группы, состоящей из кобальта, железа и никеля. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления основной металл материала металлического покрытия может быть таким же, как и основной металл легированной обрабатываемой детали.Например, материал металлического покрытия может содержать сплав на основе никеля, выбранный из сплава 600 (номер согласно Универсальной системе обозначений металлов и сплавов N06600) и сплава 625 (номер согласно Универсальной системе обозначений металлов и сплавов N06625), и легированная обрабатываемая деталь может содержать сплав на основе никеля, выбранный из сплава 720 (номер согласно Универсальной системе обозначений металлов и сплавов N07720), сплава Rene 88™ и сплава Waspaloy^® (номер согласно Универсальной системе обозначений металлов и сплавов N07001). В некоторых неограничивающих вариантах осуществления основной металл материала металлического покрытия и основной металл легированной обрабатываемой детали могут быть отличными друг от друга. Например, материал металлического покрытия может содержать сплав на основе железа, выбранный из нержавеющей стали типа 304 (номер согласно Универсальной системе обозначений металлов и сплавов S30400) и нержавеющей стали типа 316 (номер согласно Универсальной системе обозначений металлов и сплавов S31600), и легированная обрабатываемая деталь может содержать сплав на основе никеля, выбранный из сплава 720 (номер согласно Универсальной системе обозначений металлов и сплавов N07720), сплава Rene 88™ и сплава Waspaloy^® (номер согласно Универсальной системе обозначений металлов и сплавов N07001).

[0039] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления способ обработки легированной обрабатываемой детали для уменьшения образования горячих трещин может, как правило, включать термическое распыление материала металлического покрытия по меньшей мере на часть окружной поверхности легированной обрабатываемой детали для образования металлического покрытия поверхности, металлургически связанного с легированной обрабатываемой деталью, при этом металлическое покрытие поверхности уменьшает тепловые потери от легированной обрабатываемой детали. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления легированная обрабатываемая деталь может включать, как правило, легированную обрабатываемую деталь цилиндрической формы. Как понятно специалистам в данной области техники, термическое распыление может включать распыление материала металлического покрытия на поверхность, в то время как материал металлического покрытия выдерживают при температуре большей, чем температура плавления материала металлического покрытия или равной ей, таким образом, что распыленный материал металлического покрытия содержит полурасплавленные металлические частицы и/или расплавленные металлические капли. Традиционные методики термического распыления включают, например, методики термического распыления плазмы, кислородного топлива для высокоскоростного распыления (HVOF), дуговое распыление и газопламенное распыление. Любая из нескольких традиционных методик термического распыления может быть подходяще адаптирована для применения в способах согласно настоящему раскрытию без чрезмерных усилий.

[0040] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления перед термическим распылением материала металлического покрытия, содержащего полурасплавленные металлические частицы и/или расплавленные металлические капли, на поверхность легированной обрабатываемой детали, по меньшей мере часть поверхности легированной обрабатываемой детали может быть нагрета по меньшей мере до 1100°F, например как, 1100°F-2000°F. Например, по меньшей мере часть окружной поверхности легированной обрабатываемой детали, как правило, цилиндрической формы, может быть нагрета до температуры более 2000°F, и затем материал металлического покрытия, содержащий полурасплавленные металлические частицы и/или расплавленные металлические капли, может быть термически распылен по меньшей мере на часть нагретой поверхности легированной обрабатываемой детали.

[0041] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления, согласно Фиг. 2, система 100 термического распыления может, как правило, включать сосуд 105, такой как промежуточное разливочное устройство, для удержания материала металлического покрытия в расплавленном состоянии. Сосуд 105 может содержать нижнюю стенку, оснащенную отверстием для обеспечения течения расплавленного материала из сосуда 105. Расплавленный материал может попадать в сосуд 105 из ковша или печи 107. Сопло 110 может прилегать к нижней стенке сосуда 105 для получения выходящего потока расплавленного материала металлического покрытия из отверстия. Распылитель 120 может быть соединенным с соплом 110 для распыления расплавленного материала металлического покрытия, который выходит из сопла 110. Распылитель 120 может сталкивать выходящий поток расплавленного материала со потоком жидкой среды, таким как поток жидкости, воздуха или инертного газа, для разделения выходящего потока на расплавленные капли, образующие конус 125 распыла. Распыление, включающее конус 125 распыла, можно осуществлять при температуре большей, чем температура плавления и/или температура размягчения материала металлического покрытия или равной им. Распыление, включающее конус 125 распыла, может включать расплавленный материал и/или полурасплавленный материал. Варианты конструкции распылителей 120 и систем для распыления, которые можно применять в сочетании с этим и другими неограничивающими вариантами осуществления, описанными в данном документе, будут очевидны специалистам в данной области техники при рассмотрении данного описания различных вариантов осуществления настоящего раскрытия.

[0042] Согласно неограничивающему варианту осуществления, показанному на Фиг. 2, легированную обрабатываемую деталь 130 можно перемещать и вращать параллельно продольной оси легированной обрабатываемой детали 130 с помощью вращающегося уплотнения 140 в камере 150 для распыления. Катушка 160 индукционного или контактного нагревания может быть расположена вокруг периметра обрабатываемой детали 130 для обеспечения нагревания поверхности обрабатываемой детали 130 и/или конуса 125 распыла. В некоторых неограничивающих вариантах осуществления катушка 160 нагревания может нагревать поверхность обрабатываемой детали до 1850°F. Термически распыленное металлическое покрытие 135 поверхности может быть образовано по меньшей мере на части окружной поверхности легированной обрабатываемой детали 130, как правило, цилиндрической формы, путем сталкивания конуса 125 распыла с легированной обрабатываемой деталью 130 и вращения легированной обрабатываемой детали 130. Легированная обрабатываемая деталь 130 может проходить под конусом 125 распыла и через него. Хотя на Фиг. 1 схематически изображен один из вариантов осуществления, в котором легированную обрабатываемую деталь вращают вокруг оси, будет понятно, что можно применять любой альтернативный способ, в котором распылительное устройство перемещают относительно легированной обрабатываемой детали, или наоборот, таким образом, что материал металлического покрытия может распределяться по поверхности легированной обрабатываемой детали и осаждаться на ней.

[0043] Необязательно легированная обрабатываемая деталь 130 может соприкасаться с одним или несколькими валиками (не показаны) перед выходом из камеры 150 для распыления и/или после выхода из камеры 150 для распыления. После термического распыления и необязательно прокатки легированную обрабатываемую деталь можно убрать из камеры 150 для распыления. Любое избыточное распыление расплавленного материала покрытия может затвердевать в виде порошка для сбора в основании 155 камеры и повторной операции.

[0044] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления способ согласно настоящему раскрытию может включать прокатку легированной обрабатываемой детали для затвердения или загустения термически распыленного металлического покрытия поверхности после термического распыления. Не желая быть связанными соответствием конкретной теории, считают, что полурасплавленные металлические частицы и/или расплавленные металлические капли могут окисляться во время штамповки и при за