(57)【要約】【課題】部品を接合するための溶加棒金属組成物を提供すること。【解決手段】溶加金属（６）組成物は、約９．０〜約１６重量％のクロム、約７．０〜約１４重量％のコバルト、約１０〜約２０重量％のモリブデン、約１．０〜約５．０重量％の鉄、約０．０５〜約０．７５重量％のアルミニウム、約０．５〜約２．０重量％のチタン、０．８重量％以下のマンガン、０．０２〜約０．１０重量％の炭素、約０．５５〜２．７５重量％のチタン＋アルミニウム、及び所定量のニッケルを含む。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
約９．０〜約１６重量％のクロム、
約７．０〜約１４重量％のコバルト、
約１０〜約２０重量％のモリブデン、
約１．０〜約５．０重量％の鉄、
約０．０５〜約０．７５重量％のアルミニウム、
約０．５〜約２．０重量％のチタン、
０．８重量％以下のマンガン、
０．０２〜約０．１０重量％の炭素、
約０．５５〜２．７５重量％のチタン＋アルミニウム、及び
所定量のニッケル
を含む溶加金属（６）組成物。
【請求項２】
クロムの量が約１１〜約１４重量％である、請求項１記載の溶加金属（６）組成物。
【請求項３】
コバルトの量が約１０〜約１１重量％である、請求項１記載の溶加金属（６）組成物。
【請求項４】
モリブデンの量が約１４〜約１６重量％である、請求項１記載の溶加金属（６）組成物。
【請求項５】
鉄の量が約２．０〜約４．０重量％である、請求項１記載の溶加金属（６）組成物。
【請求項６】
アルミニウムの量が約０．１５〜約０．３重量％である、請求項１記載の溶加金属（６）組成物。
【請求項７】
チタンの量が約１．０〜約１．２重量％である、請求項１記載の溶加金属（６）組成物。
【請求項８】
炭素の量が０．０２〜約０．１０重量％である、請求項１記載の溶加金属（６）組成物。
【請求項９】
チタン＋アルミニウムの量が約１．２〜１．４重量％である、請求項１記載の溶加金属（６）組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、金属接合、より詳細には、部品を接合するための溶加棒金属組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル基超合金等の高力且つ耐酸化性の合金は、ターボ機械の構成において広く使用されている。超合金は、多くのターボ機械部品に使用するのに望ましい強度、重量、耐久性、及び温度特性を保有する。しかしながら、超合金は概して、溶離亀裂及び歪み時効割れ（ＳＡＣ）を起こしやすい傾向が原因で、溶接性に乏しい。ＳＡＣは、アルミニウム（Ａｌ）及びチタン（Ｔｉ）含有量と相関関係があるガンマプライム体積分率と密接に関係している。ガンマプライム体積分率、特にＡｌ含有量が増加すると、ＳＡＣの傾向が増大する。ＳＡＣは概して、溶融境界（ＷＭＡＴＦＢ）領域に隣接する溶接金属において発生し、且つ／又は母材金属の熱影響部（ＨＡＺ）へ伝播する。ＷＭＡＴＦＢ領域内の材料は、希釈によって生じた母材金属及び溶接中に添加された溶加金属を含む。そのため、ＷＭＡＴＦＢ領域は、ＳＡＣの傾向を回避する又は少なくとも低下させるための、溶接可能材料領域内に収まる化学構造を含むべきである。
【０００３】
ＷＭＡＴＦＢ領域の化学構造が溶接可能材料領域内に収まる場合、亀裂傾向は低い。例えばタングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接法において、典型的な希釈比は約３０：７０であり、これは、ＷＭＡＴＦＢ領域の３０％が母材金属を含み且つＷＭＡＴＦＢ領域の７０％が溶加金属を含むことを意味する。従って、特定の合金を溶接するための溶加金属は、ある特定の化学組成及び機械的特性を高温において保有するべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７４９４０４３号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的な実施形態の１態様では、溶加金属組成物は、約９．０〜約１６重量％のクロム、約７．０〜約１４重量％のコバルト、約１０〜約２０重量％のモリブデン、約１．０〜約５．０重量％の鉄、約０．０５〜約０．７５重量％のアルミニウム、約０．５〜約２．０重量％のチタン、０．８重量％以下のマンガン、０．０２〜約０．１０重量％の炭素、約０．５５〜２．７５重量％のチタン＋アルミニウム、及び所定量のニッケルを含む。
【０００６】
例示的な実施形態の別の態様では、金属の接合方法は、約９．０〜約１６重量％のクロム、重量で約７．０〜約１４重量％のコバルト、約１０〜約２０重量％のモリブデン、約１．０〜約５．０重量％の鉄、約０．０５〜約０．７５重量％のアルミニウム、約０．５〜約２．０重量％のチタン、０．８重量％以下のマンガン、０．０２〜約０．１０重量％の炭素、約０．５５〜２．７５重量％のチタン＋アルミニウム、及び所定量のニッケルを含む溶加金属を使用して、第１の合金を第２の合金に接合することを含む。
【０００７】
これら及び他の利点及び特徴は、図面と併せて以下の説明からさらに明らかになるであろう。
【０００８】
本発明とみなされる主題を特に指摘し、本明細書の最後の特許請求の範囲において明確に特許請求する。本発明の前述及び他の特徴及び利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来技術の溶加金属でキャビティーが満たされている基板の部分断面図である。
【図２】先行技術の別の溶加金属でキャビティーが満たされている基板の部分断面図である。
【図３】例示的な実施形態による溶加金属でキャビティーが満たされている基板の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の詳細な説明では、例として図面を参照して、本発明の実施形態を利点及び特徴とともに説明する。
【００１１】
基板、特にターボ機械類の表面には、ピット、キャビティー等が現れる。流入空気によって運ばれた、又は燃焼によって現れた不純物は、ターボ機械の種々の部分を通過する。不純物は、多くの場合、内部ターボ機械表面上に沈着し、時間が経つと、最終的にはピット、キャビティー等を形成する。他の不純物は、高速で内部表面に衝撃を与えることによってキャビティー又はピットを作成し得る。キャビティー又はピットのサイズが所望の閾値を超えていれば、基板を修理又は交換しなくてはならない。ターボ機械部品のコストは高いため、基板を修理することが望ましい。
【００１２】
従前、約０．２５０インチを超える直径のキャビティー及び／又はピットは、修理不可能と考えられていた。現在の溶加金属組成物では、キャビティーへの修理は０．２５０インチ未満に限定される。０．２５０インチ超のキャビティーは、部品破損又はターボ機械損傷につながり得る亀裂を経験せずには適切に修理できなかった。例えば、図１に示す通り、基板２は直径約０．５４インチのキャビティー４を含む。キャビティー４は、例示的な実施形態では超合金Ｈ２３０の形態をとる、先行技術の溶加金属６で満たされている。溶加金属６と基板２との間の乏しい溶接性は、歪み時効割れ（ＳＡＣ）をもたらした。ＳＡＣは、溶接金属溶融境界（ＷＭＡＴＦＢ）領域に隣接する溶加金属６において、又は溶加金属６と基板２との間の領域において発生した。図示するように、ＳＡＣは、所望のパラメーターを超える長さを有する亀裂９及び１１の形成をもたらした。そのような大きさの亀裂は、溶加金属６をキャビティー４から取り外し得る。取り外されると、溶加金属６はターボ機械部品に損傷を引き起こし得る。
【００１３】
図２は、直径約０．５０インチのキャビティー２２を含む基板２０を例証している。キャビティー２２は、例示的な実施形態ではニモニックＣ２６３の形態をとる、別の先行技術の溶加金属で満たされている。ここでも、溶加金属２４と基板２０との間の乏しい溶接性が歪み時効割れ（ＳＡＣ）をもたらした。ＳＡＣは、ＷＭＡＴＦＢ領域に隣接する溶加金属２４において発生した。ＳＡＣの結果として、溶加金属２４の他の領域においてもさらなる亀裂が発生し得る。図示するように、ＳＡＣは、亀裂２８、３０及び３２の形成をもたらした。亀裂２８は約０．０４１インチの長さを有し、亀裂３０は約０．０３２インチの長さを有し、亀裂３２は約０．５６インチの長さを有する。亀裂２８、３０及び３２は、所望の亀裂長さ限界を超える。上述したものと同様に、そのような大きさの亀裂は、溶加金属２４をキャビティー２２から取り外し得る。
【００１４】
図３は、直径約０．５０インチであるキャビティー４３を有する基板４０を例証している。キャビティー４３は、例示的な実施形態による溶加金属組成物を有する溶加金属４５で満たされている。溶加金属４５はＳＡＣに対して耐性がある。すなわち、溶加金属４５は複数の亀裂４７〜５２を呈するが、亀裂４７〜５２のそれぞれは、所望の亀裂長さ限界よりも実質的に小さい。例えば、亀裂４７は長さ約０．０２０インチであり、亀裂４８は長さ約０．０１０インチであり、亀裂４９は長さ約０．０１４インチであり、亀裂５０は長さ約０．０１０インチであり、亀裂５１は長さ約０．０１２インチであり、亀裂５２は長さ約０．００８インチである。経験的に、そのような亀裂は溶加金属破損につながる可能性が低いことが判明した。そのため、溶加金属４５を用いることにより、従来の方法及び溶加金属を使用して従前修理不可能と考えられていたキャビティーを修理することができる。
【００１５】
例示的な実施形態では、溶加金属４５は、約９．０〜約１６重量％のクロム、約７．０〜約１４重量％のコバルト、約１０〜約２０重量％のモリブデン、約１．０〜約５．０重量％の鉄、約０．０５〜約０．７５重量％のアルミニウム、約０．５〜約２．０重量％のチタン、０．８重量％以下のマンガン、０．０２〜約０．１０重量％の炭素、約０．５５〜２．７５重量％のチタン＋アルミニウム、及び残部の所定量のニッケルを含む溶加金属組成物を含む。
【００１６】
例示的な実施形態の１態様では、クロムの量は約１１〜約１４重量％であり、コバルトの量は約１０〜約１１重量％であり、モリブデンの量は約１４〜約１６重量％であり、鉄の量は約２．０〜約４．０重量％であり、アルミニウムの量は約０．１５〜約０．３重量％であり、チタンの量は約１．０〜約１．２重量％であり、炭素の量は０．０２〜約０．１０重量％であり、チタン＋アルミニウムの量は約１．２〜１．４重量％であり、残部は所定量のニッケルを含む。
【００１７】
例示的な実施形態の別の態様では、クロムの量は約１２．５重量％であり、コバルトの量は約１０．５重量％であり、モリブデンの量は約１５．０重量％であり、鉄の量は約３．０重量％であり、アルミニウムの量は約０．２５重量％であり、チタンの量は約１．１重量％であり、炭素の量は約０．０６重量％であり、チタン＋アルミニウムの量は約１．６５重量％であり、残部は所定量のニッケルを含む。
【００１８】
溶加金属４５のための特定の溶加金属組成物により、従前可能であったよりも大きいキャビティー、ピット等の修理ができるようになる。より具体的には、特定の溶加金属組成物は、直径最大１インチ以上のキャビティーを修理に使用すると、許容される強度、摩耗及び接着特性を呈することが判明した。特定の溶加金属組成物は、より大きいキャビティー、ピット等の修理を可能にすることにより、従前なら廃棄されていたであろうターボ機械部品の修理及び再使用を可能にする。故に、特定の溶加金属組成物は、実質的なコスト削減につながる。現時点では、ターボ機械類の修理の観点から論じられているものの、特定の溶加金属組成物を使用して、多様な部品を修理できることを理解すべきである。すなわち、溶加金属４５は、鋼、ステンレス鋼、並びにＧＴＤ１１１（商標）、ＧＴＤ４４４（商標）及びＲ１０８（商標）等の他の超合金等、幅広い材料に適合する。すなわち、例示的な実施形態による溶加金属を用いて、ステンレス鋼から形成された第１部材を、ステンレス鋼から形成された第２部材と接合することができる。同様に、例示的な実施形態による溶加金属を用いて、ＧＴＤ１１１（商標）、ＧＴＤ４４４（商標）及びＲ１０８（商標）の１つを含む超合金から形成された第１部材を、ＧＴＤ１１１（商標）、ＧＴＤ４４４（商標）及びＲ１０８（商標）の１つを含む超合金から形成された第２部材と接合することができる。
【００１９】
限られた数の実施形態のみに関連して本発明を詳細に記述してきたが、そのような開示されている実施形態に本発明が限定されないことは容易に理解されるはずである。むしろ、本発明は、これまでに記述されていないが本発明の精神及び範囲に相応する任意の数の変形、変更、置換又は均等の配置を組み込むように修正することができる。加えて、本発明の種々の実施形態について記述してきたが、本発明の態様は、記述した実施形態の一部を含み得るに過ぎないことを理解されたい。従って、本発明は、前述の記述によって限定されるものとしてとらえられるべきではなく、添付した特許請求の範囲の範囲によってのみ限定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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