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    Eine Vorrichtung (100) zum Reibrührschweißen (Friction Stir Welding), ein Schweißwerkzeug (102) zum Reibrührschweißen und ein Verfahren zur Herstellung eines Schweißwerkzeuges (102) zum Reibrührschweißen sind dargestellt. Das Schweißwerkzeug (102) beinhaltet ein hochschmelzendes Material auf Wolframbasis. Außerdem ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes offenbart, wobei das Verfahren den Einsatz der Vorrichtung (100) zum Reibrührschweißen beinhaltet, und ein mit diesem Verfahren hergestellter Gegenstand ist außerdem vorgestellt.A device (100) for friction stir welding, a welding tool (102) for friction stir welding and a method for producing a welding tool (102) for friction stir welding are shown. The welding tool (102) contains a high-melting tungsten-based material. In addition, a method for producing an object is disclosed, the method involving the use of the device (100) for friction stir welding, and an object produced using this method is also presented.
    公开号:DE102004021467A1
    申请号:DE200410021467
    申请日:2004-04-30
    公开日:2004-12-16
    发明作者:Bernard Patrick Bewlay；Earl Claude Cincinnati Helder；Pazhayannur Ramanathan Subramanian；Timothy Joseph Upper Arlington Trapp
    申请人:General Electric Co；
    IPC主号:B23K20-12
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft die Schweißtechnologie.Mehr im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf das Reibrührschweißen (auchFriction Stir Welding genannt) von Metallkomponenten. Die Erfindungbetrifft außerdemGegenstände,die unter Verwendung von Reibrührschweißen hergestelltworden sind.TheInvention relates to welding technology.More specifically, the invention relates to friction stir welding (alsoFriction Stir Welding) of metal components. The inventionalso affectsobjectswhich are manufactured using friction stir weldinghave been.
    [0002] DasfortwährendeBestreben leistungsfähigereund bessere Turbomaschinen, wie z.B. Gas- und Dampfturbinen, zukonstruieren und herzustellen erfordert die Verwendung von Materialien,die eine erhöhteWärmebeständigkeitaufweisen. Eine Verbesserung der Gebrauchseigenschaften in so wesentlichenEigenschaften wie der Beanspruchbarkeit und der Dauerfestigkeitwie sie bei vielen bekannten Turbinenmaterialien erzielt wurde,geht aber häufig zuLasten anderer Eigenschaften, so dass ein Kompromiss zu beobachtenist. So zeigen z.B. viele hochtemperaturfeste Legierungen auf Nickelbasiseine deutliche erhöhteAnfälligkeitfür Rissbildung,wenn sie mit gebräuchlicherSchweißtechnologiezusammengefügtwerden. Das mit dem üblichenSchweißenverbundene Schmelzen und Verfestigen des Materials ruft in vielendieser Materialien eine örtliche Verschlechterungder Eigenschaften hervor. Dies hat zur Folge, dass solche Legierungenbei Maschinenkonstruktionen nicht brauchbar sind, die einen beträchtlichenEinsatz von konventionell geschweißten Strukturen erforderlichmachen. Der kostengünstige Zusammenbaukomplexer Maschinenkomponenten durch Verschweißen von durch Gießen oderSchmieden von Metalllegierungen hergestellten Subkomponenten giltin der Industrie als anzustrebendes Ziel, und die Unmöglichkeitbestimmte Hochleistungsmaterialien bei solchen Schweißkonstruktionenverwenden zu können,bedeutet eine wesentliche Beschränkung.TheongoingStrive for more powerfuland better turbo machines, such as Gas and steam turbines, toodesign and manufacture requires the use of materials,the one elevatedheat resistanceexhibit. An improvement in usage properties in so essentialProperties such as durability and fatigue strengthas has been achieved with many known turbine materials,but often happensLoads of other properties, so a compromise can be observedis. For example, many high temperature resistant alloys based on nickela significantly increasedsusceptibilityfor crack formation,if with commonwelding technologytogetherbecome. That with the usualweldingassociated melting and solidification of the material calls in manya local deterioration of these materialsof the properties. As a result, such alloysare not usable in machine designs that require a considerable amountUse of conventionally welded structures requireddo. The inexpensive assemblycomplex machine components by welding by casting orForging of sub-components manufactured from metal alloys appliesin industry as the goal to be aimed at, and the impossibilitycertain high-performance materials in such welded constructionsto be able to usemeans an essential limitation.
    [0003] Festkörperschweißverfahrenwurden als ein Weg geschaffen, um dieses Problem anzugehen. DieseVerfahren fügenMetallkomponenten ohne Schmelzen zusammen, wodurch die mit den traditionellenSchweißtechnikenverbundenen nachteiligen Wirkungen vermieden werden. Typische Festkörpertechnikenwie Schwungradreibschweißenund translatorisches Reibschweißenwurden in der Turbinenindustrie schon als Alternativen zu dem üblichen Schweißen eingesetzt,doch sind diese Techniken auf die Ausbildung von Verbindungen beieinfachen Geometrien verhältnismäßig begrenzterGröße beschränkt. EineFestkörperschweißtechnik,die als sogenanntes „FrictionStir Welding" (Reibrührschweißen) bezeichnetwird (im Folgenden auch als „FSW" bezeichnet), kanngroßeSchweißnähte in einerVielzahl geometrischer Konfigurationen erzeugen, die anderen solchenVerfahren nicht zugänglichsind. Bei diesem Verfahren wird ein sich nicht verbrauchendes, umlaufendeszylindrisches Werkzeug in ein starr festgeklemmtes Werkstück eingetauchtund dann längsder zu verschweißendenFügefugebewegt. Das Werkzeug ist typischerweise so konstruiert, dass esbei der Bewegung des Werkzeuges längs der Fügefuge eine Kombination vonReibungswärmeund thermomechanischer Bearbeitung auf das Material des Werkstücks ausübt. Hinterdem Werkzeug wird eine hochfeste Festkörperverbindung hergestellt.Solid state welding processwere created as a way to address this problem. ThisAdd procedureMetal components without melting together, which means that with the traditionalwelding techniquesassociated adverse effects can be avoided. Typical solid state techniqueslike flywheel friction weldingand translational friction weldinghave been used in the turbine industry as alternatives to the usual welding,yet these techniques are related to the formation of connectionssimple geometries relatively limitedSize limited. ASolid state welding technology,which as a so-called "FrictionStir Welding "(friction stir welding)(hereinafter also referred to as "FSW") cansizeWeld seams in oneGenerate numerous geometric configurations, the others suchProcedure not accessibleare. This process becomes a non-consuming, circulating onecylindrical tool immersed in a rigidly clamped workpieceand then lengthwaysthe one to be weldedjoining grooveemotional. The tool is typically designed to bea combination of when moving the tool along the jointfrictional heatand thermomechanical processing on the material of the workpiece. Behindthe tool is made a high-strength solid body connection.
    [0004] DasReibrührschweißen wurdeursprünglich vonThe Welding Institute, Great Abington, UK entwickelt, um Aluminiumverbindungenzusammenzufügen,die mit gebräuchlichenVerfahren nur schwer verschweißbarsind. Wenngleich erfolgreich beim Zusammenfügen verhältnismäßig weicher Materialien, hatsich die Erweiterung der Anwendung von SFW auf härtere festere Materialien,wie z.B. Nickel- und Titanlegierungen wegen der Neigung des Werkzeugs zumVerschleiß während desSchweißprozessesals schwierig erwiesen. Ein erhebliches Maß der Qualitätsverschlechterungkann der hohen Wärmeentwicklungund den bei dem FSW dieser hochfesten Materialien auftretenden hohenBeanspruchungen zu gerechnet werden.TheFriction stir welding wasoriginally fromThe Welding Institute, Great Abington, UK designed to make aluminum jointsassemble,those with common onesThe process is difficult to weldare. Although successful in assembling relatively soft materialsexpanding the application of SFW to harder, firmer materials,such as. Nickel and titanium alloys because of the tendency of the tool toWear during thewelding processproven difficult. A significant degree of deterioration in qualitycan the high heatand the high occurring in the FSW of these high-strength materialsStresses are to be counted.
    [0005] Esbesteht deshalb ein Bedürfnis,Schweißwerkzeuge,-vorrichtungen und -verfahren zu schaffen, die es erlauben aus hochfestenMaterialien bestehende Komponenten zuverlässig mittels SFW zusammenzufügen. Außerdem bestehtein Bedürfnis nachGegenständen,die unter Verwendung dieser Vorrichtungen und Verfahren hergestelltsind.Itthere is therefore a needWelding tools,to create devices and processes that allow high-strengthReliably assemble existing components using SFW materials. There is alsoa need forobjectsmade using these devices and methodsare.
    [0006] Ausführungsformender vorliegenden Erfindung wenden sich diesen und anderen Bedürfnissen zu.Eine Ausführungsformist eine Vorrichtung zum Reibrührschweißen, dieein Schweißwerkzeugaufweist. Das Schweißwerkzeugweist ein hochschmelzendes Material auf Wolframbasis auf. Eine andere Ausführungsformder Erfindung besteht in einem Schweißwerkzeug zum Reibrührschweißen. Das Schweißwerkzeugweist ein hochschmelzendes Material auf Wolframbasis auf.embodimentsthe present invention addresses these and other needs.An embodimentis a device for friction stir welding, whicha welding toolhaving. The welding toolhas a high-melting tungsten-based material. Another embodimentThe invention consists in a welding tool for friction stir welding. The welding toolhas a high-melting tungsten-based material.
    [0007] Einedritte Ausführungsformist ein Verfahren zur Her stellung eines Schweißwerkzeugs zum Reibrührschweißen. DasVerfahren beinhaltet das Bereitstellen eines hochschmelzenden Materialsauf Wolframbasis, das Verarbeiten des Materials zur Ausbildung einesim Wesentlichen selbsttragenden Rohlings, Bearbeiten des Rohlings,wobei die Bearbeitung die Querschnittsfläche des Rohlings um mindestens50% verringert und Zurichten des Rohlings zu einem Schweißwerkzeug,das in einer Reibrührschweißvorrichtungarbeiten kann.A third embodiment is a method for producing a welding tool for friction stir welding. The method includes providing a refractory tungsten-based material, processing the material to form a substantially self-supporting blank, processing the blank, the processing reducing the cross-sectional area of the blank by min reduced at least 50% and preparing the blank to a welding tool that can work in a friction stir welding device.
    [0008] Einevierte Ausführungsformist ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes. Das Verfahrenbeinhaltet das Bereitstellen einer Reibrührschweißvorrichtung, wobei die Vorrichtungein Schweißwerkzeugaufweist und das Schweißwerkzeugein hochschmelzendes Material auf Wolframbasis enthält, Bereitstellenwenigstens eines Werkstückesund Einsetzen der Vorrichtung zum Schweißen des wenigstens einen Werkstückes durchReibrührschweißen zurAusbildung wenigstens eines geschweißten Elementes, wobei das wenigstenseine geschweißteElement einen reibrührgeschweißten Bereichaufweist.Afourth embodimentis a method of making an article. The procedureincludes providing a friction stir welding device, the devicea welding toolhas and the welding toolcontains a refractory tungsten-based material, providingat least one workpieceand inserting the device for welding the at least one workpieceFriction stir welding forFormation of at least one welded element, the at leasta welded oneElement a friction stir welded areahaving.
    [0009] EinefünfteAusführungsformist ein mit dem vorgenannten Verfahren hergestellter Gegenstand.Afifthembodimentis an article made by the above method.
    [0010] Dienachfolgende detaillierte Beschreibung trägt im Zusammenhang mit derbeigefügtenZeichnung, in der gleiche Bezugszeichen in allen Figuren gleicheTeile angeben, zum besseren Verständnis dieser und weiterer Merkmale,Aspekte und Vorteile der Erfindung bei, wobei:Thefollowing detailed description in connection with theattachedDrawing in which the same reference numerals are used in all figuresSpecify parts to better understand these and other featuresAspects and advantages of the invention in which:
    [0011] 1 eine schematische Darstellungeiner erfindungsgemäßen Vorrichtungentsprechend einem Ausführungsbeispielder Erfindung ist. 1 is a schematic representation of a device according to the invention according to an embodiment of the invention.
    [0012] Bezugnehmendauf 1 weist eine einer Ausführungsformentsprechende Vorrichtung 100 ein Schweißwerkzeug 102 auf.Das Schweißwerkzeug 102 bestehtaus einem hochschmelzenden Material (refractory material) auf Wolframbasis.So wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „auf Wolframbasis" auf Materialien,bei denen der größte Gewichtsanteilder Materialzusammensetzung Wolfram ist. Hochfeste Materialien,einschließlichaber nicht beschränktauf Nickel- und Titanlegierungen, wurden unter Verwendung dieserMaterialien auf Wolframbasis als Schweißwerkzeug 102 in einerFSW-Vorrichtung 100 erfolgreich durch FSW zusammengefügt. Es wurdegefunden, dass bestimmte Werkzeugmaterialien dieser Klasse beimFSW von hochfesten Materialien gegen eine Qualitätsverschlechterung widerstandsfähig sindund vorteilhafterweise Verbindungen ergeben, die im Wesentlichenfrei von Werkzeugbruchteilchen sind, wie diese bei Verwendung vongebräuchlichenSFW Werkzeugmaterialien beobachtet werden. In die Verbindungsstelleeingebrachte Werkzeugbruchteilchen beeinträchtigen die Festigkeit undandere Eigenschaften der Verbindung und deshalb verbessert die Verwendungder erfindungsgemäßen Werkzeugmaterialiendie Gesamtqualität dermit FSW hergestellten Verbindungsstellen.Referring to 1 has a device corresponding to an embodiment 100 a welding tool 102 on. The welding tool 102 consists of a refractory material based on tungsten. As used herein, the term "tungsten-based" refers to materials in which the majority by weight of the material composition is tungsten. High strength materials, including but not limited to nickel and titanium alloys, have been used using these tungsten-based materials as a welding tool 102 in an FSW device 100 successfully merged by FSW. It has been found that certain tool materials of this class are resistant to deterioration in quality at the high-strength materials FSW and advantageously result in compounds that are essentially free of tool fragments, as are observed when using common SFW tool materials. Tool fragments introduced into the connection point impair the strength and other properties of the connection and therefore the use of the tool materials according to the invention improves the overall quality of the connection points produced with FSW.
    [0013] Bestimmtehochschmelzende Materialien auf Wolframbasis haben sich zur Verwendungals Werkzeug 102 in zum Fügen von hochfesten Materialienverwendeten FSW-Vorrichtungen als besonders zweckmäßig erwiesen.Einige diese Materialien werden in der nachfolgenden Beschreibungvorgestellt, doch dürfendiese spezielle Ausführungsformennicht im Sinne einer Beschränkungdes Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verstanden werden.Certain refractory tungsten-based materials have been used as a tool 102 proven particularly useful in FSW devices used for joining high-strength materials. Some of these materials are presented in the description below, but these specific embodiments should not be taken to limit the scope of the present invention.
    [0014] Beieinigen Ausführungsformenweist das hochschmelzende Material auf Wolframbasis eine Legierungauf, die im Wesentlichen aus Wolfram besteht, wobei bei speziellenAusführungsformendie Legierung im Wesentlichen aus gesintertem Wolfram besteht. GesintertesWolfram wird aus Wolframpulver hergestellt, das bei erhöhten Temperaturenunterhalb des Schmelzpunktes des Wolframs mit einem an sich bekanntenVerfahren komprimiert und verfestigt wurde, derart, dass das Pulverin den festen Aggregatzustand verdichtet wird. Dieses Material hat sichbeim Verschweißenvon Titanlegierungen, wie Ti 6-4 (Ti-6% Aluminium – 4% Vanadium,alles Gewichtsprozente) und Superlegierungen auf Nickelbasis, wieAlloy 718, als zweckmäßig erwiesen.In some embodiments, the refractory tungsten-based material comprises an alloy consisting essentially of tungsten, and in specific embodiments the alloy consists essentially of sintered tungsten. Sintered tungsten is produced from tungsten powder which has been compressed and solidified at elevated temperatures below the melting point of the tungsten using a method known per se, in such a way that the powder is compacted in the solid state. This material has been used in welding titanium alloys such as Ti 6-4 (Ti-6% aluminum - 4% vanadium, all weight percent) and super alloys based on nickel, such as Alloy 718 , proven to be useful.
    [0015] Beianderen Ausführungsformenumfasst das hochschmelzende Material auf Wolframbasis dotiertesWolfram, wobei das dotierte Wolfram ein Dotiermaterial und Wolframenthält.Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „dotiert", dass ein oder mehrere als „Dotiermaterial" bezeichnete Hilfsstoffeoder -komponenten dem Wolfram zugefügt wurden. Bei bestimmten Ausführungsformenenthältdas dotierte Wolfram eine Konzentration von bis zu 100 parts per milliondes Dotiermaterials und bei speziellen Ausführungsformen liegt die Konzentrationdes Dotiermaterials in dem Bereich von 10 ppm bis etwa 80 ppm. Zugeeigneten Dotiermaterialien gehören,ohne darauf beschränktzu sein, Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cesium, Lanthanoxyd,Yttriumoxyd, Ceroxyd und Thoriumoxyd. Bei einer beispielhaften Ausführungsformenthältdas Dotiermaterial Kalium in einer Konzentration von etwa 20 ppm.Bei einigen Ausführungsformenist das dotierte Wolfram ein mit an sich bekannten Verfahren gesintertesund extrudiertes Wolfram. Die Verarbeitung des dotierten Wolframsdurch Sintern und Extrudieren scheint dem Material zur Verwendungals Werkzeug 102 in einer zum Zusammenfügen hochfester Materialen eingesetzten FSW-Vorrichtung 100 einevorteilhafte Beanspruchungsfähigkeitzu verleihen. Unter Verwendung dieses Werkzeugsmaterials wurdenPlatten aus Ti 6-4 und Ti-5% Al – 2% Zinn – 4% Molybdän – 2% Zirkonium – 4% Chrom(auch als „Ti17"-Legierung bekannt, allesGewichtsprozente) erfolgreich verschweißt.In other embodiments, the refractory tungsten-based material comprises doped tungsten, the doped tungsten containing a dopant and tungsten. As used herein, the term "doped" means that one or more adjuvants or components referred to as "doping material" have been added to the tungsten. In certain embodiments, the doped tungsten contains a concentration of up to 100 parts per million of the dopant, and in specific embodiments the concentration of the dopant is in the range of 10 ppm to about 80 ppm. Suitable doping materials include, but are not limited to, lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, lanthanum oxide, yttrium oxide, cerium oxide and thorium oxide. In an exemplary embodiment, the dopant contains potassium at a concentration of approximately 20 ppm. In some embodiments, the doped tungsten is a tungsten sintered and extruded using methods known per se. The processing of the doped tungsten by sintering and extrusion seems to the material to be used as a tool 102 in an FSW device used to assemble high-strength materials 100 to give an advantageous resilience. Using this tool material, plates of Ti 6-4 and Ti-5% Al - 2% tin - 4% molybdenum - 2% zirconium - 4% chromium (also known as "Ti17" alloy, all weight percent) were successfully welded.
    [0016] Beialternativen Ausführungsformenweist das wolframbasierte hochschmelzende Material eine Legierungauf, wobei die Legierung ein Mischkristallverfestigungsmaterialund Wolfram enthält.So wie er hier verwendet wird, bedeutet der Ausdruck „Mischkristallverfestigungsmaterial" (solid-statestrengthening-material)eine oder mehrere dem Wolfram zugegebene Elemente, die sich in derWolframkristallstruktur auflösen,ohne dass sich Sekundärphasen bilden,wobei sie das Wolfram durch Verspannen von dessen Kristallgittersfestigen. Beispiele von solchen Mischkristallverfestigungsmaterialienbeinhalten, ohne darauf beschränktzu sein: Rhenium, Molybdän,Tantal, Niob und deren Mischungen. Bei einigen Ausführungsformenenthältdie Legierung bis zu 40 Gewichtsprozent des Mischkristallverfestigungsmaterialsund bei speziellen Ausführungsformenenthält dieLegierung von etwa 20 Gewichtsprozent bis etwa 30 Gewichtsprozentdes Mischkristallverfestigungsmaterials. Bei einer exemplarischenAusführungsformenthältdie Legierung etwa 25 Gewichtsprozent Rhenium, während der Rest Wolfram enthält. Beieinigen Ausführungsformenenthältdie Legierung wenigstens a) Sintermaterial und/oder b) gesintertes undisostatisch warm gepresstes Material. Material, das nach einem dieserbeispielhaften Verfahren, unter Verwendung von an sich bekanntenVerfahrenweisen und Parametern, verarbeitet worden ist, liefertein ausreichend dichtes, widerstandsfähiges Material, aus dem FSWWerkzeuge 102 mit vorteilhaften Eigenschaften hergestelltwerden können.Titanlegierungen und Nickellegierungen wurden unter Verwendung diesesWerkzeugsmaterials erfolgreich miteinander verschweißt.In alternative embodiments, the tungsten-based refractory material comprises an alloy, the alloy containing a solid solution material and tungsten. As used herein, the term "solid-states strengthening material" means one or more elements added to the tungsten that dissolve in the tungsten crystal structure without forming secondary phases, forming the tungsten by straining its crystal lattice Examples of such solid solution strengthening materials include, but are not limited to: rhenium, molybdenum, tantalum, niobium, and mixtures thereof In some embodiments, the alloy contains up to 40 percent by weight of the solid solution strengthening material, and in specific embodiments, the alloy contains from about 20 percent by weight to about In one exemplary embodiment, the alloy contains about 25 percent by weight rhenium while the rest contains tungsten In some embodiments, the alloy contains at least a) sintered material and / or b) sintered and isostatically hot pressed material. Material that has been processed according to one of these exemplary methods, using methods and parameters that are known per se, provides a sufficiently dense, resistant material from which FSW tools 102 can be produced with advantageous properties. Titanium alloys and nickel alloys have been successfully welded together using this tool material.
    [0017] Beieiner weiteren alternativen Ausführungsformder erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 enthält das wolframbasierteochschmelzende Material des Werkzeugs 102 Wolfram und wenigstensein Material, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Mischkristallverfestigungsmaterialund einem hochschmelzenden Karbidmaterial besteht. Dieses Werkzeugmaterialhat sich zum Zusammenfügenvon Titanlegierungen als brauchbar erwiesen. Geeignete Beispielevon Mischkristallverfestigungsmaterialien wurden oben angegeben.Für dieseAusführungsformgeeignete hochschmelzenden Karbidmaterialien umfassen, ohne daraufbeschränktzu sein, Karbide von hochschmelzenden Übergangsmetallen, wie Hafnium,Zirkonium, Tantal und Niob. Bei bestimmten Ausführungsformen liegt das Mischkristallverfestigungsmaterialin dem hochschmelzenden Material auf Wolframbasis mit einer Konzentrationvon bis zu 8 Gewichtsprozent vor, während das hochschmelzende Karbidmaterialin dem hochschmelzenden Material auf Wolframbasis in einer Konzentrationin dem Bereich von etwa 0,25 Gewichtsporzent bis etwa 2 Gewichtsprozentvorhanden ist. Bei speziellen Ausführungsformen liegt der Konzentrationsbereichdes Mischkristallverfestigungsmaterials zwischen etwa 2 Gewichtsprozentbis etwa 6 Gewichtsprozent, währenddie Karbidkonzentration zwischen etwa 0,25 Gewichtsporzent bis etwa1 Gewichtsprozent liegt. Bei einer exemplarischen Ausführungsformenthältdas wolframbasierte hochschmelzende Material etwa 4% Rhenium undetwa 0,5% Hafniumkarbid (Konzentrationen in Gewichtsprozent), wobei derRest Wolfram enthält.In a further alternative embodiment of the device according to the invention 100 the tungsten-based refractory material of tool 102 includes tungsten and at least one material selected from a group consisting of a solid solution material and a refractory carbide material. This tool material has proven useful for joining titanium alloys. Suitable examples of solid solution strengthening materials have been given above. Refractory carbide materials suitable for this embodiment include, but are not limited to, carbides of refractory transition metals such as hafnium, zirconium, tantalum, and niobium. In certain embodiments, the solid solution strengthening material is present in the tungsten-based refractory at a concentration of up to 8 percent by weight, while the refractory carbide material is present in the tungsten-based refractory at a concentration in the range of about 0.25 percent by weight to about 2 percent by weight , In specific embodiments, the concentration range of the solid solution strengthening material is between about 2 percent by weight to about 6 percent by weight, while the carbide concentration is between about 0.25 percent by weight to about 1 percent by weight. In an exemplary embodiment, the tungsten-based refractory contains about 4% rhenium and about 0.5% hafnium carbide (percentages by weight) with the balance containing tungsten.
    [0018] DasWerkzeugmaterial der vorbeschriebenen Ausführungsformen enthält bei bestimmtenAusführungsformeneines der folgenden Materialien: a) gegossenes und extrudiertesMaterial; b) gegossenes und geschmiedetes Material; c) verfestigtesund extrudiertes Material. Jede dieser alternativen Verarbeitungsweisenist an sich bekannt, und fürden Fachmann ergeben sich geeignete Abwandlungsmöglichkeiten unter den verschiedenenallgemein gebräuchlichenMetallformtechniken. Ein Beispiel für verfestigtes und extrudiertesMaterial ist Material, das zunächstbei verhältnismäßig niedrigerTemperatur isostatisch gepresst (isostatisch kalt gepresst oderCIP), dann gesintert, dann isostatisch warm gepresst und schließlich extrudiertwurde. Das sich ergebende Material ist dicht und ausreichend fest,um als Werkzeug 102 bei Ausführungsformen der Erfindungdienen zu können.In certain embodiments, the tool material of the above-described embodiments contains one of the following materials: a) cast and extruded material; b) cast and forged material; c) solidified and extruded material. Each of these alternative processing methods is known per se, and suitable modifications for the person skilled in the art arise from the various commonly used metal molding techniques. An example of solidified and extruded material is material that was first isostatically pressed at a relatively low temperature (cold isostatically pressed or CIP), then sintered, then hot pressed isostatically and finally extruded. The resulting material is dense and strong enough to be used as a tool 102 to be able to serve in embodiments of the invention.
    [0019] DasWerkzeug 102 kann vollständig aus einem Material oderin einigen Fällenunter Verwendung einer Kombination von Materialien hergestellt sein.So hat z.B. bei bestimmten Ausführungsformen dasSchweißwerkzeug 102 einenSchulterabschnitt 104, der Material enthält, dassich von dem ein Zapfenteil 106 umfassenden Material inwenigstens einem Merkmal wesentlich unterscheidet, wie etwa z.B.in der chemischen Zusammensetzung, der Mikrostruktur oder in derVerarbeitung. In diesen Fällen weistdas Zapfenteil 106 ein hochschmelzendes Material auf Wolframbasisauf. Das Zapfenteil 106 kann deshalb als ein an dem Schulterabschnitt 104 des Werkzeugs 102 angebrachterEinsatz vorliegen und damit ein modulares Werkzeugsystem ermöglichen, daseinen schnellen Austausch des Zapfens 106 erlaubt, ohnedass eine Notwendigkeit zum Ausbau des ganzen Werkzeugs 102 bestünde.The tool 102 may be made entirely of one material, or in some cases using a combination of materials. For example, in certain embodiments, the welding tool 102 a shoulder section 104 that contains material that extends from a pin part 106 comprehensive material in at least one characteristic, such as chemical composition, microstructure or processing. In these cases, the pin part points 106 a high-melting tungsten-based material. The spigot part 106 can therefore as one on the shoulder section 104 of the tool 102 appropriate use are available and thus enable a modular tool system that a quick replacement of the pin 106 allowed without the need to remove the entire tool 102 existed.
    [0020] Zusätzlich zuder oben beschriebenen FSW-Vorrichtung 100 gehören zu dervorliegenden Erfindung das Schweißwerkzeug 102 undalle im Vorstehenden beschriebene Alternativen.In addition to the FSW device described above 100 belong to the present invention, the welding tool 102 and all of the alternatives described above.
    [0021] EinVerfahren zur Herstellung des Schweißwerkzeugs 102 istals weitere Ausführungsformeingeschlossen. Bei diesem Verfahren wird ein hochschmelzendes Materialauf Wolframbasis geschaffen. Dieses Material ist gleich dem, dasim Vorstehenden fürdas Werkzeug 102 beschrieben wurde. Das Mate rial wird dannso verarbeitet, dass es einen im Wesentlichen selbst tragenden Rohlingbildet. Der Ausdruck „imWesentlichen selbsttragend" bedeutet, dassder bei diesem Verarbeitungsschritt hergestellte Rohling so widerstandsfähig ist,dass er sein Eigengewicht, ohne wesentliche Verformung, tragen kann. Dermit diesem Ausdruck beschriebene Zustand steht im Gegensatz zu einemPulver oder einem Brei, die ihr Eigengewicht nicht tragen können ohnezusammenzufallen oder sich in anderer Art wesentlich zu verformen.Die Verarbeitung kann bei den Ausführungsformen der Erfindungdie Verwendung irgendeines von mehreren geeigneten Verfahren zumVerfestigen von Metallen aus dem flüssigen Zustand, wie etwa irgendeinesder bekannten Gießverfahrenbeinhalten. Darüberhinauskann die Verarbeitung auch die Anwendung von Verfahren zum Verdichtenvon Feststoffpulvern, wie etwa Sintern und isostatisches Pressenbeinhalten. Schließlichsind alle die verschiedenen Verfahren, mit denen Feststoffrohmaterialiengeschmolzen und abgelagert werden, einschließlich z.B. Lichtbogenauftragschweißen, Plasmasprühbeschichtenund Laserauftragschweißen, dazugeeignet, in den Verarbeitungsschritt dieser Ausführungsformaufgenommen zu werden.A method of manufacturing the welding tool 102 is included as another embodiment. This process creates a high-melting tungsten-based material. This material is the same as that for the tool above 102 has been described. The material is then processed so that it forms an essentially self-supporting blank. The The expression “essentially self-supporting” means that the blank produced in this processing step is so resistant that it can bear its own weight without significant deformation. The state described with this expression is in contrast to a powder or a paste which has its own weight cannot carry without collapsing or significantly deforming in any other way. In the embodiments of the invention, processing may include the use of any of several suitable methods for solidifying metals from the liquid state, such as any of the known casting methods also include the use of solid powder densification processes such as sintering and isostatic pressing, all of which are the various processes by which solid raw materials are melted and deposited, including, for example, arc deposition, plasma Spray coating and laser cladding suitable to be included in the processing step of this embodiment.
    [0022] Nachder Verarbeitung des hochschmelzenden Materials auf Wolframbasiszu dem Rohling wird der Rohling so bearbeitet, dass seine Querschnittsfläche um wenigstens50% reduziert wird. Durch die Bearbeitung des Rohlings in diesemMaße wirddas Rohlingsmaterial so weit kaltverfestigt, dass es unter den Beanspruchungs-und Temperaturbedingungen, denen das Werkzeug 102 beim FSW von hochfesten Materialienausgesetzt ist, in vorteilhafter Weise einer Materialverschlechterungwidersteht. Bei speziellen Ausführungsformenwird der Rohling noch weiter bearbeitet, um seine Querschnittsfläche um wenigstens 75%zu reduzieren, so dass eine noch weitergehende Kaltverfestigungdes Rohlings möglichist. Der Rohling kann durch jeden geeigneten Metallbearbei tungsprozess,einschl. z.B. Extrudieren, Hämmern, Gesenkschmiedenund Schmieden bearbeitet werden. Kombinationen und Aufeinanderfolgenverschiedener Metallbearbeitungsvorgänge sind ebenfalls dazu geeignet,die jeweils gewünschteReduzierung der Querschnittsflächedes Rohlings zu erzielen.Toprocessing of the high-melting tungsten-based materialthe blank is machined so that its cross-sectional area by at leastIs reduced by 50%. By processing the blank in thisDimensions willthe blank material is work hardened to the extent that it is under the stressand temperature conditions encountered by tool 102 at FSW of high strength materialsis exposed to material deterioration in an advantageous mannerresists. In special embodimentsthe blank is processed further to increase its cross-sectional area by at least 75%to reduce, so that an even further work hardeningof the blank possibleis. The blank can be made by any suitable metal working process,including e.g. Extruding, hammering, drop forgingand forging are machined. Combinations and sequencesvarious metalworking processes are also suitable forthe one you wantReduction of the cross-sectional areato achieve the blank.
    [0023] Nachder Bearbeitung des Rohlings bis zu dem jeweils gewünschtenZustand wird der Rohling zu dem Schweißwerkzeug 102 zugerichtet.Das Zurichten des Rohlings zu dem Werkzeug 102 kann die Verwendungvon oben beschriebenen Metallbearbeitungsvorgängen, wie auch irgendwelcheandere spanende Bearbeitungsvorgängebeinhalten, einschließlichSchneiden, Gewindescheiden, Schleifen, Honen, Polieren und dergleichen.Das Endergebnis ist ein Werkzeug 102, das in einer Reibrührschweißvorrichtung 100 eingesetztwerden kann. Ein Werkzeug 102 ist dann für den Betriebin der Vorrichtung 100 geeignet, wenn das Werkzeug 102 eineGröße und Gestalt aufweist,die zur ordnungsgemäßen Montagebzw. zum Betrieb in einer FSW-Vorrichtung 100 geeignet ist.After processing the blank to the desired state, the blank becomes the welding tool 102 mangled. Preparing the blank for the tool 102 may include the use of metalworking operations described above, as well as any other machining operations, including cutting, threading, grinding, honing, polishing, and the like. The end result is a tool 102 that in a friction stir welding device 100 can be used. A tool 102 is then for operation in the device 100 suitable when the tool 102 has a size and shape that is required for proper assembly or operation in an FSW device 100 suitable is.
    [0024] Eineweitere Ausführungsformder Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes,ebenso wie ein mittels eines solchen Verfahrens hergestellter Gegenstand.Bei diesem Verfahren wird eine Reibrührschweißvorrichtung 100 bereitgestellt. DieVorrichtung 100 weist ein Schweißwerkzeug 102 auf,und das Schweißwerkzeug 102 enthält hochschmelzendesMaterial auf Wolframbasis. Das Werkzeug 102 und das zurHerstellung des Werkzeugs 102 verwendete Material sindgleich wie bei dem vorbeschriebenen Ausführungsformen. Das Verfahren beinhaltetaußerdemdas Bereitstellen wenigstens eines Werkstücks 108 und die Betätigung derVorrichtung 100 zum Schweißendes wenigstens einen Werkstücks 108 durchReibrührschweißen, umdamit wenigstens ein (nicht dargestelltes) geschweißtes Elementauszubilden, wobei das wenigstens eine geschweißte Element einen reibrührgeschweißten Bereichaufweist.A further embodiment of the invention is a method for producing an object, as is an object produced by means of such a method. This method uses a friction stir welding device 100 provided. The device 100 has a welding tool 102 on, and the welding tool 102 contains high-melting material based on tungsten. The tool 102 and that for the production of the tool 102 material used are the same as in the above-described embodiments. The method also includes providing at least one workpiece 108 and actuation of the device 100 for welding the at least one workpiece 108 by friction stir welding to thereby form at least one welded element (not shown), the at least one welded element having a friction stir welded area.
    [0025] Wieoben erwähnt,wird wenigstens ein Werkstück 108 bereitgestellt.Die Verwendung des aus den vorbeschriebenen Materialien hergestellten undgemäß den Verfahrenzur Herstellung des oben genannten Werkzeugs 102 hergestelltenWerkzeugs 102 erlaubt ein FSW von hochfesten Materialien. Demgemäß umfassenzur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignete Materialien, ohnedarauf beschränktzu sein: Stahl, Edelstahl, Superlegierung (Super Alloy) auf Nickelbasis,Superlegierung (Super Alloy) auf Kobaltbasis, Superlegierung (SuperAlloy) auf Eisenbasis, Superlegierung (Super Alloy) auf Nickel-Eisenbasis,OxyddispersionsgehärteteNickel-Eisenlegierung und eine Legierung auf Titanbasis. Die zurFormgebung des Werkstückes 108 verwendetenVerarbeitungsschritte beeinträchtigendie Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen FSW Verfahrens in der Regelnicht, so dass das Werkstück 108 z.B.ein Gegenstand sein kann, der durch Schmieden, Gießen, Extrudieren,Walzen oder durch pulvermetallurgische Verfahren hergestellt wordenist.As mentioned above, at least one workpiece 108 provided. The use of the tool made from the materials described above and according to the procedures for making the above tool 102 manufactured tool 102 allows an FSW of high-strength materials. Accordingly, suitable materials for use in the method of the present invention include, but are not limited to: steel, stainless steel, nickel-based super alloy (Super Alloy), cobalt-based super alloy (Super Alloy), iron-based super alloy (Super Alloy), super alloy (Super Alloy) based on nickel-iron, oxide-dispersion hardened nickel-iron alloy and a titanium-based alloy. The shape of the workpiece 108 The processing steps used generally do not impair the applicability of the FSW method according to the invention, so that the workpiece 108 can be, for example, an object which has been produced by forging, casting, extruding, rolling or by powder metallurgical processes.
    [0026] Beigewissen Ausführungsformenliegen eine Anzahl Werkstücke 108 vor.In diesen Fällen wirddie Vorrichtung 100 dazu benutzt, die mehreren Werkstücke 108 unterVerwendung von FSW so zu verschweißen, dass ein oder mehrereverschweißte Elementeausgebildet werden. Jedes mit dem Verfahren geschweißte Elementweist einen reibrührgeschweißten Bereichauf, wie etwa z.B. einen Verbindungsbereich der zwei oder mehr vorhergetrennte Werkstückezu einem verschweißtenElement verbindet. Bei bestimmten Ausführungsformen sind die ein odermehreren verscheißtenElemente die mittels des Verfahrens hergestellten Fertigartikel.Bei alternativen Ausführungsformenkönnenaber das eine oder mehrere geschweißte Element (e) zur Ausbildungdes Artikels zusammengebaut werden, wobei bei speziellen Ausführungsformender Zusammenbau, wenigstens teilweise, derart erfolgt, dass wenigstenszwei der geschweißtenElemente durch Reibrührschweißen miteinanderverschweißtund so zusammengefügtwerden.In certain embodiments, there are a number of workpieces 108 in front. In these cases, the device 100 used the multiple workpieces 108 to weld using FSW so that one or more welded elements are formed. Each element welded by the method has a friction stir welded area, such as, for example, a connection area which connects two or more previously separated workpieces to form a welded element. In certain embodiments, the one or more flawed elements are the finished articles made by the method. With old native embodiments, however, the one or more welded element (s) can be assembled to form the article, whereby in special embodiments the assembly, at least in part, takes place in such a way that at least two of the welded elements are welded to one another by friction stir welding and are thus joined together.
    [0027] Daserfindungsgemäße FSW-Verfahrenist hinsichtlich der Zusammensetzung der verschiedenen vorliegendenWerkstückesehr flexibel. So weist z.B. bei einigen Ausführungsformen ein erstes Werkstück ein erstesMaterial auf, währendein zweites Werkstückaus einem zweiten Material besteht und die beiden Materialien sich,zumindest hinsichtlich eines Merkmals, voneinander unterscheiden,wie etwa durch die chemische Zusammensetzung, die Mikrostrukturund die Verarbeitung. Eines oder beide des ersten und zweiten Materialskönnenein Material sein, das mit gebräuchlichenVerfahren nur schwer verschweißbarist, wie z.B. ein Stahl, ein Edelstahl, eine Superlegierung aufNickelbasis, eine Superlegierung auf Kobaltbasis, eine Superlegierungauf Eisenbasis, eine Superlegierung auf Nickel-Eisenbasis, eineoxyddispersiongehärteteNickellegierung oder eine titanbasierte Legierung. Bei einem anderen Beispielkann ein polykristallines Werkstückdurch erfindungsgemäßes FSWan ein einkristalliges Werkstückangefügtwerden. Die Flexibilitätdes vorliegenden Verfahrens beim Zusammenfügen von Werkstücken unterschiedlicherZusammensetzung, Aufbaus und Verarbeitung erlaubt es, Gegenstände herzustellen,die an die örtlichenAnforderungen des speziellen Anwendungsfalls angepasste Eigenschaftenaufweisen. So könntez.B. eine teure hochtemperaturfeste Legierung lediglich in den Bereicheneines Gegenstands angeordnet werden, in denen die Temperaturen über einenbestimmten Punkt hinaus steigen. Der Großteil des Gegenstandes könnte auseinem billigeren Strukturmaterial hergestellt werden, das an diehochtemperaturfeste Legierung mittels FSW angefügt wird, um damit eine maßgeschneiderteKomponente auszubilden. Zu den Gegenständen, die mit dem vorbeschriebe nenVerfahren hergestellt werden können,gehörenMaschinenteile, wie etwa Teile, die in Turbomaschinen Verwendungfinden. Bei bestimmten Ausführungsformenwerden die geschweißtenElemente zur Ausbildung einer Komponente einer Turbinenmaschine,bspw. einer Gasturbine oder einer Dampfturbine, zusammengebaut.Die Vorteile der Erfindung erlauben den Zusammenbau von sehr großen Konstruktionselementeneiner Turbine, wie Kanälen,Rahmen und Gehäusen.Bei aufwendigen Turbinenkonstruktionen können diese Komponenten zu groß sein alsum einzeln geschmiedet oder gegossen werden zu können, und demgemäß ist dieMöglichkeitFSW zum Zusammenfügen dieserKomponenten einzusetzen füreine kostengünstigeTurbinenherstellung von Vorteil.TheFSW method according to the inventionis present regarding the composition of the variousworkpiecesvery flexible. For example, in some embodiments, a first workpiece a firstStuff on whilea second workpiececonsists of a second material and the two materials aredistinguish from one another at least with regard to one characteristic,such as the chemical composition, the microstructureand processing. One or both of the first and second materialscanbe a material that is used withThe process is difficult to weldis, e.g. a steel, a stainless steel, a super alloyNickel-based, a cobalt-based superalloy, a superalloyiron-based, a nickel-iron based super alloy, aoxyddispersiongehärteteNickel alloy or a titanium-based alloy. In another examplecan be a polycrystalline workpieceby FSW according to the inventionon a single-crystal workpieceaddedbecome. The flexibilityof the present method when assembling workpieces differentComposition, structure and processing allow objects to be manufactured,to the localProperties adapted to the requirements of the special applicationexhibit. So coulde.g. an expensive high temperature resistant alloy only in the areasan object in which the temperatures are above arise beyond a certain point. Most of the item could be froma cheaper structural material that is made to thehigh temperature resistant alloy is added by means of FSW to create a tailor-madeTrain component. To the objects that are described with theProcesses can be madebelongMachine parts, such as parts used in turbomachineryFind. In certain embodimentsare the weldedElements for forming a component of a turbine machine,for example, a gas turbine or a steam turbine, assembled.The advantages of the invention allow the assembly of very large construction elementsa turbine, like channels,Frames and housings.In the case of complex turbine designs, these components can be too largeto be individually forged or cast, and accordingly is thepossibilityFSW to put this togetherUse components foran inexpensiveTurbine production is an advantage.
    [0028] Umdie oben beschriebenen Vorteile ganz auszunutzen, besteht eine weitereAusführungsform derErfindung in einer Turbinenkomponente, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahrenhergestellt ist. Bei dieser speziellen Ausführungsform beinhaltet das Verfahrendas Bereitstellen einer FSW Vorrichtung 100 mit einem Schweißwerkzeug 102.Das Schweißwerkzeug 102 weistwenigstens ein hochschmelzendes Material auf Wolframbasis auf, dasaus der folgenden Gruppe ausgewähltist. a) Eine gesinterte Legierung, die im Wesentlichen ausWolfram besteht; b) ein Metall, das gesintertes und extrudiertes Wolfram enthält und außerdem etwa20 ppm Kalium beinhaltet, c) ein Metall, das wenigstens a) gesintertes Material und/oderb) gesintertes und isostatisch warm gepresstes Metall enthält, wobeidas Metall außerdem25 Gewichtsprozent Rhenium und der Rest Wolfram enthält, d) ein gegossenes und extrudiertes hochschmelzendes Mate rialauf Wolframbasis, wobei das Material etwa 4 Gewichtsprozent Rheniumund etwa 0,5 Gewichtsprozent Hafniumkarbid und der Rest Wolframenthält,und e) ein gegossenes und extrudiertes hochschmelzendes Materialauf Wolframbasis, wobei das Material von etwa 0,5 Gewichtsprozentbis etwa 2 Gewichtsporzent Hafniumkarbid und der Rest Wolfram enthält. In order to take full advantage of the advantages described above, a further embodiment of the invention consists in a turbine component which is produced using the method according to the invention. In this particular embodiment, the method includes providing an FSW device 100 with a welding tool 102 , The welding tool 102 comprises at least one refractory tungsten-based material selected from the following group. a) A sintered alloy consisting essentially of tungsten; b) a metal that contains sintered and extruded tungsten and also contains about 20 ppm of potassium, c) a metal which contains at least a) sintered material and / or b) sintered and isostatically hot pressed metal, the metal also containing 25% by weight rhenium and the rest tungsten, d) a cast and extruded refractory tungsten based material, the material containing about 4 percent by weight rhenium and about 0.5 percent by weight hafnium carbide and the balance tungsten, and e) a cast and extruded high-melting tungsten-based material, the material containing from about 0.5 weight percent to about 2 weight percent hafnium carbide and the balance tungsten.
    [0029] EineAnzahl Werkstücke 108 wirdbereitgestellt. Ein erstes Werkstück weist ein erstes Material undein zweites Werkstückweist ein zweites Material auf, wobei das erste Material sich vondem zweiten Material in wenigstens einem der folgenden Merkmalewesentlich unterscheidet: chemische Zusammensetzung, Mikrostrukturund Verarbeitung. Das erste Material und/oder das zweite Materialbeinhaltet ein Material, das aus einer Gruppe ausgewählt ist,die besteht aus: einem Stahl, einem Edelstahl, einer Superlegierungauf Nickelbasis, einer Superlegierung auf Kobaltbasis, einer Superlegierungauf Eisenbasis, einer Superlegierung auf Nickel-Eisenbasis und eineroxyddispersionsverfestigten Nickellegierung.A number of workpieces 108 will be provided. A first workpiece has a first material and a second workpiece has a second material, the first material differing significantly from the second material in at least one of the following features: chemical composition, microstructure and processing. The first material and / or the second material includes a material selected from a group consisting of: a steel, a stainless steel, a superalloy based on nickel, a superalloy based on cobalt, a superalloy based on iron, a superalloy based on nickel, Iron base and an oxide dispersion strengthened nickel alloy.
    [0030] DieVorrichtung 100 wird dazu eingesetzt, die mehreren Werkstücke durchFSW so zu verschweißen,dass eine Anzahl geschweißterElemente ausgebildet werden, wobei jedes der geschweißten Elementeeinen reibrührgeschweißten Bereichaufweist, worauf die Elemente zur Ausbildung einer Turbinenkomponentezusammengefügtwerden.The device 100 is used to weld the multiple workpieces by FSW so that a number of welded elements are formed, each of the welded elements having a friction stir welded area, whereupon the elements are assembled to form a turbine component.
    [0031] Dienachfolgenden Ausführungsbeispiele sindzur weiteren Veranschaulichung gewisser Ausführungsformen der Erfindungangegeben und sind nicht so zu verstehen, dass sie die Erfindungin irgendeiner Weise beschränken.The following exemplary embodiments are certain examples to further illustrate Embodiments of the invention are given and are not to be understood as limiting the invention in any way.
    [0032] EinReibrührschweißwerkzeugaus H-13 Werkzeugstahl wurde dazu verwendet mittels FSW ein auseiner nickelbasierten Superlegierung Alloy 718 hergestelltes Werkzeugzu verschweißen.Werkzeugstahl ist ein Material, das für die Herstellung von Werkzeugenzum FSW von Aluminium-Werkstücken üblicherweiseverwendet wird. Beim Einsatz an den Alloy 718 Werkstücken diesesAusführungsbeispiels wardas aus Werkzeugstahl hergestellte Werkzeug jedoch nicht in derLage die Beanspruchung aufzunehmen, die erforderlich war um dasWerkzeug in das Werkstückeinzutauchen, und das Werkzeug ging bereits bei den Anfangsvorgängen desVerfahrens zu Bruch.Onfriction stir welding toolH-13 tool steel was used for this by means of an FSWa tool based on a nickel-based alloy Alloy 718to weld.Tool steel is a material used for the manufacture of toolsfor the FSW of aluminum workpiecesis used. When used on the Alloy 718 workpiecesEmbodiment wasthe tool made of tool steel is not in theAble to absorb the stress that was required toTool in the workpieceplunge, and the tool went from the very beginning of theProcedure to break.
    [0033] EinReibrührschweißwerkzeugaus einer gesinterten Wolframlegierung, die etwa 25 GewichtsprozentRhenium enthielt wurde zu dem Versuch eingesetzt, mittels FSW einWerkstückaus Alloy 718 zu verschweißen.Im Gegensatz zu dem gebräuchlichen,aus Stahl hergestellten Werkzeug des Ausführungsbeispiels 1 blieb dasWolfram-Rhenium Werkzeug währenddes Schweißvorgangsintakt und verschweißtedie Werkstückeerfolgreich. Eine metallographische Untersuchung der Schweißstelleim Querschnitt offenbarte aber eine Anzahl kleiner Abfallteilchen,die von dem Verschleiß desWerkzeugs währenddes FSW Vorgangs herrührend,in der Schweißstelleeingeschlossen waren. Obwohl eine starke Verbindung hergestelltwurde, hättendie Zahl und Größe der eingeschlossenenTeilchen die Schweißstellefür bestimmtekritische Anwendungen mit hoher Beanspruchung und hohen Temperaturen ungeeignetgemacht.Onfriction stir welding toolmade of a sintered tungsten alloy, which is about 25 percent by weightRhenium contained was used to attempt the FSWworkpiecewelded from alloy 718.Contrary to the common,made of steel tool of embodiment 1 remainedTungsten rhenium tool duringof the welding processintact and weldedthe workpiecessuccessful. A metallographic examination of the weldbut in cross section revealed a number of small waste particles,that from the wear of theTool duringresulting from the FSW process,in the weldwere included. Although a strong connection is madewould havethe number and size of the includedParticles the weldfor certainCritical applications with high loads and high temperatures unsuitablemade.
    [0034] EinReibrührschweißwerkzeugaus einer gegossenen und extrudierten Wolframlegierung, die etwa4 Gewichtsprozent Rhenium und etwa 0,5 Gewichtsprozent Hafni umkarbidenthält,wurde zu dem Versuch eingesetzt, ein Werkstück aus Titanlegierung Ti17mit einem anderen Werkstückaus Ti 6-4 zu verschweißen.Dieses Werkzeug blieb währenddes Schweißvorgangsintakt und verschweißtedie beiden Werkstückeebenso erfolgreich wie das Werkzeug des Ausführungsbeispiels 2. Die metallographischeUntersuchung der Schweißstelleim Querschnitt ließ keineder bei dem Ausführungsbeispiel2 beobachteten Abfallteilchen erkennen.Onfriction stir welding toolfrom a cast and extruded tungsten alloy, which is about4 weight percent rhenium and about 0.5 weight percent hafni carbidecontainswas used to try a workpiece made of titanium alloy Ti17with another workpiecewelded from Ti 6-4.This tool stayed onof the welding processintact and weldedthe two workpiecesjust as successful as the tool of embodiment 2. The metallographicExamination of the weldin cross section left nonethat in the embodimentDetect 2 observed waste particles.
    [0035] Wenngleichhier mehrere verschiedene Ausführungsformenbeschrieben sind, so ergibt sich doch aus der Beschreibung, dassdem Fachmann verschiedene Kombinationen von Elementen, Abwandlungen, Äquivalenteoder Verbesserungen zur Verfügungstehen, die jedoch nichts desto weniger in dem durch die nachfolgendenPatentansprüchegegebenen Schutzbereich der Erfindung liegen.Althoughhere several different embodimentsare described, it follows from the description thatvarious combinations of elements, modifications, equivalentsor improvements availablestand, however, none the less by the followingclaimsgiven scope of the invention.
    权利要求:
    Claims (17)
    [1]
    Vorrichtung (100) zum Reibrührschweißen, die enthält: einSchweißwerkzeug(102), das ein hochschmelzendes Material auf Wolframbasisenthält.Contraption ( 100 ) for friction stir welding, which contains: a welding tool ( 102 ), which contains a high-melting material based on tungsten.
    [2]
    Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, bei der dashochschmelzende Material auf Wolframbasis eine im Wesentlichen ausWolfram bestehende Legierung aufweist.Contraption ( 100 ) according to claim 1, wherein the high-melting material based on tungsten comprises an alloy consisting essentially of tungsten.
    [3]
    Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, bei der dashochschmelzende Material auf Wolframbasis dotiertes Wolfram aufweist,wobei das dotierte Wolfram Dotiermaterial und Wolfram enthält.Contraption ( 100 ) according to claim 1, wherein the high-melting material comprises tungsten-based doped tungsten, the doped tungsten containing dopant and tungsten.
    [4]
    Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, bei der dashochschmelzende Material auf Wolframbasis eine Legierung aufweist,die ein Mischkristallverfestigungsmaterial und Wolfram enthält.Contraption ( 100 ) according to claim 1, wherein the high-melting tungsten-based material comprises an alloy containing a solid solution material and tungsten.
    [5]
    Vorrichtung (100) nach Anspruch 4, bei derdie Legierung bis zu etwa 40 Gewichtsprozent des Mischkristallverfestigungsmaterialsenthält.Contraption ( 100 4) The claim 4, wherein the alloy contains up to about 40 percent by weight of the solid solution material.
    [6]
    Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, bei der dasMischkristallverfestigungsmaterial wenigstens eines der folgendenMaterialen enthält:Rhenium, Molybdän,Tantal und Niob.Contraption ( 100 ) according to claim 5, wherein the solid solution strengthening material contains at least one of the following materials: rhenium, molybdenum, tantalum and niobium.
    [7]
    Vorrichtung (100) nach Anspruch 6, bei derdie Legierung etwa 25 Gewichtsprozent Rhenium und der Rest Wolframenthält.Contraption ( 100 ) according to claim 6, wherein the alloy contains about 25 weight percent rhenium and the balance tungsten.
    [8]
    Vorrichtung (100) nach Anspruch 4, bei der dashochschmelzende Material auf Wolframbasis wenigstens a) ein gesintertesMaterial und/oder b) gesintertes und isostatisch warm gepresstesMaterial aufweist.Contraption ( 100 ) according to claim 4, wherein the high-melting material based on tungsten comprises at least a) a sintered material and / or b) sintered and isostatically hot-pressed material.
    [9]
    Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, bei der dashochschmelzende Material auf Wolframbasis, Wolfram und wenigstensein Material enthält,das aus der Gruppe gewähltist die aus einem Mischkristallverfestigungsmaterial und einem hochschmelzenden Karbidmaterialbesteht.Contraption ( 100 ) according to claim 1, wherein the refractory material contains tungsten, tungsten and at least one material selected from the group consisting of a solid solution material and a refractory carbide material.
    [10]
    Vorrichtung (100) nach Anspruch 9, beider das Mischkristallverfestigungsmaterial in dem hochschmelzendenMaterial auf Wolframbasis in einer Konzentration von bis zu 8 Gewichtsprozentvorliegt und bei der das hochschmelzende Karbidmaterial in dem hochschmelzendenMaterial auf Wolframbasis in einer Konzentration in dem Bereichvon etwa 0,25 Gewichtsprozent bis etwa 2 Gewichtsprozent vorliegt.Contraption ( 100 ) according to claim 9, in which the solid solution strengthening material is present in the tungsten-based high-melting material in a concentration of up to 8 percent by weight and in which the high-melting carbide material is in the refractory tungsten-based material is present in a concentration in the range of about 0.25 weight percent to about 2 weight percent.
    [11]
    Vorrichtung (100) nach Anspruch 10, beider das Mischkristallverfestigungsmaterial in dem hochschmelzendenMaterial auf Wolframbasis in einer Konzentration in dem Bereichvon etwa 2 Gewichtsporzent bis etwa 6 Gewichtsprozent vorliegt undbei der das hochschmelzende Karbidmaterial in dem hochschmelzendenMaterial auf Wolframbasis in einer Konzentration in dem Bereichvon etwa 0,25 Gewichtsprozent bis etwa 1 Gewichtsprozent vorliegt.Contraption ( 100 The claim 10, wherein the solid solution strengthening material is present in the tungsten-based refractory at a concentration in the range of about 2 percent by weight to about 6 percent by weight, and in which the refractory carbide material is present in the tungsten-based refractory at a concentration in the range of about 0.25 weight percent to about 1 weight percent is present.
    [12]
    Vorrichtung (100) nach Anspruch 9, beider das Mischkristallverfestigungsmaterial wenigstens eines derfolgenden Materialen aufweist: Rhenium, Molybdän, Tantal und Niob.Contraption ( 100 ) according to claim 9, wherein the solid solution strengthening material comprises at least one of the following materials: rhenium, molybdenum, tantalum and niobium.
    [13]
    Vorrichtung (100) nach Anspruch 9, beider das hoch schmelzende Material auf Wolframbasis wenigstens 4 GewichtsprozentRhenium und außerdemetwa 0,5 Gewichtsprozent Hafniumkarbid aufweist und bei der derRest Wolfram enthält.Contraption ( 100 ) according to claim 9, wherein the high-melting tungsten-based material has at least 4% by weight of rhenium and also about 0.5% by weight of hafnium carbide and the remainder contains tungsten.
    [14]
    Vorrichtung (100) zum Reibrührschweißen diebeinhaltet: – einSchweißwerkzeug(102), das ein gesintertes hochschmelzendes Material aufWolframbasis aufweist, wobei das Metall im Wesentlichen aus Wolframbesteht.Contraption ( 100 ) for friction stir welding which includes: - a welding tool ( 102 ), which has a sintered high-melting material based on tungsten, the metal consisting essentially of tungsten.
    [15]
    Vorrichtung (100) zum Reibrührschweißen, dasbeinhaltet: – einSchweißwerkzeug(102), das hochschmelzendes Material auf Wolframbasis enthält, wobeidas Metall gesintertes und extrudiertes Wolfram und außerdem etwa20 ppm Kalium enthält.Contraption ( 100 ) for friction stir welding, which includes: - a welding tool ( 102 ) containing tungsten based refractory material, the metal containing sintered and extruded tungsten and also about 20 ppm potassium.
    [16]
    Vorrichtung (100) zum Reibrührschweißen diebeinhaltet: – einSchweißwerkzeug(102), das ein hochschmelzendes Material auf Wolframbasisenthält,wobei das Material wenigstens a) gesintertes Metall und b) gesintertesund isostatisch warm gepresstes Metall enthält, wobei das Metall außerdem etwa25 Gewichtsprozent Rhenium enthältund der Rest Wolfram enthält.Contraption ( 100 ) for friction stir welding which includes: - a welding tool ( 102 ), which contains a high-melting material based on tungsten, the material containing at least a) sintered metal and b) sintered and isostatically hot-pressed metal, the metal also containing about 25% by weight of rhenium and the rest containing tungsten.
    [17]
    Vorrichtung (100) zum Reibrührschweißen, diebeinhaltet: – einSchweißwerkzeug(100) das ein gegossenes und extrudiertes hochschmelzendesMaterial auf Wol frambasis enthält,wobei das Material etwa 4 Gewichtsprozent Rhenium und etwa 0,5 GewichtsprozentHafniumkarbid enthältund der Rest Wolfram enthält.Contraption ( 100 ) for friction stir welding, which includes: - a welding tool ( 100 ) containing a cast and extruded refractory tungsten-based material, the material containing about 4 percent by weight rhenium and about 0.5 percent by weight hafnium carbide and the remainder containing tungsten.
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    CN104152744A|2014-11-19|一种低成本中高强度耐蚀钛合金及其加工方法
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JP2004358556A|2004-12-24|
    GB2402905B|2006-12-13|
    GB2402905B8|2007-05-03|
    US7032800B2|2006-04-25|
    GB2402905A8|2007-05-03|
    GB0411925D0|2004-06-30|
    US7337940B2|2008-03-04|
    GB2402905A|2004-12-22|
    US20060249556A1|2006-11-09|
    JP4721659B2|2011-07-13|
    US20040238599A1|2004-12-02|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2007-07-12| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2012-04-21| R016| Response to examination communication|
    2016-11-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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