0 °F)和/或高應(yīng)力的那些。在一些實(shí)施例中，形成的物品可有利地包括燃?xì)鉁u輪或蒸汽渦輪的構(gòu)件。一些示例性物品是螺栓、雙頭螺栓、葉片、輪以及隔板。
[0031]納米結(jié)構(gòu)鐵素體合金(NFA)是包括不銹鋼基質(zhì)的合金的類別，該不銹鋼基質(zhì)由例如，至少大約10lsm3納米(nm)范圍，即從大約I納米至大約100納米的十分高密度的納米特征彌散強(qiáng)化，其包括氧化鈦(T1-O)和來自用于準(zhǔn)備NFA或合金基體的氧化物的至少一種其它金屬元件。例如，可使用氧化釔、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿來準(zhǔn)備NFA，在這種情況下，納米特征可包括釔(Y)、鋁(Al)、鋯(Zr )、鉿(Hf )或這些的組合。來自合金基體的過渡金屬，例如，鐵(Fe)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鎢(W)、錳(Mn)、硅(Si)、鈮(Nb)、鋁(Al)、鎳(Ni)或鉭(Ta)也可參與納米特征的產(chǎn)生。在一些實(shí)施例中，納米結(jié)構(gòu)的平均尺寸范圍為從大約I納米至大約50納米。在特定的情況下，平均尺寸范圍為從大約I納米至大約10納米。在一些情況下，納米特征的密度為至少大約102°m3，并且在一些特定情況下，為至少大約1022m 3。
[0032]與此相反，常規(guī)的氧化物彌散強(qiáng)化(ODS)合金，其通常包含精制、但更大的氧化物相，但是遍及粉末冶金工藝氧化物添加劑均是穩(wěn)定的，即，如果氧化釔被添加至基體合金，那么氧化釔將在合金化步驟之后出現(xiàn)，并且將不存在在上面描述的納米特征(NF)的顯著的形成。在NFA中，至少大多數(shù)，并且在一些情況下基本全部的添加的氧化物在粉末磨碎期間被溶解入合金基體，并且在壓制工藝(例如，高溫等靜壓(HIP))期間粉末提高至一定溫度時(shí)參與前述納米特征的形成。如在上面所描述，在NFA中的新氧化物可包括在賤金屬合金中出現(xiàn)的一種或更多種過渡金屬，和最初氧化物添加的(多種)金屬元素。
[0033]在一個(gè)實(shí)施例中，納米結(jié)構(gòu)鐵素體合金(NFA)包括鐵素體不銹鋼。在某些其它實(shí)施例中，馬氏體、兩相、奧氏體不銹鋼或沉淀硬化鋼也是潛在的基體合金。鋼基質(zhì)相的性質(zhì)可一定程度影響所得的NFA的耐環(huán)境性能和材料延展性。
[0034]在一個(gè)實(shí)施例中，NFA包括鉻。鉻對(duì)于確?？垢g性可能是重要的，并且可因而以至少大約5重量百分比并且在一些實(shí)施例中為至少大約9重量百分比的量包括在NFA中。可包括高達(dá)大約30重量百分比，并且在一些情況下高達(dá)大約20重量百分比的量。有利地，尤其是與在一些情況下NFA可替換其的鎳基超級(jí)合金相比，鉻和鐵、NFA的基礎(chǔ)可易于獲得并且成本相對(duì)低。
[0035]在一些實(shí)施例中，NFA包括鉬?？砂ǜ哌_(dá)大約30重量百分比，并且在一些情況下高達(dá)大約20重量百分比的量。在一些情況下，鉬的量范圍為從大約3重量百分比至大約10重量百分比。在一些其它情況下，鉬的量范圍為從大約I重量百分比至大約5重量百分比。
[0036]NFA還可包括鈦。鈦可參與沉淀氧化物的形成，并且因而，期望地在NFA中包括從大約0.1重量百分比至大約2重量百分比，并且在一些情況下為從大約0.1重量百分比至大約I重量百分比，并且在某些情況下為從0.1重量百分比至大約0.5重量百分比的鈦的量。
[0037](多種)納米特征的合成物將部分地取決于用來準(zhǔn)備NFA和/或合金基體的氧化物。典型地，納米特征包括鈦、氧、以及一種或更多種附加元素，例如，Y、Zr、Hf、Fe、Cr、Mo、W、Mn、S1、Nb、Al、N1、Ta或前述的任何組合。通常，如在本文中描述的NFA包括按重量至少大約0.1%的氧。在合金中出現(xiàn)的氧的量部分地確定在合金中出現(xiàn)的納米特征的所得的類型和濃度。在一些實(shí)施例中，氧濃度處于從大約0.1%至大約0.5%的范圍中，并且在特定實(shí)施例中，范圍為從大約0.1%至大約0.3%，其中，所有的百分比按照合金的總重量。
[0038]適于在物品的形成中使用的一種示例性NFA包括:從大約5重量百分比至大約30重量百分比的鉻、從大約0.1重量百分比至大約2重量百分比的鈦、從大約O重量百分比至大約10重量百分比的鉬、從大約O重量百分比至大約5重量百分比的鎢、從大約O重量百分比至大約5重量百分比的錳、從大約O重量百分比至大約5重量百分比的硅、從大約O重量百分比至大約2重量百分比的鈮、從大約O重量百分比至大約2重量百分比的鋁、從大約O重量百分比至大約8重量百分比的鎳、從大約O重量百分比至大約2重量百分比的鉭、從大約O重量百分比至大約0.5重量百分比的碳、以及從大約O重量百分比至大約0.5重量百分比的氮、其中平衡為鐵和包括的雜質(zhì)；以及多種包括鈦、氧的至少大約10lsm 3密度的納米特征，以及源于在NFA的準(zhǔn)備期間添加或來自合金基體的氧化物的至少一種元素。
[0039]在其它實(shí)施例中，NFA包括:從大約9重量百分比至大約20重量百分比的鉻、從大約0.1重量百分比至大約I重量百分比的鈦、從大約O重量百分比至大約10重量百分比的鉬、從大約O重量百分比至大約4重量百分比的鎢、從大約O重量百分比至大約2.5重量百分比的錳、從大約O重量百分比至大約2.5重量百分比的硅、從大約O重量百分比至大約I重量百分比的鈮、從大約O重量百分比至大約I重量百分比的鋁、從大約O重量百分比至大約4重量百分比的鎳、從大約O重量百分比至大約I重量百分比的鉭、從大約O重量百分比至大約0.2重量百分比的碳、以及從大約O重量百分比至大約0.2重量百分比的氮、其中平衡為鐵和包括的雜質(zhì)；以及至少大約102?3的包括鈦、氧的納米特征的密度，以及源于在NFA的準(zhǔn)備期間添加或來自合金基體的氧化物的至少一種元素。
[0040]在另外的其它實(shí)施例中，NFA包括:從大約9重量百分比至大約14重量百分比的鉻、從大約0.1重量百分比至大約0.5重量百分比的鈦、從大約O重量百分比至大約10重量百分比的鉬、從大約O重量百分比至大約3重量百分比的鎢、從大約O重量百分比至大約I重量百分比的錳、從大約O重量百分比至大約I重量百分比的硅、從大約O重量百分比至大約0.5重量百分比的鈮、從大約O重量百分比至大約0.5重量百分比的鋁、從大約O重量百分比至大約2重量百分比的鎳、從大約O重量百分比至大約0.5重量百分比的鉭、從大約O重量百分比至大約0.1重量百分比的碳、以及從大約O重量百分比至大約0.1重量百分比的氮、其中平衡為鐵和附帶的雜質(zhì)；其中NFA包括多種包括鈦、氧的密度為至少大約122HI3的納米特征，以及源于在NFA的準(zhǔn)備期間添加或來自合金基體的氧化物的至少一種元素。
[0041]典型地，如之前所注意到的，在高溫(至1900 °F或更高)下直接加工固結(jié)的NFA可使合金的機(jī)械性質(zhì)退化。這可能部分地因?yàn)镹FA的粒晶大小的增加，其中溫度的增加在大約1800華氏度之上。通常，“準(zhǔn)備的”或“固結(jié)的”NFA工件具有精密的微結(jié)構(gòu)，其具有少于大約2微米的平均晶粒大小。在特定的情況下，平均晶粒大小為在大約I微米和2微米之間。在該精密微結(jié)構(gòu)中，粗晶(大于大約I微米的晶粒)的百分比可能低，例如小于基于微結(jié)構(gòu)中的總晶粒的大約百分之5。
[0042]圖1A和圖1B顯示了高溫在NFA工件的微結(jié)構(gòu)上的效果。圖1A是“固結(jié)的”工件(即，沒有熱加工)的掃描電子顯微鏡(SEM)顯微照片；而圖1B是當(dāng)在2000華氏度之下加熱其24小時(shí)之后的工件的SEM顯微照片。圖1B清晰地顯示了隨著溫度增加的在NFA工件中的晶粒生長(即，為大晶粒的粗晶的百分比的增加)。觀察到，當(dāng)在高達(dá)2000華氏度下加熱其之后的在NFA工件中的粗晶(具有大于大約I微米，并且在一些特定情況下大于大約5微米的晶粒大小)的百分比顯著地大(至4倍)于在大約1800華氏度下的在工件的合金中的粗晶的百分比。當(dāng)在2000華氏度下加熱工件大約24小時(shí)之后，NFA工件的平均晶粒大小高達(dá)大約50微米。隨著溫度增加的該晶粒生長限制了在高溫(S卩，在高于大約1900華氏度的溫度)下的NFA的加工。而且，通過使用高變形率技術(shù)(例如，鍛造)加工帶有變粗的晶粒的NFA可導(dǎo)致裂紋，并因而損壞所得的物品。
[0043]發(fā)明者已經(jīng)令人震驚地發(fā)現(xiàn)了，本方法允許在高溫(多于大約1900 °F)和/或高變形率下進(jìn)行NFA的加工，而不在操作溫度下帶有所得的物品的機(jī)械性質(zhì)的顯著退化。在其下使用這些物品的操作溫度通常低于在其下加工NFA的加工溫度。在高溫和/或高變形率下加工NFA的能力有利地允許常規(guī)高變形率加工技術(shù)的使用，以用于由N