Способ получения изделия из деформируемого жаропрочного никелевого сплава

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению изделий из жаропрочных деформируемых никелевых сплавов, работающих при температурах выше 600°С, в частности дисков ГТД. Для снижения напряжения течения металла при деформации заготовок и повышения выхода годного предложен способ получения изделия из деформируемого жаропрочного никелевого сплава, включающий вакуумно-индукционную выплавку, получение заготовки под деформацию, гомогенизирующий отжиг, предварительную деформацию, окончательную деформацию с получением изделия. Гомогенизирующий отжиг проводят в четыре ступени, нагрев под предварительную деформацию проводят в две ступени, нагрев под окончательную деформацию осуществляют в две ступени. Изделия, полученные предлагаемым способом, имеют повышенный ресурс и надежность и могут быть использованы в перспективных газотурбинных двигателях. 2 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению изделий из жаропрочных деформируемых никелевых сплавов, работающих при температурах выше 600°С, в частности дисков ГТД.

В настоящее время известны способы производства изделий из жаропрочных никелевых сплавов, позволяющие добиться высокого уровня их свойств и надежности. Для дисков ГТД используют технологии с применением слитка или компактированной заготовки, полученной гранульной металлургией, включающие:

- производство слитков вакуумно-индукционной выплавкой;

- плазменную плавку и центробежное распыление заготовок на гранулы;

- рассев гранул по крупности;

- сепарацию их от инородных частиц;

- дегазацию гранул и герметизацию в капсулах;

- горячее изостатическое прессование;

- термическую обработку изделия (Г.Гарибов, А.Казберович "ВИЛС: технологии XXI века", АВИА панорама, 2001, №5-6, с.38-39).

Для получения дисков из никелевых жаропрочных сплавов широко применяют способы, в которых для деформации используется слиток вакуумной индукционной выплавки с последующим вакуумным дуговым переплавом (ВИ + ВДП). Для того, чтобы получить заготовку с равномерным рекристаллизованным зерном, обладающую повышенной пластичностью, слиток многократно деформируют, уменьшая его поперечные размеры прессованием (экструзией) или ротационной ковкой. Далее проводят многократную деформацию теперь уже для увеличения диаметра (ЕР 0248757, США 5120373, 5693159).

Недостатками известных способов являются необходимость применения крупногабаритного и энергоемкого оборудования для выплавки слитков большого диаметра и их деформации. При производстве дисков большого размера использование предварительно прессованной заготовки затруднено в связи с ее малым диаметром по отношению к размерам и массе окончательного продукта, что приводит к необходимости применения дополнительных операций подпрессовки.

Известен способ изготовления дисков из высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов, который включает:

- вакуумно-индукционную выплавку;

- получение слитка диаметром 320 мм под деформацию вакуумным дуговым переплавом;

- гомогенизирующий отжиг слитка при температуре на 20÷30°С выше полного растворения γ'-фазы (Тпрγ') в течение 4÷8 часов, с охлаждением с печью до температуры максимальной коагуляции γ'-фазы, далее на воздухе;

- предварительную деформацию слитка прессованием на пруток со степенью 65÷75% при температуре на 40÷60°С ниже Тпрγ' с последующей подпрессовкой мерных заготовок в закрытом контейнере со степенью 35-50% при температуре на 60÷80°С ниже Тпрγ';

- окончательную деформацию с совмещением операции осадки и штамповки при температуре на 40÷60°С ниже Тпрγ' со степенью 75÷85%;

- термическую обработку, состоящую из предварительного отжига при температуре на 100÷130°С ниже Тпрγ', обработки на твердый раствор при температуре Тпрγ'±10°С с регламентированным охлаждением и последующего старения (а.с. СССР №1637360).

Недостатками способа являются невозможность обеспечения требуемой однородности и высокого уровня свойств изделия, низкий коэффициент использования металла и высокая трудоемкость получения изделий.

Наиболее близким к предлагаемому способу, взятым за прототип, является способ получения изделия из деформируемого жаропрочного никелевого сплава, который включает:

- вакуумно-индукционную выплавку;

- получение мерной литой заготовки под деформацию в керамической форме постоянного сечения направленной кристаллизацией с градиентом температуры на фронте затвердевания 20÷200°С/см;

- гомогенизирующий отжиг в интервале температур Тпр γ'-10°C÷Tsol с последующим охлаждением до 900÷1000°С со скоростью не более 55°С/час;

- предварительную деформацию осадкой в изотермических условиях за 2 и более раза в интервале температур Тпрγ'-80°С÷Tпрγ'+10°C, с суммарной степенью деформации не менее 55% и промежуточным отжигом в этом же интервале температур;

- окончательную деформацию в изотермических условиях в интервале температур Тпрγ'-20÷100°С;

- термическую обработку, состоящую из предварительного отжига в интервале температур 900±1100°С, обработки на твердый раствор с регламентированным охлаждением и старения в интервале температур 650÷1050°С (патент РФ №2215059).

Недостатками прототипа являются высокое напряжение течения металла при деформации и недостаточно высокий выход годного.

Технической задачей изобретения является создание способа получения изделия из деформируемого жаропрочного никелевого сплава, обеспечивающего снижение напряжения течения металла при деформации заготовок и повышение выхода годного.

Для решения поставленной технической задачи предложен способ получения изделия из деформируемого жаропрочного никелевого сплава, включающий вакуумно-индукционную выплавку, получение заготовки под деформацию, гомогенизирующий отжиг, предварительную деформацию, окончательную деформацию с получением изделия, в котором гомогенизирующий отжиг проводят в четыре ступени: I-я ступень - нагрев при температуре Тпрγ'-(500-÷600)°С с выдержкой не менее 2 часов, II-я ступень - нагрев со скоростью не более 60°С/час до температуры Тпрγ'-(5÷10)°С, с выдержкой не менее 2 часов, III-я ступень - нагрев до температуры Тпрγ'+(20÷30)°С, с выдержкой не менее 3 часов, IV-я ступень - охлаждение со скоростью не более 30°С/час до температуры Тпрγ' с выдержкой не менее 3 часов, нагрев под предварительную деформацию проводят в две ступени: I-я ступень - нагрев до температуры Тпрγ'-(225÷245)°С с выдержкой не менее 3 часов, II-я ступень - нагрев до температуры Тпрγ' со скоростью не более 60°С/час, с выдержкой не менее 4 часов, предварительную деформацию проводят с суммарной степенью деформации 25÷30%, нагрев под окончательную деформацию осуществляют в две ступени: I-я ступень - нагрев до температуры Тпрγ'-(225÷245)°С с выдержкой не менее 2 часов, II-я ступень - нагрев до температуры Тпрγ' со скоростью не более 60°С /час, с выдержкой не менее 2 часов, окончательную деформацию проводят с суммарной степенью деформации 30÷50%, где Тпрγ' - температура полного растворения γ'-фазы.

Авторами установлено, что введение ступенчатого гомогенизирующего отжига, предварительной и окончательной деформации с заявленными режимами обеспечивает понижение напряжения течения и повышение выхода годного.

Примеры осуществления предлагаемого способа

Слиток сплава ЭК151, содержащий 43-45% γ'-фазы с температурой ее полного растворения 1140°С (Тпрγ'), получали вакуумно-индукционной выплавкой с последующим вакуумно-дуговым переплавом, подвергали четырехступенчатому гомогенизирующему отжигу: нагрев при 1140-500=640°С, выдержка 3 часа (скорость нагрева ограничивается техническими возможностями печи), нагрев со скоростью 40°С/час до 1140-5=1135°С, выдержка 2 часа, нагрев до 1140+20=1160°С, выдержка 4 часа, скорость нагрева ограничивается техническими возможностями печи, охлаждение со скоростью 30°С/час до 1140°С, выдержка 5 часов. После проведения гомогенизирующего отжига проводили предварительную деформацию при температуре 1140°С с суммарной степенью деформации 25%, нагрев под предварительную деформацию проводили в две ступени: I-ая ступень - нагрев до 1140-225=915°С, выдержка 5 часов, скорость нагрева ограничивается техническими возможностями печи, II-я ступень - нагрев со скоростью 40°С/час до 1140°С, выдержка 4 часа. Окончательную деформацию проводили с нагревом в две ступени: I-ая ступень - нагрев до 1140-225=915°С, выдержка 4 часа, скорость нагрева ограничивается техническими возможностями печи, II-я ступень - нагрев со скоростью 40°С/час до 1140°С, выдержка 2 часа. Суммарная степень окончательной деформации 50%. Примеры 2 и 3 аналогичны вышеизложенному, параметры способа приведены в таблице 1.

Слиток сплава ЭК79, содержащий 43-45% γ'-фазы с температурой ее полного растворения 1130°С (Тпрγ'), получали вакуумно-индукционной выплавкой с последующим вакуумно-дуговым переплавом, подвергали четырехступенчатому гомогенизирующему отжигу: нагрев при 630°С, выдержка 3 часа, скорость нагрева ограничивается техническими возможностями печи, нагрев со скоростью 40°С/час до 1125°С, выдержка 2 часа, нагрев до 1150°С, выдержка 4 часа, скорость нагрева ограничивается техническими возможностями печи, охлаждение со скоростью 30°С/час до 1130°С, выдержка 5 часов. После проведения гомогенизирующего отжига проводят предварительную деформацию при температуре 1130°С с суммарной степенью 25%, нагрев под предварительную деформацию осуществляли в две ступени: I-я ступень - нагрев до 905°С, выдержка 5 часов, скорость нагрева ограничивается техническими возможностями печи, II-я ступень - нагрев со скоростью 40°С/час до 1130°С, выдержка 4 часа. Нагрев под окончательную деформацию осуществляют в две ступени: I-я ступень - нагрев до 905°С, выдержка 4 часа, скорость нагрева ограничивается техническими возможностями печи, II-я ступень - нагрев со скоростью 40°С/час до 1130°С, выдержка 2 часа. Суммарная степень окончательной деформации 50%. Примеры 2 и 3 аналогичны вышеизложенному примеру 1, параметры способа приведены в таблице 2.

Предлагаемый способ получения изделия из деформируемого жаропрочного никелевого сплава позволяет повысить выход годного на 11÷15% от слитка с понижением на 42÷45% напряжения течения.

Изделия, полученные предлагаемым способом, имеют повышенный ресурс и надежность и могут быть использованы в перспективных газотурбинных двигателях. Способ обеспечивает возможность получения крупногабаритных изделий горячего тракта ГТД из больших слитков, предотвращает оплавление слитка в процессе непрерывного нагрева на температуру гомогенизации и уменьшает энергетические затраты за счет снижения усилия прессования, определяемого более низким напряжением течения металла при деформации.

Способ получения изделия из деформируемого жаропрочного никелевого сплава, включающий вакуумно-индукционную выплавку, получение заготовки под деформацию, гомогенизирующий отжиг, предварительную деформацию, окончательную деформацию с получением изделия, отличающийся тем, что гомогенизирующий отжиг проводят в четыре ступени: I ступень - нагрев при температуре Тпрγ'-(500÷600)°С с выдержкой не менее 2 ч, II ступень - нагрев со скоростью не более 60°С/ч до температуры Тпрγ'-(5÷10)°С с выдержкой не менее 2 ч, III ступень - нагрев до температуры Тпрγ'+(20÷30)°С с выдержкой не менее 3 ч, IV ступень - охлаждение со скоростью не более 30°С/ч до температуры Тпрγ' с выдержкой не менее 3 ч, нагрев под предварительную деформацию проводят в две ступени: I ступень - нагрев до температуры Тпрγ'-(225÷245)°С с выдержкой не менее 3 ч, II ступень - нагрев до температуры Тпрγ' со скоростью не более 60°С/ч с выдержкой не менее 4 ч, предварительную деформацию проводят с суммарной степенью деформации 25÷30%, нагрев под окончательную деформацию осуществляют в две ступени: I ступень - нагрев до температуры Тпрγ'-(225÷245)°С, выдержка не менее 2 ч, II ступень - нагрев до температуры Тпрγ' со скоростью не более 60°С/ч, выдержка не менее 2 ч, окончательную деформацию проводят с суммарной степенью деформации 30÷50%, где Тпрγ' - температура полного растворения γ' -фазы.