Способ термической обработки жаропрочных сплавов на никелевой основе
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термической обработки жаропрочных сплавов на никелевой основе, в том числе изготовленных из гранул. Заявлен способ термической обработки деталей из высоколегированных, жаропрочных никелевых сплавов. Способ включает нагрев до температуры закалки, выдержку, охлаждение и старение. Охлаждение после выдержки при температуре закалки проводят со скоростью 30-50°С/мин до температуры на 470-570°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы и далее на воздухе. Способ позволяет повысить прочностные характеристики, снизить уровень остаточных напряжений и повысить производительность процесса. 1 табл.
Изобретение относится к области металлургии жаропрочных, в том числе порошковых сплавов на никелевой основе, в частности к термической обработке.
Известен способ термической обработки порошковых жаропрочных никелевых сплавов, включающий закалку, выдержку, охлаждение со скоростью 200-300°С/мин до комнатной температуры и старение (ОСТ1-92111-85).
Недостатком этого способа термической обработки являются высокие остаточные напряжения термического происхождения, низкие значения сопротивления малоцикловой усталости и высокая техническая сложность осуществления данного предложения.
Известен способ термической обработки высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов, включающий ступенчатое охлаждение со скоростью 530-650°С/мин до температуры на 100-140°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, выдержку до полного выравнивания температуры по сечению, затем охлаждение со скоростью 30-60°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, далее на воздухе и старение (Ч.Симс, В.Хагель. Жаропрочные сплавы. М.: Металлургия, 1976 г.) - прототип.
Техническая задача данного изобретения заключается в получении пониженных остаточных напряжений в деталях из высоколегированных жаропрочных, в том числе порошковых, никелевых сплавов при существенном увеличении производительности процесса.
Поставленная цель достигается за счет того, что при термической обработке, включающей закалку и старение, охлаждение с температурой закалки после выдержки проводят со скоростью 30-50°С/мин до температуры на 470-570°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы и далее на воздухе.
Охлаждение с высокой скоростью от температуры закалки до заявленных промежуточных температур, то есть в интервале наиболее интенсивного выделения γ'-фазы, обеспечивает необходимую для получения высоких значений прочности дисперсность упрочняющих частиц, а достаточно высокий интервал этих температур способствует снижению остаточных термических напряжений по сравнению с этими напряжениями, возникающими при регламентированном двухступенчатом ускоренном охлаждении до комнатной температуры. Кроме того, проведение одностадийного регламентированного охлаждения практически в два раза повышает производительность процесса закалки по сравнению с закалкой в две стадии.
Охлаждение со скоростью менее 30°С/мин приводит к выделению частиц, упрочняющей γ'-фазу достаточно большого размера, и тем самым к снижению характеристик прочности. Охлаждение с температурой закалки со скоростью более 50°С/мин способствует возникновению резкого перепада температур в поверхностных слоях, и, тем самым, возникновению высоких объемных остаточных напряжений термического происхождения.
Охлаждение с регламентированными скоростями до температур более чем на 570°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы приводит к образованию чрезмерно дисперсной γ'-фазы и проявлению чувствительности к надрезу при испытании на длительную прочность при 650°С. Охлаждение с регламентированными скоростями до температур менее чем на 470°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы способствует образованию частиц меньшей дисперсности и тем самым к снижению прочностных характеристик.
Пример:
Проводили термическую обработку дисков из сплава ЭП962П и ЭП962ИД. Температура полного растворения порошкового сплава ЭП962П - 1170°С, сплава ЭП962ИД (изготовленного методами литья и деформации) - 1140°С.
Диски из сплава ЭП962П термообрабатывали по режимам:
- нагрев на температуру закалки 1180°С, выдержка 4 часа, перенос в соляную ванну, нагретую до 600°С (режим 1) и 700°С (режим 2), т.е. на температуру на 570 и 470°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, соответственно, что обеспечивает охлаждение со скоростями 50 и 30°С/мин и выравнивание температуры по сечению детали. Далее охлаждали на воздухе, старение проводили при 730°С в течение 16 часов.
Диски из сплава ЭП962ИД термообрабатывали по режиму:
- нагрев на температуру закалки 1120°С, выдержка 4 часа, перенос в соляную ванну, нагретую до 600°С (на температуру на 540°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы), что обеспечивает охлаждение со скорость 32°С/мин, выравнивание температуры по сечению диска и дальнейшее охлаждение на воздухе.
Старение - при 850°С в течение 6 часов (режим 3).
Термическую обработку по способу-прототипу проводили по режимам:
- нагрев на температуру закалки 1180°С (для дисков и сплава ЭП962П) и 1120°С (для дисков из сплава ЭП962ИД), выдержка 4 часа, перенос в ванну с холодным маслом, а после достижения на дисках температуры 1030-1070°С, что на 100-140°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы (для обоих сплавов), перенос в ванну с солью, нагретую на 850°С (на 320°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы для сплава ЭП962П и на 290°С ниже той же температуры для сплава ЭП962ИД), что обеспечивает охлаждение со скорость 30-60°С /мин, и дальнейшее охлаждение на воздухе. Старение при 730°С в течение 16 часов - для первого сплава и при 850°С, в течение 6 часов, для второго.
В таблице приведены значения прочностных механических свойств при 20°С и сопротивления малоцикловой усталости при 650°С, а также значения остаточных напряжений в дисках, термообработанных по предлагаемому и известному способам.
| Таблица | |||||
| Среднее значение механических свойств и величины остаточных напряжений в дисках, термообработанных по предложенному способу (способу-прототипу) | |||||
| Марка термообрабатываемого сплава | Режим термической обработки | *Свойства при 20°С | *Сопротивление малоцикловой усталости при 650°С и базе испытаний 104 циклов, кгс/мм2 | Величины остаточных напряжений (сжимающие) термического происхождения, кгс/мм2 | |
| σв, кгс/мм2 | σ0,2, кгс/мм2 | ||||
| Режим 1 | 160 | 118 | 112 | 56 | |
| Режим 2 | 158 | 116 | 112 | 50 | |
| Сплав ЭП962П | Термическая обработка по способу-прототипу (режим 4) | 150 (сплав ЭП962П) | 110 | 108 | 100 |
| 148 (сплав ЭП962ИД) | 110 | 100 | 93 | ||
| Сплав ЭП962ИД | Режим 3 | 159 | 116 | 112 | 58 |
*механические свойства и остаточные напряжения приведены для дисков, прошедших закалку и старение.
Из таблицы видно, что предлагаемый способ термической обработки обеспечивает высокие прочностные характеристики при комнатной температуре испытаний и сопротивление малоцикловой усталости при рабочей температуре - 650°С.
Обработка по предлагаемому способу в 1,5-1,7 раза снижает уровень остаточных напряжений в термообработанных деталях, тем самым полностью исключая их поводку. Последнее позволяет повысить ресурс работы деталей из жаропрочных никелевых сплавов более чем в 2 раза, кроме того, предложенная термическая обработка значительно проще при ее осуществлении, чем термообработка по известному способу, что существенно повышает производительность процесса.
Способ термической обработки деталей из высоколегированных, жаропрочных никелевых сплавов, включающий нагрев до температуры закалки, выдержку, охлаждение и старение, отличающийся тем, что охлаждение после выдержки при температуре закалки проводят со скоростью 30-50°С/мин до температуры на 470-570°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы и далее на воздухе.
