Способ термической обработки деталей типа дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных, порошковых никелевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термической обработки заготовок типа дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных, порошковых никелевых сплавов. Заявлен способ термической обработки деталей типа дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных, порошковых никелевых сплавов. Способ включает нагрев до температуры закалки и старение. Охлаждение с температуры закалки проводят в соляной ванне с температурой на 350-500°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы в течение 8-16 часов. Технический результат - повышение жаропрочности, сокращение длительности термической обработки. Повышается производительность процесса при низком уровне остаточных напряжений. 1 табл.

 

Известен способ термической обработки порошковых жаропрочных никелевых сплавов, включающий нагрев до температуры на 30-50°С выше температуры полного растворения γ'-фазы, выдержку и охлаждение вместе с печью, последующий нагрев до температуры на 20-40°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, выдержку при этой температуре и охлаждение со скоростью 200-300°С в минуту и старение (авторское свидетельство СССР №928722, B22F 3/24, C22F 1/10, 1980 г.) - прототип.

Недостатком этого способа термической обработки являются высокие остаточные напряжения термического происхождения, возникающие в результате закалки с высокой скоростью охлаждения и высокая трудоемкость процесса (его длительность).

Известен способ термической обработки высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов, включающий нагрев на температуру закалки, выдержку, ступенчатое охлаждение со скоростью 530-650°С в минуту до температуры на 100-140°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, выдержку до полного выравнивания температур по сечению, затем охлаждение со скоростью 30-60°С в минуту до температуры на 250-350°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, далее на воздухе и старение (авторское свидетельство СССР №1508598, C22F 1/10, 1987 г.) - прототип.

При пониженном уровне остаточных напряжений этот способ термической обработки обеспечивает недостаточно высокие значения жаропрочности и низкую производительность процесса, т.е. его большую длительность.

Техническая задача данного изобретения заключается в получении повышенных значений жаропрочности, значительном сокращении длительности термических операций (закалки и старения), т.е. повышении производительности процесса при низком уровне остаточных напряжений.

Поставленная цель достигается при термической обработке, включающей нагрев на температуру закалки и старение. При этом охлаждение с температуры закалки проводят переносом в соляную ванну с температурой на 350-500°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, а старение проводят непосредственно в этой же ванне в течение 8-16 часов.

Охлаждение с температуры закалки и старение при температуре горячей среды менее чем на 350°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы приводят к меньшей дисперсности частиц упрочняющей γ'-фазы и способствуют уменьшению длительной прочности при температуре испытания 650°С. Использование температуры горячей среды и, таким образом, старения более, чем на 500°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, значительно понижая диффузионную подвижность атомов, делает невозможным прохождение процессов старения и тем самым уменьшает жаропрочность.

Старение в течение 8-16 часов при заявленных температурах создает оптимальное с точки зрения повышенной жаропрочности при 650°С распределение по размерам частиц γ'-фазы.

Совмещение охлаждения с температуры закалки и старение в одной технологической операции в 2 раза повышает производительность термической обработки.

Пример

Проводили термическую обработку дисков из порошковых жаропрочных сплавов на никелевой основе ЭП741НП и ЭП962П. Температура полного растворения γ'-фазы сплава ЭП741НП - 1180°С, сплава ЭП962П - 1170°С.

Диски из сплава ЭП741НП термически обрабатывали по режимам:

- нагрев на температуру закалки 1190°С, выдержка 4 часа, перенос в соляную ванну, нагретую до 680°С, выдержка 16 часов, охлаждение на воздухе (режим 1), что на 500°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы.

- нагрев на температуру закалки 1190°С, выдержка 4 часа, перенос в соляную ванну, нагретую до 830°С, что на 350°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, выдержка в ванне при этой температуре в течение 8 часов, охлаждение на воздухе (режим 2).

Диски из сплава ЭП962П термически обрабатывали по режиму:

- нагрев на температуру закалки 1180°С, выдержка 4 часа, перенос в соляную ванну, нагретую до 770°С, что на 400°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы (режим 3).

Термическую обработку по способу-прототипу проводили по режимам:

- нагрев на температуру закалки 1180°С (для дисков из сплава ЭП962П) и 1190°С (для дисков из сплава ЭП741НП), выдержка 4 часа, перенос в соляную 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 330°С ниже той же температуры для сплава ЭП741НП), что обеспечивает скорость охлаждения 30-60°С в минуту; далее охлаждали на воздухе. Старение - при 730°С в течение 16 часов для первого сплава и при 850°С в течение 6 часов для второго (режимы 4 и 5).

Таблица
Средние значения механических свойств при 20°С и длительности процесса при термической обработке по предлагаемому способу и способу-прототипу.
Марка термообрабатываемого сплава	Режим термической обработки	Длительная прочность	Длительность термической обработки, час	Величины остаточных напряжений, МПа
	режим 1	200	260	32	600
Сплав ЭП741НП	режим 2	240	310	24	580
	режим 4 (способ-прототип)	128	80	52	620
	режим 3	860	-	24	560
Сплав ЭП962П	режим 5 (способ-прототип)	410	-	50	580

Как видно из таблицы, предлагаемый способ термической обработки обеспечивает повышение длительной прочности при низком уровне остаточных напряжений и в 2 раза повышает производительность процесса по сравнению с термической обработкой по способу-прототипу.

Применение предлагаемого способа для термической обработки деталей типа дисков и валов газотурбинных двигателей позволяет в 1,5 раза повысить ресурс их работы.

Способ термической обработки деталей типа дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных, порошковых никелевых сплавов, нагрев до температуры закалки и старение, отличающийся тем, что охлаждение с температуры закалки проводят в соляной ванне с температурой на 350-500°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы в течение 8-16 ч.