Способ термической обработки порошковых жаропрочных сплавов на основе никеля


 


Владельцы патента RU 2433203:

Фаткуллин Олег Хикметович (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термической обработки тяжелонагруженных деталей газовых турбин из порошковых сплавов на основе никеля. Заявлен способ термической обработки деталей типа дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных, порошковых никелевых сплавов, включающий закалку путем нагрева до температуры закалки, выдержки и охлаждения, высокотемпературное и низкотемпературное старение. Охлаждение после выдержки при температуре закалки ведут на воздухе, низкотемпературное старение проводят при температуре на 20-50°С ниже температуры начала образования вторичных карбидов, при этом разница между температурами старений составляет 120-160°С, а после старений детали охлаждают на воздухе. Технический результат - повышение пластичности при комнатной температуре испытаний и длительной прочности при рабочей температуре. Это повышение механических свойств позволит повысить ресурс современных газотурбинных двигателей. 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термической обработки жаропрочных, в том числе порошковых, никелевых сплавов.

Известен способ термической обработки жаропрочного никелевого сплава ЭП741, включающий нагрев до температуры на 50-70°С выше температуры полного растворения γ'-фазы с выдержкой в течение 4-8 часов и охлаждение вместе с печью до 20-600°С, закалку с охлаждением на воздухе и старение при 870°С с охлаждением на воздухе (паспорт ВИАМ №1817, «Жаропрочный никелевый сплав марки ЭП750ИД, 2009 г.).

Недостатком этого способа является низкая жаропрочность при рабочей температуре испытания.

Известен способ термической обработки, в частности, для жаропрочного сплава на никелевой основе Undimet-500, включающий двойную закалку при 1125 и 1025°С и двойное старение: первое при 925°С в течение 24 часов и второе при 760°С в течение 16 часов (Ч.Силос, В.Хегель. Жаропрочные сплавы. Москва, «Металлургия», 1976 г., стр.75) - способ-прототип.

Недостатком этого способа являются низкие значения пластичности, ударной вязкости при комнатной температуре и длительной прочности при рабочей температуре.

Техническая задача данного изобретения заключается в повышении значения пластичности при комнатной температуре испытания и длительной прочности при рабочей температуре.

Поставленная цель достигается за счет того, что при термической обработке, включающей закалку и двойное старение: первое - высокотемпературное, второе - низкотемпературное, второе старение проводят при температуре на 20-50°С ниже температуры начала образования вторичных карбидов при разности между температурами старений 120-160°С.

Проведение второго старения при температуре, равной или даже выше температуры начала интенсивного образования вторичных карбидов, приводит к образованию «сетки» - непрерывных дискретных выделений указанной фазы по границам зерна твердого раствора, что вызывает снижение всего комплекса механических свойств.

Проведение второго старения при температуре более чем на 50°С ниже температуры начала интенсивного образования вторичных карбидов приводит к довыделению 3-5 мас.% частиц упрочняющей γ'-фазы, причем высокой дисперсности, что, как известно, уменьшает пластичность при комнатной температуре и жаропрочность при 750°С.

Разница между температурой высокотемпературного и низкотемпературного старения более 160°С обуславливает значительное укрупнение образовавшихся частиц γ'-фазы, что снижает прочность и длительную прочность при 750°С и способствует выделению большого количества частиц вторичных карбидов по границам зерен, из-за увеличения температурного интервала их выделения. Это вызывает охрупчивание сплава при комнатной и рабочих температурах.

При разнице между температурой первого и второго старений менее 120°С значительно уменьшается температурный интервал выделения карбидной фазы, что снижает прочность границ зерен, что в свою очередь приводит к понижению жаропрочности при рабочих температурах.

Пример:

Предложенный способ термической обработки опробовали на газотурбинных дисках из жаропрочного порошкового сплава на основе никеля ЭП962П. Предварительно была определена температура начала образования вторичных карбидов, равная для используемой плавки 750°С. Диски термообрабатывали по режимам: закалка, включающая нагрев на температуру 1190°С, выдержку 8 часов, охлаждение не воздухе и старение по следующим режимам:

- 860°С, 8 часов, 700°С, 16 часов (режим 1; температура второго старения на 50°С ниже температуры начала образования вторичных карбидов, разница между температурами старений 160°С);

- 850°С, 8 часов, 730°С, 16 часов (режим 2: температура второго старения на 20°С ниже температуры начала образования вторичных карбидов, разница между температурами старений 120°С);

- 820°С, 8 часов, 700°С, 16 часов (режим 3; температура второго старения на 50°С ниже температуры начала образования вторичных карбидов, разница между температурами старений 120°С).

Термическую обработку по способу-прототипу проводили по режиму 5:

- закалка 1190°С, 9 часов, охлаждение на воздухе при 925°С, 24 часа, при 760°С, 16 часов.

Охлаждение после всех старений на воздухе.

Как видно из таблицы, проведение термообработки по предлагаемому способу повышает в 1,5-2 раза пластичность при комнатной температуре испытаний и в 1,5-5 раз длительную прочность при рабочей температуре. Такое повышение механических свойств на 30-40% повышает ресурс рабочих тяжело нагруженных деталей, типа дисков турбинных двигателей.

Механические свойства дисков из сплава ЭП962П, термообработанные по предложенному способу и способу-прототипу.
Способ термической обработки Режим термической обработки Свойства при 20°С Длительная прочность при 650°С , час
δ, % ψ, % KCU, кгм/см2
Режим 1 14 18 3,8 203
Предложенный способ Режим 2 15 15 3,6 298
Режим 3 16 17 4,0 395
Способ-прототип Режим 5 8 9 2,2 80

Способ термической обработки деталей типа дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных, порошковых никелевых сплавов, включающий закалку путем нагрева до температуры закалки, выдержки и охлаждения, высокотемпературное и низкотемпературное старение, отличающийся тем, что охлаждение после выдержки при температуре закалки ведут на воздухе, низкотемпературное старение проводят при температуре на 20-50°С ниже температуры начала образования вторичных карбидов, при этом разница между температурами старений составляет 120-160°С, а после старений детали охлаждают на воздухе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термической обработки заготовок типа дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных, порошковых никелевых сплавов.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термической обработки жаропрочных сплавов на никелевой основе, в том числе изготовленных из гранул.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке сплавов на никелевой основе, и может быть использовано в авиадвигателестроении, машиностроении и других областях техники.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении заготовок дисков для газотурбинных двигателей из гранулированных высоколегированных никелевых сплавов с исходной микрокристаллической структурой микродуплекс.

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению изделий из высокожаропрочных деформируемых никелевых сплавов, работающих при температурах выше 600°С, преимущественно для раскатных дисков газотурбинных двигателей ГТД и газотурбинных установок ГТУ.

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению сложноконтурных дисков из жаропрочных деформируемых никелевых сплавов, работающих при температурах выше 600°С, в частности дисков ГТД.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к авиационному двигателестроению, где используется вакуумная термообработка дисперсионно-твердеющих сплавов.

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению изделий из жаропрочных деформируемых никелевых сплавов, полученных методом высокоградиентной кристаллизации, работающих при температурах выше 600°С, в частности дисков ГТД.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении заготовок дисков для газотурбинных двигателей из гранул высоколегированных жаропрочных сплавов на никелевой основе.

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

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам изготовления изделий типа дисков и валов газотурбинных двигателей из порошковых жаропрочных никелевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения изделий типа газотурбинных дисков из жаропрочных порошковых никелевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии и термической обработки сплавов и может быть использовано в точном приборостроении и машиностроении

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, подходящим для литья конструктивных элементов газовой турбины
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам горячего изостатического прессования (ГИП) деталей, выполненных из интерметаллидного сплава на основе никеля для изготовления деталей горячего тракта ГТД

Изобретение относится к области металлургии, в частности к порошковой металлургии жаропрочных сплавов на основе никеля, предназначенных для тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах в газотурбинных двигателях
Изобретение относится к области металлургии, в частности к термообработке жаропрочных никелевых сплавов, и может быть использовано в производстве деталей газотурбинных двигателей (дисков, валов и др.), работающих в условиях жесткого циклического нагружения
Изобретение относится к области металлургии, в частности к порошковой металлургии жаропрочных никелевых сплавов, и может быть использовано в газотурбинных двигателях для изготовления тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах
Изобретение относится к металлургии, а именно к восстановительной термической обработке изделий из жаропрочных никелевых сплавов с равноосной структурой, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбостроении при ремонте рабочих и направляющих лопаток турбины
Наверх