Способ изготовления изделий в виде дисков или валов газотурбинных двигателей из гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов



 


Владельцы патента RU 2433204:

Фаткуллин Олег Хикметович (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам изготовления изделий типа дисков и валов газотурбинных двигателей из порошковых жаропрочных никелевых сплавов. Предложен способ изготовления изделий в виде дисков или валов газотурбинных двигателей из гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов. Способ включает получение гранул методом распыления, рассев гранул на товарную фракцию и засыпку гранул в формообразующую капсулу, горячее изостатическое прессование и термическую обработку. Рассев гранул проводят на две фракции: -200+100 и -10+5 мкм, которые засыпают в капсулу в количестве 70-95 и 5-30%, соответственно, а термическую обработку проводят закалкой и старением. Способ позволяет получить более высокие характеристики жаропрочности и сопротивления малоцикловой усталости при 750°С и значительно, более чем в 2 раза, снизить трудоемкость процесса. 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению изделий из жаропрочных никелевых сплавов типа дисков и валов современных газотурбинных двигателей методом порошковой металлургии (металлургии гранул).

Известен способ изготовления изделий из жаропрочных никелевых сплавов методом металлургии гранул, включающий вакуумную индукционную выплавку электродов, получение гранул методом распыления вращающейся заготовки, рассев полученных гранул на товарную фракцию, обычно -315+50 мкм (с размерами от 50 до 315 мкм). (В сборнике «Металлургия гранул», М: ВИЛС, выпуск I, 1983 г., стр.33-40). При этом размер используемой фракции изменяется в соответствии с нормальной кривой распределения от 50 до 315 мкм с максимальным количеством (до 80%) гранул размером от 60 до 160 мкм. В настоящее время техническими условиями размер товарной фракции установлен равным -200+50 мкм, а в некоторых случаях -140+50 мкм.

Недостатком данного способа получения изделий из гранул является снижение механических свойств (прочности при растяжении, жаропрочности, сопротивления малоцикловой усталости) из-за высокой разнозернистости, образующейся после горячего изостатического прессования и последующей термической обработки, причем тем большей, чем шире применяемый гранулометрический состав.

Известный способ изготовления изделий из жаропрочных порошковых никелевых сплавов, включающий горячее изостатическое прессование полученных распылением порошков жаропрочных никелевых сплавов, деформацию при температуре ниже температуры полного растворения γ'-фазы, рекристаллизацию выше той же температуры и деформацию при температурах ниже температуры полного растворения γ'-фазы (Г.Х.Гессингер). Порошковая металлургия жаропрочных сплавов. «Металлургия», Челябинск, 1928 г., стр.111-112) - прототип.

В результате реализации этого способа образуется так называемая «ожерельчатая» микроструктура, состоящая из вытянутых деформированных зерен, образовавшихся при высокотемпературной рекристаллизации и окруженных мелкими рекристаллизованными зернами, образующимися на втором - низкотемпературном этапе деформации и последующей закалке.

Недостатком этого способа, обеспечивающего высокие прочностные свойства при температуре до 650°С (температуре, при которой границы зерна являются упрочняющим фактором), являются низкие свойства при 750°С при испытании на растяжение, длительную прочность (жаропрочность) и сопротивление малоцикловой усталости. Кроме того, реализация этого способа предполагает использование мощных гидравлических горизонтальных прессов, а также вертикальных изотермических (а в ряде случаев вакуумных) прессов. Это делает данный способ как минимум в 2 раза более трудоемким и дорогим по сравнению с изготовлением порошковых деталей с использованием только процесса горячего изостатического прессования.

Техническая задача данного изобретения заключается в повышении прочностных характеристик - длительной прочности и сопротивления малоцикловой усталости при температуре 750°С и значительном снижении трудоемкости процесса.

Техническая цель достигается за счет того, что при изготовлении изделий из порошковых жаропрочных никелевых сплавов методом металлургии гранул, включающим получение гранул методом распыления, рассев гранул на товарную фракцию, горячее изостатическое прессование (ГИП) и термическую обработку, используют гранулометрический состав, состоящий из двух товарных фракций: -200+100 мкм и -10+5 мкм в количествах 70-95% и 5-30%, соответственно.

При засыпке гранул в формообразующую емкость (капсулу) гранулы мелкой фракции располагаются в промежутках, образованных гранулами крупной фракции. После ГИП и термической обработки образуется микроструктура, состоящая из достаточно крупных зерен γ-твердого раствора размером 30-50 мкм, окруженных гораздо более мелкими рекристаллизованными зернами размером в среднем 2-8 мкм. При этом крупные зерна образуются из гранул крупной фракции путем их рекристаллизации при нагреве в процессе ГИП и последующей термической обработке. Мелкие зерна образуются из гранул мелкой фракции, которые получены при кристаллизации с большими скоростями охлаждения (в силу своего меньшего размера) и имеют меньший по сравнению с крупными гранулами размер кристаллитов. В результате мелкие гранулы в процессе ГИП претерпевают существенную пластическую деформацию (вплоть до сверхпластичности) и в результате способствуют образованию при термической обработке мелкого рекристаллизованного зерна. Такая микроструктура определяет не только высокие прочностные свойства до 650°С из-за мелкого рекристаллизованного зерна, равномерно распределенного в объеме детали, но и значительно повышает прочностные характеристики при 750°С.

Использование гранул более крупных чем -200+100 мкм фракций, приводит к чрезмерному увеличению величины зерна твердого раствора и тем самым к снижению прочностных характеристик при температуре испытания до 650°С.

Применение фракции гранул менее чем -10+5 мкм способствует получению после термической обработки чрезвычайно мелкого зерна и снижению прочностных характеристик при 750°С.

Заявленные весовые количества гранул крупной и мелкой фракции находятся в пропорции к объемной доле образующегося крупного и мелкого зерна твердого раствора и соответствует оптимальному соотношению прочностных характеристик при 650 и 750°С.

Реализация предложенного способа сокращает более чем в 2 раза трудозатраты на производство изделий из легированных гранулируемых жаропрочных сплавов с повышенными прочностными характеристиками. Кроме того, отпадает необходимость в использовании, а в ряде случаев и в приобретении дорогостоящих мощных горизонтальных и вертикальных (возможно изотермических или вакуумных) гидравлических процессов.

Пример:

Методом металлургии гранул, включающим получение гранул из сплава ЭП741НП, методом распыления, размером -200 мкм, рассев с использованием стандартных сеток для получения товарных фракций: -200+100 мкм и -10+5 мкм, засыпку в формообразующую капсулу, ГИП и последующую термическую обработку (закалку и старение), изготовили заготовки дисков. Гранулы размером -200+50 мкм по способу-прототипу засыпали в количестве 100%. Гранулу двух фракций - крупной и мелкой по предлагаемому способу засыпали в количестве 70-95% и 5-30% соответственно. В таблице приведены механические свойства, полученные из материала изготовленных заготовок дисков.

Таблица
Средние значения механических свойств заготовок, изготовленных по предлагаемому способу и способу-прототипу из гранул сплава ЭП741НП.
Способ изготовления Температуры используемых гранул Механические свойства
Т=20°С
σв, МПа σ0,2, МПа час час число циклов число циклов
Фракция
-200+100 мкм
-70% (по весу);
1421 990 408 401 6524 7848
Фракции
-10+5 мкм
-30% (по весу)
Фракция
-200+100 мкм
Предлагаемый способ -85%(по весу);
Фракции
1402 985 370 350 5729 7320
-10+5 мкм
-15% (по весу)
Фракция
-200+100 мкм
-95% (по весу);
1362 982 365 462 5211 8092
Фракции
-10+5 мкм
-5% (по весу)
Способ- Фракция
прототип -200+50 мкм 1400 982 380 90 6020 2110
-100% (по весу)

Из таблицы видно, что длительная прочность и сопротивление малоцикловой усталости, выраженное в числе циклов до разрушения при температуре испытания 750°С, заготовок, изготовленных по предлагаемому способу, в 3-4 раза выше аналогичных характеристик заготовок, изготовленных по способу-прототипу. При этом характеристики прочности σв и σ0,2 при 20°С, а также длительная прочность и сопротивление малоцикловой усталости ( и ) соответственно при 650°С остаются на высоком уровне, равном уровню, полученному на заготовках, изготовленных по способу-прототипу.

Применение предлагаемого способа для изготовления дисков и валов современных газотурбинных двигателей позволяет повысить их ресурс не менее чем на 30-40%.

Кроме того, изготовление заготовок из гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов по предлагаемому способу, создавая необходимую структуру без применения двухстадийной операции деформации с использованием мощных горизонтальных и вертикальных (изотермических) прессов, более чем в 2 раза снижает трудоемкость производства.

Способ изготовления изделий в виде дисков или валов газотурбинных двигателей из гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов, включающий получение гранул методом распыления, рассев гранул на товарную фракцию и засыпку гранул в формообразующую капсулу, горячее изостатическое прессование и термическую обработку, отличающийся тем, что рассев гранул проводят на две фракции: -200+100 и -10+5 мкм, которые засыпают в капсулу в количестве 70-95 и 5-30% соответственно, а термическую обработку проводят закалкой и старением.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термической обработки тяжелонагруженных деталей газовых турбин из порошковых сплавов на основе никеля.

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.

Газостат // 2430810
Изобретение относится к газостатическому оборудованию для обработки материалов при высоких давлениях и температурах. .

Газостат // 2429105
Изобретение относится к области создания оборудования для обработки изделий промышленного назначения из дискретных и сплошных материалов при одновременном или комбинированном воздействии на них высоких до 500 МПа давлений и температур до 2000°С.

Газостат // 2427449
Изобретение относится к области создания оборудования для обработки изделий промышленного назначения из дискретных и сплошных материалов при одновременном или комбинированном воздействии на них высоких до 500 МПа давлений и температур до 2000°С.

Газостат // 2427448
Изобретение относится к области порошковой металлургии, непосредственно к оборудованию для обработки дискретных или сплошных материалов при одновременном или комбинированном воздействии на них высоких до 500 МПа давлений и температур до 2000°С, создаваемых в газовой среде рабочей камеры газостата.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, непосредственно к оборудованию для обработки дискретных или сплошных материалов при одновременном или комбинированном воздействии на них высоких до 500 МПа давлений и температур до 2000°С, создаваемых в газовой среде рабочей камеры газостата.

Газостат // 2418653
Изобретение относится к области порошковой металлургии, непосредственно к оборудованию для обработки дискретных или сплошных материалов при одновременном или комбинированном воздействии на них высоких до 500 МПа давлений и температур до 2000°С, создаваемых в газовой среде рабочей камеры газостата.

Газостат // 2418652
Изобретение относится к области порошковой металлургии, к оборудованию для обработки дискретных или сплошных материалов при одновременном или комбинированном воздействии на них высоких до 500 МПа давлений и температур до 2000°С, создаваемых в газовой среде рабочей камеры газостата.

Газостат // 2415736
Изобретение относится к области порошковой металлургии. .

Газостат // 2415735
Изобретение относится к области создания промышленного оборудования для обработки крупногабаритных изделий из сплошных и дискретных материалов при одновременном или комбинированном воздействии на них высоких до 500 МПа давлений и температур до 2000°С, создаваемых в газовой среде рабочей камеры газостата.
Изобретение относится к способу получения композиционных материалов, содержащих интерметаллиды алюминия. .

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