Способ обработки деталей из сплава на основе никеля


 


Владельцы патента RU 2451767:

Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

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. Технический результат - повышение многоцикловой и малоцикловой усталости при температуре 900°C и снижение микропористости деталей. Предложен способ обработки деталей из сплава на основе никеля. Способ включает проведение горячего изостатического прессования в две стадии и последующее охлаждение. В качестве сплава на основе никеля используют интерметаллидный сплав, при этом на первой ступени осуществляют нагрев до температуры Тпл - (80-100)°C и выдержку в течение 2,5-3,5 часов при давлении 170-185 МПа, на второй ступени - нагрев до температуры Тпл - (20-40)°C и выдержку в течение 0,5-1,5 часов при давлении 180-195 МПа, а последующее охлаждение проводят до температуры Тпл - (510-540)°C со скоростью 8-10°C/мин, где Тпл - температура плавления сплава. 2 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам обработки деталей из сплава на основе никеля для изготовления деталей горячего тракта ГТД.

Известен способ горячей обработки деталей из высокотемпературных жаропрочных сплавов на основе никеля. Способ включает нагрев до температуры 70-95% температуры плавления сплава (Тпл), выдержку при давлении - 34,47-344,7 МПа (5000-50000 psig) (Патент США №4302256).

Недостатком способа является незначительное повышение ресурса деталей при температуре 982°C (1800°F).

Известен способ обработки деталей, повышающий качество и эксплуатационную надежность лопаток турбины из жаропрочных никелевых сплавов. Способ заключается в выдержке деталей при температуре 1220°C и давлении 194 МПа в течение 3 часов (Патент РФ №2184178).

Недостаток этого способа заключается в недостаточно высоком пределе выносливости и низком выходе годных лопаток.

Известен способ обработки деталей из монокристаллических жаропрочных никелевых сплавов. ГИП проводят при температуре, на 5-20°С превышающей температуру полного растворения упрочняющей γ'-фазы, и давлении 120-210 МПа не менее 1,5 часов. Способ может быть одно-, двух-, трехступенчатым (Патент РФ №2353701).

Недостатками являются низкий выход годного и большая продолжительность технологического процесса, требующего значительных энергозатрат.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ обработки деталей из жаропрочных никелевых сплавов, включающий проведение горячего изостатического прессования и последующее охлаждение, отличающийся тем, что процесс осуществляется в две ступени. На первой ступени проводят нагрев детали от комнатной температуры до 1100-1200°C и выдержку при этой температуре и давлении аргона 150-170 МПа в течение 0,5-1,5 часа. На второй ступени проводят нагрев до температуры сплава под закалку и давлении 130-150 МПа в течение 1,5-2 часов с последующим охлаждением в газостате (Патент РФ №2309191).

Недостатком способа-прототипа является то, что он не обеспечивает повышения предела выносливости деталей и снижения микропористости.

Технической задачей изобретения является разработка способа обработки деталей из интерметаллидного сплава на основе никеля, обеспечивающего повышение многоцикловой и малоцикловой усталости при температуре 900°C и снижение микропористости.

Для достижения поставленной технической задачи предложен способ обработки деталей из сплава на основе никеля, включающий проведение горячего изостатического прессования в две ступени и последующее охлаждение, отличающийся тем, что в качестве сплава на основе никеля используют интерметаллидный сплав, при этом на первой ступени осуществляют нагрев до температуры Тпл - (80-100)°C и выдержку в течение 2,5-3,5 часов при давлении 170-185 МПа, на второй ступени - нагрев до температуры Тпл - (20-40)°С и выдержку в течение 0,5-1,5 часа при давлении 180-195 МПа, а последующее охлаждение проводят до температуры Тпл - (510-540)°С со скоростью 8-10°С/мин, где Тпл - температура плавления сплава.

Установлено, что при выбранном режиме горячего изостатического прессования интерметаллидного сплава на основе никеля происходит снижение объемной доли микропористости в лопатках и деталях ГТД не менее чем в 6 раз, а максимального размера пор - более чем в 5 раз по сравнению с литым состоянием, а также обеспечивается формирование оптимальной лабиринтовой микроструктуры, состоящей из частиц первичной (размером 2-5 мкм) и вторичной (размером 0,2-1 мкм) γ'-фаз, равномерно расположенных в γ-твердом растворе, что обеспечивает повышение многоцикловой (МнЦУ) и малоцикловой (МЦУ) усталости при температуре 900°C, а применение высокого давления способствует ускорению протекания диффузионных процессов и снижению общего времени термообработки более чем в 3 раза.

Примеры осуществления

Для осуществления предлагаемого способа были изготовлены детали из интерметаллидных сплавов на основе никеля марок ВКНА-1B и ВКНА-4У. Исходные прутковые (шихтовые) заготовки сплавов изготавливали в вакуумной индукционной плавильной установке ВИАМ-2002, далее детали с монокристаллической структурой ориентации [111] отливали на установке высокоградиентной направленной кристаллизации УВНС-5. Интерметаллидный сплав марки ВКНА-1В имеет температуру плавления 1334°C, ВКНА-4У - 1315°C.

Пример 1.

Детали из интерметаллидного сплава на основе никеля марки ВКНА-1В, без предварительной термической обработки, подвергали горячему изостатическому прессованию в газостате «Квинтус-16», которое проводили в три ступени за один прием: I ступень - нагрев в контейнере до температуры 1334-80=1254°C, выдержка 3 часа при давлении 170 МПа, II ступень - нагрев до температуры 1334-20=1314°С, выдержка 1 час при давлении 180 МПа, III ступень - охлаждение до температуры 1334-510=824°C со скоростью 8-10°С/мин, далее охлаждение за счет остывания газа.

Определение динамических характеристик, таких как многоцикловой и малоцикловой усталости при температуре 900°C, проводили на образцах по стандартной методике в соответствии с ГОСТ 25.502-79 на испытательной машине Instron 8801-A1/A2. Режимы горячего изостатического прессования и полученные механические свойства интерметаллидного сплава на основе никеля приведены в таблице 1.

Пример 2, 3 осуществляли аналогично.

Пример 4 (прототип)

Детали из интерметаллидного сплава на основе никеля ВКНА-1В, без предварительной термической и механической обработки подвергали горячему изостатическому прессованию в газостате «Квинтус-16», которое проводили в две ступени за один прием: I ступень - нагрев до температуры 1050°C, выдержка при давлении аргона 140 МПа в течение 1 часа, II ступень - нагрев до температуры 1210°C, выдержка в течение 2 часов при давлении 160 МПа, с последующим охлаждением в газостате. Гомогенизация в вакууме при 1210°C в течение 4 ч, охлаждение на воздухе.

Пример 5

Детали из интерметаллидного сплава на основе никеля марки ВКНА-4У, без предварительной термической обработки, подвергали горячему изостатическому прессованию в газостате «Квинтус-16», которое проводили в три ступени: I ступень - нагрев в контейнере до температуры 1315-80=1235°С, выдержка 2,5 часа при давлении 170 МПа, II ступень - нагрев до температуры 1315-20=1295°C, выдержка 1,5 часа при давлении 180 МПа, III ступень - охлаждение до температуры 1315-510=805°C со скоростью 8-10°С/мин, далее охлаждение за счет остывания газа.

Пример 6, 7 осуществляли аналогично.

Пример 8 (прототип)

Детали из интерметаллидного сплава на основе никеля ВКНА-4У, без предварительной термической обработки, подвергались горячему изостатическому прессованию в газостате «Квинтус-16», которое проводили в две ступени за один прием: первая ступень - нагрев до температуры 1050°C, выдержка при давлении аргона 140 МПа в течение 1 часа, вторая ступень - нагрев до температуры 1210°C, выдержка в течение 2 часов при давлении 160 МПа, с последующим охлаждением в газостате. Гомогенизация в вакууме при 1210°C в течение 4 ч, охлаждение на воздухе.

Из таблицы 1 видно, что применение предлагаемого способа обработки деталей из сплава на основе никеля обеспечивает повышение многоцикловой усталости при температуре 900°C на ~25%, малоцикловой усталости при температуре 900°С на 22-25%, снижение микропористости в 5 раз.

Применение предлагаемого способа обработки деталей из сплава на основе никеля позволит повысить ресурсные и эксплуатационные характеристики (более длительный ресурс работы деталей).

Таблица 1
№№ п/п Ступени ГИП Пределы выносливости при температуре 900°C Микропористость, %
Температура, °C Давление, МПа Выдержка, ч
Многоцикловая усталость, 2×107, МПа Малоцикловая усталость, 2×104, МПа
Предлагаемый способ, интерметаллидный сплав ВКНА-1В 1 I 1254 170 2,5 415 507 0,026
II 1314 180 1,5
охлаждение до 824°C со скоростью 8-10°C/мин
2 I 1244 185 3,5 420 515 0,025
II 1304 190 0,5
охлаждение до 809°C со скоростью 8-10°C/мин
3 I 1234 180 3 425 503 0,028
II 1294 195 1
охлаждение до 794°C со скоростью 8-10°C/мин
Способ-прототип, интерметаллидный сплав ВКНА-1В 4 I 1050 140 1 340 412 0,160
II 1210 160 2
гомогенизация в вакууме при 1210°C в течение 4 ч, охлаждение на воздухе
Таблица 2
№№ п/п Ступени ГИП Пределы выносливости при температуре 900°C Микропористость, %
Температура, °C Давление, МПа Выдержка, ч
Многоцикловая усталость, 2×107, МПа Малоцикловая усталость, 2×104, МПа
Предлагаемый способ, интерметаллидный сплав ВКНА-4У 5 I 1235 170 2,5 380 510 0,030
II 1295 180 1,5
охлаждение до 805°C со скоростью 8-10°C/мин
6 I 1225 185 3,5 390 520 0,032
II 1285 190 0,5
охлаждение до 790°C со скоростью 8-10°C/мин
7 I 1215 180 3 385 515 0,028
II 1275 195 1
охлаждение до 775°C со скоростью 8-10°C/мин
Способ-прототип, интерметаллидный сплав ВКНА-4У 8 I 1050 140 1 310 415 0,165
II 1210 160 2
гомогенизация в вакууме при 1210°C в течение 4 ч, охлаждение на воздухе

Способ обработки деталей из сплава на основе никеля, включающий проведение горячего изостатического прессования в две стадии и последующее охлаждение, отличающийся тем, что в качестве сплава на основе никеля используют интерметаллидный сплав, при этом на первой ступени осуществляют нагрев до температуры Тпл - (80-100)°C и выдержку в течение 2,5-3,5 ч при давлении 170-185 МПа, на второй ступени - нагрев до температуры Тпл - (20-40)°C и выдержку в течение 0,5-1,5 ч при давлении 180-195 МПа, а последующее охлаждение проводят до температуры Тпл - (510-540)°C со скоростью 8-10°C/мин, где Тпл - температура плавления сплава.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, подходящим для литья конструктивных элементов газовой турбины. .

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 способам получения изделий типа газотурбинных дисков из жаропрочных порошковых никелевых сплавов. .

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 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 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

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению изделий из жаропрочных гетерофазных деформируемых никелевых сплавов, работающих в интервале температур 20-1000°С и предназначенных для изготовления корпусов, кожухов, экранов и других листовых изделий

Изобретение относится к способу изготовления композитного материала из сплавов на основе никелида титана

Изобретение относится к области металлургии сплавов, а именно к термической обработке отливок из безуглеродистых жаропрочных никелевых сплавов с монокристаллической структурой, предназначенных преимущественно для производства литых турбинных лопаток авиационных, транспортных и промышленных газотурбинных двигателей
Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к обработке лент из аморфно-нанокристаллических сплавов, и может быть использовано, например, при изготовлении деталей в электронике и приборостроении

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термомеханической обработке монокристаллов ферромагнитных сплавов Со35Ni35Аl30. Для повышения механических и функциональных свойств, создания материала с двойным эффектом памяти формы и высокотемпературной сверхэластичностью в способе получения нанокомпозита с двойным эффектом памяти формы на основе монокристалла ферромагнитного сплава Со35Ni35Аl30 первичный отжиг монокристалла проводят при температуре 1330-1340°С в течение 8,5 часов в атмосфере инертного газа. Далее осуществляют закалку в воду. Вторичный отжиг и проводят в два этапа, при этом монокристалл помещают в захваты испытательной машины, создают вакуум 10-2-10-3 Па и в свободном состоянии нагревают до промежуточной температуры 200°С, а далее прикладывают сжимающую нагрузку 100-120 МПа вдоль направления [011] в монокристалле и нагревают до 400°С со скоростью 10-20°С/мин, выдерживают при этой температуре 0,5 часа, охлаждают до 200°С, снимают нагрузку. Далее охлаждают до комнатной температуры со скоростью 10-20 °С/мин. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сверхпрочным сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления деталей наземных или авиационных турбин. Сверхпрочный сплав имеет состав, мас.%: 1,3%≤Al≤2,8%, следовые количества ≤Со≤11%, 14%≤Cr≤17%, следовые количества ≤Fe≤12%, 2%≤Мо≤5%, 0,5%≤Nb+Ta≤2,5%, 2,5%≤Ti≤4,5%, 1%≤W≤4%, 0,0030%≤В≤0,030%, следовые количества ≤С≤0,1%, 0,01%≤Zr≤0,06%, никель и неизбежные примеси - остальное, причем содержание элементов выражено, ат.%: 8≤Al ат.%+Ti ат.%+Nb ат.%+Та ат.%≤11, 0,7≤(Ti ат.%+Nb ат.%+Та ат.%)/Al ат.%≤1,3. Раскрыта деталь из сверхпрочного сплава, которая представляет собой часть авиационной или наземной газовой турбины. Сплав обладает высокими механическими свойствами при высокой температуре, ковкостью. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 10 пр.
Наверх