Способ термообработки деталей из жаропрочных никелевых сплавов для повышения сопротивления малоцикловой усталости


 


Владельцы патента RU 2455383:

Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО ВИЛС) (RU)

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. Способ термообработки деталей из жаропрочных никелевых сплавов включает нагрев при температуре на 5-25°С выше температуры сольвуса с выдержкой в течение 3-4 часов, охлаждение после нагрева со скоростью выше 20°С/мин и последующее старение в три ступени: 1 ступень - 910°С, выдержка 3 часа; 2 ступень - 750°С, выдержка 8 часов, и 3 ступень - 700°С, выдержка 17 часов. Технический результат заключается в увеличении ресурса и надежности деталей, работающих в условиях жесткого нагружения при снижении их массы. 1 табл.

 

Предлагаемое 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.

Известны способы (патенты РФ №2164262 и US 2009/0308508) термообработки деталей из жаропрочных никелевых сплавов, которые заключаются в том, что деталь, после проведения нагрева в однофазной области (выше сольвуса), медленно охлаждается до температуры следующей операции: закалки из двухфазной области, как описано в патенте РФ №2164262, или старения, как описано в патенте US 2009/0308508.

Общим недостатком этих способов является низкий уровень всех механических характеристик из-за медленного охлаждения после нагрева в однофазной области.

Известен способ термообработки деталей из жаропрочных никелевых сплавов, содержащих 40-70% упрочняющей γ'-фазы.

Способ заключается в том, что деталь подвергается нагреву при температуре на 3-22°С выше температуры сольвуса (однофазная область) в течение 0,25-2 ч (патент US №7138020 - прототип).

Недостатком этого способа являются низкие характеристики сопротивления малоцикловой усталости (МЦУ), прочности и жаропрочности из-за формирования крупных выделений упрочняющей γ'-фазы.

С целью устранения перечисленных недостатков предлагается способ термообработки, включающий нагрев на 5-25°С выше температуры сольвуса, охлаждение со скорость более 20°С/мин и три ступени старения с последовательным понижением температуры от 910°С до 700°С.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что нагрев в однофазной области проводят в течение 3-4 часов, охлаждение после нагрева проводят со скоростью выше 20°С/мин и старение проводят в три ступени: 910°С, выдержка 3 часа; 750°С, выдержка 8 часов, и 700°С, выдержка 17 часов.

Технический результат - более высокие характеристики сопротивления МЦУ, прочности и жаропрочности при рабочих температурах и, как следствие, увеличение ресурса и надежности деталей, работающих в условиях жесткого циклического нагружения, при снижении их массы.

Это достигается тем, что более длительный нагрев в однофазной области и охлаждение со скоростью выше 20°С/мин способствует равномерному выделению в объеме детали мелких частиц γ'-фазы, размером до 0,1 мкм. А последующие три ступени старения при понижающихся температурах формируют на основе выделившихся частиц равномерно распределенные частицы оптимального для жаропрочности размера 0,20-0,35 мкм и способствуют дополнительному выделению из твердого раствора мелких упрочняющих частиц γ'-фазы размером 0,05-0,08 мкм, которые обеспечивают одновременно высокий уровень сопротивления МЦУ и прочности термообработанной детали. Все это увеличивает ресурс и надежность детали, работающей в условиях жесткого циклического нагружения и дает возможность снизить массу детали.

Предлагаемым способом была термообработана заготовка диска газотурбинного двигателя, изготовленная из гранул жаропрочного никелевого сплава ЭП741НП.

По способу-прототипу также была термообработана аналогичная заготовка диска из гранул сплава ЭП741НП.

Результаты испытаний механических свойств заготовок, термообработанных предлагаемым способом и способом-прототипом при температуре 20°С и рабочей температуре 650°С, проведенных по стандартным методикам испытания, представлены в таблице.

Механические свойства при 20°С При 650°С
Предел прочности σВ Предел текучести σ0,2 Относительное удлинение δ Относительное сужение ψ Жаропрочность (длительная прочность) σ100 МЦУ σN=104
f=1 Гц
МПа % МПа
Предлагаемый 1570 1060 17,2 18,9 1030 1050
Прототип 1440 960 17,5 18,8 950 980

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает повышение сопротивления МЦУ на 6-8%, прочности на 8-12% и жаропрочности на 8-10% при сохранении высокого уровня пластичности.

В результате этого, применение предлагаемого способа термообработки в производстве деталей, работающих в условиях жесткого циклического нагружения, например дисков ГТД, позволит за счет более высокого сопротивления МЦУ, высокой прочности и жаропрочности увеличить ресурс работы двигателя в 1,2-1,4 раза, повысить его эксплуатационную надежность и снизить массу на 8-10%.

Способ термообработки деталей из жаропрочных никелевых сплавов, включающий нагрев при температуре на 5-25°С выше температуры сольвуса, выдержку при этой температуре, охлаждение и старение, отличающийся тем, что выдержку при нагреве выше температуры сольвуса проводят в течение 3-4 ч, охлаждение после нагрева осуществляют со скоростью выше 20°С/мин, а последующее старение проводят в три ступени: 1 ступень - 910°С, выдержка 3 ч, 2 ступень - 750°С, выдержка 8 ч и 3 ступень - 700°С, выдержка 17 ч.



 

Похожие патенты:

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, 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 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 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.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе никеля, и может быть использовано при изготовлении заготовок дисков для газотурбинных двигателей. Способ термической обработки заготовок дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов на основе никеля включает старение заготовок с последующим охлаждением на воздухе. Затем осуществляют повторное старение в три стадии с нагревом на первой стадии до температуры на 250-270°C ниже температуры полного растворения γ'-фазы, а на второй и третьей стадиях до температур 750 и 700°C соответственно, при этом на каждой из трех стадий заготовки выдерживают от 2 до 17 ч и охлаждают на воздухе. Способ позволяет повысить показатели длительной прочности, а также стабилизировать механические свойства сплавов на основе никеля. 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к термомеханической обработке монокристаллов ферромагнитного сплава нового состава Fe-Ni-Co-Al-Ti, и может быть использовано для создания исполнительных механизмов, датчиков, актюаторов, демпфирующих элементов. Способ термической обработки монокристаллов ферромагнитного сплава Fe-Ni-Co-Al-Ti с эффектом памяти формы и сверхэластичностью, ориентированных вдоль [001] направления при деформации растяжением, включает гомогенизационный отжиг монокристаллов ферромагнитного сплава, содержащего, мас.%: Fe-42,8, Ni-30,7, Со-18,4, А1-5,8, Ti-2,3, в атмосфере инертного газа He при температуре 1250°C в течение 10 часов, нагрев и выдержку при температуре 1280°C в течение 1 ч с последующей закалкой в воду комнатной температуры и старение в атмосфере инертного газа He при температуре 600-700°C в течение 1-7 часов с последующим охлаждением в воде. Сплавы обладают эффектом памяти формы и сверхэластичностью. 1 табл., 1 пр.
Наверх