Способ получения листовых изделий из никелевых жаропрочных сплавов



Способ получения листовых изделий из никелевых жаропрочных сплавов
Способ получения листовых изделий из никелевых жаропрочных сплавов

 


Владельцы патента RU 2460824:

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

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. Предложен способ получения листовых изделий из никелевых жаропрочных сплавов. Способ включает отливку слитка, деформационную обработку слитка, предварительную горячую прокатку и окончательную прокатку, формовку листовых изделий. Предварительную горячую прокатку проводят со степенью деформации не менее 70% и скоростью деформации 1-5 с-1 при Тпрγ'+30÷100°С, окончательную прокатку проводят вхолодную со степенью деформации за проход 5-20%, с суммарной степенью деформации 20-80%, после предварительной горячей прокатки и окончательной холодной прокатки дополнительно проводят термообработку при Тпрγ'+30÷80°С и выдержке 15-60 минут с последующим быстрым охлаждением, а формовку листовых изделий осуществляют холодной штамповкой. Способ обеспечивает формирование оптимального структурного состояния с высокой технологической пластичностью при операциях горячей и холодной прокатки листов, высокие коэффициенты штампуемости, высокий уровень эксплуатационных свойств листовых изделий и снижение трудоемкости их изготовления. 2 табл., 4 пр.

 

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.

Известен способ изготовления изделий из листов сплава In 718 методом сверхпластической формовки, включающий отливку слитка, горячую прокатку, закалку при температуре 1060°С с выдержкой в течение 15 мин, старение в интервале температур 730-800°С в течение 1-2 часов, холодную прокатку на лист со степенью деформации не менее 60%, рекристаллизационный отжиг при температуре 900°С в течение 30 минут и суперпластическую деформацию листа при температуре 970±10°С под напряжением 45-60 МПа (патент США №6328827).

Недостатками этого способа являются невозможность его использования для изготовления изделий из жаропрочных сплавов, не имеющих эффекта сверхпластичности, и низкая производительность процесса.

Известен способ изготовления полых заготовок за счет операции многократной вытяжки и их термической обработки, отличающийся тем, что перед каждой последующей операцией вытяжки полых заготовок из дисперсионно-твердеющего сплава осуществляют их термическую обработку в защитной среде с последующим ускоренным охлаждением, обеспечивающим образование однофазной структуры сплава (патент РФ №2064356).

Недостатком этого способа является отсутствие в исходном материале подготовленной однородной структуры с высоким уровнем технологической пластичности, что приводит к необходимости применения операций многопереходной вытяжки с промежуточными термообработками.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления листовых изделий из сплава типа Inconel 718, включающий отливку слитка, деформационную обработку слитка, предварительную горячую прокатку, окончательную прокатку и сверхпластическую формовку, отличающийся тем, предварительную горячую прокатку ведут в однофазной области сплава, а окончательную прокатку ведут в интервале температур 975-825°С со скоростью деформации 10-4-101 c-1, с суммарной степенью деформации не менее 50% по крайней мере за два прохода для обеспечения протекания динамической рекристаллизации (патент РФ №2269589).

Недостатками этого способа являются невозможность его использования для изготовления изделий из жаропрочных сплавов, не имеющих эффекта сверхпластичности, низкая производительность процесса, сложность холодной прокатки листов. Сплавы с зернами микронного размера имеют повышенную пластичность в интервале температур Тпрγ'-30-100°С, низкую пластичность и высокую прочность при нормальной температуре. Сплав Inconel 718 с зернами 6 мкм имеет предел текучести 1280 МПа и удлинение 17%. При формировании в сплаве структуры с зернами 0,5-1 мкм сплав будет иметь более высокий предел текучести и удлинение менее 17%, что создает значительные трудности при его холодной прокатке.

Технической задачей изобретения является разработка способа получения листовых изделий из никелевых жаропрочных сплавов, который обеспечивает формирование оптимального структурного состояния с высокой технологической пластичностью при операциях горячей и холодной прокатки листов, высокие коэффициенты штампуемости, высокий уровень эксплуатационных свойств листовых изделий и снижение трудоемкости их изготовления.

Для достижения поставленной задачи предложен способ получения листовых изделий из никелевых жаропрочных сплавов, включающий отливку слитка, деформационную обработку слитка, предварительную горячую прокатку и окончательную прокатку, формовку листовых изделий, отличающийся тем, что предварительную горячую прокатку проводят со степенью деформации не менее 70% и скоростью деформации 1-5 с-1 при Тпрγ'+30÷100°С, окончательную прокатку проводят вхолодную со степенью деформации за проход 5-20%, с суммарной степенью деформации 20-80%, после предварительной горячей прокатки и окончательной холодной прокатки дополнительно проводят термообработку при Тпрγ'+30÷80°С и выдержке 15-60 минут с последующим быстрым охлаждением, а формовку листовых изделий осуществляют холодной штамповкой.

Примеры осуществления

Для практического осуществления изобретения был выбран сплав ВЖ172, содержащий 20-24% γ'-фазы с температурой ее полного растворения 1020°С, сплав ВЖ159, содержащий 12-15% γ'-фазы с температурой ее полного растворения 1020°С, сплав ВЖ163, содержащий 12-15% γ'-фазы с температурой ее полного растворения 990°С.

Пример 1

Слитки из сплава ВЖ172 выплавляли в вакуумно-индукционной печи, затем ковали на прессе на сутунки толщиной 30-40 мм.

Сутунки подвергали предварительной горячей прокатке на листы толщиной 3,0-4 мм с суммарной степенью деформации 90% со скоростью деформации 1-5 с-1 после нагрева на температуру 1080°С (Тпрγ'+60). При этом в горячекатаных листах формировалась частично рекристаллизованная структура с зернами размером 5-40 мкм.

Горячекатаные листы подвергали термообработке при температуре 1080°С (Тпрγ'+60) с выдержкой 60 минут и охлаждением в воде, после проведения которой предел текучести сплава ВЖ172 σ0,2=520-550 МПа, относительное удлинение δ=45-50%.

Горячекатаные листы после термообработки прокатали вхолодную на листы толщиной 1,5-2,0 мм с суммарной степенью деформации 50%.

Листы после окончательной холодной прокатки подвергали термообработке при температуре 1080°С (Тпрγ'+60) с выдержкой 60 мин и охлаждением в воде.

Предлагаемый режим термообработки холоднокатаных листов обеспечивает высокую технологическую пластичность (штампуемость) сплава ВЖ172 при вытяжке Квыт=0,49.

Из холоднокатаных листов толщиной 1,6-2,0 мм вырезали заготовки диаметром 100,105 мм и изготавливали листовые изделия вытяжкой за один переход.

Пример 2

Листовые изделия из сплава ВЖ159 по предлагаемому способу изготавливали вытяжкой по параметрам, приведенным в таблице 1. Сутунки подвергали предварительной горячей прокатке на листы толщиной 6-7,5 мм с суммарной степенью деформации 90% со скоростью деформации 1-4,5 с-1 после нагрева на температуру 1120°С (Тпрγ'+100).

Горячекатаные листы подвергали термообработке при температуре 1100°С (Тпрγ'+80) с выдержкой 60 мин и охлаждением на воздухе, после проведения которой предел текучести сплава ВЖ159 σ0,2=350-380 МПа, относительное удлинение δ=65-70%, что обеспечивает максимальную (не менее 85%) технологическую пластичность при их последующей окончательной холодной прокатке.

Горячекатаные листы после термообработки прокатали вхолодную на листы толщиной 1,5-2,0 мм с суммарной степенью деформации 80%.

Листы после окончательной холодной прокатки подвергали термообработке при температуре 1100°С (Тпрγ'+80) с выдержкой 15 минут и охлаждением на воздухе.

Предлагаемый режим термообработки холоднокатаных листов обеспечивает высокую технологическую пластичность (штампуемость) сплава ВЖ159 при вытяжке Квыт=0,47.

Из холоднокатаных листов толщиной 1,2-1,5 мм вырезали заготовки диаметром 105,110 мм для изготовления листовых изделий вытяжкой за один переход.

Пример 3

Изделия из сплава ВЖ163 по предлагаемому способу изготавливали гибкой по параметрам, приведенным в таблице 1. Сутунки подвергали предварительной горячей прокатке на листы толщиной 3-4 мм с суммарной степенью деформации 75% со скоростью деформации 1-4 с-1 после нагрева на температуру 1050°С (Тпрγ'+60).

Горячекатаные листы подвергали термообработке при температуре 1020°С (Тпрγ'+30) с выдержкой 15 минут и охлаждением в воде, после проведения которой предел текучести сплава ВЖ163 σ0,2= 390-410 МПа, относительное удлинение δ=65-70%, что обеспечивает максимальную (не менее 75%) технологическую пластичность при их последующей окончательной холодной прокатке.

Горячекатаные листы после термообработки прокатали вхолодную на листы толщиной 2,4-3,2 мм со степенью деформации 20%.

Листы после окончательной холодной прокатки подвергали термообработке при температуре 1020°С (Тпрγ'+30) с выдержкой 15 минут и охлаждением в воде.

Предлагаемый режим термообработки холоднокатаных листов обеспечивает высокую технологическую пластичность (штампуемость) сплава ВЖ163 при гибке, минимальный относительный радиус гиба равен 0,5S, где S - толщина материала.

Из холоднокатаных листов толщиной 2,4-3,2 мм вырезали заготовки размером 80×100 мм для изготовления изделий типа «уголок» гибкой.

Свойства изделий из сплавов ВЖ172, ВЖ159, ВЖ163 приведены в таблице 2.

Пример №4 (прототип)

Заготовка из сплава Inconel 718 сечением 20 × 600 мм и длиной 2500 мм была изготовлена по технологии, включающей выплавку слитка в вакууме, двойной переплав слитка, последующую деформационную обработку слитка (выше 1000°С) и горячую прокатку с нагревом до температуры однофазной области (1050°С). Из указанной полосы были вырезаны заготовки 200×300×200 мм, которые нагревали до температуры 910°С и выдерживали при данной температуре в течение 30 мин. Затем осуществляли прокатку листа до требуемой толщины при данной температуре в изотермических условиях за четыре прохода, при этом последеформационный отжиг совмещали с нагревом под следующий проход прокатки. Скорость деформации при прокатке составляла 10-1с-1. В результате были получены листы толщиной 5 мм.

В предлагаемом способе режимы термообработки горячекатаных листов обеспечивают формирование структуры с зернами размером 20-35 мкм и за счет значительного снижения предела текучести сплавов и повышения относительного удлинения обеспечивают высокую технологическую пластичность сплавов при их последующей окончательной холодной прокатке и позволяют изготавливать листы толщиной до 1,2 мм и более тонкие без проведения повторных термообработок.

Предлагаемые режимы термообработки холоднокатаных листов обеспечивают высокую технологическую пластичность (штампуемость) сплавов при операциях холодной листовой штамповки, а также высокую производительность изготовления изделий.

Из таблицы 2 видно, что при изготовлении листовых изделий из сплава ВЖ172, ВЖ159, ВЖ163 предел текучести возрастает на 12-15%, временное сопротивление на 14%, KCU в 3 раза, длительная прочность в 1,4-1,5раза, предел усталости на базе 2×107ц, 20°С на 15-20%.

Получение листовых изделий по предлагаемому способу позволяет сократить по сравнению с прототипом время их изготовления на несколько порядков. При этом существенно повышается качество получаемых листовых изделий за счет отсутствия окисления поверхностного слоя и уменьшения шероховатости поверхности. При предлагаемом способе не требуется применения дорогостоящего оборудования.

Способ получения листовых изделий из никелевых жаропрочных сплавов, включающий отливку слитка, деформационную обработку слитка, предварительную горячую прокатку и окончательную прокатку, формовку листовых изделий, отличающийся тем, что предварительную горячую прокатку проводят со степенью деформации не менее 70% и скоростью деформации 1-5 с-1 при Тпрγ'+30÷100°С, окончательную прокатку проводят в холодную со степенью деформации за проход 5-20%, с суммарной степенью деформации 20-80%, после предварительной горячей прокатки и окончательной холодной прокатки дополнительно проводят термообработку при Тпрγ'+30÷80°С и выдержке 15-60 мин с последующим быстрым охлаждением, а формовку листовых изделий осуществляют холодной штамповкой.



 

Похожие патенты:
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, 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 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 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 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.
Изобретение относится к сплавам аккумуляторов водорода. Сплав Ni-B с дефектами структуры, который получен путем кристаллизации расплава Ni-B под воздействием импульсного электрического тока, предложено применять в качестве аккумулятора водорода. Обеспечивается образование большого количества дефектов структуры сплава, которые являются центрами насыщения сплава водородом, что позволяет использовать полученный аккумулятор водорода в производстве энергетических машин для транспорта.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению жаропрочных сплавов на основе никеля, обладающих высоким сопротивлением ползучести и растяжению. Способ изготовления заготовки детали из суперсплава на основе Ni, содержащего, по меньшей мере, 50 мас.% Ni и в сумме, по меньшей мере, 2,5 мас.% Nb и Ta, включает получение указанного суперсплава и осуществление термической обработки указанного суперсплава. Термическую обработку указанного суперсплава осуществляют в несколько стадий. Первую стадию осуществляют при температуре 900-1000°C в течение по меньшей мере 30 минут, а вторую стадию - при температуре 940-1020°C в течение от 5 до 90 минут, при этом разность температур между указанными двумя стадиями составляет по меньшей мере 20°C. Сплав на основе никеля обладает высокими значениями стойкости к ползучести и сопротивления растяжению. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил., 3 табл.

Группа изобретений относится к технике производства тонких прутков и проволоки, обладающих эффектом «памяти» формы и сверхупругостью из сплавов системы никель-титан с эффектом «памяти» формы, используемых в авиации, радиоэлектронике, медицине, космической технике, машиностроении и других областях техники. Способ получения прутка из сплава системы никель-титан с эффектом памяти формы заключается в том, что создают сплав с эффектом памяти формы, изготавливают из сплава прессованием или поперечно-винтовой прокаткой заготовку в виде прутка, нагревают ее и изготавливают из заготовки пруток ротационной ковкой в несколько стадий до нужного размера с промежуточным нагревом заготовки между стадиями ковки, причем нагрев заготовки перед ротационной ковкой и промежуточный нагрев осуществляют до температуры 300-500°C. Способ получения проволоки из сплава системы никель-титан с эффектом памяти формы характеризуется тем, что из полученного прутка изготавливают проволоку теплым или холодным волочением. Способ получения сплава системы никель-титан с эффектом «памяти» формы для дальнейшего получения прутка и проволоки заключается в том, что обкладывают стенки и дно тигля из высокопрочного графита никелевыми пластинами, закладывают остальную шихту внутрь тигля, расплавляют ее в вакуумной индукционной печи, выдерживают расплав, разливают его в вакууме в изложницы и охлаждают с получением слитков, после чего изготавливают электрод из полученных слитков или из прутков, полученных из этих слитков, осуществляют электронно-лучевой переплав материала электрода в вакууме не менее 5×10-3 мм рт.ст. и формируют слиток в медном кристаллизаторе. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 табл.
Наверх