способ изготовления раскатных кольцевых заготовок из высоколегированных никелевых сплавов

Формула изобретения

1. Способ изготовления раскатных кольцевых заготовок из высоколегированных никелевых сплавов, включающий получение исходных колец прямоугольного сечения осадкой, прошивкой и разгонкой или осадкой, сверлением и обточкой мерных заготовок из прутков большого диаметра, их нагрев и теплую раскатку на кольцепрокатном стане со степенью деформации на каждом переходе, превышающей 20% в условиях, близких к изотермическим, с обеспечением регулирования деформационного тепловыделения дозированием степени и скорости деформации после нагрева в интервале температур гетерогенного состояния до получения прямоугольных или фигурных сечений, нагрев, калибровку по диаметру в нагретом состоянии и окончательную термообработку в виде закалки с различными скоростями охлаждения и одно- или двухступенчатого старения, отличающийся тем, что исходные кольца получают из стареющих никелевых сплавов с -фазой, превышающей 25%, для перевода которых в перестаренное состояние перед нагревом исходных колец под теплую раскатку осуществляют их термообработку в виде нагрева в течение 0,5 - 2,0 ч с поддержанием температуры, превышающей на 10 - 30^oС температуру полного растворения -фазы используемого сплава, медленного охлаждения с печью со скоростью 0,5 - 1,0 град/мин до температуры 1000 - 950^oС и выдержки при этой температуре в течение 3 - 10 ч с последующим охлаждением на воздухе, а нагрев под раскатку производят при 950 - 1000^oС в течение 1 - 2 ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед термообработкой для перестаривания осуществляют нагрев исходных колец до температуры, превышающей на 10 - 30^oС температуру полного растворения -фазы используемого сплава, в три стадии: на первой - нагрев до температуры 70050^oС один час, на второй - до температуры 95050^oС один час, на третьей - до температуры, превышающей на 10 - 30^oС температуру полного растворения -фазы.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на исходные кольца наносят теплоизолирующее покрытие перед их нагревом под теплую раскатку.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что теплую раскатку на кольцепрокатном стане осуществляют за три перехода, на первом - со степенью деформации 20 - 30%, на втором - со степенью деформации 30 - 40%, на третьем - 40% и более.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что термообработку для перестаривания колец и нанесение на них теплоизолирующего покрытия осуществляют перед нагревом под каждый переход теплой раскатки.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что перед нагревом раскатных кольцевых заготовок под калибровку осуществляют их термообработку для перестаривания по режимам термообработки для перестаривания колец перед теплой раскаткой, а нагрев раскатных кольцевых заготовок под калибровку осуществляют по режимам нагрева колец под теплую раскатку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам изготовления кольцевых заготовок для деталей газотурбинных двигателей, и может найти применение в отраслях промышленности, где изготавливаются различные кольцеобразные изделия из стареющих никелевых сплавов, в особенности - из сплавов с количеством -фазы более 25%.

Известен способ изготовления кольцевых заготовок из горячекатаных профилей стареющих никелевых сплавов, содержащий изготовление сварных колец прямоугольного сечения, теплую раскатку их в условиях, близких к изотермическим, обеспечиваемых посредством регулирования деформационного тепловыделения за счет дозирования степени и скорости деформации, до получения простых или фигурных сечений со степенью деформации не менее 10% после двухступенчатого нагрева в интервале температур гетерогенного состояния, горячую или холодную калибровку и последующую термообработку, режимы которой определяются параметрами раскатки [1]. При этом основным достоинством горячей калибровки является возможность большей степени деформации за один переход (до 1-5%), чем в случае холодной калибровки (до 1-2%). Основным достоинством холодной калибровки является получение наиболее высокой точности кольцевых заготовок по диаметру.

Недостаток этого способа - невозможность его применения для стареющих никелевых сплавов с количеством -фазы свыше 25% вследствие низкой начальной пластичности и ограниченной возможности деформации их за один нагрев, а также из-за непригодности их к сварке.

Известен способ изготовления раскатных кольцевых заготовок из стареющих никелевых сплавов, включающий изготовление исходных колец прямоугольного сечения, сварных или бесшовных, теплую двухпереходную раскатку в условиях, близких к изотермическим обеспечиваемых посредством регулирования деформационного тепловыделения за счет дозирования степени и скорости деформаций, до получения простых или фигурных сечений со степенью деформации не менее 20% после двухступенчатого нагрева в интервале температур гетерогенного состояния и последующие калибровку и термообработку, причем первый переход раскатки осуществляется со степенью деформации 20-30%, а при втором, после дополнительного нагрева при тех же условиях, что и перед первым переходом, раскатывают до получения параметров сечения и диаметра готовых изделий [2] (прототип).

Недостаток этого способа - невозможность его применения для стареющих сплавов с количеством -фазы свыше 25% вследствие невозможности приведения таких сплавов в термостабильное в гетерогенной области температур перестаренное состояние в нагревательной печи под раскатку посредством совмещения ступенчатого нагрева и охлаждения с целью необходимого выделения фаз с нагревом под раскатку, вследствие чего происходит трещинообразование.

Сплавы с количеством -фазы свыше 25% не используются для изготовления изделий с применением сварки, поэтому сварных заготовок под раскатку из них изготовить нельзя. Изготовление бесшовных заготовок под раскатку также сопряжено с большими трудностями, особенно в стадии прошивки и разгонки: образуется большое количество трещин, в т.ч. крупных (это зависит прежде всего от массы заготовок и от соотношения высоты и диаметра прутка мерной длины и размеров конечного изделия кольца). Как правило, в особо неблагоприятных случаях соотношений указанных параметров исходной заготовки и конечного изделия после осадки вместо прошивки и разгонки используются сверление необходимого отверстия и, при необходимости, обточка по наружному диаметру. Однако для колец массой менее 30-40 кг (это зависит еще и от соотношений параметров исходной заготовки и конечного изделия) используются осадка, прошивка и разгонка (иногда с небольшой проточкой по внутреннему диаметру для удаления мелких трещин). Эти операции по сравнению с осадкой сверлением и обточкой более предпочтительны потому, что при их использовании меньше металла уходит в шихту: при сверлении 100% металла из зоны, образующей отверстие, уходит в виде стружки в шихту, а при прошивке - только 15-30% объема указанной зоны в виде "выдры".

Положение с трещинообразованием усугубляется еще и тем, что, как правило, с трудом полученные исходные заготовки для раскатки из указанных сплавов с массивными сечениями уже в стадии прогрева их после посадки в печь с температурами свыше ~ 1050^oС склонны к трещинообразованию в результате "термического удара" по внутренней поверхности исходных заготовок (т.к. именно на внутренней поверхности их аккумулируются в стадии прогрева максимальные термические напряжения [3] ). Трещины при этом имеют явно выраженный межзеренный характер [4]. Кроме того, при переносе нагретых заготовок из таких сплавов с возможностью выделения большого количества -фазы от печи к стану происходит дополнительный распад из-за частичного понижения температуры перед началом раскатки с выделением мелкодисперсных частиц, резко понижающих пластичность и повышающих возможность трещинообразования.

Калибровка указанных раскатных заготовок по диаметру осуществляется после нагревов при высоких температурах (1100-1140^oС) и так же, как и раскатка, сопровождается интенсивным трещинообразованием, поэтому производится в несколько переходов до 0,5-1,5%.

Технический результат изобретения:

обеспечение возможности 3-переходной деформации без трещин (с повышением допустимой степени ее от перехода к переходу) исходных заготовок из стареющих никелевых сплавов с количеством -фазы свыше 25%;

- предотвращение трещинообразования из-за "термического удара" и из-за понижения пластичности за счет дополнительного распада при переносе заготовок от печи к стану;

- обеспечение сохранения температуры начала деформации, близкой к температуре нагрева под раскатку;

- предотвращение трещинообразования при калибровке, расширение допустимого диапазона деформации при ней, использование, при необходимости, более точной калибровки в холодном состоянии;

- формирование однородной мелкозернистой структуры и, как следствие, высокого и стабильного уровня механических свойств.

Указанный технический результат достигается тем, что исходные заготовки перед нагревом под раскатку переводят в перестаренное состояние в печи для термообработки за счет нагрева в течение 0,5-2,0 ч и температуре, на 10-30^oС выше температуры растворения -фазы данного сплава, медленного охлаждения с печью со скоростью 0,5-1,0 град/мин до температуры 1000-950^oС и выдержки при этой температуре в течение 3-10 ч с последующим охлаждением на воздухе, а нагрев под раскатку производят в нагревательной печи при 950-1000^oС в течение 1-2 ч. Указанная термообработка перед нагревом под раскатку позволяет сформировать пилообразное (зубчатое) строение границ зерен в заготовках перед раскаткой, обусловливает полное предотвращение склонности их к трещинообразованию при последующей деформации и повторных нагревах. Нагрев заготовок под раскатку при температурах 950-1000^oС является оптимальным. При нагревах свыше 1000^oС сплав становится менее перестаренным, а следовательно, и менее термостабильным, что отрицательно сказывается на деформируемости. Нагревы заготовок под раскатку ниже 950^oС обусловливают существенное падение уровня начальной пластичности и повышение сопротивления деформации, из-за чего затрудняется реализация процесса раскатки.

Выбор температуры нагрева под раскатку в интервале 1000-950^oС сопровождается следующими соображениями:

- чем ниже выбранная в пределах указанного интервала температура, тем меньше вероятность трещинообразования в процессе раскатки и тем мельче и однородней структура в готовой продукции после полной термообработки, однако нагрузка на стан при этом наибольшая (из-за более высокого сопротивления деформированию), а пластичность несколько понижается;

- чем выше выбранная в пределах указанного интервала температура, тем меньше нагрузка на стан и выше начальная пластичность; однако формирующаяся в готовой продукции после раскатки, калибровки и полной термообработки структура становится несколько более крупнозернистой и менее однородной, чем в случае использования более низких температур указанного интервала.

Предотвращение трещинообразования от воздействия "термического удара" при резких нагревах до температур свыше ~ 1050^oС обеспечивается за счет того, что выход на температуру на 10-30^oС выше температуры полного растворения -фазы используемого сплава перед переводом его в перестаренное состояние осуществляется в три стадии: первая - нагрев до 70050^oС, ~ 1 ч, вторая - дальнейший нагрев до 95050^oС, ~ 1 ч и третья - до температуры, на 10-30^oС выше температуры полного растворения -фазы используемого сплава.

Предотвращение трещинообразования из-за понижения пластичности от дополнительного распада и из-за понижения пластичности в результате подстуживания на 40-70^oС обеспечивается тем, что на исходные кольца после перестаривания перед нагревом под раскатку наносят теплоизолирующее покрытие (например, наклеивается асботкань). Это покрытие существенно понижает (сводит до минимума) теплопотери нагретых под раскатку заготовок при транспортировке их от печи к стану.

Предотвращение трещинообразования из-за понижения пластичности от дополнительного распада и из-за понижения пластичности в результате подстуживания на 40-70^oС обеспечивается тем, что на исходные кольца после перестаривания перед нагревом под раскатку наносят теплоизолирующее покрытие (например, асботкань). Это покрытие существенно понижает (сводит до минимума) теплопотери нагретых под раскатку заготовок при транспортировке их от печи к стану.

Деформационные возможности заготовок из стареющих никелевых сплавов с количеством -фазы свыше 25% существенно повышаются за счет разделения процесса раскатки на 3 перехода (в зависимости от размеров сечения и конечного диаметра), причем допустимый степенной интервал каждого из них (при переходе от одного к другому) плавно нарастает за счет проявления более выраженной зубчатости границ зерен, а также за счет выравнивания размеров самих зерен, средняя величина которых от перехода к переходу плавно уменьшается, и выравнивания размеров укрупняющихся за счет перестаривания частиц -фазы.

С учетом указанного изменения деформируемости заготовок весь процесс раскатки, например колец большого диаметра, разделяется на три перехода, первый из которых проводится на степень 20-30%, второй - на 30-40%, а третий на 40% и более. При этом следует иметь в виду, что если диаметр у конечного изделия небольшой и для его получения необходима деформация всего на 20-30%, то раскатка, естественно, проводится всего за один переход. В три перехода раскатываются кольца большого диаметра с большой суммарной деформацией (свыше 60%). В промежуточных ситуациях раскатка проводится в два перехода. Например, при исходной толщине сечения заготовки для кольца в 100 мм после раскатки на ~ 30% она становится равной 70 мм, а после раскатки во втором переходе на 30-40% (от 70 мм) она будет равна 49-42 мм (т.е. общая деформация при этом будет равна 51-58%, а не 60-70%, как это кажется на первый взгляд). Таким образом, при общей деформации до 20-30% раскатка проводится в один переход, до 50-60% в два перехода, во всех других случаях в три перехода.

Нарастание деформационных возможностей раскатываемых заготовок от перехода к переходу обеспечивается также тем, что перестаривание и нанесение теплоизолирующего покрытия производят перед каждым нагревом на каждый переход раскатки.

Для того чтобы уменьшить распад (и, как следствие, охрупчивание) в процессе калибровки из-за интенсивного охлаждения от соприкосновения с массивной калибровочной оснасткой, саму калибровку проводят не после высокотемпературного нагрева при 1100-1140^oС (как это делается в преимущественном большинстве случаев), а тоже, как и раскатку, после перестаривания, за счет использования такой же ступенчатой термообработки, как и перед раскаткой, и так же, как и при раскатке, используется теплоизолирующее покрытие. Т. е. перед калибровкой раскатные кольца переводят в перестаренное состояние посредством нагрева в течение 0,5-1,0 ч при температуре на 10-30^oС выше температуры полного растворения -фазы используемого сплава (для сплава ЭП 742ИД ~ при 1140-1160^o), медленного охлаждения с печью со скоростью 0,5-1,0 град/мин до температуры 1000-950^oC и выдержки при этой температуре в течение 3-10 ч с последующим охлаждением на воздухе, а нагрев под калибровку производят при 950-1000^oС в течение 1-2 ч. При этом нагрев под калибровку в заданном интервале 950-1000^oС предпочтительнее выбирать около 1000^oС (например, при 99010^oС), т.к. деформация при калибровке маленькая (<5%) по сравнению с раскаткой (у которой разовая деформация 20%), тепловой эффект деформации практически отсутствует, теплоотдача в оснастку очень большая (вследствие касания с ней по всему контуру, а не в отдельной бегущей по контуру зоне, как при раскатке) - все это обусловливает более ускоренное в единицу времени остывание колец при калибровке по сравнению с раскаткой. Именно это является причиной необходимости придерживаться более высокой температуры нагрева под калибровку в заданном оптимальном интервале 950-1000^oС. В результате указанных термообработки теплоизоляции и нагрева под калибровку деформационные возможности при горячей калибровке существенно повышаются по сравнению с калибровкой после нагрева при 1100-1110^oС до 4-5%. При необходимости калибровку можно производить в холодном состоянии до 1-2%. Для этого заготовки после ступенчатой термообработки (перестаривания) нужно резко охладить в воде (а теплоизоляцию и нагрев под калибровку не использовать), в результате чего полностью подавляется выделение мелкодисперсных частиц -фазы, понижающих пластичность. После калибровки производится окончательная термообработка по ТУ на готовую продукцию.

Перестаривание производится посредством медленного охлаждения с температур, несколько превышающих температуру растворения -фазы используемого сплава, до температур, обеспечивающих довольно большую долю выделения крупных частиц этой -фазы (~ до 50-80% от максимально возможного количества в используемом сплаве). В результате этого стареющий сплав обретает повышенный уровень пластичности в области температур гетерогенного состояния по сравнению с различными другими состояниями и самое главное он становится существенно менее склонным к распаду в условиях, меняющихся при раскатке и калибровке температур, чем в случае деформации без использования перестаривания.

Отличительная особенность перестаренного состояния: частицы -фазы крупные, равномерные по размеру и равномерно распределенные в объеме зерен и межзеренных границ; расстояния между частицами сравнительно большие (значительно в десятки раз больше, чем, например, после стандартного старения); деформационные возможности стареющего сплава в указанном состоянии при заниженных температурах (в области температур гетерогенного состояния) наиболее высокие по сравнению с любыми другими состояниями. Замедленное охлаждение с высоких температур стареющих сплавов с большим потенциально возможным количеством -фазы (например, свыше 25%) обеспечивает оптимальное чередование частиц -фазы и карбидов на границах зерен. Указанное чередование частиц сопровождается формированием пилообразного (зубчатого) строения границ зерен, что является весьма эффективным средством подавления склонности стареющих сплавов к трещинообразованию в температурном интервале деформации [5] (которое происходит в них именно преимущественно по границам зерен).

Таким образом, указанный технический результат изобретения приводит к реализации возможности бездефектной раскатки и калибровки кольцевых заготовок из высоколегированных стареющих сплавов на никелевой основе (например, из сплава ЭП 742), которые в недавнем прошлом считались пригодными только к деформации методами прессования или экструдирования [6].

В случаях, когда сечения исходных заготовок под раскатку характеризуются относительно небольшой величиной, п. 2 формулы изобретения может быть использован только перед первым переходом раскатки. А перед вторым и третьим переходами раскатки (при любых по величине сечениях) п.2 формулы изобретения может использоваться частично (нагрев начинается не с температуры 70050^oС, а сразу с температуры 90050^oС) либо не используются совсем. Допустимость всего этого уточняется экспериментально.

Сопоставительный анализ заявленного решения показывает, что новый способ отличается от известного тем, что исходные заготовки перед раскаткой подвергают специальной термообработке перестариванию посредством медленного охлаждения с печью из области температур гомогенного состояния до температур 1000-950^oС и выдержки при этих температурах. При этом для предотвращения проявления термического удара (главным образом - перед первым переходом раскатки) выход на температуру гомогенного состояния производится плавно, в три стадии. Чтобы уменьшить теплопотери при переносе заготовок от печи к стану, на них наносят теплоизолирующее покрытие (в начальный момент раскатки большая часть его, как правило, осыпается). Весь процесс деформации при раскатке разделяется на три перехода, начальный резерв пластичности в каждом из которых, при переходе от одного к другому, плавно возрастает. Перестаривание и теплоизоляция производятся перед каждым переходом раскатки. Нагрев под раскатку производится в диапазоне температур 97525^oС в течение 1-2 ч.

Горячая калибровка производится тоже в перестаренном состоянии после нагрева при 99010^oС в течение 1-2 ч. Допустимая степень деформации при этом - 1-5%. В том случае, когда необходима высокая точность внутреннего диаметра или нужна дополнительная рихтовка после горячей калибровки, производится холодная калибровка (до 1-2%), перед которой заготовки после перестаривания резко охлаждают в воде.

Как видно из описания изобретения, заготовки перед раскаткой проходят специальную термообработку. В связи с этим и нагрев под раскатку становится иным: уровень температур и время нагрева под раскатку и калибровку в предлагаемом способе существенно ниже и меньше, чем в способе-прототипе и представляет собой всего одну температурную ступень. Причем специальная термообработка позволяет существенно расширить допустимый диапазон горячей калибровки с 0,5-1,5% до 1-5%. А в том случае, когда после специальной термообработки производится резкое охлаждение в воде, становится возможной калибровка в холодном состоянии на 1-2%. Из сказанного следует, что предлагаемый способ по отношению к способу прототипу обладает существенными отличительными признаками.

Известно техническое решение [2] (прототип), в котором кольцевые заготовки из жаропрочных никелевых сплавов подвергают теплой двухпереходной раскатке в условиях, близких к изотермическим, со степенями деформации не менее 20%, после двухступенчатого нагрева в интервале температур гетерогенного состояния, причем первый переход раскатки заготовок осуществляется со степенью деформации 20-30%, а второй, после повторного двухступенчатого нагрева - до окончательных размеров изделий.

Однако этот способ раскатки кольцевых заготовок реализуется только для сплавов с умеренным количеством -фазы (приблизительно до 25%), т.к. в таком случае из-за относительной простоты режима гетерогенизации ее можно совместить с нагревом под раскатку. К сплавам с содержанием -фазы свыше 25% он практически неприменим из-за необходимости более полного перестаривания и из-за трудностей реализации длительного двухступенчатого режима термообработки, обеспечивающей перестаривание, в печах, используемых для нагрева под раскатку. Поэтому заготовки из сплавов с большим количеством -фазы перед раскаткой подвергаются длительной двухступенчатой термообработке в специальных термических печах, не являющихся составной частью кольцепрокатного комплекса оборудования, а нагрев их под раскатку производится в нагревательной печи, расположенной у стана, который всего лишь обеспечивает выход на температуру последней ступени, предшествующей термообработки, на которой в заготовках зафиксировано перестаренное состояние. Вместе с тем вследствие весьма ограниченной начальной пластичности стареющих никелевых сплавов с количеством -фазы свыше 25% весь процесс раскатки разделяется на 13 перехода (в зависимости от площади сечения заготовок), деформационные возможности в пределах каждого из которых плавно нарастают за счет формирования структуры с зубчатыми границами зерен и с сочетанием размеров частиц -фазы с размерами зерен твердого раствора, близкими к оптимальному.

Если в способе-прототипе двухступенчатый нагрев с промежуточным медленным охлаждением и последующей выдержкой при температуре второй ступени используется для выделения крупных частиц -фазы за счет перестаривания (что в конечном итоге обусловливает повышение пластичности при температурах теплой деформации), то в новом способе наряду с целью выделения крупных частиц -фазы преследуется цель формирования пилообразных (зубчатый) границ зерен и повышения термостабильности сплава посредством более полного, чем в прототипе, перестаривания за счет охлаждения до таких же или до более низких температур (на ~ 50^oС) и выдержки при них. Кроме того, если в способе-прототипе процесс раскатки делится на два перехода с целью повышения еще не полностью использованного на первом переходе резерва пластичности металла заготовок для второго перехода раскатки путем измельчения зерен твердого раствора за счет рекристаллизации в результате нагрева первой ступени при втором двухступенчатом нагреве и перестаривания при медленном охлаждении и при второй ступени его, то в новом способе процесс раскатки делится на три перехода с целью восстановления околопредельно использованного резерва пластичности металла заготовок на каждом завершенном переходе с одновременным повышением величины его от перехода к переходу за счет совместного воздействия рекристаллизации и перестаривания при двухступенчатых нагревах. Вместе с тем если в способе-прототипе охлаждение заготовок при транспортировке от печи к стану используется как положительный эффект для достаривания сплава (с целью приведения его в более стабильное состояние), то в новом способе это охлаждение, наоборот, сводится к минимуму посредством нанесения теплоизолирующего покрытия (наибольшая стабилизация достигается охлаждением в печи до более низких температур). И наконец, если в способе-прототипе калибровка производится после нагрева при 112020^oС на степень, не превышающую 0,5-1,5% (что, тем не менее, сопровождается интенсивным трещинообразованием), то в новом способе горячая калибровка может проводиться после нагрева при 99010^oС (после специальной термообработки) на степень до 1-5%, а если после специальной термообработки произвести охлаждение заготовок в воде, то становится возможной калибровка их при комнатной температуре на 1-2%. При необходимости основную часть калибровки можно проводить в горячем виде, а доведение размеров до более точных значений осуществлять в холодном виде. Указанные отличия свидетельствуют о новизне предложенного решения.

Изобретение иллюстрируется фотографиями общего вида заготовок, а также макро- и микроструктурой. На фиг.1 показаны общий вид заготовки, раскатанной по способу-прототипу(а), макроструктура и трещины в поперечном сечении (б) и микроструктура в зоне трещинообразования (в). На фиг.2 представлена кольцевая заготовка после первого перехода раскатки по новой технологии: а - вид изнутри, б - вид снаружи. На фиг.3 представлена заготовка (а) и ее поперечное сечение (б) после второго перехода раскатки, калибровки и термообработки. На фиг. 4 представлены сравнительные характеристики микроструктуры (х100 и х500) кольцевых заготовок из сплава ЭП742 ИД, изготовленных по способу-прототипу, (а) и по новой технологии (б).

Предлагаемый способ опробован при изготовлении кольцевых заготовок из сплава ЭП 742ИД (количество -фазы - 35% [6], температура полного растворения -фазы - 1130^oС [7]). Опробование проводилось параллельно по двум вариантам: по способу-прототипу и по новому способу. Обе исходные шайбы (по одной на каждый вариант) весом ~50 кг с внутренним диаметром 170⁺² мм, толщиной сечения 80⁺² мм, высотой сечения 96^+2мм, изготавливали методом осадки, обточки по наружному диаметру и сверления отверстия диаметром 170 мм.

По способу-прототипу первый переход раскатки проводился на степень ~ 30%. На наружной, внутренней и торцевых поверхностях шайбы, охлажденной после раскатки, обнаружены трещины глубиной до ~ 15 мм изнутри и до ~ 10 мм снаружи и с торцов. Шайбу проточили на ~ 20 мм изнутри и на ~ 15 м снаружи и с торцов. Повторили нагрев и провели раскатку второго перехода (тоже на 30%). По всем поверхностям образовалось множество глубоких трешин, причем изнутри более глубоких (до половины толщины сечения), чем снаружи. В угловых зонах трещины наиболее раскрыты (см. фиг.1).

По новой технологии первый раз шайбу подвергли термообработке без использования п. 2 формулы изобретения (нагревали сразу на 1140^oС). Затем ее оклеили асботканью и высушили. Потом нагрели в течение 1,5 ч при 960-980^oС и раскатали на 30%. В охлажденной шайбе на внутренней поверхности обнаружены широкораскрывшиеся в результате раскатки сравнительно глубокие трещины (до ~ 10 мм - см. фиг.2а) остальные поверхности без дефектов (см. фиг.2б). Шайбу проточили изнутри на 15 мм, нагрели с плавным выходом на температуру 1140^oС (в соответствии с п.2 формулы изобретения), охладили с печью в соответствии с п. 1 формулы изобретения, оклеили асботканью просушили, нагрели в течение 1,5 ч при 960-980^oС и раскатали на 40%. Полученная кольцевая заготовка имела безупречно гладкие внутреннюю, наружную и торцевые поверхности (см. фиг.3). Ее затем откалибровали в горячем состоянии с доведением диаметра до точного значения посредством калибровки в холодном состоянии, в соответствии с п. 6 формулы изобретения.

Исследование микроструктуры обеих заготовок показало, что межзеренные границы в заготовке, изготовленной по способу-прототипу, были гладкими, на отдельных участках утолщенными за счет выделения на них сплошных прослоек -фазы (см. фиг.4а, х500), а в заготовке, изготовленной по новой технологии, зубчатые, тонкие, а -фаза крупная, (0,8-1,0 мк), равномерно распределенная в объеме металла (хорошо просматривается даже при увеличении х500 - см. фиг.4б). Механические свойства и параметры микро- и макроструктуры термически обработанной заготовки, полученной по новой технологии, полностью отвечают требованиям ТУ на готовую продукцию.

Итак, на примере сплава ЭП 742ИД показано, что изготовление методом раскатки бездефектных кольцевых заготовок из стареющих никелевых сплавов с количеством -фазы свыше 25% возможно при использовании предлагаемого изобретения. Различные другие варианты технологии, не содержащие медленного прогрева и последующего перестаривания за счет медленного охлаждения с получением зубчатых границ зерен и крупной, равномерно распределенной -фазы, также неизменно сопровождается множественным трещинообразованием, как и способ-прототип (в описании изобретения такие результаты не показаны).

Использование предложенного способа изготовления кольцевых заготовок из стареющих никелевых сплавов с количеством -фазы свыше 25% позволит:

- обеспечить изготовление экономичных заготовок для различных кольцевых деталей ГТД из дорогих и дефицитных высоколегированных сплавов (таких как ЭП 742, ЭП 741 и др., которые до настоящего времени в виде раскатных колец не используются);

- обеспечить формирование в деформируемых заготовках зубчатого строения границ зерен, обусловливающих повышенную деформируемость и полное предотвращение трещинообразования;

- обеспечить снижение металлоемкости заготовок для кольцеообразных деталей ГТД за счет перевода на кольцевую раскатку заготовок, изготавливаемых методами штамповки, ковки, выточки и др.

- обеспечить получение однородной мелкозернистой структуры в конечных изделиях и, как следствие, высокий и стабильный уровень механических свойств.

Источники информации

1. Патент РФ 2013175.

2. Патент РФ 2069595.

3. Шустович В.М. Расчет на прочность кольцевых деталей металлургического оборудования. М.: Машиностроение, 1976, с.134.

4. Жаропрочные сплавы для газовых турбин. Перевод с английского. М.: Металлургия, 1981, с.367.

5. Гессингер Г.Х. Порошковая металлургия жаропрочных сплавов. Перевод с английского. Челябинск: Металлургия, 1988, с.118-119, 177.

6. Масленкова Е.А., С.Б.Масленков и др. Структура и свойства жаропрочного сплава ХН62БМКТЮ (ЭП 742)-МиТОМ, 1992, 11, с.20-24.

7. Масленков С.Б., Кабанов И.В. и др. Влияние температуры и скорости деформирования на пластичность сплава ХН62БМКТЮ. - МиТОМ, 1991, 10, с.21-23.