способ термомеханической обработки заготовок из гранул высоколегированных жаропрочных сплавов на никелевой основе

Формула изобретения

Способ термомеханической обработки заготовок из гранул высоколегированных жаропрочных сплавов на никелевой основе, содержащих 55-60% упрочняющей ^/-фазы, включающий горячее изостатическое прессование, высокотемпературный отжиг компактированной заготовки и ее охлаждение с регламентированной скоростью 2-5°С/ч до температуры на 90-200°С ниже температуры отжига с последующим охлаждением до комнатной температуры, нагрев заготовки до температуры деформации и ее многостадийную деформацию с общей степенью деформации 45-80%, включая степень деформации на заключительной стадии 27-45%, с промежуточными рекристаллизационными отжигами между стадиями и термическую обработку, состоящую из закалки и старения, при этом нагрев под закалку выполняют до температуры на 15-35°С ниже температуры перехода в однофазную область.

Описание изобретения к патенту

Предполагаемое изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении заготовок дисков для газотурбинных двигателей из гранул высоколегированных жаропрочных сплавов на никелевой основе.

Известен способ термической обработки изделий из жаропрочных деформируемых дисперсионно-твердеющих сплавов на никелевой основе, включающий закалку, которую проводят при температуре на 30-100°С выше Тп.р. '-фазы с выдержкой при этой температуре не менее 5 мин и последующим охлаждением на воздухе, и ступенчатое старение, которое осуществляют в три ступени, где первая ступень включает нагрев до температуры на 50-100°С ниже Тп.р. '-фазы с выдержкой при этой температуре не менее 2 ч и последующее охлаждение на воздухе, вторая ступень - нагрев до температуры 770-860°С с выдержкой при этой температуре не менее 5 ч и последующее охлаждение на воздухе, а третья ступень - нагрев до температуры 660-750°С с выдержкой при этой температуре не менее 10 ч и последующее охлаждение на воздухе, где Тп.р. '-фазы - температура полного растворения '-фазы (Патент РФ № 2256723, C22F 1/10, 24.05.2004 г.).

Недостатками этого способа является получение низкого уровня механических и эксплуатационных характеристик.

Известен способ термомеханической обработки заготовок из гранулируемых высоколегированных никелевых сплавов, включающий горячее изостатическое прессование, отжиг, двустадийную деформацию с регламентированной степенью деформации 20-25% на каждой стадии при суммарной степени деформации 35-40% с промежуточным рекристаллизационным отжигом, осуществляемым при температуре на 40-50°C ниже температуры полного растворения '-фазы и термическую обработку (Патент РФ № 2259902, C22F 1/10, 10.09.2005 г.), прототип.

Недостатками этого способа является получение низкого уровня механических и эксплуатационных свойств заготовок из гранул высоколегированных никелевых сплавов, содержащих 55-60% упрочняющей '-фазы, а именно показателя временного сопротивления разрыву, длительной прочности, пластичности и сопротивления малоцикловой усталости при 650°С, что приводит к уменьшению длительности ресурсных характеристик и увеличению расхода дефицитных дорогостоящих материалов.

Предлагается способ термомеханической обработки заготовок из гранул высоколегированных жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий горячее изостатическое прессование, высокотемпературный отжиг компактированной заготовки с регламентированной скоростью охлаждения 2-5°С/ч до температуры на 90-200°С ниже температуры отжига, многостадийную деформацию с общей степенью деформации 45-80%, включая регламентированную степень на заключительной стадии 27-45%, промежуточным рекристаллизационным отжигом между стадиями и термическую обработку, состоящую из закалки и старения, при этом нагрев под закалку выполняют при температуре на 15-35°С ниже температуры перехода в однофазную область.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что охлаждение от температуры высокотемпературного отжига ведут с регламентированной скоростью 2-5°С/ч до температуры на 90-200°С ниже температуры отжига, многостадийную деформацию осуществляют с общей степенью деформации 45-80%, включая регламентированную степень деформации на заключительной стадии 27-45%, а закалку выполняют при температуре на 15-35°С ниже температуры перехода в однофазную область.

Технический результат - повышение механических и эксплуатационных свойств заготовок из гранул высоколегированных никелевых сплавов, содержащих 55-60% упрочняющей '-фазы, а именно показателя временного сопротивления разрыву, длительной прочности, пластичности и сопротивления малоцикловой усталости при 650°С, что позволяет увеличить длительность ресурсных характеристик получаемых дисков и уменьшить расход дефицитных дорогостоящих материалов изготавливаемых деталей.

Предлагаемый способ позволяет создать мелкозернистую ( + ') структуру типа «дуплекс» с размером -зерен - (5-20) мкм в сочетании с размером '-зерен - (2-10) мкм и выделение вторичных карбидов внутри и по границам - и '-зерен, что укрепляет устойчивость всех границ и внутризеренной структуры, обеспечивает затрудненность проскальзывания по границам - и '-зерен при повышенных напряжениях в процессе эксплуатации и увеличивает значения показателей - временное сопротивление разрыву, сопротивление малоцикловой усталости, а также исключает чувствительность материала к концентраторам напряжений при испытаниях на длительную прочность.

Кроме того, формирование '-зерен размером (2-10) мкм, располагающихся по границам -зерен, обеспечивает стабильность размеров -зерен, сохраняя их в пределах (5-20) мкм и обусловливает повышение уровня показателей пластичности за счет уменьшения объемной доли дисперсных упрочняющих частиц вторичной внутризеренной '-фазы.

Все это позволяет увеличить длительность ресурсных характеристик получаемых дисков и уменьшить расход дефицитных дорогостоящих материалов изготавливаемых деталей.

Пример

Цилиндрические капсулы из стали 20 размером 520×240 мм засыпали гранулами сплава ВВ750, имеющими 60% упрочняющей ¹-фазы и температуру полного ее растворения, равную 1205°C.

Капсулы с засыпанными гранулами подвергали горячему изостатическому прессованию и последующему высокотемпературному отжигу. Высокотемпературный отжиг проводили по режиму: нагрев до температуры 1210°C, выдержка 4 часа, далее осуществляли охлаждение заготовок до 1050°С, что на 160°С ниже температуры отжига, по следующей схеме: сначала до 1180°C, далее последовательно до 1160°C, 1140°C, 1120°C, 1100°C, 1050°С с длительностью охлаждения от температуры предыдущей ступени до температуры выдержки и с выдержкой на каждой ступени 6 часов, что обеспечило скорость охлаждения - 4,4°С/ч, и с 1050°C охлаждение проводили на воздухе до комнатной температуры.

Далее заготовки нагревали до температуры деформации и осуществляли первую стадию деформации с регламентированной степенью 38%. После первой стадии деформации высота заготовки соответствовала 130 мм. Далее заготовку подвергали рекристаллизационному отжигу. Заключительную стадию деформации осуществляли при температуре, соответствующей температуре отжига с регламентированной степенью 38%. Высота полученной заготовки после двух стадий деформации соответствовала 80 мм. При этом суммарная степень деформации была равна 62%.

Деформированную заготовку подвергали термической обработке по режиму: закалка с температуры двухфазного состояния сплава при температуре 1180°C, что на 25°C ниже температуры перехода в однофазную область, выдержка 4 часа, охлаждение на воздухе и старение.

Реализация способа обеспечила получение структуры с размером зерен (7-12) мкм, ¹ зерен (2-8) мкм и выделение вторичных карбидов внутри и на границах - и '-зерен.

В таблице представлены механические и эксплуатационные свойства деформированных заготовок из нового сплава ВВ750, изготовленных в соответствии с предлагаемым способом в сравнении с заготовками, изготовленными в соответствии со способом-прототипом.

Таблица
Технология	Механические свойства	Длительная прочность образцов с надрезом при 650°C в течение 100 часов, кгс/мм2	МЦУ при Т=650°С при N=104ц, 0, кгс/мм2
Предел прочности, кгс/мм2	Предел текучести, кгс/мм2	Относительн. удлинение, %
Предлагаемый способ	170	118	24	112	118
Способ -прототип	160	110	17	105	110

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает повышение показателей прочности на 8-10 кгс/мм², пластичности на 7%, длительной прочности образцов с концентратором напряжений на 5-7 кгс/мм² , сопротивление малоцикловой усталости на 6-8 кгс/мм² .

Повышение механических и эксплуатационных свойств заготовок дисков, изготовленных в соответствии с предлагаемым способом, позволяет более чем в 3 раза увеличить длительность ресурсных характеристик и снизить расход дефицитных материалов на 15-20%.