способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов

Классы МПК:C21D1/09 непосредственным действием электрической или волновой энергии; облучением частицами
C22F1/18 тугоплавких или жаростойких металлов или их сплавов 
Автор(ы):, , , , , , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д.В. Ефремова" (RU),
Открытое акционерное общество "Московское машиностроительное предприятие им. В.В. Чернышева" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2010-11-13
публикация патента:

Изобретение относится к области поверхностной термомеханической обработки деталей из жаропрочных сталей, титановых и никелевых сплавов, интерметаллидов и др. и может быть использовано в авиационной и автомобильной промышленности, энергетике, космической технике, медицине. Для повышения эксплуатационных характеристик изделий: усталостной прочности, сопротивления солевой коррозии, сопротивления пылевой эрозии, жаростойкости, износостойкости способ реализуют путем обработки поверхности деталей из жаропрочных сплавов сильноточным импульсным электронным пучком с длительностью импульса 20-50 мкс, энергией электронов 110-120 кэВ, плотностью энергии в импульсе 18-45 Дж/см2 и числом импульсов 2-5 с последующим стабилизирующим отжигом в вакууме при давлении не выше 10 -5 мм рт.ст. в течение 2-6 часов. 2 пр., 6 табл., 6 ил.

способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516

Формула изобретения

Способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, включающий облучение рабочих поверхностей изделий сильноточным импульсным электронным пучком, отличающийся тем, что облучение проводят электронным пучком с длительностью импульса 20-50 мкс, энергией электронов 110-120 кэВ, плотностью энергии в импульсе 18-45 Дж/см2 и числом импульсов 2-5, а затем осуществляют стабилизирующий отжиг в вакууме при давлении не выше 10-5 мм рт.ст. в течение 2-6 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии поверхностной термомеханической обработки деталей из жаропрочных сплавов (сталей, титановых и никелевых сплавов, интерметаллидов и др.) концентрированными импульсными потоками энергии и может быть использовано в авиационной и автомобильной промышленности, энергетике, космической технике, медицине для повышения эксплуатационных характеристик изделий (усталостная прочность, сопротивление солевой коррозии, сопротивление пылевой эрозии, жаростойкость, износостойкость и др.).

Хорошо известны различные способы обработки поверхности деталей из конструкционных материалов с целью улучшения их свойств, когда в качестве обрабатывающих инструментов используются концентрированные импульсные потоки энергии (КИПЭ) - лазерное излучение, мощные ионные пучки, сильноточные электронные пучки, мощное СВЧ-излучение и др.

Известен способ обработки деталей (патент РФ № 2079570 «Способ обработки деталей»), при котором происходит поверхностное легирование детонационным, электронным, лазерным, шликерным, диффузионным способом, ионным внедрением, вакуумно-плазменным и плазменным напылением с последующей обработкой высокотемпературной плазмой.

Недостатком способа является то, что при обработке высокотемпературной плазмой нагрев происходит с поверхности изделия и поэтому невозможно обеспечить равномерный энерговклад по объему поверхностного слоя и, соответственно, однородное физико-химическое состояние поверхностного слоя. Другим недостатком способа является то, что при легировании, например, диффузионным или шликерным методом легирующие элементы внедряются на глубину больше чем 15 мкм, изменяя состав не только поверхностного слоя, но и основного материала, что сказывается на его характеристиках. С другой стороны, при ионном внедрении (имплантации) затруднительно, не используя сложное нестандартное оборудование, обеспечить внедрение легирующих элементов на глубины, близкие к заявленным (15 мкм).

Наиболее близким по возможностям и сущности является способ поверхностной обработки изделий из конструкционных сплавов, упрочняемых термической обработкой (патент РФ № 2125615 «Способ поверхностной обработки изделий из конструкционных сплавов»), который заключается в том, что для комплексного повышения эксплуатационных свойств поверхностных слоев изделий из конструкционных сплавов, преимущественно нержавеющих сталей и алюминиевых сплавов (коррозионной стойкости, микротвердости и износостойкости), рабочую поверхность изделия многократно нагревают импульсами низкоэнергетических сильноточных электронных пучков с длительностью импульса 1-5 мкс, энергией электронов 20-40 кэВ, плотностью энергии в зависимости от химического состава сплава в интервале 10-20 Дж/см2, числом импульсов 5-10. Повышение коррозионной стойкости, микротвердости и износостойкости авторы связывают с уменьшением гетерогенности материала, образованием пересыщенных твердых растворов, измельчением зерна матричной фазы при быстрой кристаллизации расплава и деформационным упрочнением материала в поверхностном слое детали под действием квазистатических и динамических полей напряжений, инициируемых импульсным нагревом поверхности.

Данный способ имеет ряд недостатков. Прежде всего толщина перекристаллизованного поверхностного слоя, полученного в результате реализации известного способа, составляет всего несколько микрометров, что является недостаточным для повышения таких свойств, как усталостная прочность, сопротивление солевой коррозии в условиях термоциклирования и сопротивление пылевой эрозии. Во-вторых, используемые в известном способе низкоэнергетические сильноточные электронные пучки характеризуются невысокой однородностью распределения плотности энергии по сечению пучка. Последнее может приводить к формированию большого числа микронеоднородностей (кратеров), являющихся концентраторами напряжений, что обуславливает снижение большинства эксплуатационных характеристик деталей из жаропрочных сплавов, работающих в условиях постоянных и циклических нагрузок. Наконец, в способе, выбранном в качестве прототипа, не предполагается проведения стабилизирующего отжига, что является недопустимым для многих материалов и особенно для жаропрочных сплавов, изделия из которых эксплуатируются при повышенных температурах. Поскольку после облучения в поверхностном слое деталей формируются чаще всего остаточные растягивающие напряжения и фиксируется неравновесное физико-химическое состояние (материал поверхностного слоя содержит метастабильные мартенситные фазы, большое количество линейных и точечных дефектов), стабилизирующий отжиг является необходимой операцией для уменьшения количества дефектов, снятия остаточных растягивающих напряжений и дисперсионного упрочнения.

Техническим результатом данного изобретения является повышение таких важных эксплуатационных характеристик изделий из жаропрочных сплавов, как усталостная прочность, сопротивление солевой коррозии, сопротивление пылевой эрозии, жаростойкость, износостойкость, сопровождающееся уменьшением шероховатости поверхности. Повышение целого комплекса рабочих характеристик деталей в результате реализации предлагаемого способа с использованием сильноточных импульсных электронных пучков (СИЭП) обеспечивает существенное увеличение ресурса эксплуатации этих деталей.

Достижение указанного выше технического результата обеспечивается за счет того, что в способе поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, включающем облучение рабочих поверхностей изделий сильноточным импульсным электронным пучком, облучение проводят электронным пучком с длительностью импульса 20-50 мкс, энергией электронов 110-120 кэВ, плотностью энергии в импульсе 18-45 Дж/см2 и числом импульсов 2-5, а затем осуществляют стабилизирующий отжиг в вакууме при давлении не выше 10-5 мм рт.ст. в течение 2-6 часов.

Способ реализуется путем обработки поверхности деталей из жаропрочных сплавов СИЭП длительностью десятки микросекунд с энергией электронов 110-120 кэВ, при этом плотность энергии в импульсе и число импульсов выбирают в зависимости от физико-химического состояния (химический состав, фазовый состав и структура) материала поверхностного слоя изделия. Необходимую плотность энергии выбирают в интервале, в котором происходит однородное плавление материала в поверхностном слое толщиной 20-25 мкм без протекания процесса местной нестационарной абляции, приводящей к формированию на поверхности кратеров и микротрещин, т.е. облучение проводится в режиме плавления. При таком выборе величины плотности энергии в импульсе (18-20 Дж/см2 - способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 +способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 -титановые сплавы; 20-22 Дж/см2 - жаропрочные стали; 40-45 Дж/см2 - никелевые сплавы) уменьшается шероховатость поверхности до Ra=0,10-0,35 мкм в зависимости от исходной шероховатости и числа импульсов, возрастают предел выносливости на 20-40%, сопротивление солевой коррозии в 3-6 раз и пылевой эрозии более чем в 2 раза. Требуемое минимально необходимое число импульсов определяется экспериментально измерением физико-химического состояния материала поверхностного слоя, которое достигает стабильного состояния при фиксированном числе импульсов, а при дальнейшем его увеличении практически не изменяется. После завершения облучения проводят стабилизирующий отжиг в вакууме при давлении не выше 10-5 мм рт.ст. в течение 2-6 часов (титановые сплавы и стали) и в течение 2 часов (никелевые сплавы с жаростойкими покрытиями). Стабилизирующий отжиг в вакууме после облучения рабочих поверхностей изделий сильноточным импульсным электронным пучком обеспечивает уменьшение количества дефектов, снятие остаточных растягивающих напряжений и дисперсионное упрочнение материала в поверхностном слое. Это позволяет значительно повысить эффективность поверхностной обработки деталей из жаропрочных сплавов по сравнению со способом-прототипом.

Изобретение поясняется фотографиями и графиками.

Фиг.1 - Ускоритель ГЕЗА-1.

Фиг.2 - Лопатки 1-й ступени ротора турбины высокого давления газотурбинного двигателя (ТВД ГТД).

Фиг.3 - Кинетические кривые окисления для цилиндрических монокристаллических образцов из сплава ЖС26НК с покрытием СДП-2 (NiCrAlY).

Фиг.4 - Фотографии шлифов поверхностного слоя образца из сплава ЖС26НК с покрытием СДП-2 после вакуумного отжига и термоэкспозиции на воздухе:

а) без облучения электронным пучком,

б) после облучения электронным пучком.

Фиг.5 - Лопатки 3-й ступени ротора компрессора высокого давления газотурбинного двигателя (КВД ГТД) из сплава ВТ9, подготовленные к испытаниям на технологической машине.

Фиг.6 - Эрозионные кривые для серийных лопаток и лопаток, поверхность которых обработана различными способами, основанными на использовании концентрированных потоков энергии.

Предлагаемый способ опробован на серийных лопатках ТВД и КВД ГТД.

Для реализации предлагаемого способа вместо источника низкоэнергетических сильноточных электронных пучков был использован источник сильноточных электронных пучков с управляющим разрядом /патент РФ № 2395866 «Источник импульсных электронных пучков (варианты)»/, формирующий пучки с существенно бóльшими значениями энергии электронов (110-120 кэВ), чем в известном устройстве-прототипе и длительностями импульсов 10-100 мкс. Применение данного источника позволило добиться высокой степени однородности распределения плотности энергии по сечению пучка (неоднородность распределения плотности энергии по сечению пучка меньше 10%), при этом толщина перекристаллизованного поверхностного слоя достигала 20-25 мкм, а однородно переплавленная поверхность не содержала кратеров и микротрещин.

Оптимизация режимов облучения (выбор интервалов плотности энергии в импульсе, длительности и числа импульсов), обеспечивающих наиболее эффективное увеличение усталостной прочности, жаростойкости, коррозионной и эрозионной стойкости, проводилась по результатам исследования физико-химического состояния материала поверхностных слоев. Были использованы методы оптической металлографии, сканирующей электронной микроскопии, просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, электронной Оже-спектроскопии, экзоэлектронной эмиссии, моделирования термонапряженного состояния в зоне воздействия пучка, механических и коррозионных испытаний образцов и конкретных деталей из жаропрочных титановых и никелевых сплавов и сталей после облучения и термообработки (Shulov V.A., Engelko V.I. Mueller G., Paikin A.G. «Processing of gas turbine engine blades with intense pulsed electron beams». Proceedings of 15th International Conference on High-Power Particle Beams. Saint-Petersburg, Russia, 18-23 July 2004, p.618-621; Shulov V.A., Engelko I., Tkachenko K.I., Paikin A.G., Kraynikov A.V., Lvov A.F. «Mechanisms of operating property alterations of EP866sh and EP718ID steel blades modified by intense pulsed electron beams». Известия вузов. Физика. - 2006. - № 8. Приложение. - С.248-250; Shulov V.A., Engelko V.I., Tkachenko K.I., Paikin A.G., Kraynikov A.V., Lvov A.F., Teryaev A.D. «Mechanisms of operating property alterations of способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 +способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 -titanium alloy blades modified by intense pulsed electron beams». Известия вузов. Физика. - 2006. - № 8. Приложение. - С.251-254).

Пример 1. Лопатки 1-й ступени ротора турбины ГТД из жаропрочного никелевого сплава ЖС26НК с покрытием СДП-2 были облучены на ускорителе ГЕЗА-1 (Фиг.1) СИЭП с энергией 110-120 кэВ при различных плотностях энергии в диапазоне w=18-55 Дж/см2, длительностях импульса в диапазоне 20-50 мкс и числе импульсов - 4. На фиг.2 представлен внешний вид лопаток 1-й ступени ротора ТВД, подготовленных к испытаниям на технологической машине. После облучения лопатки отжигались в вакуумной печи ULVAK при температуре 1250°С в течение 2 часов.

Поверхностные слои лопаток и образцов до и после облучения СИЭП исследовались методами рентгеноструктурного анализа, сканирующей электронной микроскопии и оптической металлографии. Кроме того, определились шероховатость и микротвердость поверхности лопаток и образцов, их усталостная прочность и жаростойкость. На фиг.3 представлены кинетические кривые окисления для цилиндрических монокристаллических образцов из сплава ЖС26НК с покрытием СДП-2 после облучения СИЭП и стабилизирующего вакуумного отжига при температуре 1050°С в течение 2 часов. На фиг.4 представлены фотографии шлифов поверхностного слоя образца из сплава ЖС26НК с покрытием СДП-2 после отжига в вакууме при температуре 1050°С в течение 2 часов и термоэкспозиции на воздухе при температуре 900°С в течение 500 часов без обработки электронным пучком (а) и после обработки СИЭП при плотности энергии 40-45 Дж/см 2 четырьмя импульсами при длительности импульса 40 мкс (б). Результаты проведенных исследований и испытаний представлены также в таблицах 1 и 2. На основании анализа результатов, представленных в таблице 2, можно отметить, что обработка с плотностью энергии 40-45 Дж/см2 приводит к значительному снижению шероховатости поверхности лопаток, а при повышении плотности энергии свыше 45 Дж/см2 не только повышается шероховатость поверхности лопаток, но и значительно снижается микротвердость. Таким образом, обработка с плотностью энергии СИЭП свыше 45 Дж/см2 является нецелесообразной. Следует также отметить, что уже после обработки пятью импульсами СИЭП при плотности энергии 40-45 Дж/см 2 начинается процесс эрозии покрытия, который приводит к развитию пористости и уменьшению его толщины. В этой связи представляется нецелесообразной обработка СИЭП даже при плотности энергии 40-45 Дж/см2 более чем 5 импульсами.

Полученные данные позволяют выбрать величины плотности энергии, при которых удается снизить шероховатость поверхности, сформировать в поверхностном слое однородную мелкодисперсную микроструктуру, «залечить» поверхностные и подповерхностные микротрещины и микропоры. Толщины перекристаллизованных при облучении с плотностями энергии w=40-45 Дж/см2 поверхностных слоев лопаток с покрытием СДП-2 достигают 20-25 мкм. Жаростойкость таких лопаток после стабилизирующего вакуумного отжига почти в 3 раза превышает эту характеристику для серийных деталей.

Таблица 1
Протокол испытаний лопаток турбины из сплава ЖС26НК с покрытием СДП-2 после обработки СИЭП (остаточные напряжения определялись рентгенографически при съемке из зоны входной кромки после завершения испытаний и при использовании в качестве эталонов образцов, вырезанных из лопаток, приготовленных по серийной технологии).
способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 fN Остаточные напряжения,
способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 лопаток кгс/мм2 Гц ммЧисло циклов до разрушениярезультаты испытаний, место разрушения, очаг разрушения
13А2096Э 253243 0,682,06·10 7-158 МПа, без разрушения
23Б285Э 253808 0,512,28·10 6-132 МПа, разрушение по входной кромке 11 мм от полки замка, очаг на глубине 150 мкм
33А56Э 253865 0,573,98·10 6-98 МПа, разрушение, последний паз елочного замка
43А609Э 223804 0,592,07·10 7-123 МПа, без разрушения
53А2083Э 223685 0,492,10·10 6-113 МПа, без разрушения
62Н1487Э 223350 0,631,21·10 6-79 МПа, разрушение по входной кромке, по радиусу перехода к пера в полку, очаг в окрестности дефекта мехобработки
72Л773Э 223776 0,504,75·10 6-147 МПа, разрушение по полке замка
83Б256Э 203842 0,482,17·10 7-231 МПа, без разрушения
93Д292Э 203274 0,482,08·10 7-127 МПа, без разрушения
103Г930Э 203311 0,715,36·10 7-154 МПа, разрушение по входной кромке, по радиусу перехода к пера в полку, очаг в окрестности дефекта мехобработки
113А1269Э 183502 0,542,095·10 7-141 МПа, без разрушения
123А1788Э 183487 0,611,109·10 7-96 МПа, разрушение по входной

кромке 9 мм от полки замка, очаг на внутренней поверхности
133А1203Э 163473 0,442,13·10 7-154 МПа, без разрушения
143Б1634Э 163360 0,372,16·10 7-67 МПа, без разрушения
153Б1199Э 163517 0,532,22·10 7-176 МПа, без разрушения
163В323Э 163424 0,492,07·10 7-165 МПа, без разрушения
172М842Э 163426 0,531,644·10 7-88 МПа, разрушение по входной кромке 10 мм от полки замка, очаг на глубине 230 мкм
183А1286Э 143493 0,391,781·10 7-126 МПа, разрушение по входной кромке 4 мм от полки замка, очаг на глубине 120 мкм
193Б1683Э 123453 0,312,2·10 7-210 МПа, без разрушения
203А2097Э 123422 0,302,05·10 7-210 МПа, без разрушения
212Н4449Э 123458 0,352,07·10 7-179 МПа, без разрушения
223А1380Э 123344 0,282,09·10 7-123 МПа, без разрушения
232Л762Э 123502 0,382,1·10 7-113 МПа, без разрушения
243Б48Э 123429 0,402,06·10 7-86 МПа, без разрушения
253Б774Э 123306 0,312,12·10 7-189 МПа, без разрушения

Таблица 2
Влияние плотности энергии в импульсе на шероховатость поверхности и микротвердость NiCrAlY вакуумно-плазменного покрытия, осажденного на поверхности лопаток из жаропрочного сплава ЖС26НК
РежимыШероховатость Интенсивность экзоэлектронной эмиссииМикротвердость
w, Дж·см -2n, имп. Ra, мкм, ±0.05I еее, имп./с Нµ, ед. HV, р=2 Н
-- 2.12240±60 420-490
22-26 51.14 390±90440-520
22-26 101.03 420±40460-510
42-45 50.36 610±30480-490
42-45 100.32 620±20470-480
50-55 50.99 720±80390-530
50-55 101.12 740±70380-520

Пример 2. Лопатки 3-й ступени ротора компрессора высокого давления ГТД из титанового сплава ВТ9 были облучены на ускорителе ГЕЗА-1 СИЭП с энергией 110-120 кэВ при различных плотностях энергии в диапазоне w=18-36 Дж/см2, длительности импульса в диапазоне 20-30 мкс и числе импульсов 1-5. Облученные лопатки отжигались в вакуумной печи ULVAK при температуре 550-570°С в течение 2 часов. Поверхностные слои лопаток до и после облучения СИЭП исследовались методами электронной Оже-спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, экзоэлектронной эмиссии и оптической металлографии. Кроме того, определялись шероховатость и микротвердость поверхности лопаток, их усталостная прочность, жаростойкость, сопротивление солевой коррозии и пылевой эрозии. Некоторые результаты проведенных исследований и испытаний представлены в таблицах 3-6. На фиг.5 представлен внешний вид лопаток из сплава ВТ9, подготовленных к испытаниям на технологической машине. На фиг.6 представлены эрозионные кривые для серийных и облученных ионами гафния и самария лопаток из сплава ВТ9, а также для серийных лопаток после обработки СИЭП (условия испытаний: V=200 м/сек, угол способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 =90 град, вид частиц - кварцевый песок со средним размером частиц 40-80 мкм).

Таблица 3
Влияние облучения и финишной термообработки (*) на фазовый состав, остаточные напряжения, текстуру и параметры решетки материала поверхностного слоя лопаток из сплава ВТ9 (Сukспособ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 - излучение с монохроматором)
Сплав, режимы облучения Фазовый состав, Остаточные напряжения Параметры решетки, с/а
маркаw, Дж/см 2n, имп. текстура способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 , МПа±0,008
ВТ9 -- способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 +способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 (8,6%), нет -369±471,610
ВТ9 18-201 способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 (способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 '), (110) +266±421,602
ВТ9 26-281 способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 (способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 ',способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 ''), (110) +470±901,609
ВТ9 26-285 способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 (способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 ',способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 ''), (110) +490±601,597
ВТ9 32-365 способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 (способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 ',способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 ''), (110) +570±401,599
ВТ9* 18-203 способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 +способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 (5,7%), (110) -215±201,605

Таблица 4
Результаты коррозионных испытаний лопаток из сплава ВТ9 после 250 циклов: нагрев до 550°С - охлаждение в морской воде
Сплав Режимы облучения Режимы отжигаУдельный привес ±0,03 мг/мм2 способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 m/Scor, мг/мм2
W, Дж/см2 N, имп.Т, °С способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 , часспособ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516
1ВТ9 -- -- 1,21
2 ВТ9 18-205 -- 1,35
3 ВТ9 18-205 5702 0,24

Таблица 5
Результаты высокочастотных испытаний при 25 и 450°С на воздухе лопаток третьей ступени ротора КВД из сплава ВТ9 после электронно-пучковой и термической (550°С в вакууме 10-3 мм рт.ст.* и 10-6 мм рт.ст.**) обработок
Плотность энергии, w, Дж/см2 Число импульсов n, имп. Температура испытаний, Т°С Продолжительность отжига, способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 , часУсталостная прочность, способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 -1, МРА
1- -25 -490±10
2 18-201 25- 390±20
318-20 225 -400±20
4 18-203 25- 400±15
518-20 525 -400±10
6 32-365 25- 340±30
7- -450 -360±20
8 18-203 4502(**) 390±15
918-20 3450 4(**)400±10
10 18-203 4506(**) 420±10
1118-20 3450 8(**)420±10
12 18-203 256(*) 400±10
1318-20 3450 6(*)320±10

Таблица 6
Результаты испытаний на жаростойкость лопаток из титановых сплавов в течение 500 часов до и после обработки СИЭП (Е=110-120 кэВ; способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 =20-30 мкс): h0 - толщина окисленного слоя, Т - температура экспозиции, w - плотность энергии, n - число импульсов
способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 Условия испытаний Режимы облучения Толщина окисленного слоя Содержание кисло рода
Сплав Температура Т, °С Плотность энергии w, Дж/см2 Число импульсов n, имп. h0, мкм способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 ат. %
1ВТ8 500- -65±5 42±5
2 ВТ9500 -- 60±540±5
3 ВТ8500 18-205 20±522±4
4 ВТ8500 30-365 85±1052±5
5 ВТ9500 18-205 18±520±4
6 ВТ9500 32-365 105±1559±6

При облучении лопаток из жаропрочного способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 +способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 -титанового сплава ВТ9 целесообразным представляется получить поверхность, не содержащую макро- и микродефектов, являющихся концентраторами напряжений при усталостном нагружении. Этому требованию удовлетворяет поверхность лопаток, облученных в режиме плавления (18-20 Дж/см2). С точки зрения остаточных напряжений и формирования оптимального размера зерен, этот режим облучения также является оптимальным, однако из полученных результатов однозначно следует необходимость проведения стабилизирующего отжига в вакууме при температурах, несколько превышающих температуру эксплуатации, для стабилизации физико-химического состояния, снятия остаточных растягивающих напряжений и дисперсионного упрочнения материала в поверхностном слое.

Еще одно важное заключение о выборе режимов облучения лопаток из титановых сплавов, в частности заключение о выборе необходимого числа импульсов, может быть сделано на основе результатов проведенных исследований. Поскольку поверхность облучаемой лопатки характеризуется высокой неоднородностью распределения структурно-фазового состояния, а именно значения плотности дислокаций на участках поверхности в окрестности кромок, на спинке и корыте существенно отличаются, то эти величины будут различаться и после первого импульса, что связано с потерей части энергии на релаксационные процессы в поверхностном слое. Это проявляется в неоднородности экзоэмиссионных сканограмм и в различии значений микротвердости, измеренной в различных точках поверхности. Только после второго импульса было зафиксировано однородное физико-химическое состояние материала по всей поверхности лопатки, которое практически не изменялось при последующем облучении.

Таким образом, с точки зрения структурно-фазового состояния и уровня эксплуатационных свойств оптимальными значениями плотности энергии и числа импульсов при электронно-лучевой обработке лопаток из способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 +способ поверхностной обработки изделий из жаропрочных сплавов, патент № 2462516 -титанового сплава ВТ9 являются w=18-20 Дж/см2 и n=2-5 имп.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2462516

patent-2462516.pdf

Класс C21D1/09 непосредственным действием электрической или волновой энергии; облучением частицами

стенд лазерной закалки опорной поверхности игл вращения высокоскоростных центрифуг -  патент 2527979 (10.09.2014)
способ упрочнения металлических изделий с получением наноструктурированных поверхностных слоев -  патент 2527511 (10.09.2014)
способ повышения физико-механических свойств инструментальных и конструкционных материалов методом объемного импульсного лазерного упрочнения (оилу) -  патент 2517632 (27.05.2014)
способ производства листовой электротехнической анизотропной стали и листовая электротехническая анизотропная сталь -  патент 2514559 (27.04.2014)
способ формирования износостойкого покрытия деталей -  патент 2510319 (27.03.2014)
лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой -  патент 2509813 (20.03.2014)
текстурованный лист электротехнической стали и способ его получения -  патент 2509163 (10.03.2014)
способ улучшения магнитных свойств анизотропной электротехнической стали лазерной обработкой -  патент 2501866 (20.12.2013)
способ упрочнения изделий из твердых сплавов -  патент 2501865 (20.12.2013)
способ обработки изделий из высокоуглеродистых легированных сплавов -  патент 2494154 (27.09.2013)

Класс C22F1/18 тугоплавких или жаростойких металлов или их сплавов 

способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок -  патент 2529604 (27.09.2014)
способ изготовления заготовок из титана -  патент 2529131 (27.09.2014)
сплав на основе алюминида титана и способ обработки заготовок из него -  патент 2525003 (10.08.2014)
способ изготовления тонких листов -  патент 2522252 (10.07.2014)
способ изготовления поковок дисков из сплава алюминия титана на основе орто-фазы -  патент 2520924 (27.06.2014)
сплав на основе гамма алюминида титана -  патент 2520250 (20.06.2014)
способ изготовления каркасов искусственных клапанов сердца из технически чистого титана -  патент 2514765 (10.05.2014)
способ ковки термомеханической детали, выполненной из титанового сплава -  патент 2510680 (10.04.2014)
способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой -  патент 2504598 (20.01.2014)
способ термической обработки литых заготовок из заэвтектоидных интерметаллидных сплавов на основе фаз -tial+ 2-ti3al -  патент 2503738 (10.01.2014)
Наверх