способ получения деталей газотурбинных двигателей с длительным ресурсом эксплуатации из порошковых никелевых сплавов

Классы МПК:B22F3/15 горячее изостатическое прессование
B22F3/24 последующая обработка заготовок или изделий 
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Всероссийский Институт Легких сплавов" (ОАО ВИЛС) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-01-19
публикация патента:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению изделий из жаропрочных никелевых сплавов. Может использоваться при изготовлении критических компонентов, таких как диски и валы, работающих при повышенных температурах в газотурбинных двигателях с длительным ресурсом эксплуатации. Заготовку для центробежного распыления изготавливают путем горячего изостатического прессования гранул, полученных методом газоструйного распыления Методом центробежного распыления вращающейся заготовки получают гранулы, осуществляют дегазацию и герметизацию гранул в капсулах, горячее изостатическое прессование и термическую обработку при температуре на 5-30°С выше температуры сольвуса используемого сплава. 1 табл.

Формула изобретения

Способ получения деталей газотурбинных двигателей с длительным ресурсом эксплуатации из порошковых никелевых сплавов, включающий получение гранул методом центробежного распыления вращающейся заготовки, дегазацию и герметизацию гранул в капсулах, горячее изостатическое прессование и термическую обработку, отличающийся тем, что заготовку для центробежного распыления изготавливают путем горячего изостатического прессования гранул, полученных методом газоструйного распыления, а горячее изостатическое прессование и термическую обработку детали проводят при температуре на 5-30°С выше температуры сольвуса никелевого сплава.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к порошковой металлургии жаропрочных никелевых сплавов, и может быть использовано в изготовлении критических компонентов, таких как диски и валы, работающих при повышенных температурах в газотурбинных двигателях с длительным ресурсом эксплуатации.

Известны способы (патенты РФ № 2308354 и 2259902) получения изделий из жаропрочного никелевого сплава, включающие получение гранул путем центробежного плазменного распыления вращающейся литой заготовки, рассев и очистку массы гранул от включений, засыпку гранул в капсулу и горячее изостатическое прессование гранул в капсуле, как описано в патенте № 2308354, и плюс дополнительную деформацию и термическую обработку, как описано в патенте № 2259902.

Общим недостатком этих способов является наличие значительного количества неметаллических включений в конечном изделии, попадающих в металл из литой заготовки вместе с массой гранул и существенно снижающих общий уровень механических свойств. Кроме того, недостатком способа, описанного в патенте № 2259902, является низкий уровень длительной прочности из-за низких (ниже температуры сольвуса) температур деформации и последующей закалки.

Известен также способ изготовления изделий из жаропрочных никелевых сплавов, включающий получение порошков из расплава, горячее компактирование путем экструзии или прессования, последующую экструзию и термическую обработку (патент US № 3920489).

Недостатком этого способа является высокое содержание кислорода и наличие остаточной газовой пористости в гранулах, образующейся в процессе распыления расплава и проявляющейся в готовых изделиях при проведении термообработки при температуре выше температуры сольвуса, что приводит к снижению механических свойств.

Известен способ изготовления критических деталей двигателя из гранул жаропрочных никелевых сплавов, заключающийся в том, что вакуумно-индукционной плавкой выплавляют заготовки, которые методом центробежного распыления переводятся в гранулы, затем гранулы классифицируют, сепарируют, дегазируют, герметизируют в капсулах и подвергают горячему изостатическому прессованию (ГИП) и термической обработке («Металлургия гранул - путь повышения качества ГТД и эффективного использования металла». Авторы Г.Гарибов, В.Чепкин, Газотурбинные технологии, 2001, № 4, стр.4 - прототип).

Недостатком этого способа является низкий уровень механических свойств чувствительных к концентраторам напряжений, таких как сопротивление малоцикловой усталости (МЦУ), скорость распространения усталостной трещины (СРТУ) и жаропрочность образцов с надрезом (способ получения деталей газотурбинных двигателей с длительным   ресурсом эксплуатации из порошковых никелевых сплавов, патент № 2483835 нспособ получения деталей газотурбинных двигателей с длительным   ресурсом эксплуатации из порошковых никелевых сплавов, патент № 2483835 100) из-за наличия в материале конечной детали неметаллических включений.

С целью устранения перечисленных недостатков предлагается способ получения деталей газотурбинных двигателей из гранул, получаемых путем центробежного распыления заготовки, компактированной из предварительно полученных гранул, с последующим применением горячего изостатического прессования и термической обработки конечной детали в однофазной области (выше температуры сольвуса).

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что заготовки для центробежного распыления изготавливают путем горячего изостатического прессования гранул, полученных методом газоструйного распыления. При этом ГИП и термическую обработку детали проводят при температуре на 5-30°С выше температуры сольвуса используемого сплава.

Технический результат - более высокие сопротивление МЦУ и жаропрочность образцов с надрезом и более низкая скорость распространения усталостной трещины и, как следствие, увеличение ресурса и надежности детали, работающей в условиях тяжелого длительного нагружения.

Это достигается тем, что используются гранулы, полученные не из литой, а из компактированной заготовки, свободной от неметаллических включений. Последующее центробежное распыление компактированной заготовки обеспечивает получение гранул свободных и от газовой пористости.

Устранение таких дефектов, как неметаллические включения и газовая пористость, а также проведение ГИП и термообработки конечной детали в однофазной области (выше температуры сольвуса) позволяют получать готовое изделие с высокой химической и структурной однородностью, с мелким зерном и мелкими монодисперсными выделениями упрочняющей способ получения деталей газотурбинных двигателей с длительным   ресурсом эксплуатации из порошковых никелевых сплавов, патент № 2483835 '-фазы, что, в свою очередь, обеспечивает получение высоких механических и служебных характеристик. Все это существенно увеличивает ресурс и надежность детали, работающей в условиях тяжелого длительного нагружения.

Предлагаемым способом из гранул жаропрочного никелевого сплава ВВ750П была изготовлена заготовка диска газотурбинного двигателя. При заполнении капсулы использовали гранулы фракции -100 мкм, полученные центробежным распылением компактированной заготовки, полученной, в свою очередь, из гранул, распыленных из расплава. Горячее изостатическое прессование капсулы с гранулами и последующую закалку компактированной детали проводили в однофазной области при температуре 1210°С, что на 10°С выше температуры сольвуса.

По способу-прототипу также была изготовлена аналогичная заготовка диска из гранул того же жаропрочного сплава ВВ750П.

Результаты испытания механические свойства заготовок, изготовленных предлагаемым способом и способом-прототипом при рабочей температуре 650°С, проведенные по стандартным методикам испытания, представлены в таблице.

способ получения деталей газотурбинных двигателей с длительным   ресурсом эксплуатации из порошковых никелевых сплавов, патент № 2483835

Таким образом, предлагаемый способ, при полном отсутствии неметаллических включений в материале, обеспечивает по сравнению с прототипом получение повышенного на 6-8% сопротивления МЦУ, повышенной на 13-15% жаропрочности на образцах с надрезом и в 3-5 раз более низкой скорости распространения усталостной трещины при высоких характеристиках прочности.

В результате этого применение предлагаемого способа для изготовления критических компонентов газотурбинных двигателей позволит за счет высокого сопротивления МЦУ, низкой СРТУ и нечувствительности к надрезу повысить их эксплуатационную надежность и увеличить ресурс эксплуатации не менее чем в 2 раза.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2483835

patent-2483835.pdf

Класс B22F3/15 горячее изостатическое прессование

пресс высокого давления -  патент 2520301 (20.06.2014)
способ термостатирования горячего изостатического пресса и горячий изостатический пресс -  патент 2512506 (10.04.2014)
способ изготовления деталей с вставкой из композитного материала с металлической матрицей -  патент 2492273 (10.09.2013)
двухкамерный газостат -  патент 2490093 (20.08.2013)
газостат -  патент 2479381 (20.04.2013)
газостат -  патент 2479380 (20.04.2013)
способ изготовления интегрального блиска с охлаждаемыми рабочими лопатками, интегральный блиск и охлаждаемая лопатка для газотурбинного двигателя -  патент 2478796 (10.04.2013)
деталь рабочего колеса и способ ее изготовления -  патент 2477199 (10.03.2013)
газостат -  патент 2472603 (20.01.2013)
двухкамерный газостат -  патент 2467834 (27.11.2012)

Класс B22F3/24 последующая обработка заготовок или изделий 

способ получения режущего инструмента из карбидсодержащих сплавов вольфрамовой (вк) и титано-вольфрамовой (тк) групп -  патент 2528539 (20.09.2014)
способ стабилизации механических характеристик изделий из твердых сплавов -  патент 2525873 (20.08.2014)
способ улучшения обрабатываемости металлопорошковых сплавов -  патент 2519434 (10.06.2014)
способ повышения физико-механических свойств инструментальных и конструкционных материалов методом объемного импульсного лазерного упрочнения (оилу) -  патент 2517632 (27.05.2014)
способ получения изделий из сложнолегированных порошковых жаропрочных никелевых сплавов -  патент 2516267 (20.05.2014)
способ получения износостойкого антифрикционного самосмазывающегося сплава -  патент 2492964 (20.09.2013)
способ изготовления постоянного магнита и постоянный магнит -  патент 2490745 (20.08.2013)
выполненная с увеличенной вязкостью буровая коронка инструмента для бурения породы и способ увеличения вязкости таких буровых коронок -  патент 2488681 (27.07.2013)
способ термического упрочнения деталей из порошковых материалов на основе железа -  патент 2486030 (27.06.2013)
способ термической обработки спеченных изделий -  патент 2477200 (10.03.2013)
Наверх