способ получения биметаллических изделий из порошкового никелевого сплава и стали переходного класса

Формула изобретения

Способ получения биометаллических изделий из порошкового никелевого сплава и стали переходного класса, включающий размещение монолитной стальной компоненты в капсуле, засыпку капсулы гранулами никелевого сплава, дегазацию, герметизацию капсулы, горячее изостатическое прессование, термообработку, отличающийся тем, что перед размещением монолитной стальной компоненты в капсуле на ее поверхность наносят ионно-плазменное никелевое покрытие толщиной 0,25 0,35 диаметра гранул никелевого сплава.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при создании биметаллических деталей для энергетических установок.

Известен способ получения биметаллической заготовки из порошкового никелевого сплава ЭП741НП и углеродистой стали 30ХГСА, который включает горячее изостатическое прессование и последующую термообработку, включающую отжиг, совмещенной с закалкой, вторую закалку. (Технический отчет ВИЛСа, НИП 6610-080, Москва, 1987 г. стр.17).

Недостатком этого способа являются низкие механические свойства зоны соединения сплава ЭП741НП и стали 3ОХГСА вследствие образования в ней карбидов.

Известен способ получения биметаллических деталей из порошкового никелевого сплава ЭП741НП и стали переходного класса 07Х16Н6(СН2А), включающий сборку в капсуле стальной компоненты и заполнение капсулы гранулами никелевого сплава, дегазацию и герметизацию капсулы, горячее изостатическое прессование и последующую термообработку, включающую отжиг, совмещенный с закалкой, старение, закалку, обработку холодом и отпуск (Технический отчет ВИЛСа, НИР 6614-030, Москва, 1990 г. стр.13).

Недостатком этого способа являются низкие прочностные и пластические характеристики соединения сплава ЭП741НП и стали 07Х16Н6 (СН2А) вследствие образования карбидов в зоне соединения, что охрупчивает ее.

Предлагается способ получения биметаллических изделий из порошкового никелевого сплава и стали переходного класса, включающий размещение монолитной стальной компоненты в капсуле, заполнение капсулы гранулами никелевого сплава, дегазацию и герметизацию капсулы, горячее изостатическое прессование и последующую термообработку. Перед размещением монолитной стальной компоненты в капсуле на ее поверхность наносят ионно-плазменное никелевое покрытие толщиной 0,25 0,35 диаметра гранул никелевого сплава.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что перед размещением монолитной стальной компоненты в капсуле на ее поверхность наносят никелевое ионно-плазменное покрытие толщиной 0,25 0,35 диаметра гранул никелевого сплава.

Техническим результатом является повышение прочностных и пластических характеристик зоны соединения сплава ЭП741НП и стали 07Х16Н6 (СН2А), что позволяет повысить эксплуатационные возможности биметаллических деталей при их работе в энергетических установках.

Предлагаемый способ получения биметаллических изделий предотвращает контакт гранул никелевого сплава с оксидной пленкой поверхности стальной компоненты, вследствие чего карбиды с поверхности гранул перемещаются в середину никелевого покрытия, что обеспечивает вязкий излом места разрушения зоны соединения, и как следствие, повышаются характеристики прочности и пластичности.

Использование никелевых покрытий меньшей и большей толщины не обеспечивает повышения прочностных и пластических характеристик зоны соединения сплава ЭП741НП и стали О7Х16Н6(СН2А), т.к. при малых толщинах в процессе формирования зоны соединения происходит разрушение никелевого покрытия и гранулы, контактируя со сталью, образуют на своей поверхности карбиды, а при больших толщинах в процессе диффузии легирующие элементы никелевого сплава недостаточно глубоко проникают в сталь, в результате чего уменьшается ширина переходного слоя стали в зоне соединения, что снижает ее прочностные свойства.

Пример 1.

Предлагаемый способ был применен при изготовлении методом ГИП биметаллической крыльчатки из порошкового никелевого сплава ЭП741НП и конструкционной стали О7Х16Н6(СН2А) для турбонасосного агрегата жидкостного ракетного двигателя.

Капсулу, представляющую собой негативный контур будущей порошковой крыльчатки, изготавливали из малоуглеродистой стали ст.20. На поверхность стальной компоненты, являющейся валом изготавливаемой крыльчатки, на участке ступицы перед размещением в капсуле наносили ионно-плазменное никелевое покрытие толщиной 30 мкм. После размещения стальной компоненты в капсуле засыпали гранулы никелевого сплава ЭП741НП фракции 110-130 мкм.

Капсулу дегазировали и герметизировали в установке УЗГК по режиму:

T 400^oC

P 110^-4 мм рт.ст.

Затем проводили горячее изостатическое прессование полученной капсулы по режиму.

T 1200^oC

P 1400 атм.

t 1 ч.

Термообработку заготовки проводили по режиму:

Отжиг + закалка 1190^oC, 4 ч

Старение 870^oC, 32 ч

Закалка 1000^oC, 6 ч

Обработка холодом -70^oC, 6 ч

Отпуск 250^oC, 4 ч

Обработка холодом -70^oC, 3 ч

Отпуск 250^oC, 2 ч

Механические свойства зоны соединения представлены в таблице.

Пример 2.

При изготовлении биметаллической крыльчатки по способу-прототипу капсула изготавливалась из малоуглеродистой стали ст.20. Вал биметаллической крыльчатки изготавливали из стали переходного класса О7Х16Н6(СН2А), размещали в капсуле, после чего капсулу засыпали гранулами никелевого сплава ЭП741НП, дегазировали и герметизировали в установке УЗГК по режиму:

T 400^oC

P 110^-4 мм рт.ст.

ГИП (горячее изостатическое прессование) проводили по режиму:

T 1200^oC

P 1400 атм

t 1 ч

Термообработку проводили по режиму:

Отжиг + закалка 1190^oC, 4 ч

Старение 870^oC, 32 ч

Закалка 1000^oC, 6 ч

Обработка холодом -70^oC, 6 ч

Отпуск 250^oC, 4 ч

Обработка холодом -70^oC, 3 ч

Отпуск 250^oC, 2 ч

Прочностные свойства зоны соединения в способе-прототипе представлены в таблице.

Таким образом предлагаемый способ позволяет повысить прочностные характеристики зоны соединения стали О7Х16Н6(СН2А) и порошкового никелевого сплава ЭП741НП на 20-22% а пластичность в 2 2,3 раза, что позволяет при эксплуатации биметаллической крыльчатки повысить критические обороты на 15 - 20%