способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов на основе никеля

Классы МПК:C22F1/10 никеля, кобальта или их сплавов 
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2002-09-09
публикация патента:

Изобретение относится к области термической обработки металлов и сплавов, а именно к термической обработке изделий из жаропрочных никелевых сплавов с равноосной, ориентированной и монокристаллической структурой. Предложен способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов на основе никеля, включающий три этапа: первый этап - нагрев до температуры в интервале (tп.p способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 tэвт), выдержка и охлаждение со скоростью выше 100 град/мин, второй этап - нагрев до температуры в интервале (tн.p способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 tп.p), где tп.p - температура полного растворения способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204’- фазы, tэвт - температура плавления эвтектики (способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204+способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204"), tн.р - температура начала растворения способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204"-фазы, выдержка и охлаждение со скоростью выше 100 град/мин и третий этап - нагрев до температуры вблизи tн.р, выдержка и охлаждение, при этом скорость нагрева на всех этапах выше 100 град/мин, длительность выдержек составляет до 300 с, а охлаждение на третьем этапе ведут со скоростью выше 100 град/мин, при этом каждый этап повторяют несколько раз. После третьего этапа проводят дополнительный отжиг при температуре ниже ty, где ty - температура упорядочения способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204-твердого раствора. Технический результат - формирование в результате термической обработки размеров, формы, распределения частиц способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204’-фазы и структуры способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204- и способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204"-твердых растворов, обеспечивающих высокий уровень эксплуатационных свойств сплавов на никелевой основе с равноосной, ориентированной или монокристаллической структурой при существенном сокращении длительности процесса термической обработки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

Формула изобретения

1. Способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов на основе никеля, включающий три этапа: первый этап - нагрев до температуры в интервале (tп.p способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 tэвт), выдержка и охлаждение со скоростью выше 100 град./мин, второй этап - нагрев до температуры в интервале (tн.p способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 tп.p), где tп.p - температура полного растворения способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204"-фазы, tэвт - температура плавления эвтектики (способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204+способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204"), tн.р - температура начала растворения способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204"-фазы, выдержка и охлаждение со скоростью выше 100 град./мин и третий этап - нагрев до температуры вблизи tн.р, выдержка и охлаждение, отличающийся тем, что скорость нагрева на всех этапах выше 100 град./мин, длительность выдержек составляет до 300 с, а охлаждение на третьем этапе ведут со скоростью выше 100 град./мин, при этом каждый этап повторяют несколько раз.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после выполнения третьего этапа проводят дополнительный отжиг при температуре ниже ty, где ty температура упорядочения способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 - твердого раствора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области термической обработки металлов и сплавов и может найти применение при термической обработке изделий из жаропрочных никелевых сплавов с равноосной, ориентированной и монокристаллической структурой.

Известен способ термической обработки литейных жаропрочных никелевых сплавов с равноосной структурой, включающий нагрев деталей до 1200-1220°С, выдержку в течение 4-х часов и охлаждение на воздухе [1].

Недостатком известного способа термической обработки является случайное распределение частиц выделяющейся способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 ’-фазы, при этом сами частицы имеют существенно разные размеры в осях дендритов и в межосных пространствах. Все это неблагоприятно отражается на эксплуатационных свойствах сплавов.

Другой известный способ термической обработки, применяющийся и для монокристаллических отливок, включает три этапа - на первом этапе детали нагревают до температуры в интервале (tп.p-tэвт), где tп.p и tэвт - температуры полного растворения способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 ’-фазы и плавления эвтектики соответственно, выдерживают от нескольких минут до нескольких часов и охлаждают со скоростью более 100 град/мин; на втором - производят нагрев деталей до температуры вблизи рабочей температуры 1000-1050°С, лежащей в интервале между температурой начала растворения способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 ’-фазы tн.р и tп.p, выдерживают в пределах от 10 до 24 часов и охлаждают со скоростью более 100 град/мин; на третьем этапе детали нагревают до температуры tн.p 870-900°С, выдерживают в течение от 30 до 48 часов, после чего охлаждают [1].

Недостатками этого способа термической обработки являются случайное распределение частиц способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 ’-фазы, увеличение размера и объемной доли микропор, длительный технологический процесс термической обработки до 70-75 часов высокотемпературных выдержек без учета времени нагревов и охлаждений.

Технической задачей изобретения является формирование в результате термической обработки размеров, формы, распределения частиц способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 ’-фазы и структуры способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 - и способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 ’-твердых растворов, обеспечивающих высокий уровень эксплуатационных свойств сплавов на никелевой основе с равноосной, ориентированной или монокристаллической структурой при существенном сокращении длительности процесса термической обработки. Дополнительной задачей изобретения является повышение упругих и прочностных свойств сплава за счет упорядоченного расположения атомов легирующих элементов в кристаллической решетке никеля.

Поставленная задача решается тем, что способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов на основе никеля включает три этапа. Первый этап - нагрев до температуры в интервале (tп.p-tэвт), выдержка и охлаждение со скоростью выше 100 град/мин. Второй этап - нагрев до температуры в интервале (tн.p-tп.p), где tп.p - температура полного растворения способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 ’-фазы, tэвт - температура плавления эвтектики (способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 +способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 ’), tн.р - температура растворения способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 ’-фазы, выдержка и охлаждение со скоростью выше 100 град/мин. Третий этап - нагрев до температуры вблизи tн.p, выдержка и охлаждение.

Новым в изобретении является то, что скорость нагрева на всех этапах выше 100 град/мин, длительность выдержек составляет до 300 с, а охлаждение на третьем этапе ведут со скоростью выше 100 град/мин, при этом каждый этап повторяют несколько раз.

Кроме того, после выполнения третьего этапа проводят дополнительный отжиг при температуре ниже ty, где ty - температура упорядочения способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 -твердого раствора.

Быстрые нагревы и охлаждения способствуют ускорению диффузионных процессов, в результате чего в детали формируется структура с мелкодисперсными частицами способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 ’-фазы, закономерным образом распределенными по объему сплава, что в сочетании с отсутствием микропористости обеспечивает более высокий уровень эксплуатационных свойств.

Во время дополнительного отжига при температуре ниже температуры упорядочения способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 - твердого раствора (ty) продолжительностью более 50 часов протекают процессы атомного упорядочения, что обуславливает рост упругих и прочностных свойств сплава.

На прилагаемых рисунках показаны микроструктуры сплава ЖС6У после термической обработки по режимам (увеличение 10000 раз):

фиг.1 - серийная термическая обработка 1210°С, 4 ч, охлаждение на воздухе;

фиг.2 - нагрев в соляной ванне 1225-1235°С, выдержка 60 с, охлаждение в воде, 5 раз + нагрев в соляной ванне 1035-1045°С, выдержка 180 с, охлаждение в воде, 7 раз + нагрев в соляной ванне 870-890°С, выдержка 30 с, охлаждение в воде, 20 раз;

фиг.3 - предыдущая термическая обработка + 500°С, 100 ч.

Пример. Проводят термическую обработку образцов из литейного жаропрочного никелевого сплава ЖС6У с равноосной структурой. Микроструктура сплава после серийной термической обработки (нагрев в вакууме до 1200-1220°C, выдержка 4 часа, охлаждение на воздухе) представлена на фиг.1. Образцы с такой структурой нагревали в соляной ванне с температурой 1225-1235°С, лежащей в интервале между tп.pспособ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 1225°С и tэвтспособ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 1250°С, выдерживали 60 с и охлаждали в воде. Этот первый этап повторили 5 раз.

На втором этапе образцы нагревали в соляной ванне с температурой 1035-1045°С, лежащей в интервале между tн.рспособ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 880°С и tп.pспособ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 1225°С, выдерживали 180 с и охлаждали в воде, повторяя этап 7 раз.

На третьем этапе образцы нагревали в соляной ванне с температурой 870-890°С, т.е. вблизи tн.р, выдерживали 300 с и охлаждали в воде. Этот этап повторили 20 раз. Микроструктура, сформировавшаяся после третьего этапа, показана на фиг.2. Как видно из фиг.2, частицы способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 ’- фазы, во-первых, имеют размер в поперечнике от 0,02 до 0,04 мкм, т.е. на порядок меньше, чем после серийной термической обработки (0,3-0,5 мкм на фиг.1). Во-вторых, размер частиц, расположенных в осях дендритов и в межосных пространствах, одинаков. И, в-третьих, частицы способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 ’-фазы образуют структуру из однонаправленных “плотно нанизанных бус”, похожую на микроструктуру, получающуюся после испытания на ползучесть и приведенную в [1, рис.2.17 б, с.114], но отличающуюся тем, что вытянутые включения способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 ’-фазы являются не сплошными, а “бусовидными”.

Испытания образцов, обработанных по предлагаемому режиму, показали, что пределы их кратковременной и длительной прочности превышают таковые для образцов, обработанных по серийной технологии, на 35... 50% в зависимости от температурно-временных условий испытаний. Весь технологический процесс термической обработки по предлагаемому способу длится около 2,5 часов, т.е. примерно в 30 раз быстрее серийного.

Дополнительный упорядочивающий отжиг в течение 100 ч при 500°С приводит к формированию совершенной, взаимно перпендикулярной ориентировке коротких “бус-цепочек”, состоящих из нескольких мелких, хорошо ограненных кубических частиц способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 ’-фазы, образующих общую структуру, похожую на тканое полотно (фиг.3). Совершенная кубическая морфология частиц способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов   на основе никеля, патент № 2232204 ’-фазы свидетельствует об их упорядоченном состоянии [1, с.113, 3-й абзац снизу].

В результате дополнительного отжига модуль нормальной упругости и предел прочности на растяжение возрастают на 5-7% и 8-12% соответственно.

Литература

1. Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей (сплавы, технология, покрытия). - М.: МИСИС, 2001, стр.110-115.

Класс C22F1/10 никеля, кобальта или их сплавов 

способ термической обработки монокристаллов ферромагнитного сплава fe-ni-co-al-ti с эффектом памяти формы и сверхэластичностью, ориентированных вдоль [001] направления при деформации растяжением -  патент 2524888 (10.08.2014)
способ термической обработки заготовок дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов на основе никеля -  патент 2506340 (10.02.2014)
сверхпрочный сплав на основе никеля и детали, изготовленные из этого суперсплава -  патент 2499068 (20.11.2013)
способ получения нанокомпозита с двойным эффектом памяти формы на основе монокристаллов ферромагнитного сплава co35ni35al30 -  патент 2495947 (20.10.2013)
способ комплексной обработки высокопрочных аморфно-нанокристаллических сплавов -  патент 2492249 (10.09.2013)
способ термической обработки отливок из безуглеродистых жаропрочных никелевых сплавов для монокристаллического литья -  патент 2485204 (20.06.2013)
способ изготовления композитного материала из сплавов на основе никелида титана -  патент 2465016 (27.10.2012)
способ получения листовых изделий из никелевых жаропрочных сплавов -  патент 2460824 (10.09.2012)
способ восстановительной термической обработки изделий из жаропрочных никелевых сплавов -  патент 2459885 (27.08.2012)
способ получения изделий из сложнолегированных жаропрочных никелевых сплавов -  патент 2457924 (10.08.2012)
Наверх