способ термической обработки порошковых жаропрочных сплавов на основе никеля

Формула изобретения

Способ термической обработки деталей типа дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных, порошковых никелевых сплавов, включающий закалку путем нагрева до температуры закалки, выдержки и охлаждения, высокотемпературное и низкотемпературное старение, отличающийся тем, что охлаждение после выдержки при температуре закалки ведут на воздухе, низкотемпературное старение проводят при температуре на 20-50°С ниже температуры начала образования вторичных карбидов, при этом разница между температурами старений составляет 120-160°С, а после старений детали охлаждают на воздухе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термической обработки жаропрочных, в том числе порошковых, никелевых сплавов.

Известен способ термической обработки жаропрочного никелевого сплава ЭП741, включающий нагрев до температуры на 50-70°С выше температуры полного растворения '-фазы с выдержкой в течение 4-8 часов и охлаждение вместе с печью до 20-600°С, закалку с охлаждением на воздухе и старение при 870°С с охлаждением на воздухе (паспорт ВИАМ № 1817, «Жаропрочный никелевый сплав марки ЭП750ИД, 2009 г.).

Недостатком этого способа является низкая жаропрочность при рабочей температуре испытания.

Известен способ термической обработки, в частности, для жаропрочного сплава на никелевой основе Undimet-500, включающий двойную закалку при 1125 и 1025°С и двойное старение: первое при 925°С в течение 24 часов и второе при 760°С в течение 16 часов (Ч.Силос, В.Хегель. Жаропрочные сплавы. Москва, «Металлургия», 1976 г., стр.75) - способ-прототип.

Недостатком этого способа являются низкие значения пластичности, ударной вязкости при комнатной температуре и длительной прочности при рабочей температуре.

Техническая задача данного изобретения заключается в повышении значения пластичности при комнатной температуре испытания и длительной прочности при рабочей температуре.

Поставленная цель достигается за счет того, что при термической обработке, включающей закалку и двойное старение: первое - высокотемпературное, второе - низкотемпературное, второе старение проводят при температуре на 20-50°С ниже температуры начала образования вторичных карбидов при разности между температурами старений 120-160°С.

Проведение второго старения при температуре, равной или даже выше температуры начала интенсивного образования вторичных карбидов, приводит к образованию «сетки» - непрерывных дискретных выделений указанной фазы по границам зерна твердого раствора, что вызывает снижение всего комплекса механических свойств.

Проведение второго старения при температуре более чем на 50°С ниже температуры начала интенсивного образования вторичных карбидов приводит к довыделению 3-5 мас.% частиц упрочняющей '-фазы, причем высокой дисперсности, что, как известно, уменьшает пластичность при комнатной температуре и жаропрочность при 750°С.

Разница между температурой высокотемпературного и низкотемпературного старения более 160°С обуславливает значительное укрупнение образовавшихся частиц '-фазы, что снижает прочность и длительную прочность при 750°С и способствует выделению большого количества частиц вторичных карбидов по границам зерен, из-за увеличения температурного интервала их выделения. Это вызывает охрупчивание сплава при комнатной и рабочих температурах.

При разнице между температурой первого и второго старений менее 120°С значительно уменьшается температурный интервал выделения карбидной фазы, что снижает прочность границ зерен, что в свою очередь приводит к понижению жаропрочности при рабочих температурах.

Пример:

Предложенный способ термической обработки опробовали на газотурбинных дисках из жаропрочного порошкового сплава на основе никеля ЭП962П. Предварительно была определена температура начала образования вторичных карбидов, равная для используемой плавки 750°С. Диски термообрабатывали по режимам: закалка, включающая нагрев на температуру 1190°С, выдержку 8 часов, охлаждение не воздухе и старение по следующим режимам:

- 860°С, 8 часов, 700°С, 16 часов (режим 1; температура второго старения на 50°С ниже температуры начала образования вторичных карбидов, разница между температурами старений 160°С);

- 850°С, 8 часов, 730°С, 16 часов (режим 2: температура второго старения на 20°С ниже температуры начала образования вторичных карбидов, разница между температурами старений 120°С);

- 820°С, 8 часов, 700°С, 16 часов (режим 3; температура второго старения на 50°С ниже температуры начала образования вторичных карбидов, разница между температурами старений 120°С).

Термическую обработку по способу-прототипу проводили по режиму 5:

- закалка 1190°С, 9 часов, охлаждение на воздухе при 925°С, 24 часа, при 760°С, 16 часов.

Охлаждение после всех старений на воздухе.

Как видно из таблицы, проведение термообработки по предлагаемому способу повышает в 1,5-2 раза пластичность при комнатной температуре испытаний и в 1,5-5 раз длительную прочность при рабочей температуре. Такое повышение механических свойств на 30-40% повышает ресурс рабочих тяжело нагруженных деталей, типа дисков турбинных двигателей.

Механические свойства дисков из сплава ЭП962П, термообработанные по предложенному способу и способу-прототипу.
Способ термической обработки	Режим термической обработки	Свойства при 20°С	Длительная прочность при 650°С , час
, %	, %	KCU, кгм/см 2
	Режим 1	14	18	3,8	203
Предложенный способ	Режим 2	15	15	3,6	298
	Режим 3	16	17	4,0	395
Способ-прототип	Режим 5	8	9	2,2	80