Способ термической обработки конструкций

 

Изобретение относится к области термической обработки конструкций, выполненных из дисперсионно-твердеющих сплавов и работающих в условиях как высоких, так и низких температур, вибраций и агрессивных сред, в частности обработке паяно-сварных конструкций, содержащих детали из мартенситно-стареющей стали и дисперсионно-твердеющего никелевого сплава. Технический результат - обеспечение достаточно высоких механических характеристик паяно-сварной конструкции, позволяющих ей работать в экстремальных условиях без разрушения. Нагрев конструкции под пайку-закалку проводят до температуры 120010oC, выдерживают при ней в течение 6-9 мин, а затем охлаждают со скоростью 50-70oС/мин. Далее конструкцию подвергают двукратному нагреву до температуры 86010oC, выдержке при ней в течение 4-5 ч и охлаждению на воздухе, после чего следует обработка холодом при (-50)-(-70)oC в течение 2-3 ч и отпуск при 200-250oС в течение 2-3 ч. 1 табл.

Изобретение относится к области термической обработки конструкций, выполненных из дисперсионно-твердеющих сплавов и работающих в условиях как высоких, так и низких температур, вибрации и агрессивных сред, в частности обработке паяно-сварных конструкций, содержащих детали из дисперсионно-твердеющего сплава на основе никеля и мартенситно-стареющей стали.

Жаропрочные дисперсионно-твердеющие сплавы используются в конструкциях, работающих в теплонапряженных условиях и химически активных средах, чаще всего такие конструкции представляют собой сложные паяно-сварные узлы со множеством паяных и сварных швов. При изготовлении этих узлов в процессе нагрева дисперсионно-твердеющие сплавы претерпевают структурные превращения, связанные с выделением из твердого раствора карбидных или интерметаллидных фаз. В локальных участках сплава создается искаженное состояние решетки, что приводит к снижению его пластичности и вероятности образования трещин. Паяно-сварные конструкции, выполненные из дисперсионно-твердеющих сплавов, требуют последующей термической обработки для получения однородной структуры сплавов и повышения их пластичности. Это относится и к конструкциям, содержащим детали из дисперсионно-твердеющих сплавов на основе никеля и мартенситно-стареющей стали.

Известен способ термической обработки конструкций из жаропрочных дисперсионно-твердеющих сплавов на основе никеля ( авт. свид. СССР N 713175, кл. C 22 F 1/10). Способ включает в себя нагрев до 1150-1200oC с выдержкой при ней 0,5 - 0,4 час, непрерывное регулирование охлаждения со скоростью 6 - 10oC/мин до 1100 - 1050oC и со скоростью 0,5 - 8oC/мин до 850 - 600oC и охлаждение на воздухе с последующим старением при 800 - 850oC, выдержкой при ней 8 - 24 час и охлаждением на воздухе.

Известная термообработка позволяет повысить пластичность сплава при сохранении достаточно высоких прочностных свойств. Однако известный способ невозможно применить для термической обработки паяно-сварной конструкции, содержащей кроме детали из никелевого сплава деталь из мартенситно-стареющей стали. При указанной выше термообработке структура стали нестабильна из-за повышенного в ней содержания аустенита, что может привести к изменению механических свойств стали в процессе эксплуатации паяно-сварной конструкции.

Известен способ термической обработки жаропрочной мартенситно-стареющей стали (авт. свид. N 411138, кл. C 21 D 6/00). Способ включает в себя аустенизацию (закалку) при температуре 1000 - 1070oC, обработку стали холодом при 50 - 70oC в течение 6 -8 час и отпуск при 200 - 450oC в течение 1 - 3 час с охлаждением на воздухе. Указанная термообработка обеспечивает высокую прочность (в), пластичность и вязкость стали.

Однако при термообработке паяно-сварной конструкции, содержащей детали из указанных выше сплавов, известная технология не обеспечивает достаточных прочностных свойств, например текучести 0,2 сплава на никелевой основе, что не позволяет конструкции работать без разрушения как при высоких, так и при низких температурах, в экстремальных условиях.

Задача изобретения - соединение технологии термической обработки паяно-сварной конструкции, содержащей детали из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе и мартенситно-стареющей стали, обеспечивающей работоспособность конструкции в условиях агрессивных сред, вибрации, как высоких, так и низких температур.

Задача решена за счет того, что при термообработке паяно-сварной конструкции, содержащей детали из мартенситно-стареющей стали и дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе, закалку совмещают с пайкой конструкции и осуществляют при температуре 120010oC с выдержкой при ней 6-9 мин, охлаждение - со скоростью 50-70oC/мин, а перед обработкой холодом конструкцию подвергают двукратному нагреву при 86010oC, выдержке 5-10 час и охлаждению на воздухе.

Технический результат - обеспечение достаточно высоких механических характеристик паяно-сварной конструкции, позволяющих ей работать в экстремальных условиях без разрушения.

Способ согласно изобретению осуществляется следующим образом. Собранную конструкцию под пайку, содержащую детали из мартенситно-стареющей стали и дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе, подвергают пайке в защитной среде при температуре 120010oC, выдержке при ней в течение 6-9 мин и охлаждению до комнатной температуры со скоростью 50-70oC/мин. Режим пайки одновременно является режимом закалки. Указанный режим пайки-закалки конструкции позволяет получить качественную пайку и однородную структуру сплава на никелевой основе, а также относительно однородную структуру стали, в которой отсутствуют ликвационные зоны. Однако наряду с этим в стали содержится до 15% нестабильного аустенита, что снижает ее прочность. Недостаточно высокие механические свойства оказываются и у сплава на никелевой основе. Поэтому далее конструкцию подвергают термообработке в защитной среде, включающей ее двукратный нагрев до температуры 86010oC, выдержку при ней в течение 4-5 час и охлаждение на воздухе. При такой термообработке сталь подвергается двукратной закалке, а сплав на никелевой основе - двукратному старению, при этом при указанных режимах исключается выпадение в стали карбидной фазы, что сохраняет ее пластичность, а в никелевом сплаве повышается пластичность за счет частичной коагуляции частиц -фазы и сохраняется его высокая прочность. Достигаемый результат увеличивается за счет двукратности термообработки. Затем конструкцию обрабатывают холодом при температуре 50-70oC в течение 2-3 час. При такой обработке структура стали становится стабильной, поскольку остаточный аустенит переходит в мартенсит. Далее конструкцию подвергают отпуску при температуре 200-250oC в течение 2-3 час для снятия в ней напряжений.

Паяно-сварные конструкции, обработанные в соответствии с указанным выше способом, были испытаны для определения их механических характеристик. Анализ испытаний показал, что полученные характеристики соответствуют требованиям для их работы в экстремальных условиях.

Ниже приведен пример осуществления предложенного способа.

Термической обработке подвергают конструкцию, содержащую детали из мартенситно-стареющей стали марки ВНС-25 и дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе марки ЭП-202. Режим термообработки совмещают с режимом пайки конструкции из стали ВНС-25 и сплава ЭП-202 (температура пайки 120010oC). Нагрев под пайку-закалку проводят в вакуумной печи при разрежении 110-4 мм рт.ст. до температуры 120010oC, выдерживают при ней в течение 6-9 мин, а затем в рабочую зону печи вводят поток инертного газа - аргона со скоростью, обеспечивающей охлаждение конструкции со скоростью 50-70oC/мин до комнатной температуры. Далее конструкцию подвергают двукратному нагреву в той же печи до температуры 86010oC, выдержке при ней в течение 4-5 час и охлаждению на воздухе. Затем следует обработка конструкции холодом при температуре 50-70oC в течение 2-3 час и отпуск при температуре 200-250oC в течение 2-3 час.

Были определены механические характеристики стали и никелевого сплава паяно-сварной конструкции при комнатной температуре. Данные характеристики приведены в таблице.

Паяно-сварные конструкции, обладающие указанными в таблице механическими характеристиками, были испытаны с условиях эксплуатации. Разрушений не обнаружено.

Формула изобретения

Способ термической обработки паяно-сварных конструкций, содержащих детали из мартенситно-стареющей стали и дисперсионнотвердеющего сплава на никелевой основе, включающий закалку, совмещенную с пайкой конструкции, которые осуществляют при 1200 10oС с выдержкой при ней 6 - 9 мин и охлаждением со скоростью 50 - 70oС/мин, двухкратный нагрев до 860 10oС с выдержкой 5 - 10 ч и охлаждением на воздухе, обработку холодом при (-50) - (-70)oС и отпуск при 200 - 250oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.11.2010

Извещение опубликовано: 20.11.2010        БИ: 32/2010



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии и используется при производстве особонагруженных деталей с направленно закристаллизованной и монокристаллической структурой из жаропрочных материалов нового класса на основе легированного интерметаллида Ni3Al (сопловые лопатки, экраны камер сгорания и др

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности изготовлению деталей типа дисков с конической, полусферической и другими осесимметричными формами из малопластичных и труднодеформируемых материалов, например, из жаропрочных сплавов

Изобретение относится к области металлургии жаропрочных сложнолегированных никелевых сплавов, а именно к способу термообработки жаропрочных дисков ГТД

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термообработке деталей из жаропрочных дисперсионно-твердеющих сплавов на никель-хромой основе перед пайкой

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при ремонте механических повреждений лопаток газотурбинного привода

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно авиационному, судостроительному, и может быть исполь- зовано для обработки деталей из дисперсионно-твердеющих сплавов, работающих в условиях высоких напряжений и температур

Изобретение относится к термической обработке сварных соединений и может быть использовано при изготовлении сварных фасонных изделий из трубных заготовок из чугуна с шаровидным графитом
Изобретение относится к энергетическому машиностроению, в частности к термической обработке сварных соединений из дисперсионно-твердеющих сталей, относящихся к классу мартенситно-стареющих и работающих в условиях вибрации, высоких температур и агрессивных сред

Изобретение относится к технологии изготовления зубчатых колес из чугуна и может быть использовано в различных машиностроительных отраслях народного хозяйства, в т
Изобретение относится к области металлургии, в частности, к изменению свойств металлов и сплавов путем термической обработки в процессе сварки

Изобретение относится к машиностроению, в частности к термической обработке в вакууме сварного инструмента из быстрорежущей стали

Изобретение относится к абразивным микропорошкам с размером кристаллов от 0,2 до 2 мкм на основе оксидов алюминия и 3d-металла, в частности, хрома, железа, титана, ванадия и др., используемых для полирования и окончательной доводки поверхности высокоточных изделий из металла, стекла и камня с целью придания им минимальной шероховатости поверхности и достижения высших классов точности размеров и геометрических форм

Изобретение относится к области термической обработки конструкций, выполненных из дисперсионно-твердеющих сплавов и работающих в условиях как высоких, так и низких температур, вибраций и агрессивных сред, в частности обработке паяно-сварных конструкций, содержащих детали из мартенситно-стареющей стали и дисперсионно-твердеющего никелевого сплава

Наверх