Способ термообработки деталей из жаропрочных никелевых сплавов для повышения сопротивления малоцикловой усталости

Авторы патента:

Федоренко Елизавета Александровна (RU)

C22F1/10 - никеля, кобальта или их сплавов

Владельцы патента RU 2455383:

Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО ВИЛС) (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термообработке жаропрочных никелевых сплавов, и может быть использовано в производстве деталей газотурбинных двигателей (дисков, валов и др.), работающих в условиях жесткого циклического нагружения. Способ термообработки деталей из жаропрочных никелевых сплавов включает нагрев при температуре на 5-25°С выше температуры сольвуса с выдержкой в течение 3-4 часов, охлаждение после нагрева со скоростью выше 20°С/мин и последующее старение в три ступени: 1 ступень - 910°С, выдержка 3 часа; 2 ступень - 750°С, выдержка 8 часов, и 3 ступень - 700°С, выдержка 17 часов. Технический результат заключается в увеличении ресурса и надежности деталей, работающих в условиях жесткого нагружения при снижении их массы. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к термообработке жаропрочных никелевых сплавов, и может быть использовано в производстве деталей газотурбинных двигателей (дисков, валов и др.), работающих в условиях жесткого циклического нагружения.

Известны способы (патенты РФ №2164262 и US 2009/0308508) термообработки деталей из жаропрочных никелевых сплавов, которые заключаются в том, что деталь, после проведения нагрева в однофазной области (выше сольвуса), медленно охлаждается до температуры следующей операции: закалки из двухфазной области, как описано в патенте РФ №2164262, или старения, как описано в патенте US 2009/0308508.

Общим недостатком этих способов является низкий уровень всех механических характеристик из-за медленного охлаждения после нагрева в однофазной области.

Известен способ термообработки деталей из жаропрочных никелевых сплавов, содержащих 40-70% упрочняющей γ'-фазы.

Способ заключается в том, что деталь подвергается нагреву при температуре на 3-22°С выше температуры сольвуса (однофазная область) в течение 0,25-2 ч (патент US №7138020 - прототип).

Недостатком этого способа являются низкие характеристики сопротивления малоцикловой усталости (МЦУ), прочности и жаропрочности из-за формирования крупных выделений упрочняющей γ'-фазы.

С целью устранения перечисленных недостатков предлагается способ термообработки, включающий нагрев на 5-25°С выше температуры сольвуса, охлаждение со скорость более 20°С/мин и три ступени старения с последовательным понижением температуры от 910°С до 700°С.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что нагрев в однофазной области проводят в течение 3-4 часов, охлаждение после нагрева проводят со скоростью выше 20°С/мин и старение проводят в три ступени: 910°С, выдержка 3 часа; 750°С, выдержка 8 часов, и 700°С, выдержка 17 часов.

Технический результат - более высокие характеристики сопротивления МЦУ, прочности и жаропрочности при рабочих температурах и, как следствие, увеличение ресурса и надежности деталей, работающих в условиях жесткого циклического нагружения, при снижении их массы.

Это достигается тем, что более длительный нагрев в однофазной области и охлаждение со скоростью выше 20°С/мин способствует равномерному выделению в объеме детали мелких частиц γ'-фазы, размером до 0,1 мкм. А последующие три ступени старения при понижающихся температурах формируют на основе выделившихся частиц равномерно распределенные частицы оптимального для жаропрочности размера 0,20-0,35 мкм и способствуют дополнительному выделению из твердого раствора мелких упрочняющих частиц γ'-фазы размером 0,05-0,08 мкм, которые обеспечивают одновременно высокий уровень сопротивления МЦУ и прочности термообработанной детали. Все это увеличивает ресурс и надежность детали, работающей в условиях жесткого циклического нагружения и дает возможность снизить массу детали.

Предлагаемым способом была термообработана заготовка диска газотурбинного двигателя, изготовленная из гранул жаропрочного никелевого сплава ЭП741НП.

По способу-прототипу также была термообработана аналогичная заготовка диска из гранул сплава ЭП741НП.

Результаты испытаний механических свойств заготовок, термообработанных предлагаемым способом и способом-прототипом при температуре 20°С и рабочей температуре 650°С, проведенных по стандартным методикам испытания, представлены в таблице.

	Механические свойства при 20°С	При 650°С
	Предел прочности σ_В	Предел текучести σ_0,2	Относительное удлинение δ	Относительное сужение ψ	Жаропрочность (длительная прочность) σ¹⁰⁰	МЦУ σ_N=10⁴ f=1 Гц
	МПа	%	МПа
Предлагаемый	1570	1060	17,2	18,9	1030	1050
Прототип	1440	960	17,5	18,8	950	980

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает повышение сопротивления МЦУ на 6-8%, прочности на 8-12% и жаропрочности на 8-10% при сохранении высокого уровня пластичности.

В результате этого, применение предлагаемого способа термообработки в производстве деталей, работающих в условиях жесткого циклического нагружения, например дисков ГТД, позволит за счет более высокого сопротивления МЦУ, высокой прочности и жаропрочности увеличить ресурс работы двигателя в 1,2-1,4 раза, повысить его эксплуатационную надежность и снизить массу на 8-10%.

Способ термообработки деталей из жаропрочных никелевых сплавов, включающий нагрев при температуре на 5-25°С выше температуры сольвуса, выдержку при этой температуре, охлаждение и старение, отличающийся тем, что выдержку при нагреве выше температуры сольвуса проводят в течение 3-4 ч, охлаждение после нагрева осуществляют со скоростью выше 20°С/мин, а последующее старение проводят в три ступени: 1 ступень - 910°С, выдержка 3 ч, 2 ступень - 750°С, выдержка 8 ч и 3 ступень - 700°С, выдержка 17 ч.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к порошковой металлургии жаропрочных сплавов на основе никеля, предназначенных для тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах в газотурбинных двигателях.

Способ обработки деталей из сплава на основе никеля // 2451767

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам горячего изостатического прессования (ГИП) деталей, выполненных из интерметаллидного сплава на основе никеля для изготовления деталей горячего тракта ГТД.

Способ изготовления биаксиально текстурированной подложки из бинарного сплава на основе никеля для эпитаксиального нанесения на нее буферного и высокотемпературного сверхпроводящего слоев для ленточных сверхпроводников // 2451766

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения биаксиально текстурированных подложек. .

Сплав на основе никеля для применения в газовых турбинах // 2443792

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, подходящим для литья конструктивных элементов газовой турбины. .

Способ термической обработки аустенитного дисперсионно-твердеющего сплава 68нхвктю-ви // 2434950

Изобретение относится к области металлургии и термической обработки сплавов и может быть использовано в точном приборостроении и машиностроении. .

Способ изготовления дисков газотурбинных двигателей из порошковых жаропрочных сплавов на основе никеля // 2433205

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения изделий типа газотурбинных дисков из жаропрочных порошковых никелевых сплавов. .

Способ изготовления изделий в виде дисков или валов газотурбинных двигателей из гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов // 2433204

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам изготовления изделий типа дисков и валов газотурбинных двигателей из порошковых жаропрочных никелевых сплавов.

Способ термической обработки порошковых жаропрочных сплавов на основе никеля // 2433203

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термической обработки тяжелонагруженных деталей газовых турбин из порошковых сплавов на основе никеля.

Способ термической обработки деталей типа дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных, порошковых никелевых сплавов // 2433202

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термической обработки заготовок типа дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных, порошковых никелевых сплавов.

Способ термической обработки жаропрочных сплавов на никелевой основе // 2433201

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термической обработки жаропрочных сплавов на никелевой основе, в том числе изготовленных из гранул.

Способ получения изделий из сложнолегированных жаропрочных никелевых сплавов // 2457924

Изобретение относится к области металлургии, в частности к порошковой металлургии жаропрочных никелевых сплавов, и может быть использовано в газотурбинных двигателях для изготовления тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах

Способ восстановительной термической обработки изделий из жаропрочных никелевых сплавов // 2459885

Изобретение относится к металлургии, а именно к восстановительной термической обработке изделий из жаропрочных никелевых сплавов с равноосной структурой, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбостроении при ремонте рабочих и направляющих лопаток турбины

Способ получения листовых изделий из никелевых жаропрочных сплавов // 2460824

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению изделий из жаропрочных гетерофазных деформируемых никелевых сплавов, работающих в интервале температур 20-1000°С и предназначенных для изготовления корпусов, кожухов, экранов и других листовых изделий

Способ изготовления композитного материала из сплавов на основе никелида титана // 2465016

Изобретение относится к способу изготовления композитного материала из сплавов на основе никелида титана

Способ термической обработки отливок из безуглеродистых жаропрочных никелевых сплавов для монокристаллического литья // 2485204

Изобретение относится к области металлургии сплавов, а именно к термической обработке отливок из безуглеродистых жаропрочных никелевых сплавов с монокристаллической структурой, предназначенных преимущественно для производства литых турбинных лопаток авиационных, транспортных и промышленных газотурбинных двигателей

Способ комплексной обработки высокопрочных аморфно-нанокристаллических сплавов // 2492249

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к обработке лент из аморфно-нанокристаллических сплавов, и может быть использовано, например, при изготовлении деталей в электронике и приборостроении

Способ получения нанокомпозита с двойным эффектом памяти формы на основе монокристаллов ферромагнитного сплава co35ni35al30 // 2495947

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термомеханической обработке монокристаллов ферромагнитных сплавов Со35Ni35Аl30. Для повышения механических и функциональных свойств, создания материала с двойным эффектом памяти формы и высокотемпературной сверхэластичностью в способе получения нанокомпозита с двойным эффектом памяти формы на основе монокристалла ферромагнитного сплава Со35Ni35Аl30 первичный отжиг монокристалла проводят при температуре 1330-1340°С в течение 8,5 часов в атмосфере инертного газа. Далее осуществляют закалку в воду. Вторичный отжиг и проводят в два этапа, при этом монокристалл помещают в захваты испытательной машины, создают вакуум 10-2-10-3 Па и в свободном состоянии нагревают до промежуточной температуры 200°С, а далее прикладывают сжимающую нагрузку 100-120 МПа вдоль направления [011] в монокристалле и нагревают до 400°С со скоростью 10-20°С/мин, выдерживают при этой температуре 0,5 часа, охлаждают до 200°С, снимают нагрузку. Далее охлаждают до комнатной температуры со скоростью 10-20 °С/мин. 1 табл., 1 пр.

Сверхпрочный сплав на основе никеля и детали, изготовленные из этого суперсплава // 2499068

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сверхпрочным сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления деталей наземных или авиационных турбин. Сверхпрочный сплав имеет состав, мас.%: 1,3%≤Al≤2,8%, следовые количества ≤Со≤11%, 14%≤Cr≤17%, следовые количества ≤Fe≤12%, 2%≤Мо≤5%, 0,5%≤Nb+Ta≤2,5%, 2,5%≤Ti≤4,5%, 1%≤W≤4%, 0,0030%≤В≤0,030%, следовые количества ≤С≤0,1%, 0,01%≤Zr≤0,06%, никель и неизбежные примеси - остальное, причем содержание элементов выражено, ат.%: 8≤Al ат.%+Ti ат.%+Nb ат.%+Та ат.%≤11, 0,7≤(Ti ат.%+Nb ат.%+Та ат.%)/Al ат.%≤1,3. Раскрыта деталь из сверхпрочного сплава, которая представляет собой часть авиационной или наземной газовой турбины. Сплав обладает высокими механическими свойствами при высокой температуре, ковкостью. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 10 пр.

Способ термической обработки заготовок дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов на основе никеля // 2506340

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе никеля, и может быть использовано при изготовлении заготовок дисков для газотурбинных двигателей. Способ термической обработки заготовок дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов на основе никеля включает старение заготовок с последующим охлаждением на воздухе. Затем осуществляют повторное старение в три стадии с нагревом на первой стадии до температуры на 250-270°C ниже температуры полного растворения γ'-фазы, а на второй и третьей стадиях до температур 750 и 700°C соответственно, при этом на каждой из трех стадий заготовки выдерживают от 2 до 17 ч и охлаждают на воздухе. Способ позволяет повысить показатели длительной прочности, а также стабилизировать механические свойства сплавов на основе никеля. 1 табл., 1 пр.

Способ термической обработки монокристаллов ферромагнитного сплава fe-ni-co-al-ti с эффектом памяти формы и сверхэластичностью, ориентированных вдоль [001] направления при деформации растяжением // 2524888

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термомеханической обработке монокристаллов ферромагнитного сплава нового состава Fe-Ni-Co-Al-Ti, и может быть использовано для создания исполнительных механизмов, датчиков, актюаторов, демпфирующих элементов. Способ термической обработки монокристаллов ферромагнитного сплава Fe-Ni-Co-Al-Ti с эффектом памяти формы и сверхэластичностью, ориентированных вдоль [001] направления при деформации растяжением, включает гомогенизационный отжиг монокристаллов ферромагнитного сплава, содержащего, мас.%: Fe-42,8, Ni-30,7, Со-18,4, А1-5,8, Ti-2,3, в атмосфере инертного газа He при температуре 1250°C в течение 10 часов, нагрев и выдержку при температуре 1280°C в течение 1 ч с последующей закалкой в воду комнатной температуры и старение в атмосфере инертного газа He при температуре 600-700°C в течение 1-7 часов с последующим охлаждением в воде. Сплавы обладают эффектом памяти формы и сверхэластичностью. 1 табл., 1 пр.