Способ получения изделий из сложнолегированных жаропрочных никелевых сплавов
Владельцы патента RU 2457924:
Открытое Акционерное Общество "Всероссийский Институт Легких сплавов" (ОАО ВИЛС) (RU)
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. Предложен способ получения изделия из сложнолегированных никелевых сплавов. Способ включает горячее изостатическое прессование и термическую обработку путем закалки и последующего старения. Горячее изостатическое прессование и закалку проводят в течение 2-8 часов при температуре на 2-20°С выше температуры сольвуса, скорость охлаждения при закалке поддерживают выше 20°С/мин и старение проводят в две стадии при температурах 850-890°С и 740-780°С. Повышается ресурс и надежность изделий, работающих в условиях жесткого нагружения за счет более высоких характеристик сопротивления ползучести, жаропрочности и трещиностойкости при рабочих температурах. 1 табл.
Предлагаемое 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.
Известны способы (патенты РФ №2371512 и №2285736) получения изделий из сложнолегированных жаропрочных никелевых сплавов с количеством γ'-фазы более 40%, основанных на многостадийных операциях отжига и деформации слитка и последующей термической обработке при температуре ниже температуры полного растворения γ'- фазы (сольвуса).
Общим недостатком этих способов является то, что из-за неоднородности слитка и проведения термической обработки ниже сольвуса изделия имеют низкий и неоднородный по сечению уровень всех механических свойств, особенно длительной прочности (жаропрочности).
Известен способ получения порошковых заготовок из сложнолегированных жаропрочных никелевых сплавов. Способ заключается в том, что заготовку получают методом горячего изостатического прессования (ГИП) гранул и термической обработки путем закалки и последующего старения (патент WO 9100159 - прототип).
Недостатком этого способа является то, что проведение компактирования при высокой температуре выше солидуса сплава приводит к существенному росту зерна и формированию остаточной литой структуры и в результате этого к значительному снижению предела прочности, сопротивления ползучести, жаропрочности и трещиностойкости.
С целью устранения перечисленных недостатков предлагается способ получения изделия из сложнолегированных жаропрочных никелевых сплавов, включающий горячее изостатическое прессование гранул в однофазной области и термическую обработку с закалкой в однофазной области и двухступенчатым старением.
Предлагаемый способ отличается от известного тем, что ГИП и закалку проводят в течение 2-8 часов в однофазной области на 2-20°С выше температуры сольвуса, скорость охлаждения при закалке поддерживают выше 20°С /мин и старение проводят в две стадии при температурах 850-890°С и 740-780°С.
Технический результат - более высокие значения предела прочности, сопротивления ползучести, жаропрочности и трещиностойкости при рабочих температурах и, как следствие, повышение рабочей температуры и увеличение ресурса и надежности деталей, работающих в условиях жесткого нагружения,
Это достигается тем, что полное растворение частиц γ'-фазы при проведении ГИП и закалки в однофазной области в течение 2-8 часов при температуре на 2-20°С выше сольвуса позволяет устранить остатки литой структуры и сформировать в сплавах с большим количеством фазы однородное рекристаллизованное зерно размером 30-50 мкм. А скорости охлаждения при закалке выше 20°С/мин и две ступени старения формируют равномерно распределенные частицы упрочняющей γ'-фазы размером 0,2-0,4 мкм и вторичные карбидные выделения по границам зёрен. Сочетание таких структурных характеристик обеспечивает получение высоких характеристик предела прочности, сопротивления ползучести, жаропрочности и трещиностойкости. Все это увеличивает ресурс и надежность детали, позволяет повысить рабочую температуру турбины и тем самым повысить ее КПД.
Предлагаемым способом из гранул двух сложнолегированных жаропрочных никелевых сплавов ВВ750П и сплава химического состава в соответствии с пат. РФ 2410457 (ВВ753П) были изготовлены заготовки дисков газотурбинного двигателя.
Для осуществления изобретения капсулы с засыпанными гранулами фракции -100 мкм подвергали в течение 4 часов горячему изостатическому прессованию при температуре 1210°С, что на 5°С выше сольвуса.
Далее обточенные заготовки подвергали термической обработке по режиму: закалка 1215°С, что на 10°С выше сольвуса, выдержка 8 часов, охлаждение со скоростью 30 град/мин и два старения при 870°С и 760°С в течение 16 часов.
По способу-прототипу также были изготовлены аналогичные заготовки дисков из гранул сплава ВВ750П и ВВ753П (пат. РФ 2410457).
Результаты испытаний механических свойств заготовок, изготовленных предлагаемым способом и способом-прототипом при температуре 750°С, проведенных по стандартным методикам испытания, представлены в таблице 1.
| Таблица 1 | |||||
| Сплав | Способ | Механические свойства при 750°С | |||
| Предел прочности, σВ | Длительная прочность на базе 100 ч, (жаропрочность), σ100 | Предел ползучести, σ0,2/100 | Скорость распространения усталостной трещины (СРТУ) при ΔК=31 МПа·м1/2 | ||
| МПа | м/цикл | ||||
| ВВ750П | предлагаемый | 1260 | 750 | 580 | 3,3·10-7 |
| прототип | 1125 | 685 | 510 | 9,1·10-7 | |
| ВВ753П | предлагаемый | 1340 | 780 | 690 | 4·10-7 |
| прототип | 1190 | 700 | 600 | 8,7·10-7 |
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает на заготовках дисков из сложнолегированных сплавов при рабочей температуре 750°С получение предела прочности на 10-13%, а жаропрочности на 9-12% выше по сравнению с прототипом при более низкой в 2-3 раза скорости распространения усталостной трещины. Кроме того, при применении предлагаемого способа на 14-16% увеличивается предел ползучести сплавов.
В результате этого применение предлагаемого способа для изготовления дисков, валов и других деталей газотурбинных двигателей позволит повысить ресурс в 1,3-1,5 раза и рабочую температуру более чем на 50°С, что обеспечит более высокий кпд турбины.
Способ получения изделий из сложнолегированных никелевых сплавов, включающий горячее изостатическое прессование и термическую обработку путем закалки и последующего старения, отличающийся тем, что горячее изостатическое прессование и закалку проводят в течение 2-8 ч при температуре на 2-20°С выше температуры сольвуса, скорость охлаждения при закалке поддерживают выше 20°С/мин и старение проводят в две стадии при температурах 850-890°С и 740-780°С.
