СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ДИСКОВ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ
HEAT TREATMENT METHOD OF GAS-TURBINE ENGINES DISCS WORKPIECES FROM HEAT-RESISTANT NICKEL-BASED ALLOYS

Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно жаропрочных сплавов на основе никеля, получаемых формованием гранул в изостатических условиях, и может быть использовано для термообработки заготовок дисков для газотурбинных двигателей с целью повышения их эксплуатационных характеристик.
В настоящее время известен способ термической обработки дисков из высокопрочных, сложнолегированных никелевых сплавов, взятый в качестве аналога и включающий нагрев до температуры старения, выдержку в течение 4-6 ч и охлаждение с печью, проведение перед старением термоциклической обработки с количеством циклов не менее 5 путем нагрева до температуры старения, выдержки при этой температуре в течение 0,5-1 ч и охлаждения со скоростью 150-180 град/мин (RU, авт. свид. № 2108406, C22F 1/10, 1998).
Недостатками этого способа являются сложность его использования в серийном производстве и направленность метода исключительно на повышение прочностных характеристик.
Наиболее близким к данному изобретению является известный способ термической обработки сплавов из легированных порошков на основе никеля, принимаемый за прототип и предусматривающий нагрев до температуры на 30-50°C выше температуры полного растворения γ'-фазы, выдержку при этой температуре, последующее охлаждение с печью до температуры на 20-40°C ниже температуры полного растворения γ'-фазы и дальнейшее ускоренное охлаждение на воздухе, с последующим проведением старения в течение 16-32 ч и охлаждением на воздухе (RU, авт. свид. № 2164262, C22F 1/10, 2001).
Недостатками этого способа являются нестабильность свойств заготовок, остаточное термическое напряжение как по объему заготовки, так и в зоне вырезки образцов.
Техническая задача данного изобретения заключается в повышении показателей механических свойств и длительной прочности сплавов на никелевой основе и их стабильности.
Данная задача решается за счет того, что осуществляют термическую обработку по методике прототипа с последующим охлаждением на воздухе до температуры 20-300°C. Затем производят повторное старение по следующему режиму:
- нагрев до температуры на 250-270°C ниже температуры полного растворения γ'-фазы, выдержка и последующие охлаждение;
- нагрев до температуры 750°C, выдержка и охлаждение на воздухе;
- нагрев до температуры 700°C, выдержка и охлаждение на воздухе.
Выдержку на каждой стадии производят от 2 до 17 ч с последующим охлаждением на воздухе до комнатной температуры.
Нагрев до температуры на 250-270°C ниже температуры полного растворения γ'-фазы с последующим осуществлением остальных стадий процесса старения позволяет повысить длительную прочность сплавов и стабилизировать их механические свойства при комнатной температуре за счет повторного запуска физико-химических процессов (взаимодиффузия, образование и рост карбидов, выделение дисперсионной фазы) и протеканию релаксационных процессов в сплаве, приводящих к снижению остаточных напряжений.
При этом размеры γ'-фазы и зерна в образцах, прошедших предлагаемую термическую обработку, идентичны размерам после проведения термической обработки по прототипу, но вместе с тем границы зерен имеют более равномерное заполнение выделениями вторичных карбоборидных фаз, общее количество которых значительно превышает содержание их в образцах после термической обработки по прототипу.
Пример.
Производили термообработку сплава на основе никеля, содержащего, мас.%: хром - 9,0; кобальт - 15,7; молибден - 3,8; вольфрам - 5,6, алюминий - 5,1; титан - 1,8; ниобий - 2,6; гафний - 0,25; никель - основа, по следующим режимам:
1 Термообработка по режиму прототипа с последующим охлаждением на воздухе до температуры 20-300°C.
2 Термообработка по предлагаемому режиму:
- термообработка по режиму прототипа с последующим охлаждением на воздухе до температуры 20-300°C.
- загрузка в печь и нагрев до температуры 870°C, выдержка 2 ч, далее нагрев до 910°C, выдержка 3 ч и последующие охлаждение на воздухе, далее нагрев до 750°С, выдержка 8 ч и охлаждение на воздухе. Заключительный нагрев в печи до температуры 700°C, выдержка 17 ч и последующее охлаждение на воздухе.
В таблице приведены результаты испытаний механических свойств при комнатной температуре и длительной прочности при температуре 650°C на комбинированных образцах. Заготовка, обработанная по режимам прототипа, имела неудовлетворительные показатели длительной прочности, в то время как заготовка, подвергнутая термической обработке по предлагаемому режиму, имела высокие показатели по длительной прочности, сохранив высокий уровень показателей по другим параметрам.
Таким образом, способ предлагаемой термической обработки заготовок дисков из жаропрочных никелевых сплавов стабилизирует и повышает показатели их механических свойств и длительной прочности до требований нормативной документации.
Таблица 1
Предел прочности, кгс/мм<sup>2</sup>
Предел текучести, кгс/мм<sup>2</sup>
Относительное удлинение, %
Относительн. сужение, %
Ударная вязкость, кгсм/см<sup>2</sup>
Длительная прочность, ч Т=650°С, σ=102 кгс/мм<sup>2</sup>
Примечание
Кольцевой образец
Массивная заготовка
Предлагаемый
148,9
104,1
26,4
24,0
7,8
≥279
≥196
-
Прототип
147,2
103,3
23,5
23,8
7,1
≈64
-
Некондиц. заготовка
Требования НД
145,0
102,0
15,0
15,0
4,0
100
-
-