СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ ИЗ СПЛАВА ТИПА ВВ751П С ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТЬЮ И ЖАРОПРОЧНОСТЬЮ
METHOD FOR PRODUCTION OF PRODUCT OUT OF ALLOY TYPE "TT751¦" WITH HIGH STRENGTH AND HEAT RESISTANCE

Предлагаемое 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.
Известны способы (патенты РФ №2371512 и №2285736) получения изделий из сложнолегированных жаропрочных никелевых сплавов с количеством γ'-фазы более 40%, основанных на многостадийной деформации слитка и последующей термической обработке при температуре ниже температуры полного растворения (сольвуса) γ'-фазы.
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 высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов. Способ заключается в том, что заготовку, полученную методом горячего изостатического прессования (ГИП) гранул, подвергают двухстадийной деформации с промежуточным отжигом и термической обработке ниже температуры сольвуса (патент РФ 2259902 - прототип).
Недостатком этого способа является то, что применение термической обработки при низкой температуре (ниже сольвуса) не позволяет реализовать возможности сплавов по получению высокого уровня жаропрочности и прочности, а также низкий коэффициент использования металла (КИМ) из-за многостадийности технологического процесса.
С целью устранения перечисленных недостатков предлагается способ получения изделия из сплава типа ВВ751П с высокой прочностью и жаропрочностью, 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 однофазной области на 5-20°C выше температуры сольвуса, скорость охлаждения при закалке поддерживают выше 25 град/мин и старение проводят в две стадии при температурах 780-800°C и 700-720°C.
Технический результат - более высокие характеристики прочности и жаропрочности при рабочих температурах, и как следствие, увеличение ресурса и надежности деталей, работающих в условиях жесткого нагружения, а также существенное повышение КИМ.
Это достигается тем, что проведение ГИП и закалки в однофазной области при температуре на 5-20°C выше сольвуса обеспечивает формирование мелкого однородного рекристаллизованного зерна размером 20-35 мкм. А повышенные скорости охлаждения при закалке выше 25 град/мин и две ступени старения формируют равномерно распределенные частицы упрочняющей γ'-фазы оптимального для жаропрочности размера - 0,20-0,35 мкм и способствуют дополнительному выделению мелких упрочняющих частиц γ'-фазы размером 0,05-0,08 мкм, которые обеспечивают одновременно высокий уровень прочности. При этом минимальное количество технологических переделов обеспечивает существенное повышение КИМ. Все это увеличивает ресурс и надежность детали, работающей в условиях жесткого нагружения, и дает существенную экономию дорогостоящих стратегических материалов.
Предлагаемым способом из гранул жаропрочного никелевого сплава ВВ751П были изготовлены заготовки дисков газотурбинного двигателя.
Для осуществления изобретения капсулы с засыпанными гранулами сплава ВВ751П фракции -100 мкм подвергали в течение 2 часов горячему изостатическому прессованию при температуре 1180°C, что на 10°C выше сольвуса.
Далее обточенные заготовки подвергали термической обработке по режиму: закалка 1185°C, что на 15°C выше сольвуса, выдержка 4 часа, охлаждение со скоростью 40 град/мин и два старения при 780°C и 700°C в течение 16 часов.
По способу-прототипу также была изготовлена аналогичная заготовка диска из гранул сплава ВВ751П.
Результаты испытаний механических свойств заготовок, изготовленных предлагаемым способом и способом-прототипом при температуре 20°C и рабочей температуре 650°C, проведенных по стандартным методикам испытания, представлены в таблице 1.
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает на заготовке диска при рабочей температуре 650°C получение жаропрочности на 7-10% выше по сравнению с прототипом при более высоком (на 3-5%) уровне прочности и сохранении высокой пластичности. Кроме того, при применении предлагаемого способа в 1,4-1,6 раз увеличивается коэффициент использования металла.
В результате этого применение предлагаемого способа для изготовления дисков, валов и других деталей газотурбинных двигателей позволит повысить их ресурс в 1,4 раза и снизить вес двигателя в 1,2 раза, а также сэкономить 16% дорогостоящих стратегических материалов.