СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖАРОПРОЧНОГО И ЖАРОСТОЙКОГО СПЛАВА Х65НВФТ
THERMAL TREATMENT OF HEATPROOF AND REFRACTORY ALLOY "Х65НВФТ"

2
3
Изобретение относится к технологии термической обработки, а именно к термической обработке заготовок из сплава Х65НВФТ на основе хрома (состав, мас.%: Cr - основа; Ni - 32; Ti - 0,5; V - 0,25; W - 1,5; примеси, н/б: О - 0,08; N - 0,04 Si - 0,1; Al - 0,06; Fe - 0,5). Сплав на основе хрома является уникальным, т.к. обладает сочетанием жаропрочности и жаростойкости. Это объясняется тем, что хром - единственный тугоплавкий металл, обладающий жаростойкостью. При взаимодействии хрома с окислительной средой образуются плотные оксиды хрома - CrO. Эти оксиды образуют сильную адгезионную связь с металлом-основой, для них характерна малая дефектность кристаллической решетки.
Сплавы на основе хрома устойчивы также против газовой коррозии в продуктах сгорания топлива, содержащего серу.
Из уровня техники известен способ термической обработки изделий из жаропрочного сплава на основе никеля и хрома, заключающийся в отжиге сплава (RU 2285059C1, 10.10.2006).
В качестве наиболее близкого аналога выбран способ термической обработки прутков из сплава Х65НВФТ, включающий нагрев и изотермическую выдержку (ТУ1850-540-56897835-2012 «Прутки прессованные из сплава Х65НВФТ). Термическая обработка в данном способе выполнена в виде отжига, после такой обработки структура сплава двухфазная - твердые растворы никеля в хроме с объемно-центрированной кубической решеткой (ОЦК) и хрома в никеле с гранецентрированной кубической решеткой (ГЦК). Таким образом, не обеспечивается получение однофазной структуры, а также крупного зерна с малой протяженностью границ, т.е. факторов, определяющих высокую жаростойкость.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что способ термической обработки заготовок из сплава Х65НВФТ включает нагрев заготовок, изотермическую выдержку и охлаждение, при этом нагрев осуществляют до температуры однофазной области в интервале 1250-1320°С, а охлаждение проводят со скоростью, обеспечивающей получение однофазной структуры (твердый раствор никеля в хроме с объемно-центрированной кубической решеткой (ОЦК)).
В соответствии с диаграммой состояния «Ni-Cr» и результатами рентгенофазового анализа нагрев до температуры 1250°С обеспечивает получение однофазной структуры - твердого раствора никеля в хроме с ОЦК решеткой. При нагреве выше 1320°С возможно оплавление сплава (нагрев выше линии солидус), что приводит к неисправимому браку. Охлаждение следует выполнять со скоростью, обеспечивающей сохранение однофазной структуры. Таким образом, выполняется закалка, при которой скорость охлаждения определяется сечением образцов - в масло или воду.
Пример.
Заготовку-образец диаметром 18 мм и высотой 20 мм из сплава Х65НВФТ подвергали закалке путем нагрева до температуры 1270±10°C с выдержкой при этой температуре в течение 20 мин и охлаждали в масло.
В результате закалки была получена однофазная, крупнозернистая структура: твердый раствор никеля в хроме с объемно-центрированной кубической решеткой (ОЦК) (фиг.1).
Испытание на определение жаростойкости проводили в соответствии с ГОСТ 6130-71 весовым методом. Закаленные образцы нагревали в печи электросопротивления в окислительной атмосфере до 1100°С и выдерживали при этой температуре 10 часов после прогрева. Образцы предварительно шлифовали с обеспечением шероховатости их поверхностей, равной Ra 0,8-1,6 мкм, и взвешивали на аналитических весах Vibra HTR-80CE с абсолютной погрешностью ±0,1 мг, затем образцы помещали в тигель так, чтобы вся поверхность образца подвергалась воздействию окислительной атмосферы в процессе нагрева и выдержки в печи. После выдержки при 1100°С образцы охлаждали до 500… 600°C с печью, а затем на воздухе.
После полного охлаждения образцы и «чешуйки» окалины, если таковые имелись, взвешивали еще раз.
В таблице 1 представлены результаты определения удельного прироста массы аналога и изобретения.
Таблица 1
Образец
Термообработка
Площадь образца, см<sup>2</sup>
Удельный прирост массы, мг/см<sup>2</sup>
аналог
Отжиг 900°С, 16 час
11,1
0,99
заявленный
Закалка: 1270±10°С, масло
11,1
0,81
Заявленный способ обеспечил повышение жаростойкости, что подтверждено уменьшением удельного прироста массы примерно на 20%.