СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОРОШКОВЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ
HEAT TREATMENT METHOD OF HEAT-RESISTANT POWDER NICKEL-BASED ALLOYS

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термической обработки жаропрочных, в том числе порошковых, никелевых сплавов.
Известен способ термической обработки жаропрочного никелевого сплава ЭП741, включающий нагрев до температуры на 50-70°С выше температуры полного растворения γ'-фазы с выдержкой в течение 4-8 часов и охлаждение вместе с печью до 20-600°С, закалку с охлаждением на воздухе и старение при 870°С с охлаждением на воздухе (паспорт ВИАМ №1817, «Жаропрочный никелевый сплав марки ЭП750ИД, 2009 г.).
Недостатком этого способа является низкая жаропрочность при рабочей температуре испытания.
Известен способ термической обработки, в частности, для жаропрочного сплава на никелевой основе Undimet-500, включающий двойную закалку при 1125 и 1025°С и двойное старение: первое при 925°С в течение 24 часов и второе при 760°С в течение 16 часов (Ч.Силос, В.Хегель. Жаропрочные сплавы. Москва, «Металлургия», 1976 г., стр.75) - способ-прототип.
Недостатком этого способа являются низкие значения пластичности, ударной вязкости при комнатной температуре и длительной прочности при рабочей температуре.
Техническая задача данного изобретения заключается в повышении значения пластичности при комнатной температуре испытания и длительной прочности при рабочей температуре.
Поставленная цель достигается за счет того, что при термической обработке, включающей закалку и двойное старение: первое - высокотемпературное, второе - низкотемпературное, второе старение проводят при температуре на 20-50°С ниже температуры начала образования вторичных карбидов при разности между температурами старений 120-160°С.
Проведение второго старения при температуре, равной или даже выше температуры начала интенсивного образования вторичных карбидов, приводит к образованию «сетки» - непрерывных дискретных выделений указанной фазы по границам зерна твердого раствора, что вызывает снижение всего комплекса механических свойств.
Проведение второго старения при температуре более чем на 50°С ниже температуры начала интенсивного образования вторичных карбидов приводит к довыделению 3-5 мас.% частиц упрочняющей γ'-фазы, причем высокой дисперсности, что, как известно, уменьшает пластичность при комнатной температуре и жаропрочность при 750°С.
Разница между температурой высокотемпературного и низкотемпературного старения более 160°С обуславливает значительное укрупнение образовавшихся частиц γ'-фазы, что снижает прочность и длительную прочность при 750°С и способствует выделению большого количества частиц вторичных карбидов по границам зерен, из-за увеличения температурного интервала их выделения. Это вызывает охрупчивание сплава при комнатной и рабочих температурах.
При разнице между температурой первого и второго старений менее 120°С значительно уменьшается температурный интервал выделения карбидной фазы, что снижает прочность границ зерен, что в свою очередь приводит к понижению жаропрочности при рабочих температурах.
Пример:
Предложенный способ термической обработки опробовали на газотурбинных дисках из жаропрочного порошкового сплава на основе никеля ЭП962П. Предварительно была определена температура начала образования вторичных карбидов, равная для используемой плавки 750°С. Диски термообрабатывали по режимам: закалка, включающая нагрев на температуру 1190°С, выдержку 8 часов, охлаждение не воздухе и старение по следующим режимам:
- 860°С, 8 часов, 700°С, 16 часов (режим 1; температура второго старения на 50°С ниже температуры начала образования вторичных карбидов, разница между температурами старений 160°С);
- 850°С, 8 часов, 730°С, 16 часов (режим 2: температура второго старения на 20°С ниже температуры начала образования вторичных карбидов, разница между температурами старений 120°С);
- 820°С, 8 часов, 700°С, 16 часов (режим 3; температура второго старения на 50°С ниже температуры начала образования вторичных карбидов, разница между температурами старений 120°С).
Термическую обработку по способу-прототипу проводили по режиму 5:
- закалка 1190°С, 9 часов, охлаждение на воздухе при 925°С, 24 часа, при 760°С, 16 часов.
Охлаждение после всех старений на воздухе.
Как видно из таблицы, проведение термообработки по предлагаемому способу повышает в 1,5-2 раза пластичность при комнатной температуре испытаний и в 1,5-5 раз длительную прочность при рабочей температуре. Такое повышение механических свойств на 30-40% повышает ресурс рабочих тяжело нагруженных деталей, типа дисков турбинных двигателей.
Механические свойства дисков из сплава ЭП962П, термообработанные по предложенному способу и способу-прототипу.
Способ термической обработки
Режим термической обработки
Свойства при 20°С
Длительная прочность при 650°С <img file="00000001.tif" he="7" wi="15" img-content="undefined" img-format="tif" />, час
δ, %
ψ, %
KCU, кгм/см<sup>2</sup>
Режим 1
14
18
3,8
203
Предложенный способ
Режим 2
15
15
3,6
298
Режим 3
16
17
4,0
395
Способ-прототип
Режим 5
8
9
2,2
80