СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ДИСКОВ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ, ПОРОШКОВЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ
HEAT TREATMENT METHOD OF DISC-TYPE PARTS OF GAS-TURBINE ENGINES FROM HEAT-RESISTANT POWDER NICKEL ALLOYS

Известен способ термической обработки порошковых жаропрочных никелевых сплавов, включающий нагрев до температуры на 30-50°С выше температуры полного растворения γ'-фазы, выдержку и охлаждение вместе с печью, последующий нагрев до температуры на 20-40°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, выдержку при этой температуре и охлаждение со скоростью 200-300°С в минуту и старение (авторское свидетельство СССР №928722, B22F 3/24, C22F 1/10, 1980 г.) - прототип.
Недостатком этого способа термической обработки являются высокие остаточные напряжения термического происхождения, возникающие в результате закалки с высокой скоростью охлаждения и высокая трудоемкость процесса (его длительность).
Известен способ термической обработки высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов, включающий нагрев на температуру закалки, выдержку, ступенчатое охлаждение со скоростью 530-650°С в минуту до температуры на 100-140°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, выдержку до полного выравнивания температур по сечению, затем охлаждение со скоростью 30-60°С в минуту до температуры на 250-350°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, далее на воздухе и старение (авторское свидетельство СССР №1508598, C22F 1/10, 1987 г.) - прототип.
При пониженном уровне остаточных напряжений этот способ термической обработки обеспечивает недостаточно высокие значения жаропрочности и низкую производительность процесса, т.е. его большую длительность.
Техническая задача данного изобретения заключается в получении повышенных значений жаропрочности, значительном сокращении длительности термических операций (закалки и старения), т.е. повышении производительности процесса при низком уровне остаточных напряжений.
Поставленная цель достигается при термической обработке, включающей нагрев на температуру закалки и старение. При этом охлаждение с температуры закалки проводят переносом в соляную ванну с температурой на 350-500°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, а старение проводят непосредственно в этой же ванне в течение 8-16 часов.
Охлаждение с температуры закалки и старение при температуре горячей среды менее чем на 350°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы приводят к меньшей дисперсности частиц упрочняющей γ'-фазы и способствуют уменьшению длительной прочности при температуре испытания 650°С. Использование температуры горячей среды и, таким образом, старения более, чем на 500°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, значительно понижая диффузионную подвижность атомов, делает невозможным прохождение процессов старения и тем самым уменьшает жаропрочность.
Старение в течение 8-16 часов при заявленных температурах создает оптимальное с точки зрения повышенной жаропрочности при 650°С распределение по размерам частиц γ'-фазы.
Совмещение охлаждения с температуры закалки и старение в одной технологической операции в 2 раза повышает производительность термической обработки.
Пример
Проводили термическую обработку дисков из порошковых жаропрочных сплавов на никелевой основе ЭП741НП и ЭП962П. Температура полного растворения γ'-фазы сплава ЭП741НП - 1180°С, сплава ЭП962П - 1170°С.
Диски из сплава ЭП741НП термически обрабатывали по режимам:
- нагрев на температуру закалки 1190°С, выдержка 4 часа, перенос в соляную ванну, нагретую до 680°С, выдержка 16 часов, охлаждение на воздухе (режим 1), что на 500°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы.
- нагрев на температуру закалки 1190°С, выдержка 4 часа, перенос в соляную ванну, нагретую до 830°С, что на 350°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, выдержка в ванне при этой температуре в течение 8 часов, охлаждение на воздухе (режим 2).
Диски из сплава ЭП962П термически обрабатывали по режиму:
- нагрев на температуру закалки 1180°С, выдержка 4 часа, перенос в соляную ванну, нагретую до 770°С, что на 400°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы (режим 3).
Термическую обработку по способу-прототипу проводили по режимам:
- нагрев на температуру закалки 1180°С (для дисков из сплава ЭП962П) и 1190°С (для дисков из сплава ЭП741НП), выдержка 4 часа, перенос в соляную ванну с холодным маслом, а после достижения на дисках температуры 1030-1070°С, что на 100-140°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы (для обоих сплавов), перенос в ванну с солью, нагретую на 850°С (на 320°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы для сплава ЭП962П и на 330°С ниже той же температуры для сплава ЭП741НП), что обеспечивает скорость охлаждения 30-60°С в минуту; далее охлаждали на воздухе. Старение - при 730°С в течение 16 часов для первого сплава и при 850°С в течение 6 часов для второго (режимы 4 и 5).
Таблица
Средние значения механических свойств при 20°С и длительности процесса при термической обработке по предлагаемому способу и способу-прототипу.
Марка термообрабатываемого сплава
Режим термической обработки
Длительная прочность
Длительность термической обработки, час
Величины остаточных напряжений, МПа
<img file="00000001.tif" he="13" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000002.tif" he="14" wi="14" img-content="undefined" img-format="tif" />
режим 1
200
260
32
600
Сплав ЭП741НП
режим 2
240
310
24
580
режим 4 (способ-прототип)
128
80
52
620
режим 3
860
-
24
560
Сплав ЭП962П
режим 5 (способ-прототип)
410
-
50
580
Как видно из таблицы, предлагаемый способ термической обработки обеспечивает повышение длительной прочности при низком уровне остаточных напряжений и в 2 раза повышает производительность процесса по сравнению с термической обработкой по способу-прототипу.
Применение предлагаемого способа для термической обработки деталей типа дисков и валов газотурбинных двигателей позволяет в 1,5 раза повысить ресурс их работы.