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 - CrО. 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. Все остальные тугоплавкие металлы и сплавы на их основе обладают высокой жаропрочностью, но не обладают жаростойкостью, это связано с тем, что оксиды этих металлов не создают надежной защитной пленки.
Обработка резанием жаропрочных сплавов и, соответственно, сплава Х65НВФТ затруднена вследствие высокой твердости, прочности, большого сопротивления пластическому деформированию.
Уменьшение твердости материала облегчает обработку резанием, снижает изнашиваемость режущего инструмента. Пониженная твердость сплава Х65НВФТ достигается отжигом.
В качестве единственного и наиболее близкого аналога выбраны ТУ 1850-540-56897835-2012 «Прутки прессованные из сплава Х65НВФТ (ВХ4)», в соответствии с которыми отжиг выполняют при 900°C с изотермической выдержкой в течение 16 часов с последующим охлаждением на воздухе. Однако такая термическая обработка не обеспечивает получения стабильных результатов по достижению минимальных значений твердости и, таким образом, стабильности свойств разных заготовок даже одной садки, это связано с тем, что не обеспечивается одинаковая скорость охлаждения разных заготовок.
Техническим результатом изобретения является снижение твердости упрочненных заготовок и стабилизация ее значений и, таким образом, повышение стойкости и стабильности стойкости инструмента при обработке заготовок из жаропрочного и жаростойкого сплава Х65НВФТ.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что способ термической обработки упрочненных заготовок из жаропрочного и жаростойкого сплава Х65НВФТ включает нагрев заготовок до температуры отжига 900°C, изотермическую выдержку в течение 16 часов и охлаждение, при этом охлаждение заготовок после изотермической выдержки проводят со скоростью 30-50°C/час до температуры в интервале 650-550°C, а затем охлаждают на воздухе.
В соответствии с диаграммой состояния «Ni - Cr» (фиг.1) при охлаждении от 900°C снижается концентрация никеля в твердом растворе на основе хрома с решеткой ОЦК, т.е. уменьшается и уровень легирования твердого раствора, что влечет понижение твердости. Неодинаковые условия охлаждения разных заготовок на воздухе определяют разброс значений их твердости. Медленное охлаждение от 900°C до 650°C-550°C создает более равномерное охлаждение заготовок, это позволяет целенаправленно снизить твердость и повысить стабильность результатов.
Температурный интервал, до которого выполняется замедленное охлаждение - 650-550°C, обоснован тем, что ниже этой температуры скорость охлаждения не оказывает влияния на твердость. Это подтверждено экспериментально. Охлаждение заготовок из сплава Х65НВФТ с сильно различающимися скоростями от температуры 650°C и 550°C на воздухе и в воде не изменяло их твердости, значения которой составляло 34-35 HRC.
Пример.
Заготовки в виде упрочненных прутков из сплава Х65НВФТ после пластической деформации нагревают до 900±15°C, выдерживают при этой температуре в течение 16 ч и медленно охлаждают до температуры 650-550°C. В таблице 1 представлены режимы известного способа и предлагаемого. Измеряли твердость заготовок после отжига по известному (режим 1) и предлагаемым (режим 2 - медленное охлаждение до 650°C; режим 3 - медленное охлаждение до 550°C) способам (табл.1). Стабильность результатов оценивали дисперсионным анализом и сравнением коэффициентов вариации.
Таблица 1
Термическая обработка
Режим 1
Режим 2
Режим 3
Твердость заготовок, HRC
37
34
33
35,5
34
34
35
34
35
36
35
34
36
35,5
33
38
35
35
Среднее значение твердости (среднее арифметическое - µ), HRC
µ<sub>1</sub>=36,25
µ<sub>2</sub>=34,58
µ<sub>3</sub>=33,66
Среднее квадратичное отклонение (σ) и дисперсия (D)
σ<sub>1</sub>=2,4; D<sub>1</sub>=5,82
σ<sub>2</sub>=0,63; D<sub>2</sub>=0,40
σ<sub>3</sub>=0,66; D<sub>3</sub>=0,44
Коэффициент вариации (σ/µ)
0,066
0,018
0,013
1
2
1
3
2
3
Отношения дисперсий - D/D=14,55, D/D=13,22 - превосходят пограничный показатель достоверности для вероятности 0,99, равный 10,97. Это означает, что разброс значений твердости по известному способу (режим 1) существенно, с вероятностью 0,99, выше, чем по предлагаемому способу (режимы 2 и 3). Отношение дисперсий D/D=1,1 свидетельствует об одинаковом влиянии технологий по режимам 2 и 3 на разброс значений твердости.
Сравнение коэффициентов вариации режима 1 с одной стороны и режимов 2 и 3, с другой (их различие более 30%) также свидетельствует о значительном различии стабильности получаемых результатов по известному и предлагаемому способам термической обработки.