RU2129166C1

RU2129166C1 - Method of heat treatment of structures

Info

Publication number: RU2129166C1
Application number: RU97105202A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Семенов; К.И. Недашковский; М.В. Зайцев; Б.А. Козыков
Original assignee: Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им.акад.В.П.Глушко
Priority date: 1997-04-02
Filing date: 1997-04-02
Publication date: 1999-04-20

Abstract

FIELD: heat treatment of structures made of age-hardenable alloys and operating under conditions of high and low temperatures, vibration and corrosive media, particular, treatment of soldered-welded structures having parts of maraging steel and age-hardenable nickel alloy. SUBSTANCE: the claimed method includes heating of structure for soldering or welding up to temperature of 1200 ± 10 C, holding at this temperature for 6-9 min, and cooling at cooling rate of 50-70 C/min. Further on, structure is subjected to double heating up to temperature of 860 ± 10 C, holding at this temperature for 4-5 h and cooling in the air. Then, it is treated with cold at temperature of minus 50 minus 70 C for 2-3 h and tempering at temperature of 200-250 C for 2-3 h. EFFECT: high enough mechanical characteristics of soldered-welded structure serviceable under extreme operating conditions without failure. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области термической обработки конструкций, выполненных из дисперсионно-твердеющих сплавов и работающих в условиях как высоких, так и низких температур, вибрации и агрессивных сред, в частности обработке паяно-сварных конструкций, содержащих детали из дисперсионно-твердеющего сплава на основе никеля и мартенситно-стареющей стали. The invention relates to the field of heat treatment of structures made of precipitation hardening alloys and operating in conditions of both high and low temperatures, vibration and aggressive environments, in particular the processing of brazed-welded structures containing parts from a precipitation hardening alloy based on nickel and maraging steel.

Жаропрочные дисперсионно-твердеющие сплавы используются в конструкциях, работающих в теплонапряженных условиях и химически активных средах, чаще всего такие конструкции представляют собой сложные паяно-сварные узлы со множеством паяных и сварных швов. При изготовлении этих узлов в процессе нагрева дисперсионно-твердеющие сплавы претерпевают структурные превращения, связанные с выделением из твердого раствора карбидных или интерметаллидных фаз. В локальных участках сплава создается искаженное состояние решетки, что приводит к снижению его пластичности и вероятности образования трещин. Паяно-сварные конструкции, выполненные из дисперсионно-твердеющих сплавов, требуют последующей термической обработки для получения однородной структуры сплавов и повышения их пластичности. Это относится и к конструкциям, содержащим детали из дисперсионно-твердеющих сплавов на основе никеля и мартенситно-стареющей стали. Heat-resistant dispersion-hardening alloys are used in structures operating in heat-stressed conditions and chemically active environments, most often such structures are complex brazed-welded assemblies with many soldered and welded joints. In the manufacture of these units during heating, precipitation hardening alloys undergo structural transformations associated with the precipitation of carbide or intermetallic phases from a solid solution. In the local areas of the alloy, a distorted state of the lattice is created, which leads to a decrease in its ductility and the likelihood of cracking. Brazed-welded structures made of precipitation hardening alloys require subsequent heat treatment to obtain a uniform alloy structure and increase their ductility. This also applies to structures containing parts made of precipitation hardening alloys based on nickel and maraging steel.

Известен способ термической обработки конструкций из жаропрочных дисперсионно-твердеющих сплавов на основе никеля ( авт. свид. СССР N 713175, кл. C 22 F 1/10). Способ включает в себя нагрев до 1150-1200^oC с выдержкой при ней 0,5 - 0,4 час, непрерывное регулирование охлаждения со скоростью 6 - 10^oC/мин до 1100 - 1050^oC и со скоростью 0,5 - 8^oC/мин до 850 - 600^oC и охлаждение на воздухе с последующим старением при 800 - 850^oC, выдержкой при ней 8 - 24 час и охлаждением на воздухе.A known method of heat treatment of structures of heat-resistant dispersion hardening nickel-based alloys (ed. Certificate of the USSR N 713175, class C 22 F 1/10). The method includes heating to 1150-1200 ^o C with holding for 0.5 to 0.4 hours, continuous cooling control at a speed of 6 - 10 ^o C / min to 1100 - 1050 ^o C and at a speed of 0.5 - 8 ^o C / min to 850 - 600 ^o C and cooling in air, followed by aging at 800 - 850 ^o C, holding it for 8 to 24 hours and cooling in air.

Известная термообработка позволяет повысить пластичность сплава при сохранении достаточно высоких прочностных свойств. Однако известный способ невозможно применить для термической обработки паяно-сварной конструкции, содержащей кроме детали из никелевого сплава деталь из мартенситно-стареющей стали. При указанной выше термообработке структура стали нестабильна из-за повышенного в ней содержания аустенита, что может привести к изменению механических свойств стали в процессе эксплуатации паяно-сварной конструкции. Known heat treatment can increase the ductility of the alloy while maintaining a sufficiently high strength properties. However, the known method cannot be applied for heat treatment of a brazed-welded structure containing, in addition to a nickel alloy part, a part made of maraging steel. With the above heat treatment, the steel structure is unstable due to the increased austenite content in it, which can lead to a change in the mechanical properties of steel during operation of the brazed-welded structure.

Известен способ термической обработки жаропрочной мартенситно-стареющей стали (авт. свид. N 411138, кл. C 21 D 6/00). Способ включает в себя аустенизацию (закалку) при температуре 1000 - 1070^oC, обработку стали холодом при 50 - 70^oC в течение 6 -8 час и отпуск при 200 - 450^oC в течение 1 - 3 час с охлаждением на воздухе. Указанная термообработка обеспечивает высокую прочность (σ_в), пластичность и вязкость стали.A known method of heat treatment of heat-resistant maraging steel (ed. Certificate. N 411138, class C 21 D 6/00). The method includes austenization (quenching) at a temperature of 1000 - 1070 ^o C, steel treatment with cold at 50 - 70 ^o C for 6 -8 hours and tempering at 200 - 450 ^o C for 1 to 3 hours with cooling in air. The specified heat treatment provides high strength (σ _in ), ductility and toughness of steel.

Однако при термообработке паяно-сварной конструкции, содержащей детали из указанных выше сплавов, известная технология не обеспечивает достаточных прочностных свойств, например текучести σ_0,2 сплава на никелевой основе, что не позволяет конструкции работать без разрушения как при высоких, так и при низких температурах, в экстремальных условиях.However, in the heat treatment of a brazed-welded structure containing parts from the above alloys, the known technology does not provide sufficient strength properties, for example, yield strength σ _{0.2 of} a nickel-based alloy, which does not allow the structure to work without failure at both high and low temperatures under extreme conditions.

Задача изобретения - соединение технологии термической обработки паяно-сварной конструкции, содержащей детали из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе и мартенситно-стареющей стали, обеспечивающей работоспособность конструкции в условиях агрессивных сред, вибрации, как высоких, так и низких температур. The objective of the invention is the combination of heat treatment technology of a brazed-welded structure containing parts made of precipitation hardening nickel-base alloy and maraging steel, which ensures the operability of the structure in aggressive environments, vibration, both high and low temperatures.

Задача решена за счет того, что при термообработке паяно-сварной конструкции, содержащей детали из мартенситно-стареющей стали и дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе, закалку совмещают с пайкой конструкции и осуществляют при температуре 1200±10^oC с выдержкой при ней 6-9 мин, охлаждение - со скоростью 50-70^oC/мин, а перед обработкой холодом конструкцию подвергают двукратному нагреву при 860±10^oC, выдержке 5-10 час и охлаждению на воздухе.The problem is solved due to the fact that during heat treatment of a brazed-welded structure containing parts from maraging steel and a precipitation hardening alloy based on nickel, quenching is combined with brazing of the structure and carried out at a temperature of 1200 ± 10 ^o C with holding at 6- 9 min, cooling - at a speed of 50-70 ^o C / min, and before cold treatment the structure is subjected to double heating at 860 ± 10 ^o C, holding for 5-10 hours and cooling in air.

Технический результат - обеспечение достаточно высоких механических характеристик паяно-сварной конструкции, позволяющих ей работать в экстремальных условиях без разрушения. The technical result is the provision of sufficiently high mechanical characteristics of the brazed-welded structure, allowing it to work in extreme conditions without destruction.

Способ согласно изобретению осуществляется следующим образом. Собранную конструкцию под пайку, содержащую детали из мартенситно-стареющей стали и дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе, подвергают пайке в защитной среде при температуре 1200±10^oC, выдержке при ней в течение 6-9 мин и охлаждению до комнатной температуры со скоростью 50-70^oC/мин. Режим пайки одновременно является режимом закалки. Указанный режим пайки-закалки конструкции позволяет получить качественную пайку и однородную структуру сплава на никелевой основе, а также относительно однородную структуру стали, в которой отсутствуют ликвационные зоны. Однако наряду с этим в стали содержится до 15% нестабильного аустенита, что снижает ее прочность. Недостаточно высокие механические свойства оказываются и у сплава на никелевой основе. Поэтому далее конструкцию подвергают термообработке в защитной среде, включающей ее двукратный нагрев до температуры 860±10^oC, выдержку при ней в течение 4-5 час и охлаждение на воздухе. При такой термообработке сталь подвергается двукратной закалке, а сплав на никелевой основе - двукратному старению, при этом при указанных режимах исключается выпадение в стали карбидной фазы, что сохраняет ее пластичность, а в никелевом сплаве повышается пластичность за счет частичной коагуляции частиц γ′-фазы и сохраняется его высокая прочность. Достигаемый результат увеличивается за счет двукратности термообработки. Затем конструкцию обрабатывают холодом при температуре 50-70^oC в течение 2-3 час. При такой обработке структура стали становится стабильной, поскольку остаточный аустенит переходит в мартенсит. Далее конструкцию подвергают отпуску при температуре 200-250^oC в течение 2-3 час для снятия в ней напряжений.The method according to the invention is as follows. The assembled soldering structure containing parts of maraging steel and a precipitation hardening alloy based on nickel is brazed in a protective medium at a temperature of 1200 ± 10 ^o C, holding it for 6-9 minutes and cooling to room temperature at a speed 50-70 ^o C / min. Soldering mode is simultaneously a hardening mode. The specified mode of brazing-hardening of the structure allows to obtain high-quality brazing and a uniform structure of the nickel-based alloy, as well as a relatively uniform structure of steel, in which there are no segregation zones. However, along with this, steel contains up to 15% of unstable austenite, which reduces its strength. Insufficiently high mechanical properties are also found in the nickel-based alloy. Therefore, the structure is further subjected to heat treatment in a protective environment, including its double heating to a temperature of 860 ± 10 ^o C, holding it for 4-5 hours and cooling in air. In this heat treatment, the steel is subjected to double hardening, and the nickel-based alloy is subjected to double aging, while under the indicated conditions, the carbide phase precipitation is eliminated, which preserves its ductility, and in the nickel alloy, ductility increases due to partial coagulation of γ′-phase particles and its high strength is maintained. The achieved result is increased due to the twofold heat treatment. Then the structure is treated with cold at a temperature of 50-70 ^o C for 2-3 hours. With this treatment, the structure of the steel becomes stable, since residual austenite transforms into martensite. Next, the design is subjected to tempering at a temperature of 200-250 ^o C for 2-3 hours to relieve stress in it.

Паяно-сварные конструкции, обработанные в соответствии с указанным выше способом, были испытаны для определения их механических характеристик. Анализ испытаний показал, что полученные характеристики соответствуют требованиям для их работы в экстремальных условиях. Brazed-welded structures processed in accordance with the above method were tested to determine their mechanical characteristics. Analysis of the tests showed that the obtained characteristics meet the requirements for their work in extreme conditions.

Ниже приведен пример осуществления предложенного способа. The following is an example implementation of the proposed method.

Термической обработке подвергают конструкцию, содержащую детали из мартенситно-стареющей стали марки ВНС-25 и дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе марки ЭП-202. Режим термообработки совмещают с режимом пайки конструкции из стали ВНС-25 и сплава ЭП-202 (температура пайки 1200±10^oC). Нагрев под пайку-закалку проводят в вакуумной печи при разрежении 1•10^-4 мм рт.ст. до температуры 1200±10^oC, выдерживают при ней в течение 6-9 мин, а затем в рабочую зону печи вводят поток инертного газа - аргона со скоростью, обеспечивающей охлаждение конструкции со скоростью 50-70^oC/мин до комнатной температуры. Далее конструкцию подвергают двукратному нагреву в той же печи до температуры 860±10^oC, выдержке при ней в течение 4-5 час и охлаждению на воздухе. Затем следует обработка конструкции холодом при температуре 50-70^oC в течение 2-3 час и отпуск при температуре 200-250^oC в течение 2-3 час.Heat treatment is applied to a structure containing parts made of maraging steel VNS-25 and dispersion-hardening nickel-base alloy EP-202. The heat treatment mode is combined with the soldering mode of a structure made of VNS-25 steel and EP-202 alloy (soldering temperature 1200 ± 10 ^o C). Heating for soldering-hardening is carried out in a vacuum furnace with a vacuum of 1 • 10 ^-4 mm RT.article. to a temperature of 1200 ± 10 ^o C, kept at it for 6-9 minutes, and then a stream of inert gas - argon is introduced into the working zone of the furnace at a rate that provides cooling of the structure at a rate of 50-70 ^o C / min to room temperature. Next, the design is subjected to double heating in the same furnace to a temperature of 860 ± 10 ^o C, holding it for 4-5 hours and cooling in air. Then follows the processing of the structure with cold at a temperature of 50-70 ^o C for 2-3 hours and leave at a temperature of 200-250 ^o C for 2-3 hours.

Были определены механические характеристики стали и никелевого сплава паяно-сварной конструкции при комнатной температуре. Данные характеристики приведены в таблице. The mechanical characteristics of the steel and nickel alloy of the brazed-welded structure were determined at room temperature. These characteristics are given in the table.

Паяно-сварные конструкции, обладающие указанными в таблице механическими характеристиками, были испытаны с условиях эксплуатации. Разрушений не обнаружено. Brazed-welded structures with the mechanical characteristics indicated in the table were tested under operating conditions. No damage was found.

Claims

The method of heat treatment of brazed-welded structures containing parts of maraging steel and a precipitation hardening alloy based on nickel, including hardening combined with brazing of the structure, which is carried out at 1200 ± 10 ^o With holding at 6 to 9 min and cooling at a speed 50 - 70 ^o С / min, double heating to 860 ± 10 ^o С with holding for 5 - 10 h and cooling in air, cold treatment at (-50) - (-70) ^o С and tempering at 200 - 250 ^o С.