RU2105080C1

RU2105080C1 - Method for heat treatment of high-temperature age-hardenable alloys based on nickel-chromium before soldering

Info

Publication number: RU2105080C1
Application number: RU95106530A
Authority: RU
Inventors: Виктор Никанорович Семенов
Original assignee: Виктор Никанорович Семенов
Priority date: 1995-04-21
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 1998-02-20
Also published as: RU95106530A

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: method provides for hardening, heating up to 1000 C and after holding stepped ageing with cooling in furnace, respectively, at temperatures of 900 ± 20 C, with holding for 30-50 min, at 800 ± 20 C with holding for 80-100 min, at 700 ± 50 C with holding for 4-6 h, and at 600 ± 50 C with holding for 6-8 h and subsequent cooling in the air. EFFECT: higher efficiency. 1 tbl

Description

Изобретение относится к термообработке деталей из жаропрочных дисперсионно-твердеющих сплавов перед пайкой. The invention relates to heat treatment of parts from heat-resistant dispersion hardening alloys before soldering.

Жаропрочные сплавы используются в конструкциях, работающих в теплонагруженных условиях и химически активных средах. Обладая высокими эксплуатационными свойствами, они имеют пониженную технологичность в процессах, связанных с деформацией при нагреве, например, при штамповке, сварке или пайке. Особенно это относится к дисперсионно-твердеющим хромоникелевым сплавам. При нагреве они претерпевают структурные превращения, связанные с выделением из твердого раствора избыточных карбидных Me₂₃C₆, Me₆C или интерметаллидных Ni₃(TiAl), Ni₃T и других фаз. При выпадении их в локальных участках металла создается искаженное состояние решетки, приводящее к возникновению внутренних объемных напряжений. В результате этого снижается пластичность сплава и повышается склонность к образованию трещин при деформации. Склонность к хрупкому разрушению особенно резко повышается в контакте с поверхностно-активной жидкометаллической средой, например припоем. В этом случае разрушающая нагрузка снижается более чем в 10 раз.Heat-resistant alloys are used in structures operating in heat-loaded conditions and chemically active environments. Having high operational properties, they have a reduced processability in processes related to deformation during heating, for example, during stamping, welding or soldering. This is especially true for precipitation hardening chromium-nickel alloys. When heated, they undergo structural transformations associated with the release from the solid solution of excess carbide Me ₂₃ C ₆ , Me ₆ C or intermetallic Ni ₃ (TiAl), Ni ₃ T and other phases. When they fall out in local areas of the metal, a distorted state of the lattice is created, which leads to the appearance of internal bulk stresses. As a result, the ductility of the alloy decreases and the tendency to crack during deformation increases. The tendency to brittle fracture increases particularly sharply in contact with a surface-active liquid metal medium, for example, solder. In this case, the breaking load is reduced by more than 10 times.

При пайке конструкции ее детали находятся в напряженно-деформированном состоянии в результате неравномерного нагрева или различия в термическом расширении деталей из разнородных металлов. Возникающие при этом напряжения растяжения способны превысить допустимые в контакте с жидким припоем нагрузки и разрушить металл. Трещины, как правило, заполнены припоем, что препятствует их обнаружению. Наличие трещин значительно снижает работоспособность паяной конструкции. When soldering a structure, its parts are in a stress-strain state as a result of uneven heating or differences in the thermal expansion of parts made of dissimilar metals. The tensile stresses resulting from this can exceed the allowable loads in contact with the liquid solder and destroy the metal. Cracks are usually filled with solder, which prevents their detection. The presence of cracks significantly reduces the performance of the soldered structure.

Известен способ термической обработки жаропрочных дисперсионно-твердеющих сплавов на никель-хромовой основе, включающий закалку с 1090^oC на воздухе и ступенчатое старение в атмосфере воздуха по режиму: нагрев до температуры 1000^oC с выдержкой 2 ч, охлаждение вместе с печью до температуры 900^oC с выдержкой 1 ч, охлаждение с печью до температуры 800^oC с выдержкой 2 ч с последующим охлаждением на воздухе. При закалке структурные составляющие сплава переходят в твердый раствор. Нагрев до 1000^oC и последующее медленное охлаждение обеспечивает выделение интерметаллидных и карбидных фаз при температурах 900-800^oC в мелкодисперсном состоянии. Однако при указанных температурах фазы выделяются не полностью.A known method of heat treatment of heat-resistant dispersion hardening alloys on a nickel-chromium basis, including quenching from 1090 ^o C in air and stepwise aging in an air atmosphere according to the regime: heating to a temperature of 1000 ^o C with a holding time of 2 h, cooling together with the furnace to a temperature of 900 ^o C with a holding time of 1 h, cooling with an oven to a temperature of 800 ^o C with a holding time of 2 h followed by cooling in air. During quenching, the structural components of the alloy pass into a solid solution. Heating to 1000 ^o C and subsequent slow cooling ensures the release of intermetallic and carbide phases at temperatures of 900-800 ^o C in a finely divided state. However, at the indicated temperatures the phases are not completely isolated.

При пайке изделий дисперсионно-твердеющий сплав, находящийся в напряженном состоянии, вступает во взаимодействие с расплавом припоя уже при температуре начала его плавления. Это способствует термической деформации и снижению пластичности сплава. When soldering products, a precipitation hardening alloy, which is in a stressed state, interacts with the solder melt even at the temperature at which it began to melt. This contributes to thermal deformation and reduction of ductility of the alloy.

Недостатком известного способа является нестабильность структуры сплава паяемых изделий при температуре ниже 800^oC, их низкая пластичность, а значит и высокая чувствительность к воздействию припоев.The disadvantage of this method is the instability of the structure of the alloy of soldered products at temperatures below 800 ^o C, their low ductility, and therefore high sensitivity to the effects of solders.

Задача изобретения - получение стабильной структуры дисперсионно-твердеющих никель-хромовых сплавов и увеличение их пластичности во всем интервале температур взаимодействия с жидким припоем, обеспечивающее изготовление паяных конструкций без дефектов. The objective of the invention is to obtain a stable structure of dispersion hardening nickel-chromium alloys and increase their ductility in the entire temperature range of interaction with liquid solder, ensuring the manufacture of soldered structures without defects.

Задача решена за счет того, что ступенчатое старение осуществляют сначала при температуре 90 ±20^oC с выдержкой 30-50 мин, далее при 800±20^oC с выдержкой 80-100 мин, при 700+50^oC с выдержкой 4-6 ч и при 600+50^oC с выдержкой 6-8 ч. Указанное ступенчатое строение способствует полному выделению из хромоникелевого твердого раствора избыточных фаз, а значит и равновесию структуры в интервале температур взаимодействия расплавленного припоя с металлом при последующей пайке. Максимальное выделение избыточных фаз и их коагуляция при термообработке обеспечивает повышение пластичности сплава, необходимой для предотвращения образования дефектов в паяном шве в процессе пайки.The problem is solved due to the fact that stepwise aging is carried out first at a temperature of 90 ± 20 ^o C with a shutter speed of 30-50 minutes, then at 800 ± 20 ^o C with a shutter speed of 80-100 min, at 700 + 50 ^o C with a shutter speed of 4-6 h and at 600 + 50 ^o C with a holding time of 6-8 h. The indicated stepwise structure contributes to the complete separation of excess phases from the chromium-nickel solid solution, and hence the equilibrium of the structure in the temperature range of the interaction of molten solder with metal during subsequent soldering. The maximum allocation of excess phases and their coagulation during heat treatment provides an increase in the ductility of the alloy, which is necessary to prevent the formation of defects in the brazed joint during brazing.

Технический результат - повышение стабильности структуры дисперсионно-твердеющего сплава и его пластичности, обеспечивающее снижение чувствительности сплава к воздействию жидкого припоя в процессе пайки. The technical result is an increase in the stability of the structure of a precipitation hardening alloy and its ductility, which reduces the sensitivity of the alloy to the effects of liquid solder during brazing.

Предложенный способ осуществляют следующим образом. The proposed method is as follows.

Необходимо провести пайку элемента конструкции днища, состоящего из кольца и впаянного в него по периметру диска. Материал кольца - дисперсионно-твердеющий сплав на никель-хромовой основе - ЭП-202. Материал диска - бронза. Температура пайки - 925±5^oC. Используют припой на серебряной основе марки ПС_р - 37,5. Температура начала плавления его составляет 720^oC.It is necessary to solder the structural element of the bottom, consisting of a ring and soldered into it around the perimeter of the disk. The ring material is a precipitation hardening alloy on a nickel-chromium basis - EP-202. The disc material is bronze. The soldering temperature is 925 ± 5 ^o C. Use a solder on a silver base grade PS _p - 37.5. The temperature of the beginning of its melting is 720 ^o C.

Перед операцией пайки заготовку кольца закаливают с температуры 1080±5^oC с охлаждением на воздухе, затем нагревают в атмосфере воздуха до 1000^oC и выдерживают 1 ч, и далее осуществляют ступенчатое старение. Для этого заготовку охлаждают с печью до 900±20^oC, выдерживают 30-50 мин, оптимально 40 мин, охлаждают с печью до 800±20^oC, выдерживают 80-100 мин, оптимально 90 мин, охлаждают с печью до 700±50^oC, выдерживают 4-6 ч, оптимально 5 ч и охлаждают с печью до 600±50^oC, выдерживают при этой температуре 6-8 ч. Далее проводят охлаждение на воздухе.Before the soldering operation, the billet of the ring is quenched from a temperature of 1080 ± 5 ^o C with cooling in air, then heated in an atmosphere of air to 1000 ^o C and incubated for 1 h, and then carry out stepwise aging. For this, the workpiece is cooled with a furnace to 900 ± 20 ^o C, held for 30-50 minutes, optimally 40 minutes, cooled with a furnace to 800 ± 20 ^o C, held for 80-100 minutes, optimally 90 minutes, cooled with a furnace to 700 ± 50 ^o C, incubated for 4-6 hours, optimally 5 hours and cooled with an oven to 600 ± 50 ^o C, maintained at this temperature for 6-8 hours. Next, carry out cooling in air.

При температуре 1000^oC начинается процесс выпадения избыточных фаз из твердого раствора сплава. В процессе выдержки при этой температуре выпадают все интерметаллидные составляющие и до 2-3% γ′-фазы. При последующем трехступенчатом старении происходит практически полное выпадение γ′-фазы и ее коагуляция. При заключительном этапе - 600+50^oC - завершается выпадение оставшихся частиц γ′-фазы из твердого раствора.At a temperature of 1000 ^o C, the process of precipitation of excess phases from the alloy solid solution begins. During exposure at this temperature, all intermetallic components and up to 2-3% of the γ′-phase precipitate. With subsequent three-stage aging, the γ′-phase almost completely precipitates and coagulates. At the final stage - 600 + 50 ^o C - ends the precipitation of the remaining particles of the γ′-phase from the solid solution.

Оптимальное время выдержки на всех ступенях процесса старения выбиралось с учетом обеспечения максимальной пластичности сплава при предварительных испытаниях образцов из этого сплава. The optimal exposure time at all stages of the aging process was chosen taking into account the maximum plasticity of the alloy during preliminary tests of samples of this alloy.

Исследования показали, что в результате предложенной термообработки структура сплава приобрела стабильность и высокую пластичность, что сделало его нечувствительным к воздействию жидкого припоя. Благодаря стабильности структуры сплава и его пластичности, напряжения, возникающие в паяемой конструкции, не смогли разрешить металл, находящийся в контакте с расплавленным припоем. Studies have shown that as a result of the proposed heat treatment, the alloy structure acquired stability and high ductility, which made it insensitive to the influence of liquid solder. Due to the stability of the alloy structure and its ductility, the stresses arising in the brazed structure could not resolve the metal in contact with the molten solder.

Сравнительные данные результатов испытаний механических и физических свойств сплава ЭП-202, термообработанного по предложенному и известному способам, приведены в таблице. Comparative data on the results of testing the mechanical and physical properties of the alloy EP-202, heat-treated according to the proposed and known methods, are given in the table.

Характеристики δ и ψ получены при температуре испытаний 750^oC.Characteristics δ and ψ obtained at a test temperature of 750 ^o C.

Анализ таблицы показал, что при испытаниях дисперсионно-твердеющего сплава на никель-хромовой основе ЭП-202, прошедшего термообработку в соответствии с предложенным способом, он обладает пластичность в 5-6 раз больше, чем обработанный по известной технологии. При пайке в конструкциях трещины и разрушения отсутствуют. Отмечен непрерывный рост пластичности сплава в интервале температур плавления припоя - 720-925^oC, что указывает на отсутствие объемных изменений в нем, а следовательно на достижение стабильности структуры.The analysis of the table showed that when testing the precipitation hardening alloy on a nickel-chromium base EP-202, which has undergone heat treatment in accordance with the proposed method, it has a plasticity of 5-6 times greater than that processed by known technology. When soldering in the structures, cracks and fractures are absent. A continuous increase in the ductility of the alloy in the range of melting temperatures of solder - 720-925 ^o C, which indicates the absence of volumetric changes in it, and therefore the achievement of the stability of the structure.

Claims

The method of heat treatment of heat-resistant dispersion hardening nickel-chromium alloys before brazing, including hardening, heating to 1000 ^o C and after aging stepwise aging with cooling in the furnace, then in air, characterized in that stepwise aging is carried out respectively at temperatures 900 ± 20 ^o C with a shutter speed of 30 50 min, at 800 ± 20 ^o C with a shutter speed of 80 100 min, at 700 ± 50 ^o C with a shutter speed of 4 6 hours and at 600 ± 50 ^o C with a shutter speed of 6 8 hours.