RU2232204C2 - Способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов на основе никеля - Google Patents
Способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов на основе никеля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2232204C2 RU2232204C2 RU2002123958/02A RU2002123958A RU2232204C2 RU 2232204 C2 RU2232204 C2 RU 2232204C2 RU 2002123958/02 A RU2002123958/02 A RU 2002123958/02A RU 2002123958 A RU2002123958 A RU 2002123958A RU 2232204 C2 RU2232204 C2 RU 2232204C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- cooling
- stage
- holding
- phase
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Heat Treatment Of Nonferrous Metals Or Alloys (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области термической обработки металлов и сплавов, а именно к термической обработке изделий из жаропрочных никелевых сплавов с равноосной, ориентированной и монокристаллической структурой. Предложен способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов на основе никеля, включающий три этапа: первый этап - нагрев до температуры в интервале (tп.p ÷ tэвт), выдержка и охлаждение со скоростью выше 100 град/мин, второй этап - нагрев до температуры в интервале (tн.p ÷ tп.p), где tп.p - температура полного растворения γ’- фазы, tэвт - температура плавления эвтектики (γ+γ'), tн.р - температура начала растворения γ'-фазы, выдержка и охлаждение со скоростью выше 100 град/мин и третий этап - нагрев до температуры вблизи tн.р, выдержка и охлаждение, при этом скорость нагрева на всех этапах выше 100 град/мин, длительность выдержек составляет до 300 с, а охлаждение на третьем этапе ведут со скоростью выше 100 град/мин, при этом каждый этап повторяют несколько раз. После третьего этапа проводят дополнительный отжиг при температуре ниже ty, где ty - температура упорядочения γ-твердого раствора. Технический результат - формирование в результате термической обработки размеров, формы, распределения частиц γ’-фазы и структуры γ- и γ'-твердых растворов, обеспечивающих высокий уровень эксплуатационных свойств сплавов на никелевой основе с равноосной, ориентированной или монокристаллической структурой при существенном сокращении длительности процесса термической обработки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области термической обработки металлов и сплавов и может найти применение при термической обработке изделий из жаропрочных никелевых сплавов с равноосной, ориентированной и монокристаллической структурой.
Известен способ термической обработки литейных жаропрочных никелевых сплавов с равноосной структурой, включающий нагрев деталей до 1200-1220°С, выдержку в течение 4-х часов и охлаждение на воздухе [1].
Недостатком известного способа термической обработки является случайное распределение частиц выделяющейся γ ’-фазы, при этом сами частицы имеют существенно разные размеры в осях дендритов и в межосных пространствах. Все это неблагоприятно отражается на эксплуатационных свойствах сплавов.
Другой известный способ термической обработки, применяющийся и для монокристаллических отливок, включает три этапа - на первом этапе детали нагревают до температуры в интервале (tп.p-tэвт), где tп.p и tэвт - температуры полного растворения γ ’-фазы и плавления эвтектики соответственно, выдерживают от нескольких минут до нескольких часов и охлаждают со скоростью более 100 град/мин; на втором - производят нагрев деталей до температуры вблизи рабочей температуры 1000-1050°С, лежащей в интервале между температурой начала растворения γ ’-фазы tн.р и tп.p, выдерживают в пределах от 10 до 24 часов и охлаждают со скоростью более 100 град/мин; на третьем этапе детали нагревают до температуры tн.p 870-900°С, выдерживают в течение от 30 до 48 часов, после чего охлаждают [1].
Недостатками этого способа термической обработки являются случайное распределение частиц γ ’-фазы, увеличение размера и объемной доли микропор, длительный технологический процесс термической обработки до 70-75 часов высокотемпературных выдержек без учета времени нагревов и охлаждений.
Технической задачей изобретения является формирование в результате термической обработки размеров, формы, распределения частиц γ ’-фазы и структуры γ - и γ ’-твердых растворов, обеспечивающих высокий уровень эксплуатационных свойств сплавов на никелевой основе с равноосной, ориентированной или монокристаллической структурой при существенном сокращении длительности процесса термической обработки. Дополнительной задачей изобретения является повышение упругих и прочностных свойств сплава за счет упорядоченного расположения атомов легирующих элементов в кристаллической решетке никеля.
Поставленная задача решается тем, что способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов на основе никеля включает три этапа. Первый этап - нагрев до температуры в интервале (tп.p-tэвт), выдержка и охлаждение со скоростью выше 100 град/мин. Второй этап - нагрев до температуры в интервале (tн.p-tп.p), где tп.p - температура полного растворения γ ’-фазы, tэвт - температура плавления эвтектики (γ +γ ’), tн.р - температура растворения γ ’-фазы, выдержка и охлаждение со скоростью выше 100 град/мин. Третий этап - нагрев до температуры вблизи tн.p, выдержка и охлаждение.
Новым в изобретении является то, что скорость нагрева на всех этапах выше 100 град/мин, длительность выдержек составляет до 300 с, а охлаждение на третьем этапе ведут со скоростью выше 100 град/мин, при этом каждый этап повторяют несколько раз.
Кроме того, после выполнения третьего этапа проводят дополнительный отжиг при температуре ниже ty, где ty - температура упорядочения γ -твердого раствора.
Быстрые нагревы и охлаждения способствуют ускорению диффузионных процессов, в результате чего в детали формируется структура с мелкодисперсными частицами γ ’-фазы, закономерным образом распределенными по объему сплава, что в сочетании с отсутствием микропористости обеспечивает более высокий уровень эксплуатационных свойств.
Во время дополнительного отжига при температуре ниже температуры упорядочения γ - твердого раствора (ty) продолжительностью более 50 часов протекают процессы атомного упорядочения, что обуславливает рост упругих и прочностных свойств сплава.
На прилагаемых рисунках показаны микроструктуры сплава ЖС6У после термической обработки по режимам (увеличение 10000 раз):
фиг.1 - серийная термическая обработка 1210°С, 4 ч, охлаждение на воздухе;
фиг.2 - нагрев в соляной ванне 1225-1235°С, выдержка 60 с, охлаждение в воде, 5 раз + нагрев в соляной ванне 1035-1045°С, выдержка 180 с, охлаждение в воде, 7 раз + нагрев в соляной ванне 870-890°С, выдержка 30 с, охлаждение в воде, 20 раз;
фиг.3 - предыдущая термическая обработка + 500°С, 100 ч.
Пример. Проводят термическую обработку образцов из литейного жаропрочного никелевого сплава ЖС6У с равноосной структурой. Микроструктура сплава после серийной термической обработки (нагрев в вакууме до 1200-1220°C, выдержка 4 часа, охлаждение на воздухе) представлена на фиг.1. Образцы с такой структурой нагревали в соляной ванне с температурой 1225-1235°С, лежащей в интервале между tп.p≈ 1225°С и tэвт≈ 1250°С, выдерживали 60 с и охлаждали в воде. Этот первый этап повторили 5 раз.
На втором этапе образцы нагревали в соляной ванне с температурой 1035-1045°С, лежащей в интервале между tн.р≈ 880°С и tп.p≈ 1225°С, выдерживали 180 с и охлаждали в воде, повторяя этап 7 раз.
На третьем этапе образцы нагревали в соляной ванне с температурой 870-890°С, т.е. вблизи tн.р, выдерживали 300 с и охлаждали в воде. Этот этап повторили 20 раз. Микроструктура, сформировавшаяся после третьего этапа, показана на фиг.2. Как видно из фиг.2, частицы γ ’- фазы, во-первых, имеют размер в поперечнике от 0,02 до 0,04 мкм, т.е. на порядок меньше, чем после серийной термической обработки (0,3-0,5 мкм на фиг.1). Во-вторых, размер частиц, расположенных в осях дендритов и в межосных пространствах, одинаков. И, в-третьих, частицы γ ’-фазы образуют структуру из однонаправленных “плотно нанизанных бус”, похожую на микроструктуру, получающуюся после испытания на ползучесть и приведенную в [1, рис.2.17 б, с.114], но отличающуюся тем, что вытянутые включения γ ’-фазы являются не сплошными, а “бусовидными”.
Испытания образцов, обработанных по предлагаемому режиму, показали, что пределы их кратковременной и длительной прочности превышают таковые для образцов, обработанных по серийной технологии, на 35... 50% в зависимости от температурно-временных условий испытаний. Весь технологический процесс термической обработки по предлагаемому способу длится около 2,5 часов, т.е. примерно в 30 раз быстрее серийного.
Дополнительный упорядочивающий отжиг в течение 100 ч при 500°С приводит к формированию совершенной, взаимно перпендикулярной ориентировке коротких “бус-цепочек”, состоящих из нескольких мелких, хорошо ограненных кубических частиц γ ’-фазы, образующих общую структуру, похожую на тканое полотно (фиг.3). Совершенная кубическая морфология частиц γ ’-фазы свидетельствует об их упорядоченном состоянии [1, с.113, 3-й абзац снизу].
В результате дополнительного отжига модуль нормальной упругости и предел прочности на растяжение возрастают на 5-7% и 8-12% соответственно.
Литература
1. Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей (сплавы, технология, покрытия). - М.: МИСИС, 2001, стр.110-115.
Claims (2)
1. Способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов на основе никеля, включающий три этапа: первый этап - нагрев до температуры в интервале (tп.p ÷ tэвт), выдержка и охлаждение со скоростью выше 100 град./мин, второй этап - нагрев до температуры в интервале (tн.p ÷ tп.p), где tп.p - температура полного растворения γ'-фазы, tэвт - температура плавления эвтектики (γ+γ'), tн.р - температура начала растворения γ'-фазы, выдержка и охлаждение со скоростью выше 100 град./мин и третий этап - нагрев до температуры вблизи tн.р, выдержка и охлаждение, отличающийся тем, что скорость нагрева на всех этапах выше 100 град./мин, длительность выдержек составляет до 300 с, а охлаждение на третьем этапе ведут со скоростью выше 100 град./мин, при этом каждый этап повторяют несколько раз.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после выполнения третьего этапа проводят дополнительный отжиг при температуре ниже ty, где ty – температура упорядочения γ - твердого раствора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002123958/02A RU2232204C2 (ru) | 2002-09-09 | 2002-09-09 | Способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов на основе никеля |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002123958/02A RU2232204C2 (ru) | 2002-09-09 | 2002-09-09 | Способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов на основе никеля |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002123958A RU2002123958A (ru) | 2004-03-20 |
RU2232204C2 true RU2232204C2 (ru) | 2004-07-10 |
Family
ID=33412895
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002123958/02A RU2232204C2 (ru) | 2002-09-09 | 2002-09-09 | Способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов на основе никеля |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2232204C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2437081A (en) * | 2006-04-08 | 2007-10-17 | Rolls Royce Plc | Heat treatment of nickel-based superalloy components |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114045451B (zh) * | 2021-11-11 | 2022-08-23 | 中国华能集团有限公司 | 一种优化复合强化型铁镍基合金管综合性价比的热处理方法 |
-
2002
- 2002-09-09 RU RU2002123958/02A patent/RU2232204C2/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КАБЛОВ Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей. Сплавы, технология, покрытия. - М.: МИСИС, 2001, с.110-115. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2437081A (en) * | 2006-04-08 | 2007-10-17 | Rolls Royce Plc | Heat treatment of nickel-based superalloy components |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002123958A (ru) | 2004-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fuchs | Solution heat treatment response of a third generation single crystal Ni-base superalloy | |
CA2276154C (en) | Nickel-based monocrystalline superalloy with a high .gamma.' solvus | |
CA2440573C (en) | Nickel base superalloy | |
JP2016102257A (ja) | アディティブ・マニュファクチャリング法を使用する部品の製造方法 | |
Su et al. | Microstructural evolution and compositional homogenization of a low Re-bearing Ni-based single crystal superalloy during through progression of heat treatment | |
US8435362B2 (en) | Process for producing a single-crystal component made of a nickel-based superalloy | |
Fuchs | Improvement of creep strength of a third generation, single-crystal Ni-base superalloy by solution heat treatment | |
Fuchs et al. | Modeling of the partitioning and phase transformation temperatures of an as-cast third generation single crystal Ni-base superalloy | |
JP3402603B2 (ja) | 単結晶製品を製造するための改善された低角粒界耐性を有するニッケル基―超合金 | |
Chen et al. | Investigation on the hot crack sensitivity of a nickel-based single crystal superalloy fabricated by epitaxial laser metal forming | |
Chang et al. | Development of microstructure and mechanical properties of a Ni-base single-crystal superalloy by hot-isostatic pressing | |
JP4222540B2 (ja) | ニッケル基単結晶超合金、その製造方法およびガスタービン高温部品 | |
EP0241405B1 (en) | Varied heating rate solution heat treatment for superalloy castings | |
RU2232204C2 (ru) | Способ термической обработки деталей из жаропрочных сплавов на основе никеля | |
Jahangiri et al. | Investigation on the dissolution of η phase in a cast Ni-based superalloy | |
JPS5914531B2 (ja) | ニッケル基超合金鋳造製品 | |
JP3950513B2 (ja) | ニッケル基超合金からなる加工体の熱処理法 | |
Shi et al. | Creep properties and microstructure evolution of nickel-based single crystal superalloy at different conditions | |
JPH0119992B2 (ru) | ||
Sifeng et al. | Influences of processing parameters on microstructure during investment casting of nickel-base single crystal superalloy DD3. | |
JP2013133505A (ja) | ニッケル基単結晶超合金熱処理方法及びニッケル基単結晶超合金 | |
Han et al. | Effect of Ruthenium on microstructure and stress rupture properties of a single crystal Nickel-base superalloy | |
CA1074674A (en) | Multi-step heat treatment for superalloys | |
US3783032A (en) | Method for producing directionally solidified nickel base alloy | |
JP2005139548A (ja) | ニッケル基超合金及び単結晶鋳造品 |