RU2502824C1 - Способ термообработки отливок из сплавов на основе гамма алюминида титана - Google Patents
Способ термообработки отливок из сплавов на основе гамма алюминида титана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2502824C1 RU2502824C1 RU2012148153/02A RU2012148153A RU2502824C1 RU 2502824 C1 RU2502824 C1 RU 2502824C1 RU 2012148153/02 A RU2012148153/02 A RU 2012148153/02A RU 2012148153 A RU2012148153 A RU 2012148153A RU 2502824 C1 RU2502824 C1 RU 2502824C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- phase
- heat treatment
- castings
- gamma
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термообработки отливок сплавов на основе гамма алюминида титана, и может быть использовано при получении изделий ответственного назначения, работающих при температурах до 800°С, в частности лопаток газотурбинных двигателей. Способ термообработки отливок из сплавов на основе гамма алюминида титана включает горячее изостатическое прессование, охлаждение до комнатной температуры и последующий нагрев при температуре ниже эвтектоидного превращения сплава. Горячее изостатическое прессование проводят при температуре выше эвтектоидного превращения сплава в фазовой области α+β+γ при следующем количестве фаз в сплаве, мас.%: бета-фаза (β) от 7 до 18, гамма-фаза (γ) от 5 до 16, альфа-фаза (α) - остальное. Снижается время термообработки, при этом сплавы имеют высокий уровень механических свойств. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термообработки отливок сплавов на основе гамма алюминида титана (γ-TiAl), и может быть использовано при получении изделий ответственного назначения, работающих при температурах до 800°C, частности, лопаток газотурбинных двигателей.
Литейные сплавы на основе алюминида титана TiAl (далее γ-сплавы) представляются одними из наиболее перспективных материалов для получения лопаток газотурбинных двигателей нового поколения [Appel F., Paul J.D.H., and Oehring M. «Gamma Titanium Aluminick Alloys: Science and Technology», Wiley-VCH Verlag & Co. KGaA, 2011, 745 p.]. Эти сплавы должны обладать не только высокими литейными свойствами, но и комплексом разных механических свойств: прочностью, пластичностью, усталостными свойствами, жаропрочностью и др. [Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник. M.: ВИЛС-МАТИ, 2009, 520 с.]. Особенностью γ-сплавов является высокая чувствительность их фазового состава и, как следствие, эксплуатационных свойств даже к небольшим изменениям концентраций легирующих элементов и к параметрам технологического процесса, в частности к режиму термообработки.
Известно, что литые сплавы, как широко известные, так и создаваемые вновь, обладают «фундаментальным» недостатком, связанным с образованием усадочной пористости, в отливках, и это обстоятельство резко снижает потенциальные прочностные и жаропрочностные характеристики сплавов и изделий на их основе. Универсальным и широко используемым приемом, позволяющим решающим образом повысить качество отливок, является применение горячего изостатического прессования (ТИП). Поэтому отливки сплавов на основе алюминида титана, предназначенные для особо ответственных изделий, практически всегда подвергают ГИП-обработке. Температура ГИП-обработки в значительной мере определяет их конечную структуру и, как следствие, эксплуатационные свойства.
Известен способ термической обработки гамма-сплава, содержащего 45,0-48,5 ат.% Al раскрытый в патенте US 5,609,698 (Mar. 11, 1997). Данный способ включает предварительный нагрев при 1038-1149°C (1900-2100°F) в течение от 5 до 50 часов, ГИП-обработку при температуре около 1204°C (2200°F) и последующий нагрев при 1010-1204°C (1900-2100°F). В частном пункте данный способ термообработки рекомендуется для сплавов из группы: Ti-48Al-2Cr-2Nb, Ti-48Al-2Mn-2Nb, Ti-49Al-1V, Ti-47Al-1Mn-2Nb-0,5W-0,5Mo-0,2Si, Ti-47А1-5Nb-1W. Недостатком данного способа является то, что он не регламентирует фазовый состав при ГИП-обработке. Поскольку сплавы из указанной группы имеют разные фазовый состав при одной температуре, то предложенный способ не позволяет обеспечить стабильность эксплуатационных свойств.
Известен также способ термической обработки гамма-сплава, способного к формированию фаз α, α2 и γ, раскрытый в патенте US 6,231,699 (May, 15, 2001). Данный способ включает ГИП-обработку при температуре ниже трансуса альфа-фазы (на 50-250 F) в течение от 1 до 20 ч, повторный нагрев ниже трансуса альфа-фазы (на 5-300 F) для измельчения микроструктуры и образование гаммы фазы в количестве от 10 до 90 об.%. В частных пунктах данного изобретения отмечается стадия определения трансуса альфа-фазы.
Недостатком данного способа является невысокий предел текучести (в частности на литых лопатках σ0,2 составляет около 350 МПа). Широкий диапазон по количеству гаммы фазы не позволяет обеспечить стабильность эксплуатационных свойств.
Наиболее близким к предложенному является к способ термообработки отливок сплавов на основе гамма алюминида титана, раскрытый в патенте US 5,634,992 (Jun.3, 1997). В этом способе отливку сплава на основе алюминида титана (a piece of cast gamma titanium aluminide alloy), содержащего от 45,5 до 48,5 ат.% алюминия, подвергаются ГИП-обработке при температуре выше эвтектоидного превращения (в частном пункте при 1204-1260°С (2200-2300°F)), первому нагреву при 1149-1204°С (2100-2200°F) в течение, как минимум, 8 часов; второму нагреву при температуре ниже эвтектоидного превращения при 982-1093°С (1800-2000°F) в течение, как минимум, 8 часов. В частном пункте предусматривается третий нагрев при температуре ниже альфа-трансуса. Данный способ позволяет получить достаточно высокое сопротивление ползучести при 760°С (1400°F). Недостатками данного способа являются: а) невысокий предел текучести (σ0,2) - менее 400 МПа (53,2 KSi), б) длительность термообработки (более 16 часов без учета ГИП-обработки). Эти недостатки обусловлены тем, что фазовый состав сплава при температуре нагрева регламентируется исходя из двойной фазовой диаграммы Ti-Al. В то же время наличие легирующих элементов в гамма-сплавах (Nb, Cr, Mo, W, Мn и др.) требует использования соответствующих многокомпонентных фазовых диаграмм. Выбор температур отжига по двойной диаграмме Ti-Al не позволяет обеспечить оптимальную структуру и, как следствие, заданные механические свойства. Поскольку термообработку по известному способу (пат. US 5,634,992) проводят в фазовой области α+γ, не регламентируя количество фаз.
Задачей изобретения является создание нового способа термообработки отливок сплавов на основе гамма алюминида титана с целью достижения высокого уровня механических свойств, в частности, по пределу текучести, и снижения общего время термообработки.
Поставленная задача решена тем, что предложен способ термообработки отливок сплавов на основе гамма алюминидов титана, включающий горячее изостатическое прессование при температуре выше эвтектоидного превращения, охлаждение до комнатной температуры и последующий нагрев при температуре ниже эвтектоидного превращения, отличающийся тем, что горячее изостатическое прессование проводят в фазовой области α+β+γ при следующем количестве фаз, мас.%:
бета-фаза (β) - от 7 до 18 мас.%,
гамма-фаза (γ) - от 5 до 16 мас.%,
альфа-фаза (α) - остальное.
В частном исполнении способ термообработки отливок гамма сплавов отличается тем, что сплав содержит ниобий и молибден.
Сущность изобретения состоит в следующем.
Наличие фаз в заявленных пределах при температуре ГИП-обработке позволяет получить достаточно дисперсную и однородную структуру в процессе эвтектоидного превращения (включая размер эвтектоидных колоний α2+γ и межпластинчатое расстояние внутри этих колоний). Частицы фаз β и γ в процессе ГИП-обработки приобретают компактную морфологию, которая мало меняется в процессе охлаждения и последующего нагрева. Это позволяет получить достаточную пластичность отливки при комнатной и повышенных температурах. Кроме того наличие этих частиц препятствует росту зерен α-фазы, что способствует малому размеру эвтектоидных колоний. При количестве фаз β и γ больше заявленных значений их морфология становится более вытянутой, что отрицательно сказывается на пластичности. При количестве этих фаз меньше заявленных значений их тормозящее влияние на рост зерен α-фазы снижается, что отрицательно сказывается на пределе текучести.
ПРИМЕР
Термообработке были подвергнуты образцы, вырезанные из отливок двух гамма сплавов, полученных в вакуумной плавильно-заливочной установке с медным водоохлаждаемым тиглем. Сплав №1 содержал 41,3% Al, 4,4% Nb и 1,1% Мо (ат.%), а сплав №2 - 42,6% Al, 4,1% Nb и 1,0% Мо (ат.%). ГИП-обработку образцов проводили в атмосфере аргона на установке HIRP 25/70-200-2000 (с графитовым нагревателем) при давлении 170 МПа в течение 3 часов. Температуру ГИП-обработки варьировали в пределах от 1080 до 1220°С. Загрузка литых образов в камеру ГИП-обработки показана на фигуре 1а, а сами образцы после ГИП-обработки - на фигуре 16. Последующий отжиг проводили в муфельной печи СНОЛ в воздушной атмосфере при 800°С в течение 3 часов.
Механические свойства отливок (условный предел текучести (σ0,2) и относительное укорочение (ε) оценивали при комнатной температуре по результатам испытаний на одноосное сжатие цилиндрических образцов, вырезанных из отливок (фигура 1), на универсальной испытательной машине Zwick Z250.
Микроструктуру литых и термообработанных образцов изучали на световом (СМ) и электронном сканирующем (СЭМ) микроскопах: Axio Observer MAT и JSM-6610LV соответственно. Количественный анализ фазового состава сплава при разных температурах проводили с помощью программы Thermo-Calc (версия TCW5, база данных TTTIAl).
Из табл.1 видно, что ГИП-обработка сплава №1 только в интервале температур от 1120 до 1160°С (режимы 3-5) обеспечивает требуемые значения массовых долей фаз β и γ. При меньшей температуре (режимы 1 и 2) для сплава №1 количество фаз γ и β выше заданного значения, а при большей температуре (режимы 6-8) фазы γ отсутствует. Для сплава №2 оптимальными являются режимы 6 и 7.
Таблица 1 | |||||||||||
Температуры ГИП-обработки, расчетные значения массовых долей фаз и механические свойства экспериментальных гамма сплавов | |||||||||||
№ | Т, °С | Массовые доли фаз, мас.% | Механические свойства | ||||||||
Сплав №1 | Сплав №2 | Сплав №1 | Сплав №2 | ||||||||
β | γ | α | β | γ | α | σ0,2, МПа | ε, % | σ0,2, МПа | ε, % | ||
1 | 1080 | 18,1 | 23,8 | 58,1 | 13,0 | 38,4 | 48,6 | 705 | 7 | 650 | 3 |
2 | 1100 | 17,9 | 19,6 | 62,3 | 12,4 | 34,7 | 52,9 | 720 | 8 | 665 | 4 |
3 | 1120 | 17,4 | 15,5 | 67,1 | 11,8 | 30,7 | 57,6 | 755 | >10 | 685 | 5 |
4 | 1140 | 16,8 | 10,8 | 72,4 | 11,0 | 26,2 | 62,8 | 740 | >10 | 705 | 7 |
5 | 1160 | 16,1 | 5,5 | 78,4 | 10,1 | 21,2 | 68,7 | 735 | >10 | 720 | 8 |
6 | 1180 | 15,3 | 0 | 84,7 | 9,0 | 15,7 | 75,3 | 680 | >10 | 725 | >10 |
7 | 1200 | 16,4 | 0 | 83,6 | 7,8 | 9,0 | 82,7 | 675 | >10 | 715 | >10 |
8 | 1220 | 17,9 | 0 | 82,1 | 6,4 | 2,6 | 90,1 | 680 | >10 | 685 | >10 |
Значения σ0,2 и ε, приведенные в табл.1, показывают, что ГИП-обработка только в интервале температур, обеспечивающем заданное количество фаз β и γ (режимы 3-5 для сплава №1 и режимы 6-7 для сплава №2), позволяет получить предел текучести выше 700 МПа и относительное укорочение больше 10%. Испытание на одноосное сжатие не привели к разрушению образцов, термообработанных по оптимальным режимам, при достигнутом максимально возможном усилии на испытательной машине. Это свидетельствует о достаточно высокой пластичности испытываемых материалов (ε>10%).
Микроструктура сплава №1 после термообработки по режиму 3 (табл.1) показана на фигуре 2.
Термообработка по режимам 1-2 для сплава №1 и по режимам 1-5 для сплава №2 приводит к снижению пластичности. Термообработка по режимам 6-8 для сплава №1 и по режимам 1-3 и 8 для сплава №2 не обеспечивает заданного уровня предела текучести выше 700 МПа.
Claims (2)
1. Способ термообработки отливок из сплавов на основе гамма алюминида титана, включающий горячее изостатическое прессование, охлаждение до комнатной температуры и последующий нагрев при температуре ниже эвтектоидного превращения сплава, отличающийся тем, что горячее изостатическое прессование проводят при температуре выше эвтектоидного превращения сплава в фазовой области α+β+γ при следующем количестве фаз в сплаве, мас.%:
бета-фаза (β) от 7 до 18
гамма-фаза (γ) от 5 до 16
альфа-фаза (α) остальное
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сплав отливки содержит ниобий и молибден.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012148153/02A RU2502824C1 (ru) | 2012-11-13 | 2012-11-13 | Способ термообработки отливок из сплавов на основе гамма алюминида титана |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012148153/02A RU2502824C1 (ru) | 2012-11-13 | 2012-11-13 | Способ термообработки отливок из сплавов на основе гамма алюминида титана |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2502824C1 true RU2502824C1 (ru) | 2013-12-27 |
Family
ID=49817723
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012148153/02A RU2502824C1 (ru) | 2012-11-13 | 2012-11-13 | Способ термообработки отливок из сплавов на основе гамма алюминида титана |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2502824C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5634992A (en) * | 1994-06-20 | 1997-06-03 | General Electric Company | Method for heat treating gamma titanium aluminide alloys |
WO2002010111A1 (en) * | 2000-07-28 | 2002-02-07 | General Electric Company | Process for the synthesis of diaryl esters of dicarboxylic acids |
EP1308529B1 (en) * | 2001-11-05 | 2005-01-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Titanium aluminum intermetallic compound based alloy and method of fabricating a product from the alloy |
RU2370561C2 (ru) * | 2004-11-23 | 2009-10-20 | Гксс-Форшунгсцентрум Геестхахт Гмбх | Сплав на основе алюминидов титана |
RU2466201C2 (ru) * | 2007-12-13 | 2012-11-10 | Гксс-Форшунгсцентрум Геестхахт Гмбх | Титаналюминидные сплавы |
-
2012
- 2012-11-13 RU RU2012148153/02A patent/RU2502824C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5634992A (en) * | 1994-06-20 | 1997-06-03 | General Electric Company | Method for heat treating gamma titanium aluminide alloys |
WO2002010111A1 (en) * | 2000-07-28 | 2002-02-07 | General Electric Company | Process for the synthesis of diaryl esters of dicarboxylic acids |
EP1308529B1 (en) * | 2001-11-05 | 2005-01-26 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Titanium aluminum intermetallic compound based alloy and method of fabricating a product from the alloy |
RU2370561C2 (ru) * | 2004-11-23 | 2009-10-20 | Гксс-Форшунгсцентрум Геестхахт Гмбх | Сплав на основе алюминидов титана |
RU2466201C2 (ru) * | 2007-12-13 | 2012-11-10 | Гксс-Форшунгсцентрум Геестхахт Гмбх | Титаналюминидные сплавы |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2370561C2 (ru) | Сплав на основе алюминидов титана | |
US11718897B2 (en) | Precipitation hardenable cobalt-nickel base superalloy and article made therefrom | |
RU2644830C2 (ru) | Способ изготовления прутковых заготовок из сплавов на основе интерметаллида титана с орто-фазой | |
RU2657892C2 (ru) | Высокопрочный титановый сплав с альфа-бета-структурой | |
JP6687118B2 (ja) | TiAl合金及びその製造方法 | |
CN106868328B (zh) | 一种获得β+O双相组织提高Ti2AlNb合金硬度的方法 | |
US10465264B2 (en) | Al-rich high-temperature TiAl alloy | |
CN106498237B (zh) | 一种镍铬钼钨铌铝钛系高温合金材料、制备方法及应用 | |
RU2550459C2 (ru) | СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛЕЙ, ПОЛУЧАЕМЫХ СПЕКАНИЕМ СПЛАВОВ Co-Cr-Мo, ИМЕЮЩИХ УЛУЧШЕННУЮ ПЛАСТИЧНОСТЬ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ | |
JP5385097B2 (ja) | 低サイクル疲労特性に優れたニアβ型チタン合金 | |
JP6761580B2 (ja) | α+β型チタン合金製翼部材の製造方法 | |
RU2502824C1 (ru) | Способ термообработки отливок из сплавов на основе гамма алюминида титана | |
JP5645054B2 (ja) | アニーリングツインを含有するニッケル基耐熱超合金と耐熱超合金部材 | |
CN111975003B (zh) | 一种钛铝合金全片层组织的调控方法 | |
Cui et al. | Microstructure and properties of a beta-solidifying TiAl-based alloy with different refiners | |
US10240608B2 (en) | TiAl alloy, in particular for turbocharger applications, turbocharger component, turbocharger and method for producing the TiAl alloy | |
RU2592657C2 (ru) | Жаропрочный сплав на основе титана и изделие, выполненное из него | |
JP7188577B2 (ja) | TiAl合金の製造方法及びTiAl合金 | |
CN111270105B (zh) | 均匀化处理gh4780合金铸锭的方法和gh4780合金铸件及其应用 | |
Guo et al. | The powder sintering and isothermal forging of Ti-10V-2Fe-3Al | |
RU2520250C1 (ru) | Сплав на основе гамма алюминида титана | |
Anil Kumar et al. | Solution Treatment and Aging (STA) Study of Ti Alloy Ti5Al3Mo1. 5V | |
RU2586947C1 (ru) | Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него | |
Imayev et al. | Effect of hot forging in the ordered phase field on microstructure and mechanical properties of β-solidifying γ-TiAl alloys | |
Polozov et al. | Effects of Heat Treatment and Hot Isostatic Pressing on Microstructure and Mechanical Properties of Ti2AlNb-Based Alloy Fabricated by SLM |