RU2753103C1 - Способ получения сложнопрофильных изделий из высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов, содержащих более 30% упрочняющей γ'-фазы - Google Patents
Способ получения сложнопрофильных изделий из высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов, содержащих более 30% упрочняющей γ'-фазы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2753103C1 RU2753103C1 RU2021102533A RU2021102533A RU2753103C1 RU 2753103 C1 RU2753103 C1 RU 2753103C1 RU 2021102533 A RU2021102533 A RU 2021102533A RU 2021102533 A RU2021102533 A RU 2021102533A RU 2753103 C1 RU2753103 C1 RU 2753103C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- deformation
- ingots
- phase
- carried out
- Prior art date
Links
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 13
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 title claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 27
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 57
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 44
- 238000010313 vacuum arc remelting Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 42
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 41
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 16
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 10
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims description 2
- 238000007514 turning Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 11
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 9
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 3
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 3
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 102220253765 rs141230910 Human genes 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000007713 directional crystallization Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/16—Remelting metals
- C22B9/20—Arc remelting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Forging (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении сложнопрофильных изделий из высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов, содержащих более 30% упрочняющей γ'-фазы, предназначенных преимущественно для изготовления дисков газотурбинных двигателей или других изделий, работающих в условиях предельных нагрузок при рабочих температурах выше 600°С. Способ получения сложнопрофильных изделий из высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов, содержащих более 30% упрочняющей γ'-фазы, включает вакуумно-индукционную выплавку слитков, вакуумно-дуговой переплав слитков, гомогенизирующий отжиг слитков, предварительную деформацию, заключительную деформацию и заключительную термическую обработку. Осуществляют рафинирующий вакуумно-дуговой переплав слитков при разрежении в камере печи 1⋅10-2÷10-3 мм рт.ст., при токе дуги 2,8-3,2 кА и скорости переплава 1,5-1,7 кг/мин с применением гелия для охлаждения формирующегося слитка диаметром более 200 мм в кристаллизаторе, осуществляют гомогенизирующий отжиг слитков, после которого проводят пластическую деформацию слитков горячей экструзией с получением заготовок, которые затем нагревают под предварительную деформацию штамповкой, осуществляют предварительную деформацию штамповкой за два или более раза со степенью деформации при штамповке осадкой 17-25% с промежуточным(ми) отжигом(ами). После заключительной деформации штамповкой осуществляют предварительную термическую обработку с последующей механической обработкой и заключительную термическую обработку с последующей механической обработкой с получением сложнопрофильных изделий. Обеспечивается получение сложнопрофильных изделий с однородной структурой и стабильным уровнем свойств, а также возможность использования универсального оборудования. 7 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.
Description
1. Область техники
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению сложнопрофильных изделий из высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов, содержащих более 30% упрочняющей γ'-фазы. предназначенных преимущественно для изготовления дисков газотурбинных двигателей или других изделий, работающих в условиях предельных нагрузок при рабочих температурах выше 600°С. Способ включает вакуумную индукционную выплавку, получение слитка под деформацию рафинирующим вакуумным дуговым переплавом с применением гелия, гомогенизирующий отжиг, пластическую деформацию слитка методом горячей экструзии, нагрев заготовки под предварительную штамповку, предварительную штамповку заготовки, при этом деформацию осуществляют за два или более раза с промежуточными отжигами, окончательную штамповку, предварительную и заключительную термические обработки, по окончании которых выполняют механическую обработку.
2. Предшествующий уровень техники
Известен «Способ получения изделия из жаропрочного никелевого сплава» (Патент RU №2 215 059 (C22F 1/10, B22D 27/04). 2001), включающий вакуумно-индукционную выплавку, получение заготовки под деформацию, гомогенизирующий отжиг, предварительную деформацию, окончательную деформацию и термическую обработку, при этом получение заготовки под деформацию осуществляют направленной кристаллизацией в керамической форме постоянного сечения с градиентом температуры на фронте затвердевания 20-200°С/см, а предварительную деформацию заготовки осуществляют осадкой за два или более раза с суммарной степенью деформации не менее 55% и с промежуточным(и) отжигом(ами). Недостатками способа являются формирование при деформации крупнозернистой микроструктуры, не обладающей способностью к сверхпластической деформации; высокий уровень напряжений деформирования при окончательной штамповке, неоднородность микроструктуры в штамповке после деформации перед термической обработкой.
Известен «Способ изготовления штамповок дисков из слитков высокоградиентной кристаллизации из никелевых сплавов» (Патент RU 2 389 822 (C22F 1/10), 2009). Способ включает вакуумно-индукционную выплавку, получение слитка под деформацию методом высокоградиентной направленной кристаллизации, гомогенизирующий отжиг, нагрев под предварительную деформацию, предварительную деформацию, нагрев под окончательную деформацию, окончательную деформацию. Недостатками способа являются невозможность обеспечения требуемой однородности и высокого уровня свойств изделия, низкий коэффициент использования металла и высокая трудоемкость получения изделий.
Известны способы получения дисков из никелевых жаропрочных сплавов, в которых для деформации используется слиток вакуумной индукционной выплавки с последующим вакуумным дуговым переплавом (ВИ+ВДП). Для того, чтобы получить заготовку с равномерным рекристаллизованным зерном, обладающую повышенной пластичностью, слиток гомогенизируют, многократно деформируют с использованием промежуточных отжигов и подогревов, уменьшают его поперечные размеры прессованием или ротационной ковкой. Далее проводят многократную деформацию для увеличения диаметра заготовки (патент ЕР №0248757, патенты США №5120373, 5693159). Недостатком известных способов является необходимость применения крупногабаритного и энергоемкого оборудования для выплавки слитков большого диаметра и их деформации. При производстве дисков большого размера использование предварительно прессованной заготовки затруднено в связи с ее малым диаметром по отношению к размерам и массе окончательного изделия, что приводит к необходимости применения дополнительных операций подпрессовки.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является «Способ изготовления дисков из высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов» (авторское свидетельство SU 1637360 (C22F 1/10), 1989), включающий:
- вакуумную-индукционную выплавку;
- получение слитка под деформацию диаметром 320 мм вакуумным дуговым переплавом;
- гомогенизирующий отжиг при температуре на 20-30°С выше полного растворения γ'-фазы (Тпрγ') в течение 4-8 часов, с охлаждением с печью до температуры максимальной коагуляции γ'-фазы, далее на воздухе;
- прессование слитка в контейнере со степенью 65-75% на пруток при температуре ниже Тпрγ' на 40-60°С;
- резку прутка на мерные заготовки;
- подпрессовку в закрытом контейнере со степенью 35-50% при температуре ниже Тпрγ' на 60-80°С;
- окончательную деформацию совмещением осадки и штамповки при температуре ниже Тпрγ' на 40-60°С со степенью 75-85%;
- термическую обработку, состоящую из предварительного отжига при температуре ниже Тпрγ' на 100-130°С, обработки на твердый раствор при температуре Тпрγ'±10°С с регламентированным охлаждением и последующим старением.
Недостатками способа-прототипа являются невозможность обеспечения требуемой однородности и высокого уровня свойств изделия, низкий коэффициент использования металла и высокая трудоемкость получения изделий.
3. Сущность изобретения
3.1. Постановка технической задачи
Задачей настоящего изобретения является создание способа получения сложнопрофильных штамповок из жаропрочного никелевого сплава с однородной структурой и стабильным уровнем свойств, обеспечивающего возможность использования универсального оборудования и повышение коэффициента использования металла.
Результат решения технической задачи
Решение задачи достигается штамповкой заготовки полученной из слитка вакуумной индукционной выплавки с последующим рафинирующим вакуумным дуговым переплавом, на низком токе с применением гелия, в кристаллизатор диаметром более 200 мм и гомогенизирующим отжигом, пластической деформацией слитка методом горячей экструзии на горизонтальном гидравлическом прессе, с последующей штамповкой, при этом предварительную штамповку заготовки осуществляют, деформацией за два или более раза с промежуточными отжигами, после чего выполняют предварительную термическую обработку с последующей механической обработкой и заключительную термическую обработку с последующей механической обработкой.
3.2. Отличительные признаки
В отличие от известного технического решения, включающего вакуумный дуговой переплав слитков вакуумной индукционной выплавки, гомогенизирующий отжиг слитков, предварительную деформацию с промежуточным(ми) отжигом(ми), заключительную деформацию и окончательную термическую обработку; в заявленном техническом решении осуществляют рафинирующий вакуумный дуговой переплав, слитков вакуумной индукционной выплавки, на низком токе с применением гелия, в кристаллизатор диаметром более 200 мм, гомогенизирующий отжиг с замедленным охлаждением, пластическую деформацию слитка методом горячей экструзии, нагрев заготовки под предварительную штамповку, предварительную штамповку заготовки, при этом деформацию осуществляют за два или более раза с промежуточными отжигами, окончательную штамповку, предварительную термическую обработку с последующей механической обработкой и заключительную термическую обработку с последующей механической обработкой.
Рафинирующий вакуумный дуговой переплав обработанных слитков производят с применением гелия, для уменьшения глубины жидкой ванны с целью более полного ее рафинирования. Переплав осуществляют в кристаллизатор диаметром более 200 мм на токе 2,8-3,2 кА, при разряжении в камере печи 1⋅10-2 ÷ 10-3 мм рт. ст. и скорости переплава 1.5-1,7 кг/мин.
Гомогенизирующий отжиг вакуумного дугового (ВД) слитка с замедленным охлаждением проводят по режиму: посадка в печь на температуру (500±10)°С, выдержка при этой температуре не менее одного часа, нагрев до температуры на 15-30°С выше температуры полного растворения γ'-фазы со скоростью не более 60°С/час, выдержка при этой температуре не менее 7 часов, охлаждение до температуры на 35-55°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы со скоростью не более 15°С/час, выдержка при этой температуре не менее трех часов, охлаждение до температуры на 65-85°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы со скоростью 15°С/час, выдержка при этой температуре не менее трех часов, охлаждение до температуры (1000±10)°С со скоростью не более 30°С/час, выдержка при этой температуре не менее двух часов, охлаждение до температуры (650±10)°С со скоростью не более 30°С/час, охлаждение с печью с произвольной скоростью до температуры (600±10)°С, далее выгрузка на воздух.
Пластическую деформацию ВД слитка осуществляют методом горячей экструзии на горизонтальном гидравлическом прессе в два этапа: с начала подпрессовка слитка в закрытом контейнере диаметром больше диаметра самого слитка на 7-12%, с последующей обточкой и упаковкой в теплозащитное покрытие, затем прессование через конусную матрицу, при этом разовая степень деформации составляет 75-80%.
Далее после механической обработки поверхности заготовки подвергают штамповке. Перед первой деформацией заготовки подвергают предварительному отжигу, который осуществляют по режиму: загрузка в печь при температуре на 200°С ниже температуры растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее 50 минут, нагрев до температуры на 95-115°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы со скоростью не более 80°С/час, выдержка при этой температуре не менее 6 часов, охлаждение со скоростью 30°С/час до температуры не выше 900°С, далее на воздухе.
Далее осуществляют нагрев под предварительную штамповку по режиму: загрузка в печь при температуре на 200°С ниже температуры растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее 50 минут, нагрев до температуры на 65-85°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее двух часов.
Предварительную штамповку заготовки производят деформацией за два или более раза с промежуточными отжигами, при этом первую осадку заготовки осуществляют в плоском инструменте или закрытом контейнере, а затем производят штамповку в фигурном заготовительном инструменте.
Промежуточный отжиг осуществляют по режиму: загрузка в печь при температуре на 65-85°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее 50 минут, охлаждение с печью до температуры не выше 900°С, далее на воздухе.
Нагрев под окончательную штамповку осуществляют по режиму: загрузка в печь при температуре на 200°С ниже температуры растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее 50 минут, нагрев до температуры на 65-85°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее двух часов.
После окончательной штамповки производят промежуточный отжиг, далее осуществляют предварительную термическую обработку, а затем заключительную термическую обработку с последующей за каждой из технологических операций механической обработкой (дробеметной, абразивной или лезвийной). Кроме того, на всех стадиях деформации заготовки после ее отжига производят механическую обработку поверхности до полного удаления окалины.
Предварительную термическую обработку осуществляют по режиму: загрузка в печь при температуре на 200°С ниже температуры растворения γ'-фазы, нагрев до температуры на 95-115°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы со скоростью не более 80°С/час, выдержка при этой температуре не менее 6 часов, охлаждение на воздухе.
Заключительную термическую обработку осуществляют по режиму: загрузка в печь при температуре на 200°С ниже температуры растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее 50 минут, нагрев до температуры на 15-30°С выше температуры полного растворения γ'-фазы со скоростью не более 60°С/час, выдержка при этой температуре не менее 5 часов, охлаждение с печью до температуры на 24-45°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее 20 минут, охлаждение на воздухе, старение при температуре (920±10)°С с выдержкой 12 часов, охлаждение с печью со скоростью 10°С/час до температуры (850±10)°С, выдержка 24 часа, воздух.
4. Описание изобретения
Для изготовления дисков газотурбинных двигателей или других изделий из никелевых жаропрочных сплавов используют заготовку с равномерным рекристаллизованным зерном, обладающую повышенной пластичностью, полученную многократным деформированием.
В предложенном техническом решении общая схема производства изделия, следующая: вакуумная индукционная выплавка → вакуумный дуговой переплав в кристаллизатор диаметром более 200 мм → гомогенизирующий отжиг →механическая обработка вакуумных дуговых слитков → горячая экструзия на горизонтальном гидравлическом прессе → предварительная штамповка, с промежуточными отжигами и обработкой → окончательная штамповка → отжиг → предварительная термообработка → механическая обработка → заключительная термообработка → окончательная механическая обработка.
В заявленном техническом решении на стадии подготовки заготовки к деформации производят вакуумную индукционную выплавку и вакуумный дуговой переплав жаропрочного сплава на никелевой основе на токе дуги 2,8-3,2кА с применением гелия при скорости наплавления 1,5-1,7 кг/мин. Охлаждение слитка гелием приводит к значительному уменьшению глубины ванны жидкого металла. Давлении гелия в зазоре между наплавляемом слитком и стенкой кристаллизатора составляет 20÷25 мм рт. ст. Рафинирующий вакуумный дуговой переплав проводят при разряжении 1⋅10-2÷10-3 мм рт. ст. и величине дугового промежутка - 15-20 мм, которая обеспечивает постоянство формы оплавления торца электрода и распределение энергии в зоне дуги - необходимое условие получение однородного слитка.
С целью снижения внутренних напряжений слитка, создание гетерогенизированной микроструктуры, способствующей в процессе пластической деформации методом экструзии деформированию мелкозернистой структуры, полученные вакуумные дуговые слитки подвергают гомогенизирующему отжигу с замедленным охлаждением по режиму: посадка в печь на температуру (500±10)°С, выдержка при этой температуре не менее одного часа, нагрев до температуры на 15-30°С выше температуры полного растворения γ'-фазы со скоростью не более 60°С/час, выдержка при этой температуре не менее 7 часов, охлаждение до температуры на 35-55°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы со скоростью 15°С/час, выдержка при этой температуре не менее трех часов, охлаждение до температуры на 65-85°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы со скоростью 15°С/час, выдержка при этой температуре не менее трех часов, охлаждение до температуры (1000±10)°С со скоростью не более 30°С/час, выдержка при этой температуре не менее двух часов, охлаждение до температуры (650±10)°С со скоростью не более 30°С/час, охлаждение с печью с произвольной скоростью до температуры (600±10)°С, далее выгрузка на воздух.
После гомогенизирующего отжига вакуумных дуговых слитков производят механическую обработку их поверхности.
Затем проводят пластическую деформацию вакуумных дуговых слитков методом горячей экструзии на горизонтальном гидравлическом прессе в два этапа. На первом этапе - подпрессовка слитка в закрытом контейнере диаметром больше диаметра самого слитка на 7-12%. Далее производят обточку и упаковку в теплозащитное покрытие. На втором этапе производят прессование через конусную матрицу. Степень деформации при прессовании составляет 75-80%. Прессование после нагрева при температуре нагрева (1100-1130)°С позволяет одновременно избежать сильного перегрева заготовки в очаге пластической деформации и чрезмерного переохлаждения поверхности заготовки от контакта с инструментом.
Далее после механической обработки поверхности заготовки подвергают штамповке. Перед первой деформацией заготовки осуществляют предварительный отжиг, который осуществляют по режиму: загрузка в печь при температуре на 200°С ниже температуры растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее 50 минут, нагрев до температуры на 95-115°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы со скоростью не более 80°С/час, выдержка при этой температуре не менее 6 часов, охлаждение со скоростью 30°С/час до температуры не выше 900°С, далее на воздухе.
Перед деформацией заготовки обмазывают теплозащитным покрытием: строительный клей синтетического происхождения плюс мертель в одинаковой пропорции по объему, разведенные водой до сметанообразного состояния.
Далее осуществляют нагрев под предварительную штамповку по режиму: загрузка в печь при температуре на 200°С ниже температуры растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее 50 минут, нагрев до температуры на 65-85°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее двух часов.
Предварительную штамповку заготовки производят деформацией за два или более раза с промежуточными отжигами, при этом первую осадку заготовки осуществляют в плоском инструменте или закрытом контейнере, а затем производят штамповку в фигурном заготовительном инструменте. Степень деформации каждой осадки составляет 17÷25%. Предварительная штамповка позволяет получить однородную деформацию по всему объему заготовки и при последующем отжиге обеспечить равномерную рекристаллизацию.
После каждой осадки осуществляют промежуточный отжиг, с последующей механической обработкой, по режиму: загрузка в печь при температуре на 65-85°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее 50 минут, охлаждение с печью до температуры не выше 900°С, далее на воздухе.
Совокупность последовательных операций деформации и промежуточных отжигов приводит к формированию микроструктуры с размером зерна у фазы менее 10 мкм и обеспечивает достижение сверхпластичности в заготовках после деформации. Получение подобной структуры позволяет реализовать эффект сверхпластичности при окончательной штамповке, снизить усилия деформации, повысить стойкость штампового инструмента и обеспечить формирование однородной мелкозернистой структуры.
Затем осуществляют нагрев под окончательную штамповку по режиму: загрузка в печь при температуре на 200°С ниже температуры растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее 50 минут, нагрев до температуры на 65-85°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее двух часов.
Жаропрочные никелевые сплавы, упрочняемые более 30% γ' фазы очень чувствительны к снижению температуры из-за распада твердого раствора. Если в процессе обработки давлением происходит захолаживание поверхности заготовки, то в этих местах возникают трещины. Постоянная температура деформации обеспечивается термической изоляцией заготовки и контактируемого инструмента, а также высокой температурой самого инструмента. На поверхность заготовки перед нагревом наносят суспензию, приготовленную из синтетического строительного клея и огнеупорного цемента. На нагретый инструмент перед деформацией наносят смазочный материал, состоящий из смазки на водной основе для горячей штамповки и ковки, и графита, а в качестве теплоизоляции поверхности инструмента при предварительной деформации заготовок используют муллитокремноземистый материал или иной материал со сходной теплопроводностью.
После окончательной штамповки производят промежуточный отжиг, далее осуществляют предварительную термическую обработку, а затем заключительную термическую обработку с последующей за каждой из технологических операций механической обработкой (дробеметной, абразивной или лезвийной).
Предварительную термическую обработку выполняют по режиму: загрузка в печь при температуре на 200°С ниже температуры растворения γ'-фазы, нагрев до температуры на 95-115°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы со скоростью не более 80°С/час, выдержка при этой температуре не менее 6 часов, охлаждение на воздухе.
Заключительную термическую обработку осуществляют по режиму: загрузка в печь при температуре на 200°С ниже температуры растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее 50 минут, нагрев до температуры на 15-30°С выше температуры полного растворения γ'-фазы со скоростью не более 60°С/час, выдержка при этой температуре не менее 5 часов, охлаждение с печью до температуры на 24-45°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее 20 минут, охлаждение на воздухе, старение при температуре (920±10)°С с выдержкой 12 часов, охлаждение с печью 10°С/час до температуры (850±10)°С, выдержка 24 часа, воздух.
Термическая обработка по указанному режиму необходима, так как придает материалу требуемый комплекс эксплуатационных свойств. Предварительный отжиг после окончательной штамповки проводят для снижения и выравнивания внутренних напряжений и коагуляции упрочняющей γ' фазы. В результате обработки на твердый раствор в изделии из жаропрочного никелевого сплава формируется однородная микроструктура. Скорость охлаждения должна быть регламентирована, и строго контролироваться, что обеспечит выделение частиц γ' фазы требуемой формы и размеров. При одинарном или многократном старении в интервале температур 650-1050°С выделяются карбиды и бориды по границам зерен, проходят процессы выделения и коагуляции частиц γ' фазы. В результате изделие из сплава приобретает необходимые свойства.
После термической обработки проводят окончательную механическую обработку изделия.
Использование предлагаемого способа позволяет получить сложнопрофильные штамповки с однородной структурой и стабильным уровнем свойств, а также обеспечивает возможность использования универсального оборудования.
5. Пример конкретного выполнения (реализация способа)
Выполнение способа показано на примере сплава ЭП975-ИД. Для этого в ВИ печи выплавили и разлили плавку сплава ЭП975-ВИ. Полученные электроды были подготовлены к вакуумному дуговому переплаву и переплавлены в кристаллизатор диаметром 320 мм с применением гелия. Наплавленные вакуумные дуговые слитки были загружены в предварительно разогретый термостат, где охлаждались не менее 24 часов, после чего были отправлены на гомогенизирующий отжиг. Далее произвели механическую обработку и после пластической деформации заготовок на круг 150 мм осуществили штамповку. Схема деформации ∅150 мм: hнач - 350 мм → h1 - 295 мм → h2 = недоштамповка 120 мм → h3 = недоштамповка 30 мм. После каждой деформации заготовки загружались в печь для проведения операции промежуточного отжига.
Контроль качества заготовок приведен в таблицах 1 и 2. Механические свойства полностью соответствуют предъявляемым требованиям (ТУ 14-131-1124) и приведены в таблице 1. Результаты испытаний на длительную прочность приведены в таблице 2.
Использование вышеуказанного способа позволяет получить сложнопрофильные штамповки с однородной структурой и стабильным уровнем свойств, а также обеспечивает возможность использования универсального оборудования.
Claims (8)
1. Способ получения сложнопрофильных изделий из высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов, содержащих более 30% упрочняющей γ'-фазы, включающий вакуумно-индукционную выплавку слитков, вакуумно-дуговой переплав слитков, гомогенизирующий отжиг слитков, предварительную деформацию, заключительную деформацию и заключительную термическую обработку, отличающийся тем, что осуществляют рафинирующий вакуумно-дуговой переплав слитков при разрежении в камере печи 1⋅10-2÷10-3 мм рт.ст., при токе дуги 2,8-3,2 кА и скорости переплава 1,5-1,7 кг/мин с применением гелия для охлаждения формирующегося слитка диаметром более 200 мм в кристаллизаторе, осуществляют гомогенизирующий отжиг слитков, после которого проводят пластическую деформацию слитков горячей экструзией с получением заготовок, которые затем нагревают под предварительную деформацию штамповкой, осуществляют предварительную деформацию штамповкой за два или более раза со степенью деформации при штамповке осадкой 17-25% с промежуточным(ми) отжигом(ами), а после заключительной деформации штамповкой осуществляют предварительную термическую обработку с последующей механической обработкой и заключительную термическую обработку с последующей механической обработкой с получением сложнопрофильных изделий.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гомогенизирующий отжиг слитков после вакуумно-дугового переплава проводят по режиму: посадка в печь при температуре (500±10)°С, выдержка при этой температуре не менее одного часа, нагрев до температуры на 15-30°С выше температуры полного растворения γ'-фазы со скоростью не более 60°С/час, выдержка при этой температуре не менее 7 часов, охлаждение до температуры на 35-55°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы со скоростью не более 15°С/час. выдержка при этой температуре не менее трех часов, охлаждение до температуры на 65-85°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы со скоростью не более 15°С/час, выдержка при этой температуре не менее трех часов, охлаждение до температуры (1000±10)°С со скоростью не более 30°С/час, выдержка при этой температуре не менее двух часов, охлаждение до температуры (650±10)°С со скоростью не более 30°С/час. охлаждение с печью с произвольной скоростью до температуры (600±10)°С, далее выгрузка слитков и охлаждение на воздухе.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пластическую деформацию слитков горячей экструзией осуществляют на горизонтальном гидравлическом прессе в два этапа: с начала подпрессовка слитков в закрытом контейнере диаметром больше диаметра слитков на 7-12% с последующей обточкой и упаковкой в теплозащитное покрытие, затем прессование через конусную матрицу с разовой степенью деформации 75-80%.
4. Способ по п. 1, отличающийся чем, что полученные после проведения пластической деформации слитков горячей экструзией заготовки механически обрабатывают и подвергают предварительному отжигу по режиму: загрузка в печь при температуре на 200°С ниже температуры растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее 50 минут, нагрев до температуры на 95-115°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы со скоростью не более 80°С/час. выдержка при этой температуре не менее 7 часов, охлаждение со скоростью 30°С/час до температуры не выше 900°С и далее на воздухе.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промежуточный(ые) отжиг(и) при предварительной штамповке заготовок осуществляют по режиму: загрузка в печь при температуре на 65-85°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее 50 минут, охлаждение с печью до температуры не выше 900°С и далее на воздухе.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительную термическую обработку заготовок проводят по режиму: загрузка в печь при температуре на 200°С ниже температуры растворения γ'-фазы, нагрев до температуры на 95-115°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы со скоростью не более 80°С/час, выдержка при этой температуре не менее 6 часов, охлаждение на воздухе.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заключительную термическую обработку заготовок осуществляют по режиму: загрузка в печь при температуре на 200°С ниже температуры растворения γ'-фазы. выдержка при этой температуре не менее 50 минут, нагрев до температуры на 15-30°С выше температуры полного растворения γ'-фазы со скоростью не более 60°С/час, выдержка при этой температуре не менее 5 часов, охлаждение с печью до температуры на 24-45°С ниже температуры полного растворения γ'-фазы, выдержка при этой температуре не менее 20 минут, охлаждение на воздухе, старение при температуре (920±10)°С с выдержкой 12 часов, охлаждение с печью со скоростью 10°С/час до температуры (850±10)°С, выдержка 24 часа и далее охлаждение на воздухе.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на всех стадиях деформации предварительной штамповки после отжигов и после проведения предварительной термической обработки осуществляют механическую обработку заготовок до полного удаления окалины.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021102533A RU2753103C1 (ru) | 2021-02-04 | 2021-02-04 | Способ получения сложнопрофильных изделий из высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов, содержащих более 30% упрочняющей γ'-фазы |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021102533A RU2753103C1 (ru) | 2021-02-04 | 2021-02-04 | Способ получения сложнопрофильных изделий из высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов, содержащих более 30% упрочняющей γ'-фазы |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2753103C1 true RU2753103C1 (ru) | 2021-08-11 |
Family
ID=77349124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021102533A RU2753103C1 (ru) | 2021-02-04 | 2021-02-04 | Способ получения сложнопрофильных изделий из высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов, содержащих более 30% упрочняющей γ'-фазы |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2753103C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114904933A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-08-16 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种制备难变形高温合金大直径细晶棒材的方法 |
| CN121103882A (zh) * | 2025-11-07 | 2025-12-12 | 大连理工大学 | 一种基于热挤压工艺的NiW层状复合金属基带及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1637360A1 (ru) * | 1989-01-06 | 1994-11-15 | Е.И. Разуваев | Способ изготовления дисков из высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов |
| RU2215059C2 (ru) * | 2001-12-26 | 2003-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Способ получения изделия из жаропрочного никелевого сплава |
| RU2301845C1 (ru) * | 2005-12-27 | 2007-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения изделия из жаропрочного никелевого сплава |
| CN106756253A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-31 | 江苏鑫信润科技有限公司 | 刷式密封用高性能镍基高温合金刷丝材料 |
| RU2741046C1 (ru) * | 2020-07-27 | 2021-01-22 | Акционерное общество "Металлургический завод "Электросталь" | Способ изготовления крупногабаритного сложноконтурного кольцевого изделия из жаропрочного сплава на никелевой основе |
-
2021
- 2021-02-04 RU RU2021102533A patent/RU2753103C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1637360A1 (ru) * | 1989-01-06 | 1994-11-15 | Е.И. Разуваев | Способ изготовления дисков из высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов |
| RU2215059C2 (ru) * | 2001-12-26 | 2003-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" | Способ получения изделия из жаропрочного никелевого сплава |
| RU2301845C1 (ru) * | 2005-12-27 | 2007-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения изделия из жаропрочного никелевого сплава |
| CN106756253A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-31 | 江苏鑫信润科技有限公司 | 刷式密封用高性能镍基高温合金刷丝材料 |
| RU2741046C1 (ru) * | 2020-07-27 | 2021-01-22 | Акционерное общество "Металлургический завод "Электросталь" | Способ изготовления крупногабаритного сложноконтурного кольцевого изделия из жаропрочного сплава на никелевой основе |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114904933A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-08-16 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种制备难变形高温合金大直径细晶棒材的方法 |
| CN114904933B (zh) * | 2022-04-15 | 2023-09-05 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种制备难变形高温合金大直径细晶棒材的方法 |
| CN121103882A (zh) * | 2025-11-07 | 2025-12-12 | 大连理工大学 | 一种基于热挤压工艺的NiW层状复合金属基带及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109500331B (zh) | Tc25钛合金大规格棒材加工方法 | |
| CN112048690B (zh) | 一种控制TiAl合金细晶组织的形变热处理方法 | |
| CN103237915B (zh) | 近β钛合金的锻造制品的制备方法 | |
| CN111438317B (zh) | 一种具有高强高韧近β型钛合金锻件锻造成形的制备方法 | |
| JPH09310162A (ja) | ニッケル基超合金鍛造用プリフォームの製造方法 | |
| CN105177478B (zh) | 一种gh4738高温合金大型铸锭开坯方法 | |
| CN110468361A (zh) | 一种变形高温合金细晶棒材的制备方法 | |
| CN108220681A (zh) | 一种含Cr和Mo的β凝固TiAl合金多向包套锻造方法 | |
| RU2753103C1 (ru) | Способ получения сложнопрофильных изделий из высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов, содержащих более 30% упрочняющей γ'-фазы | |
| JPH02255268A (ja) | 超耐熱合金製ディスクの製造方法 | |
| CN111575539A (zh) | 一种热加工态钴基合金棒丝材的制备方法 | |
| CN110586822A (zh) | 提高GH720Li合金饼坯锻件组织均匀性的热加工方法 | |
| CN106756688A (zh) | 一种变形TiAl合金组织性能精确控制方法 | |
| CN101457331A (zh) | 一种TiAl合金棒材的制备方法 | |
| RU2694098C1 (ru) | Способ получения полуфабрикатов из высокопрочных никелевых сплавов | |
| CN109536803B (zh) | 一种高延展性低稀土镁合金板材及其制备方法 | |
| RU2465973C1 (ru) | Способ изготовления фольги из интерметаллидных ортосплавов на основе титана | |
| CN110643870B (zh) | 一种耐腐蚀高性能变形镁合金及其制备方法 | |
| US6565683B1 (en) | Method for processing billets from multiphase alloys and the article | |
| RU2753105C1 (ru) | Способ производства изделий из жаропрочных сплавов на никелевой основе, содержащих более 30% упрочняющей γ'-фазы | |
| CN118268491B (zh) | 一种高强度钛合金棒材的锻造工艺 | |
| RU2371512C1 (ru) | Способ получения изделия из жаропрочного никелевого сплава | |
| CN111809080B (zh) | 一种tc2合金薄壁挤压型材的制备方法 | |
| RU2256722C1 (ru) | Способ получения изделия из жаропрочного никелевого сплава | |
| CN112708788B (zh) | 一种提高k403合金塑性的方法，模具材料和制品 |