Способ производства заготовок из порошков жаропрочных никелевых сплавов

 

Изобретение относится к производству заготовок из порошков жаропрочных никелевых сплавов, стойких к окислению при повышенных температурах и работающих в условиях тяжелого нагружения. Предложен способ производства спеченных заготовок из порошков жаропрочных никелевых сплавов. Способ включает засыпку порошка в капсулу, ступенчатый нагрев порошка до температуры спекания и спекание, горячую обработку давлением и последующую ступенчатую термическую обработку. Нагрев до температуры спекания проводят по следующему режиму: осуществляют нагрев до 350450^oС не более чем за 2040 мин, нагрев от 350450 до 750850^oС со скоростью до 40^oС/мин. Затем осуществляют выдержку при 750850^oС в течение 1,53 ч, нагрев до (T_s-1030)^oС, где T_S - температура солидуса жаропрочного сплава, с последующей выдержкой в течение 0,30,5 ч, нагрев до температуры жидкофазного спекания, равной (T_L-1050)^oС, где T_L - температура ликвидус жаропрочного сплава, со скоростью до 50^oС/мин, выдержку при температуре жидкофазного спекания в течение 2060 мин, охлаждение до 800(T_S-10)^oС и выдержку при этой температуре в течение 46 ч. Техническим результатом является обеспечение оптимальной макро- и микроструктуры заготовки. 9 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области производства заготовок из порошков жаропрочных никелевых сплавов, стойких к окислению при повышенных температурах и работающих в условиях высоких нагрузок.

Ближайшим аналогом заявленного способа является способ получения заготовок из порошков жаропрочных никелевых сплавов, включающий обработку порошка аммонийными солями комплексонов, засыпку порошка в форму, нагрев в вакууме от 20 до 300^oС со скоростью 24 град/мин, от 300 до 1100^oС со скоростью 1620^oС/мин, от 1100 до 1270^oС со скоростью 59^oС /мин, выдержка при этой температуре в течение 0,51 ч и последующее охлаждение (SU 1593042 A3, МПК-5 B 22 F 3/10, формула).

При реализации данного способа спекание происходит без применения защитно-восстановительной атмосферы и в негерметичной форме, кроме того, способ не предусматривает термической обработки порошка перед жидкофазным спеканием, что приводит к увеличению остаточной пористости в заготовке.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение оптимальной макро- и микроструктуры заготовок из порошков жаропрочных никелевых сплавов, а также сокращение цикла получения заготовки во времени.

Задача изобретения достигается за счет подготовки структуры порошка к жидкофазному спеканию путем предварительного ступенчатого нагрева перед жидкофазным спеканием, т.к. равномерное выделение жидкой фазы по всему объему засыпки обеспечивает высокую скорость спекания, что обеспечивает не только последующую оптимизацию структуры заготовки, но и сокращение цикла получения заготовки, а последующая ступенчатая термическая обработка обеспечивает оптимальную макро- и микроструктуру заготовок.

Указанная задача решается тем, что способ производства спеченных заготовок из порошков жаропрочных никелевых сплавов включает засыпку порошка, ступенчатый нагрев порошка до температуры спекания и спекание, согласно изобретению порошок жаропрочного сплава засыпают в капсулу, нагрев до температуры спекания проводят по следующему режиму: осуществляют нагрев до 350450^oС не более чем за 2040 минут, дальнейший нагрев от 350450 до 750850^oС проводят со скоростью до 40^oС/мин, после чего осуществляют выдержку при 750850^oС в течение 1,53 часов, затем осуществляют нагрев до (T_s-1030)^oС, где T_s - температура солидус жаропрочного сплава с последующей выдержкой при этой температуре в течение 0,30,5 часа, после чего осуществляют нагрев до температуры жидкофазного спекания, равной T_L - 1050^oС, где - T_L - температура ликвидус жаропрочного сплава, со скоростью до 50^oС/мин и выдержку при температуре жидкофазного спекания в течение 20-60 минут с последующим охлаждением до 800(T_s-10)^oС, где T_s - температура солидус сплава и выдержкой при этой температуре в течение 46 часов, а после спекания спеченную заготовку вынимают из капсулы, подвергают горячей обработке давлением и последующей ступенчатой термической обработке.

При этом предпочтительно использование порошков дисперсностью 60315 мкм.

В предпочтительном варианте изобретения термическая обработка может быть осуществлена по следующему режиму: нагрев в вакууме до 12001290^oС течение 1,53 часов с последующим охлаждением с печью, нагрев на воздухе до 8001100^oС в течение 1,53 часов с последующим охлаждением на воздухе, нагрев на воздухе до 600900^oС в течение 3,55 часов с последующим охлаждением на воздухе.

В предпочтительном варианте изобретения нагрев и последующее спекание порошка в капсуле осуществляют в вакууме или в аргоне, а капсулу вакуумируют при 700800^oС в течение 1,53,0 часов.

В предпочтительном варианте изобретения перед горячей обработкой давлением спеченную заготовку подвергают ковке, а затем осадке.

Кроме того, в качестве горячей обработки давлением проводят горячую штамповку, которая может быть проведена в 7 этапов, при этом деформация при горячей штамповке на каждом этапе не превышает 10%.

В другом предпочтительном варианте изобретения в качестве горячей обработки давлением проводят изотермическую раскатку.

Ниже приведен пример реализации заявленного способа.

Данный пример подтверждает, но не ограничивает применение заявленного способа.

Пример 1.

Порошки из жаропрочного никелевого сплава ЭП741НП (0,020,06 мас.% С, 8,010,0 мас.% Сr, 15,016,5 мас.% Со, 3,54,2 мас.% Мо, 4,855,25 мас.% Аl, 1,62,0 мас. % Ti, 5,25,9 мас.% W, 2,42,8 мас.% Nb, 0,10,4 мас.% Hf, не более 0,015 мас.% Zr, не более 0,05 мас.% Mg, не более 0,015 мас.% В, не более 0,01 мас.% Се, примеси, не более: 0,5 мас.% Si, 0,5 мас.% Мn, 0,5 мас.% Fe, 0,009 мас.% S, 0,015 мас.% Р Ni - основа), T_s - температура солидус указанного сплава, равная 1240^oС, Т_L - температура ликвидус указанного сплава, равная 1300^oС, дисперсностью от 60 до 315 мкм помещаются в капсулу, которая вакуумируется при 750^oС в течение 2 часов. Капсула помещается в печь и нагревается по ступенчатому режиму: 1) нагрев до 400^oС не более чем за 2040 минут; 2) нагрев от 400 до 800^oС со скоростью до 40^oС/мин; 3) выдержка при 800^oС в течение 2 часов с последующим охлаждением до комнатной температуры; 4) утряска в течение 4,5 часов; 5) нагрев до 12001230^oС, где с последующей выдержкой при этой температуре в течение 0,2 часов; 6) нагрев до температуры жидкофазного спекания 12501290^oС со скоростью до 50^oС/мин и выдержка при температуре жидкофазного спекания в течение 50 минут; 7) охлаждение до 8001230^oС и выдержка при этой температуре в течение 5 часов.

Затем спеченную заготовку вынимают из капсулы, подвергают ковке, затем осадке и горячей деформации, в данном случае изотермической раскатке и последующей ступенчатой термической обработке по следующему режиму: 1) нагрев до 1220^oС в течение 2 часов в вакууме, охлаждение с печью, 2) нагрев до 1000^oС в течение 2 часов на воздухе, охлаждение на воздухе,
3) нагрев до 850^oС в течение 4 часов на воздухе, охлаждение на воздухе.

Формула изобретения

1. Способ производства спеченных заготовок из порошков жаропрочных никелевых сплавов, включающий засыпку порошка, ступенчатый нагрев порошка до температуры спекания и спекание, отличающийся тем, что порошок жаропрочного сплава засыпают в капсулу, нагрев до температуры спекания проводят по следующему режиму: осуществляют нагрев до 350450С не более чем за 2040 мин, дальнейший нагрев от 350450 до 750850С проводят со скоростью до 40С/мин, после чего осуществляют выдержку при 750850С в течение 1,53 ч, затем осуществляют нагрев до T_S=1030С, где T_S - температура солидус жаропрочного сплава, с последующей выдержкой при этой температуре в течение 0,30,5 ч, после чего осуществляют нагрев до температуры жидкофазного спекания T_L=1050С, T_L - температура ликвидус жаропрочного сплава, со скоростью до 50С/мин и выдержку при температуре жидкофазного спекания в течение 2060 мин с последующим охлаждением до 800(T_S-10)C и выдержкой при этой температуре в течение 46 ч, а после спекания спеченную заготовку вынимают из капсулы, подвергают горячей обработке давлением и последующей ступенчатой термической обработке.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют порошки дисперсностью 60315 мкм.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что термическую обработку осуществляют по следующему режиму: нагрев в вакууме до 12001290С в течение 1,53 ч с последующим охлаждением с печью, нагрев на воздухе до 8001100С в течение 1,53 ч с последующим охлаждением на воздухе, нагрев на воздухе до 600900С в течение 3,55 ч с последующим охлаждением на воздухе.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что ступенчатый нагрев и последующее спекание порошка в капсуле осуществляют в вакууме или в аргоне.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что капсулу вакуумируют при 700800С в течение 1,53 ч.

6. Способ по любому из пп.1, 2, 4, 5, отличающийся тем, что перед горячей обработкой давлением спеченную заготовку подвергают ковке, а затем осадке.

7. Способ по п.1 или 6, отличающийся тем, что в качестве горячей обработки давлением проводят горячую штамповку.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что горячая штамповка проводится в 37 этапов.

9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что степень деформации при горячей штамповке на каждом этапе не превышает 10%.

10. Способ по п.1 или 6, отличающийся тем, что в качестве горячей обработки давлением проводят изотермическую раскатку.