СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 1999 года по МПК C21D6/00 C21D9/50 C22F1/10 

Изобретение относится к области термической обработки конструкций, выполненных из дисперсионно-твердеющих сплавов и работающих в условиях как высоких, так и низких температур, вибрации и агрессивных сред, в частности обработке паяно-сварных конструкций, содержащих детали из дисперсионно-твердеющего сплава на основе никеля и мартенситно-стареющей стали.

Жаропрочные дисперсионно-твердеющие сплавы используются в конструкциях, работающих в теплонапряженных условиях и химически активных средах, чаще всего такие конструкции представляют собой сложные паяно-сварные узлы со множеством паяных и сварных швов. При изготовлении этих узлов в процессе нагрева дисперсионно-твердеющие сплавы претерпевают структурные превращения, связанные с выделением из твердого раствора карбидных или интерметаллидных фаз. В локальных участках сплава создается искаженное состояние решетки, что приводит к снижению его пластичности и вероятности образования трещин. Паяно-сварные конструкции, выполненные из дисперсионно-твердеющих сплавов, требуют последующей термической обработки для получения однородной структуры сплавов и повышения их пластичности. Это относится и к конструкциям, содержащим детали из дисперсионно-твердеющих сплавов на основе никеля и мартенситно-стареющей стали.

Известен способ термической обработки конструкций из жаропрочных дисперсионно-твердеющих сплавов на основе никеля ( авт. свид. СССР N 713175, кл. C 22 F 1/10). Способ включает в себя нагрев до 1150-1200^oC с выдержкой при ней 0,5 - 0,4 час, непрерывное регулирование охлаждения со скоростью 6 - 10^oC/мин до 1100 - 1050^oC и со скоростью 0,5 - 8^oC/мин до 850 - 600^oC и охлаждение на воздухе с последующим старением при 800 - 850^oC, выдержкой при ней 8 - 24 час и охлаждением на воздухе.

Известная термообработка позволяет повысить пластичность сплава при сохранении достаточно высоких прочностных свойств. Однако известный способ невозможно применить для термической обработки паяно-сварной конструкции, содержащей кроме детали из никелевого сплава деталь из мартенситно-стареющей стали. При указанной выше термообработке структура стали нестабильна из-за повышенного в ней содержания аустенита, что может привести к изменению механических свойств стали в процессе эксплуатации паяно-сварной конструкции.

Известен способ термической обработки жаропрочной мартенситно-стареющей стали (авт. свид. N 411138, кл. C 21 D 6/00). Способ включает в себя аустенизацию (закалку) при температуре 1000 - 1070^oC, обработку стали холодом при 50 - 70^oC в течение 6 -8 час и отпуск при 200 - 450^oC в течение 1 - 3 час с охлаждением на воздухе. Указанная термообработка обеспечивает высокую прочность (σ_в), пластичность и вязкость стали.

Однако при термообработке паяно-сварной конструкции, содержащей детали из указанных выше сплавов, известная технология не обеспечивает достаточных прочностных свойств, например текучести σ_0,2 сплава на никелевой основе, что не позволяет конструкции работать без разрушения как при высоких, так и при низких температурах, в экстремальных условиях.

Задача изобретения - соединение технологии термической обработки паяно-сварной конструкции, содержащей детали из дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе и мартенситно-стареющей стали, обеспечивающей работоспособность конструкции в условиях агрессивных сред, вибрации, как высоких, так и низких температур.

Задача решена за счет того, что при термообработке паяно-сварной конструкции, содержащей детали из мартенситно-стареющей стали и дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе, закалку совмещают с пайкой конструкции и осуществляют при температуре 1200±10^oC с выдержкой при ней 6-9 мин, охлаждение - со скоростью 50-70^oC/мин, а перед обработкой холодом конструкцию подвергают двукратному нагреву при 860±10^oC, выдержке 5-10 час и охлаждению на воздухе.

Технический результат - обеспечение достаточно высоких механических характеристик паяно-сварной конструкции, позволяющих ей работать в экстремальных условиях без разрушения.

Способ согласно изобретению осуществляется следующим образом. Собранную конструкцию под пайку, содержащую детали из мартенситно-стареющей стали и дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе, подвергают пайке в защитной среде при температуре 1200±10^oC, выдержке при ней в течение 6-9 мин и охлаждению до комнатной температуры со скоростью 50-70^oC/мин. Режим пайки одновременно является режимом закалки. Указанный режим пайки-закалки конструкции позволяет получить качественную пайку и однородную структуру сплава на никелевой основе, а также относительно однородную структуру стали, в которой отсутствуют ликвационные зоны. Однако наряду с этим в стали содержится до 15% нестабильного аустенита, что снижает ее прочность. Недостаточно высокие механические свойства оказываются и у сплава на никелевой основе. Поэтому далее конструкцию подвергают термообработке в защитной среде, включающей ее двукратный нагрев до температуры 860±10^oC, выдержку при ней в течение 4-5 час и охлаждение на воздухе. При такой термообработке сталь подвергается двукратной закалке, а сплав на никелевой основе - двукратному старению, при этом при указанных режимах исключается выпадение в стали карбидной фазы, что сохраняет ее пластичность, а в никелевом сплаве повышается пластичность за счет частичной коагуляции частиц γ′-фазы и сохраняется его высокая прочность. Достигаемый результат увеличивается за счет двукратности термообработки. Затем конструкцию обрабатывают холодом при температуре 50-70^oC в течение 2-3 час. При такой обработке структура стали становится стабильной, поскольку остаточный аустенит переходит в мартенсит. Далее конструкцию подвергают отпуску при температуре 200-250^oC в течение 2-3 час для снятия в ней напряжений.

Паяно-сварные конструкции, обработанные в соответствии с указанным выше способом, были испытаны для определения их механических характеристик. Анализ испытаний показал, что полученные характеристики соответствуют требованиям для их работы в экстремальных условиях.

Ниже приведен пример осуществления предложенного способа.

Термической обработке подвергают конструкцию, содержащую детали из мартенситно-стареющей стали марки ВНС-25 и дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе марки ЭП-202. Режим термообработки совмещают с режимом пайки конструкции из стали ВНС-25 и сплава ЭП-202 (температура пайки 1200±10^oC). Нагрев под пайку-закалку проводят в вакуумной печи при разрежении 1•10^-4 мм рт.ст. до температуры 1200±10^oC, выдерживают при ней в течение 6-9 мин, а затем в рабочую зону печи вводят поток инертного газа - аргона со скоростью, обеспечивающей охлаждение конструкции со скоростью 50-70^oC/мин до комнатной температуры. Далее конструкцию подвергают двукратному нагреву в той же печи до температуры 860±10^oC, выдержке при ней в течение 4-5 час и охлаждению на воздухе. Затем следует обработка конструкции холодом при температуре 50-70^oC в течение 2-3 час и отпуск при температуре 200-250^oC в течение 2-3 час.

Были определены механические характеристики стали и никелевого сплава паяно-сварной конструкции при комнатной температуре. Данные характеристики приведены в таблице.

Паяно-сварные конструкции, обладающие указанными в таблице механическими характеристиками, были испытаны с условиях эксплуатации. Разрушений не обнаружено.

Изобретение относится к области термической обработки конструкций, выполненных из дисперсионно-твердеющих сплавов и работающих в условиях как высоких, так и низких температур, вибраций и агрессивных сред, в частности обработке паяно-сварных конструкций, содержащих детали из мартенситно-стареющей стали и дисперсионно-твердеющего никелевого сплава. Технический результат - обеспечение достаточно высоких механических характеристик паяно-сварной конструкции, позволяющих ей работать в экстремальных условиях без разрушения. Нагрев конструкции под пайку-закалку проводят до температуры 1200±10^oC, выдерживают при ней в течение 6-9 мин, а затем охлаждают со скоростью 50-70^oС/мин. Далее конструкцию подвергают двукратному нагреву до температуры 860±10^oC, выдержке при ней в течение 4-5 ч и охлаждению на воздухе, после чего следует обработка холодом при (-50)-(-70)^oC в течение 2-3 ч и отпуск при 200-250^oС в течение 2-3 ч. 1 табл.

Способ термической обработки паяно-сварных конструкций, содержащих детали из мартенситно-стареющей стали и дисперсионнотвердеющего сплава на никелевой основе, включающий закалку, совмещенную с пайкой конструкции, которые осуществляют при 1200 ± 10^oС с выдержкой при ней 6 - 9 мин и охлаждением со скоростью 50 - 70^oС/мин, двухкратный нагрев до 860 ± 10^oС с выдержкой 5 - 10 ч и охлаждением на воздухе, обработку холодом при (-50) - (-70)^oС и отпуск при 200 - 250^oС.