СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЗАГОТОВОК ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ ПОРОШКОВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2012 года по МПК B22F3/16 C22C1/04 

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

Известен наиболее близкий заявленному способ изготовления заготовок из жаропрочных порошковых сплавов, включающий засыпку порошков в капсулу, утряску, горячее изотермическое прессование и жидкофазное спекание с выдержкой, охлаждением и горячей деформацией (пат. RU №2316413, кл. B22F 3/14 за 2008 г.).

Однако соблюдение предложенных режимов нагрева требует значительных энергозатрат и времени, при этом не учитывается масса заготовки, что может привести к появлению в изделии не спеченных участков.

Предложенный способ отличается от известного тем, что капсулу берут с соотношением высоты капсулы к ее диаметру до 2,5:1, а жидкофазное спекание проводят в интервале температур T_s÷T_L, где T_s - температура солидуса, а T_L - температура ликвидуса, при этом выдержку при температуре жидкофазного спекания и последующее охлаждение заготовки проводят в прямой зависимости от ее массы.

Предложенный способ отличается от известного и тем, что горячую деформацию проводят в виде осадки, штамповки, изотермической раскатки, либо совмещения осадки с изотермической раскаткой. В предложенном способе прямую зависимость выдержки от массы заготовки устанавливают: при массе заготовки до 10÷15 кг - выдержку - 10÷20 мин, а с увеличением массы - на каждые 20-30 кг выдержку увеличивают на 5-8 мин, а прямую зависимость времени охлаждения от массы заготовки устанавливают: при массе до 15 кг - время охлаждения: 1,5 час, свыше 15 кг - 2,0 часа. Осадку проводят в несколько стадий, но не более 5-ти, при этом в первой стадии осадки заготовку деформируют на величину, не более чем 15% ее толщины и отжигают в течение 3÷4 часов при 0,7÷0,8 температуры плавления материала. При стадийной осадке и достижении 70% общей деформации заготовки ее отжигают в течение 3÷4 часов при 0,7÷0,8 температуры плавления материала. Изотермическую раскатку проводят при частоте вращения заготовки: 0,5-1,0 об/мин, скорости подачи инструмента: 0,002-0,08 мм/сек и температуре деформации: 1040÷1080°С.

Техническим результатом предложения является обеспечение макро- и микроструктуры заготовок из порошковых сплавов, сокращение цикла получения заготовок во времени с учетом массы заготовки.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления заготовок из жаропрочных порошковых сплавов, включающий засыпку порошков в капсулу, утряску, горячее изотермическое прессование и жидкофазное спекание с выдержкой, охлаждением и горячей деформацией, капсулу берут с соотношением высоты капсулы к ее диаметру до 2,5:1, а жидкофазное спекание проводят в интервале температур T_s÷T_L, где T_s - температура солидуса, а T_L - температура ликвидуса, при этом выдержку при температуре жидкофазного спекания и последующее охлаждение заготовки проводят в прямой зависимости от ее массы.

Технический результат достигается тем, что горячую деформацию проводят в виде осадки, штамповки, изотермической раскатки, либо совмещения осадки с изотермической раскаткой.

Технический результат достигается тем, что устанавливают прямую зависимость выдержки от массы заготовки: например, при массе заготовки до 10÷15 кг - выдержка - 10÷20 мин, а с увеличением массы - на каждые 20-30 кг выдержку увеличивают на 5-8 мин, а прямую зависимость времени охлаждения от массы заготовки устанавливают: при массе до 15 кг - время охлаждения: 1,5 час, свыше 15 кг - 2,0 часа. Осадку же проводят в несколько стадий (не более 5-ти), при этом в первой стадии осадки заготовку деформируют на величину, не более чем 15% ее толщины и отжигают в течение 3÷4 часов при 0,7÷0,8 температуры плавления материала. А при стадийной осадке и достижении 70% общей деформации заготовки ее отжигают в течение 3÷4 часов при 0,7÷0,8 температуры плавления материала. При этом эзотермическую раскатку проводят при частоте вращения заготовки: 0,5÷1,0 об/мин, скорости подачи инструмента: 0,002÷0,08 мм/сек и температуре деформации: 1040÷1080°С.

Ниже приведены примеры реализации способа.

Пример 1.

В металлическую капсулу из стали 20 с соотношением высоты к диаметру - 2÷1 засыпают гранулы из сплава ЭП741 НП, гранулометрический состав которых: 100-150 мкм. Масса засыпки - 8 кг. Заготовку подвергают горячему изостатическому прессованию (ГИП) и жидкофазному спеканию при t - 1285±5°C. Выдержка при спекании составляла 15 минут. После спекания заготовку осаживали при 1100°С без бокового подпора, т.е. отсутствовал пресс-инструмент. Осадку производили на прессе силой 400 т.е. Перед осадкой заготовку теплоизолировали.

На третьей стадии осадки наблюдалось падение напряжения течения на 25-30%, что указывало на формирование в материале мелкокристаллической структуры и реализации процесса деформации в режиме сверхпластичности. После ГИП и осадки плотность материала достигла 8,27 г/см, что соответствовало плотности монолитного материала.

Исследование свойств материала заготовки показало, что временное сопротивление разрыву составляло 1550 МПа, а пластичность 27%. При этом было достигнуто снижение энергозатрат на 30%, а коэффициент использования металла (КИМ) составил 0,57 при 0,1 в реальном производстве при имеющейся типовой технологии. Все это достигнуто за счет сокращения времени на нагревание и спекание и получения заданной формы изделия во время свободной осадки без применения дорогостоящей оснастки.

Пример 2

В металлическую капсулу из стали 20 с соотношением высоты к диаметру - 2-1 засыпают гранулы жаропрочного порошкового сплава ЭП741 НП. Масса засыпки - 45 кг. Заготовку подвергают горячему изостатическому прессованию (ГИП) и жидкофазному спеканию при t - 1285±°C и выдержке - 28 мин. Далее заготовку подвергали горячей осадке на прессе силой 16000 тс при температуре 1100±5°C без бокового подпора и изотермической раскатке. В результате осадки в материале сформировалась структура с размером зерна - 20 мкм, что положительно сказалось на процессе раскатки. Раскатку осуществляли при температуре 1100°С со скоростью вращения заготовки 1,0 об/мин. В данном случае КИМ составил 0,8 при экономии никелевого сплава на уровне 40%. Механические свойства превышали заданные по техническим условиям. При этом было отмечено превышение прочности, что обеспечит повышение ресурса изделия в 1,5÷2 раза диска турбины авиационного двигателя, что соответствует требованиям к двигателю 5-го поколения.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению заготовок из порошков жаропрочных никелевых сплавов. Может использоваться для изготовления деталей, стойких к окислению при повышенных температурах и работающих в условиях тяжелого нагружения. Порошок жаропрочного сплава засыпают в капсулу с отношением высоты капсулы к ее диаметру до 2,5:1, проводят утряску, горячее изотермическое прессование и жидкофазное спекание с выдержкой, охлаждением и горячей деформацией. Жидкофазное спекание проводят в интервале температур (T_s-T_L), где T_s - температура солидуса, a T_L - температура ликвидуса, при этом выдержку и последующее охлаждение заготовки проводят в прямой зависимости от ее массы. Способ позволяет сократить цикл получения заготовок во времени с учетом массы заготовки, обеспечивает повышение прочностных свойств и ресурса изделия. 6 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Способ изготовления заготовок из жаропрочных порошковых сплавов, включающий засыпку порошков в капсулу, утряску, горячее изотермическое прессование и жидкофазное спекание с выдержкой, охлаждением и горячей деформацией, отличающийся тем, что капсулу берут с соотношением высоты капсулы к ее диаметру до 2,5:1, а жидкофазное спекание проводят в интервале температур T_s-T_L, где T_s - температура солидуса, a T_L - температура ликвидуса, при этом выдержку при температуре жидкофазного спекания и последующее охлаждение заготовки проводят в прямой зависимости от ее массы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что горячую деформацию проводят в виде осадки, штамповки, изотермической раскатки либо совмещения осадки с изотермической раскаткой.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что устанавливают прямую зависимость выдержки от массы заготовки, например, при массе заготовки до 10-15 кг выдержка составляет 10-20 мин, причем с увеличением массы заготовки на каждые 20÷30 кг выдержку увеличивают на 5-8 мин.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что устанавливают прямую зависимость времени охлаждения заготовки от ее массы, например, при массе заготовки до 15 кг время ее охлаждения 1,5 ч, свыше 15 кг - 2,0 ч.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что осадку проводят в несколько, не более 5-ти, стадий, при этом в первой стадии осадки заготовку деформируют на величину, не более чем 15% ее толщины, и отжигают в течение 3-4 ч при 0,7-0,8 температуры плавления материала.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что при стадийной осадке и достижении 70% общей деформации заготовки ее отжигают в течение 3-4 ч при 0,7-0,8 температуры плавления материала.

7. Способ по п.2, отличающийся тем, что изотермическую раскатку проводят при частоте вращения заготовки 0,5-1,0 об/мин, скорости подачи инструмента 0,002-0,08 мм/с и температуре деформации 1040-1080°C.