СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ МАЛОЦИКЛОВОЙ УСТАЛОСТИ Российский патент 2012 года по МПК C22F1/10 

Описание патента на изобретение RU2455383C1

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к термообработке жаропрочных никелевых сплавов, и может быть использовано в производстве деталей газотурбинных двигателей (дисков, валов и др.), работающих в условиях жесткого циклического нагружения.

Известны способы (патенты РФ №2164262 и US 2009/0308508) термообработки деталей из жаропрочных никелевых сплавов, которые заключаются в том, что деталь, после проведения нагрева в однофазной области (выше сольвуса), медленно охлаждается до температуры следующей операции: закалки из двухфазной области, как описано в патенте РФ №2164262, или старения, как описано в патенте US 2009/0308508.

Общим недостатком этих способов является низкий уровень всех механических характеристик из-за медленного охлаждения после нагрева в однофазной области.

Известен способ термообработки деталей из жаропрочных никелевых сплавов, содержащих 40-70% упрочняющей γ'-фазы.

Способ заключается в том, что деталь подвергается нагреву при температуре на 3-22°С выше температуры сольвуса (однофазная область) в течение 0,25-2 ч (патент US №7138020 - прототип).

Недостатком этого способа являются низкие характеристики сопротивления малоцикловой усталости (МЦУ), прочности и жаропрочности из-за формирования крупных выделений упрочняющей γ'-фазы.

С целью устранения перечисленных недостатков предлагается способ термообработки, включающий нагрев на 5-25°С выше температуры сольвуса, охлаждение со скорость более 20°С/мин и три ступени старения с последовательным понижением температуры от 910°С до 700°С.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что нагрев в однофазной области проводят в течение 3-4 часов, охлаждение после нагрева проводят со скоростью выше 20°С/мин и старение проводят в три ступени: 910°С, выдержка 3 часа; 750°С, выдержка 8 часов, и 700°С, выдержка 17 часов.

Технический результат - более высокие характеристики сопротивления МЦУ, прочности и жаропрочности при рабочих температурах и, как следствие, увеличение ресурса и надежности деталей, работающих в условиях жесткого циклического нагружения, при снижении их массы.

Это достигается тем, что более длительный нагрев в однофазной области и охлаждение со скоростью выше 20°С/мин способствует равномерному выделению в объеме детали мелких частиц γ'-фазы, размером до 0,1 мкм. А последующие три ступени старения при понижающихся температурах формируют на основе выделившихся частиц равномерно распределенные частицы оптимального для жаропрочности размера 0,20-0,35 мкм и способствуют дополнительному выделению из твердого раствора мелких упрочняющих частиц γ'-фазы размером 0,05-0,08 мкм, которые обеспечивают одновременно высокий уровень сопротивления МЦУ и прочности термообработанной детали. Все это увеличивает ресурс и надежность детали, работающей в условиях жесткого циклического нагружения и дает возможность снизить массу детали.

Предлагаемым способом была термообработана заготовка диска газотурбинного двигателя, изготовленная из гранул жаропрочного никелевого сплава ЭП741НП.

По способу-прототипу также была термообработана аналогичная заготовка диска из гранул сплава ЭП741НП.

Результаты испытаний механических свойств заготовок, термообработанных предлагаемым способом и способом-прототипом при температуре 20°С и рабочей температуре 650°С, проведенных по стандартным методикам испытания, представлены в таблице.

Механические свойства при 20°С При 650°С Предел прочности σВ Предел текучести σ0,2 Относительное удлинение δ Относительное сужение ψ Жаропрочность (длительная прочность) σ100 МЦУ σN=104
f=1 Гц
МПа % МПа Предлагаемый 1570 1060 17,2 18,9 1030 1050 Прототип 1440 960 17,5 18,8 950 980

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает повышение сопротивления МЦУ на 6-8%, прочности на 8-12% и жаропрочности на 8-10% при сохранении высокого уровня пластичности.

В результате этого, применение предлагаемого способа термообработки в производстве деталей, работающих в условиях жесткого циклического нагружения, например дисков ГТД, позволит за счет более высокого сопротивления МЦУ, высокой прочности и жаропрочности увеличить ресурс работы двигателя в 1,2-1,4 раза, повысить его эксплуатационную надежность и снизить массу на 8-10%.

Похожие патенты RU2455383C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЖАРОПРОЧНОГО НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА ЭП741НП 2021
  • Шильников Евгений Владимирович
  • Кабанов Илья Викторович
  • Сидорина Татьяна Николаевна
  • Лисовский Александр Владимирович
  • Троянов Борис Владимирович
RU2772725C1
Способ поэтапной закалки заготовок из гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов 2018
  • Бер Леонид Борисович
  • Казберович Алексей Михайлович
  • Ваулин Дмитрий Дмитриевич
  • Зенин Владимир Анатольевич
RU2697684C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ПО СЕЧЕНИЮ ПОРОШКОВОЙ ЗАГОТОВКИ 2011
  • Гарибов Генрих Саркисович
  • Полькин Игорь Степанович
  • Гриц Нина Михайловна
  • Егоров Дмитрий Александрович
  • Востриков Алексей Владимирович
  • Федоренко Елизавета Александровна
  • Чудинов Алексей Алексеевич
  • Волков Александр Максимович
  • Драница Владимир Александрович
RU2455115C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ ИЗ СПЛАВА ТИПА ВВ751П С ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТЬЮ И ЖАРОПРОЧНОСТЬЮ 2011
  • Гарибов Генрих Саркисович
  • Гриц Нина Михайловна
  • Востриков Алексей Владимирович
  • Федоренко Елизавета Александровна
  • Казберович Алексей Михайлович
RU2453398C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СЛОЖНОЛЕГИРОВАННЫХ ПОРОШКОВЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ 2012
  • Гарибов Генрих Саркисович
  • Гриц Нина Михайловна
  • Казберович Алексей Михайлович
  • Востриков Алексей Владимирович
  • Волков Александр Максимович
  • Федоренко Елизавета Александровна
  • Катуков Сергей Александрович
  • Шмелев Виталий Петрович
RU2516267C1
СПОСОБ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ 2015
  • Онищенко Анатолий Кондратьевич
  • Дальский Андрей Антонович
  • Забельян Дмитрий Михайлович
  • Осечкин Вячеслав Сергеевич
  • Волков Евгений Алексеевич
  • Бочарова Любовь Анатольевна
RU2610379C1
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК ДИСКОВ ИЗ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ С ИСХОДНОЙ МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРОЙ МИКРОДУПЛЕКС 2010
  • Ваулин Дмитрий Дмитриевич
  • Власова Ольга Николаевна
  • Капуткин Ефим Яковлевич
  • Качанов Евгений Борисович
  • Ляхова Людмила Викторовна
  • Пилипенко Алексей Львович
  • Космачева Наталия Петровна
RU2419675C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СЛОЖНОЛЕГИРОВАННЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ 2011
  • Гарибов Генрих Саркисович
  • Гриц Нина Михайловна
  • Востриков Алексей Владимирович
  • Федоренко Елизавета Александровна
RU2457924C1
СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ ДИСКОВ ИЗ СЛОЖНОЛЕГИРОВАННЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ 1986
  • Ломберг Б.С.
  • Чударева Л.П.
  • Бабурина Е.В.
  • Самборская Н.И.
  • Долгачева Л.К.
  • Хацинская И.М.
  • Георгиева Г.Г.
  • Морозова Г.И.
  • Скляренко В.Г.
RU1360232C
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОРОШКОВЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ 2010
  • Еременко Василий Иванович
  • Фаткуллин Олег Хикметович
  • Фурашов Алексей Сергеевич
  • Фаткуллин Станислав Игоревич
  • Щукарев Анатолий Константинович
RU2433203C1

Реферат патента 2012 года СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ МАЛОЦИКЛОВОЙ УСТАЛОСТИ

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термообработке жаропрочных никелевых сплавов, и может быть использовано в производстве деталей газотурбинных двигателей (дисков, валов и др.), работающих в условиях жесткого циклического нагружения. Способ термообработки деталей из жаропрочных никелевых сплавов включает нагрев при температуре на 5-25°С выше температуры сольвуса с выдержкой в течение 3-4 часов, охлаждение после нагрева со скоростью выше 20°С/мин и последующее старение в три ступени: 1 ступень - 910°С, выдержка 3 часа; 2 ступень - 750°С, выдержка 8 часов, и 3 ступень - 700°С, выдержка 17 часов. Технический результат заключается в увеличении ресурса и надежности деталей, работающих в условиях жесткого нагружения при снижении их массы. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 455 383 C1

Способ термообработки деталей из жаропрочных никелевых сплавов, включающий нагрев при температуре на 5-25°С выше температуры сольвуса, выдержку при этой температуре, охлаждение и старение, отличающийся тем, что выдержку при нагреве выше температуры сольвуса проводят в течение 3-4 ч, охлаждение после нагрева осуществляют со скоростью выше 20°С/мин, а последующее старение проводят в три ступени: 1 ступень - 910°С, выдержка 3 ч, 2 ступень - 750°С, выдержка 8 ч и 3 ступень - 700°С, выдержка 17 ч.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2455383C1

US 2009308508 A1, 17.12.2009
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ 1998
  • Семенов В.Н.
  • Бондарев Б.И.
  • Фаткуллин О.Х.
  • Еременко В.И.
  • Гриц Н.М.
  • Пестов Ю.А.
  • Деркач Г.Г.
  • Железняк О.Н.
  • Каторгин Б.И.
  • Зайцев М.В.
  • Чванов В.К.
  • Мовчан Ю.В.
  • Прусаков Б.А.
  • Евмененко Ф.Ф.
RU2164262C2
СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ И СПОСОБЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ 2004
  • Цао Вэй-Ди
  • Кеннеди Ричард Л.
RU2361009C2
US 7138020 B2, 21.11.2006.

RU 2 455 383 C1

Авторы

Гарибов Генрих Саркисович

Гриц Нина Михайловна

Шмелёв Виталий Петрович

Востриков Алексей Владимирович

Федоренко Елизавета Александровна

Казберович Алексей Михайлович

Даты

2012-07-10Публикация

2011-05-05Подача