RU2123064C1 - Способ термической обработки сплавов на основе легированного интерметаллида ni3al - Google Patents
Способ термической обработки сплавов на основе легированного интерметаллида ni3al Download PDFInfo
- Publication number
- RU2123064C1 RU2123064C1 RU97111936A RU97111936A RU2123064C1 RU 2123064 C1 RU2123064 C1 RU 2123064C1 RU 97111936 A RU97111936 A RU 97111936A RU 97111936 A RU97111936 A RU 97111936A RU 2123064 C1 RU2123064 C1 RU 2123064C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- annealing
- intermetallic
- heat treatment
- cooling
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии и используется при производстве особонагруженных деталей с направленно закристаллизованной и монокристаллической структурой из жаропрочных материалов нового класса на основе легированного интерметаллида Ni3Al (сопловые лопатки, экраны камер сгорания и др. ). Запатентованный способ термической обработки сплавов на основе легированного интерметаллида Ni3Al включает отжиг при 1180-1220oC в течение 4-8 ч, охлаждение на воздухе; отжиг при 900-1100oC в течение 20-30 ч, охлаждение на воздухе и отжиг при 480-520oC в течение 40-60 ч с последующим охлаждением на воздухе. Данный способ обеспечивает повышение ударной вязкости и жаропрочности при температурах выше 1000oС при сохранении комплекса физико-механических свойств в интервале температур 20-1000oC, что позволяет повысить срок службы и надежность высокотемпературных деталей горячего тракта газотурбинных двигателей в 4,5-5 раз. 3 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в особенности к способу термической обработки полуфабрикатов и деталей с направленно - закристаллизованной и монокристаллической структурой, отливаемых из легированных сплавов на основе интерметаллида Ni3Al методом направленной кристаллизации. Новые литейные жаропрочные сплавы этого класса применяются в газотурбинных двигателях авиационного, энергетического и транспортного назначения для ответственных деталей горячего тракта (рабочие и сопловые лопатки и др.), работающих длительно в окислительных средах при температурах выше 1050oC.
Условия высокотемпературной работы деталей под напряжением, при термоциклировании и знакопеременных нагрузках способствуют развитию и интенсификации диффузионных процессов в материале. Это приводит к снижению прочностных свойств, потере пластичности и ударной вязкости.
Необходима стабилизация структуры, обеспечивающей уменьшение движущих сил диффузионных процессов, развивающихся при высоких температурах, особенно под нагрузкой.
Наиболее распространенным способом стабилизации структуры сплавов является термическая обработка.
Режим термической обработки по предлагаемому изобретению рекомендуется при производстве особонагруженных деталей из нового класса жаропрочных материалов на основе легированного интерметаллида Ni3Al (сопловые лопатки, экраны камер сгорания и др.). Этот режим обеспечивает, в особенности, повышение ударной вязкости и жаропрочности при температурах выше 1000oC при сохранении комплекса физико-механических свойств в интервале температур 20-1000oC.
Наиболее распространенным способом стабилизации структуры литейных сплавов на основе никеля или Ni3Al, в т.ч. с направленно закристаллизованной структурой, является высокотемпературный гомогенизирующий отжиг при температурах выше линии сольвус ( γ/γ+γ′ ), но ниже температуры солидус (начала плавления Ts). Поскольку для большинства современных литейных сложнолегированных сплавов, имеющих фазовый состав γ+γ′ или γ′+γ , Ts ≈ 1280oC, температура гомогенизационного отжига выбирается в интервале 1000 - 1250oC [2-6] . В качестве примера может быть приведен способ термообработки сплава на основе легированного интерметаллида Ni3Al марки ВКНА-1В при температуре 1250oC в течение 5, 10 и 25 часов [1]. Наиболее часто используются режимы 1050-1200oC в течение 1-48 ч (табл.1) [1-6].
Кроме указанных режимов высокотемпературных гомогенизирующих отжигов известны способы, включающие термообработку в две стадии (табл.1 [4], табл.2 - прототип [7]).
Известные режимы термической обработки легированных сплавов на основе интерметаллида Ni3Al используются для повышения кратковременной прочности, жаропрочности и стабильности механических свойств при температурах до 1000oC [1-9]. Однако применение известных режимов термической обработки не повышает ударной вязкости при температурах выше 1000oC.
Поскольку легированные сплавы на основе интерметаллида Ni3Al с монокристаллической структурой отличаются более высоким уровнем жаропрочности в широком интервале температур, чем сплавы того же химического состава с поликристаллической структурой [1], перед авторами стояла задача разработать режим термической обработки, который позволяет повысить ударную вязкость и жаропрочность этих материалов при температурах выше 1000oC при сохранении всех положительных свойств в интервале температур 20-1000oC. В качестве прототипа выбран двухступенчатый режим термообработки:
I стадия - гомогенизирующий отжиг при температуре 1200oC, выдержка 8-10 часов с последующим охлаждением на воздухе;
II стадия - отжиг при температуре 1050oC, выдержка 5-8 часов с последующим охлаждением на воздухе.
I стадия - гомогенизирующий отжиг при температуре 1200oC, выдержка 8-10 часов с последующим охлаждением на воздухе;
II стадия - отжиг при температуре 1050oC, выдержка 5-8 часов с последующим охлаждением на воздухе.
Для решения технической задачи авторами предложен трехстадийный способ термической обработки легированных сплавов на основе интерметаллида Ni3Al, включающий:
I стадия - гомогенизирующий отжиг при температуре 1180-1220oC, выдержка 4-8 часов, охлаждение на воздухе;
II стадия - отжиг при температуре 900-1100oC, выдержка 20-30 часов, охлаждение на воздухе;
III стадия - отжиг при температуре 480-520oC, выдержка 40-60 часов, охлаждение на воздухе.
I стадия - гомогенизирующий отжиг при температуре 1180-1220oC, выдержка 4-8 часов, охлаждение на воздухе;
II стадия - отжиг при температуре 900-1100oC, выдержка 20-30 часов, охлаждение на воздухе;
III стадия - отжиг при температуре 480-520oC, выдержка 40-60 часов, охлаждение на воздухе.
Из литературных данных [1, 8, 9] известно, что в твердом состоянии при нагревах и выдержках в интерметаллидах, в том числе и Ni3Al, могут протекать следующие процессы:
-гомогенное упорядочение,
-рост упорядоченных доменов,
-коалесценция антифазных доменов,
- дисперсионное твердение - выделение более крупных и более дисперсных частиц избыточных фаз при высоко- и низкотемпературном старении соответственно.
-гомогенное упорядочение,
-рост упорядоченных доменов,
-коалесценция антифазных доменов,
- дисперсионное твердение - выделение более крупных и более дисперсных частиц избыточных фаз при высоко- и низкотемпературном старении соответственно.
Эти процессы приводят к изменению структуры и свойств материала. Однако в литературе нет данных о том, как изменение структуры (субструктуры) сплавов на основе легированного интерметаллида Ni3Al при нагревах и выдержках влияет на механические свойства, в особенности ударную вязкость и жаропрочность при высоких температурах.
Авторами установлено, что в сплавах на основе легированного интерметаллида Ni3Al эти процессы проходят в интервале температур 500-1100oC:
- при температурах 1180-1220oC при отжиге устраняется дендритная ликвация в объеме сплава (гомогенизация);
- в интервале температур 800-1100oC происходят процессы, связанные с гомогенным упорядочением, ростом доменов и их коалесценцией, а также упрочнением участком γ -твердого раствора вторичными выделениями γ′-фазы;
- при температурах 450-550oC на границах доменов выделяется максимальное количество избыточных фаз, в особенности NiAl (β-фаза легированная), стабилизирующих субструктуру γ′-фазы.
- при температурах 1180-1220oC при отжиге устраняется дендритная ликвация в объеме сплава (гомогенизация);
- в интервале температур 800-1100oC происходят процессы, связанные с гомогенным упорядочением, ростом доменов и их коалесценцией, а также упрочнением участком γ -твердого раствора вторичными выделениями γ′-фазы;
- при температурах 450-550oC на границах доменов выделяется максимальное количество избыточных фаз, в особенности NiAl (β-фаза легированная), стабилизирующих субструктуру γ′-фазы.
Авторами изучено влияние различных режимов трехступенчатой термической обработки на ударную вязкость и жаропрочность сплавов на основе легированного интерметаллида Ni3Al при температурах выше 1000oC. Результаты исследования представлены в табл. 2, 3. Видно, что предлагаемый способ термической обработки (трехступенчатый режим: I - отжиг при 1180-1220oC 4-8 ч; II - отжиг при 900-1100oC 20-30 ч; III - отжиг при 480-520oC 40-60 ч) позволяет получить оптимальное структурное состояние. Это позволяет значительно повысить ударную вязкость и время до разрушения легированных сплавов на основе легированного интерметаллида Ni3Al в области рабочих температур 1000-1200oC по сравнению с прототипом. Изменение режимов термической обработки интерметаллидных сплавов по сравнению с предлагаемым снижает уровень механических свойств при температурах выше 1000oC. Так температуры термической обработки 1150, 850 и 450oC и время отжигов 3, 15 и 35 ч соответственно являются недостаточными для протекания диффузионных процессов формирования оптимальной субструктуры в объеме сплава. Об этом свидетельствуют относительно невысокие механические свойства. Повышение температур термической обработки до 1240, 1150 и 550oC и времени отжигов до 10, 35 и 70 часов соответственно приводит к огрублению микроструктуры и субструктуры, что также не обеспечивает достижение высоких механических свойств.
Авторами изобретения при анализе патентной и периодической литературы не выявлено применение трехступенчатой термообработки к сплавам на основе легированного интерметаллида Ni3Al.
Повышение ударной вязкости и жаропрочности путем предлагаемого способа термической обработки позволяет повысить срок службы и надежность высокотемпературных деталей горячего тракта газотурбинных двигателей в 4,5-5 раз и, как следствие, получить значительный эффект за счет экономии материальных, трудовых и энергетических ресурсов.
Наряду с этим, повышение высокотемпературных свойств позволяет расширить области использования нового класса материалов в технике.
Литература
1. В. П. Бунтушкин, О. А. Базылева, К. Б. Поварова, Н.К. Казанская. "Влияние структуры на механические свойства легированного интерметаллида Ni3Al". - Металлы. 1995. N 3. с .74-80,
2. M.Nazmy, M.Staubli "Aspects of mechanical behavior of directional solidified Ni3Al Intermetallics." Scripta Metallurgica at Materialia. 1991. v. 25. p.1305-1308.
1. В. П. Бунтушкин, О. А. Базылева, К. Б. Поварова, Н.К. Казанская. "Влияние структуры на механические свойства легированного интерметаллида Ni3Al". - Металлы. 1995. N 3. с .74-80,
2. M.Nazmy, M.Staubli "Aspects of mechanical behavior of directional solidified Ni3Al Intermetallics." Scripta Metallurgica at Materialia. 1991. v. 25. p.1305-1308.
3. Yun Zhang. Dongling Lin. "Mechanical properties of boron doped directionaly solidified Ni3Al containing carbon, magnesium, calcium and rare cartn elements" Materials Science and Engineering. A153. (1992). p.364-369.
4. Guo Janting, Li Hui, Sun Chao, Wang Shuhe. Ren Dagang. Yiong Liangyue and Jang Jian. "Behavior of Boron in poly- and monocrystalline Ni3Al and its effect on strength at room and high temperature". Materials Science and Engineering. A152. (1992). p. 120-125.
5. S.E. Hsu, N.N. Hsu, C.H.Tong, C.Y. Ma and S.Y. Lee. "High temperature mechanical behavior of Some advanced Ni3AI". High-Temp. Ordered intermetallic Alloys II: Symp. Boston, Mass., Dec. 2-4, 1986. - Pittsburg (Pa), 1987. p.507.
6. H. К. Kim, J.C. Earthman. "High temperature deformation and fracture mechanisms in a dendritic Ni3AI alloy". Acta metal. mater. v.42. No 3. p. 679-687 (1994).
7. В.С. Синельникова, В.А. Подергин, Б.Н. Речкин. "Алюминиды". Киев, Наукова Думка, 1965, с. 131-134.
8. Б. А. Гринберг, В.И. Сюткина. "Новые методы упрочнения упорядоченных сплавов", М. Металлургия. 1985.
9. Интерметаллические соединения. Сборник под ред. H.И. Корнилова. М. Металлургия. 1970. с. 331-334.
Claims (1)
- Способ термической обработки сплавов на основе легированного интерметаллида Ni3Al, включающий первую стадию отжига, охлаждение на воздухе, вторую стадию отжига, охлаждение на воздухе, отличающийся тем, что после второй стадии отжига проводят третью стадию отжига при 480 - 520oC в течение 40 - 60 ч с последующим охлаждением на воздухе, причем первую стадию отжига проводят при 1180 - 1220oC в течение 4 - 8 ч, а вторую стадию отжига проводят при 900 - 1100oC в течение 20 - 30 ч.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97111936A RU2123064C1 (ru) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | Способ термической обработки сплавов на основе легированного интерметаллида ni3al |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97111936A RU2123064C1 (ru) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | Способ термической обработки сплавов на основе легированного интерметаллида ni3al |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2123064C1 true RU2123064C1 (ru) | 1998-12-10 |
RU97111936A RU97111936A (ru) | 1999-05-27 |
Family
ID=20195252
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97111936A RU2123064C1 (ru) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | Способ термической обработки сплавов на основе легированного интерметаллида ni3al |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2123064C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113241453A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-08-10 | 中国科学技术大学 | 一种炭黑负载高度有序的PtNi金属间化合物及其合成方法以及应用 |
-
1997
- 1997-07-10 RU RU97111936A patent/RU2123064C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Синельникова В.С. и др. Алюминиды. - Киев: Наукова Думка, 1965, с.131-134. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113241453A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-08-10 | 中国科学技术大学 | 一种炭黑负载高度有序的PtNi金属间化合物及其合成方法以及应用 |
CN113241453B (zh) * | 2021-05-08 | 2022-09-02 | 中国科学技术大学 | 一种炭黑负载高度有序的PtNi金属间化合物及其合成方法以及应用 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5888451A (en) | Nickel-base superalloy | |
EP2128284B1 (en) | Ni-BASED SINGLE CRYSTAL SUPERALLOY AND TURBINE VANE USING THE SAME | |
JP5322933B2 (ja) | ガスタービン用のニッケル基合金 | |
CA2276154C (en) | Nickel-based monocrystalline superalloy with a high .gamma.' solvus | |
JPH11310839A (ja) | 高強度Ni基超合金方向性凝固鋳物 | |
KR101470069B1 (ko) | 터빈 날개 및 베인 용도를 위한 저레늄 단결정 초합금 | |
US5976280A (en) | Method for making a hydrogen embrittlement resistant γ' strengthened nickel base superalloy material | |
CN100482824C (zh) | 一种含铼镍基单晶高温合金及其制备工艺 | |
JP4719583B2 (ja) | 強度、耐食性及び耐酸化特性に優れた一方向凝固用ニッケル基超合金及び一方向凝固ニッケル基超合金の製造方法 | |
JPWO2007119404A1 (ja) | Ni基超合金とその製造方法およびタービンブレードまたはタービンベーン部品 | |
RU2123064C1 (ru) | Способ термической обработки сплавов на основе легированного интерметаллида ni3al | |
JPH09272933A (ja) | 方向性凝固用高強度Ni基超合金 | |
US4717432A (en) | Varied heating rate solution heat treatment for superalloy castings | |
Dunlevey et al. | The effect of thermal cycling on the structure and properties of a Co, Cr, Ni-TaC directionally solidified eutectic alloy | |
BR112020005771A2 (pt) | componente de turbina, pá de turbina, estator de turbina, turbina e método para fabricar um componente de turbina | |
CN112481562B (zh) | 一种激光选区熔化成形镍基高温合金的热处理方法 | |
Sessions et al. | Further observations on the effect of environment on the creep/rupture behavior of a nickel-base high temperature alloy: grain size effects | |
RU2153021C1 (ru) | Никелевый жаропрочный сплав для монокристального литья | |
JP2579316B2 (ja) | 強度および耐食性に優れた単結晶Ni基超合金 | |
US20190381559A1 (en) | PROCESS FOR PRODUCING A FORGED COMPONENT FROM A TiAl ALLOY AND COMPONENT PRODUCED THEREBY | |
RU2802841C1 (ru) | Жаропрочный литейный сплав на никелевой основе и изделие, выполненное из него | |
JPS63118037A (ja) | Ni基単結晶耐熱合金 | |
RU2186144C1 (ru) | Никелевый жаропрочный сплав для монокристального литья и изделие, выполненное из этого сплава | |
JPH0310039A (ja) | 高温強度および高温耐食性にすぐれたNi基単結晶超合金 | |
JP3054696B2 (ja) | Ti−Al−Si系合金の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090711 |