ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Термическая обработка из "Суперсплавы II Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок Кн1 " Первые два десятилетия разработки литейных сплавов на основе Ni для промышленного производства газовых турбии авиадвигателей были посвящены увеличению сопротивления высокотемпературной ползучести. К середине 60-х годов большинство жаропрочных сплавов, применявшихся для изготовления турбинных лопаток, обычно работало при температурах, достигавших 85 % температуры начала плавления, однако пластичность у некоторых из этих сплавов падала дс уровня в несколько процентов, а их поведение на третьей стадии ползучести отличалось большим непостоянством. Для производства лопаток методом точного литья по выплавляемым моделям, дающим самую точную геометрию внутренних полостей для воздушного охлаждения, существовали очень строгие ограничения. Разрушение лопаток было преимущественно межзеренным, поэтому призывали обеспечить аккомодацию локального пластического течения без потерь в высоком сопротивлении ползучести, присущем телу зерен. [c.160] Еще одно достоинство Hf заключается в том, что он повышает стойкость сплава-основы против окисления. Однако с высокой реакционной способностью Hf связаны и дополнительные приключения в виде трудностей (хотя и преодолимых), возникающих при выплавке слитков и обработке деталей. [c.161] Перерождение соединений типа МС, которое приводит к появлению на границах зерен обильных выделений МгзС в оболочке у -фазы, мы рассмотрим в связи с другими предметами. У сплавов с более умеренным химическим составом, таких как Х-750 и Nimoni 80А, подобные явления не были обнаружены. Там по соседству с границами зерен часто об- разуется слой чистой у-матрицы (не содержащей выделений у -фазы). Это вызвано диффузией Сг, связанной с образованием зернограничных карбидных выделений в зоне, которая таким образом обеднена по Сг, происходит рост растворимости Ni и А1, что приводит к исчезновению у -фазы. На рис. 4.2, а показано, как подобная граница зерен выглядит в сплаве Х-750. [c.161] Сосредоточение у -фазы по границам зерен у более прочных сплавов обеспечивает улучшенную комбинацию прочности и пластичйости по сравнению с окружающими объемами сплава. Образование такой оболочки вокруг твердых зернограничных карбидов в среде, которая допускает некоторую ограниченную пластическую деформацию, подавляет возникновение межзеренного разрушения, а это может обеспечить сплаву выдающуюся долговечность в условиях ползучести. Представляется, правда, что чрезмерное развитие подобных микроструктурных явлений способно привести и к затруднениям например, у сплавов U-700 и Nimoni 115 образование слишком мощной зернограничной пленки у -фазы может обусловить хрупкость в условиях растяжения и при наличии надреза. Показано, однако (см. рис. 4.2), что некоторые литейные сплавы вообще не имеют существенной зернограничной оболочки из у -фазы и все же демонстрируют хорошую прочность и пластичность. Как бы то ни было, границы зерен всегда являются местом зарождения разрушения в условиях ползучести. [c.161] В гомогенизированном состоянии деформируемые сплавы состоят главным образом из матрицы и карбидных выделений типа МС. Температуру гомогенизации (обычно в пределах 1084-1230 °С) выбирают таким образом, чтобы подготовить матрицу к формированию равномерно распределенных выделений у -фазы в процессе последующего старения. У некоторых сплавов, например Ren6 41, гомогенизация при температуре 1070°С сопровождается также образованием карбидных выделений типа Mj это обстоятельство может привести к некоторому подавлению последующих карбидных реакций. Выделения М23С4 в процессе гомогенизирующей обработки обычно не образуются. [c.163] Вслед за гомогенизирующей обработкой проводят серию обработок старением, чтобы получить соответствующие выделения и сформировать главные упрочняющие фазы. Требуемого уровня длительной прочности достигают в случае выделения у -фазы при старении в диапазоне от 840 до 1100 °С. Заканчивают формирование преципитата у -фазы путем старения при 760 °С. [c.163] Деформированные заготовки сплава U-500 были подвергнуты термической обработке по следующим режимам первая гомогенизапия — 1125 °С, 2 ч, охлаждение на воздухе вторая гомогенизация — 1085 °С, 2 ч, охлаждение на воздухе первое старение - 925 °С, 24 ч, охлаждение на воздухе второе старение - 760 °С, 16 ч, охлаждение йа воздухе. [c.164] В одном из сообщений об исследовании сплава Nimoni 80А [2] показано, что термической обработкой при 1000-1080 °С перед старением по у -фазе при 700 °С можно обеспечить превосходную длительную прочность. При 1080 °С по границам зерен возникали массивные выделения r j. Это заблаговременное создание выделений Сг Сз сопровождалось уменьшением начальной интенсивности выпадения Сг зСв в процессе старения по у -фазе при 700 °С. Преимущества этой обработки были реализованы применительно к формированию зернограничных зон, свободных от выделений у -фазы в этом случае их развитие определялось уже уходом Сг в соединение r j. [c.166] Термическая обработка первых литейных суперсплавов была простой. Их охлаждали прямо в форме для литья по выплавляемым моделям, а затем примерно полсуток подвергали старению при какой-нибудь низкой температуре, например при 760 °С для полного выделения у -фазы. По мере разработки сплавов с более сложной природой усложнялась и их термическая обработка. Теперь литейные суперсплавы, используемые в газовых турбинах, получают исчерпывающую термическую обработку, которая обеспечивает упрочнение у -фазы, улучшение пластичности, выравнивание структуры сплава и многое другое. [c.167] Независимо от того, удалась гомогенизация или нет, первоначальный дендритный рисунок, сформировавшийся при застывании, часто отчетливо виден и после эксплуатации сплава (см. рис. 4.11 в нижней части). Мелкодисперсная фаза показана как неравномерно затененные области. Границы дендридов далеко отстоят друг от друга и содержат некоторое количество дендритных выделений совместно с вышеупомянутой эвтектикой у-у. Скелетная структура дендрита в этих сплавах отражает повышенную концентрацию тугоплавких элементов и, как правило, отчетливо выявляется при травлении. [c.168] Обработка по режиму Б (быстрое охлаждение из области твердого раствора) допускает зарождение крупных частиц, но не дает им существенно вырасти. Тем не менее за 4 ч при 1085°С выделения у все-таки подрастают, и, в значительной мере за счет потенциала старения, происходит гомогенное зарождение множества частиц размером от среднего до крупного. Фоновые выделения у -фазы образуются при 925 и 760 °С, однако по понятным причинам их количество не велико. [c.170] Сплав IN-718, содержащий большую четверку тугоплавких элементов (Nb, Та, Мо, W), ведет себя по-другому. При температурах от 840 до 1055 °С лишь немного выделений МгзСб образуется по границам зерен (хотя некоторые из режимов термической обработки были специально разработаны для этой цели). Пленочная оболочка из у -фазы у этих зернограничных выделений Mjj по существу отсутствует, поскольку распад выделений МС идет с большим трудом. [c.171] Вернуться к основной статье