Способ получения прессованных прутков из дисперсноупрочненных порошковых никелевых сплавов

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕССОВАННЫХ ПРУТКОВ ИЗ ДИСПЕРСНОУПРОЧНЕННЫХ ПОРОШКОВЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ, включающий горячую деформацию порошкового материала и его рекристаллизационный отжиг при температурах (0,9 0,98)Т_пл, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет возможности получения прессованных прутков различных диаметров с высокими жаропрочными характеристиками из дисперсно-упрочненного никелевого сплава, содержащего более 70% -фазы, горячую деформацию проводят в изостатических условиях при температурах (0,85 0,9)Т_пл и давлении 1 1,5 тыс.атм, а перед рекристаллизационным отжигом проводят экструзию в интервале температур (0,88 0,91)Т_пл.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения деформированных полуфабрикатов из дисперсноупрочненных порошковых никелевых сплавов с высоким содержанием в структуре ' -фазы.
В технической и патентной литературе отсутствуют сведения о получении пресованных прутков диаметром выше 30 мм из сложнолегированных никелевых сплавов, с содержанием '-фазы 70% ' -фаза является хрупкой составляющей сплава, и увеличение ее содержания в сплаве приводит к резкому снижению его пластичности и технологичности. Деформация таких материалов приводит к получению полуфабрикатов с высоким уровнем внутренних напряжений, что вызывает их растрескивание, особенно при производстве полуфабрикатов большого сечения. Вследствие этого получение полуфабрикатов из сплавов с высоким содержанием ' -фазы большого диаметра невозможно.
Известен способ получения изделий из жаропрочных никелевых дисперсноупрочненных сплавов путем спекания порошковой заготовки и последующей экструзии на пруток диаметра до 20 мм.
Недостатком существующего способа является возможность получения прутков только малых диаметров.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ получения прессованных прутков диаметром до 20 мм из порошкового дисперсно-упрочненного никелевого сплава, содержащего до 50% ' -фазы, путем горячей деформации порошка экструзией или осадкой, последующей термообработки на твердый раствор и холодной деформации достаточной для протекания последующей рекристаллизации. Последней операцией является рекристаллизационный отжиг в температурном градиенте при температурах (0,95-0,98)Т_пл.
Недостатками известного способа являются:
возможность изготовления прутков с рекристаллизационной структурой только диаметром до 20 мм из-за растрескивания материала при холодной деформации, который осуществляют после термообработки на твердый раствор;
низкие характеристики жаропрочности прутка с неоднородной по зеренному составу структурой;
применимость данного способа для сплавов с относительно низким содержанием '-фазы, так как при рекомендуемой термообработке на твердый раствор не удается подавить выделения ' -фазы в сплавах, содержание ' -фазы в которых превышает 50-55%
Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа за счет возможности получения прессованных прутков различных диаметров с высокими жаропрочными характеристиками из дисперсно-упрочненного никелевого сплава, содержащего более 70% ' -фазы.
Поставленная цель достигается тем, что порошок дисперсно-упрочненного никелевого сплава, содержащего 70% ' -фазы, подвергают горячей деформации в изостатических условиях при температурах (0,85-0,9) Т_пл и давлении (1-1,5) тыс. атм. дополнительной экструзии при температурах (0,88-0,91) Т_пл, а затем проводят рекристаллизационный отжиг при температурах (0,9-0,98) Т_пл.
Отличие предлагаемого способа заключается в том, что горячую деформацию проводят в изостатических условиях при температурах (0,85-0,9) Т_пл и давлении (1-1,5) тыс.атм. а перед рекристаллизационным отжигом дополнительно проводят экструзию в интервале температур (0,88-0,91) Т_пл.
Сущность технического решения состоит в следующем.
Горячая деформация порошкового дисперсноупрочненного никелевого сплава с содержанием ' -фазы 70% в изостатических условиях при температурах (0,85-0,9) Т_пл и давлениях (1-1,5) тыс.атм. способствуют гомогенизации материала, которая заключается в разрушении и равномерном распределении в объеме материала поверхностных оксидных плен. При этом, происходит частичное растворение ' -фазы. Предлагаемые условия изостатической дефоpмации приводят к тому, что в обработанном материале количество ' -фазы не превышает 10% что облегчает последующую экструзию. Назначением последующей экструзии является формирование окончательного полуфабриката. При экструзии происходят дваконкурирующих процесса: упрочнение за счет искажения кристаллической решетки и разупрочнение за счет перераспределения дефектов кристаллической решетки и формирование энергетически более стабильных конфигураций; материал претерпевает первичную рекристаллизацию.
Для повышения жаропрочности (предела прочности при повышенных температурах) в материале формируют крупное вытянутое зерно. Крупнозернистая анизотропная структура, которая формируется в процессе отжига в деформированном материале, является результатом вторичной рекристаллизации. Вторичная рекристаллизация протекает в материале уже испытавшем первичную рекристаллизацию, при последующем его нагреве до более высоких температур. При вторичной рекристаллизации рост большинства зерен заторможен, а растут лишь отдельные зерна, являющиеся центрами вторичной рекристаллизации, которыми могут быть зерна с диаметром больше среднего либо с кристаллографической ориентировкой отличающийся от основной, преимущественной ориентировки.
Действующей силой роста зерен при вторичной рекристаллизации является искажение кристаллической решетки (объемная энергия) и избыточная удельная зерноограничная энергия, которые определяют уровень искажения кристаллической решетки материала. Запредельные условия горячей деформации в изостатических условиях приводят к созданию негомогенного материала: в случае температуры и давления ниже заявленных происходит только частичное разрушение оксидных плен и неравномерное распределение их по объему, что является причиной формирования неоднородной структуры, как в экструзионном, так и в термообработанном состояниях и резкого снижения жаропрочности.
В случае превышения температуры и давления устраняется неравномерность распределения оксидных плен, но материал теряет заданную энергию и тем самым, способность к вторичной рекристаллизации и повышению жаропрочностных свойств.
При нарушении заявляемых температурных режимов экструзии либо теряется склонность материала ко вторичной рекристаллизации (при превышении верхнего температурного предела), либо происходит разрушение материала при деформации (при снижении температуры за предлагаемый интервал).
Примеры осуществления способа.
Способ получения прессованных прутков был осуществлен при изготовлении их из порошкового дисперсно-упрочненного никелевого сплава системы Ni-Cr-Al-W-5Al₂O₃^.3Y₂O₃, полученного методом механического легирования и имеющего 70% ' -фазы.
Порошковую заготовку подвергали горячей деформации в изостатических условиях в заявленном (примеры 1-3) и запредельном (примеры 4-5) интервале температур и давлений, затем полученные заготовки экструдировали при заявленных (примеры 1-3) и запредельных (примеры 4-5) температурах. Изготовленные прутки подвергали рекристаллизационному отжигу при 1300^оС.
По известному способу порошковую заготовку из того же сплава подвергали прямому прессованию при 1250^оС (0,93 Т_пл), проводили промежуточный отжиг при 1313^оС (0,98 Т_пл) и затем дополнительно деформировали при комнатной температуре (табл. пример 6) и подвергали рекристаллизационному отжигу при 1300^оС вместе с прутками, полученными в примерах 1-5.
Анализ приведенных данных показывает, что в результате исследования предложенного способа получены прутки диаметром 30-120 мм из дисперсно-упрочненного никелевого сплава, содержащего 70% ' -фазы, имеющие высокие жаропрочные характеристики: предел прочности при 1100^оС на 65% выше, чем у прутков, изготовленных по известному способу.
Использование: относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения деформированных полуфабрикатов из дисперсно-упрочненных порошков никелевых сплавов с высоким содержанием в структуре фазы, и предназначенных для изготовления деталей и узлов газотурбинных двигателей. Сущность: порошок дисперсно-упрочненного никелевого сплава содержит более 70% фазы, подвергают горячей деформации в изостатических условиях при температурах (0,85 0,9) T_пл и давлении 1 1,5 тыс.атм. затем проводят экструзию в интервале температур (0,88 0,91) T_пл а после экструзии проводят рекристаллизационный отжиг при температурах (0,9 - 0,98) T_пл 1 табл.