Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЗАГОТОВОК ИЗ ПОРОШКОВЫХ СПЛАВОВ

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

Известен способ производства заготовок из порошковых жаропрочных сплавов, включающий обработку порошкового материала аммонийными солями комплексонов, засыпку материала в форму, нагрев его в вакууме от 20 до 300°С со скоростью 2-4 град/мин, выдержку при этой температуре в течение 0,5-1 час и последующее охлаждение (SU, пат. №1593042 кл. B22F 3/10).

При реализации данного способа спекание порошкового материала происходит без применения защитно-восстановительной атмосферы и в негерметичной форме, из-за чего в структуре спеченных заготовок могут образовываться поры.

Известен способ производства заготовок из порошковых сплавов, включающий засыпку порошкового материала в капсулу, утряску, ступенчатый нагрев и жидкофазное спекание (компактирование) (RU пат. №2224622, 2002, кл. B22F 3/24). Недостатком этого способа является то, что соблюдение предложенного режима нагрева требует значительных энергозатрат и времени, а осадка заготовки требует использования дорогостоящего прессового оборудования с усилием прессования порядка 12 тыс.тн и изотермических блоков. В противном случае, на поверхности осажденной заготовки появляются трещины.

Задачей настоящего изобретения является достижение технического результата, выражающегося в обеспечении макро- и микроструктуры заготовок из порошковых сплавов, сокращении цикла получения заготовок во времени и создании изотермических условий при компактировании порошкового материала в газостате.

Технический результат достигается тем, что в способе производства заготовок из порошковых сплавов, включающем засыпку порошкового материала в капсулу, утряску и жидкофазное спекание, до или после жидкофазного спекания осуществляют горячее изостатическое прессование (ГИП), а жидкофазное спекание осуществляют при следующих режимах: сначала осуществляют нагрев порошкового материала до температуры Ts±10°C с выдержкой в течение 10-20 мин, где Ts - температура солидуса, затем поднимают температуру до Ts+(10-25)°C с выдержкой в течение 10-20 мин и осуществляют нагрев до температуры T₁-(5÷25)°C, где T₁ - температура ликвидуса с выдержкой в течение 10-30 минут, далее заготовку сначала охлаждают на 10-40°С ниже температуры солидуса (Ts) с выдержкой при ней 15-30 мин, затем охлаждают до 1000±10°С с выдержкой 15-30 минут, после чего проводят окончательное охлаждение заготовки с печью.

В предпочтительном варианте после компактирования заготовку подвергают горячему деформированию, в качестве которого применяют, например, изотермическую раскатку, при этом суммарная степень деформации заготовки при раскатке не превышает: где К - коэффициент больше 0,3, h₀ - высота заготовки до деформирования, h₁ - высота заготовки после деформирования. В предпочтительном варианте жидкофазное спекание порошкового материала, находящегося в капсуле, осуществляют в инертной атмосфере, в вакууме, либо в сочетании вакуума с заполнением рабочей камеры газом. При этом жидкофазное спекание осуществляют либо до его горячего изостатического прессования, либо после. Кроме того, жидкофазное спекание порошкового материала и горячее изостатическое прессование спеченной заготовки осуществляют как в одном аппарате (газостате), так и в разных, варьируя технологическими параметрами процессов, а после горячего изостатического прессования заготовку подвергают изотермической раскатке, не извлекая ее из капсулы. При этом горячее изостатическое прессование заготовки осуществляют под давлением 120-150 МПа при температуре не ниже Ts-(10÷30°C) и выдержкой этой температуры не менее 2-х часов, а перед деформированием заготовку выдерживают 4 часа при температуре не ниже Ts-(60÷100°C), затем охлаждают ее до температуры раскатки.

Ниже приведены примеры реализации заявленного способа.

Пример 1.

Капсулу с порошковым жаропрочным никелевым сплавом ЭП741НП подвергали горячему изостатическому прессованию и жидкофазному спеканию. На первой стадии (ГИП) давление составляло 150 МПа, температура - 1200±10°С, время выдержки - 2,5 часа. После ГИП капсулу изымали из газостата и помещали в печь, работающую как в режиме вакуумирования, так и под давлением рабочего газа и спекали с жидкой фазой. Время выдержки при спекании - 20 минут, температура жидкофазного спекания - 1285±5°. Исследования показали, что, по сравнению с заготовкой, полученной одним ГИП, после ГИП и жидкофазного спекания образцов временное сопротивление разрыву образцов (σ_в) увеличилось на 30 МПа, а структура материала (пористость и размер зерна) соответствовала действующим техническим условиям. Данную заготовку подвергали горячей деформации со степенью деформации до 60%. После жидкофазного спекания и ГИП плотность заготовки достигла 8,27 г/см³, что отвечает плотности монолитного металла. В данном случае не потребовались мощное прессовое оборудование с усилием прессования в 12 тыс. тн и пресс-инструмент из молибденового сплава, вес которого составляет порядка 0,5 тн, а также изотермический блок.

Пример 2.

В металлическую капсулу помещали порошковый никелевый сплав ЭП741НП и подвергали жидкофазному спеканию в печи в вакууме, а затем и под давлением аргона 0,1 МПа. Температурный режим спекания: нагрев порошкового сплава до 1240±10°С осуществляли без контроля его скорости. При этой температуре сплав выдерживали 15 минут, далее при температуре 1250°С - 15 минут. Окончательное спекание производили при температуре 1285°С и выдержке 20 минут. Спеченную заготовку охлаждали сначала до 1200°С с выдержкой 20 минут, затем до 1000°С и выдержкой 15 минут, а далее охлаждали с печью. В результате была получена заготовка с пористостью ˜ 7% (определено предварительными исследованиями). В капсуле заготовку помещали в газостат. Там производили ГИП при Р=140 МПа, t° = 1215°С, и выдержке - 2,5 часа (без жидкофазного спекания). При степени деформации 5-6% такие заготовки, полученные одним ГИП, обычно разрушаются. В нашем же случае последующей деформацией со степенью до 30% (горячей раскаткой) получают заготовку - деталь с заданными размерами и при минимальной механической обработке. При этом коэффициент использования металла возрастает с 0,2 до 0,8.