ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ

INFLUENCE OF HEAT TREATMENT ON THE STRUCTURE AND PROPERTIES OF HEAT-RESISTANT ALLOYS

Madina Takisheva

master, Department of Nanotechnology and Metallurgy, Karaganda state University,

Kazakhstan, Karaganda

Vitaly Kulikov

scientific advisor, Candidate of technical sciences, professor, Karaganda state University,

Kazakhstan, Karaganda

АННОТАЦИЯ

Целью данной работы является изучение влияния термической обработки на микроструктуру жаропрочного сплава на основе никеля Inconel 713C. Были изучены три различных условия и сопоставлены результаты: в виде отливки; обработка на твердый раствор (1179°C/2ч) и термообработка стабилизации(1179°C/2ч и 926°C/16ч).

ABSTRACT

The purpose of this work is to study the effect of heat treatments on the microstructure ofthe nickel-based superalloy Inconel 713C. Three different conditions were studied and the resultscompared: (1) as cast; (2) solid solution treatment (1179◦C/2 h) and (3) stabilization heat treatment (1179◦C/2 h plus 926◦C/16 h).

Ключевые слова: термообработка, жаропрочные сплавы, Инконель 713С.

Keywords: Heat treatment, superalloy, Inconel 713C.

В настоящее время важнейшей задачей для развития жаропрочных сплавов является улучшение его качества и повышения прочности.

Жаропрочные сплавы — это класс материалов, предназначенных для работы при высоких температурах, высоком напряжении (часто превышающее 250 МПа), и агрессивных средах в течение длительного периода времени. Они широко используются в аэро и наземных газовых турбинах, потому что они являются уникальным оборудованием для работы в таких условиях. Проще говоря, современные газотурбинные двигатели не существовали бы без жаропрочных сплавов. Наиболее широко применяют жаропрочные сплавы на основе никеля, по сравнению с железом или кобальтом.

Никель и хром работают вместе и являются популярной основой для жаропрочных сплавов. Они известны своей исключительной коррозионной стойкостью, а также своими высокотемпературными характеристиками. Добавление хрома к жаропрочным сплавам придает прочность и коррозионную стойкость[1].

Виды термической обработки, которые применяют для изделии из жаропрочных сплавов: отжиг 1-го рода (подвергаются однофазные жаропрочные сплавы - твердые растворы); отжиг 2-го рода (подвергают только жаропрочные сплавы, имеющие фазовые превращения в твердом состоянии); закалка (могут подвергаться как жаропрочные сплавы, не имеющие полиморфных превращений, так и имеющие их); отпуск (операция после закалки) [2].

Были проведены две термические обработки сплава Инконель 713С. Первая заключалась в нагреве до температуры 1170^оС, выдержки 10 часов с последующим охлаждением на воздухе. Такая обработка называется термической обработкой на твердый раствор. Вторая заключалась в нагреве до температуры 1170^оС, выдержки 10 часов с последующим охлаждением на воздухе и затем шел процесс окончательного старения при температуре 927^оС, выдержке 16 часов с последующим охлаждением на воздухе. График термообработки представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. График термообработки для сплава Инконель 713C

Характеристики по химическому анализу основных элементов, процентное соотношение по массе, были получены в трех образцах, каждый из которых подвергался различной термической обработке — в виде литья, термической обработки твердым раствором и термической обработки стабилизацией. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты химического анализа образцов Inconel 713C

В таблице 2 приведены средние данные по твердости образцов в каждом из трех условий термообработки (литье, термообработка на твердый раствор и стабилизация).

Таблица 2.

Результаты испытаний образцов на твердость по Роквеллу.

Микроструктура литых изделий представляет собой многофазную матрицу, дендритная структура которой сильно зависит от процесса литья, такого как охлаждение и скорость затвердевания. Наличие дефектов, таких как пористость, ликвация и неметаллических включения. Это норма в материалах в литом состоянии без термомеханической обработки [3]. На рисунке 3 можно наблюдать удлинение дендритов в результате процесса литья.

Рисунок 3. Микроструктура Инконель 713С (1-в литом; 2- термообработка на твердый раствор; 3 - стабилизация)

Таким образом, термическая обработка на твердый раствор обеспечивает постепенное увеличение прочности некоторых сплавов в 2 раза на протяжении нескольких дней вследствие выделения второй фазы, которая происходит при комнатной температуре. Выбрав определенную длительность и температуру старения, можно управлять размером зерна, что позволяет добиться дисперсности частиц и повысить прочность материала.

Список литературы:

1. Маслёнков, С. Б. Жаропрочные стали и сплавы: Справочник / С.Б. Масленков. -М: Металлургия, 1988. - 191 с.
2. Nader El-Bagoury, «Ni based superalloy: casting technology, metallurgy, development, properties and applications», 2016. - 152
3. Breno Boretti Galizoni - Heat Treatments Effects on Nickel-Based Superalloy, 2017. - 10