Высокотемпературная термомеханическая обработка литого никелевого сплава

Использование выкотемпературной термомеханической обработки (ВТМО), заключающейся в совмещении горячей пластической деформации с закалкой, исключающей развитие рекристаллизационных процессов, позволяет повысить кратковременную и длительную прочность многих дис-персионно-твердеющих жаропрочных сплавов на основе железа и никеля [1, 2]. Такие данные были получены на материалах, которые перед осуществлением ВТМО подвергались обработке давлением. Представлялось целесообразным выяснить характер влияния ВТМО на структуру и свойства дисперсионно-твердеющих сплавов с исходной литой структурой. В производственных условиях такая обработка может быть реализована при изготовлении деталей штамповкой из литых заготовок. ВТМО можно применять и для поверхностного упрочнения литых изделий, например, путем обкатки роликами.

В настоящей работе рассмотрено воздействие ВТМО на механические свойства литого сплава ХН77ТЮР (ЭИ437Б). Слиток этого сплава диаметром 500 мм имел до половины своей толщины зону столбчатых кристаллов и внутреннюю зону равноосных кристаллов. Из обеих зон параллельно оси слитка вырезали заготовки сечением 12x16 мм. После нагрева на 1080 °C с выдержкой 8 часов их подвергали деформации прокаткой с обжатиями 15 и 30 % и скоростью 1 с-1 с последующим охлаждением в воде. Такая обработка сопровождалась образованием субзеренной структуры и незначительным развитием рекристаллизационных процессов: рекристаллизованные зерна составляли не более 5 % объема металла. На большеугловых границах наблюдалось формирование характерной для ВТМО зубчатости. Обычная термическая обработка (ОТО) заключалась в закалке заготовок от 1080 °C.

Кратковременные и длительные испытания на растяжение проводили на пятикратных образцах с диаметром рабочей части 5 мм после стандартного режима старения (750 °C, 16 ч). Кроме того, определяли ударную вязкость KCU и на сканирующем микроскопе Tesla BS301 изучали характер изломов.

ВТМО по сравнению с ОТО заметно повысила прочностные характеристики литого сплава ХН77ТЮР при комнатной температуре испытания и в тем большей мере, чем выше степень обжатия при прокатке (табл. 1). Эффект термомеханического упрочнения наблюдался вне зависимости от характера литой структуры. Образцы, вырезанные из зоны с равноосными кристаллами, имели мень шие значения пределов текучести и прочности, чем образцы из зоны со столбчатыми кристаллами, но для них прирост прочностных свойств после ВТМО оказался наиболее значительным. В этом случае деформация 30 % обеспечила повышение пределов текучести и прочности на 20...27 %. Одновременно с прочностью после ВТМО увеличилась пластичность сплава. Наибольшей рост относительного удлинения (в 1,5...4 раза) и относительного сужения (в 1,7...3 раза) имел место после деформации с обжатием 30 %. Использование ВТМО позволило также значительно повысить ударную вязкость. Испытания образцов, вырезанных из зоны со столбчатыми кристаллами, показали, что характер воздействия ВТМО на механические свойства сохраняется и в условиях кратковременного нагружения при 650 °C (табл. 2).

Дополнительно влияние ВТМО с деформацией 30 % на ударную вязкость оценивали после 16-часового старения в широком интервале температур (650...850 °C). Установлено, что существенный рост KCU после такой обработке (в 1,5...2раза) наблюдается при всех исследованных режимах старения. Разрушение состаренного литого сплава при динамическом нагружении происходило в основном хрупко по границам столбчатых кристаллов. На зернограничной поверхности изломов, как правило, присутствовали стержнеобразные

Таблица 1

Механические свойства сплава ХН77ТЮР при комнатной температуре испытания

Таблица 2

Механические свойства сплава ХН77ТЮР при 650 °C

Смирное М.А., Корягин Ю.Д., Кузнецов С.Л.

Высокотемпературная термомеханическая обработка литого никелевого сплава частицы. После ВТМО преобладал вязкий чашечный излом, характерный для транскристаллитного развития трещин.

Учитывая данные работы [1], влияние ВТМО на жаропрочность образцов, вырезанных из зоны со столбчатыми кристаллами, оценивали при умеренной температуре (600 °C). Термомеханическая обработка увеличила время до разрушения в несколько раз (см. рисунок). Судя по наклону линий длительной прочности для ОТО и ВТМО, для упрочненного состояния характерна достаточно высокая стабильность.

Длительная прочность сплава ХН77ТЮР при 600 °C: 1 - ОТО, 2 - ВТМО с деформацией 30 %

Таким образом, для дисперсионно-твердеющего сплава ХН77ТЮР использование ВТМО позволяет повысить кратковременную и длительную прочность при умеренных температурах нагружения, а также обеспечить рост пластичности и ударной вязкости. Такое благоприятное воздействие термомеханической обработки реализуется при исходной структуре как со столбчатыми, так и с равноосными кристаллами. Причины наблюдаемого характера изменения свойств литого сплава при ВТМО аналогичны тем, которые имеют место при термомеханическом упрочнении дисперсионно-твердеющих никелевых сплавов с исходной деформированной структурой.