Деформационная нанотехнология жаропрочных никелевых сплавов

[Кайбышев О.А., Утяшев Ф.З. Сверхпластичность, измельчение структуры и обработка труднодеформируемых сплавов. М.: Наука, 2002. – 438 с.]

Разработана технология получения осесимметричных изделий типа колец, обечаек, валов и дисков из жаропрочных наноструктурированных сплавов на основе никеля.
Жаропрочные сплавы на основе никеля пока являются безальтернативными материалами, применяемыми для изготовления горячих частей газотурбинных двигателей и установок (дисков, лопаток, колец и т.д.). Их высокая жаропрочность обусловлена содержанием интерметаллидных наночастиц с размерами 40¸80 нм. Наноструктурная фаза, препятствующая пластической деформации, в литых сплавах распределена неоднородно и совершенно нежелательна в полуфабрикатах, так как обусловленная ей низкая деформируемость крайне затрудняет изготовление изделий из этих сплавов. Создана новая технология изготовления осесимметричных деталей из жаропрочных сплавов, основанная на управлении состоянием наноструктурной фазы. По этой технологии, сначала, на стадии изготовления предзаготовок, более чем на один порядок повышают пластичность и снижают сопротивление деформации путем изменения морфологии интерметаллидных наночастиц, их укрупнения до субмикронных размеров, приведения состояния межфазных границ от когерентного к некогерентному и одновременного измельчения зерен матрицы до микронных или даже субмикронных размеров. Затем, используя деформацию раскаткой в условиях сверхпластичности, изготавливают детали с минимально необходимым припуском для последующих термической и механической обработок. При этом формируется важная для придания деталям высоких механических свойств однородная или регламентированно-изменяющаяся микроструктура, достигается повышенная однородность химического состава сплава. После изготовления изделия производят специальную термообработку, обеспечивающую дисперсионное твердение однородно распределенными наноразмерными выделениями, имеющими когерентные межфазные границы, и осуществляют финишную механическую обработку. Кроме повышения качества и экономичности изготовления, новая технология обеспечивает высокую надежность деталей, возможность автоматизации производства и эффективного ультразвукового контроля.

Полученные по разработанной технологии изделия обладают более высокой кратковременной и длительной прочностью по сравнению с изделиями, изготавливаемыми по традиционной технологии. При этом коэффициент использования материала при изготовлении изделий повышается в 3-5 раз, уменьшаются затраты времени, труда и себестоимость изделий.

а)			б)
в)			г)

Рисунок 1 - Типовые осесимметричные детали из жаропрочных сплавов, полученные методом деформационной нанотехнологии:
(а) диски ГТД, (б) кольца, (в) обечайка, (г) сложнопрофильные комбинированные детали

Учреждение Российской академии наук Институт проблем сверхпластичности металлов РАН