Материаловедение Справочник

Сплавы на основе никеля

В настоящее время сплавы на основе никеля нашли широкое применение в качестве жаропрочных материалов, предназначенных для работы в области температур 700…1000 °С. Их используют в газовых турбинах авиационных двигателей, корабельных силовых и энергетических установках, газовой промышленности, ракетнокосмической технике, нефтехимической отрасли. В авиационном газотурбинном двигателе ~70 % от его массы составляют жаропрочные сплавы. Это диски, сопловые и рабочие лопатки турбины, элементы камеры сгорания и т.п.

В современной технической литературе существуют различные классификации сплавов на никелевой основе, например по назначению (дисковые, лопаточные, котельные и т.д.), способу производства (литейные и деформируемые); степени легирования (низко-, средне- и высоколегированные), по их работоспособности при высоких температурах (жаропрочные и жаростойкие).

Под жаропрочностью понимают способность сплава выдерживать механические нагрузки при высоких температурах в течение определенного времени, под жаростойкостью – способность сплава сопротивляться газовой коррозии при высоких температурах в ненагруженном или слабонагруженном состоянии.

Никелевые сплавы в авиационном двигателестроении обычно работают на пределе своих температурных возможностей, так как рабочие температуры часто достигают 0,8…0,85 от их температуры плавления. Современные жаропрочные сплавы на никелевой основе – это сложнолегированные материалы: в их состав входит до семи – девяти основных легирующих элементов: Мо, W, Cr, V, Nb, Co , Al, Fe, Cu, Ti. Титан, алюминий (суммарно до 8…10 %) образуют главную упрочняющую фазу – γ`. Хром и алюминий повышают сопротивление к газовой коррозии.

Принципы легирования никелевых сплавов одинаковы для литейных и деформируемых сплавов, но при создании последних необходимо обеспечить достаточную технологическую пластичность при обработке давлением, а литейных – удовлетворительные литейные свойства (жидкотекучесть, пористость).

Горячая пластическая деформация высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов отличается следующими характерными особенностями:

  • низкой технологической пластичностью при всех температурах деформирования;
  • высоким сопротивлением деформированию, включая деформирование в однофазной области твердого раствора;
  • узким температурным интервалом деформирования, доходящим до 80…100 °С;
  • высокой чувствительностью к перегреву.

Характерной особенностью никелевых жаропрочных сплавов является высокая температура рекристаллизации, поэтому отклонение от режима деформирования ведет к образованию в металле полугорячего наклепа, что при последующей термообработке приводит к разноили грубозернистости. Этот дефект возникает также и при штамповке сплавов в области критических степеней деформации.

Причиной разнозернистости проката и поковок может стать наличие остаточной химической микронеоднородности, выраженной в виде полосчатости или фигур, напоминающих дендриты исходных кристаллов. Температура рекристаллизации зависит от степени легирования. Чем она выше, тем значительнее температура рекристаллизации.

Чувствительность жаропрочных никелевых сплавов к перегревам выражается в катастрофическом снижении пластичности.

Для никелевых сплавов следует строго соблюдать степени обжатия за один переход. Причем чем выше степень легирования сплава, тем меньше допустимые степени обжатия при горячей обработке давлением. При высокой степени деформации сплав может локально перегреваться от выделения теплоты при ковке, поэтому верхнюю температуру нагрева под деформацию следует выбирать с учетом последующих степеней обжатия.

Область применения, химический состав, механические свойства и температурный интервал штамповки для наиболее часто применяемых деформируемых никелевых сплавов приведены в табл. 4–6.

Таблица 4. Основные деформируемые сплавы на основе никеля

Марка материалаГОСТ, ТУ

___________

Вид полуфабрикатаОбработка давлениемОбласть применения
ЗН77ТЮР (ЭИ 437Б)ГОСТ 23705–79ПруткиДеформируется в горячем состоянии. Температурный интервал штамповки 1130…980 °С. Охлаждение после горячей деформации на воздухеДля рабочих лопаток газовых турбин и компрессоров, работающих при температурах до 750 °С
ХН70ВМТЮ

(ЭИ 617)

Деформируется в горячем состоянии. Температурный интервал штамповки 1180…1050 °С. Охлаждение после горячей деформации на воздухеДля рабочих лопаток газовых турбин, работающих при температурах до 800 °С
ХН62ВМКЮ (ЭИ 867)ГОСТ 23705–79ПруткиДеформируется в горячем состоянии. Температурный интервал штамповки 1180…1060 °С.

Охлаждение после горячей деформации на воздухе

Для рабочих лопаток газовых турбин, работающих при температурах до 900 °С
ХН65КЮВМР (ЭП 617)ТУ 14-1-1492–75Деформируется в горячем состоянии. Температурный интервал штамповки 1160…1040 °С.

Охлаждение после горячей деформации на воздухе

Для рабочих лопаток и других высоконагруженных деталей газовых турбин и компрессоров, работающих длительно при температурах до 900 °С и кратковременно при температурах до 950 °С
ХН56ВМКЮ (ЭП 109)ТУ 14-1-59–73,

ГОСТ 23705–79

Деформируется в горячем состоянии. Температурный интервал штамповки 1180…1070 °С.

Охлаждение после горячей деформации на воздухе

Для рабочих лопаток газовых турбин, работающих при температурах до 950 °С
ХН61КМЮВБ (ЭП 874)ТУ 14-1-2062–76Деформируется в горячем состоянии
ХН73МБТЮ (ЭИ 698)ТУ 14-1-1973–77Деформируется в горячем состоянии. Температурный интервал штамповки 1180…1030 °С.

Охлаждение после горячей деформации на воздухе

Для дисков турбины и компрессоров, дефлекторов, силовых колец и крепежных болтов с длительным ресурсом, работающих при температуре до 750 °С
ХН62БМКТЮ (ЭП 742)ТУ 14-1-3998–85Поковки (шайбы)Деформируется в горячем состоянииДля дисков турбины и компрессоров, работающих при температурах 550…800 °С и высоких напряжениях
ЭК79 (ЭП 742У)ТУ 14-131-561–83Для дисков турбины и компрессоров, работающих при температурах до 800 °С
ХН60КМВТЮБ (ЭП 741)ТУ 14-131-369–77Для дисков турбины, компрессоров и других тяжелонагруженных деталей двигателей, работающих при температурах до 850 °С
ХН60ВМБ (ЭП 886,

ВЖ 111)

ТУ 14-1-4433–88ПруткиДля жаровых труб, форсажных камер и других деталей, работающих длительно при температурах до 1000 °С
ХН60ВТ (ЭИ 868, ВЖ 98)ТУ 14-1-286–72

и 14-131-644–85

Деформируется в горячем состоянии. Температурный интервал штамповки 1180…1050 °СДля жаровых труб, форсажных камер и других деталей, работающих длительно при температурах до 900…1000 °С
ХН65ВМБЮ (ВЖ 131,

ЭП 914)

ТУ 14-1-3986–85Деформируется в горячем состоянииДля сварных узлов, работающих при температурах до 800 °С
ХН62ВМТЮ (ЭП 708)ТУ 14-1-1018–74Деформируется в горячем состоянии. Температурный интервал штамповки 1180…1000 °С.

Охлаждение после горячей деформации на воздухе

Для сварных силовых узлов, работающих при температурах до 850 °С
ХН68МВКТЮР (ЭП 693)ТУ 14-1-3759–84ПруткиДеформируется в горячем состоянии. Температурный интервал штамповки 1180…980 °С.

Охлаждение после горячей деформации на воздухе

Для силовых сварных конструкций, длительное время работающих при температурах 700…900 °С
ХН68ВМБТЮК (ЭП 693М,

ЭК 58)

ТУ 14-1-3741–84Для силовых сварных узлов, работающих при температурах до 950 °С в конструкциях, к которым предъявляются повышенные требования по жаропрочности и пластичности
ХН56ВМТЮ (ЭП 199,

ВЖ 101)

ТУ 14-1-1508–75Деформируется в горячем состоянии. Температурный интервал штамповки 1140…1000 °С.

Охлаждение после горячей деформации на воздухе

Для сварных силовых узлов, работающих при температурах до 950 °С
ХН50МВКТЮР (ЭП 99)ТУ 14-1-1476–75Деформируется в горячем состоянии. Температурный интервал штамповки 1160…1050 °С.

Охлаждение после горячей деформации на воздухе

Для различных силовых сварных конструкций, лопаток, сопловых аппаратов двигателей, работающих при температурах 700…1000 °С

Таблица 5. Химический состав сплавов на основе никеля

Марка материалаГОСТ, ТУХимический состав, %
CCrAlTiNiSiMnCeFe
ХН77ТЮР (ЭИ 437Б)ГОСТ 5632–72≤ 0,0719…220,6…1,02,4…2,8Основа≤ 0,6≤ 0,40,021
CuBPbSP
0,07≤ 0,01≤ 0,001≤ 0,007≤ 0,015
Марка материалаГОСТ, ТУХимический состав, %
CCrAlTiNiSiMnCeFe
ХН70ВМТЮ (ЭИ 617)ГОСТ 5632–72≤ 0,1213…161,7…2,31,8…2,3Основа≤ 0,6≤ 0,5≤ 0,02≤ 5
CuWMoVBSP
≤ 0,075…72…40,1…0,5≤ 0,02≤ 0,01≤ 0,015
Марка материалаГОСТ, ТУХимический состав, %
CCrAlCoNiSiСеFeCu
ХН62ВМТЮ (ЭИ 867)ГОСТ 5632–72≤ 0,18,5…

10,5

4,2…4,94…6Основа≤ 0,6≤ 0,3≤ 4,0≤ 0,07
WMoBP
4,3…6,09,0…

11,5

≤ 0,02≤ 0,011
Марка материалаГОСТ, ТУХимический состав, %
CCrAlCoNiSiMnCeFe
ХН65КЮВМР (ЭП 617)ТУ 14-1-1492–75≤ 0,18,5…

10,5

4,2…4,94…6Основа≤ 0,6≤ 0,3≤ 0,02≤ 1
WMoBSP
4,5…5,52,8…3,8≤ 0,02≤ 0,011≤ 0,015
Марка материалаГОСТ, ТУХимический состав, %
CCrAlCoNiSiMnCeFe
ХН56ВМКЮ (ЭП 109)ГОСТ 5632–72≤ 0,18,5…

10,5

6,4…6,211…13Основа≤ 0,6≤ 0,3≤ 0,02≤ 1,5
CuWMoBSP
≤ 0,076,0…7,56,5…8,0≤ 0,02≤ 0,01≤ 0,015
Марка материалаГОСТ, ТУХимический состав, %
CCrAlCoNiSiMnCeFe
ХН61КМЮВБ (ЭП 874)ТУ 14-1-2062–760,01…0,088,5…10,05,5…6,211…15Основа≤ 0,30,005…

0,002

≤ 1
CuWMoNbBZrSP
≤ 0,073,5…6,04,5…7,00,8…1,50,005…

0,050

0,001…

0,100

≤ 0,01≤ 0,0015
Марка материалаГОСТ, ТУХимический состав, %
CCrAlTiNiSiMnCeFe
ХН73МБТЮ (ЭИ 698)ТУ 14-1-285–720,03…0,0713…161,45…1,82,35…

2,75

Основа≤ 0,5≤ 0,4≤ 0,005×≤ 2
MoNbBPbSP
2,8…3,21,9…2,2≤ 0,005×≤ 0,001≤ 0,007≤ 0,0015
Марка материалаГОСТ, ТУХимический состав, %
CCrAlTiNiSiMnCeFe
ХН62БМКТЮ (ЭП 742)ТУ 14-1-1998–850,04…0,0813…152,4…2,8Основ≤ 0,3≤ 0,4≤ 0,01×≤ 1
CuWMoVBLaSPCo
≤ 0,07≤ 0,24,5…5,5≤ 0,2≤ 0,01×≤ 0,1≤ 0,01≤ 0,0159…11
Nb
2,4…2,8
Марка материалаГОСТ, ТУХимический состав, %
CCrAlTiNiFeSiMnCe
ЭК 79 (ЭП 742У)ТУ 14-1-131-561–830,04…0,0810…122,8…3,32,4…3,0Основа≤ 1≤ 0,4≤ 0,01×
NdCoWMoVBNbLaS
≤ 0,05×12,5…

16,0

2…34…50,4…

0,8

≤ 0,01×2,5…

3,0

≤ 0,05×≤ 0,01
PMg
≤ 0,015≤ 0,05×
Марка материалаГОСТ, ТУХимический состав, %
CCrAlTiNiSiMnCeFe
ХН60КМВТЮБ (ЭП 741)ОСТ 1-92111–85≤ 0,068,0…

10,5

4,5…5,21,3…1,7Основа≤ 0,5≤ 0,01≤ 1
CoWMoMgBZrSPNb
14,6…17,56,3…7,22,2…3,0≤ 0,05≤ 0,02×≤ 0,025≤ 0,009≤ 0,0151,2…1,6
Марка материалаГОСТ, ТУХимический состав, %
CCrAlTiNiSiMnCeFe
Х60МВБ (ЭП 886,

ВЖ 111)

ТУ 14-1-2760–79≤ 0,123…260,2…0,70,2…0,8Основа≤ 0,5≤ 0,5×≤ 0,02×≤ 5
NbWMoMgBSP
0,4…1,05…73,0…4,5≤ 0,06×≤ 0,005×≤ 0,5×
Марка материалаГОСТ, ТУХимический состав, %
CCrAlTiNiSiMnFeCu
ХН60ВМБ (ЭИ 868, ВЖ 98)ТУ 4-1-1747–76≤ 0,123,5…

26,5

≤ 0,50,3…0,7Основа≤ 0,8≤ 0,5≤ 4≤ 0,07
WSP
13…16≤ 0,013
Марка материалаГОСТ, ТУХимический состав, %
CCrAlSiNiMnNbFeNd
ХН65ВМБЮ (ЭП 914, ВЖ 131)ТУ 14-1-2689–79≤ 0,0617,0…

18,5

1,5…1,9≤ 0,5Основа≤ 0,54,0…

4,7

≤ 1,50,1…0,2
WMoBSP
5,5…7,53…5≤ 0,006×≤ 0,015
Марка материалаГОСТ, ТУХимический состав, %
CCrAlTiNiSiMnCeFe
ХН62ВМТЮ (ЭП 708)ТУ 14-1-3556–830,05…0,1017,5…

20,0

1,9…2,31,0…1,4Основа≤ 0,6≤ 0,5≤ 0,03×≤ 4
WMoBSP
5,5…7,54…6≤ 0,008*≤ 0,015
Марка материалаГОСТ, ТУХимический состав, %
CCrAlTiNiSiMnCeFe
ХН68МВКТЮР (ЭП 693)ТУ 14-1-1960–77≤ 0,117…201,6…2,30,1…1,6Основа≤ 0,5≤ 0,4≤ 0,005×≤ 5
CoWMoNbBSP
5…85…73,5…5,0≤ 0,1≤ 0,005×≤ 0,015
Марка материалаГОСТ, ТУХимический состав, %
CCrAlTiNiSiMnCeFe
ХН68ВМБТЮК (ЭП 693М, ЭК 58)ТУ 14-1-3741–84≤ 0,116…191,8…2,41,0…1,5Основа≤ 0,5≤ 0,4≤ 0,02×≤ 3
CoWMoNbBZrSPMg
1,5…3,52,8…4,83,5…5,00,7…1,3≤ 0,02×≤ 0,1×≤ 0,015≤ 0,05×
Марка материалаГОСТ, ТУХимический состав, %
CCrAlTiNiSiMnFeW
ХН56ВМТЮ (ЭП 199, ВЖ 101)ТУ 14-1-2479–78≤ 0,119…222,1…2,61,1…1,6Основа≤ 0,6≤ 0,5≤ 49…11
MoMgBSP
4…6≤ 0,05≤ 0,008≤ 0,015
Марка материалаГОСТ, ТУХимический состав, %
CCrAlTiNiSiMnCeFe
ХН50МВКТЮР (ЭП 99)ТУ 14-1-1747–76≤ 0,117,5…

19,5

2,5…3,01,0…1,5Основа≤ 0,3≤ 0,002*≤ 3,0
CuWMoNbBCoSP
≤ 0,075,5…7,03,5…5,0≤ 1,5≤ 0,005*5…8≤ 0,015

×Вводятся по расчету.

Таблица 6. Режимы термической обработки и механические свойства основных деформируемых сплавов на основе никеля

Марка материалаВид полуфабрикатаТермообработкаГОСТ, ТУ

___________

Механические свойства
σв, МПаσ0,2,

МПа

δ, %Ψ,

%

ак, (кгс·м)/см2НВ,

dотп, мм

ХН77ТЮР (ЭИ 437Б)Прутки горячекатаныеЗакалка при 1080 °С, выдержка 8 ч, охлаждение на воздухе. Старение при 700 °С в течение 16 чГОСТ 23705–79950…

1100

620…

700

153063,40…

3,45

ХН70ВМТЮ (ЭИ 617)Первая закалка при 1190 °С, выдержка 2 ч; вторая закалка при 1050 °С, выдержка 4 ч, охлаждение на воздухе.

Старение при 800 °С в течение 16 ч

114075014151,5…3,03,45
ХН62ВМКЮ (ЭИ 867)Закалка при 1220 °С, выдержка 4…6 ч, охлаждение на воздухе. Старение при 950 °С в течение 8 ч1100…

1250

750…

850

17203…53,25…

3,60

ХН65КЮВМР (ЭП 617)Закалка при 1220 °С, выдержка 4…6 ч, охлаждение на воздухе. Старение при 850 °С, выдержка 24 чТУ 14-1-1492–751170…

1200

830…

850

15…

20

16…

19

33,3…

3,6

ХН56ВМКЮ (ЭП 109)Закалка при 1220 °С, выдержка 4…6 ч, охлаждение на воздухе. Старение при 925 °С, выдержка 8…10 чГОСТ 23705–79,

ТУ 14-1-5.9–73

1330950164,5
ХН61КМЮВБ (ЭП 874)Прутки горячекатаныеЗакалка при 1220 °С, выдержка 4 ч, охлаждение на воздухе. Первое старение при 960 °С, выдержка 4 ч, второе старение при 850 °С, выдержка 16 чТУ 14-1-1973–771100…

1250

850…

950

10…

15

10…

15

3…6302..

388 НВ

ХН73МБТЮ (ЭИ 698)Закалка при 1120 °С, выдержка 8 ч, охлаждение на воздухе; закалка при 1000 °С, выдержка 4 ч, охлаждение на воздухе. Первое старение при 775 °С, выдержка 16 ч; второе старение при 700 °С, выдержка 16…24 ч, охлаждение на воздухеТУ 14-1-1973–77,

14-1-5329–96,

14-1-285–72

и 14-1-2792–79

1180740141643,5…

3,2

ХН62БМКТЮ (ЭП 742)Поковки (шайбы)Закалка при 1090…1120 °С, выдержка 8 ч, охлаждение на воздухе. Первое старение при 850 °С выдержка

6 ч; второе старение при 780 °С, выдержка 10…16 ч, охлаждение на воздухе

ТУ 14-1-3998–851230770131433,15…

3,50

ЭК 79

(ЭП 724 У)

Поковки (шайбы)Отжиг при 1040 °С, выдержка 42 ч, охлаждение на воздухе. Закалка при 1120…1160 °С, выдержка 8 ч, охлаждение на воздухе. Первое старение при 850 °С, выдержка 6 ч; второе старение при 780 °С, выдержка 10…16 ч, охлаждение на воздухеТУ 14-1-131-561–831300900143,53,15…

3,45

ХН60КМВТЮБ (ЭП 741)ПруткиПервая закалка с 1180 °С, выдержка 5 ч, охлаждение на воздухе;

вторая закалка с 1050 °С, выдержка 4 ч, охлаждение на воздухе. Старение при 910 °С,

12 ч

ТУ 14-131-369–771400..

1500

950…

1050

20…

25

25…

30

4,0…4,53,20…

3,45

ХН60ВТ (ЭИ 868, ВЖ 98)Закалка при 1150…1200 °С, выдержка 1 ч, охлаждение на воздухеТУ 14-1-286–7275030
ХН65ВМБЮ (ЭП 914,

ВЖ 131)

Закалка с 1110 °С, охлаждение на воздухе. Старение при 800 °С, выдержка 15 чТУ 14-1-3986–8510007003510
ХН62ВМТЮ (ЭП 708)Закалка с 1140 °С, охлаждение на воздухе. Старение при 800 °С, выдержка 15 чТУ 14-1-1018–7411001820
ХН68МВКТЮР (ЭП 693)ПруткиЗакалка при 1080…1110 °С, выдержка 2 ч, охлаждение на воздухе. Старение при 900 °С, выдержка 5 чТУ 14-1-3759–849505303237
Закалка при 1000 °С, выдержка 4 ч, охлаждение на воздухе. Старение при 700 °С, выдержка 16 ч10506802530
ХН68ВМБТЮК (ЭК 58,

ЭП 693 М)

Закалка при 1150 °С, выдержка 3 ч, охлаждение на воздухе. Старение при 800 °С, выдержка 16 чТУ 14-1-3741–841100…

1150

670…

700

35…40
ХН56ВМТЮ (ЭП 199,

ВЖ 101)

Закалка при 1150…1200 °С, охлаждение на воздухеТУ 14-1-1508–75105025
ХН50МВКТЮР (ЭП 99)Закалка с 1080…1100 °С, выдержка 2…4 ч, охлаждение на воздухе. Старение при 760 °С, выдержка 12…16 чТУ 14-1-2786–79125080020223
ТУ 14-1-1476–75120017192,5

 

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *