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 материала ГОСТ, ТУ

___________

Вид полуфабриката Обработка давлением Область применения
ЗН77ТЮР (ЭИ 437Б) ГОСТ 23705–79 Прутки Деформируется в горячем состоянии. Температурный интервал штамповки 1130…980 °С. Охлаждение после горячей деформации на воздухе Для 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 воздухе Для рабочих лопаток газовых турбин, работающих при температурах до 800 °С
ХН62ВМКЮ (ЭИ 867) ГОСТ 23705–79 Прутки Деформируется 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 14-1-1492–75 Деформируется 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 14-1-2062–76 Деформируется в горячем состоянии
ХН73МБТЮ (ЭИ 698) ТУ 14-1-1973–77 Деформируется 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 14-1-3998–85 Поковки (шайбы) Деформируется в горячем состоянии Для дисков турбины и компрессоров, работающих при температурах 550…800 °С и высоких напряжениях
ЭК79 (ЭП 742У) ТУ 14-131-561–83 Для дисков турбины и компрессоров, работающих при температурах до 800 °С
ХН60КМВТЮБ (ЭП 741) ТУ 14-131-369–77 Для дисков турбины, компрессоров и других тяжелонагруженных деталей двигателей, работающих при температурах до 850 °С
ХН60ВМБ (ЭП 886,

ВЖ 111)

ТУ 14-1-4433–88 Прутки Для 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 °С Для жаровых труб, форсажных камер и других деталей, работающих длительно при температурах до 900…1000 °С
ХН65ВМБЮ (ВЖ 131,

ЭП 914)

ТУ 14-1-3986–85 Деформируется в горячем состоянии Для сварных узлов, работающих при температурах до 800 °С
ХН62ВМТЮ (ЭП 708) ТУ 14-1-1018–74 Деформируется 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 14-1-3759–84 Прутки Деформируется 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 14-1-3741–84 Для 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 14-1-1508–75 Деформируется 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 14-1-1476–75 Деформируется 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 материала ГОСТ, ТУ Химический состав, %
C Cr Al Ti Ni Si Mn Ce Fe
ХН77ТЮР (ЭИ 437Б) ГОСТ 5632–72 ≤ 0,07 19…22 0,6…1,0 2,4…2,8 Основа ≤ 0,6 ≤ 0,4 0,02 1
Cu B Pb S P
0,07 ≤ 0,01 ≤ 0,001 ≤ 0,007 ≤ 0,015
Марка материала ГОСТ, ТУ Химический состав, %
C Cr Al Ti Ni Si Mn Ce Fe
ХН70ВМТЮ (ЭИ 617) ГОСТ 5632–72 ≤ 0,12 13…16 1,7…2,3 1,8…2,3 Основа ≤ 0,6 ≤ 0,5 ≤ 0,02 ≤ 5
Cu W Mo V B S P
≤ 0,07 5…7 2…4 0,1…0,5 ≤ 0,02 ≤ 0,01 ≤ 0,015
Марка материала ГОСТ, ТУ Химический состав, %
C Cr Al Co Ni Si Се Fe Cu
ХН62ВМТЮ (ЭИ 867) ГОСТ 5632–72 ≤ 0,1 8,5…

10,5

4,2…4,9 4…6 Основа ≤ 0,6 ≤ 0,3 ≤ 4,0 ≤ 0,07
W Mo B P
4,3…6,0 9,0…

11,5

≤ 0,02 ≤ 0,011
Марка материала ГОСТ, ТУ Химический состав, %
C Cr Al Co Ni Si Mn Ce Fe
ХН65КЮВМР (ЭП 617) ТУ 14-1-1492–75 ≤ 0,1 8,5…

10,5

4,2…4,9 4…6 Основа ≤ 0,6 ≤ 0,3 ≤ 0,02 ≤ 1
W Mo B S P
4,5…5,5 2,8…3,8 ≤ 0,02 ≤ 0,011 ≤ 0,015
Марка материала ГОСТ, ТУ Химический состав, %
C Cr Al Co Ni Si Mn Ce Fe
ХН56ВМКЮ (ЭП 109) ГОСТ 5632–72 ≤ 0,1 8,5…

10,5

6,4…6,2 11…13 Основа ≤ 0,6 ≤ 0,3 ≤ 0,02 ≤ 1,5
Cu W Mo B S P
≤ 0,07 6,0…7,5 6,5…8,0 ≤ 0,02 ≤ 0,01 ≤ 0,015
Марка материала ГОСТ, ТУ Химический состав, %
C Cr Al Co Ni Si Mn Ce Fe
ХН61КМЮВБ (ЭП 874) ТУ 14-1-2062–76 0,01…0,08 8,5…10,0 5,5…6,2 11…15 Основа ≤ 0,3 0,005…

0,002

≤ 1
Cu W Mo Nb B Zr S P
≤ 0,07 3,5…6,0 4,5…7,0 0,8…1,5 0,005…

0,050

0,001…

0,100

≤ 0,01 ≤ 0,0015
Марка материала ГОСТ, ТУ Химический состав, %
C Cr Al Ti Ni Si Mn Ce Fe
ХН73МБТЮ (ЭИ 698) ТУ 14-1-285–72 0,03…0,07 13…16 1,45…1,8 2,35…

2,75

Основа ≤ 0,5 ≤ 0,4 ≤ 0,005× ≤ 2
Mo Nb B Pb S P
2,8…3,2 1,9…2,2 ≤ 0,005× ≤ 0,001 ≤ 0,007 ≤ 0,0015
Марка материала ГОСТ, ТУ Химический состав, %
C Cr Al Ti Ni Si Mn Ce Fe
ХН62БМКТЮ (ЭП 742) ТУ 14-1-1998–85 0,04…0,08 13…15 2,4…2,8 Основ ≤ 0,3 ≤ 0,4 ≤ 0,01× ≤ 1
Cu W Mo V B La S P Co
≤ 0,07 ≤ 0,2 4,5…5,5 ≤ 0,2 ≤ 0,01× ≤ 0,1 ≤ 0,01 ≤ 0,015 9…11
Nb
2,4…2,8
Марка материала ГОСТ, ТУ Химический состав, %
C Cr Al Ti Ni Fe Si Mn Ce
ЭК 79 (ЭП 742У) ТУ 14-1-131-561–83 0,04…0,08 10…12 2,8…3,3 2,4…3,0 Основа ≤ 1 ≤ 0,4 ≤ 0,01×
Nd Co W Mo V B Nb La S
≤ 0,05× 12,5…

16,0

2…3 4…5 0,4…

0,8

≤ 0,01× 2,5…

3,0

≤ 0,05× ≤ 0,01
P Mg
≤ 0,015 ≤ 0,05×
Марка материала ГОСТ, ТУ Химический состав, %
C Cr Al Ti Ni Si Mn Ce Fe
ХН60КМВТЮБ (ЭП 741) ОСТ 1-92111–85 ≤ 0,06 8,0…

10,5

4,5…5,2 1,3…1,7 Основа ≤ 0,5 ≤ 0,01 ≤ 1
Co W Mo Mg B Zr S P Nb
14,6…17,5 6,3…7,2 2,2…3,0 ≤ 0,05 ≤ 0,02× ≤ 0,025 ≤ 0,009 ≤ 0,015 1,2…1,6
Марка материала ГОСТ, ТУ Химический состав, %
C Cr Al Ti Ni Si Mn Ce Fe
Х60МВБ (ЭП 886,

ВЖ 111)

ТУ 14-1-2760–79 ≤ 0,1 23…26 0,2…0,7 0,2…0,8 Основа ≤ 0,5 ≤ 0,5× ≤ 0,02× ≤ 5
Nb W Mo Mg B S P
0,4…1,0 5…7 3,0…4,5 ≤ 0,06× ≤ 0,005× ≤ 0,5×
Марка материала ГОСТ, ТУ Химический состав, %
C Cr Al Ti Ni Si Mn Fe Cu
ХН60ВМБ (ЭИ 868, ВЖ 98) ТУ 4-1-1747–76 ≤ 0,1 23,5…

26,5

≤ 0,5 0,3…0,7 Основа ≤ 0,8 ≤ 0,5 ≤ 4 ≤ 0,07
W S P
13…16 ≤ 0,013
Марка материала ГОСТ, ТУ Химический состав, %
C Cr Al Si Ni Mn Nb Fe Nd
ХН65ВМБЮ (ЭП 914, ВЖ 131) ТУ 14-1-2689–79 ≤ 0,06 17,0…

18,5

1,5…1,9 ≤ 0,5 Основа ≤ 0,5 4,0…

4,7

≤ 1,5 0,1…0,2
W Mo B S P
5,5…7,5 3…5 ≤ 0,006× ≤ 0,015
Марка материала ГОСТ, ТУ Химический состав, %
C Cr Al Ti Ni Si Mn Ce Fe
ХН62ВМТЮ (ЭП 708) ТУ 14-1-3556–83 0,05…0,10 17,5…

20,0

1,9…2,3 1,0…1,4 Основа ≤ 0,6 ≤ 0,5 ≤ 0,03× ≤ 4
W Mo B S P
5,5…7,5 4…6 ≤ 0,008* ≤ 0,015
Марка материала ГОСТ, ТУ Химический состав, %
C Cr Al Ti Ni Si Mn Ce Fe
ХН68МВКТЮР (ЭП 693) ТУ 14-1-1960–77 ≤ 0,1 17…20 1,6…2,3 0,1…1,6 Основа ≤ 0,5 ≤ 0,4 ≤ 0,005× ≤ 5
Co W Mo Nb B S P
5…8 5…7 3,5…5,0 ≤ 0,1 ≤ 0,005× ≤ 0,015
Марка материала ГОСТ, ТУ Химический состав, %
C Cr Al Ti Ni Si Mn Ce Fe
ХН68ВМБТЮК (ЭП 693М, ЭК 58) ТУ 14-1-3741–84 ≤ 0,1 16…19 1,8…2,4 1,0…1,5 Основа ≤ 0,5 ≤ 0,4 ≤ 0,02× ≤ 3
Co W Mo Nb B Zr S P Mg
1,5…3,5 2,8…4,8 3,5…5,0 0,7…1,3 ≤ 0,02× ≤ 0,1× ≤ 0,015 ≤ 0,05×
Марка материала ГОСТ, ТУ Химический состав, %
C Cr Al Ti Ni Si Mn Fe W
ХН56ВМТЮ (ЭП 199, ВЖ 101) ТУ 14-1-2479–78 ≤ 0,1 19…22 2,1…2,6 1,1…1,6 Основа ≤ 0,6 ≤ 0,5 ≤ 4 9…11
Mo Mg B S P
4…6 ≤ 0,05 ≤ 0,008 ≤ 0,015
Марка материала ГОСТ, ТУ Химический состав, %
C Cr Al Ti Ni Si Mn Ce Fe
ХН50МВКТЮР (ЭП 99) ТУ 14-1-1747–76 ≤ 0,1 17,5…

19,5

2,5…3,0 1,0…1,5 Основа ≤ 0,3 ≤ 0,002* ≤ 3,0
Cu W Mo Nb B Co S P
≤ 0,07 5,5…7,0 3,5…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 материала Вид полуфабриката Термообработка ГОСТ, ТУ

___________

Механические свойства
σв, МПа σ0,2,

МПа

δ, % Ψ,

%

ак, (кгс·м)/см2 НВ,

dотп, мм

ХН77ТЮР (ЭИ 437Б) Прутки горячекатаные Закалка при 1080 °С, выдержка 8 ч, охлаждение на воздухе. Старение при 700 °С в течение 16 ч ГОСТ 23705–79 950…

1100

620…

700

15 30 6 3,40…

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

1140 750 14 15 1,5…3,0 3,45
ХН62ВМКЮ (ЭИ 867) Закалка при 1220 °С, выдержка 4…6 ч, охлаждение на воздухе. Старение при 950 °С в течение 8 ч 1100…

1250

750…

850

17 20 3…5 3,25…

3,60

ХН65КЮВМР (ЭП 617) Закалка при 1220 °С, выдержка 4…6 ч, охлаждение на воздухе. Старение при 850 °С, выдержка 24 ч ТУ 14-1-1492–75 1170…

1200

830…

850

15…

20

16…

19

3 3,3…

3,6

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

ТУ 14-1-5.9–73

1330 950 16 4,5
ХН61КМЮВБ (ЭП 874) Прутки горячекатаные Закалка при 1220 °С, выдержка 4 ч, охлаждение на воздухе. Первое старение при 960 °С, выдержка 4 ч, второе старение при 850 °С, выдержка 16 ч ТУ 14-1-1973–77 1100…

1250

850…

950

10…

15

10…

15

3…6 302..

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 воздухе ТУ 14-1-1973–77,

14-1-5329–96,

14-1-285–72

и 14-1-2792–79

1180 740 14 16 4 3,5…

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 14-1-3998–85 1230 770 13 14 3 3,15…

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 воздухе ТУ 14-1-131-561–83 1300 900 14 3,5 3,15…

3,45

ХН60КМВТЮБ (ЭП 741) Прутки Первая 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 14-131-369–77 1400..

1500

950…

1050

20…

25

25…

30

4,0…4,5 3,20…

3,45

ХН60ВТ (ЭИ 868, ВЖ 98) Закалка при 1150…1200 °С, выдержка 1 ч, охлаждение на воздухе ТУ 14-1-286–72 750 30
ХН65ВМБЮ (ЭП 914,

ВЖ 131)

Закалка с 1110 °С, охлаждение на воздухе. Старение при 800 °С, выдержка 15 ч ТУ 14-1-3986–85 1000 700 35 10
ХН62ВМТЮ (ЭП 708) Закалка с 1140 °С, охлаждение на воздухе. Старение при 800 °С, выдержка 15 ч ТУ 14-1-1018–74 1100 18 20
ХН68МВКТЮР (ЭП 693) Прутки Закалка при 1080…1110 °С, выдержка 2 ч, охлаждение на воздухе. Старение при 900 °С, выдержка 5 ч ТУ 14-1-3759–84 950 530 32 37
Закалка при 1000 °С, выдержка 4 ч, охлаждение на воздухе. Старение при 700 °С, выдержка 16 ч 1050 680 25 30
ХН68ВМБТЮК (ЭК 58,

ЭП 693 М)

Закалка при 1150 °С, выдержка 3 ч, охлаждение на воздухе. Старение при 800 °С, выдержка 16 ч ТУ 14-1-3741–84 1100…

1150

670…

700

35…40
ХН56ВМТЮ (ЭП 199,

ВЖ 101)

Закалка при 1150…1200 °С, охлаждение на воздухе ТУ 14-1-1508–75 1050 25
ХН50МВКТЮР (ЭП 99) Закалка с 1080…1100 °С, выдержка 2…4 ч, охлаждение на воздухе. Старение при 760 °С, выдержка 12…16 ч ТУ 14-1-2786–79 1250 800 20 22 3
ТУ 14-1-1476–75 1200 17 19 2,5

 

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *