3.4 Выбор температурных интервалов горячей деформации жаропрочных никелевых сплавов

Существует два основных подхода к обработке давлением жаропрочных никелевых сплавов. Первый из них заключается в получении штампованных заготовок требуемой геометрической формы любыми возможными способами (обычно наиболее экономичными), оставляя на последующую термическую обработку достижение необходимых механических свойств. Другой подход предполагает создание в процессе обработки давлением заданной микроструктуры и соответствующих механических свойств при безусловных ограничениях по температуре, степени и скорости деформации, даже если это не обеспечивает геометрию получаемых заготовок за один переход. Именно на этом основываются способы обработки, применяемые в технологии изготовления заготовок дисков из жаропрочных никелевых сплавов. Получение заданной микроструктуры путем сочетания деформации и термической обработки составляет задачу термомеханической обработки: установление количественных связей между структурой и свойствами с одной стороны и технологией обработки давлением – с другой.

Горячая деформация высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов имеет следующие характерные особенности:

• малую пластичность при температурах деформации;

• высокое сопротивление деформированию, включая и однофаз­ную область твердого раствора;

• узкий температурный интервал деформации, доходящий до 80100°С;

• высокую чувствительность к перегреву.

Характерной особенностью жаропрочных сплавов на основе никеля является сильное химическое взаимодействие компонентов, проявляющееся уже в жидком состоянии, что приводит к значительному развитию ликвации при кристаллизации. Следствием ликвации являются пониженная пластичность литого металла и анизотропия механических свойств поковок.

Жаропрочные сплавы обладают высокой температурой рекристаллизации, поэтому отклонение от режима деформации способствует появлению в металле полугорячего наклепа, что при последующей термообработке приводит к разнозернистости. Это часто объясняется деформацией металла в области критических степеней деформации. [16]

Температура рекристаллизации сплавов зависит от легирования, предварительной деформации и режимов термической обработки. Чем выше степень легирования, тем выше температура рекристаллизации. Поскольку жаропрочные сплавы чувствительны к режимам термической обработки, необходимо строго выдерживать температуру и однородность распределения температуры по объему печи. Так как термическая обработка сплава связана с длительными нагревами, следует предварительно определять глубину слоя с измененным химическим составом для правильного выбора припуска на механическую обработку.

При штамповке жаропрочного предельного по содержанию основных легирующих элементов деформируемого никелевого сплава ЭП975ИД в наибольшей степени проявляются трудности горячей деформации, характерные для жаропрочных никелевых сплавов: высокое сопротивление деформации, пониженная технологическая пластичность и узкий температурно-скоростной интервал максимальной пластичности материала. Это обстоятельство часто приводит к повышенному расходу металла из-за поверхностных трещин, рванин при штамповке.

Выбор температурного интервала штамповки производят по результатам испытаний на технологичность. Существует несколько видов таких испытаний, позволяющих определить температурный интервал обработки давлением, а также величину пластичности и сопротивления деформации в пределах этого интервала. Это испытание на сжатие, скручивание, растяжение. Испытания на сжатие наиболее точно моделируют реальные условия штамповки, однако не дают непосредственной информации о пластичности материала. При испытаниях на скручивание один конец образца жестко закреплен, а другой вращается до тех пор, пока не произойдет разрушение образца. Прочность определяется величиной скручивающего момента, в то время как мерой пластичности служит угол закручивания или число оборотов до разрушения. Испытания на растяжение дают наиболее точные результаты пластичности материала.