10.6 Термічна обробка СК стопів

Термічна обробка передбачає проведення "обробки на твердий розчин". Високотемпературне нагрівання сприяє вдосконаленню морфології у"-фази, зниженню рівня ліквації. При повному розчиненні /-фази, з наступним виділенням її при швидкості охолодження 50-70°С/хвил., частинки у"-фази подрібнюються в 1,5-2 рази, склад їх та розподіл стає більш рівномірним.

Для сплавів з СК є важливою технологія лиття, якщо швидкість росту складає 4мм/хвил. (ЖС6К), рівень властивостей після гомогенізації приблизно співпадає з властивостями матеріалу, що отриманий рівновісною кристалізацією. Якщо швидкість росту складає 10-20 мм/хвил. - частинки у"-фази, що виділяються при розпаді твердого розчину литого матеріалу, є досить дрібними та рівномірно розподіленими в об'ємі металу. За рівнем механічних властивостей такий матеріал в литому стані переважає термооброблені зразки з рівновісною структурою та СК з нижчою швидкістю росту.

Термічна обробка монокристалів має певні особливості:

— відсутні (обмежені) елементи, які сприяють зниженню температури солідусу (С, В, 7г, Ні);

— гомогенізація проводиться в межах Т-Т^ або Тевт-Тпр , в деяких випадках гомогенізація проводиться при Т<Тп.р. (крупні частинки /-фази та евтектичні глобулі /-фази розчиняються лише частково).

З метою більш повного розчинення у"-фази евтектичного походження застосовують ступінчасте нагрівання до температури гомогенізації. Тривалість гомогенізації обирається в залежності від відстані між осями першого порядку дендритів та коефіцієнтів дифузії атомів компонентів , що контролюють дифузійні потоки в у-твердому розчині дендритів та між дендритних ділянок. Найменша тривалість відповідає випадку монокристалу ЖМ нікелевого сплаву з меншими міждендритними відстанями (за умови кристалізації з високими швидкостями охолодження). Для жароміцних сплавів першого покоління: ЖС6Ф, ЖС30, ЖС26У, ЖС26, ЖС30М, ЖС40, призначених для СК та монокристалізації, тривалість гомогенізації 4-6 годин.

Для сплавів, що леговані ренієм , тривалість процесу гомогенізації зростає. Це зумовлено низьким коефіцієнтом дифузійної рухомості атомів ренію та здатністю цього елементу уповільнювати процеси дифузії інших елементів в твердому розчині.

Гомогенізація сплавів третього покоління (ЖС32, ЖС28, ЖС36) передбачає ступінчасте нагрівання, наприклад, для сплаву СМ8Х-4 гомогенізація проводиться за наступним режимом: 1280°С-1год.+1290°С-2год.+1300°С-6год. Для сплаву СМ8Х-10 передбачена гомогенізація при температурі 1з66°С на протязі з0-40 год., проте повністю сегрегації вольфраму та ренію не усуваються. Швидкість охолодження з температури гомогенізації Уохол > 100°С/хвил.. у випадку монокристалів сприяє утворенню у"-фази (0,15-0,20 мкм) сфероїдної морфології. При охолодженні з меншою швидкістю (процес гомогенізації та охолодження - в вакуумних печах) утворюються частинки /-фази у вигляді субкубів. Оптимальним розміром частинок, за характеристиками жароміцності, для монокристалів вважають 0,з5-0,4 мкм. Для реалізації впорядкованого розміщення кубоїдних частинок зміцнюючої фази необхідно забезпечити високу швидкість охолодження після гомогенізації та провести старіння у дві стадії. Перша стадія старіння проводиться при 1000-1150°С - 4-8 год., вона може бути поєднана з відпаленнямзахисного покриття. Охолодження має бути прискореним. На цьому етапі 10-12% у"-фази розчиняються, решта частинок набуває кубічної форми, розмір їх змінюється до 0,з5-0,40 мкм, утворюється псевдо-впорядкована структура кубічної макрогратки (рис. 10.5 ).

 

Друге старіння проводиться в інтервалі початку розчинення у"-фази, що складає 850-900°С , тривалість процесу 16-30 годин. На цьому етапі ультра-дрібні частинки у"-фази розчиняються, поверхні крупних частинок вирівнюються, частинки набувають кубічної форми, середній розмір частинок лишається незмінним, зв' язок з матрицею -когерентний.

При призначенні термічної обробки, зокрема гомогенізації, необхідно враховувати ті недоліки, що пов' язані з високотемпературним нагріванням:

— збільшуються розміри та об' ємна кількість мікропор. Пори концентруються в міждендритних ділянках поруч з евтектичними виділеннями, розчинення евтектичної у -фази призводить до коагуляції мікропор. Виникають зустрічні дифузійні потоки атомів легувальних елементів при вирівнюванні лікваційної неоднорідності, некомпенсованість - "ефект Кіркендала" викликає надлишкову концентрацію вакансій. Цей недолік може бути послаблений при проведенні прискореної кристалізації, об' єм мікропор зменшується з 0,3 до 0,1%, або необхідно провести гаряче ізостатичне пресування.

— може виникати рекристалізований шар на поверхні виробу після піскострумінної або механічної обробки.