Отжиг никелевых сплавов

Если честно, каждый раз когда слышу про 'стандартные режимы отжига' – хочется спросить, а сами-то пробовали? Особенно с теми же сплавами типа ХН77ТЮР или ЭИ437Б. У нас в ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' постоянно сталкиваемся с тем, что заказчики присылают техзадания с устаревшими параметрами, потом удивляются – почему после термообработки детали ведет.

Почему не все никелевые сплавы одинаково 'отжигаются'

Вот беру для примера ленты из чистого никеля – казалось бы, что сложного? Но если перегреть хотя бы на 20-30°С выше рекомендуемых 750-850°С, вместо равномерной рекристаллизации получаешь резкий рост зерна. Проверяли на прошлой неделе – партия для электротехнических контактов пошла в брак именно из-за этого.

А с тем же медно-никель-кремниевым сплавом вообще отдельная история. Там если скорость охлаждения после выдержки не выдержать – фазовые выделения пойдут хаотично. Один раз пришлось переделывать целую партию трубок для теплообменников, потому что технологи упорно игнорировали необходимость ступенчатого охлаждения.

Кстати, про титано-медь многие забывают, что при отжиге нужна особо точная атмосфера – малейший намек на окисление, и поверхность получается с выкрашиваниями. Мы на своем опыте вывели эмпирическую формулу: для сплава ТМ1 оптимально держать 3-5% водорода в атмосфере печи, иначе потом проблемы с последующей штамповкой.

Оборудование – это не просто 'печка'

У нас в цеху стоят шахтные печи с принудительной циркуляцией атмосферы – специально под никелевые сплавы подбирали. Потому что в камерных с обычной атмосферой равномерность прогрева хуже, особенно для прутков большого сечения.

Запомнился случай с бериллиевой бронзой – заказчик требовал отжиг при 780°С, но в старой печи зоны были. В итоге одна часть партии получилась пережженной, другая – недожженной. Пришлось объяснять, что для таких сплавов разброс температур по рабочему пространству не должен превышать 10°С.

Сейчас для ответственных заказов используем печи с компьютерным управлением охлаждением – особенно для сплавов типа ХН60ВТ. Там ведь важно не просто выдержать температуру, но и контролировать скорость охлаждения между 800 и 500°С – от этого зависит структура γ'-фазы.

Тонкости с профилями и покрытиями

Когда делаем обработку металлических профилей нестандартной формы – там вообще отдельная наука. Особенно если сечение переменное. Для никелевых сплавов типа ЭИ868 приходится подбирать режимы индивидуально – где-то поднять температуру на 20°С, где-то увеличить выдержку.

С покрытиями вообще интересно – многие думают, что отжиг делается до нанесения покрытия. Но мы практикуем и обратный подход – особенно для алюминиевых сплавов с медным напылением. После отжига в контролируемой атмосфере адгезия улучшается в разы.

Кстати, про медно-алюминиевые композитные материалы – там вообще нельзя применять стандартные режимы для никелевых сплавов. Пришлось разрабатывать специальный цикл с нагревом до 650°С и охлаждением со скоростью не более 50°С/час, иначе начинается межфазная диффузия с образованием хрупких интерметаллидов.

Что чаще всего упускают в техпроцессе

Первое – подготовка поверхности. Казалось бы, элементарно, но сколько раз видел – закладывают в печь детали с остатками технологических смазок. Для никелевых сплавов это смертельно – особенно при температурах выше 700°С происходит науглероживание поверхности с последующим охрупчиванием.

Второе – учет исходного состояния металла. Один и тот же сплав, но после разной степени холодной деформации требует коррекции режимов отжига. Мы для себя составили таблицы поправочных коэффициентов – например, для лент из чистого никеля после обжатия 60% и 80% отличаются и температура, и время выдержки.

Третье – контроль после отжига. Недостаточно просто померить твердость. Обязательно делаем микрошлифы – смотрим структуру. Особенно важно для сплавов типа хром-циркониевой меди – там нужно проконтролировать распределение дисперсных частиц.

Практические наблюдения по конкретным маркам

С никелем НП2 – если отжигать при 800°С, получаем идеальную пластичность для глубокой вытяжки. Но стоит поднять до 850°С – уже теряем прочностные характеристики. Проверяли многократно на заказах для диафрагм измерительных приборов.

Сплав ЭИ435 – там вообще тонкая настройка требуется. Температура отжига 980-1000°С, но если передержать – начинается коагуляция карбидов. Один раз недосмотрели – получили снижение жаропрочности на 15%.

А вот с бериллиевой бронзой БрБ2 наоборот – лучше немного превысить температуру (770-790°С вместо рекомендуемых 760-780°С), особенно для пружинных элементов. Так лучше снимаются внутренние напряжения после штамповки.

Кстати, про фосфористую бронзу – многие технологи боятся высоких температур. Но наш опыт показывает: для БрОФ6.5-0.15 можно смело поднимать до 700°С при короткой выдержке 15-20 минут – и окисление минимальное, и пластичность восстанавливается полностью.

Ошибки которые лучше не повторять

Самая грубая – пытаться ускорить процесс за счет сокращения времени выдержки. Для массивных поковок из никелевых сплавов это вообще недопустимо. Был случай – заказ требовал отжиг поковок сечением 200мм, а технолог в цеху решил сэкономить время. В результате – неравномерность структуры по сечению и трещины при механической обработке.

Другая распространенная ошибка – игнорирование состояния атмосферы. Работали как-то с инконелем 718 – печь была не совсем герметична, попал воздух. В итоге – обезуглероживание поверхностного слоя и брак.

И наконец – неправильное складирование после отжига. Никелевые сплавы после высокотемпературного отжига очень чувствительны к механическим повреждениям – одна царапина может стать концентратором напряжения. Поэтому у нас принято использовать мягкие прокладки и отдельные стеллажи.

Вместо заключения

Если резюмировать – отжиг никелевых сплавов это не про соблюдение ГОСТов, а про понимание физики процессов. Каждая марка, каждая форма, каждое назначение детали требуют своего подхода. Главное – не бояться экспериментировать (в разумных пределах) и тщательно документировать все наблюдения. Как говорится, лучше семь раз проверить на пробных образцах, чем один раз переделывать всю партию.