Сплав ХН56ВМКЮ

Сплав ХН56ВМКЮ (другие обозначения: ЭП109, ХН56ВМКЮ-ВД, ЭП109-ВД) — деформируемый жаропрочный сплав на никелевой основе с дисперсионным упрочнением γ′-фазой. Относится к классу сложнолегированных систем Ni–Co–Cr–Mo–W–Al и предназначен для нагруженных деталей с ограниченным сроком службы.

Классификация и обозначения

Технические требования к марочному химическому составу регламентированы ГОСТ 5632-2014 (взамен ГОСТ 5632-72). Формы поставки в виде горячекатаных и кованых прутков — по ГОСТ 23705-79.

Параметр	Значение
Нормативный документ (состав)	ГОСТ 5632-2014
Класс материала	Жаропрочный деформируемый сплав на никелевой основе
Альтернативные обозначения	ЭП109, ХН56ВМКЮ-ВД, ЭП109-ВД
Зарубежные аналоги	Данных не имеется
Срок эксплуатации	Ограниченный

Назначение сплава ХН56ВМКЮ

Сплав применяется для изготовления рабочих лопаток газовых турбин и других нагруженных деталей, эксплуатируемых при температуре до 950°С. Обозначение суффиксом -ВД (вакуумный дуговой переплав) соответствует ужесточённым требованиям по чистоте металла: пониженному содержанию газов и неметаллических включений, что критично для деталей с усталостным нагружением.

Подробнее о других марках этой группы см. в разделе жаропрочные сплавы.

Химический состав ХН56ВМКЮ по ГОСТ 5632-2014

Основные легирующие элементы

Элемент	Содержание, %	Роль в сплаве
Никель (Ni)	Основа (~52,2–62,6)	Аустенитная матрица, базовая жаропрочность
Кобальт (Co)	11,0–13,0	Повышает температуру начала растворения γ′-фазы, улучшает длительную прочность
Молибден (Mo)	6,5–8,0	Твёрдорастворное упрочнение матрицы
Вольфрам (W)	6,0–7,5	Твёрдорастворное упрочнение, стабилизация карбидов
Алюминий (Al)	5,4–6,2	Основной элемент формирования упрочняющей γ′-фазы Ni₃Al
Хром (Cr)	8,5–10,5	Жаростойкость, образование оксидной плёнки Cr₂O₃

Ограничения по примесям и вспомогательным компонентам

Элемент	Содержание, % (не более)
Железо (Fe)	1,5
Кремний (Si)	0,6
Марганец (Mn)	0,3
Углерод (C)	0,10
Церий (Ce)	0,02
Бор (B)	0,02
Сера (S)	0,011
Фосфор (P)	0,015

Церий (до 0,02%) и бор (до 0,02%) присутствуют в малых количествах: церий повышает жаростойкость за счёт модификации оксидной плёнки, бор упрочняет границы зёрен, снижая склонность к межкристаллитному разрушению.

Механические свойства при 20°С

Значения приведены для прутков по ГОСТ 23705-79 в термообработанном состоянии (закалка + старение, режим — в разделе ниже).

Характеристика	Обозначение	Значение
Временное сопротивление разрыву	σв	1080–1280 МПа
Предел текучести (остаточная деформация 0,2%)	σт	750 МПа
Относительное удлинение	δ5	9–15%
Относительное сужение	ψ	11–16%
Ударная вязкость	KCU	196–490 кДж/м²
Твёрдость по Бринеллю	HB	302–363 МПа

Физические свойства ХН56ВМКЮ

Температура, °С	E·10⁻⁵, МПа	α·10⁶, 1/К	λ, Вт/(м·К)	ρ, кг/м³
20	2,10	—	—	8 450
100	—	11,8	8,8	—
200	—	12,2	10,5	—
300	—	12,7	11,8	—
400	—	13,1	13,8	—
500	1,88	13,4	15,9	—
600	1,83	13,6	18,4	—
700	1,76	14,1	20,9	—
800	1,69	14,8	23,4	—
900	—	15,7	25,9	—

E — модуль упругости; α — коэффициент линейного теплового расширения; λ — удельная теплопроводность; ρ — плотность.

Жаростойкость

Интенсивное окалинообразование в воздушной среде начинается при температуре 1080°С. Рабочая температура при длительной нагрузке ограничена 950°С — выше этого порога происходит ускоренное растворение упрочняющей γ′-фазы, что необратимо снижает жаропрочность. Применение при кратковременных пиковых температурах выше 950°С должно подтверждаться расчётом ресурса и данными испытаний конкретной партии.

Режим термической обработки

Штатный режим (закалка + старение) для прутков по ГОСТ 23705-79:

Операция	Температура, °С	Выдержка	Охлаждение
Закалка (нагрев под закалку)	1220	4–6 часов	Воздух
Старение	950	8 часов	Воздух

Высокая температура нагрева под закалку (1220°С) обеспечивает полное растворение вторичной γ′-фазы и карбидов в матрице. Последующее старение при 950°С формирует однородное дисперсное выделение упрочняющей γ′-фазы Ni₃Al. Отклонения от указанного режима (прежде всего занижение температуры закалки или выдержки) приводят к неравномерному растворению и снижению уровня механических свойств.

Технология производства и горячая деформация

Сплав ХН56ВМКЮ с суффиксом -ВД производится в две стадии: выплавка расходуемого электрода в вакуумной индукционной печи (ВИП) с последующим вакуумным дуговым переплавом (ВДП). Двойной вакуумный цикл обеспечивает пониженное содержание водорода, кислорода и азота, а также минимизирует неметаллические включения — ключевой параметр для лопаточного металла.

Горячую деформацию (ковку, прокатку) проводят в интервале температур 1190–1060°С. Деформация ниже 1060°С недопустима из-за резкого роста сопротивления деформированию и опасности трещинообразования по границам зёрен.

Формы поставки и заказ

Сплав ХН56ВМКЮ поставляется в виде горячекатаных и кованых прутков по ГОСТ 23705-79. При оформлении заявки необходимо указывать диаметр (или сечение) и длину прутков либо требуемую форму полуфабриката.

Полный перечень жаропрочных и коррозионностойких сплавов на никелевой основе приведён в разделе сплавы никеля.