Сплав на основе железа

 

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„80„„1095671

А1 (Ц1)5 С 22 С 38/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, C ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3467381/22-02 (22) 14,07.82 (46) 07.11.90. Бюл. 11э 41 (72) С,А.Елисеев, В.А.Борисов, В,Г,Барсова и Д.С.Баркая (53) 669.1 5.018,821(088.8) (56) 1 Àâòîðñêîå свидетельство СССР

717929, кл. С 22 С 38/12 ° 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

FP 575529, кл. С 22 С 38/52,. 1977. (54) (57) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА, содержащий кобальт, хром, никель, ниобий, отличающийся

Изобретение относится к области металлургии, а именно к -изысканию материалов для приборостроительной промьппленности, в частности для металлокерамических узлов, работаю- щих до 450 С.

Большинство сплавов с низким термическим коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), к которым относятся и сплавы для названных узлов, Г являются-некоррозионностойкими н имеют низкую жаростойкость, что является большим недостатком при их использовании в узлах, работающих на воздухе при повьппенных температурах, так.как снижает качество узлов и ресурс их работы.

Известен сплав на основе железа следующего состава, мас.7:

Никель 26,5-28,0

Кобальт 22эО 23эО

Алюминий 0,6-0.,8 тем, что, с целью повышения термического коэффициента линейного расширения в интервале температур от

20 до 450-500 С и жаростойкости при сохранении коррозионной стойкости, он дополнительно содержит церий и лантан при следующем соотноше-, нии компонентов, мас.Х:

Кобальт 57.эО 62э0

Хром 8,3-9 3

Никель . 1,0-5,0

Ниобий 0,01-0,7

Церий 01001-О, 02

Лантан 0 001-О,О5

Железо Остальное

Ниобий 1,5-3,0 С.

Лантан 0,001-0,05

Церий 0,001-0, 02

Железо Остальное Cf3 @э

Сплав имеет ТКЛР (6-8) 10 . град Сии в интервале 20-650 С, который хоро- C© шо совпадает с TKJIP керамики до 600- ©3

650 С, Сплав применяется в металлоке- ©,1. рамических узлах с Корундовой керамикой. Но сплав некоррозионностоек и имеет недостаточную жаростойкость, что ограничивает работоспособность узлов. и их применение. Таким образом, комплекс свойств укаэанных сплавов недостаточен для создания высококачественных ме аллокерамических узлов с корундовой керамикой, предназначенных для работы до 400-500 С.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является сплав на основе железа следующего

1095б71 химического состава, мас.7:

Кобальт 49,0-52,0

Хром 815 9в0

Никель 1,0-4,0

Ниобий 0,01-0,б

Железо Остальное 2

Указанный сплав имеет. высокую коррозионную стойкость (более 4000 ч) в морской воде при 40 С и более вы- 10 сокую. по сравнению с указанными сплавами жаростойкость. Сравнительная жаростойкость сплавов приведена в табл.1, Из табл.1 следует, что жаростойкость известного сплава ."2) имеет вполне удовлетворительную .величину. ТКЛР этого сплава составляет (1,3-2,4)a 10 град до температуры 300 С, тогда как корундовой керамики " (6-7) ° 10 град . Поэтому недостатком сплава является невозможность испольэовать его в металлокерамических узлах с корундовой керамикой при повьппенных температурах из-эа несо25 ответствия ТКЛР сплава и керамики.

Целью изобретения является повышение термического коэффициента линейнога расширения в интервале температур (20-450)-(20-500) C и жаростойкости при сохранении коррозионной стойкости.

Поставленная цель достигается тем, что сплав на основе железа, содержащий кобальт, храм, никель, нио- 35 бий„ дополнительно содержит церий и лантан при следующем соотношении компонентов, мас.Х:

Кобальт 57,0-б2,0

Хром 8,3-9,3

Никель 1,0-5 0

Ниобий 0,01-0,07

Церий 0,001-0,02

Лантан 0,001-0,05

Железо Остальное

Положительный эффект достигается тем, что при заданном количестве кобальта никель и кобальт берут в определенном соотношении при дополнительном легировании сплава церием и лан- 50

L таком в указанных количествах. Последние, кроме действия на ТКЛР, повышают жаростойкость.

B лабораторных условиях были изготовлены 3 опытные плавки предлагаемого сплава и одна плавка известного сплава (?). Плавки выплавлялись в вакуумной индукционной печи стандартньп методом, вес слитка составлял

50 кг. Слитки ковались на прутки диаметром 12 мм и лист толщиной от 0,5 до 1,0 мм, из которых изготавливались образцы для всех испытаний. ТКЛР и жажаростойкость определяли по стандартной методике °

Химический состав полученных плавок приведен в табл.2, а их ТКЛР в табл.3. Для сравнения там же приведен

ТКЛР керамики.

Результаты испытания на жаростойкость предлагаемого сплава и сплавапрототипа приводятся в табл.4.

Из сравнительных данных табл. 3 и 4 следует, что ТКЛР предложенного сплава соответствует.ТКЛР корундовой керамики до 450 С, жаростойкость при указанных температурах по сравнению с прототипом находится, приблизительно„ на том же уровне, хотя и несколько повьппена, и имеет удовлетворительную величину.

При том, что коррозионная стойкость остается на уровне прототипа, можно сделать вывод, что полученные свойства удовлетворяют поставленным требованиям.

В опытно-лабораторных условиях проведены испытания сплава в металлокерамических узлах при 450 С. Испьтания проводились на трех плавках в одинаковых с прототипом рабо- чих условиях (табл.5). Сравнительные испытания показали, что металлокерамические узлы с предлагаемым сплавом превосходят узлы со сплавом-прототипом по ресурсу работы и главному критерию их надежности — количеству выдержанных термоциклов (термостойкости). Увеличение термостойкости и ресурса работы объясняется не только хорошим совпадением ТКЛР предлагаемого сплава и керамики, но и повьппенными свойствами по жаростойкости и коррозионной стойкости.

Сравнительные испытания на корроэионную стойкость приведены в табл.б.

Из этих результатов следует, что предлагаемый сплав обладает высокой коррозионной стойкостью, которая находится на уровне сплава-прототипа

В и что известный сплав является некорроэионностойким.

На основании данных, приведенных в табл. 3-5, следует вывод: предла-— гаемый сплав имеет ТКЛР, который соответствует ТКЛР корундовой керами5 109 ки до 450 С, что позволяет создать на

Э

его основе металлокерамические узлы с рабочей температурой до 450 С, с более высокой термостойкостью и ресурсом работы, что видно из сравнительных данных табл.5. Кроме того, сплав имеет более высокие свойства по жаростойкости и коррозионной стой- кости по сравнению со сплавами аналогичного назначения.

5671

Таблица I

Окисление при температуре

650 С, мг/см (время вы2 держки 200 ч) Сплав

Известный P1g

Известный E2$

2,2-2,3

0,7-0,8

1

1лавка, №

Со

Таблица 2

Содержание химических элементов, мас.7

Cr; Ni . Nb

О, 001

0i 010

О, 020

0,001

0,010

О, 050

57,0 8,2

59,4 8,7

62,0 9,3

5 0

1,8

1,0

0,01

0 50

0i70,Остальное

1е4

0,20

8,7

Таб йица 3

Температурный интервал, в котором определялся ТКЛР, о

ТИТР х 10 ° град

Плавка 1 Плавка 2 Плавка 3

Корундовая керамика

Известный

6,1

6,7

7,1

7,3

7,5

2,3

2,4

4,6

6,1

9,0

6,2

6,3

7,3

7 ° 7

9,2

5,9

6,3

7,4

8,0

9,6

6,3

6,4

6,9

7,4

8,5

20 — 100

20 — 300

20 — 400

20 — 450

20 — 500

2

4 (известный (2)) 51,8

Это имеет важное значение для повышения эффективности прецизионного приборостроения и изделий новой техники, которые работают при повышенных температурах, так как позволяет увеличить надежность, сократить габариты, снизить себестоимость приборов и увеличить срок службы изде10 лий.

Се La Fe

1095671 ,Таблица 4

Окисленйе при температуре, MI /см (время выдержки

200 ч) Сплав, Р

450 С

650 С

0,15-0,20

О, 15-0, 20

0,15-0,20

О, 25-0,30

0 5-0,6

0,5-0,6

0,4-0,55

0,7-0,8

2

Плавка, Результаты испы1п тания узлов

Сплав, ф

Прототип

Узлы негерметичны уже после изготовления и разрушаются при работе в течение 1 ч (2 термоцикла) Предлагаемый 1

Все узлы проработали 250 ч (94 термоцикла), признаков потери герметичности и разрушения не наблюдается

Потеря герметичности и признаки разрушения через

50 ч (35 термоциклов) 42Н

Промьппленная (базовый объект) Таблица 6

Коррозионная стойкость в морской воде при температуре

40 С, ч

Предлагаемый 1

Более 500 и

Известный

Более 500

Известный

Менее 20

Промьппленная

Сплав Плавка, М

Таблица 5

Условия испыта1 ния сплава в ме" таллокерамических узлах

Термоциклирование в интервале температур 20450 С при-общей .нагрузке на узел 150 кг