Сплав на основе никеля

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к металлургии жаропрочных никелевых сплавов, предназначенных для тяжело нагруженных деталей газотурбиных двигателей. Предлагается сплав на основе никеля следующего состава: мас. % : углерод 0,03 - 0,10; хром 9,0 - 11,0; кобальт 14,0 - 16,0; вольфрам 3,8 - 5,5; молибден 3,1 - 4,1; алюминий 3,5 - 4,2; ниобий 1,6 - 2,1; титан 3,2 - 4,0; гафний 0,2 - 0,8; бор 0,005 - 0,05; цирконий 0,005 - 0,05; магний 0,001 - 0,05; никель остальное, причем отношение содержание вольфрама к содержанию молибдена составляет 1,0 - 1,6. Сплав обладает более высокой длительной прочностью и более высоким пределом ползучести при рабочей температуре в комплексе с высокой прочностью и пластичностью. Такие характеристики предлагаемого сплава позволяют повысить рабочую температуру газотурбинного двигателя и увеличить его ресурс. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к металлургии жаропрочных сплавов на основе никеля, предназначенных для тяжелонагруженных деталей газотурбинных двигателей и получаемых методом литья, деформации слитка и порошковой металлургии.

Известны жаропрочные никелевые сплавы, предназначенные для деталей газовых турбин состава, мас. % : Хром 5,0-30,0 Молибден 5,0-30,0 Вольфрам 0-20,0 Алюминий 2,0-17,0 Титан 0,5-7,2 Ниобий 0-5,0 Кобальт 0-30,0 Цирконий 0,01-1,0 Бор 0,003-0,3 Углерод 0,01-0,5 Магний 0-0,15 Марганец 0-0,4 Никель Остальное [1] Известен сплав на основе никеля, содержащий следующие компоненты, мас. % : Хром 8,0-12,0 Вольфрам 6,0-8,0 Молибден 1,5-3,0 Кобальт 14,0-18,0 Титан 1,2-2,0 Алюминий 4,0-6,0 Ниобий 1,3-3,0 Бор 0,015-0,025 Углерод ≅ 0,08 Цирконий ≅ 0,03 Магний ≅ 0,05 Церий ≅ 0,01 Никель Остальное [2] Общим недостатком существующих сплавов является низкий уровень механических свойств при комнатной температуре и недостаточный уровень жаропрочности при рабочих температурах.

Известен жаропрочный сплав на основе никеля следующего состава, мас. % : Углерод 0,06-0,17 Хром 10,0-16,0 Титан 1,5-3,6 Алюминий 2,5-4,5 Вольфрам 0,3-3,5 Молибден 3,0-7,0 Ниобий 2,0-4,0 Кобальт 8,0-13,0 Бор 0,005-0,02 Ванадий 0,1-1,0 Магний 0,001-0,5 Барий 0,001-0,1 Лантан 0,001-0,05 Цирконий 0,005-0,07 Никель Остальное [3] Недостатками известного сплава являются низкий предел ползучести и низкий предел длительной прочности при рабочей температуре.

Предлагается сплав на основе никеля следующего состава, мас. % : Углерод 0,03-0,10 Хром 9,0-11,0 Кобальт 14,0-16,0 Вольфрам 3,8-5,5 Молибден 3,1-4,1 Алюминий 3,5-4,2 Ниобий 1,6-2,1 Титан 3,2-4,0 Гафний 0,2-0,8 Бор 0,05-0,05 Цирконий 0,005-0,05 Магний 0,001-0,5 Никель Остальное, причем отношение содержания вольфрама к содержанию молибдена составляет 1,0-1,6.

Отношение содержания вольфрама к содержанию молибдена, равное 1,0-1,6, в комплексе с дополнительным введением гафния обеспечивает среднюю концентрацию электронных вакансий ниже критической величины и низкую энергию дефектов упаковки, что позволяет без выделения охрупчивающих топологически плотноупакованных (ТПУ) фаз значительно упрочнить сплав и повысить сопротивление ползучести.

При отношении содержания вольфрама к содержанию молибдена менее 1,0 в сплаве увеличивается средняя концентрация электронных вакансий, что вызывает появление ТПУ фаз и увеличивается энергия дефектов упаковки, что снижает сопротивление ползучести.

При отношении содержания вольфрама к содержанию молибдена более 1,6 снижается пластичность и технологичность сплава из-за резкого упрочнения матрицы и снижения температуры солидуса сплава.

Методом порошковой металлургии были изготовлены и опробованы: известный сплав [3] , следующего состава, мас. % : углерод 0,10; хром 13,0; титан 2,8; алюминий 3,5; вольфрам 1,8; молибден 5,1; ниобий 3,0; кобальт 10,5; бор 0,01; ванадий 0,55; магний 0,05; барий 0,05; лантан 0,025; цирконий 0,035; никель остальное; три состава предлагаемого сплава и два состава, выходящие за предлагаемые пределы. Составы приведены в табл. 1.

Состав 1 соответствует минимальному отношению W/Мо и минимальному содержанию остальных компонентов; состав 2 - среднему значению отношения W/Мо и среднему содержанию остальных компонентов; состав 3 - максимальному значению отношения W/Мо и максимальному содержанию остальных компонентов; состав 4 - отношению W/Мо меньше 1,0 и содержанию остальных компонентов ниже предлагаемых пределов; состав 5 - отношению W/Мо больше 1,6 и содержанию остальных компонентов выше предлагаемых пределов.

Сопоставление кратковременных механических свойств, предела ползучести и пределов длительной прочности на гладких образцах и образцах с надрезом при рабочей температуре 750^оС предлагаемого, выходящего за пределы предлагаемого и известного сплавов приведены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что у предлагаемого сплава по сравнению с известным предел сточасовой длительной прочности на гладких образцах и образцах с надрезом выше на 10-12 кгс/мм² и 12-15 кгс/мм² соответственно, а предел ползучести выше на 4-6 кгс/мм², при этом сплав сохраняет тот же уровень предела прочности и предела текучести при рабочей температуре при более высокой пластичности.

Такие характеристики предлагаемого сплава позволяют увеличить рабочую температуру двигателя на 40-50^оС и увеличить его ресурс в 2-3 раза. (56) Патент Франции N 2066630, кл. С 22 С 19/00, 1972.

Авторское свидетельство СССР N 359967, кл. С 22 С 19/00, 1972.

Авторское свидетельство СССР N 384568, кл. С 22 С 19/05, 1973.

Формула изобретения

СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, ниобий, титан, бор, цирконий, магний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гафний при следующем соотношении компонентов, мас. % : Углерод 0,03 - 0,10 Хром 9,0 - 11,0 Кобальт 14,0 - 16,0 Вольфрам 3,8 - 5,5 Молибден 3,1 - 4,1
Алюминий 3,5 - 4,2
Ниобий 1,6 - 2,1
Титан 3,2 - 4,0
Гафний 0,2 - 0,8
Бор 0,005 - 0,05
Цирконий 0,005 - 0,05
Магний 0,001 - 0,05
Никель Остальное
при отношении содержания вольфрама к содержанию молибдена 1,0 - 1,6.

РИСУНКИ

Рисунок 1