Жаропрочный сплав на железо-никелевой основе

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию жаропрочных коррозионностойких аустенитных сплавов на железноникелевой основе, упрочняемых при дисперсионном твердении и предназначенных для изготовления высоконагруженных деталей компрессора ГТД (валы, лопатки, корпусные и др. детали), работающих в интервале температур минус 70 - 650^oC во всеклиматических условиях. Жаропрочный сплав на железоникелевой основе содержит следующие компоненты, мас.%: углерод 0,01 - 0,06, хром 15,5 - 18,5, молибден 2,8 - 3,5, ниобий 5,1 - 5,9, никель 51,5 - 56,5, алюминий 0,3 - 0,7, титан 0,6 - 1,1, ванадий 0,2 - 0,7, бор 0,004 - 0,01, иттрий 0,02 - 0,6, железо - остальное. 3 табл.

Предполагаемое изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию жаропрочных коррозионностойких аустенитных сплавов на железоникелевой основе, упрочняемых при дисперсионном твердении и предназначенных для изготовления высоконагруженных деталей компрессора ГТД (валы, лопатки, корпусные и другие детали), работающих в интервале температур минус 70 - 650^oС во всеклиматических условиях.

В настоящее время большое внимание уделяется коррозионностойким жаропрочным сплавам на железоникелевой основе в связи с тем, что эти сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью и имеют высокие механические свойства при повышенных температурах (600 650^oC). Основным недостатком, сдерживающим более широкое применение этих сплавов для деталей компрессора ГТД, является низкое сопротивление циклическим нагрузкам (σ³⁰_-1 = 35-40 кг/мм²) и недостаточно высокий предел текучести (σ²⁰_0,2= 75-35 кг/мм²). Для обеспечения надежной работы деталей из жаропрочных сплавов на железоникелевой основе, сплавы должны обладать высокой технологической пластичностью, хорошей свариваемостью, отсутствием чувствительности к концентраторам напряжений в условиях длительной эксплуатации при температурах до 650^oC. От хорошей свариваемости и технологичности сплава зависит возможность создания сложных силовых конструкций, а от более высокой прочности и жаропрочности в совокупности с нечувствительностью к концентраторам напряжений зависит надежность работы этих конструкций и, следовательно, их ресурс.

Известный сплав ЭП718 (ТУ 14 1- 3905 85) обладает невысокой пластичностью (δ=10-12 %), недостаточно хорошей свариваемостью (стойкость против образования горячих трещин при сварке Акр составляет 1,5 1,6 мм/мин).

Авторами за прототип взят сплав инконель 718. Химические составы сплавов ЭП718 и Инконель 718 (в вес.) приведены в табл.1.

Недостатком сплава инконель 718 является чувствительность к надрезу при испытании на длительную прочность при высоких температурах (σ^н₁₀₀/σ^гл₁₀₀ < 1), низкая пластичность (δ = 8-10 %), недостаточно высокая технологическая пластичность (Квыт. 2,0 2,1) и свариваемость (Акр 2,2 2,3 мм/мин).

Технической задачей данного изобретения является разработка состава жаропрочного сплава для работы во всеклиматических условиях при температурах от -70 до 650^oС на железоникелевой основе, обеспечивающего повышение параметров надежности и увеличение ресурса, а именно отсутствие чувствительности к концентраторам напряжений в условиях длительной эксплуатации при высоких температурах, повышение сопротивляемости циклическим нагрузкам при нормальной температуре, а также улучшенную свариваемость и технологическую пластичность.

Поставленная задача достигается тем, что предложен следующий жаропрочный сплав на железоникелевой основе. Химический состав (в вес.): Углерод 0,01-0,06 Хром 15,5-18,5 Никель 51,5-56,5 Молибден 2,8-3,5 Ниобий 5,1-5,9 Алюминий 0,3-0,7 Титан 0,6-1,1 Ванадий 0,2-0,7
Бор 0,004-0,01
Иттрий 0,02-0,06
Железо остальное
Дополнительное легирование сплава ванадием, бором и иттрием позволяет повысить пластичность (δ), технологическую пластичность (Квыт.), жаропрочность (σ⁶_в⁵⁰), улучшить свариваемость (Акр 3,О мм/мин) при сохранении основных характеристик прочности на уровне сплава инконель 718.

Пример осуществления. В лабораторных условиях в вакуумной электропечи были выплавлены 6 плавок. Химические составы в весовых процентах представлены в табл.2.

После термической обработки заключающейся в закалке и старении определены механические свойства. Результаты испытаний механических свойств представлены в табл.3.

Как видно из табл.3 предлагаемый сплав при той же прочности имеет преимущества перед прототипом по жаропрочности (σ⁶_в⁵⁰), по чувствительности к надрезу при испытаниях на длительную прочность при температурах 650^oС, по пластичности (δ) в два раза и по свариваемости (Акр) на 30 50% Таким образом, в результате осуществления предлагаемого изобретения достигаются необходимые характеристики свойств, а именно увеличивается пластичность, технологичность, жаропрочность, улучшается свариваемость, достигается нечувствительность к концентраторам напряжений в условиях длительных испытаний при высоких температурах (650^oС).

Предлагаемый сплав рекомендуется для изготовления силовых деталей компрессора ГТД во всеклиматических условиях, что позволит повысить надежность конструкций в 1,5 2 раза и увеличить ресурс их работы в 2 3 раза.

Формула изобретения

Жаропрочный сплав на железоникелевой основе, содержащий железо, никель, углерод, хром, ниобий, алюминий и титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ванадий, бор и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.

Углерод 0,01 0,06
Хром 15,5 18,5
Молибден 2,8 3,5
Ниобий 5,1 5,9
Никель 51,5 56,5
Алюминий 0,3 0,7
Титан 0,6 1,1
Ванадий 0,2 0,7
Бор 0,004 0,01
Иттрий 0,02 0,6
Железо Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3