Литейный жаропрочный сплав на основе никеля

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, используемым для наплавки на детали, работающие в жестких условиях при высокотемпературной фреттинг-коррозиии, например, на контактные поверхности рабочих и сопловых лопаток газотурбинных двигателей. Задачей изобретения является повышение исходной твердости сплава при работе в условиях высоких температур. Для решения поставленной задачи сплав содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: углерод 0,12-0,18, хром 4,3-5,6, алюминий 5,6-6,3, кобальт 8,0-10,0, ниобий 3,5-4,3, вольфрам 7,7-9,5, молибден 4,0-5,0, тантал 3,5-4,5, рений 3,5-4,5, железо 0,1-1,0, бор 0,01-0,02, церий 0,005-0,025, иттрий 0,001-0,005, лантан 0,001-0,005, никель - остальное, 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, используемым для наплавки на детали, работающие в жестких условиях при высокотемпературной фреттинг-коррозии, например, на контактные поверхности рабочих и сопловых лопаток газотурбинных двигателей.

Известен литейный сплав на основе никеля, содержащий следующие компоненты в мас. хром 11,0-14,0, кобальт 1,0-6,0, молибден 0,5-1,4, вольфрам 3,0-4,8, титан 5,0-6,3, алюминий 4,0-5,0, ниобий 0,3-0,7, церий 0,02-0,05, железо 0,2-2,5, кальций 0,01-0,03, бор 0,01-0,2, углерод 0,1-0,16. никель - остальное. Сплав стабилен при работе в условиях относительно высоких температур при сохранении высокого уровня коррозионной стойкости. К недостаткам сплава следует отнести пониженную стойкость сплава к износу при температурах свыше 900^oC.

Наиболее близким сплавом к заявленному является литейный жаропрочный сплав ЖС32, содержащий следующие компоненты в мас. углерод 0,12-0,18, хром 4,3-5,6, алюминий 5,6-6,3, кобальт 8,0-10,0, ниобий 1,4-1,8, вольфрам 7,7-9,5, молибден 0,8-1,4, тантал 3,5-4,5, рений 3,5-4,5, железо<1,0,бор<0,02, церий<0,025, иттрий<0,005, лантан<0,005, никель остальное (см. ТУ 1-92-177-91). Из данного сплава отливают лопатки ГТД с направленной или монокристаллической структурой, которые имеют высокие служебные свойства. Однако в процессе эксплуатации при высоких температурах (свыше 900^oC) наблюдается значительный износ контактных поверхностей бандажных полок лопаток первых ступеней газотурбинных двигателей, что ведет к потере натяга, разбандажированию лопаток, и, в конечном итоге, к потере мощности двигателя.

Задачей изобретения является повышение исходной твердости сплава при работе в условиях высоких температур.

Для решения поставленной задачи сплав содержит компоненты при следующем соотношении, мас. углерод 0,12-0,18, хром 4,3-5,6, алюминий 5,6-6,3, кобальт 8,0-10,0, ниобий 3,5-4,3, вольфрам 7,7-9,5, молибден 4,0-5,0, тантал 3,5-4,5, рений 3,5-4,5, железо 0,1-1,0, бор 0,01-0,02, церий 0,005-0,025, иттрий 0,001-0,005, лантан 0,001-0,005, никель остальное.

Увеличение содержания ниобия способствует измельчению зерна, повышению стойкости наплавленного металла против образования горячий трещин при сварке, повышению термической стойкости, жаропрочности и твердости за сет упрочнения границ зерен, образования интерметаллидных и карбидных фаз.

Увеличение содержания молибдена способствует повышению стойкости наплавленного металла против образования горячих трещин.

Комплексное легирование предлагаемого сплава рением, танталом и ниобием способствует повышению твердости наплавленного металла как до, так и после термообработки.

Предлагаемый сплав целесообразно выплавлять из чистых шихтовых материалов индукционным способом в вакууме с последующей вакуумной разливкой. Заготовку выполняют в виде прутков заливкой в керамические формы, получаемые по выплавляемым моделям. Из заготовок прутков делают пластины для наплавки на контактные поверхности бандажных полок лопаток турбины ГТД.

Для апробации сплава были выплавлены три состава, содержащие следующие компоненты в мас.

Состав 1: углерод 0,12, хром 4,31, алюминий 5,62, кобальт 8,11, ниобий 3,59, вольфрам 7,7, молибден 4,02, тантал 3,22, рений 3,27, железо 0,39, бор 0,011, церий 0,005, иттрий 0,001, лантан 0,001, никель остальное.

Состав 2: углерод 0,15, хром 4,96, алюминий 6,02, кобальт 9,03, ниобий 3,95, вольфрам 8,64, молибден 4,39, тантал 3,67, рений 3,52, железо 0,67, бор 0,015, церий 0,008, иттрий 0,002, лантан 0,003, никель остальное.

Состав 3: углерод 0,17, хром 5,56, алюминий 6,21, кобальт 9,96, ниобий 4,24, вольфрам 9,45, молибден 4,92, тантал 4,46, рений 4,41, железо 0,97, бор 0,02, церий 0,01, иттрий 0,005, лантан 0,005, никель остальное.

Сплавы указанных составов были наплавлены на контактные поверхности бандажных полок рабочих лопаток турбины ГТД, изготовленных из сплава ЖС6У, ЖС26 и ЖС26У.

В таблице 1 приведены свойства сплавов после литья и свойства наплавленного металла до и после термообработки.

Формула изобретения

Литейный жаропрочный сплав на основе никеля, включающий углерод, хром, алюминий, кобальт, ниобий, вольфрам, молибден, тантал, рений, железо, бор, церий, иттрий и лантан, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.

Углерод 0,12 0,18 Хром 4,3 5,6 Алюминий 5,6 6,3 Кобальт 8,0 10,0 Ниобий 3,5 4,3 Вольфрам 7,7 9,5 Молибден 4,0 5,0 Тантал 3,5 4,5 Рений 3,5 4,5
Железо 0,1 1,0
Бор 0,01 0,02
Церий 0,005 0,025
Иттрий 0,001 0,005
Лантан 0,001 0,005
Никель Остальное,

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 16.06.2009

Дата публикации: 10.12.2011

---