Интерметаллидный сплав на основе хрома

 

Изобретение относится к области цветной металлургии и предназначено для изготовления изделий, работающих при температурах до 1100-1300^oC в окислительных газовых средах, например для изготовления горячих штампов или деталей горячего тракта газотурбинных и других двигателей. Предложен интерметаллидный сплав на основе хрома, содержащий, в мас.%: титан 18,0-23,0, кремний 1,0-4,0, по крайней мере один металл из группы, включающей: иттрий 0,2-1,0 и алюминий 0,2-2,0, по крайней мере один металл из группы, включающей железо и никель 0,2-2,0 и хром - остальное. Сплавы указанного состава являются двухфазными (легированными интерметаллид Cr₂Ti и твердый раствор на основе хрома) и отличаются повышенной жаростойкостью и пластичностью при высокой прочности при высоких температурах. 1 табл.

Предполагаемое изобретение относится к области цветной металлургии и предназначено для изготовления изделий, работающих при температурах до 1100-1300^oC в окислительных газовых средах, например для горячих штампов или деталей горячего тракта газотурбинных и других двигателей.

Известен интерметаллидный сплав на основе хрома, содержащий 34,2% масс титана и 10,1% кремния. Сплав приближается по хрупкости к керамическим материалам (коэффициент вязкости разрушения K_1c≅1МПа·м^1/2) и недостаточно жаростоек.

Известен интерметаллидный сплав на основе хрома, содержащий 19 мас. титана и 2,7 мас. кремния (Сб. "Технология обработки легких и специальных сплавов, М. ВИЛС, Металлургия, 1994, с. 350-356) прототип.

Жаростойкость и пластичность этого сплава также низки (К_1c ≃ 4 MПа·м^1/2).

Предлагается интерметаллидный сплав на основе хрома, содержащий титан и кремний, а также, по крайней мере один элемент из группы, включающей иттрий и алюминий и по крайней мере один элемент из группы, включающей железо и никель, при следующем соотношении компонентов (мас.): титан 18-23 кремний 1-4 по крайней мере один элемент из группы, включающей иттрий 0,2-1 алюминий 0,2-2 по крайней мере один элемент из группы, включающей железо 0,2-2 никель 0,2-2 хром остальное
Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит по крайней мере один элемент из группы, включающей иттрий и алюминий, и по крайней мере один элемент из группы, включающей железо и никель, и компоненты взяты в следующем соотношении:
титан 18-23
кремний 1-4
по крайней мере один элемент из группы, включающей
иттрий 0,2-1
алюминий 0,2-2
по крайне мере один элемент из группы, включающей
железо 0,2-2
никель 0,2-2
хром остальное
Технический результат повышение пластичности и жаростойкости, что позволяет использовать предлагаемый сплав в изделиях, работающих при температурах до 1100-1300^oC в окислительных средах.

Указанный технический результат достигается за счет образования на поверхности изделий из предлагаемого сплава уже на начальном этапе его окисления плотной защитной пленки, состоящей преимущественно из оксидов иттрия и/или алюминия или более сложных оксидных соединений с участием этих элементов; сформировавшаяся пленка слабо проницаема для кислорода и азота и эффективно ограничивает окалинообразование на поверхности изделия и выделение охрупчивающих сплав оксидов и нитридов в объеме в процессе эксплуатации на воздухе или в иной содержащей газы-окислители среде при повышенной температуре, повышая пластичность предлагаемого материала. Повышение пластичности сплава, имеющего двухфазную структуру, состоящую из легированного интерметаллида Cr₂Ti и твердого раствора на основе хрома, достигается также за счет эффекта зернограничной сегрегации железа и/или никеля; в результате такой сегрегации образование примесных (из элементов внедрения) атмосфер на дефектах кристаллической решетки затрудняется, а низкотемпературная пластичность (вязкость разрушения) повышается.

Указанная совокупность элементов, взятых в предложенном соотношении, позволяет повысить пластичность и жаростойкость сплава и использовать его в изделиях, работающих при температурах до 1100-1300^oC в окислительных средах.

Примеры. В качестве критерия жаростойкости использовали величину скорости привеса образцов при окислении на воздухе в течение 100 ч при 1150^oC. В качестве критерия пластичности использовали коэффициент вязкости разрушения К_1c. Измеряли также прочностные характеристики σ_0,2 образцов при сжатии при 1150^oC.

Образцы сплавов готовили из чистых исходных компонентов путем сплавления в вакуумной индукционной печи с тиглем из оксида циркония в среде гелия. Расплав заливали в цилиндрические медные изложницы. Из слитков диаметром 10 мм вырезали образцы для испытаний на осадку и для окисления, а также готовили шлифы для измерения вязкости разрушения методом микроиндентирования по А. Р. Андриевскому (А.Р. Андриевский, И.И. Спивак Прочность тугоплавких соединений и материалов на их основе. Справочник. М. Металлургия, 1989). Конкретные составы и результаты измерений приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый сплав значительно превосходит прототип по пластичности и жаростойкости, сохраняя достаточно высокую прочность при повышенных температурах, что позволяет использовать его для изготовления теплонапряженных деталей двигателей и высокотемпературных штампов.

Формула изобретения

Интерметаллидный сплав на основе хрома, содержащий титан и кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по крайней мере один металл из группы, включающей иттрий и алюминий, и по крайней мере один металл из группы, включающей железо и никель, при следующем соотношении компонентов, мас.

Титан 18,0 23,0
Кремний 1,0 4,0
По крайней мере один металл из группы, включающей:
иттрий 0,2 1,0
алюминий 0,2 2,0
По крайней мере один металл из группы, включающей железо и никель 0,2 - 2,0
Хром Остальноет

РИСУНКИ

Рисунок 1