Жаропрочный сплав на основе никеля

 

Использование: в металлургии. Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным сплавам на основе никеля. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: молибден 21,0 - 27,0, алюминий 5,5 - 7,5, ванадий 0,5 - 4,0, скандий 0,01 - 0,1, гадолиний 0,01 - 0,1, РЗМ 0,01 - 0,1, углерод 0,01 - 0,1 и по крайней мере один элемент из группы, содержащей вольфрам 0,1 - 5,0, хром 0,5 - 10,0, ниобий 0,5 - 4,0, титан 0,5 - 4,0, никель - остальное. 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на никелевой основе, предназначенным для изготовления, в том числе путем обработки давлением, высоконагруженных деталей, работающих при температурах более 600^oC, в частности дисков ГТД, а также деталей приборов, работающих в условиях термоциклирования, начиная с отрицательных температур.

Известен сплав на основе никеля, содержащий мас.%: 10 - 21 Mo, 5 - 12 Al, а также до 5 Ti, Cr, Zr, Nb, Ta, W. (патент США N 3904403).

Сплав получается, в частности методом порошковой металлургии с последующей горячей деформацией. Однако прочность этого сплава лимитируется прочностью межзеренных границ, вследствие чего максимальные характеристики достигаются при получении столбчатой зеренной структуры, что также приводит к анизотропии свойств. Кроме того его температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) достаточно высок, что нежелательно для конструкционных материалов деталей и конструкций, работающих в условиях термоциклирования.

За прототип принят сплав на основе никеля, содержащий, мас.%: 28 - 45 Мo; 1 - 7 Al; а также до 40 Co или Fe; до 15 Cr, Re, Ta, Nb, W; до 10 Ti, Hf, Zr; до 5 V, до 0,1 C (патент США N 4111723). Сплав предназначен для получения деталей методом направленной кристаллизации, в результате которой образуется композиционная структура с армирующей фазой в виде нитевидных кристаллов молибдена. Этот сплав обладает высокой анизотропией механических свойств; выражающейся в большом превышении механических характеристик в направлении роста упрочняющих нитевидных кристаллов.

Технической задачей является создание жаропрочного сплава, обладающего высокими механическими свойствами как при комнатной, так и при рабочей температурах, причем эти свойства должны быть изотропны в плоскости штамповки.

Предлагаемый сплав на основе никеля содержит, мас.%: 21,0 - 27 Mo, 5,5 - 7,5 Al, 0,5 - 4,0 V, 0,01 - 0,1 Sc, 0,01 - 0,1 Gd, 0,01 - 0,1 C, 0,01 - 0,1 РЗМ, по крайней мере один элемент из группы: 0,1 - 5,0 W, 0,5 - 10,0 Cr, 0,5 - 4,0 Nb, 0,5 - 4,0 Ti, остальное никель.

Сплав получается традиционными методами выплавки и термомеханической обработки, в том числе порошковой металлургией.

С целью практического осуществления изобретения были выплавлены сплавы, составы которых приведены в табл. 1.

Все сплавы выплавлялись в вакуумной индукционной печи с последующим вакуумно-дуговым переплавом. Полученные слитки подвергались традиционной для никелевых жаропрочных сплавов термомеханической обработке. Процесс ТМО включает в себя гомогенизирующий отжиг, подпрессовку в глухом контейнере и осадку в термоизоляции. Полученные заготовки подвергались окончательной термообработке, состоящей из закалки при Т_п.р. γʹ - фазы и старения при 750^oC. Затем из них изготавливались образцы для определения механических свойств. Результаты испытаний на прочность при комнатной и рабочей температурах в тангенциальном (Т) и радиальном (Р) направлениях штамповки приведены в табл. 2. Результаты испытаний на жаропрочность - в табл. 3.

Как видно из полученных результатов, предлагаемые сплавы имеют лучший, по сравнению с прототипом, уровень свойств, а их изотропность позволяет изготавливать детали, работающие в условиях сложного нагружения.

Таким образом, применение предлагаемых сплавов позволит существенно повысить эксплуатационные свойства тяжелонагруженных деталей, например, дисков ГДТ, и уменьшить их стоимость.

Формула изобретения

Жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий молибден, алюминий, ванадий, углерод и по крайней мере один элемент, выбранный из группы, содержащей вольфрам, хром, ниобий и титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит скандий, гадолиний и РЗМ при следующем соотношении компонентов, мас.

Молибден 21,0 27,0 Алюминий 5,5 7,5 Ванадий 0,5 4,0 Скандий 0,01 0,1 РЗМ 0,01 0,1 Углерод 0,01 0,1 Гадолиний 0,01 0,1 По крайней мере один элемент из группы, содержащей Вольфрам 0,1 5,0
Хром 0,5 10,0
Ниобий 0,5 4,0
Титан 0,5 4,0
Никель Остальноем

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2