Сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2245387:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным интерметаллидным сплавам на основе Ni₃Al и изделиям, получаемым из этого сплава методом точного литья по выплавляемым моделям с поликристаллической, направленной столбчатой и монокристаллической структурами, например, рабочим и сопловым лопаткам, деталям газотурбинных двигателей, применяемых в авиационной, автомобильной промышленности и судостроении. Предложен сплав на основе Ni₃Al, содержащий алюминий, хром, вольфрам, молибден, титан, углерод, кобальт, лантан и никель, при этом он дополнительно содержит цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Al 8,0-9,0, Cr 4,5-5,5, W 1,8-2,5, Мо 4,5-5,5, Ti 0,6-1,2. С 0,12-0,2, Со 3,5-4,5, La 0,0015-0,015, Zr 0,05-0,5, Ni остальное, а также изделие, выполненное из него. Технический результат - получение сплава, обладающего повышенными кратковременной прочностью и жаропрочностью при температурах 1150-1200°С, высокой жаростойкостью при температуре 1150°С. Изделия из предлагаемого сплава обладают повышенной надежностью с увеличенным ресурсом работы. 2 с.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным интерметаллидным сплавам на основе Ni₃Аl и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям с поликристаллической, структурой, таким как, например, сопловые лопатки, проставки соплового аппарата, крупногабаритные створки и другие детали газотурбинных двигателей авиационной, автомобильной промышленности и судостроения.

Известен сплав на основе интерметаллида Ni₃Аl следующего химического состава, (маc.%):

Аl 10-12

Fe 14,5-17,5

Мо 2,7-4,0

Hf 0,9-1,7

С 0,01-0,06

Се 0,005

Ni остальное.

Патент Франция №2603902.

Недостатком этого сплава является не превышающая 900°С рабочая температура и склонность к трещинообразованию при увеличении количества теплосмен.

Изделия из этого сплава используются, например, для проставок соплового аппарата с ограниченным ресурсом работы при температурах эксплуатации до 900°С.

Известен сплав на основе интерметаллида Ni₃Аl, следующего химического состава, (мас.%):

Al 7,8-9,0

Cr 5,0-6,5

W 2,7-4,0

Мо 3,0-4,0

Ti 0,8-1,2

С 0,001-0,005

Sn 0,03-0,05

Zr 0,05-0,5

Ni остальное.

Патент РФ №2198233.

Недостатком этого сплава является низкая прочность и недостаточная жаропрочность в интервале температур 850-1000°С.

Изделия из этого сплава, например, рабочие лопатки ГТД имеют короткий ресурс работы, а также ограничена номенклатура отливаемых деталей.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе интерметаллида Ni₃Аl, имеющий химический состав, мас.%:

Al 7,8-9,0

Cr 4,5-5,5

W 1,8-2,5

Мо 4,5-5,5

Ti 0,6-1,2

С 0,007-0,02

Со 3,5-4,5

La 0,0015-0,015

Ni остальное

Патент РФ №2114206.

Недостатком этого сплава является недостаточно высокая кратковременная прочность, жаропрочность при температурах 1150-1200°С и неудовлетворительная жаростойкость при температуре 1150°С.

Изделия из этого сплава, например, сопловые лопатки, блоки сопловых лопаток ГТД имеют низкий выход годного и недостаточную долговечность.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка сплава и изделия, выполненного из него, обладающих повышенными кратковременной прочностью и жаропрочностью при температурах 1150-1200°С, высокой жаростойкостью при температуре 1150°С.

Для достижения поставленной технической задачи предлагается сплав на основе интерметаллида Ni₃Аl, содержащий алюминий, хром, вольфрам, молибден, титан, углерод, кобальт, лантан, никель, который дополнительно содержит цирконий при следующем соотношении компонентов, маc.%:

Аl 8,0-9,0

Cr 4,5-5,5

W 1,8-2,5

Мо 4,5-5,5

Ti 0,6-1,2

С 0,12-0,2

Со 3,5-4,5

La 0,0015-0,015

Zr 0,05-0,5

Ni остальное

и изделие, выполненное из него.

Авторами было установлено, что при заявленных соотношениях компонентов в предлагаемом сплаве на основе интерметаллида Ni₃Аl и дополнительном введении циркония наблюдается уплотнение оксидной пленки и улучшается ее адгезия с основным материалом, что обеспечивает удовлетворительную жаростойкость сплава при 1150°С. Образование сложных дисперсных карбидов типа МеС благоприятной округлой формы по границам зерен при увеличении содержания углерода и упрочнение в объеме зерен γ-твердого раствора способствует снижению скорости диффузии при высоких температурах, как в объеме зерна, так и по границам, что в свою очередь обеспечивает повышенные прочность и жаропрочность сплава при температурах 1150-1200°С.

Примеры осуществления

Шихтовую заготовку из предлагаемого сплава различных составов и сплава-прототипа выплавляли из чистых шихтовых материалов в вакуумной индукционной печи с тиглем из основной футеровки. После разливки сплавов в кокили ⊘60 мм отбирали стружку на химический анализ. Результаты химического анализа составов сплава приведены в таблице 1.

Содержание легирующих элементов, газов и примесей, таких как железо, кремний, сера, фосфор, свинец, висмут, олово и сурьма, определяли по стандартным методикам.

Перед последующими операциями шихтовую заготовку протачивали по поверхности на глубину 1-2 мм для удаления слоя, контактирующего с чугуном, затем разрезали на мерные заготовки весом по 6 кг для последующего переплава.

Образцы ⊘16 мм и длиной 75 мм получали методом равноосной кристаллизации, при этом температура заливки металла составляет 1580-1620°С, температура формы - 950-1000°С.

Свойства предлагаемого сплава с различным соотношением компонентов и сплава- прототипа, полученных по одной и той же технологической схеме, приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что свойства предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni₃Аl выше, чем свойства известного. Привес при окислении на воздухе за 500 часов при 1150°С на 28,9-31,0% у сплава-прототипа превышает привес при этих же характеристиках у предлагаемого сплава.

Прочность при 1150°С (σ

1150

) на 27,8-41,7% у предлагаемого сплава выше, чем у сплава-прототипа; при 1200°С (σ

1200

) - на 56,25-93,75%.

Таблица 1 Составы предлагаемого сплава и сплава-прототипа
состав	Содержание элементов, % масс.
	Аl	Cr	W	Мо	Ti	С	Со	Zr	La	Ni
I	8,5	4,5	1,8	5,0	0,9	0,12	3,5	0,1	0,0015	Осн.
II	9,0	5,0	2,15	4,5	1,2	0,2	4,0	0,05	0,01	Осн.
III	8,0	5,5	2,5	5,5	0,6	0,16	4,5	0,5	0,015	Осн.
прототип	8,4	5,0	2,15	5.0	0,9	0,015	4,0	-	0,01	Осн.
Таблица 2 Свойства предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni₃Аl и сплава-прототипа
Свойства	Привес при окислении на воздухе за 500 часов при 1150°С, г/м²	σ_в¹¹⁵⁰кгс/мм²	σ_в¹²⁰⁰, кгс/мм²	σ₁₀₀¹¹⁵⁰ кгс/мм	σ₅₀₀¹¹⁵⁰ кгс/мм	σ₁₀₀¹²⁰⁰кгс/мм²
I	198	25,5	15,0	4,0	2,5	2,2
II	202	23,8	15,5	3,5	2,4	1,8
III	196	23,0	12,5	4,1	2,3	2,3
прототип	284	18,0	8,0	2,8	1,8	1,6

Жаропрочность по времени до разрушения при температуре 1150°С на базе 100 часов (σ

1150

100

) у предлагаемого сплава на 25,0-46,4% выше, чем у сплава-прототипа; на базе 500 часов при этой же температуре (σ

1150

500

) – на 27,8-38,9%; при температуре 1200°С на базе 100 часов (σ

1200

100

) у предлагаемого сплава на 12,5-43,75% выше, чем у сплава-прототипа.

Использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni₃Аl повышает надежность изделий и увеличивает их ресурс работы в 2 раза.

1. Сплав на основе интерметаллида Ni₃Аl, содержащий алюминий, хром, вольфрам, молибден, титан, углерод, кобальт, лантан и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аl 8,0-9,0

Сr 4,5-5,5

W 1,8-2,5

Мо 4,5-5,5

Ti 0,6-1,2

С 0,12-0,2

Со 3,5-4,5

La 0,0015-0,015

Zr 0,05-0,5

Ni Остальное

2. Изделие из сплава на основе интерметаллида Ni₃Al, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.

Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, используемым для наплавки на детали, работающие в жестких условиях при высокотемпературной сульфидно-оксидной коррозии.

Сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него // 2237093

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным жаропрочным сплавам на основе интерметаллида Ni3Al и изделиям, получаемым методом точного литья, таким как рабочие и сопловые лопатки, элементы камер сгорания, створки и другие детали ГТД, используемым в авиационной технике, автомобильной промышленности, судостроении.

Литьевые изделия из специального сплава на никелевой основе (варианты), способ изготовления изделий из специального сплава и способ термической обработки этих изделий // 2235798

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изделиям из жаропрочного никелевого сплава, способам их получения и термической обработки. .

Штамповый сплав // 2235797

Изобретение относится к металлургии, в частности к инструментальным материалам высокой теплостойкости, используемым для литых и кованых штампов горячего деформирования, работающих без интенсивного охлаждения.

Сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него // 2230812

Сплав на основе никеля для каркасов зубных протезов // 2230811

Изобретение относится к области металлургии, в частности к разработке сплавов на основе никеля, используемого для отливки металлических каркасов несъемных металлокерамических зубных протезов.

Деформируемый сплав на основе никеля для металлокерамических зубных протезов с повышенными физико- механическими характеристиками // 2224809

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления металлических каркасов зубных протезов с керамическим покрытием.

Способ производства заготовок из порошков жаропрочных никелевых сплавов // 2224622

Изобретение относится к производству заготовок из порошков жаропрочных никелевых сплавов, стойких к окислению при повышенных температурах и работающих в условиях тяжелого нагружения.

Никелевый жаропрочный сплав, изделие, выполненное из него, и способ термообработки сплава и изделия из него // 2220220

Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к производству никелевых жаропрочных сплавов, используемых для деталей с монокристаллической структурой, например лопаток газовых турбин, работающих при высоких температурах.

Жаропрочный литейный сплав на основе никеля // 2219272

Изобретение относится к металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе никеля, используемым для изготовления высоконагруженных деталей, например лопаток газовых турбин, работающих при температурах до 1000oС, методами направленной кристаллизации и монокристаллического литья.

Припой на основе никеля // 2254972

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к припоям на основе никеля, которое может найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин ГТД

Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него // 2256715

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению жаропрочных литейных сплавов на основе никеля, и может быть использовано для получения методом направленной кристаллизации деталей узлов газотурбинных двигателей и установок, преимущественно турбинных лопаток с монокристаллической и направленной структурами, работающих при высоких температурах

Сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него // 2256716

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным интерметаллидным сплавам на основе Ni3Al и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям с монокристаллической структурой, таким как рабочие лопатки газотурбинных двигателей авиационной промышленности

Жаропрочный свариваемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него // 2256717

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным свариваемым сплавам на основе никеля, предназначены для изготовления корпусов, кожухов, теплозащитных экранов и других сварных узлов и деталей, работающих при температурах до 900°С

Жаропрочный сплав на основе никеля // 2257420

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе никеля, предназначенным для тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах в газотурбинных двигателях

Литейный сплав на основе никеля // 2264479

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным сплавам на основе никеля

Способ получения слитков большого диаметра из сплавов на основе никеля // 2272083

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам производства слитков большого диаметра из суперсплавов на основе никеля, которые по существу не имеют положительной и отрицательной ликвации

Литейный сплав для стоматологии // 2277602

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе никеля, используемым для изготовления зубных коронок, протезов, бюгелей

Припой на основе никеля // 2278011

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к припоям на основе никеля, преимущественно к аморфным припоям, и может найти применение при изготовлении паяных деталей узлов радиаторов, теплообменников, сотовых панелей и т.д., в конструкции которых применяются тонкостенные элементы из нержавеющих сталей

Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава // 2280091

Изобретение относится к области металлургии жаропрочных деформируемых сплавов на основе никеля и изделий, выполненных из этих сплавов, для авиационной техники, машиностроения и других отраслей народного хозяйства и может быть использовано для изготовления дисков турбин газотурбинных двигателей и других узлов и деталей, работающих при температурах до 850°С