Сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
Владельцы патента RU 2278178:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления деталей и узлов, обладающих высоким уровнем износо- и коррозионной стойкости, антифрикционных свойств, применяемых в авиационной промышленности. Предложен сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него. Сплав содержит медь, кремний, титан, магний, алюминий, лантан и скандий, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Cu 30,0-33,0; Si 2,5-3,2; Ti 0,5-1,0; Mg 0,05-0,3; Al 2,5-3,2; La 0,07-0,25; Sc 0,01-0,03; Ni остальное. Технический результат - повышение механических свойств. Использование предлагаемого сплава повысит ресурс и надежность изделий авиационной техники. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления деталей и узлов, обладающих высоким уровнем износо- и коррозионной стойкости, антифрикционных свойств, и применяемым в авиационной промышленности.
Известен сплав на основе никеля следующего химического состава, мас.%:
| Cu | 28,0-33,0 |
| Si | 0,1-1,0 |
| Ti | 0,40-0,80 |
| Al | 2,0-4,0 |
| Fe | 1,0-2,0 |
| Mn | 1,0-2,0 |
| С | 0,05-0,30 |
| Cr+Co+Mg+Re | ≤2,0 |
| Ni | остальное |
(патент КНР №1405343)
Из известного сплава изготавливаются рабочие валы топливных насосов, инструменты и приборы для нефтяных скважин, хирургические инструменты.
Известен сплав на основе никеля следующего химического состава, мас.%:
| Cu | 30-33,0 |
| Si | 0,2-0,5 |
| Al | 2,0-3,5 |
| Fe | 0,5-2,0 |
| Mn | 1,0-2,0 |
| Ni | остальное |
(а.с. СССР №159037)
Известный сплав применяется для изготовления корабельных винтов, деталей электронной аппаратуры.
Недостатком известных сплавов являются низкие значения твердости и предела прочности. Сплавы неприменимы для изготовления деталей топливной аппаратуры авиационных двигателей из-за низкого ресурса и малой надежности.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе никеля следующего химического состава, мас.%:
| Cu | 30,0-33,0 |
| Si | 3,9-4,3 |
| Ti | 0,05-0,25 |
| Mg | 0,03-0,2 |
| Fe | 1,5-2,8 |
| Mn | 0,5-1,5 |
| Nb | 0,05-0,25 |
| Ni | остальное |
и изделие, выполненное из него (Патент РФ №2191843)
Недостатком этого сплава и изделий являются недостаточно высокие механические свойства.
Технической задачей изобретения является разработка сплава на основе никеля и изделия, выполненного из него, обладающих высокими механическими свойствами.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен сплав на основе никеля, содержащий медь, кремний, титан, магний, который дополнительно содержит алюминий, лантан и скандий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Cu | 30-33,0 |
| Si | 2,5-3,2 |
| Al | 2,5-3,2 |
| Ti | 0,5-1,0 |
| Mg | 0,05-0,3 |
| La | 0,07-0,25 |
| Sc | 0,01-0,03 |
| Ni | остальное |
и изделие, выполненное из него.
Предлагаемый сплав может применяться для изготовления деформированных полуфабрикатов, используемых в узлах трения, в топливной аппаратуре, например для изготовления золотниковых пар топливной аппаратуры ГТД.
Авторами установлено, что введение в сплав на основе никеля алюминия, лантана и скандия в заявленном соотношении и содержании других компонентов позволит повысить механические свойства сплава и изделия, выполненного из него.
Примеры осуществления
Сплав выплавляется в вакуумных индукционных печах с использованием как чистых шихтовых материалов, так и отходов собственного производства на стандартном оборудовании по принятой технологии.
После расплавления меди, никеля и кремния в расплав присаживают титан, алюминий, скандий, после чего вводят лантан и магний.
Разлив металла производится, в основном, в металлические формы (медные, чугунные изложницы) при температуре 1350-1390°С.
Затем слитки сплава подвергаются деформации на прессе при температуре 950-1100°С на прутки, поковки, шайбы.
Полученные литые заготовки были продеформированы с ⊘45-60 на прутки ⊘15-36 мм. Прутки подвергали термообработке, состоящей из закалки и старения.
Составы и свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа приведены в таблицах 1 и 2.
| Таблица 1 | ||||||||||||
| № п/п | Cu | Si | Al | Ti | Mg | La | Sc | Fe | Mn | Nb | Ni | |
| Предлагаемый | 1 | 33,0 | 3,2 | 2,8 | 1,0 | 0,3 | 0,25 | 0,03 | - | - | - | основа |
| 2 | 31,6 | 2,9 | 3,2 | 0,6 | 0,15 | 0,12 | 0,02 | - | - | - | - | |
| 3 | 30,0 | 2,5 | 2,5 | 0,5 | 0,05 | 0,07 | 0,01 | - | - | - | - | |
| 4 прототип | 32,1 | 4,0 | - | 0,1 | 0,1 | - | - | 2,0 | 1,0 | 0,1 | - | |
| Таблица 2 | ||||||||||||
| № п/п | σв, МПа | δ,% | НВ | |||||||||
| Предлагаемый | 1 | 1380 | 20 | 375 | ||||||||
| 2 | 1365 | 22 | 365 | |||||||||
| 3 | 1350 | 24 | 360 | |||||||||
| 4 прототип | 1300 | 16,0 | 330 |
Из таблицы 2 видно, что получен прирост механических свойств предлагаемого сплава по сравнению со сплавом-прототипом: по пределу прочности 6-7%, относительному удлинению 25-50%, по твердости - 10-15%.
Использование предлагаемого сплава позволит повысить ресурс и надежность изделий авиационной техники.
1. Сплав на основе никеля, содержащий медь, кремний, титан, магний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий, лантан и скандий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Cu | 30,0-33,0 |
| Si | 2,5-3,2 |
| Ti | 0,5-1,0 |
| Mg | 0,05-0,3 |
| Al | 2,5-3,2 |
| La | 0,07-0,25 |
| Sc | 0,01-0,03 |
| Ni | Остальное |
2. Изделие из сплава на основе никеля, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.
