Сплав на основе интерметаллида nial
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных никелевых сплавов на основе интерметаллида NiAl, используемых для изготовления теплонагруженных деталей газотурбинных двигателей. Гранулируемый литой сплав на основе интерметаллида NiAl содержит алюминий, гафний, хром и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%.: алюминий 30,0-32,0, гафний 1,0-2,0, хром 3,0-4,0, никель остальное. Это позволит повысить жаропрочность и жаростойкость сплава, повысить надежность изделий и увеличить ресурс их работы. 2 табл.
Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к производству никелевых жаропрочных сплавов, используемых для изготовления теплонагруженных деталей, например рабочих и сопловых лопаток газотурбинных двигателей, неохлаждаемых камер сгорания, работающих в условиях высоких температур и напряжений.
Известен содержащий NiAl-β-фазу, по пат. США 6471791 ВА, кл. С22С 19/03, 2000. Это сплав с очень большим объемным содержанием, преимущественно 20-90% NiAl-β-фазы. Он отличается следующими, повышающими пластичность элементами, %: 0,1-8 Fe и/или 0,1-8 Мо, и/или 0,1-8 Ga. При этом общее количество Fe, Mo и Ga составляют ≤10. Дополнительно в сплав могут быть добавлены малые количества Zr, С и/или В, что закрепляет границы β/γ-фаз.
Недостатками этого сплава можно считать недостаточно высокие значения временной прочности при комнатной температуре и длительной прочности при 1200°С.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, взятым за прототип, является интерметаллический сплав на основе никель-алюминий по пат. РФ №2148671, кл. С22С 19/05, 2000, содержащий преобладающе бинарную фазу NiAl, а также дополнительно хром и тантал, причем общая доля хрома и тантала составляет до 20 мас.% и, по меньшей мере, по выбору дополнительно один элемент, выбранный из группы, содержащей железо, молибден, вольфрам, ниобий и гафний, с соответствующей долей до 1, 2, 4, 2, 4 мас.% и в общей сложности не больше 8 мас.%.
Этот сплав имеет достаточно высокие значения временной прочности при комнатной температуре и хорошую стойкость к термоудару.
Наряду с этим сплав имеет недостаточно высокие значения жаропрочности при 1200°С.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание сплава на основе интерметаллида NiAl методом гранульной металлургии, обладающего повышенным значением жаропрочности при 1200°С.
Для решения поставленной технической задачи предлагается сплав на основе интерметаллида NiAl, содержащий алюминий, гафний, хром и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Алюминий | 30,0-32,0 |
| Гафний | 1,0-2,0 |
| Хром | 3,0-4,0 |
| Никель | Остальное |
При проведении исследований установлено, что при использовании метода гранульной металлургии, который позволяет получить более мелкодисперсную структуру и однородный состав твердого раствора, при предлагаемом соотношении компонентов сплава на основе NiAl наличие хрома, который упрочняет γ-фазу, и гафния, также упрочняющего γ-фазу и улучшающего адгезию окисной пленки к основному металлу, обеспечивает повышение жаропрочности и жаростойкости при 1200°С. Увеличение содержания хрома более 4% и гафния более 2% снижает температуру солидуса и, следовательно, приводит к снижению жаропрочности сплава. Снижение содержания хрома менее 3% и гафния менее 1% не обеспечивает требуемого уровня жаропрочности и жаростойкости.
Пример осуществления.
Сплавы, соответствующие предлагаемому составу и составу прототипа, были выплавлены в вакуумной индукционной печи. Химический состав предлагаемого сплава и сплава прототипа приведены в таблице 1.
Слитки, отлитые в кокиль, механически обрабатывались до устранения "черновин", а затем распылялись на гранулы размером 200-500 мкм в установке УЦР-2.
Для получения компактных заготовок из сплавов гранулы в капсулах из Ст20 подвергались обработке в газостате. Свойства предлагаемого сплава и сплава прототипа приведены в таблице 2.
| Таблица 1 Составы предлагаемого сплава и сплава-прототипа | |||||||
| Состав | Содержание элементов, мас.% | ||||||
| Al | Cr | Та | С | Fe | Hf | Ni | |
| I | 32,0 | 3,0 | - | - | - | 1,5 | Ост. |
| II | 30,0 | 3,5 | - | - | - | 1,0 | Ост. |
| III | 31,0 | 4,0 | - | - | - | 2,0 | Ост. |
| Прототип | 43,9 | 8,5 | 2,9 | 0,02 | 0,14 | - | Ост. |
| Таблица 2 Свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа | |||
| Свойства | σ0,2 1200, МПа | Привес при окислении на воздухе, г/м2·час | |
| 1200°С | 1300°С | ||
| I | 96 | 0,27 | 0,28 |
| II | 102 | 0,28 | 0,28 |
| III | 98 | 0,26 | 0,27 |
| прототип | 88 | 0,46 | 0,50 |
Таким образом, использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида NiAl, имеющего более высокие значения жаропрочности и жаростойкости, повышает надежность изделий и увеличивает ресурс их работы.
Литой гранулированный сплав на основе интерметаллида NiAl, содержащий алюминий, гафний, хром и никель, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
| Алюминий | 30,0-32,0 |
| Гафний | 1,0-2,0 |
| Хром | 3,0-4,0 |
| Никель | Остальное |
