Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля

Авторы патента:

Казберович Алексей Михайлович (RU)

Федоренко Елизавета Александровна (RU)

Андрейченко Игорь Леонардович (RU)

Власова Ольга Николаевна (RU)

Востриков Алексей Владимирович (RU)

Гриц Нина Михайловна (RU)

Гарибов Генрих Саркисович (RU)

Иноземцев Александр Александрович (RU)

C22C19/05 - с хромом

Владельцы патента RU 2348726:

Открытое Акционерное Общество "Всероссийский Институт Легких сплавов" (ОАО ВИЛС) (RU)

Изобретение относится к области металлургии. Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля содержит компоненты в следующем соотношении (мас.%): углерод 0,04-0,08, хром 10,0-12,0, кобальт 14,0-16,0, вольфрам 2,5-3,5, молибден 4,0-5,0, титан 2,5-3,1, алюминий 3,5-4,4, ниобий 3,0-3,5, бор 0,005-0,05, магний 0,001-0,05, ванадий 0,4-0,8, церий 0,001-0,05, лантан 0,001-0,08, скандий 0,001-0,05, железо 0,01-1,0, марганец 0,001-0,5, кремний 0,001-0,5, никель - остальное. Изобретение направлено на повышение прочности, ползучести и на снижение скорости распространения усталостной трещины при рабочих температурах изделия из данного сплава. Сплав может быть использован для изготовления деталей газотурбинных двигателей. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к порошковой металлургии жаропрочных сплавов на основе никеля, предназначенных для тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах в газотурбинных двигателях.

Известен жаропрочный никелевый сплав, предназначенный для деталей газовых турбин, состава (мас. %):

Углерод	- 0,02-0,10
Хром	- 8,0-10,0
Вольфрам	- 5,2-5,9
Молибден	- 3,6-4,3
Титан	- 1,5-3,4
Алюминий	- 4,3-5,3
Ниобий	- 1,0-2,0
Гафний	- 0,1-0,4
Бор	- 0,001-0,05
Цирконий	- 0,001-0,05
Магний	- 0,001-0,08
Церий	- 0,001-0,06
Никель	- остальное

(патент РФ 2131943, С22С 19/05, 1999 год).

Недостатком этого сплава являются низкие характеристики прочности, жаропрочности и чувствительность сплава к концентраторам напряжений при рабочих температурах, что существенно снижает ресурс работы изделия.

Известен жаропрочный сплав на основе никеля, состава (мас. %):

Углерод	- 0,02-0,10
Хром	- 9,0-11,0
Кобальт	- 14,0-16,0
Вольфрам	- более 5,5-6,5
Молибден	- 3,0-3,8
Титан	- 4,0-4,2
Алюминий	- 3,4-4,2
Ниобий	- 1,5-2,2
Гафний	- 0,1-0,2
Бор	- 0,005-0,05
Цирконий	- 0,001 - не более 0,005
Магний	- 0,001-0,05
Никель	- остальное

(патент РФ 2257420, С22С 19/05, 2005 год) - прототип.

Недостатком этого сплава являются низкие характеристики прочности (σ_в ^650°С) и ползучести (σ_0,2/100) и высокая скорость распространения усталостной трещины (СРТУ) при рабочих температурах.

Предлагается сплав на основе никеля, содержащий компоненты в следующем соотношении (мас. %):

Углерод	- 0,04-0,08
Хром	- 10,0-12,0
Кобальт	- 14,0-16,0
Вольфрам	- 2,5-3,5
Молибден	- 4,0-5,0
Титан	- 2,5-3,1
Алюминий	- 3,5-4,4
Ниобий	- 3,0-3,5
Бор	- 0,005-0,05
Магний	- 0,001-0,05
Ванадий	- 0,4-0,8
Церий	- 0,001-0,05
Лантан	- 0,001-0,08
Скандий	- 0,001-0,05
Железо	- 0,01-1,0
Марганец	- 0,001-0,5
Кремний	- 0,001-0,5
Никель	- остальное

Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит ванадий, церий, лантан, скандий, железо, марганец, кремний при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Углерод	- 0,04-0,08
Хром	- 10,0-12,0
Кобальт	- 14,0-16,0
Вольфрам	- 2,5-3,5
Молибден	- 4,0-5,0
Титан	- 2,5-3,1
Алюминий	- 3,5-4,4
Ниобий	- 3,0-3,5
Бор	- 0,005-0,05
Магний	- 0,001-0,05
Ванадий	- 0,4-0,8
Церий	- 0,001-0,05
Лантан	- 0,001-0,08
Скандий	- 0,001-0,05
Железо	- 0,01-1,0
Марганец	- 0,001-0,5
Кремний	- 0,001-0,5
Никель	- остальное

Технический результат - повышение характеристик прочности, ползучести и снижение скорости распространения усталостной трещины при рабочих температурах и, как следствие, повышение ресурса работы и надежности изделия из предлагаемого сплава.

Это достигается тем, что предлагаемый состав порошкового сплава обеспечивает одновременное увеличение прочности границ и тела зерна за счет карбидного упрочнения, упрочнения γ-матрицы и выделений γ'-фазы, а также позволяет исключить образование внутренних пор в процессе распыления порошка и, в результате, прессовать из него плотные беспористые заготовки, что повышает прочностные характеристики и характеристики ползучести сплава и снижает скорость распространения усталостной трещины.

Пример

Методом порошковой металлургии был изготовлен и опробован сплав предлагаемого состава, мас. %:

Углерод	- 0,06
Хром	- 11,0
Кобальт	- 15,0
Вольфрам	- 3,0
Молибден	- 4,5
Титан	- 2,8
Алюминий	- 4,0
Ниобий	- 3,2
Бор	- 0,015
Магний	- 0,02
Ванадий	- 0,6
Церий	- 0,01
Лантан	- 0,02
Скандий	- 0,01
Железо	- 0,5
Марганец	- 0,3
Кремний	- 0,2
Никель	- остальное

Также был получен сплав по составу-прототипу.

Механические свойства при рабочей температуре 650°С предлагаемого сплава и сплава-прототипа определены по стандартным методикам испытания и представлены в таблице.

Таблица
650°С
	Предел прочности σ_B	Предел текучести σ_0,2	Относительное удлинение δ	Относительное сужение ψ	Предел ползучести σ_0,2/100	Длительная прочность σ₁₀₀	СРТУ ΔК= 44 МРа·м^0,5
МПа	%	МПа	мм/цикл
предлагаемый	1590	1189	12,6	16,3	973	1140	1,5·10^-4
прототип	1420	1088	7,5	7,8	830	1097	8,2·10^-4

Таким образом, сплав предлагаемого состава позволяет при повышенной температуре повысить предел прочности на 10-12%, предел текучести на 8-10%, предел ползучести на 15-18% и предел длительной прочности на 4-6%. При этом предлагаемый сплав имеет скорость распространения усталостной трещины в 5-6 раз меньше, чем у прототипа.

В результате этого применение предлагаемого сплава для изготовления валов, дисков и других деталей газотурбинных двигателей позволит повысить их ресурс в 1,6 раза и снизить вес двигателя в 1,2 раза.

Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, бор и магний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ванадий, церий, лантан, скандий, железо, марганец и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод	0,04-0,08
хром	10,0-12,0
кобальт	14,0-16,0
вольфрам	2,5-3,5
молибден	4,0-5,0
титан	2,5-3,1
алюминий	3,5-4,4
ниобий	3,0-3,5
бор	0,005-0,05
магний	0,001-0,05
ванадий	0,4-0,8
церий	0,001-0,05
лантан	0,001-0,08
скандий	0,001-0,05
железо	0,01-1,0
марганец	0,001-0,5
кремний	0,001-0,5
никель	остальное

Изобретение относится к металлургии, а именно к литейным жаропрочным никелевым сплавам, предназначенным для производства монокристальных рабочих и сопловых лопаток газотурбинных двигателей, длительное время работающих при температурах, превышающих 1000°С.

Состав жаропрочного никелевого сплава для монокристального литья (варианты) // 2348724

Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к производству сплавов на основе никеля, используемых для деталей с монокристаллической структурой, например лопаток турбин, работающих при высоких температурах.

Сплав для изготовления штампового инструмента // 2345157

Изобретение относится к области металлургии. .

Способ обработки отливок из жаропрочного сплава // 2344195

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано, в частности, для изготовления рабочих лопаток газотурбинных двигателей и других узлов и деталей, работающих в диапазоне температур до 1000°С.

Состав литейного жаропрочного сплава на основе никеля // 2344190

Изобретение относится к области металлургии. .

Способ получения никелевого жаропрочного сплава // 2344188

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на никелевой основе, и может быть использовано для литья лопаток газотурбинных двигателей, работающих в условиях высоких температур и напряжений.

Сплав // 2335563

Изобретение относится к области металлургии и касается составов сплавов, которые могут быть использованы для изготовления деталей технологического оборудования производства пластмасс.

Припой на основе никеля // 2335386

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к припоям на основе никеля, которые могут найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин ГТД из жаропрочных никелевых сплавовИзвестен припой на основе никеля, имеющий следующий химический состав, мас.%: Хром8,5-10,0 Железо3,5-5,0 Бор0,2-0,4 Кремний6,0-7,2 Молибден10,0-12,0 Вольфрам8,0-10,0 Никельостальное (Справочник по пайке.

Припой на основе никеля // 2334606

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

Сплав на основе никеля // 2333989

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов на основе никеля, которые могут быть использованы в котлотурбостроении. .

Сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него // 2349662

Изобретение относится к металлургии, а именно к литейным сплавам на основе интерметаллида Ni3Al и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям с поликристаллической структурой, таким как сопловые лопатки, проставки соплового аппарата, крупногабаритные створки и другие детали газотурбинных двигателей авиационной и автомобильной промышленности

Сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него // 2349663

Изобретение относится к металлургии, а именно к литейным сплавам на основе интерметаллида Ni3Al и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям с направленной столбчатой и монокристаллической структурами, таким как рабочие и сопловые лопатки, блоки сопловых лопаток и другие детали газотурбинных двигателей авиационной, автомобильной промышленности

Жаропрочный сплав // 2350674

Изобретение относится к металлургии жаропрочных сплавов с литой структурой на железохромоникелевой основе с карбидным упрочнением и может быть использовано при создании установок высокотемпературного пиролиза для нефтехимических отраслей промышленности

Аморфный резистивный сплав на основе никеля // 2351672

Изобретение относится к металлургии прецизионных сплавов, которые применимы для литья микропроводов в стеклянной изоляции

Литейный сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него // 2351673

Изобретение относится к области металлургии, в частности к литейным сплавам на основе интерметаллида Ni3Al и изделиям из них, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям

Состав жаропрочного никелевого сплава (варианты) // 2353691

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для производства монокристаллических рабочих и сопловых лопаток газотурбинных двигателей, длительное время работающих при температурах выше 1000°С

Литейный сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него // 2353692

Сплав на никелевой основе для литья монокристаллических лопаток турбины газотурбинного двигателя // 2354733

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству литейных жаропрочных коррозионно-стойких сплавов на никелевой основе, предназначенных для литья монокристаллических лопаток турбин газотурбинных двигателей методом направленной кристаллизации, и может быть использовано в наземных газотурбинных двигателях, авиационных газотурбинных двигателях и газоперекачивающих установках, работающих в условиях длительного температурного воздействия в агрессивных средах, например, при использовании в качестве топлива природного газа, содержащего соединения серы

Сплав на основе никеля // 2355800

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления деталей газотурбинных двигателей

Сплав на основе никеля // 2356979

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам сплавов на основе никеля, которые могут быть использованы в энергетическом машиностроении