Жаропрочный порошковый сплав на основе интерметаллида nial и способ его получения

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению жаропрочных порошковых сплавов на основе интерметаллидов. Может использоваться в авиационном машиностроении, энергетике. Сплав на основе интерметаллида NiAl содержит, мас.%: алюминий 24-30, кобальт 8,0-18,0, ниобий 3-5, никель - остальное. Порошок сплава с размером частиц менее 10 мкм помещают в стальные капсулы и экструдируют с температурой подогрева от 1000 до 1200°С и коэффициентом вытяжки не менее 15. Далее удаляют материал капсулы с экструдированного полуфабриката, осуществляют механическую обработку полуфабриката для получения заготовки детали и термическую обработку заготовки при температуре от 1450 до 1550°С. Сплав обладает высокой прочностью при 1100°С в термообработанном состоянии. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к сплаву на основе интерметаллида NiAl, обладающему высокой жаростойкостью, а также к способу его получения. Предложен жаропрочный порошковый сплав на основе интерметаллида NiAl, дополнительно включающий кобальт и ниобий, и способ его получения.

Интерес к разработке материалов NiAl в значительной степени продиктован высокими физико-механическими показателями этих сплавов, к которым можно отнести, в частности, жаростойкость, низкую плотность и коррозионную стойкость. Совокупность перечисленных свойств делает возможным и экономически оправданным применение порошковых сплавов NiAl в качестве жаропрочных конструкционных материалов, используемых для изготовления газовых турбин и теплотехнического оборудования. В настоящее время материалы на основе NiAl используются в химической промышленности, в авиационном машиностроении и в энергетике.

Известен жаропрочный композиционный материал, описанный в патенте RU 2135619. Материал содержит (ат.%): алюминий 35-48, никель 23-48, ниобий и/или титан до 12, вольфрам и/или молибден 30-4. При этом вольфрам и/или молибден наносят на поверхность порошка NiAl перед спеканием. Сплав обладает повышенной жаропрочностью при 1100°С и стойкостью к окислению.

Технология получения материала отличается многостадийностью и требует использования дорогостоящих реагентов, таких как карбонилы вольфрама и/или молибдена, и сложного аппаратурного оформления.

Известен принятый в качестве ближайшего аналога интерметаллический порошковый сплав NiAl, раскрытый в RU 2148671. Сплав дополнительно содержит хром и тантал с суммарной долей до 12 ат.% и, по меньшей мере, один элемент из группы, включающей железо, молибден, вольфрам, ниобий и гафний с индивидуальной долей до 1 ат.% и с общей для группы долей не выше 3 ат.%. Сплав обладает прочностью выше 90 МПа при 1000°С и хорошей стойкостью к тепловому удару.

Однако с целью расширения температурного диапазона применения сплава, а также для повышения надежности и долговечности изделий из сплава в условиях высоких температур необходимо дальнейшее увеличение прочности.

Задачей настоящего изобретения является получение материала с более высокой прочностью (170 мПа) при температуре 1100°С в термообработанном состоянии.

Указанная задача решается путем получения порошкового сплава на основе интерметаллида NiAl, в котором для повышения жаропрочности часть никеля замещена кобальтом, а часть алюминия замещена ниобием.

Сплав имеет следующий состав, мас.%: алюминий 24-30%, кобальт 8,0-18,0%, ниобий 3-5%, никель - остальное.

В предпочтительном варианте осуществления сплав имеет следующий состав, мас.%:

алюминий 29,2%, кобальт 13,4%, ниобий 4,2%, никель 53,2%.

Способ получения заявленного порошкового сплава на основе интерметаллида NiAl включает следующие этапы:

- капсулирование порошка, имеющего средний размер частиц менее 10 мкм,

- экструзию с температурой подогрева от 1000 до 1200°С и коэффициентом вытяжки не менее 15,

- удаление материала капсулы с экструдированного полуфабриката,

- механическую обработку полуфабриката для получения заготовки детали,

- термическую обработку заготовки при температуре от 1450 до 1550°С.

Пример осуществления

Исходный порошок сплава загружают в шаровую мельницу и измельчают до среднего размера частиц менее 10 мкм.

Продукт помещают в стальные капсулы и экструдируют с коэффициентом вытяжки не менее 15 с температурой подогрева в печи от 1000 до 1200°С. Материал капсулы (стальную оболочку) удаляют с экструдированного полуфабриката механической обработкой (на шлифовальных, токарных или фрезеровальных станках) или химическим травлением. Осуществляют механическую обработку полуфабриката на токарно-фрезерных станках или электроэрозионном оборудовании.

Полученную заготовку детали термически обрабатывают в вакуумной или газовой печи при температуре от 1450 до 1550°С в течение 1 часа.

Образцы полученного сплава испытывали на растяжение при температуре 1100°С. Данные, полученные в результате испытаний, представлены в таблице, где содержание никеля, алюминия, кобальта и ниобия указано в мас.%.

Таблица
Результаты испытаний
Предел прочности, МПа	Алюминий	Кобальт	Ниобий	Никель
170	29,2	13,4	4,2	53,2
170	29,7	9,0	3,3	58,0
170	28,7	17,3	4,8	49,2
160	29,2	7,5	4,2	59,1
150	30,9	13,4	2,5	53,2
167	29,2	18,8	4,2	47,8
160	27,5	13,4	5,9	53,2

1. Жаропрочный порошковый сплав на основе интерметаллида NiAl, содержащий ниобий, кобальт, алюминий и никель, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

алюминий	24-30
кобальт	8-18
ниобий	3-5
никель	остальное

2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

алюминий	29,2
кобальт	13,4
ниобий	4,2
никель	53,2

3. Способ получения жаропрочного порошкового сплава на основе интерметаллида NiAl по п.1, включающий капсулирование порошка сплава со средним размером частиц менее 10 мкм, экструзию при температуре 1000-1200°С с коэффициентом вытяжки не менее 15, удаление материала капсулы с экструдированного полуфабриката, механическую обработку полуфабриката для получения заготовки детали и термическую обработку заготовки при температуре 1450-1550°С.