Жаропрочный порошковый никелевый сплав

Авторы патента:

Казберович Алексей Михайлович (RU)

Карягин Дмитрий Андреевич (RU)

Федоренко Елизавета Александровна (RU)

Андрейченко Игорь Леонардович (RU)

Востриков Алексей Владимирович (RU)

Гриц Нина Михайловна (RU)

Гарибов Генрих Саркисович (RU)

Иноземцев Александр Александрович (RU)

C22C19/05 - с хромом

C22C1/04 - Сплавы (кремни C06C 15/00; обработка сплавов C21D, C22F)

Владельцы патента RU 2371495:

Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО ВИЛС) (RU)

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к жаропрочным никелевым сплавам. Может использоваться в газотурбинных двигателях для изготовления тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах. Жаропрочный порошковый никелевый сплав, содержит, мас.%: углерод 0,07-0,12; хром 10,0-12,0; кобальт 13,0-15,0; вольфрам 4,6-5,6; молибден 2,7-3,5; титан 2,5-3,5; алюминий 3,7-4,4; ниобий 3,1-3,8; гафний 0,05-0,2; бор 0,005-0,05; цирконий 0,001-0,05; магний 0,001-0,05; церий 0,001-0,05; железо 0,01-1,0; марганец 0,001-0,5; кремний 0,001-0,5; никель - остальное. Сплав обладает высокими прочностью, жаропрочностью, сопротивлением МЦУ при снижении скорости распространения усталостной трещины при рабочих температурах. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к порошковой металлургии жаропрочных никелевых сплавов, и может быть использовано в газотурбинных двигателях для изготовления тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах.

Известен жаропрочный порошковый никелевый сплав, предназначенный для деталей газовых турбин, 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 и его надежность.

Известен жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, мас.%:

Углерод	0,02-0,08
Хром	8,0-11,0
Кобальт	14,0-18,0
Вольфрам	4,5-5,9
Молибден	3,0-5,5
Титан	1,5-3,0
Алюминий	4,5-6,0
Ниобий	2,0-3,5
Гафний	0,2-1,5
Бор	0,01-0,035
Цирконий	0,01-0,1
Магний	0,005-0,1
Церий	0,01-0,06
Никель	остальное

(патент РФ 2160789, С22С 19/05, 2000 год) - прототип.

Недостатком этого сплава являются низкая прочность (σ_В, σ_0,2), что увеличивает удельный вес изделия, низкая жаропрочность (σ¹⁰⁰), что уменьшает ресурс работы, а также низкое сопротивление МЦУ (σ_N=10⁴) и высокая скорость распространения усталостной трещины (СРТУ) при рабочих температурах, что уменьшает эксплуатационную надежность.

Предлагается жаропрочный порошковый никелевый сплав, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Углерод	0,07-0,12
Хром	10,0-12,0
Кобальт	13,0-15,0
Вольфрам	4,6-5,6
Молибден	2,7-3,5
Титан	2,5-3,5
Алюминий	3,7-4,4
Ниобий	3,1-3,8
Гафний	0,05-0,2
Бор	0,005-0,05
Цирконий	0,001-0,05
Магний	0,001-0,05
Церий	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 железо, марганец и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	0,07-0,12
Хром	10,0-12,0
Кобальт	13,0-15,0
Вольфрам	4,6-5,6
Молибден	2,7-3,5
Титан	2,5-3,5
Алюминий	3,7-4,4
Ниобий	3,1-3,8
Гафний	0,05-0,2
Бор	0,005-0,05
Цирконий	0,001-6,05
Магний	0,001-0,05
Церий	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, жаропрочности и сопротивления МЦУ при снижении скорости распространения усталостной трещины при рабочих температурах и, как следствие, увеличение ресурса и надежности двигателя и уменьшение его удельного веса по отношению к общему весу самолета.

Это достигается тем, что предлагаемый состав порошкового сплава обеспечивает в процессе распыления получение дисперсного порошка стойкой микроструктурой без внутренних пор и, в результате, позволяет прессовать из него плотные заготовки с однородной мелкозернистой структурой, что в свою очередь повышает прочность, жаропрочность и сопротивление МЦУ и снижает скорость распространения усталостной трещины. Все это приводит к увеличению ресурса и надежности двигателя и уменьшению его удельного веса.

Пример

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

Углерод	0,10
Хром	11,0
Кобальт	14,0
Вольфрам	5,0
Молибден	3,0
Титан	2,8
Алюминий	4,0
Ниобий	3,4
Гафний	0,1
Бор	0,015
Цирконий	0,01
Магний	0,02
Церий	0,01
Железо	0,5
Марганец	0,3
Кремний	0,2
Никель	остальное

Также был получен сплав по составу-прототипу.

Механические свойства при 20°С и при рабочей температуре 650°С предлагаемого сплава и сплава-прототипа определены по стандартным методикам испытания и представлены в таблице 1.

Таблица 1
	Механические свойства
	при 20°С	при 650°С
	Предел прочности σ_В	Предел текучести σ_0,2	Относитель-ное удлинение δ	Относительное сужение ψ	Жаропрочность (длительная прочность) σ¹⁰⁰	МЦУ σ_N=10⁴	СРТУ ΔК=44 МПа·м^0,5
МПа	%	МПа	мм/цикл
предлага-емый	1640	1210	16,0	16,9	1150	1160	2,2·10^-4
прототип	1510	1030	15,5	16,8	1000	1000	5,2·10^-4

Таким образом, сплав предлагаемого состава превосходит прототип по характеристикам прочности: на 8-10% по пределу прочности и на 16-20% по пределу текучести; а также на 13-17% - по жаропрочности при рабочей температуре 650°С. При этом сплав предлагаемого состава обладает более высокими характеристиками надежности, такими как сопротивление МЦУ (выше на 15-20%) и скорость распространения усталостной трещины (в 2-3 раза меньше), чем прототип.

В результате этого применение предлагаемого сплава для изготовления валов, дисков и других деталей газотурбинных двигателей позволит, за счет высокой прочности, снизить удельный вес двигателя на 10-15%, за счет высокой жаропрочности, повысить ресурс работы 1,2-1,4 раза. А также, за счет высокого сопротивления МЦУ и низкой скорости распространения усталостной трещины, увеличить эксплуатационную надежность на 10-12%.

Жаропрочный порошковый никелевый сплав, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, гафний, бор, цирконий, магний и церий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит железо, марганец и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	0,07-0,12
Хром	10,0-12,0
Кобальт	13,0-15,0
Вольфрам	4,6-5,6
Молибден	2,7-3,5
Титан	2,5-3,5
Алюминий	3,7-4,4
Ниобий	3,1-3,8
Гафний	0,05-0,2
Бор	0,005-0,05
Цирконий	0,001-0,05
Магний	0,001-0,05
Церий	0,001-0,05
Железо	0,01-1,0
Марганец	0,001-0,5
Кремний	0,001-0,5
Никель	Остальное

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным жаропрочным сплавам на основе никеля, предназначенным для производства методом направленной кристаллизации монокристаллических рабочих лопаток, а также и других элементов горячего тракта турбин высокотемпературных газовых двигателей, длительно работающих при температурах до 1100°С.

Порошковый жаропрочный никелевый сплав // 2368683

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к жаропрочным никелевым сплавам. .

Сплав для изготовления штампового инструмента // 2367698

Изобретение относится к области металлургии и касается составов сплавов, используемых для изготовления штампового инструмента для пластмасс. .

Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава // 2365657

Изобретение относится к области металлургии жаропрочных деформируемых сплавов на основе никеля и изделий, выполненных из этих сплавов, и может быть использовано для изготовления дисков турбин газотурбинных двигателей и других узлов и деталей, работающих при температурах до 800°С во всеклиматических условиях.

Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него // 2365656

Изобретение относится к производству литейных жаропрочных сплавов на основе никеля, предназначенных для производства методом направленной кристаллизации деталей высокотемпературных газовых турбин, в том числе монокристаллических лопаток, длительно работающих при температурах свыше 1000°С.

Сплав на основе никеля // 2361944

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов на основе никеля, которые могут быть использованы для изготовления деталей двигателей. .

Способ обработки отливок из жаропрочных никелевых сплавов для монокристального литья // 2361012

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.

Способ обработки отливок из жаропрочного никелевого сплава для монокристального литья // 2361011

Сплавы на основе никеля и способы термической обработки сплавов на основе никеля // 2361009

Сплав, защитный слой для защиты конструктивного элемента от коррозии и окисления при высоких температурах и конструктивный элемент // 2359054

Изобретение относится к защитному слою, сплаву, из которого он выполнен, и конструктивному элементу. .

Жаропрочный порошковый сплав на основе интерметаллида nial и изделие, выполненное из него // 2371494

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению жаропрочных сплавов на основе легированного интерметаллида NiAl. .

Способ модифицирования медных сплавов // 2371493

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения медных сплавов для фасонных отливок. .

Способ получения порошка квазикристаллического однофазного сплава al-cu-fe // 2370567

Изобретение относится к способам получения порошка квазикристаллических сплавов системы Al-Cu-Fe и может быть использовано для антифрикционных присадок, антипригарных покрытий, для создания износостойкого инструмента.

Способ получения алюминиевой лигатуры al-mg-mn-y для получения алюминиевых сплавов // 2370560

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к получению сплавов на основе алюминия с редкими металлами. .

Способ получения гранул квазикристаллического материала // 2369660

Изобретение относится к способам получения гранул металлических материалов с квазикристаллической структурой и может быть использовано для наполнителей композиционных материалов.

Сплав на основе алюминия и способ его получения // 2368687

Изобретение относится к области металлургии сплавов на основе алюминия, в частности сплавов системы Al-Li-Mg-Be, используемых в качестве конструкционного материала для стрингеров, панелей и других деталей в авиакосмической технике, гражданской авиации, судостроении и наземном транспортном машиностроении, в том числе и в сварных конструкциях.

Жаропрочный порошковый сплав на основе интерметаллида nial // 2368684

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к жаропрочным порошковым сплавам на основе алюминида никеля. .

Порошковый жаропрочный никелевый сплав // 2368683

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к жаропрочным никелевым сплавам. .

Жаропрочный порошковый сплав на основе интерметаллида nial и способ его получения // 2368682

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению жаропрочных порошковых сплавов на основе интерметаллидов. .

Композиционный материал контактной пластины на медной основе и способ его изготовления // 2368462

Изобретение относится к области электротехники, в частности к композиционным материалам на медной основе, и может быть использовано для изготовления контактных элементов токоприемников электроподвижного состава железных дорог, городского и промышленного транспорта.

Жаропрочный композиционный порошковый сплав на основе интерметаллида nial и способ его получения // 2371496

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению сплавов на основе упрочненного оксидами легированного интерметаллида NiAl