Жаропрочный сплав на основе никеля

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в авиакосмической отрасли для получения жаропрочного коррозионного сплава на основе никеля для изготовления изделий, работающего в агрессивных средах длительное время при температурах 550-800°С. Предложен жаропрочный сплав на основе никеля. Сплав содержит, мас.%: углерод 0,025-0,035, бор 0,015-0,025, цирконий 0,015-0,025, хром 11,2-11,5, кобальт 14,7-15,0, молибден 3,3-3,5, алюминий 3,75-3,95, титан 5,0-5,2, тантал 1,9-2,1, вольфрам 0,5-0,7, ниобий 0,05-0,25, гафний 0,15-0,25, марганец 0,10-0,20, никель - остальное. Суммарное содержание титана и алюминия составляет 8,8-9,1 мас.%, отношение титана к алюминию составляет 1,32-1,36 мас.%, а суммарное содержание гафния и ниобия составляет 0,25-0,35 мас.%. 2 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в авиакосмической отрасли для получения жаропрочного коррозионностойкого сплава на основе никеля, используемого для изготовления изделий методом порошковой металлургии, работающего в агрессивных средах длительное время при температурах 550-800°С.

Известен жаропрочный коррозионностойкий сплав на основе никеля марки RR 1000, содержащий (мас.%): углерод 0,12-0,033; бор 0,01-0,025; цирконий 0,05-0,07; гафний 0,5-1,0; хром 14,35-15,15; кобальт 14,0-19,0; молибден 4,25-5,25; алюминий 2,85-3,15; титан 3,45-4,15; тантал 1,35-2,15; никель - остальное (Patent US 5897718, МПК С22С 19/05, 1999 г.)

Недостатком известного сплава является невысокий уровень коррозионностойкости в агрессивной среде, низкая жаропрочность сплава при 750°С на базах 100 и 1000 часов и, как следствие, низкий ресурс работоспособности изделий, изготовленных из этого сплава.

Известен сплав следующего состава (мас.%): углерод 0,03-0,1; бор 0,01-0,1; цирконий 0-0,6; хром 10,0-14,0; кобальт 14,0-22,0; молибден 2,0-6,0; алюминий 3,0-5,0; титан 3,0-5,0; тантал 0,5-6,0; никель - остальное (Patent US 5662749, МПК С22С 1/04,1997 г.), прототип.

Недостатком этого сплава является его низкая коррозионная стойкость и жаропрочность и, как следствие, недостаточный ресурс изделий, изготовленных из этого сплава.

Предлагается сплав на основе никеля следующего состава (мас.%):

углерод	0,025-0,035
бор	0,015-0,025
цирконий	0,015-0,025
хром	11,2-11,5
кобальт	14,7-15,0
молибден	3,3-3,5
алюминий	3,75-3,95
титан	5,0-5,2
тантал	1,9-2,1
вольфрам	0,5-0,7
ниобий	0,05-0,15
гафний	0,15-0,25
марганец	0,10-0,20
никель	остальное

при этом суммарное содержание титана и алюминия должно составлять 8,8-9,1 мас.% при отношении титана к алюминию, равном 1,32-1,36, а суммарное содержание гафния и ниобия составлять 0,25-0,35 мас.%.

Технический результат - повышение жаропрочности и коррозионной стойкости и, как следствие, повышение ресурса службы изделий, изготовленных из этого сплава.

Предложенный сплав имеет повышенное количество упрочняющей γ'-фазы и повышенную температуру ее растворения (1206°C) по сравнению со сплавом-прототипом. Увеличение содержания упрочняющей γ'-фазы приводит к торможению диффузионных процессов, протекающих в сплаве, меняет характер перемещения дислокаций по границам раздела фаз. Повышение температуры растворения упрочняющей γ'-фазы позволяет повысить сопротивление ползучести сплава и тем самым повысить его жаропрочность.

Предложенный сплав имеет высокую структурную стабильность (mis-mash), в нем отсутствуют нежелательные σ - и η-фазы, которые ведут к разупрочнению сплава в процессе его высокотемпературной эксплуатации.

Высокая структурная стабильность предлагаемого сплава обеспечивает снижение скорости диффузии продуктов сгорания топлива в объем металла и тем самым повышает коррозионную стойкость сплава при его работе в агрессивной среде.

Пример

На вакуумно-индукционной печи были сделаны две плавки массой 20 кг каждая с расчетным содержанием легирующих элементов, соответствующим химическому составу сплава-прототипа и предлагаемого сплава. В таблице 1 представлен химический состав полученных сплавов.

Таблица 1
Элементы, мас.%	С	В	Zr	MN	Hf	Cr	Со	Мо	W	Al	Ti	Nb	Та	Ni
Сплав- прототип	0,03	0,03	0,03	-	-	12,0	18,0	4,0	-	4,0	4,0	-	4,0	ост.
Предлагае- мый сплав	0,03	0,02	0,02	0,15	0,20	11,3	14,8	3,4	0,6	3,85	5,1	0,10	2,0	ост.

Затем от полученных плавок были отобраны заготовки и переплавлены в порционной вакуумно-индукционной печи с заливкой блока образцов. Были изготовлены образцы из полученного блока и проведены испытания сплавов на жаропрочность при температуре 750°С. Одновременно были изготовлены образцы для определения объема упрочняющей γ'-фазы, температуры растворения γ'-фазы, наличия нежелательных σ - и η-фаз, структурной стабильности и коррозионной стойкости сплавов.

Полученные результаты исследований представлены в таблице 2.

Таблица 2
Характери- стика	Объем упрочняющей γ'-фазы, атм.%	Тем-ра растворения γ'-фазы Тγсол. °С	Разница параметров решетки при 750°С (mismash)	Жаропрочность при 750°С, МПа	Структур. Стабильность сплава Mdγ, наличие σ- и η-фаз	Скорость коррозии - lg(v)
100 час	1000 ч
Сплав- прототип
	56,1	1170	-0,008	668	532	0,928	0,185
					следы
Предлагае- мый сплав	57,4	1206	-0,005	699	556	0,921	0,101
					нет

Как видно из таблицы, предлагаемый состав сплава позволяет повысить жаропрочность на 4,5-6,5% и коррозионностойкость на 80-85% по сравнению со сплавом-прототипом.

Таким образом, предложенный сплав позволит повысить жаропрочность и коррозионностойкость сплава и тем самым увеличит срок службы на 15-20% изделий, используемых в авиакосмической технике в агрессивных средах при температуре 550-800°С.

Жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, бор, цирконий, хром, кобальт, молибден, алюминий, титан, тантал, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам, ниобий, гафний, марганец при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод	0,025-0,035
бор	0,015-0,025
цирконий	0,015-0,025
хром	11,2-11,5
кобальт	14,7-15,0
молибден	3,3-3,5
алюминий	3,75-3,95
титан	5,0-5,2
тантал	1,9-2,1
вольфрам	0,5-0,7
ниобий	0,05-0,25
гафний	0,15-0,25
марганец	0,10-0,20
никель	остальное,

при этом суммарное содержание титана и алюминия составляет 8,8-9,1 мас.%,
отношение титана к алюминию составляет 1,32-1,36 мас.%,
а суммарное содержание гафния и ниобия составляет 0,25-0,35 мас.%.