Сплав на основе интерметаллида ni3al


 


Владельцы патента RU 2405851:

Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по науке и инновациям (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным сплавам на основе интерметаллида Ni3Al и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям с поликристаллической и направленной столбчатой структурами, таким как, например, сопловые лопатки, блоки сопловых лопаток, створки регулируемого сопла и другие детали газотурбинных двигателей авиационной и автомобильной промышленности. Предложен сплав на основе интерметаллида Ni3Al следующего химического состава, мас.%: Al 8,0-10,8, Cr 4,0-6,0, W 1,5-5,5, Ti 1,0-1,4, Zr 0,03-0,05, С 0,15-0,20, Y 0,01-0,02, La 0,0015-0,0150, В 0,008-0,018, Ni - остальное. Сплав характеризуется повышенной жаропрочностью при температурах 1100-1200°C на базе 100 часов и жаростойкостью при 1250°C. Использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni3Al повышает температуру газа перед турбиной, тягу двигателя, надежность деталей и увеличивает ресурс их работы. 2 табл.

 

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

Известен сплав на основе интерметаллида Ni3Al следующего химического состава, мас.%:

Al 11,5
Со 11,5
Мо 1,0
Hf 1,75
Nb 0,5
Zr 0,05
Ni остальное

(Патент США №4613368). Недостатком этого сплава является низкая (<3%) пластичность при температурах 600-800°С и невысокая рабочая температура (до 800°С).

Изделия из этого сплава используются для наземных силовых установок при температурах эксплуатации до 800°С.

Известен сплав на основе интерметаллида Ni3Al следующего химического состава, мас.%:

Al 10,5-12,5
Cr 4-6
W 1,5-2,5
Ti 1,0-1,6
С 0,1-0,2
Si 0,9-1,2
В 0,005-0,015
Y 0,005-0,015
Ni остальное

(Патент РФ №2230812). Недостатками этого сплава являются недостаточные кратковременная прочность при комнатной температуре и жаропрочность при температурах 1000-1200°С.

Изделия из этого сплава, например бандажные полки рабочих лопаток и вкладыши соплового аппарата газовых турбин имеют ограниченный ресурс работы.

Известен сплав на основе интерметаллида Ni3Al следующего химического состава, мас.%:

Al 8,0-9,0
Cr 4,5-6,5
W 2,0-4,2
Mo 2,5-4,5
Ti 1,0-2,0
С 0,10-0,18
Hf 0,40-0,60
Ni остальное

(Патент РФ №2304179). Недостатком известного сплава является недостаточная жаропрочность при температурах 1100-1200°С на базе испытания 500 часов.

Сплав предназначен для сопловых лопаток и проставок соплового аппарата и других деталей ГТД.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе интерметаллида Ni3Al, имеющий химический состав, мас.%:

Al 8,0-9,0
Cr 5,0-6,0
W 4,5-5,5
Mo 2,5-3,5
Ti 1,2-2,0
Zr 0,005-0,040
С 0,12-0,15
Y 0,3-0,4
Ni остальное

(Патент РФ №2215054). Недостатками сплава-прототипа являются недостаточно высокие жаропрочность при температурах 1100-1200°С на базе 100 часов, жаростойкость при 1250°С (привес за 100 часов) и рабочая температура (1250°С).

Сплав предназначен для деталей камеры сгорания, высокотемпературного крепежа авиационных двигателей, резьбовых захватов испытательных машин и не может быть использован для лопаток турбин.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание сплава на основе интерметаллида Ni3Al, обладающего повышенной жаропрочностью при температурах 1100-1200°C на базе 100 часов и жаростойкостью при 1250°С, повышение его рабочей температуры до 1300°С, которая подтверждается значениями кратковременной прочности.

Для достижения поставленной технической задачи предложен сплав на основе интерметаллида Ni3Al, содержащий алюминий, хром, вольфрам, титан, цирконий, углерод, иттрий, никель, который дополнительно содержит лантан и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Al 8,0-10,8
Cr 4,0-6,0
W 1,5-5,5
Ti 1,0-1,4
Zr 0,03-0,05
С 0,15-0,20
Y 0,01-0,02
La 0,0015-0,0150
В 0,008-0,018
Ni остальное

Авторами было установлено, что при введении в состав лантана и бора, при заявленном содержании и соотношениях компонентов в предлагаемом сплаве на основе интерметаллида Ni3Al наблюдается снижение содержания кислорода в расплаве и образование мелкодисперсной интерметаллидной и боридной фаз, при этом достигается наибольший эффект повышения жаропрочности сплава при температурах 1100-1200°C, жаростойкости при 1250°C, повышение рабочей температуры.

Примеры осуществления

Шихтовую заготовку из предлагаемого сплава и сплава-прототипа выплавляли из чистых шихтовых материалов в вакуумной индукционной печи с тиглем из основной футеровки. После разливки сплавов в кокили ⌀ 90 мм отбирали стружку на химический анализ. Результаты химического анализа составов сплава приведены в таблице 1.

С целью повышения жаропрочности сплава при высоких температурах, а также стабильности свойств механически обработанные образцы и детали термообрабатывали на воздухе по следующему режиму: отжиг при температуре 1150±10°C в течение 1 ч, охлаждение на воздухе.

Свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа, полученных по одной и той же технологической схеме, приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что свойства предлагаемого сплава выше, чем свойства сплава-прототипа: жаропрочность при температуре 1100°С на базе испытания 100 часов на образцах с поликристаллической (равноосной) структурой (σ1100100) - на 30,95-38,1%, с направленной столбчатой структурой - на 18,2-27,3%; жаропрочность при температуре 1200°C на базе испытания 100 часов с поликристаллической (равноосной) структурой (σ1200100) - на 80,0-100%, с направленной столбчатой структурой - на 75,0-100%; жаростойкость при 1250°С на 24-36%; рабочая температура - на 50°С.

Использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni3Al повышает температуру газа перед турбиной, тягу двигателя, надежность деталей и увеличивает ресурс их работы.

Таблица 1
Составы предлагаемого сплава и сплава-прототипа
Состав Содержание элементов, мас.%
Al Cr W Ti C Zr Y La В Мо Ni
1 8,0 4,0 1,5 1,0 0,15 0,03 0,01 0,0015 0,008 - ост.
2 10,8 5,0 5,5 1,2 0,20 0,05 0,02 0,0150 0,018 - ост.
3 9,4 6,0 3,5 1,4 0,18 0,04 0,015 0,0080 0,013 - ост.
прототип 8,5 5,5 5,0 1,6 0,13 0,02 0,35 - - 3,0 ост.
Таблица 2
Свойства предлагаемого сплава на основе и сплава-прототипа
№ п/п σ1100100, МПа,
PK
σ1100100 МПа,
HK
σ1200100, МПа,
PK
σ1200100 МПа,
HK
σв1300 МПа,
PK
σв1300 МПа,
HK
Привес за 100 ч при 1250°C
1 55 68 22 35 20 60 19
2 56 65 20 40 22 65 16
3 58 70 20 38 25 70 18
4 - прототип 42 55 10 20 - - -

Сплав на основе интерметаллида Ni3Al, содержащий алюминий, хром, вольфрам, титан, цирконий, углерод, иттрий, никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит лантан и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Al 8,0-10,8
Cr 4,0-6,0
W 1,5-5,5
Ti 1,0-1,4
Zr 0,03-0,05
С 0,15-0,20
Y 0,01-0,02
La 0,0015-0,0150
В 0,008-0,018
Ni остальное


 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии сплавов, в частности к производству жаропрочных сплавов на основе никеля, предназначенных для изготовления методом направленной кристаллизации из них изделий с монокристаллической и направленной структурой, например лопаток газовых турбин, работающих длительно при температурах до 1150°С.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к никелевым сплавам, пригодный для изготовления из них электродов для элементов зажигания в двигателях внутреннего сгорания.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным сплавам на основе интерметаллида Ni3Al, получаемым методом направленной кристаллизации и монокристаллического литья, применяемым для изготовления деталей газотурбинных двигателей, таких как сопловые и рабочие лопатки, блоки сопловых лопаток, сегменты камеры сгорания, форсунки и другие, для авиационной и автомобильной промышленности.
Изобретение относится к области металлургии и касается составов сплавов, используемых для изготовления штампового инструмента для пластмасс. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным сплавам на основе интерметаллидов никеля и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям с поликристаллической и направленной столбчатой структурами, таким как, например, сопловые лопатки, блоки сопловых лопаток, створки регулируемого сопла и другие детали газотурбинных двигателей авиационной и автомобильной промышленности.
Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к производству никелевых жаропрочных сплавов, используемых для изготовления теплонагруженных деталей, например корпусов газотурбинных двигателей, работающих в условиях высоких температур и напряжений.

Изобретение относится к металлургии конструкционных сталей и сплавов и предназначено для использования при производстве различного теплообменного оборудования стационарных и транспортных реакторов, а также паросиловых и газотурбинных установок, работающих в условиях длительной высокотемпературной эксплуатации.
Изобретение относится к области металлургии и касается составов сплавов, используемых для изготовления штампового инструмента для пластмасс. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным литейным сплавам на основе никеля, используемым для изготовления высоконагруженных деталей, например лопаток газовых турбин, работающих при температурах свыше 1000°С, методами направленной кристаллизации и монокристаллического литья.

Изобретение относится к деформируемому дисперсионно-твердеющему сплаву на основе никеля-хрома-кобальта для компонентов газовых турбин. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к монокристаллическим жаропрочным сплавам на основе Ni

Изобретение относится к области металлургии, в частности к монокристаллическим сплавам на основе никеля и изготовленным из них лопаткам турбин
Изобретение относится к области металлургии, а именно к прецизионным сплавам, в частности к аморфным, износостойким наноструктурированным сплавам на основе никеля системы Ni-Cr-Mo-WC

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению сплавов системы Ni-Fe-Cr, применяемых в глубоких нефтяных или газовых скважинах, а также морской среде

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам, применяемым при производстве водорода конверсией
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам для литья коррозионно-стойких микропроводов, используемых при получении термопар с высокой термо-ЭДС

Изобретение относится к области металлургии жаропрочных сплавов на основе никеля и может быть использовано для изготовления из этих сплавов высокотемпературных элементов энергетического оборудования

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным сплавам на никелевой основе для изделий, изготавливаемых методом металлургии гранул, предназначенных для работы при высоких температурах и нагрузках

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам порошковых жаропрочных сплавов на основе никеля, и может быть использовано для тяжелонагруженных деталей - дисков и валов, работающих при повышенных температурах в газотурбинных двигателях
Наверх