Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля


 


Владельцы патента RU 2410457:

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

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным сплавам на основе никеля, предназначенным для тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах в газотурбинных двигателях. Предложен жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, содержащий, мас.%: углерод 0,06-0,13, хром 8,0-12,0, кобальт 14,0-16,0, вольфрам 5,4-7,0, молибден 2,0-3,5, титан 3,0-4,5, алюминий 3,0-4,5, ниобий 1,5-2,5, тантал 0,5-4,0, гафний 0,05-0,5, рений 0,2-0,7, бор 0,005-0,05, цирконий 0,001-0,05, магний 0,001-0,05, железо 0,01-1,0, марганец 0,001-0,5, кремний 0,001-0,5, никель - остальное. Сплав характеризуется высокими показателями прочности, ползучести и пониженной скоростью распространения усталостных трещин при рабочих температурах. 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 (ГТД).

Известен жаропрочный никелевый сплав, предназначенный для деталей газовых турбин, состава (в 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, C22C 19/05, 1999 год).

Недостатками 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 (в масс.%):

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, C22C 19/05, 2005 год) - прототип.

Недостатками этого сплава являются низкие характеристики прочности (σв650°C) и ползучести (σ0,2/100), и высокая скорость распространения усталостной трещины (СРТУ) при рабочих температурах.

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

Углерод - 0,06-0,13
Хром - 8,0-12,0
Кобальт - 14,0-16,0
Вольфрам - 5,4-7,0
Молибден - 2,0-3,5
Титан - 3,0-4,5
Алюминий - 3,0-4,5
Ниобий - 1,5-2,5
Тантал - 0,5-4,0
Гафний - 0,05-0,5
Рений - 0,2-0,7
Бор - 0,005-0,05
Цирконий - 0,001-0,05
Магний - 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 тантал, рений, марганец, кремний и железо при следующем соотношении компонентов в мас.%:

Углерод - 0,06-0,13
Хром - 8,0-12,0
Кобальт - 14,0-16,0
Вольфрам - 5,4-7,0
Молибден - 2,0-3,5
Титан - 3,0-4,5
Алюминий - 3,0-4,5
Ниобий - 1,5-2,5
Тантал - 0,5-4,0
Гафний - 0,05-0,5
Рений - 0,2-0,7
Бор - 0,005-0,05
Цирконий - 0,001-0,05
Магний - 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 γ'-фазы, а также одновременно позволяет исключить образование внутренних пор в процессе распыления порошка и, в результате, получать плотные беспористые заготовки, прессуемые из него.

Пример

Методом порошковой металлургии был изготовлен и опробован сплав предлагаемого состава

Углерод - 0,09
Хром - 10,0
Кобальт - 15,0
Вольфрам - 6,0
Молибден - 2,5
Титан - 3,8
Алюминий - 3,8
Ниобий - 1,8
Тантал - 2,0
Гафний - 0,2
Рений - 0,5
Бор - 0,02
Цирконий - 0,02
Магний - 0,03
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 σВ Предел текучести σ0,2 Относительное удлинение δ Относительное сужение ψ Предел ползучести σ0,2/100 СРТУ ΔК=44 МПа·м0,5
МПа % МПа мм/цикл
предлагаемый 1635 1189 12,6 16,3 998 1,5·10-4
прототип 1420 1088 7,5 7,8 830 8,2·10-4

Из таблицы видно, что сплав предлагаемого состава при рабочей температуре 650°С превосходит прототип по характеристикам прочности: на 13-15% по пределу прочности; на 8-10% по пределу текучести, а также на 18-20% - по пределу ползучести. При этом предлагаемый сплав имеет скорость распространения усталостной трещины в 5-6 раза меньше, чем прототип.

Таким образом, применение предлагаемого сплава для изготовления валов, дисков и др. деталей ГТД позволит повысить ресурс работы двигателя в 1,3-1,5 раза и увеличить его эксплуатационную надежность на 20-25%.

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

Углерод 0,06-0,13
Хром 8,0-12,0
Кобальт 14,0-16,0
Вольфрам 5,4-7,0
Молибден 2,0-3,5
Титан 3,0-4,5
Алюминий 3,0-4,5
Ниобий 1,5-2,5
Тантал 0,5-4,0
Гафний 0,05-0,5
Рений 0,2-0,7
Бор 0,005-0,05
Цирконий 0,001-0,05
Магний 0,001-0,05
Железо 0,01-1,0
Марганец 0,001-0,5
Кремний 0,001-0,5
Никель остальное


 

Похожие патенты:
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.

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 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
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, и может быть использовано для изготовления деталей авиационных газотубинных двигателей
Наверх