Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля

Авторы патента:

Карягин Дмитрий Андреевич (RU)

Федоренко Елизавета Александровна (RU)

Андрейченко Игорь Леонардович (RU)

Востриков Алексей Владимирович (RU)

Зубарев Геннадий Иванович (RU)

Гриц Нина Михайловна (RU)

Гарибов Генрих Саркисович (RU)

Иноземцев Александр Александрович (RU)

C22C19/05 - с хромом

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 (σ_в ^650°C) и ползучести (σ_0,2/100), 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 σ_В	Предел текучести σ_0,2	Относительное удлинение δ	Относительное сужение ψ	Предел ползучести σ_0,2/100	СРТУ ΔК=44 МПа·м^0,5
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

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.

Жаропрочный сплав на основе никеля // 2402624

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.

Никелевый сплав основного состава // 2399690

Изобретение относится к области металлургии, а именно к никелевым сплавам, пригодный для изготовления из них электродов для элементов зажигания в двигателях внутреннего сгорания.

Сплав на основе интерметаллида ni3al // 2398906

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.

Сплав для изготовления штампового инструмента // 2392341

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

Сплав на основе интерметаллида никеля // 2389816

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.

Жаропрочный гранулированный сплав на основе никеля // 2386714

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.

Жаропрочный сплав для конструкций высокотемпературных установок // 2385360

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.

Сплав для изготовления штампового инструмента // 2385357

Жаропрочный литейный сплав на основе никеля // 2383642

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.

Монокристаллический суперсплав на основе ni // 2415190

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

Монокристаллический суперсплав на основе ni и содержащая его лопатка турбины // 2415959

Изобретение относится к области металлургии, в частности к монокристаллическим сплавам на основе никеля и изготовленным из них лопаткам турбин

Aморфный, износостойкий наноструктурированный сплав на основе никеля системы ni-cr-mo-wc // 2418091

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

Высокопрочный коррозионно-стойкий сплав для использования в нефтяной промышленности // 2418880

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

Жаропрочный сплав, рассчитанный на образование мелкодисперсных выделений карбида ti-nb-cr или карбида ti-nb-zr-cr // 2424347

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам, применяемым при производстве водорода конверсией

Аморфный сплав на основе никеля для литья микропроводов // 2424349

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам для литья коррозионно-стойких микропроводов, используемых при получении термопар с высокой термо-ЭДС

Жаропрочный сплав на никелевой основе // 2425901

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

Жаропрочный никелевый сплав для получения изделий методом металлургии гранул // 2428497

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

Порошковый жаропрочный сплав на основе никеля // 2428498

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

Литейный сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него // 2433196

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