Жаропрочный никелевый сплав для получения изделий методом металлургии гранул


 


Владельцы патента RU 2428497:

Фаткуллин Олег Хикметович (RU)

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. Жаропрочный сплав на основе никеля для получения изделий методом металлургии гранул содержит, мас.%: углерод - 0,02-0,10, хром - 7,0-10,0, кобальт - 12,0-15,0, вольфрам - 5,5-6,5, молибден - 3,5-4,5, титан - 3,5-4,5, алюминий - 3,5-4,5, ниобий - 1,5-3,5, гафний - 0,1-0,4, ванадий - 0,05-0,2, бор - 0,005-0,05, цирконий - 0,001-0,05, магний - 0,001-0,05, церий - 0,001-0,05, скандий - 0,001-0,05, марганец - 0,001-0,5, кремний - 0,001-0,5, железо - 0,001-0,1, никель - остальное, при одновременном выполнении следующих соотношений: суммарное содержание хрома и кобальта ≤22,8 мас.%, суммарное содержание молибдена и вольфрама ≥9,5 мас.%, суммарное содержание основных элементов, образующих упрочняющую γ'-фазу, - титана, алюминия, ниобия и гафния ≥10,0 мас.%. Технический результат - повышение прочности при комнатной температуре, а также длительной прочности и сопротивления малоцикловой усталости при рабочей температуре 750°С. 2 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным никелевым сплавам для получения тяжелонагруженных деталей, производимых методом металлургии гранул и предназначенных для работы при высоких температурах и нагрузках, например в газотурбинных двигателях.

Известен жаропрочный никелевый сплав, предназначенный для получения изделий методом металлургии гранул, состава (в мас.%):

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 0,05

Магний - 0,001-0,05

Никель - остальное

(патент РФ 2257420, C22C 19/05, 2005 год).

Недостатком этого сплава являются низкие характеристики пластичности при комнатной температуре испытания (δ, ψ, KCU), характеристики ползучести (σ0,2/100) и высокая скорость распространения усталостной трещины (СРТУ) при рабочих температурах.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является жаропрочный никелевый сплав для изготовления изделий методом металлургии гранул, содержащий следующие компоненты в мас.%:

Углерод - 0,02-0,10

Хром - 9,0-11,0

Кобальт - 14,0-16,0

Вольфрам - 5,2-6,8

Молибден - 3,0-3,9

Титан - 3,0-3,4

Алюминий - 3,2-4,5

Ниобий - 1,2-2,4

Гафний - 0,05-0,5

Бор - 0,005-0,05

Цирконий - 0,001-0,05

Магний - 0,001-0,05

Марганец - 0,001-0,5

Кремний - 0,001-0,5

Железо - 0,001-1,0

Никель - остальное

(патент РФ 2294393, C22C 19/05, (C22C 1/04, 2007 год) - прототип.

Недостатком этого сплава являются низкие значения предела прочности при комнатной температуре, длительной прочности и сопротивления малоцикловой усталости при рабочей температуре 750°C.

Заявленное изобретение направлено на повышение прочности при комнатной температуре, длительной прочности и сопротивления малоцикловой усталости при рабочей температуре - 750°C.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый никелевый сплав для получения изделий методом металлургии гранул, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, гафний, бор, цирконий, магний, марганец, кремний, железо, никель, отличается от известного тем, что он дополнительно содержит ванадий, скандий, церий при следующем соотношении компонентов в мас.%:

Углерод - 0,02-0,10

Хром - 7,0-10,0

Кобальт - 12,0-15,0

Вольфрам - 5,5-6,5

Молибден - 3,5-4,5

Титан - 3,5-4,5

Алюминий - 3,5-4,5

Ниобий - 1,5-3,5

Гафний - 0,1-0,4

Ванадий - 0,05-0,2

Бор - 0,005-0,05

Цирконий - 0,001-0,05

Магний - 0,001-0,05

Церий - 0,001-0,05

Скандий - 0,001-0,05

Марганец - 0,001-0,5

Кремний - 0,001-0,5

Железо - 0,001-1,0

Никель - остальное

при одновременном выполнении следующих соотношений:

- среднее суммарное содержание хрома и кобальта ≤22,8 мас.%;

- среднее суммарное содержание молибдена и вольфрама ≥9,5 мас.%;

- среднее суммарное содержание основных γ'-образующих элементов: титана, алюминия, ниобия и гафния ≥10,0 мас.%.

Дополнительное введение незначительного количества ванадия способствует упрочнению и стабилизации зерна γ - твердого раствора. Скандий и церий стабилизируют размеры γ'-фазы. Таким образом, дополнительное незначительное количество всех трех элементов способствует упрочнению жаропрочного порошкового сплава.

При среднем суммарном содержании хрома и кобальта в предложенном сплаве ≥22,8 мас.% увеличивается вероятность образования топологической плотноупакованной µ-фазы, что резко снижает весь комплекс механических свойств.

Среднее суммарное содержание тугоплавких химических элементов вольфрама и молибдена более 9,5 мас.% обеспечивает повышенные характеристики жаропрочности при рабочей температуре 750°C.

При среднем суммарном содержании основных γ'-образующих элементов титана, алюминия, ниобия и гафния ≤10 мас.% количество γ'-фазы уменьшается до 55-57%, что не обеспечивает необходимых прочностных характеристик во всем интервале рабочих температур до 750°C.

Осуществление изобретения и достижение указанного выше технического результата подтверждается следующим примером получения изделий из жаропрочных никелевых сплавов.

Методом порошковой металлургии, включающим выплавку в вакуумной индукционной печи слитков трех химических составов согласно изобретению и одного согласно сплаву-прототипу (таблица 1), распыление слитков всех четырех составов на гранулы, переработку гранул, их горячее изостатическое прессование и последующую термическую обработку, были изготовлены образцы дисков.

В таблице 2 показаны механические свойства при 20°C, длительная прочность и сопротивление малоцикловой усталости при рабочей температуре 650 и 750°C всех четырех сплавов.

Из таблицы 2 следует, что предлагаемый сплав превосходит при нормальной температуре (20°C) сплав-прототип по пределу прочности к текучести на 20-50 и 10-50 МПа соответственно.

При рабочей температуре 750°C у дисков, изготовленных из предлагаемого сплава, на 75-95 МПа выше 100-часовой предел длительной прочности, а сопротивление малоцикловой усталости выше на 30-40 МПа.

Таблица 1
Химические элементы Химический состав сплавов (в мас.%)
Согласно изобретению Прототип
Состав 1 Состав 2 Состав 3
Углерод 0,03 0,05 0,08 0,05
Хром 8,0 7,8 9,7 10,0
Кобальт 14,0 12,3 13,0 15,0
Вольфрам 6,0 5,7 6,4 5,4
Молибден 3,8 3,9 4,2 3,5
Титан 3,6 4,0 4,3 3,2
Алюминий 4,5 4,0 4,2 4,0
Ниобий 1,8 2,0 3,2 1,5
Гафний 0,2 0,3 0,1 0,4
Ванадий 0,1 0,2 0,1 -
Бор 0,006 0,01 0,02 0,01
Цирконий 0,008 0,01 0,006 0,002
Магний 0,002 0,004 0,008 0,004
Церий 0,001 0,003 0,001 -
Скандий 0,003 0,001 0,002 -
Марганец 0,3 0,4 0,4 0,5
Кремний 0,3 0,5 0,3 0,5
Железо 0,5 0,8 0,6 0,5
Никель остальное остальное остальное остальное
Σ Cr, Co 22 20,1 22,7 25
Σ W, Mo 9,8 9,6 10,6 8,9
Σ Ti, Al, V, Hl 10,1 10,3 11,8 9,1

Таким образом, жаропрочный никелевый порошковый сплав предлагаемого состава обладает повышенными прочностными характеристиками при комнатной температуре испытания и характеристиками длительной прочности и сопротивления малоцикловой усталости при 750°C, что позволяет на 30-40% повысить надежность и увеличить срок службы изделий из этого сплава.

Жаропрочный никелевый сплав для получения изделий методом металлургии гранул, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, гафний, бор, цирконий, магний и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ванадий, скандий и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,02-0,10
Хром 7,0-10,0
Кобальт 12,0-15,0
Вольфрам 5,5-6,5
Молибден 3,5-4,5
Титан 3,5-4,5
Алюминий 3,5-4,5
Ниобий 1,5-3,5
Гафний 0,1-0,4
Ванадий 0,05-0,2
Бор 0,005-0,05
Цирконий 0,001-0,05
Магний 0,001-0,05
Церий 0,001-0,05
Скандий 0,001-0,05
Марганец 0,001-0,5
Кремний 0,001-0,5
Железо 0,001-0,1
Никель Остальное

при одновременном выполнении следующих соотношений:
- суммарное содержание хрома и кобальта ≤22,8 мас.%;
- суммарное содержание молибдена и вольфрама ≥9,5 мас.%;
- суммарное содержание основных γ'-образующих элементов: титана, алюминия, ниобия и гафния ≥10,0 мас.%.



 

Похожие патенты:

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 сплавам для литья коррозионно-стойких микропроводов, используемых при получении термопар с высокой термо-ЭДС.

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

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 прецизионным сплавам, в частности к аморфным, износостойким наноструктурированным сплавам на основе никеля системы Ni-Cr-Mo-WC.

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

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

Изобретение относится к металлургии, в частности к жаропрочным сплавам на основе никеля

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным сплавам на основе интерметаллида Ni3Al, предназначенных для изготовления методом направленной кристаллизации, например, сопловых и рабочих лопаток, блоков сопловых лопаток, сегментов камеры сгорания, створок, форсунок и других деталей газотурбинных двигателей авиационной промышленности
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным жаропрочным сплавам на основе интерметаллида Ni 3Al, предназначенным для изготовления методом направленной кристаллизации и монокристаллического литья, например, сопловых и рабочих лопаток, блоков сопловых лопаток, сегментов камеры сгорания, створок и других деталей газотурбинных двигателей авиационной промышленности

Изобретение относится к металлургии сплавов, в частности к производству никелевых жаропрочных сплавов с поликристаллической равноосной структурой и изготовлению из них деталей газотурбинных двигателей, например сопловых и рабочих лопаток газовых турбин и роторов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе никеля, предназначенным для производства методом направленной кристаллизации деталей высокотемпературных газовых турбин ГТД и ГТУ, преимущественно монокристаллических лопаток и других элементов горячего тракта турбины

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным литейным сплавам на основе никеля, используемым для изготовления высоконагруженных деталей, а именно лопаток газовых турбин с направленной столбчатой и монокристаллической структурой, работающих при температурах 1000°С и выше
Изобретение относится к сварке и может быть использовано для выполнения разнородных сварных соединений корпусных конструкций атомного и энергетического машиностроения из низколегированных сталей и заварки выборок при исправлении дефектов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к упрочненным гамма-штрих фазой суперсплавам на основе никеля, и может быть использовано в деталях газовых турбин
Наверх