Порошковый жаропрочный сплав на основе никеля



 


Владельцы патента RU 2428498:

Фаткуллин Олег Хикметович (RU)

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. Заявлен порошковый жаропрочных сплав, содержащий мас.%: углерод - 0,06-0,14, хром - 10,0-12,0, кобальт - 4,0-6,0, вольфрам - 1,0-2,0, молибден - 5,0-5,6, титан - 3,0-3,6, алюминий - 4,5-5,5, ниобий - 2,5-3,2, бор - 0,005-0,05, цирконий - 0,001-0,05, магний - 0,001-0,05, церий - 0,001-0,05, лантан - 0,005-0,05, никель - остальное. При этом отношение суммарного содержания вольфрама и молибдена к суммарному содержанию алюминия и титана составляет 0,66-1,01. Технический результат - повышение жаропрочности, увеличение ресурса работы двигателя при повышенных рабочих температурах. 2 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.

Известен жаропрочный сплав на основе никеля 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, С22С 19/05, 1999 год).

Недостатком этого сплава являются низкие характеристики пластичности при комнатной и рабочих температурах.

Известен жаропрочный порошковый никелевый сплав, предназначенный для деталей газовых турбин состава мас.%:

Углерод - 0,02-0,08

Хром - 8,0-10,0

Кобальт - 1,0-6,0

Вольфрам - 5,2-6,0

Молибден - 3,4-4,2

Титан - 2,3-2,9

Алюминий - 4,6-5,3

Ниобий - 1,0-1,9

Гафний - 0,05-0,4

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 - 0,001-0,5

Никель - остальное

(патент РФ 2299919, С22С 19/05, (22С 1/04, 2006 год) - прототип.

Недостатками этого сплава являются низкие значения жаропрочности при рабочих температурах и его высокая себестоимость.

Предлагается сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, бор, цирконий, магний, никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит церий и лантан, при следующем соотношении компонентов в мас.%:

Углерод - 0,06-0,14

Хром - 10,0-12,0

Кобальт - 4,0-6,0

Вольфрам - 1,0-2,0

Молибден - 5,0-5,6

Титан - 3,0-3,6

Алюминий - 4,5-5,5

Ниобий - 2,5-3,2

Бор - 0,005-0,05

Цирконий - 0,001-0,05

Магний - 0,001-0,05

Церий - 0,001-0,05

Лантан - 0,001-0,05

Никель - остальное.

И отношение суммарного содержания вольфрама и молибдена к суммарному содержанию алюминия и титана 0,66-1,01.

Технический результат - повышение жаропрочности сплава, что ведет к увеличению ресурса работы двигателя при повышенных рабочих температурах. Кроме того, минимальное содержание дефицитного и дорогостоящего вольфрама и отсутствие гафния существенно снижает себестоимость сплава и изделий из него.

Сплав, содержащий предложенные компоненты при заявленных соотношениях, обеспечивает повышенное содержание γ'-фазы и таким образом повышенную прочность тела зерна. Дополнительное введение церия и лантана, сегрегирующих по границам зерен, увеличивает их прочность. Совместное увеличение прочности тела и границы зерна повышает механические характеристики, в том числе жаропрочность при рабочих температурах.

Уменьшение γ'-образующих элементов вольфрама и гафния с целью уменьшения себестоимости сплава делает возможным увеличение алюминия и титана. Минимальное содержание вольфрама делает также необходимым введение дополнительного количества молибдена при повышенном содержании ниобия. Дополнительное введение таких сильных карбидообразующих элементов, как титан, молибден и ниобий, делает необходимым увеличение содержания углерода по сравнению с прототипом и с обычно используемым содержанием углерода в порошковых жаропрочных никелевых сплавах.

При этом отношение суммы вольфрама и молибдена к сумме алюминия и титана менее 0,66, то есть уменьшение содержания карбидообразующих элементов по сравнению с γ'-образующими элементами, приводит к нарушению равенства прочности тела и границы зерна. То же самое происходит при увеличении этого отношения более 1,01. Различие в том, что в первом случае уменьшается прочность границы зерна, а во втором - уменьшается прочность тела зерна.

Пример

Методом порошковой металлургии были изготовлены заготовки из предлагаемого состава (№1, 2, 3), выходящие за пределы предлагаемого состава (№4, 5) и состава-прототипа (№6) (таблица 1).

В таблице 2 приведены характеристики жаропрочности при рабочих температурах 650 и 750°С.

Таблица 1
Химический состав изготовленных сплавов
Химический состав, мас.% Предложенный сплав Составы за пределами предложенного Состав 6 (способ-прототип)
Состав 1 Состав 2 Состав 3 Состав 4 Состав 5
Углерод 0,06 0,09 0,14 0,06 0,04 0,04
Хром 11,0 10,0 12,0 10,5 4,0 4,0
Кобальт 6,0 4,0 5,0 4,0 3,5 3,0
Вольфрам 2,0 1,5 1,0 2,5 0,5 5,5
Молибден 5,5 5,6 5,0 4,2 4,8 4,0
Алюминий 4,5 5,0 5,5 4,0 5,7 4,7
Титан 3,6 3,2 3,0 2,0 2,5 2,5
Ниобий 2,5 3,2 3,0 2,0 1,4 1,4
Гафний - - - 0,08 1,2 0,3
Бор 0,005 0,001 0,05 0,006 0,006 0,006
Цирконий 0,05 0,001 0,03 0,002 0,002 0,001
Магний 0,001 0,08 0,05 0,07 0,07 0,08
Церий 0,001 0,05 0,06 0,06 0,002 0,07
Лантан 0,08 0,05 0,005 0,006 0,002 -
Никель Остальное Остальное Остальное Остальное
ΣW, Mo / ΣAl, Ti 0,92 0,86 0,70 1,11 0,84 1,32
Таблица 2
Жаропрочность предложенного сплава
Составы сплавов , МПа , МПа
Сплав 1 1000 686
Сплав 2 1000 686
Сплав 3 1000 686
Сплав 4 940 634
Сплав 5 930 632
Сплав-прототип 931 627

Как видно из таблицы 2, жаропрочность предложенного сплава имеет более высокие на 8-10% значения по сравнению с жаропрочностью сплава-прототипа. Кроме того, минимальное содержание в сплаве заявленного состава кобальта и вольфрама при отсутствии гафния снижает себестоимость на 30-40%.

Порошковый жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, бор, цирконий, магний, церий и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит церий и лантан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,06-0,14
Хром 10,0-12,0
Кобальт 4,0-6,0
Вольфрам 1,0-2,0
Молибден 5,0-5,6
Титан 3,0-3,6
Алюминий 4,5-5,5
Ниобий 2,5-3,2
Бор 0,005-0,05
Цирконий 0,001-0,05
Магний 0,001-0,05
Церий 0,001-0,05
Лантан 0,005-0,05
Никель Остальное,

при этом отношение суммарного содержания вольфрама и молибдена к суммарному содержанию алюминия и титана 0,66-1,01 мас.%.



 

Похожие патенты:

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 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 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

Изобретение относится к области металлургии, а именно к коррозионно-стойким сплавам на основе системы Fe-Cr-Ni, предназначенным для изготовления высоконагруженных деталей
Наверх