Сплав на основе интерметаллида ni3al

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным жаропрочным сплавам на основе интерметаллида Ni₃Al, 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. Предложен сплав на основе интерметаллида Ni₃Al, имеющий следующий химический состав, мас.%: Al 8,2-8,7, Cr 2,5-6,0, Мо 2,8-4,2, W 2,8-4,5, Ti 0,01-1,2, Та 0,5-5,5, Re 0,01-1,4, Co 0,01-5,5, С 0,015-0,08, La 0,015-0,4, Hf 0,01-0,6, Zr 0,01-0,08, Y 0,015-0,15, Ni - остальное. Технический результат - получение сплава с повышенной жаропрочностью при температуре 1200°С на базе 100 часов, кратковременной прочностью и пределом текучести при комнатной температуре для КГО [001]. 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным жаропрочным сплавам на основе интерметаллида Ni₃Al, 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.

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

Al	11,5
Мо	1,0
Со	11,5
Hf	1,7
Zr	0,05
В	0,1
Nb	0,5
Ni	остальное

(патент США №4613368)

Недостатком этого сплава является его неработоспособность при температурах выше 800°С.

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

Al	8,2-8,6
Cr	4,8-5,2
Мо	2,5-3,0
W	2,0-2,4
Ti	1,2-1,5
Та	1,2-1,6
Re	0,05-1,2
С	0,001-0,02
La	0,015-0,3
Zr	0,05-0,5
Ni	остальное

(Патент РФ №2308499)

Сплав имеет недостаточно высокую жаропрочность при 1200°С на базе испытания 100 часов.

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

Al	7,7-8,7
Cr	5,0-6,0
Mo	4,5-5,5
W	2,5-3,5
Ti	0,3-0,8
Re	1,2-1,8
Co	4,0-6,0
С	0,001-0,02
La	0,002-0,2
Zr	0,05-0,5
Ni	остальное

(Патент РФ №2256716)

Сплав обладает недостаточной кратковременной прочностью и пределом текучести при комнатной температуре.

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

Al	7,8-9,0
Cr	5,0-6,5
Mo	3,0-4,0
W	2,7-4,0
Ti	0,8-1,2
С	0,001-0,005
Zr	0,05-0,50
Sn	0,03-0,05
Ni	остальное

(Патент РФ №2198233)

Сплав обладает недостаточной жаропрочностью при температуре 1200°С на базе испытания 100 часов для кристаллографической ориентации (КГО) [001].

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

Al	7,7-8,7
Cr	5,0-6,0
Mo	4,5-5,5
W	2,5-3,5
Ti	0,3-0,8
Та	0,1-1,0
Re	1,2-1,8
Co	3,5-4,5
С	0,005-0,01
La	0,015-0,025
Ni	остальное

(Патент РФ №2221890)

Сплав обладает недостаточной жаропрочностью при температуре 1200°С на базе испытания 100 часов, кратковременной прочностью (σ²⁰ _в) и пределом текучести (σ²⁰ _0,2) при комнатной температуре для КГО [001].

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка сплава на основе интерметаллида Ni₃Al, обеспечивающего повышенную жаропрочность при температуре 1200°С на базе 100 часов, кратковременную прочность и предел текучести при комнатной температуре для КГО [001].

Для достижения поставленной технической задачи предлагается сплав на основе интерметаллида Ni₃Al, содержащий алюминий, хром, молибден, вольфрам, титан, тантал, рений, кобальт, углерод, лантан, никель, который дополнительно содержит гафний, цирконий, иттрий при следующем соотношении компонентов мас.%:

Al	8,2-8,7
Cr	2,5-6,0
Mo	2,8-4,2
W	2,8-4,5
Ti	0,01-1,2
Та	0,5-5,5
Re	0,01-1,4
Co	0,01-5,5
С	0,015-0,08
La	0,015-0,4
Hf	0,01-0,6
Zr	0,01-0,08
Y	0,015-0,15
Ni	остальное

Установлено, что при введении в состав предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni₃Al гафния, циркония, иттрия при заявленном содержании и соотношениях компонентов наблюдается связывание кислорода в соединение Y₂O₃, упрочнение твердого раствора сплава и образование мелкодисперсных интерметаллидных фаз типа Hf₂Al₃, HfAl, YRe₂, YNi₅, YNi₄, ZrAl₃, при этом достигается снижение степени ликвационной неоднородности, повышение жаропрочности при температуре 1200°С на базе 100 часов, повышение кратковременной прочности и предела текучести при комнатной температуре для КГО [001].

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 ⌀60 мм проводили на химический анализ. Результаты химического анализа составов предлагаемого сплава и сплава-прототипа приведены в таблице 1.

Содержание легирующих элементов, газов, примесей, таких как сера, фосфор, сурьма, висмут, определяли по стандартным методикам.

Последующий переплав осуществлялся методом высокоградиентной направленной кристаллизации.

Свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа, полученных по одной и той же технологической схеме на стандартных образцах КГО [001], приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что жаропрочность при температуре 1200°С на базе 100 часов (σ¹²⁰⁰ ₁₀₀) повышена на 15-25%, предел текучести (σ²⁰ _0,2) повышен на 4-7%, предел прочности (σ²⁰ _В) повышен на 2-5%.

Использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni₃Al повышает надежность изделий, таких как рабочие и сопловые лопатки и увеличивает ресурс их работы.

Таблица 1
Составы предлагаемого сплава и сплава-прототипа
Состав	Содержание элементов, мас.%
Al	Cr	Mo	W	Ti	Та	Re	Co	С	La	Hf	Zr	Y	Ni
I	8,2	6,0	3,5	4,5	0,01	3,0	0,01	5,5	0,05	0,2	0,3	0,05	0,15	Осн.
II	8,7	4,3	4,2	2,8	0,6	0,5	1,4	0,01	0,015	0,4	0,6	0,08	0,08	Осн.
III	8,5	2,5	2,8	3,6	1,2	5,5	0,7	2,7	0,08	0,015	0,01	0,01	0,015	Осн.
Прототип	8,2	5,5	5,0	2,5	0,6	0,5	1,5	4,0	0,01	0,025	-	-	-	Осн.

Таблица 2
Свойства предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni3Al и сплава-прототипа для КГО [001]
Свойства	Жаропрочность при температуре 1200°С на базе 100 ч, σ1200 100, МПа	Предел текучести при комнатной температуре, σ20 0,2, МПа	Предел прочности при комнатной температуре σ20 В, МПа
I	40	550	930
II	45	580	950
III	50	565	920
Прототип	38	540	900

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

Al	8,2-8,7
Cr	2,5-6,0
Мо	2,8-4,2
W	2,8-4,5
Ti	0,01-1,2
Та	0,5-5,5
Re	0,01-1,4
Co	0,01-5,5
С	0,015-0,08
La	0,015-0,4
Hf	0,01-0,6
Zr	0,01-0,08
Y	0,015-0,15
Ni	остальное