Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, стойкий к сульфидной коррозии и изделие, изготовленное из него

Авторы патента:

Александрова Татьяна Васильевна (RU)

C22C1/04 - Сплавы (кремни C06C 15/00; обработка сплавов C21D, C22F)

Владельцы патента RU 2516681:

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

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным порошковым сплавам на основе никеля, обладающим повышенным сопротивлением к сульфидной коррозии, и может быть использовано для изготовления деталей газотурбинных двигателей. Сплав содержит, мас.%: углерод 0,02-0,10, хром 9,0-11,0, кобальт 14,0-16,0, вольфрам 4,2-5,8, молибден 4,5-5,0, титан 3,0-3,9, алюминий 3,2-4,5, ниобий 2,5-3,5, гафний 0,05-0,5, бор 0,005-0,05, цирконий 0,001-0,05, магний 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 этом суммарное содержание титана, молибдена, ниобия не ниже содержания хрома. Сплав характеризуется высокими характеристиками жаропрочности, стойкости к сульфидной коррозии и сопротивления МЦУ в условиях воздействия агрессивной среды. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к жаропрочным никелевым сплавам. Может использоваться в газотурбинных двигателях (ГТД) для изготовления тяжело нагруженных деталей, работающих при повышенных температурах.

Известен сплав на основе никеля, в котором для повышения коррозионной стойкости в кислых средах использован способ легирования медью (Патент РФ №2097439, C22C 19/05, 1995 г. «Коррозионностойкий сплав, способ повышения коррозионной стойкости и обработанный давлением продукт»). Состав сплава в мас.%:

Хром	22,0-24,5
Молибден	14,0-18,0
Медь	1,0-3,5

а также в вариантах сплава - Fe от 0,3 до 5,0; Mn от 0,1 до 2,0; Al от 0,15 до 0,5; C от 0,006 до 0,015; W от 0,27 до 0,5; Co от 0,1 до 2,0; Si от 0,02 до 0,1; Mg до 0,1; Ca до 0,05; N от 0,06 до 0,15.

Для этого сплава характерны низкие значения механических свойств, хорошая коррозионная стойкость в кислых средах и низкое сопротивление сульфидной коррозии (СК) в условиях работы тяжело нагруженных деталей при повышенных температурах.

Известен также жаропрочный никелевый сплав, предназначенный для тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах.

Его состав (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	3,0-3,9
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 С22С 19/05, 2006 г. «Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля.» - прототип).

Недостатком этого сплава является пониженное сопротивление сульфидной коррозии и существенное снижение его сопротивления малоцикловой усталости (МЦУ), являющейся основным показателем степени коррозионного поражения материала.

Предлагаемое изобретение направлено на разработку системы легирования никелевого сплава, повышающей сопротивление СК, и создание сплава с высоким сопротивлением СК и МЦУ при одновременном воздействии СК.

Существо его заключается в том, что в состав сплава вводится скандий, а также регламентируется суммарное содержание элементов (титан, молибден, ниобий), которое должно быть не ниже содержание хрома в сплаве. Введение скандия одновременно с регламентацией указанных элементов способствует повышению коррозионной стойкости оксидной пленки, образующейся в процессе испытаний или эксплуатации и тормозящей развитие малоцикловой усталости.

Состав сплава имеет следующее соотношение компонентов (в мас.%):

Углерод	0,02-0,10
Хром	9,0-11,0
Кобальт	14,0-16,0
Вольфрам	4,2-5,8
Молибден	4,5-5,0
Титан	3,0-3,9
Алюминий	3,2-4,5
Ниобий	2,5-3,5
Гафний	0,05-0,5
Бор	0,005-0,05
Цирконий	0,001-0,05
Магний	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

Предлагаемый на этой основе сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит скандий и имеет повышенное содержание молибдена и ниобия, что связано с необходимостью во всех случаях выдерживать в составе сплава соотношение: ΣMo+Nb+Ti>Cr. Для сохранения весовых характеристик сплава и снижения потерь в его технологичности при изготовлении продукта также несколько уменьшено содержание вольфрама по сравнению с прототипом.

Технический результат - повышение стойкости к сульфидной коррозии и сопротивления малоцикловой усталости при одновременном воздействии сульфидной среды. При этом сопротивление малоцикловой усталости в сульфидной среде вследствие одновременного формирования оксидной пленки типа шпинелей с высокими антикоррозионными свойствами больше, чем на воздухе.

Пример

Методом порошковой металлургии была изготовлена заготовка диска ГТД из сплава предлагаемого состава (в мас.%):

Углерод	0,06
Хром	10,0
Кобальт	14,6
Вольфрам	4,5
Молибден	4,7
Титан	3,8
Алюминий	3,8
Ниобий	3,3
Гафний	0,1
Бор	0,015
Цирконий	0,01
Магний	0,02
Скандий	0,01
Марганец	0,1
Кремний	0,1
Железо	0,05
Никель	Остальное

Также было получено по такой же технологии аналогичное изделие из сплава состава прототипа, в котором было следующее содержание основных легирующих элементов: Cr - 9,7%; Мо - 3,4%; Ti - 3,2%; Nb - 1,8%; Со - 14,6%; W - 5,5%; Al -3,9%.

Полученные методом центробежного распыления порошки были засыпаны в стальные капсулы и скомпактированы в изделие методом ГИП (горячее изостатическое прессование) в газостате.

Коррозионные и механические свойства изделия из исследуемых сплавов представлены в таблице 1.

Таблица 1
Коррозионные и механические свойства изделия из сплавов
Состав сплава	Сульфидная коррозия при 650°C	Механические свойства при 20°C	Малоцикловая усталость при 650°C, частота 1 Гц, напряжение 1120 МПа
Скорость	Стойкость	Предел прочности, σ_в	Предел текучести, σ₀₂	Относительное удлинение, δ	Число циклов, n_ср	Коэффициент влияния среды n_ср среды/n_ср воздух
	г/м²ч	мм/год	Баллы	Состояние	МПА	МПА	%	Испытания на воздухе	Испытания в агрессивной среде
Предлагаемый	0,010	<0,01	3	Весьма стойкое	1515	1086	19,5	21285	40135	1,885
Прототип	0,030	<0,05	4	Стойкое	1500	1079	17,0	15845	7055	0,445

Из таблицы 1 видно, что сплав предлагаемого состава при рабочей температуре 650°C превосходит прототип по сопротивлению сульфидной коррозии в 3 раза, по сопротивлению малоцикловой усталости на воздухе в 1,35 раза, по сопротивлению малоцикловой усталости в сульфидной среде в 5,6 раза без снижения уровня механических свойств.

Таким образом, применение предлагаемого сплава для изготовления валов, дисков и других деталей газотурбинных двигателей позволит повысить их ресурс не менее чем в 1,5-2 раза.

1. Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, стойкий к сульфидной коррозии и имеющий повышенное сопротивление малоцикловой усталости (МЦУ) в условиях воздействия агрессивной среды, содержащий хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, гафний, бор, цирконий, магний, марганец, кремний, железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углерод и скандий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	0,02-0,10
Хром	9,0-11,0
Кобальт	14,0-16,0
Вольфрам	4,2-5,8
Молибден	4,5-5,0
Титан	3,0-3,9
Алюминий	3,2-4,5
Ниобий	2,5-3,5
Гафний	0,05-0,5
Бор	0,005-0,05
Цирконий	0,001-0,05
Магний	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 этом суммарное содержание титана, молибдена, ниобия не ниже содержания хрома.

2. Изделие, изготовленное из жаропрочного порошкового сплава на основе никеля, стойкого к сульфидной коррозии и имеющего повышенное сопротивление малоцикловой усталости (МЦУ) в условиях воздействия агрессивной среды, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе интерметаллида Ni3Al с монокристаллической структурой и выполненным из них изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям, таким как рабочие и сопловые лопатки, блоки сопловых лопаток и другие детали газотурбинных двигателей авиационной, автомобильной промышленности.

Сплав на основе никеля // 2515794

Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкционным материалам для ядерных энергетических установок и к материалам для свариваемых деталей и конструкций, работающих при повышенных температурах в высокоагрессивных средах.

Способ термической обработки жаропрочного и жаростойкого сплава х65нвфт // 2515145

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке заготовок из сплава Х65НВФТ на основе хрома. Для повышения жаростойкости сплава заготовку из сплава Х65НВФТ подвергают закалке путем нагрева до температуры 1270±10°C с выдержкой при этой температуре в течение 20 мин и охлаждают в масло.

Способ термической обработки жаропрочного и жаростойкого сплава х65нвфт // 2514899

Изобретение относится к области термической обработки. Техническим результатом изобретения является снижение твердости и стабилизация ее значений упрочненных заготовок из сплава Х65НВФТ.

Пригодный для сварки, жаропрочный, стойкий к окислению сплав // 2507290

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным, стойким к окислению сплавам, пригодным для сварки. Сплав содержит следующие компоненты, масс.%: 25-32 железа, 18-25 хрома, 3,0-4,5 алюминия, 0,2-0,6 титана, 0,2-0,4 кремния, 0,2-0,5 марганца, до 2,0 кобальта, до 0,5 молибдена, до 0,5 вольфрама, до 0,01 магния, до 0,25 углерода, до 0,025 циркония, до 0,01 иттрия, до 0,01 церия, до 0,01 лантана, никель и примеси - остальное.

Сварочный присадочный материал, применение сварочного присадочного материала и конструктивный элемент // 2505616

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сварочному присадочному материалу, и может быть использовано при ремонтной сварке лопаток газовых турбин и деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе, работающих в горячем газе, с помощью ручной и автоматизированной сварки при комнатной температуре.

Гамма/гамма' -суперсплав на основе никеля с многочисленными реакционно-активными элементами и применение указанного суперсплава в сложных системах материалов // 2500827

Изобретение относится к металлургии, а именно к γ/γ'-суперсплавам на основе никеля. Сплав содержит, вес.%: вплоть до 20 суммы Со и Fe, между 17 и 21 Сr, между 0,5 и 3 суммы Мо и W, не более 2 Мо, между 4,8 и 6 Аl, между 1,5 и 5 Та, между 0,01 и 0,2 суммы С и В, между 0,01 и 0,2 Zr, между 0,05 и 1,5 Hf, между 0,05 и 1,0 Si, и между 0,01 и 0,5 суммы по меньшей мере двух элементов из актиноидов и редкоземельных металлов, таких как Sc, Y и лантаноиды, причем содержание каждого элемента составляет не более 0,3.

Сверхпрочный сплав на основе никеля и детали, изготовленные из этого суперсплава // 2499068

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сверхпрочным сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления деталей наземных или авиационных турбин.

Жаропрочный хромоникелевый сплав с аустенитной структурой // 2485200

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным хромоникелевым сплавам с аустенитной структурой, и может быть использовано при изготовлении отливок для коллекторов и реакционных труб печей риформинга крупнотоннажных агрегатов аммиака и метанола с температурой эксплуатации до 1200°С и давлении до 50 атм.

Сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него // 2484167

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству сплавов на основе интерметаллида Ni3 Аl и изделиям, получаемым из них методом направленной кристаллизации, с монокристаллической или столбчатой структурами, например лопаток газовых турбин, работающих при температурах до 1200°С.

Литой композиционный материал на основе алюминия и способ его получения // 2516679

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению литого композиционного материала (ЛКМ) на основе алюминия для изготовления отливок и деформируемых изделий электротехнического назначения.

Способ испытания на сульфидную коррозию жаропрочных порошковых никелевых сплавов // 2516271

Изобретение относится к области определения коррозионной стойкости металлов и может быть использовано для контроля подверженности к сульфидной коррозии деталей из порошковых никелевых сплавов газотурбинных двигателей.

Способ получения изделий из сложнолегированных порошковых жаропрочных никелевых сплавов // 2516267

Изобретение относится к порошковой металлургии жаропрочных никелевых сплавов. Может использоваться в газотурбинных двигателях (ГТД) для изготовления тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах.

Способ изготовления порошкового композита сu-cd/nb для электроконтактного применения // 2516236

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению металлокерамических электроконтактных материалов Cu-Cd/Nb. Из порошков меди и ниобия готовят шихту, проводят холодное прессование и спекание.

Способ получения сплавов на основе титана // 2515411

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения сплавов на основе титана, плавка и разливка которых проводится в вакуумных дуговых гарнисажных печах.

Способ модифицирования чугуна // 2515158

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к способу модифицирования легированного чугуна с шаровидным графитом для изготовления быстроизнашивающихся деталей, например мелющих элементов рудо- и угольных размольных мельниц.

Карбидная нанопленка или нанонить и способ их получения // 2513555

Изобретение относится к получению наноструктур. Содержащую карбид наноструктуру получают осаждением на основу нанослоя металла или неметалла, или их окислов и последующей карбидизацией путем обработки в угарном газе в присутствии угля или сажи при температуре 1400-1500°С.

Способ получения беспористого карбидочугуна для изготовления выглаживателей // 2511226

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению карбидочугуна с отсутствием пор в объеме сплава, и может быть использовано для изготовления рабочих частей выглаживателей.

Волокнистый композиционный материал // 2510425

Изобретение относится к области металлургии, в частности к волокнистым композиционным материалам, армированным непрерывными волокнами оксида алюминия, и может быть использовано в качестве конструкционного материала в авиационной технике.

Медный сплав и способ получения медного сплава // 2510420

Изобретение относится к углеродсодержащим медным сплавам и может быть использовано в электротехнике для изготовления электрических проводов. Медный сплав получают добавлением графита гексагональной системы в высокотемпературную среду с температурой в диапазоне от 1200°С до 1250°С в количестве, необходимом для получения медного сплава с содержанием углерода в диапазоне от 0,01% до 0,6% по весу.

Способ получения лигатуры алюминий-титан-цирконий // 2518041

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения лигатур на основе алюминия, и может быть использовано при получении лигатуры алюминий-титан-цирконий, применяемой для модифицирования алюминиевых сплавов. Способ получения лигатуры алюминий-титан-цирконий включает плавление бинарных лигатурных сплавов алюминий-титан и алюминий-цирконий при поддержании отношения по массе титана к цирконию от 0,15 до 1,5, нагрев расплава до температуры на 160-300°С выше температуры ликвидуса, перемешивание расплава, воздействие на расплав низкочастотными колебаниями для равномерного распределения алюминидов не менее 1 минуты и проведение кристаллизации расплава со скоростью 103-104 град/с. Техническим результатом изобретения является повышение модифицирующей способности лигатуры за счет образования комплексных метастабильных алюминидов с решеткой, совпадающей с решеткой матрицы модифицируемых алюминиевых сплавов, и их равномерного распределения в сплаве лигатуры. 1 з.п. ф-лы, 3 пр., 1 табл.