Способ получения жаропрочных сплавов


 


Владельцы патента RU 2534325:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению жаропрочных сплавов. Может использоваться в области авиационного двигателестроения для получения лопаток и защитных покрытий на бандажных полках лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ). Готовят реакционную смесь, содержащую, мас.%: оксид никеля - 40,0-43,7, алюминий - 34,1-37,2, оксид хрома - 2,9-4,3, оксид кобальта - 12,0-13,2, оксид титана - 1,3-2,4, оксид молибдена - 3,1-3,9, углерод - 0,05-0,65, бор - 0,03-0,05, цирконий - 0,03-0,05. Размещают реакционную смесь в тугоплавкую форму, размещают форму в центрифуге, воспламеняют и проводят синтез при центробежном ускорении 200-300g. Обеспечивается получение сплава с малым удельным весом по одностадийной технологии с малыми энергозатратами и высоким выходом целевого продукта. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения жаропрочных сплавов (ЖС), которые могут быть использованы в области авиационного двигателестроения для получения лопаток и защитных покрытий на бандажных полках лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ).

Известен способ, по которому получают композиционный материал, который состоит из 2-2,8 об. % упрочняющей фазы Y2 O3 и матрицы, содержащей, мас.%: алюминий 26,8-29,2; кобальт 8,5-12,2; ниобий 2,2-3,6; хром 2,0-3,9; никель 53,5-58,2. Способ включает смешивание порошка сплава матрицы и упрочняющей фазы с одновременным измельчением порошка сплава до размера менее 10 мкм. Смесь экструдируют в капсуле при температуре 1100-1200°C с коэффициентом вытяжки более 15 и отжигают при температуре выше 0,8 Тпл сплава матрицы с градиентом температуры по длине экструдированной заготовки. (RU 2371496 C1, C22C 1/05, C22C 19/03, 27.10.2009 г.).

Недостатком известного способа является сложность технологии, использование высокотемпературного оборудования и большой расход электроэнергии.

Известен способ, в котором получают сплав на основе интерметаллида NiAl, который содержит, мас.%: алюминий 24-30, кобальт 8,0-18,0, ниобий 3-5, никель - остальное. Порошок сплава с размером частиц менее 10 мкм помещают в стальные капсулы и экструдируют с температурой подогрева от 1000 до 1200°С и коэффициентом вытяжки не менее 15. Далее удаляют материал капсулы с экструдированного полуфабриката, осуществляют механическую обработку полуфабриката для получения заготовки детали и термическую обработку заготовки при температуре от 1450 до 1550°C. (RU №2368682 C1, C22C 1/04, C22C 19/03, 27.09.2009 г.).

Недостатком известного способа является многостадийность процесса, использование высокотемпературного нагрева, использование в качестве исходного сырья металлов, что приводит к удорожанию продукта синтеза.

Наиболее близким аналогом к заявляемому является способ получения литого сплава в режиме горения, который включает приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксид молибдена, алюминий, углерод, оксид хрома III, оксид ниобия, оксид вольфрама и оксид кобальта, помещение реакционной смеси в тугоплавкую форму с размещенным между исходной смесью и стенкой формы функциональным слоем из оксида алюминия толщиной 5-10 мм, размещение формы на центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при центробежном ускорении 30-50g с последующим отделением литого сплава на основе кобальта от продукта синтеза, при этом исходную смесь готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид молибдена 1,1-1,8, алюминий 20,0-23,5, углерод 2,2-2,8, оксид хрома III 15,0-19,0, оксид ниобия 13,0-16,0, оксид вольфрама 1,0-2,8, оксид кобальта 35,0-45,0.

Недостатком этого способа является то, что он не позволяет получать жаропрочные сплавы на основе интерметаллидов алюминия с удельным весом 6,5 г/см3 для получения износостойких покрытий на лопатках газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ). Этот способ предназначен для получения «тяжелых» сплавов (p<8,0 г/см3).

Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка высокопроизводительной одностадийной технологии с малыми энергозатратами и высоким выходом целевого продукта, которая позволяет получать жаропрочные сплавы на основе алюминидов никеля с малым удельным весом (ρ<6,5 г/см3).

Технический результат достигается тем, что способ получения жаропрочных сплавов включает приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксиды кобальта, хрома, молибдена, а также алюминий и углерод, помещение реакционной смеси в тугоплавкую форму, размещение формы в центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при установившемся центробежном ускорении, при этом в реакционную смесь дополнительно вводят оксиды никеля и титана, а также бор и цирконий при следующим соотношении компонентов, мас.%: оксид никеля - 40,0-43,7, алюминий - 34,1-37,2, оксид хрома - 2,9-4,3, оксид кобальта - 12,0-13,2, оксид титана - 1,3-2,4, оксид молибдена - 3,1-3,9, углерод - 0,05-0,65, бор - 0,03-0,05, цирконий - 0,03-0,05, а синтез проводят при центробежном ускорении 200-300g. Кроме того, в смесь исходных компонентов могут быть введены функциональные добавки Al2O3, CaF2 и Na3AlF6, с суммарным содержанием до 20 мас.%.

Техническая задача, решается за счет выбора состава исходной смеси, включающей высокое содержание Al и оксида никеля, высокой перегрузки (200-300g), позволяющих получить жаропрочный сплавы на основе алюминида никеля с удельным весом менее 6,5 г/см3 и удельными характеристиками жаропрочности, превышающими характеристики промышленных сплавов. Высокое содержание никеля и алюминия позволяет сформировать в продуктах синтеза (ЖС) дисперсно-упрочняющую фазу NiAl, определяющую высокую жаройстойкость синтезированного ЖС. Введение в исходную смесь бора, циркония, оксида титана, а также наличие в смеси оксидов кобальта, хрома и молибдена позволяет сформировать пластичную матрицу, в которой распределена дисперсно-упрочняющая фаза. Вне заявленных пределов по составу и величине перегрузки формируется ЖС с низкими характеристиками по жаропрочности и весу целевого продукта.

Высокая перегрузка и функциональные добавки (ФД) - Al2O3, CaF2 и Na3AlF6, до 20%, уменьшающие вязкость расплава продуктов горения, позволяют осуществить высокий выход целевого продукта в слиток. Сущность способа подтверждается примерами.

Пример 1.

Готовят реакционную смесь исходных компонентов при следующем соотношении, мас.%: оксид никеля - 40,00, алюминий - 36,90, оксид хрома - 4,30, оксид кобальта - 12,67, оксид титана - 2,09, оксид молибдена - 3,90, углерод - 0,06, бор - 0,03, цирконий - 0,05 помещают смесь в тугоплавкую форму, размещают форму в центрифуге, воспламеняют смесь и проводят синтез в режиме горения при центробежном ускорении, равном 200g.

После завершения процесса горения, продукт синтеза охлаждают и извлекают из реактора. Продукт горения представляет собой двухслойный слиток: верхний слой - оксидный раствор на основе корунда, нижний слой - (целевой продукт) представляет собой жаропрочный сплав. Выход целевого продукта (жаропрочного сплава) составляет - 56 вес.% от веса целевых компонентов в исходной смеси (максимальный теоретически рассчитанный выход составляет 59 вес.%). Жаропрочный сплав содержит в своем составе, (вес.%): никель - 50,80, алюминий - 23,10, хром - 4,20, кобальт - 15,80, титан - 1,50, молибден - 4,50, углерод - 0,09, бор - 0,04, цирконий - 0,04. Плотность полученного жаропрочного сплава составляет 6,3 г/см3.

Пример 2.

Готовят реакционную смесь исходных компонентов при следующем соотношении, мас.%: оксид никеля - 33,82, алюминий - 29,76, оксид хрома - 2,32, оксид кобальта - 9,60, оксид титана - 1,91, оксид молибдена - 2,48, углерод - 0,05, бор - 0,03, цирконий - 0,03 и функциональные добавки Al2O3, CaF2 и Na3AlF6, с суммарным содержанием 20,00%, помещают в тугоплавкую форму, размещают форму в центрифуге, воспламеняют смесь и проводят синтез в режиме горения при центробежном ускорении, равном 250g.

После завершения процесса горения продукт синтеза охлаждают и извлекают из реактора. Продукт горения представляет собой двухслойный слиток: верхний слой - оксидный раствор на основе корунда, нижний слой (целевой продукт) представляет собой жаропрочный сплав. Выход целевого продукта (жаропрочного сплава) составляет 58,4 вес.% от веса целевых компонентов в исходной смеси.

Жаропрочный сплав содержит в своем составе, (вес.%): никель - 52,00, алюминий - 22,40, хром - 4,00, кобальт - 16,00, титан - 1,4, молибден - 4,00, углерод - 0,1, бор - 0,05, цирконий - 0,05. Плотность полученного жаропрочного сплава составляет 6,4 г/см3.

Все примеры сведены в таблицу 1.

Таблица 1
№ Примера Состав реакционной смеси компонентов, мас.% Величина перегрузки, g
оксид Ni Al оксид Cr оксид Co оксид Ti оксид Mo C B Zr ФД
1 40,00 36,90 4,30 12,67 2,09 3,90 0,06 0,03 0,05 - 200
2 33,82 29,76 2,32 9,60 1,91 2,48 0,05 0,03 0,03 20 250
3 35,93 31,62 2,46 10,20 2,04 2,64 0,05 0,03 0,03 15 250
4 38,04 33,48 2,60 10,80 2,16 2,79 0,05 0,04 0,04 10 250
5 42,27 37,20 2,90 12,00 2,40 3,10 0,05 0,04 0,04 - 250
6 43,70 34,10 3,37 13,20 1,30 3,60 0,65 0,05 0,03 - 300

Состав и свойства целевого материала по примерам представлены в таблице 2.

Таблица 2
№ примера Состав ЖС, мас.% Выход в слиток, вес.% Плотность, г/см3
Ni Cr Co Ti Mo Al C B Zr
1 50,8 4,20 15,80 1,5 4,50 23,10 0,09 0,04 0,04 56,00 6,30
2 52,00 4,00 16,00 1,4 4,00 22,40 0,10 0,05 0,05 58,40 6,40
3 52,00 4,00 16,00 1,4 4,00 22,40 0,10 0,05 0,05 59,40 6,40
4 52,00 4,00 16,00 1,4 4,00 22,40 0,10 0,05 0,05 58,60 6,40
5 52,00 4,00 16,00 1,4 4,00 22,40 0,10 0,05 0,05 56,40 6,40
6 52,5 3,80 16,30 1,2 3,90 22,00 0,15 0,06 0,06 55,50 6,20

Таким образом, заявляемый способ получения жаропрочных сплавов позволяет получать жаропрочные сплавы на основе интерметаллида NiAl, обладающие малым удельным весом, которые используются в авиационной промышленности для изготовления наиболее нагруженных деталей машин и механизмов, например лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ), обладает высокой производительностью и малой энегоемкостью, экологически чист, т.к. в продуктах синтеза отсутствуют газообразные продукты, загрязняющие атмосферу, технологичен, т.к. графитовая форма используется многократно.

1. Способ получения жаропрочного сплава, включающий приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксиды кобальта, хрома и молибдена, алюминий и углерод, помещение реакционной смеси в тугоплавкую форму, размещение формы в центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при установившемся центробежном ускорении, отличающийся тем, что в реакционную смесь дополнительно вводят оксиды никеля и титана, бор и цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

оксид никеля 40,0-43,7
алюминий 34,1-37,2
оксид хрома 2,9-4,3
оксид кобальта 12,0-13,2
оксид титана 1,3-2,4
оксид молибдена 3,1-3,9
углерод 0,05-0,65
бор 0,03-0,05
цирконий 0,03-0,05,

а синтез проводят при центробежном ускорении 200-300g.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в смесь исходных компонентов дополнительно вводят функциональные добавки Al2O3, CaF2 и Na3AlF6 с суммарным содержанием до 20 мас.%.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, в частности к легированию алюминия и сплавов на его основе. В способе осуществляют введение в расплав легирующего компонента в составе порошковой смеси путем продувки смесью в струе транспортирующего газа.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении изделий, работающих в диапазоне температур до 350°С.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к созданию легких материалов с низким коэффициентом линейного расширения, и может быть использовано в качестве конструкционного материала при создании командных приборов систем управления летательных аппаратов с высокими эксплуатационными характеристиками.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению высокопористых керамических блоков. Может использоваться для изготовления носителя каталитических моноблоков для переработки углеводородного сырья.

Изобретение относится к литейному и металлургическому производству, в частности к получению псевдолигатуры для модифицирования алюминиевых сплавов. Способ включает смешивание в планетарной мельнице полученного по технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза ультрадисперсного порошка карбида титана, содержащего соли хлорида калия и натрия, с порошком основы, содержащим алюминий и медь, в соотношении 9:1, и прессование полученной композиции.
Изобретение относится к порошковой металлургии и предназначено для получения изделий из сверхтвердых материалов на основе карбида вольфрама. Может использоваться в машиностроении и металлообрабатывающей промышленности.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению объемно-пористых структур сплавов-накопителей водорода (СНВ), способных выдерживать многократные циклы гидрирования/дегидрирования без разрушения.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения пористого проницаемого каталитического методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может быть использовано для изготовления фильтрующих элементов.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может быть использовано для изготовления фильтрующих элементов.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству сплавов на основе алюминия с несмешивающимися компонентами. Способ получения контактным плавлением сплавов на основе алюминия с несмешивающимися компонентами включает приведение в контакт с алюминием двух или более несмешивающихся компонентов и пропускание через зону контакта импульсного тока с плотностью (1-4)×103 А/см2 и длительностью 0,01-1,00 с.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству термоэлектрических материалов (ТЭМ) n-типа проводимости на основе тройного твердого раствора Mg2Si1-xSnx.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению высокопористых керамических блоков. Может использоваться для изготовления носителя каталитических моноблоков для переработки углеводородного сырья.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения пористого проницаемого каталитического методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может быть использовано для изготовления фильтрующих элементов.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может быть использовано для изготовления фильтрующих элементов.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может быть использовано для изготовления фильтрующих элементов.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может быть использовано для изготовления фильтрующих элементов.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может быть использовано для изготовления фильтрующих элементов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения отливок сплавов на основе гамма алюминида титана, и может быть использовано при получении изделий ответственного назначения, работающих при температурах до 700°C, в частности лопаток газотурбинных двигателей.
Способ получения композиционного материала Аl-Аl2O3 относится к технологии композиционных материалов - керметов и может быть использовано для получения уплотнительных элементов, применяемых для плотного сопряжения деталей и конструкций высокотемпературных энергетических установок.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению пористых многослойных проницаемых материалов. Может использоваться в медицине для изготовления функционально-градиентных имплантатов.

Группа изобретений относится к порошковой металлургии и обработке промышленных и бытовых сточных вод. Способ получения катализатора для очистки сточных вод от фенола включает азотирование при давлении азота 1,0-12,0 МПа предварительно измельченного ферросплава до размера частиц менее 160 мкм в режиме самоподдерживающегося фильтрационного горения и доазотирование в режиме объемного горения при давлении азота 0,15-10,0 МПа в течение 0,5-1,0 ч. В качестве ферросплава используют ферросиликоалюминий. В измельченный ферросплав дополнительно вводят глинозем в количестве 5,0-30,0 мас.%. Полученный азотированный сплав размалывают. Выделяют фракцию гранул с размером 0,315-2,5 мм и получают катализатор на основе сиалона. Полученный катализатор погружают в сточную воду с одновременной подачей озоно-воздушной смеси со скоростью 0,5-1,5 л/мин в течение 5-10 минут с содержанием озона 0,01-0,02 г/л. Группа изобретений позволяет получить композицию с высокой каталитической активностью, сократить продолжительность очистки сточных вод при сохранении высокой степени очистки и ресурса катализатора. 3 н.п. ф-лы, 1 табл., 8 пр.
Наверх