Сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него



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

 


Владельцы патента RU 2588949:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным жаропрочным сплавам на основе интерметаллида Ni3Al, предназначенным для изготовления методом направленной кристаллизации и монокристаллического литья деталей горячего тракта газотурбинных двигателей авиационной промышленности. Сплав на основе интерметаллида Ni3Al содержит, мас. %: алюминий 8,2-8,7; хром 2,5-6,0; молибден 2,8-4,2; вольфрам 2,8-4,5; титан 0,01-1,2; тантал 0,5-5,5; рений 0,01-1,4; кобальт 0,01-5,5; углерод 0,015-0,08; лантан 0,015-0,4; гафний 0,01-0,6; цирконий 0,01-0,08; иттрий 0,015-0,15; эрбий, неодим и празеодим при их суммарном содержании 0,1-0,3; никель - остальное. Повышается надежность изделий, увеличивается ресурс их работы за счет повышения жаропрочности, кратковременной прочности ( σ в 20 ) и предела текучести ( σ 0,2 20 ) при комнатной температуре для КГО [001] сплава. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 8 пр.

 

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 горячего тракта газотурбинных двигателей авиационной промышленности.

Известен сплав (патент US 6106640, МПК С22С 19/05, С22С 019/05; опубл. 22.08.2000) на основе интерметаллида Ni3Al со следующим химическим составом, атомн. %:

Алюминий 10,0-15,5
Хром 4,0-8,0
Молибден 3,5-5,5
Цирконий 0,04-0,2
Бор 0,04-1,5
Никель остальное

Сплав обладает недостаточной прочностью при растяжении при повышенных температурах. При температуре 1200°C предел прочности составляет 130 МПа, предел ползучести - 127 МПа. Вследствие невысоких прочностных характеристик номенклатура изделий из этого сплава ограничена.

Известен сплав (патент РФ 2198233, МПК С22С 19/05, опубл. 10.02.2003 г.) на основе интерметаллида Ni3Al, следующего химического состава, масс. %:

Алюминий 7,8-9,0
Хром 5,0-6,5
Молибден 3,0-4,0
Вольфрам 2,7-4,0
Титан 0,8-1,2
Углерод 0,001-0,005
Олово 0,03-0,05
Цирконий 0,05-0,5
Никель остальное

а также изделие, выполненное из этого сплава. Сплав обладает недостаточной жаропрочностью при температуре 1200 с на базе испытания 100 часов для кристаллографической ориентации (КТО) [001], что существенно сужает область применения изделий из этого сплава.

Известен сплав (патент РФ 2256716, МПК С22С 19/05, опубл. 20.07.2005 г.) на основе интерметаллида Ni3Al, следующего химического состава, масс. %:

Алюминий 7,7-8,7
Хром 5,0-6,0
Молибден 4,5-5,5
Вольфрам 2,5-3,5
Титан 0,3-0,8
Рений 1,2-1,8
Кобальт 4,0-6,0
Углерод 0,001-0,02
Лантан 0,002-0,2
Цирконий 0,05-0,5
Никель остальное

а также изделие, выполненное из этого сплава.

Сплав обладает недостаточной кратковременной прочностью и пределом текучести при комнатной температуре, низким уровнем жаростойкости при температурах выше 1100°C, что существенно сужает область применения изделий из этого сплава.

Известен сплав (патент РФ 2484167, МПК С22С 19/05, опубл. 10.06.2013 г.) на основе интерметаллида Ni3Al, следующего химического состава, масс. %:

Алюминий 8,0-8,8
Хром 3,0-4,0
Молибден 4,0-5,0
Вольфрам 2,0-3,0
Углерод 0,002-0,05
Кобальт 4,0-6,0
Рений 0,15-0,65
Лантан 0,005-0,25
Тантал 5,6-6,4
Церий 0,001-0,02
Никель остальное

а также изделие, выполненное из этого сплава.

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

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип (патент РФ 2434068, МПК С22С 19/05, опубл. 20.11.2011 г.), является сплав на основе интерметаллида Ni3Al, имеющий химический состав, масс. %:

Алюминий 8,2-8,7
Хром 2,5-6,0
Молибден 2,8-4,2
Вольфрам 2,8-4,5
Титан 0,01-1,2
Тантал 0,5-5,5
Рений 0,01-1,4
Кобальт 0,01-5,5
Углерод 0,015-0,08
Лантан 0,015-0,4
Гафний 0,01-0,6
Цирконий 0,01-0,08
Иттрий 0,015-0,15
Никель остальное

а также изделие, выполненное из этого сплава.

Значения кратковременной прочности ( σ в 20 ) и предела текучести ( σ 0,2 20 ) при комнатной температуре для КГО [001] составляют 950 МПа и 700 МПа соответственно, что является недостаточным уровнем для обеспечения требуемой надежности и ресурса работы деталей ГТД.

Технической задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения являются повышение жаропрочности при температуре 1200°C на базе 100 часов, кратковременной прочности и предела текучести при комнатной температуре для КГО [001] сплава на основе интерметаллида Ni3Al и изделия, выполненного из этого сплава.

Для достижения поставленного технического результата предлагается сплав на основе интерметаллида Ni3Al, содержащий алюминий, хром, молибден, вольфрам, титан, тантал, рений, кобальт, углерод, лантан, гафний, цирконий, иттрий, никель, который дополнительно содержит неодим, эрбий, празеодим при следующем соотношении компонентов, масс. %:

Алюминий 8,2-8,7
Хром 2,5-6,0
Молибден 2,8-4,2
Вольфрам 2,8-4,5
Титан 0,01-1,2
Тантал 0,5-5,5
Рений 0,01-1,4
Кобальт 0,01-5,5
Углерод 0,015-0,08
Лантан 0,015-0,4
Гафний 0,01-0,6
Цирконий 0,01-0,08
Иттрий 0,015-0,15
Суммарное содержание
Эрбия, Неодима и Празеодима 0,1-0,3
Никель остальное

и изделие, выполненное из этого сплава.

Было установлено, что при введении в предлагаемый сплав на основе интерметаллида Ni3Al, редкоземельных металлов неодима, празеодима и эрбия в заявленном соотношении, наблюдается связывание кислорода в соединения (Nd,Pr,Er)2О3, затруднение скольжения дислокаций, за счет образования атмосфер Котрелла, упрочнение γ-твердого раствора сплава и образование мелкодисперсных интерметаллидных фаз типа Er2Al3, (Nd,Pr,Er)Al, ErRe2, (Nd,Pr,Er)Ni5, (Nd,Pr,Er)ZrAl2, что приводит к снижению ликвационной неоднородности, повышению жаропрочности при температуре 1200°C на базе 100 часов, повышению кратковременной прочности и предела текучести при комнатной температуре для КГО [001], а также к повышению жаростойкости сплава при температуре 1200°C.

Использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni3Al и изделий, выполненных из этого сплава, приводит к повышению надежности изделий, таких как рабочие и сопловые лопатки, и увеличивает ресурс их работы за счет повышения жаропрочности, кратковременной прочности ( σ в 20 ) и предела текучести ( σ 0,2 20 ) при комнатной температуре для КГО [001] сплава.

Примеры осуществления изобретения

Шихтовую заготовку из предлагаемого сплава различных составов и сплава-прототипа выплавляли из чистых шихтовых материалов в вакуумной индукционной печи с тиглем из основной футеровки. После разливки сплавов в стальные трубы диаметром 90 мм отбирали стружку 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.

Затем выплавленные сплавы переплавляли в вакуумной установке для высокоградиентной направленной кристаллизации и получали заготовки с монокристаллической структурой, главная ось симметрии которых совпадала с кристаллографическим направлением роста [001], в виде отливок (диаметр 16 мм, длина 185 мм). Из полученных монокристаллических отливок изготавливали образцы для механических испытаний на растяжение и длительную прочность, а также образцы для испытаний на жаростойкость.

Механические свойства предлагаемого сплава с различным соотношением компонентов и сплава-прототипа определяли на стандартных образцах с КГО [001] при соотношении l/d=5 по ГОСТ 1497, ГОСТ 9651, ГОСТ 10145. Критерием являются средние значения из 10 образцов на точку с доверительной вероятностью 0,8.

Испытания на жаростойкость предлагаемого сплава с различным соотношением компонентов и сплава-прототипа проводили в соответствии с ГОСТ 6130.

Механические свойства и коррозионная стойкость предлагаемого сплава с различным соотношением компонентов и сплава-прототипа, полученных по одной и той же технологической схеме, приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что свойства предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni3Al выше, чем свойства сплава-прототипа: время до разрушения при температуре 1200°C при напряжении σ 1200 = 45  МПа ( τ р 1200 ) - на 30-55%, предел прочности ( σ в 20 ) - на 2-5%, предел прочности ( σ в 1200 ) - на 3-6%, жаростойкость по привесу за 100 часов при температуре 1200°C - на 75-90%.

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

Алюминий 8,2-8,7
Хром 2,5-6,0
Молибден 2,8-4,2
Вольфрам 2,8-4,5
Титан 0,01-1,2
Тантал 0,5-5,5
Рений 0,01-1,4
Кобальт 0,01-5,5
Углерод 0,015-0,08
Лантан 0,015-0,4
Гафний 0,01-0,6
Цирконий 0,01-0,08
Иттрий 0,015-0,15
Эрбий, неодим и празеодим при их суммарном содержании 0,1-0,3
Никель остальное

2. Изделие, выполненное из сплава на основе интерметаллида Ni3Al, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейным коррозионностойким жаропрочным сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления литьем изделий с равноосной структурой, работающих в агрессивных средах при температурах 600-800°C, например интегральных колес и лопаток турбокомпрессоров турбонаддува дизелей, а также рабочих лопаток горячего тракта.

Изобретение относится к оправке прошивного стана. Прошивная оправка содержит корпус оправки, Ni-Cr-слой, сформированный на поверхности корпуса оправки, и напыленное покрытие, сформированное на поверхности Ni-Cr-слоя.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам, и может быть использовано для изготовления коллекторов и реакционных труб нефтегазоперерабатывающих установок с рабочими режимами при температуре от плюс 1000°С до плюс 1200°С и давлении до 46 атмосфер.

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейным коррозионно-стойким жаропрочным сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления литьем деталей горячего тракта газотурбинных установок, работающих в агрессивных средах природного газа при температурах 600-900°C.

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейным коррозионно-стойким жаропрочным сплавам на основе никеля с хромом и кобальтом, и может быть использовано для изготовления литьем деталей горячего тракта газотурбинных установок, работающих в агрессивных средах при температурах 700-1000°С.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам, и может быть использовано при изготовлении труб, листа, поковок и др. металлопроката для теплообменного и др.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным сплавам, и может быть использовано для изготовления реакционных труб установок производства водорода, метанола, аммиака и др.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к низкоуглеродистым хромоникелевым сплавам, и может быть использовано в химической и нефтеперерабатывающей промышленности в процессах, содержащих хлориды, при работе в горячих неочищенных минеральных и органических кислотах, растворах, а также в морской воде, а также для сосудов и аппаратов, работающих при высоком давлении в диапазоне температур от минус 196°С до плюс 450°С.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к низкоуглеродистым хромоникелевым сплавам аустенитного класса, и может быть использовано для изготовления коллекторов и реакционных труб нефтегазоперерабатывающих установок с рабочими режимами при температуре 700÷980°С и давлении до 50 атм.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам, используемым при изготовлении труб, листов, поковок и др. металлопроката для теплообменного оборудования, работающего в коррозионных средах, а также для сосудов и аппаратов, работающих при высоком давлении в диапазоне температур от минус 196°С до плюс 450°С.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным никелевым сплавам для получения изделий, производимых методом металлургии гранул и предназначенных для работы при высоких нагрузках и температурах, например в газотурбинных двигателях. Сплав содержит, мас. %: углерод - 0,03-0,08, хром - 9,0-11,0, кобальт - 14,0-16,0, вольфрам - 5,5-6,5, молибден - 3,2-3,8, титан - 3,8-4,2, алюминий - 3,4-4,2, ниобий - 1,5-2,2, гафний - 0,2-0,4, бор - 0,005-0,055, цирконий - 0,001-0,055, магний - 0,01-0,06, церий - 0,001-0,055, никель - остальное. Сплав имеет размер зерна 35-40 мкм, а также характеризуется высокими характеристиками длительной и кратковременной прочности во всем диапазоне рабочих температур, пластичности при горячей и холодной обработке. Повышается надежность срока службы изделий из заявленного сплава. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам для защитных покрытий для защиты конструктивного элемента от коррозии и/или окисления. Сплав на основе никеля для защиты конструктивного элемента газовой турбины от коррозии и/или окисления при высоких температурах содержит, в вес.%: от более 22 до менее 24 кобальта (Со), от 14 до менее 16 хрома (Cr), 10,5-11,5 алюминия (Al), 0,2-0,4, по меньшей мере одного элемента из группы, включающей в себя скандий (Sc) и редкоземельные элементы, в частности иттрий (Y), при необходимости от 0,3 до 0,9 тантала (Та), никель (Ni) - остальное. Конструктивный элемент (120, 130, 155) газовой турбины (100) содержит субстрат (4), выполненный из сплава на основе никеля или на основе кобальта, и защитное покрытие (7) упомянутого состава. При необходимости, на защитное покрытие (7) может быть нанесено керамическое термобарьерное покрытие (10). Сплав и защитный слой обладают высокотемпературной устойчивостью к коррозии и окислению. 3 н. и 9 з.п.ф-лы, 5 ил.
Наверх