Медно-никелевый сплав и изделие, выполненное из него

Авторы патента:

Каблов Евгений Николаевич (RU)

Евгенов Александр Геннадьевич (RU)

Рогалев Алексей Михайлович (RU)

Игнатов Виталий Андреевич (RU)

Неруш Святослав Васильевич (RU)

Калицев Виктор Ананьевич (RU)

C22C19/03 - никеля

Владельцы патента RU 2600787:

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

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления деталей и узлов, обладающих высоким уровнем износо- и коррозионной стойкости, антифрикционных свойств, применяемых в авиационной промышленности. Сплав на основе никеля содержит, в мас.%: медь 29,5-32,5; железо 1,6-2,9; кремний 4,7-5,1; марганец 0,5-1,8; молибден 0,1-0,3; вольфрам 0,8-1,2; титан 0,1-0,3; углерод 0,05-0,35; магний 0,03-0,30; диспрозий 0,035; кальций 0,02; церий 0,07; никель - остальное. Сплав характеризуется высокими значениями ударной вязкости, предела прочности и твердости. Повышается ресурс и надежность изделий, выполненных из сплава. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.

Уровень надежности топливной аппаратуры ГТД во многом определяется применением современных электронных систем управления, контроля и диагностики. Вместе с тем большое влияние на работоспособность этой системы оказывают материалы для деталей особо ответственного назначения, к которым относятся золотниковые пары. От их бесперебойной работы зависит надежность не только топливной аппаратуры, но и ГТД в целом. Повышение ресурса золотниковых деталей в настоящее время является одной из наиболее актуальных задач, особенно в связи с расширившимся применением топлив с высоким содержанием серы, т.к. ресурс агрегатов гидроавтоматики определяется ресурсом золотниковых деталей, применяемых в них. Традиционные пары, такие как бронза-сталь и сталь-сталь, не выдерживают жестких условий эксплуатации применения новых топлив из-за недостаточной прочности и износостойкости (для бронз) или из-за склонности к схватыванию при превышении определенных условий эксплуатации.

Дальнейшее повышение ресурсных характеристик золотниковых деталей возможно за счет разработки нового сплава, который бы сочетал в себе высокую коррозионную стойкость с более высокими прочностными характеристиками и твердостью, что позволит повысить износостойкость медно-никелевой композиции.

Известен сплав (CN 1405343, опубл. 26.03.2003 г. ) имеющий следующий химический состав в мас.%:

Медь	28,0-33,0
Железо	1,0-2,0
Кремний	0,1-1,0
Марганец	1,0-2,0
Титан	0,40-0,80
Алюминий	2,0-4,0
Углерод	0,05-0,30
Никель	остальное

Недостатками указанного сплава является низкая износостойкость, поскольку основной упрочняющей фазой является не силицидная, имеющая исключительно высокую микротвердость, а типичная для жаропрочных сплавов γ′-фаза типа Ni₃(Al, Ti), имеющая меньшую микротвердость. Изделия имеют склонность к схватыванию при превышении определенных условий эксплуатации. Из данного сплава изготавливаются рабочие валы топливных насосов, инструменты и приборы для нефтяных скважин, хирургические инструменты.

Из уровня техники (патент РФ №2278178, МПК С22С 19/03, опубл. 20.06.2006 г. ) известен сплав на основе никеля, который применятся в деталях узлов трения систем автоматического управления ГТД следующего состава в мас.%:

Медь	30,0-33,0
Кремний	2,5-3,2
Алюминий	2,5-3,2
Титан	0,5-0,1
Магний	0,03-0,30
Лантан	0,07-0,25
Скандий	0,01-0,03
Никель	остальное

Недостатком указанного сплава и изделий из него является его недостаточно высокие механические свойства.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип (патент РФ №2191843, МПК С22С 19/03, опубл. 19.01.2001 г. ), является сплав следующего состава, в мас.%:

Медь	30,0-32,0
Железо	1,5-2,8
Кремний	3,9-4,3
Марганец	0,5-1,5
Титан	0,05-0,25
Углерод	0,05-0,30
Магний	0,03-0,20
Ниобий	0,05-0,25
Никель	остальное

Недостатками этого сплава является низкий предел прочности σ_в=1200 МПа, а также невысокие значение твердости HRC 38-40 ед., что негативно сказывается в работе, поскольку в жестких условиях эксплуатации, а также вследствие недостаточной прочности и износостойкости сплав имеет склонность к схватыванию.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка состава нового деформируемого высокопрочного износо- и коррозионностойкого медно-никелевого сплава для деталей узлов трения систем автоматического управления и опытных технологий его получения.

Техническим результатом изобретения является разработка сплава на основе никеля и изделия, выполненного из него, обладающих по сравнению с прототипом более высокими механическими свойствами, такими как ударная вязкость, предел прочности и твердости.

Для достижения поставленного технического результата предлагается сплав на основе никеля, содержащий медь, железо, кремний, марганец, титан, магний, углерод, дополнительно содержащий молибден, вольфрам, диспрозий, кальций и церий при следующем соотношении компонентов в мас.%:

Медь	29,5-32,5
Железо	1,6-2,9
Кремний	4,7-5,1
Марганец	0,5-1,8
Молибден	0,1-0,3
Вольфрам	0,8-1,2
Титан	0,1-0,3
Углерод	0,05-0,35
Магний	0,03-0,30
Диспрозий	0,035
Кальций	0,02
Церий	0,07
Никель	остальное,

и изделие, выполненное из этого сплава.

Введение дополнительного компонента в сплав - вольфрама - в заявленном соотношении с другими компонентами позволяет повысить ударную вязкость, причем вольфрам также компенсирует снижение ударной вязкости с ростом содержания кремния до 5,1%.

Введение титана и молибдена в указанных количествах обусловлено необходимостью комплексного модифицирования структуры, которое способствует измельчению микрозерна за счет образования дополнительных плоскостей скольжения в процессе деформации и тем самым повышает твердость сплава. Для обеспечения низких значений уровня газовых примесей в качестве технологических добавок вводят щелочноземельные элементы магний и кальций в количестве 0,07 и 0,02% соответственно, а в качестве раскислителя - церия и диспрозия на 0,07 и 0,035%.

Введение углерода, помимо частичного раскисляющего действия, обеспечивает образование карбидов, способствующих повышению твердости сплава.

Примеры осуществления изобретения.

Сплав выплавляют в вакуумных индукционных печах с использованием как чистых шихтовых материалов, так и отходов собственного производства на стандартном оборудовании по принятой технологии. Разлив металла производится, в основном, в металлические формы (медные, чугунные изложницы). Затем слитки сплава подвергают деформации на прессе на прутки, поковки, шайбы. Полученные литые заготовки продеформируют с 045-90 на прутки 015-50 мм. Прутки подвергают термообработке, состоящей из закалки и старения.

Составы и свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа приведены в таблицах 1 и 2.

Из таблицы 2 видно, что заявленным изобретением обеспечивается прирост механических свойств предлагаемого сплава по сравнению со сплавом-прототипом: по пределу прочности на 10%, по твердости на 15-10%.

Использование предлагаемого сплава позволит повысить ресурс и надежность изделий авиационной техники.

1. Сплав на основе никеля, содержащий медь, железо, кремний, марганец, титан, магний и углерод, отличающийся тем, что он дополнительно содержит молибден, вольфрам, диспрозий, кальций и церий при следующем соотношении компонентов в мас. %

Медь	29,5-32,5
Железо	1,6-2,9
Кремний	4,7-5,1
Марганец	0,5-1,8
Молибден	0,1-0,3
Вольфрам	0,8-1,2
Титан	0,1-0,3
Углерод	0,05-0,35
Магний	0,03-0,30
Диспрозий	0,035
Кальций	0,02
Церий	0,07
Никель	остальное

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

Изобретение относится к изготовлению сплавов на основе никелида титана, применяемых для медицинских имплантатов. Способ изготовления литых изделий включает переплав металлического полуфабриката индукционной центробежной плавкой в карборундовом тигле.

Способ получения нанокомпозита с двойным эффектом памяти формы на основе монокристаллов ферромагнитного сплава ni49fe18ga27co6 // 2583560

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термомеханической обработке монокристаллов ферромагнитных сплавов Ni-Fe-Ga-Co. Способ получения нанокомпозита с двойным эффектом памяти формы на основе монокристаллов ферромагнитного сплава Ni49Fe18Ga27Co6 включает отжиг монокристалла в атмосфере инертного газа с последующей закалкой в воду и старение под нагрузкой при 673 K в вакууме.

Металлические волокна из жаростойкого сплава (варианты) и изделие, выполненное из металлических волокон // 2573542

Группа изобретений относится к металлическим волокнам жаростойкого сплава, которые могут быть использованы для получения истираемых уплотнений проточной части турбины авиационного газотурбинного двигателя.

Способ получения суперсплавов на основе никеля, легированных редкоземельными металлами // 2572117

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на основе никеля, легированных редкоземельными металлами. Способ получения сплава на основе никеля включает загрузку в плавильный тигель шихты в виде металлических отходов или смеси металлических отходов и легирующих металлов, введение в шихту рафинирующей добавки, расплавление шихты и разливку полученного расплава через фильтр.

Высокопрочный инварный сплав // 2568541

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным инварным сплавам. Заявлен высокопрочный инварный сплав, содержащий, мас.%: никель от 25,0 до менее 38,0, кобальт 0,5÷20,0, углерод 0,05÷1,2, титан 0,05÷4,0, молибден 0,02÷6,0, ванадий 0,01÷4,0, ниобий 0,02÷5,0, вольфрам 0,02÷5,0, цирконий 0,01÷2,0, железо - остальное.

Способ производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на основе никеля // 2563403

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на основе никеля, и может быть использовано при выплавке сплавов для литья лопаток газотурбинных двигателей.

Способ получения никелевой полосы // 2561629

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения никелевой полосы из нескольких, по меньшей мере, по существу цельных катодных листов. Способ получения никелевой полосы из катодных листов характеризуется тем, что полосу получают горячей прокаткой по отдельности листов, которые соединяют в полосу, или горячей прокаткой полосы после соединения отдельных листов.

Способ получения лигатуры никель-редкоземельный металл // 2556176

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению лигатуры никель-редкоземельный металл. В способе расплавляют никель, выдерживают полученный расплав и смешивают его с редкоземельным металлом, производят индукционное перемешивание расплава, его разливку и охлаждение, при этом расплавляют никель в вакууме в инертном тигле индукционной печи, полученный расплав нагревают до температуры 1500-1700°C и выдерживают до его дегазации в плавильной камере под вакуумом, после чего снижают температуру расплава никеля до 1400-1550°C и в вакууме или атмосфере инертного газа порционно добавляют в него редкоземельный металл.

Способ получения наноструктурированных покрытий с эффектом памяти формы на стали // 2535432

Изобретение относится к области металлургии, а именно нанесению покрытий с эффектом памяти формы. Способ получения наноструктурированных покрытий с эффектом памяти формы на стальной поверхности включает нанесение порошка с эффектом памяти формы на основе Ni на стальную поверхность, закалку с нагревом до 1000°C и последующим охлаждением в жидком азоте, пластическую деформацию полученного покрытия в три этапа при нагреве.

Способ изготовления детали из суперсплава на основе никеля и деталь, полученная указанным способом // 2531217

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению жаропрочных сплавов на основе никеля, обладающих высоким сопротивлением ползучести и растяжению.

Элинварный сплав с высоким модулем упругости и изделие, выполненное из него // 2605732

Изобретение относится к области металлургии, а именно к элинварным сплавам, и может быть использовано при изготовлении деталей упругочувствительных элементов точного приборостроения, силовых пружин и конструкционных деталей специального назначения. Дисперсионно-твердеющий сплав с малым температурным коэффициентом модуля нормальной упругости с высоким модулем упругости содержит, мас. %: кобальт 40-45; никель 14-17; ниобий 4,5-6,5; рений 1,5-2,5; молибден 0,1-2,0; цирконий 0,5-2,5; алюминий 0,1-1,5; титан 1,5-3,5; медь 0,1-1,5; бор 0,001-0,03; неодим 0,001-0,05; церий 0,01-0,1; лантан 0,01-0,1; железо - остальное. Сплав характеризуется высокими характеристиками предела прочности, модуля упругости. 2 н.п. ф-лы, 3 табл., 5 пр.

Сплав на основе никеля // 2610102

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, и может быть использовано в машиностроении, нефтяной, текстильной и других отраслях промышленности. Сплав на основе никеля содержит, мас.%: алюминий 1,0-2,5; углерод 0,3-0,5; азот 0,0012-0,0018; церий 0,1-0,2; бор 0,1-0,25; никель - остальное. Сплав характеризуется высокой прочностью. 1 табл.

Композиционный материал на основе нитинола // 2613835

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к композиционным материалам на основе нитинола, и предназначено для изготовления деталей микромашин и механизмов, медицинских инструментов. Композиционный материал на основе нитинола содержит, ат. %: Cu - 5-10, Zr - 5-10, Ti - 36-44, Ni - 36-44 и по меньшей мере легирующий один элемент, выбранный из кобальта не меньше 5, иттрия не меньше 2, ниобия не меньше 5 и бора не меньше 1, остальное. Материал имеет двухфазную структуру, состоящую из кристаллической матричной фазы нитинола и аморфной фазы, расположенной по границам зерен матричной фазы. Получают материал диаметром до 5 мм с высокой прочностью и пластичностью, проявляющий эффект суперэластичности. 12 ил., 4 пр.

Электрохимический способ получения наноразмерных порошков интерметаллидов гольмия и никеля в галогенидных расплавах // 2621508

Изобретение относится к электрохимическому получению наноразмерных порошков интерметаллидов гольмия и никеля, которые могут быть использованы в качестве катализаторов в химической и нефтехимической промышленности, в водородной энергетике для обратимого сорбирования водорода, а также для создания магнитных материалов. Проводят электролиз расплавленной смеси, содержащей хлорид калия, хлорид натрия, хлорид гольмия (III) и хлорид никеля (II), в кварцевой ячейке на вольфрамовом электроде при температуре 973 К и плотности тока 0,5÷1,9 A/см2. Обеспечивается снижение температуры проведения электролиза и получение наноразмерных порошков интерметаллидов гольмия и никеля. 6 ил., 3 табл., 5 пр.

Feni - связующий агент с универсальными возможностями использования // 2623545

Группа изобретений относится к спеченному композитному материалу и получению из него инструментов, а именно формующих или измельчающих. Способ получения спеченного композитного материала включает спекание состава, содержащего по меньшей мере один твердый носитель, выбранный из группы, состоящей из карбидов, нитридов, боридов и карбонитридов, и связующий сплав, включающий от 66 до 93 мас.% никеля, от 7 до 34 мас.% железа, от 0 до 9 мас.% кобальта и до 30 мас.% одного или нескольких элементов, выбранных из группы, состоящей из W, Mo, Cr, V, Та, Nb, Ti, Zr, Hf, Re, Ru, Al, Mn, B, N и С. Причем массовые доли связующего сплава в сумме составляют 100 мас.%, а массовое соотношение железа к никелю в связующем сплаве составляет 1:3-1:10. Обеспечивается повышение твердости. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл., 5 пр.

Термомеханическая обработка никель-титановых сплавов // 2627092

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу изготовления никель-титановых прокатных изделий, и может быть использовано для изготовления исполнительно-приводных механизмов, имплантируемых стентов и других медицинских устройств. Способ изготовления никель-титанового прокатного изделия включает горячую ковку слитка при температуре большей или равной 500°С с получением биллета, горячую прутковую прокатку биллета при температуре большей или равной 500°С с получением заготовки, холодную вытяжку заготовки при температуре меньше 500°С с получением прутка и горячее изостатическое прессование (ГИП) в течение по меньшей мере 0,25 часа в печи для ГИП, работающей при температуре в диапазоне от 700°С до 1000°С и давлении в диапазоне от 3000 фунтов на кв. дюйм (20,7 МПа) до 50000 фунтов на кв. дюйм (344,7 МПа). Уменьшается плотность неметаллических включений на единицу площади, что обеспечивает высокое качество поверхности, а также высокую усталостную долговечность изделия. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 8 ил., 10 табл., 5 пр.

Способ получения порошков из жаропрочных никелевых сплавов // 2627137

Изобретение относится к получению порошков жаропрочных никелевых сплавов. Способ включает плавление торца вращающейся цилиндрической литой заготовки потоком плазмы с обеспечением центробежного распыления расплава и образованием частиц затвердевающих в микрослитки при полете в атмосфере холодной плазмообразующей смеси газов, содержащей инертные газы и водород. В плазмообразующую смесь газов дополнительно вводят азот и поддерживают его концентрацию в смеси на уровне, обеспечивающем путем ионизации газов в потоке плазмы и взаимодействия ионов с расплавом насыщение расплава азотом до уровня, превышающего предельную растворимость его в твердом растворе, характерную для жаропрочных сплавов на никелевой основе. Охлаждают микрослитки в холодной плазмообразующей смеси газов со скоростью не менее 103 °C/с. Обеспечивается повышение прочностных характеристик жаропрочных никелевых сплавов. 1 табл., 1 ил.

Сварочная проволока для сплава fe-36ni // 2629122

Изобретение относится к области сварки, а именно к сварочной проволоке, предназначенной для использования при сварке вместе частей деталей, состоящих из сплава Fe-36Ni. Сварочная проволока состоит из сплава, содержащего, в мас.%: 38,6≤Ni+Co≤45,0, следы≤Со≤0,50, 2,25≤Ti+Nb≤0,8667×(Ni+Co)-31,20 при 38,6≤Ni+Co≤40,33 или 2,25≤Ti+Nb≤3,75 при 40,33<Ni+Co≤41,4 или 0,4167×(Ni+Co)-15,0≤Ti+Nb≤3,75 при 41,4<Ni+Co≤45,0, следы≤Nb≤0,50, 0,01≤Mn≤0,30, 0,01≤Si≤0,25, следы≤C≤0,05, следы≤Cr≤0,50, остальное - железо и неизбежные примеси, возникающие при производстве. Достигается повышение механических характеристик сварных соединений. 10 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.

Способ получения заготовок сплавов на основе интерметаллида tini // 2630740

Изобретение относится к получению заготовок из сплавов на основе интерметаллида TiNi. Способ включает приготовление порошковой смеси из TiO2, Ni и/или оксида никеля и гидрида кальция, термическую обработку полученной смеси при температуре 1100-1300°С в течение не менее 6 часов с обеспечением гидридно-кальциевого синтеза порошка сплавов на основе интерметаллида TiNi. Полученный порошок сплава обрабатывают водой, а затем раствором соляной кислоты, после чего отмытый порошок сушат и классифицируют. Полученный порошок консолидируют путем прессования с формированием прессовки требуемой формы, которую спекают в вакууме при остаточном давлении не выше 104 мм рт.ст. при температуре не менее 0,95 от температуры плавления сплава в течение не менее 2 часов с формированием остаточной пористости не более 5%. Обеспечивается получение заготовок с эффектом памяти формы, минимальной пористостью, контролируемым фазовым и химическим составами, а также обеспечивается повторяемость в получаемых сплавах температур прямого и обратного мартенситных превращений. 1 з.п. ф-лы, 4 пр., 12 табл.

Модификатор для жаропрочных никелевых сплавов // 2631545

Изобретение относится к области металлургии, а именно к модифицированию жаропрочных сплавов на основе никеля порошками тугоплавких соединений. Модификатор содержит, мас.%: ультрадисперсный порошок карбонитрида титана 1-5, порошки титана 18-22, хрома 2-4, молибдена 8-10, магния 10-15, вольфрама 8-10, ниобия 8-10, алюминия 10-15, никеля 8-10, марганца 2-5 и железа 5-10. Размер частиц ультрадисперсного порошка карбонитрида титана составляет 0,01-0,10 мкм, размер частиц порошка титана составляет 0,01-0,50 мкм, размер частиц порошков хрома, молибдена, вольфрама, ниобия, алюминия и магния составляет 10-60 мкм, а размер частиц порошков никеля и марганца не превышает 30-40 мкм. Использование модификатора обеспечивает получение сплава с мелкозернистой равномерной структурой и стабильными высокими физико-механическими свойствами. 1 табл.