Жаропрочный свариваемый сплав на основе кобальта и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии жаропрочных свариваемых деформируемых сплавов и изделий, выполненных из этих сплавов, и может быть использовано для изготовления элементов камеры сгорания, сопла и других узлов газотурбинных двигателей и установок, работающих до температуры 1250°C. Жаропрочный свариваемый сплав на основе кобальта содержит, мас. %: хром 20,0-28,0; вольфрам 0,1-10,4; молибден 0,1-12,0; титан 1,0-4,0; углерод 0,02-0,25; тантал 1,0-4,0 или ниобий 0,3-2,0; гафний или цирконий 0,1-2,0; магний 0,002-0,3; лантан 0,002-0,1; бор 0,003-0,05; никель 20-40; кремний 0,001-0,2; кобальт - остальное. Сплав характеризуется повышенными значениями кратковременной прочности при комнатной температуре и жаростойкости сплава. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии жаропрочных свариваемых деформируемых сплавов и изделий, выполненных из этих сплавов, и может быть использовано для изготовления элементов камеры сгорания, сопла и других узлов газотурбинных двигателей и установок, работающих до температуры 1250°C.

Сплав представляет собой многокомпонентную систему на основе кобальта, упрочняемую частицами нитридов (Me)N и карбидов.

Основными требованиями, предъявляемыми к этому классу материалов, являются: высокие рабочая температура и технологичность, удовлетворительные значения жаростойкости.

Из уровня техники (Патент США №8075839, опубл. 13.12.2011 г. ) известен высокожаропрочный свариваемый сплав на основе Co-Cr-Fe-Ni следующего химического состава, мас. %:

Cr 23,0-30,0
Fe 15,0-25,0
Ni 0-27,3
Ti 0,75-1,7
Nb или Zr 0,85-1,9
C 0-0,2
Mn 0-1,0
Si 0-1,0
B 0-0,015
Al 0-0,5
W 0-1,0
Mo 0-1,0
Co остальное

Недостатками этого сплава являются невысокая кратковременная прочность при комнатной температуре (896 МПа) и ограничение (до 1204°C) рабочей температуры.

Известен (см. Патент США №3418111, опубл. 24.12.1968 г. ) высокотемпературный свариваемый сплав на основе кобальта для элементов камеры сгорания следующего химического состава, мас. %:

Cr 21,0-23,0
Fe ≤3,0
Ni 20,0-24,0
C 0,01-0,15
La 0,03-0,12
Si 02-0,5
В 0,015
Mn 0-0,5
W ≤1,25
Co остальное

Недостатками этого сплава также являются невысокая кратковременная прочность при комнатной температуре (900 МПа) и рабочая температура (до 1100°C).

Известен (см. Авторское свидетельство №1072501, опубл. 30.10.1990 г. ) деформируемый свариваемый сплав следующего химического состава, мас. %:

Со 25,0-32,0
Cr 20,0-25,0
W 10,0-16,0
Al 0,2-0,7
С 0,02-0,1
Элемент, выбранный из группы Nd, La 0,01-0,1
Ni остальное

Недостатками этого сплава являются невысокая кратковременная прочность при комнатной температуре (900 МПа) и рабочая температура (до 1050°C).

Известен высокожаропрочный деформируемый свариваемый сплав на основе никеля (см. Патент РФ №2164959, опубл. 10.04.2001 г. ) следующего химического состава, мас. %:

Cr 20,0-30,0
W 5,0-16,0
Mo 0,5-5,0
Ti 2,0-4,0
С 0,01-0,07
La 0,02-0,08
Co 10,0-20,0
Mg 0,02-0,1
N 0,5-2,0
Ni остальное

Недостатками этого сплава также являются низкий уровень кратковременной прочности при комнатной температуре (620 МПа) и ограничение (до 1200°C) рабочей температуры.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип (см. Патент РФ №2283361, опубл. 10.09.2006 г. ), является высокожаропрочный деформируемый свариваемый сплав с нитридным упрочнением, имеющий состав, мас. %:

Cr 24,0-34,0
W 7,0-14,0
Mo 0,5-5,0
Ti 1,3-3,5
C 0,01-0,06
La 0,003-0,10
Ni 20,0-35,0
Mg 0,003-0,08
В 0,0003-0,008
N 0,3-3,0
Ce 0,0003-0,06
Co остальное

Недостатками этого сплава являются невысокие кратковременная прочность (850 МПа при нормальной температуре) и жаростойкость (3,13 г/м2 ч при 1200°C).

Технической задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение кратковременной прочности при комнатной температуре и жаростойкости сплава.

Для достижения поставленного технического результата предлагается жаропрочный свариваемый сплав на основе кобальта, содержащий хром, никель, вольфрам, молибден, углерод, титан, магний, лантан, бор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тантал или ниобий, а также гафний или цирконий и дополнительно кремний при следующем соотношении компонентов (мас. %):

Хром 20,0-28,0
Вольфрам 0,1-10,4
Молибден 0,1-12,0
Титан 1,0-4,0
Углерод 0,02-0,25
Тантал 1,0-4,0
Ниобий 0,3-2,0
Гафний 0,1-2,0
Цирконий 0,1-2,0
Магний 0,002-0,3
Лантан 0,002-0,1
Бор 0,003-0,05
Никель 20-40
Кремний 0,001-0,2
Кобальт остальное

Предпочтительно суммарное содержание титана, тантала и гафния составляет 2,1-7,0 масс. %.

Предпочтительно суммарное содержание титана и ниобия составляет 3,0-6,0 мас. %.

Предпочтительно сплав дополнительно содержит 0,1-0,5 мас. % алюминия.

Предлагается также изделие из жаропрочного свариваемого сплава на основе кобальта, выполненное из предлагаемого сплава.

Добавки вольфрама, молибдена и хрома упрочняют твердый раствор и снижают скорость диффузии компонентов сплава, особенно при повышенных температурах, что оказывает заметное влияние на эффективность упрочнения. Также повышенное содержание хрома повышает скорость диффузии азота вглубь сплава, тем самым уменьшая время, необходимое для получения сквозного азотирования.

Добавки тантала или ниобия, титана и гафния или циркония ведут к образованию более стойких карбидов и нитридов, что повышает прочность, а также способствует повышению длительной прочности и жаростойкости сплава.

Магний и лантан добавляются в процессе выплавки для очищения расплава от оксидов и снижения количества вредных примесей, что положительно влияет на механические свойства.

Добавление алюминия приводит к повышению жаростойкости благодаря образованию оксидов алюминия на поверхности сплава и препятствует дальнейшему окислению.

Изначально азот в сплаве присутствует в качестве примеси, так как добавление его при выплавке приведет к трудностям при деформации, к появлению трещин при прокатке.

Введение кремния в сплав предлагаемого состава повышает одновременно прочность и жаростойкость. Это происходит из-за образования стабильных первичных и вторичных карбидов, связывания легкоплавких примесей по границам зерен, формирования оксидной пленки с большей защитной способностью на поверхности детали.

Кобальт и никель не образуют термодинамически стабильные нитриды, в связи с чем скорость диффузии азота в сплаве увеличивается в процессе химико-термической обработки.

При заявленном содержании и соотношениях компонентов в предлагаемом сплаве на основе кобальта достигается наибольший эффект повышения кратковременной прочности сплава при нормальной температуре и жаростойкости при температуре 1200°C.

Примеры осуществления:

В вакуумно-индукционной печи были выплавлены предлагаемый сплав различных составов и сплав - прототип. Химические составы приведены в таблице 1.

Заливка слитков проводилась в конусные металлические изложницы весом 25 кг. Далее следовали деформация на сутунку, горячая и холодная прокатка на листовой прокат толщиной 1,2 мм.

С целью снятия остаточных напряжений и повышения стабильности свойств была проведена термическая обработка холоднокатаных листов по следующему режиму: отжиг при температуре 1120-1160°C в течение 20-40 мин, охлаждение на воздухе.

Полученные листы разрезали на заготовки, которые в печи азотирования подвергали химико-термической обработке. После этого из них были изготовлены образцы для испытания механических свойств. Результаты приведены в таблице 2.

Как видно из данных таблицы 2, предлагаемый сплав превосходит сплав-прототип по значению кратковременной прочности при нормальной температуре на 29%, а по жаростойкости в 1,5 раза.

Использование предлагаемого жаропрочного свариваемого сплава на основе кобальта повышает надежность изделий и увеличивает ресурс их работы.

1. Жаропрочный свариваемый сплав на основе кобальта, содержащий хром, никель, вольфрам, молибден, углерод, титан, магний, лантан, бор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кремний, тантал или ниобий, гафний или цирконий, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

хром 20,0-28,0
вольфрам 0,1-10,4
молибден 0,1-12,0
титан 1,0-4,0
углерод 0,02-0,25
тантал 1,0-4,0
или ниобий 0,3-2,0
гафний или цирконий 0,1-2,0
магний 0,002-0,3
лантан 0,002-0,1
бор 0,003-0,05
никель 20-40
кремний 0,001-0,2
кобальт остальное

2. Жаропрочный свариваемый сплав по п. 1, отличающийся тем, что суммарное содержание титана, тантала и гафния составляет 2,1-7,0 мас. %.

3. Жаропрочный свариваемый сплав по п. 1, отличающийся тем, что суммарное содержание титана и ниобия составляет 3,0-6,0 мас. %.

4. Жаропрочный свариваемый сплав по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит 0,1-0,5 мас. % алюминия.

5. Изделие из жаропрочного свариваемого сплава на основе кобальта, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по одному из пп. 1-4.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению высокоточных изделий. Заготовка для инструмента изготовлена из дисперсионно-упрочненного сплава Fe-Co-Mo/W-N, содержащего, мас.%: кобальт 15,0 до 30,0, молибден до 20,0, вольфрам до 25,0, при этом (Мо+W/2) 10,0 до 22,0, азот 0,005 до 0,12, железо и примеси - остальное.

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.

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 составам жаропрочных сплавов, используемых для изготовления коллекторов и реакционных труб нефтегазоперерабатывающих установок с рабочими режимами при температуре 800-1080°С при давлении до 46 атм.

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 области металлургии, а именно составам жаропрочных сплавов, используемых для изготовления коллекторов и реакционных труб нефтегазоперерабатывающих установок с рабочими режимами при температуре от плюс 700°С до плюс 980°С, при давлении до 46 атм.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам, используемым для изготовления реакционных труб установок производства водорода, метанола, аммиака и др.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам жаропрочных сплавов, используемых для изготовления реакционных труб установок производства водорода, метанола, аммиака и др.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочному сплаву, используемому для изготовления реакционных труб установок производства водорода, метанола, аммиака и др.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам, используемым для изготовления коллекторов и реакционных труб нефтегазоперерабатывающих установок с рабочими режимами при температуре 700-950°C при давлении до 50 атм.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения деталей аддитивным спеканием. Предложен способ производства детали на основе сплавов Co-Cr-Mo, имеющих значения среднего предельного удлинения при 800°C более 10% и среднего предела текучести при 800°C более 400 МПа.

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе кобальта, предназначенных для получения износостойких покрытий с высокой микротвердостью, полученных методами гетерофазного переноса.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к прецизионным сплавам на основе кобальта для нанесения функциональных покрытий с высокими физико-механическими свойствами методом гетерофазного переноса.
Изобретение относится к области медицины, в частности ортопедической стоматологии, и может быть использовано для изготовления сплава на основе кобальта, предназначенного для высоконагруженных каркасов бюгельных и металлокерамических зубных протезов.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения сплавов на основе кобальта, предназначенных для каркасов металлокерамических и бюгельных зубных протезов.
Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к обработке лент из аморфно-нанокристаллических сплавов, и может быть использовано, например, при изготовлении деталей в электронике и приборостроении.

Изобретение относится к металлургии, к составам коррозионностойких инварных сплавов, и может быть использовано в авиационной, криогенной технике, судостроении, а также для создания конструкций и приборов наземного, морского базирования, работающих в условиях повышенной влажности и морского тумана.
Изобретение относится к коррозионно-стойким сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления цельнолитых и металлокерамических зубных коронок и мостовидных протезов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе кобальта, упрочняемым азотированием. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к тонким лентам, выполненным из аморфного термомагнитного материала методом закалки из расплава литьем плоского потока расплава на поверхность охлаждающего тела.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе никель-молибден-хром-вольфрам, работающим при повышенных температурах и пригодным для применения в газотурбинных двигателях.

Изобретение относится к области металлургии жаропрочных свариваемых деформируемых сплавов и изделий, выполненных из этих сплавов, и может быть использовано для изготовления элементов камеры сгорания, сопла и других узлов газотурбинных двигателей и установок, работающих до температуры 1250°C. Жаропрочный свариваемый сплав на основе кобальта содержит, мас. : хром 20,0-28,0; вольфрам 0,1-10,4; молибден 0,1-12,0; титан 1,0-4,0; углерод 0,02-0,25; тантал 1,0-4,0 или ниобий 0,3-2,0; гафний или цирконий 0,1-2,0; магний 0,002-0,3; лантан 0,002-0,1; бор 0,003-0,05; никель 20-40; кремний 0,001-0,2; кобальт - остальное. Сплав характеризуется повышенными значениями кратковременной прочности при комнатной температуре и жаростойкости сплава. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

Наверх