Гранулируемый сплав на основе интерметаллида nial



Гранулируемый сплав на основе интерметаллида nial
Гранулируемый сплав на основе интерметаллида nial
Гранулируемый сплав на основе интерметаллида nial
Гранулируемый сплав на основе интерметаллида nial

 


Владельцы патента RU 2610655:

Открытое Акционерное Общество "Композит" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаростойких порошковых сплавов на основе интерметаллида NiAl, и может быть использовано в авиационной, космической и энергетической отраслях для изготовления теплонагруженных деталей, работающих в условиях высоких температур и испытывающих относительно невысокие механические нагрузки. Гранулируемый сплав на основе интерметаллида NiAl содержит, мас. %: алюминий 24,5-29,9; кобальт 5,27-6,35; хром 5,98-7,3; гафний 1,0-1,2; бор 0,03-0,04; никель - остальное. Сплав характеризуется высокой жаропрочностью и пластичностью. 4 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаростойких порошковых сплавов на основе интерметаллида NiAl, и может быть использовано в авиационной, космической и энергетической отраслях для изготовления теплонагруженных деталей, в том числе элементов установок турбинного типа, работающих в условиях высоких температур и испытывающих относительно невысокие механические нагрузки.

Изобретение может обеспечить высокие показатели жаростойкости за счет высокого содержания интерметаллида β-NiAl в количестве более 90% и высокую жаропрочность в сочетании с удовлетворительной пластичностью за счет образования в сплаве эвтектической структурной составляющей NiAl-Cr. Изобретение позволяет получить мелкодисперсную структуру и однородный состав сплава по объему изделия.

Известен жаропрочный порошковый сплав на основе интерметаллида NiAl с металлической матрицей, содержащей, мас. %: алюминий 24-30, кобальт 8-18, ниобий 3-5, никель остальное (патент РФ №2368684, кл. C22C 1/05, 2008 г.). Сплав обладает высокой прочностью до 190 МПа при 1100°С.

Известен жаропрочный порошковый сплав на основе интерметаллида NiAl содержащей, мас. %: алюминий 24-30, кобальт 6-16, ниобий 2-4, хром 2-4, никель и неизбежные примеси остальное (патент РФ №2371494, кл. C22C 1/04, 2008 г.). Сплав имеет предел прочности на растяжение при температуре 1100°С не менее 185 МПа, при 1200°С не менее 165 МПа и длительную прочность при 1200°С 47-50 МПа.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является жаропрочный сплав на основе интерметаллида NiAl (патент РФ №2299918, кл. C22C 19/05, 2007 г.). Гранулируемый литой сплав содержит алюминий, гафний, хром и никель при следующем соотношении компонентов, мас. %: алюминий 30,0-32,0; гафний 1,0-2,0; хром 3,0-4,0; никель остальное. Сплав имеет повышенные значения жаропрочности и жаростойкости при температуре 1200°C. Изделия, выполненные из сплава, обладают повышенной надежностью и увеличенным ресурсом работы. Однако работа сплава при температурах свыше 1200°C не предусмотрена.

К недостаткам аналогов следует отнести то, что они не могут обеспечить жаропрочность и высокую пластичность для теплонагруженных элементов силовых турбинных установок при температурах выше 1200-1400°C. Указанные сплавы не могут обеспечить лопаткам возможность противостоять критическим нагрузкам, не могут обеспечить возможность кратковременной работы в интервале от 1400-1600°C.

Задачей предлагаемого изобретения является создание методом гранульной металлургии жаропрочного сплава с высоким содержанием β-фазы (NiAl), обладающего повышенными показателями жаростойкости и жаропрочности в интервале температур 1200-1400°С. Также к задачам следует отнести необходимость повышения пластичности, вязкости и измельчение зерна сплава для повышения прочности сплава.

Техническим результатом при реализации предлагаемого технического решения является создание гранулируемого сплава на основе интерметаллида NiAl, обеспечивающего стабильную работу при длительной эксплуатации сплава в интервале температур 1200-1350°C с возможностью кратковременной работы деталей из него в интервале температур 1400-1600°C. К техническим результатам также следует отнести увеличение прочности сплава за счет повышения показателей пластичности, вязкости и уменьшения зерна гранулируемого сплава.

На достижение поставленной задачи влияют следующие существенные признаки. Гранулируемый сплав на основе интерметаллида NiAl, содержащий алюминий, хром, гафний и никель, дополнительно содержит кобальт и бор при следующем соотношении компонентов, мас. %: алюминий 24,5-29,9; кобальт 5,27-6,35; хром 5,98-7,3; гафний 1,0-1,2; бор 0,03-0,04; никель - остальное.

Отличие предложенного технического решения заключается в том, что гранулируемый сплав содержит кобальт и бор при следующем соотношении компонентов, мас. %: алюминий 24,5-29,9; кобальт 5,27-6,35; хром 5,98-7,3; гафний 1,0-1,2; бор 0,03-0,04; никель - остальное.

При получении гранулируемого сплава на основе интерметаллида NiAl используется метод гранульной металлургии, который позволяет получить более мелкодисперстную структуру и однородный состав сплава по объему изделия.

При проведении исследований установлено, что добавление хрома в состав сплава способствует образованию эвтектической составляющей, которая способствует повышению прочности и пластичности интерметаллидной матрицы. В предлагаемый сплав вводится 5,98-7,3% Cr, что обеспечивает формирование доэвтектической структуры сплава, состоящей из первичных зерен NiAl и эвтектики NiAl-Cr. Увеличение жаропрочности сплава достигается за счет введения в него кобальта в количестве 5,27-6,35%. В результате исследований установлено, что наличие кобальта в данном процентном соотношении также обеспечивает повышение показателей пластичности и вязкости, не оказывая значительного влияния на фазовый состав сплава. Введение в состав предлагаемого сплава гафния в количестве 1,0-1,2% способствует повышению жаростойкости и жаропрочности и кроме этого укрепляет границы зерен, что положительно сказывается на высокотемпературной ползучести. Микролегирование сплава бором в количестве 0,03-0,04% обеспечивает измельчение зерна сплава, а также повышение показателей пластичности.

Получение сплава осуществляется следующим образом. Сначала получают заготовку цилиндрического слитка-электрода из сплава предлагаемого состава путем вакуумной индукционной плавки, которая осуществляется в вакуумной индукционной печи в атмосфере аргона из исходных компонентов: алюминий, никель, кобальт, хром, бор, гафний, характеристики которых приведены в таблице 1.

При индукционной выплавке происходит равномерное перемешивание всех перечисленных компонентов и обеспечивается конечный состав сплава. Затем производится вакуумный дуговой переплав, который обеспечивает дополнительное рафинирование сплава от газовых примесей и формирование качественного слитка. Содержание газовых примесей в слитке не превышает 0,005% по кислороду и 0,001% по азоту. Слиток, который получается в результате первичной вакуумной индукционной плавки и вакуумного дугового переплава, обрабатывается механически до необходимой чистоты поверхности и распыляется на сферические гранулы с использованием установки плазменного центробежного распыления, например установки типа УЦРИ. Полученные гранулы затем подвергаются электростатической сепарации для очистки от неметаллических примесей и просеву через промышленное сито для отсева некондиционной фракции. Отобранные гранулы засыпаются в капсулы необходимой формы и подвергаются компактированию путем газостатического прессования.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Изготавливали гранулируемые сплавы, химический состав которых представлен в таблице 2. В таблице 2 представлены составы предлагаемого сплава в трех вариантах и сплава-прототипа.

При получении сплавов предложенных составов соблюдалась следующая последовательность технологических операций: индукционная выплавка первичного слитка; вакуумный дуговой переплав первичного слитка; механическая обработка вторичного слитка; плазменное центробежное распыление вторичного слитка на гранулы; очистка полученных гранул от неметаллических включений; отсев гранул необходимой фракции; газостатическое прессование гранул в капсулах необходимой формы.

На стадии выплавки первичного электрода осуществляется переплав исходных элементов - компонентов сплава, а именно алюминия, никеля, кобальта, хрома, бора и гафния, в индукционной печи путем их плавки в периклазовом тигле при температуре 1680-1700°C в атмосфере аргона марки ВЧ (99,995% Ar). Разливка полученного расплава производится при включенном индукторе в графитовый тигель диметром 60 мм. После охлаждения слиток извлекается из графитовой изложницы, его поверхность зачищается от остатков литейной формы. Содержание газовых примесей в первичном слитке не превышает 0,025% по кислороду и 0,002% по азоту.

Для дополнительного рафинирования сплава от газовых примесей и формирования качественного вторичного слитка производится вакуумный дуговой переплав первичного слитка. Содержание газовых примесей во вторичном слитке не превышает 0,005% по кислороду и 0,001% по азоту. Слиток, полученный в результате первичной вакуумной индукционной плавки и вторичного вакуумного дугового переплава, обрабатывается механически для необходимой чистоты поверхности и протачивается до диаметра 55 мм.

Далее для получения сферичных гранул полученный слиток помещают в установку центробежного распыления типа УЦРИ и распыляют при частоте вращения слитка 30000 об/мин. Полученные гранулы из сплава на основе интерметаллида NiAl соответствуют составу слитка и содержат компоненты при следующем соотношении, мас. %: алюминий 24,5-29,9; кобальт 5,27-6,35; хром 5,98-7,3; гафний 1,0-1,2; бор 0,03-0,04; никель - остальное. Для осуществления дальнейших операций осуществляют очистку массы гранул от неметаллических примесей путем электростатической сепарации и отсев некондиционной фракции свыше 160 мкм путем просеивания очищенных гранул через промышленное сито для получения гранул фракции 40-160 мкм.

Из обработанных гранул производят необходимые заготовки следующим образом: гранулы фракции 40-160 мкм засыпаются в капсулы необходимой формы из нержавеющей стали, после чего капсула вакуумируется, заваривается и подвергается газостатическому прессованию при температуре 1300°С в течение 4 часов. В результате проведенных исследований возможен сравнительный анализ на основании приведенных ниже таблиц: Таблица 3 - показатели жаростойкости и Таблица 4 - показатели по прочности.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет создать жаропрочный сплав с высоким объемным содержанием β-фазы (NiAl) для изготовления теплонагруженных деталей, в том числе элементов силовых установок турбинного типа с повышенными жаропрочными свойствами. Изобретение позволяет получить более мелкодисперстную структуру и однородный состав сплава по объему изделия. Предлагаемый гранулируемый сплав интерметаллида NiAl обладает повышенными прочностными свойствами, позволяющими деталям силовых турбинных установок иметь во время работы более высокие нагрузки, также позволяет деталям работать при температурах выше 1200-1350°C и кроме этого при кратковременном возникновении температур до 1400-1600°C.

Гранулируемый сплав на основе интерметаллида NiAl, содержащий алюминий, хром, гафний и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кобальт и бор при следующем соотношении компонентов, мас. %:

алюминий 24,5-29,9
кобальт 5,27-6,35
хром 5,98-7,3
гафний 1,0-1,2
бор 0,03-0,04
никель остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным сплавам на основе интерметаллида Ni3Al, предназначенным для изготовления методом направленной кристаллизации и монокристаллического литья деталей газотурбинных двигателей авиационной промышленности, например сопловых и рабочих лопаток, блоков сопловых лопаток, сегментов камеры сгорания, створок.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термомеханической обработке сплавов на основе никеля. Способ термомеханической обработки заготовки из сплава на основе никеля включает первый этап нагревания заготовки до температуры 1093-1163°С, первый этап ротационной ковки нагретой до 1093-1163°С заготовки с уменьшением площади поперечного сечения на 30-70%, второй этап нагревания заготовки до температуры 954-1052°С, причем между окончанием первого этапа ковки и началом второго этапа нагревания заготовку поддерживают при температуре ниже температуры растворения карбидов М23С6 и не позволяют ей охлаждаться до температуры окружающей среды, и второй этап ротационной ковки нагретой до 954-1052°С заготовки с уменьшением площади поперечного сечения на 20-70%.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к хромоникелевому сплаву, и может быть использовано при строительстве печей, а также в химической и нефтехимической отраслях промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам, предназначенным для деталей, работающих при температурах до 1000oC в газотурбинных двигателях.

Изобретение относится к сплавам на основе никеля в качестве присадочного материала, предназначенного для изготовления деталей и узлов наиболее высокотемпературных зон горячего тракта перспективных двигателей, длительно работающих при температурах до 1200°С.

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.

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, а именно к хромоникелевоалюминиевому сплаву. Сплав содержит в мас.%: более 25 до 33 хрома, от 1,8 до менее 3,0 алюминия, от 0,10 до менее 2,5 железа, 0,001-0,50 кремния, 0,005-2,0 марганца, 0,00-0,60 титана, по 0,0002-0,05 каждого из магния и/или кальция, 0,005-0,12 углерода, 0,001-0,050 азота, 0,0001-0,020 кислорода, 0,001-0,030 фосфора, не более 0,010 серы, не более 2,0 молибдена, не более 2,0 вольфрама, остальное - никель и обычные, технологически обусловленные примеси.

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.

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 области металлургии и литейного производства, а именно к процессам модифицирования при плавке магниевых сплавов. Способ включает расплавление сплава и введение в него модификатора.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения полуфабриката, состоящего из волокон тугоплавких соединений и напыленного на них матричного материала из титана и его сплавов, предназначенного для изготовления волокнистого композиционного материала, применяемого в качестве конструкционного материала при изготовлении тяг привода реверса, лопаток КНД и КВД, вала вентилятора, и может быть использовано в авиационной технике, а также транспорте, робототехнике, судостроении.

Изобретение относится к получению лигатурного сплава на основе алюминия, который может быть использован для очистки алюминия, получаемого электролизом, от переходных элементов.
Изобретение относится к получению высокопористого ячеистого материала. Способ включает приготовление суспензии из смеси порошков и раствора органического вещества, нанесение суспензии на пористый полимерный материал, сушку полученной заготовки, удаление из нее нагреванием органических веществ с последующим спеканием.

Группа изобретений относится к композитному материалу для землебурильного долота. Способ изготовления композитного материала включает смешивание первой составляющей твердой фазы в виде карбида со связующим веществом, второй составляющей твердой фазы в виде пористого карбида, имеющего пористость по меньшей мере 1% и содержащего от 0,1 мас.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении литых доэвтектических, эвтектических и заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов).

Изобретение может быть использовано в составе порошковых проволок, покрытых электродов и флюсов для сварки и наплавки. Модификатор содержит нанопорошок тугоплавкого соединения, выбранного из группы, включающей карбид, нитрид, оксид, карбонитрид, оксикарбонитрид металла, в качестве инокулятора и протектор.

Изобретение относится к области специальной металлургии, в частности к получению литых шихтовых заготовок электродов из высоколегированных сплавов на основе алюминидов никеля, и может быть использовано для центробежной атомизации материала электродов и получения гранул для применения в аддитивных 3D-технологиях с целью получения сложнопрофильных изделий из жаропрочных металлических материалов.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения композиционных литых материалов для деталей транспортных средств, машин и оборудования.

Изобретение относится к порошковой металлургии с использованием технологии быстрой кристаллизации, в частности к получению заготовок из алюминиевых сплавов. Предложенный способ включает приготовление алюминиевого расплава, центробежное литье гранул, их охлаждение и последующую ступенчатую вакуумную дегазацию в герметичных технологических капсулах, затем ведут компактирование гранул в герметичных технологических капсулах без дополнительного нагрева в контейнере пресса, нагретом до температуры не менее 400°C, и механическую обточку скомпактированных брикетов с получением компактных заготовок.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе никеля, которые могут быть использованы в качестве материала для изготовления элементов зажигания двигателей внутреннего сгорания. Сплав на основе никеля содержит, мас.%: Si 1,5-3,0, Al 1,5-3,0, Cr >0,1-3,0, Fe 0,005-0,20, Y 0,01-0,20, один или несколько из элементов: Hf, Zr, La, Ce, Ti <0,001-0,20, C 0,001-0,10, N 0,0005-0,10, Mn 0,001-0,20, Mg 0,0001-0,08, O 0,0001-0,010, S не более 0,015, Cu не более 0,80, Ni и обычные технологически обусловленные примеси - остальное. Сплав характеризуется высокими значениями стойкости к искровой эрозии и стойкости к коррозии при одновременно достаточных значениях деформируемости и свариваемости. 2 н. и 18 з.п. ф-лы.
Наверх