Литейный жаропрочный сплав на основе никеля

 

ЛИТЕЙНЫЙ. ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ, включающий углерод, хром, кобальт, алюминий, титан, вольфрам, молибден и бор, о т л и -ч а ю щ,и и с я тем, что, с целью повышения стойкости к высокотемпера—' турной солевой коррозии, он дополнительно 'содержит ниобий и церий при следующем соотношений компонентов, мас*%:0,1-0,15 16,5-19,5 ' 4,0-8,0 3,4-4,0 -2,0-3,0 2,5-4,0 2,0-6,5 0,02-0,04 1,0-2,0УглеродХромКобальтАлюминийТитан -ВольфрамМолибденБорНиобийЦерий ..Никель0,01-0,02 Остальноес(О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 С 22 С 19/05

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И. ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 2582914/22-02 (22) 29,12,77 (46) 15»11»90» Бюл» 11> 42 (72):Е.П.Паремузов,:В,М.Степанов, :Е,Г,Кононова, .10,В,Хакимова, К„.Я,Шпунт>.Г Ф,Мяльница, .В.И,Романов,:А,П,Мартыненко и:Д П.Грозов (53) 669 24 -018,821(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 353993, кл » С 22 С 19/00, 1969

Авторское свидетельство СССР

Ф 281821, кл, С 22 С 19/00, 1970» (54)(57) ЛИТЕЙ1НЫЙ. ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ

НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ, включающий углерод, хром, кобальт, алюминий, титан, вольфрам, молибден и бор, о т л иИзобретение относится к области металлургии сплавов, а именно к составам литейных жаропрочных и коррозионностойких сплавов на основе . никеля с интерметаллидным упрочнени ем, применяемых для рабочих лопаток и других деталей газотурбинных двигателей, где требуется высокая длительная прочность при температурах до 9500 С,жаростойкость и стойкость к высокотемпературной солевой коррозии, Композиции сплавов на никелевой основе и интерметаллидным упрочнением, .обладающие высокими характеристиками длительной прочности и жаростойкости при температурах до 950 С - широко известны, Эти сплавы, как правило, содержат Cr, Со, Мо, А1 и Ti.

Известен жаропрочный сплав на ос нове никеля следующего химического состава, мас %: чающий с я тем, что, с целью повышения стойкости к вы1сокотемпера турной солевой коррозии, он дополнительно содержит ниобий и церий при следующем соотношении компонентов, мас,%:

Углерод 0,1-0,15

Хром 16,5-19,5

Кобальт 4,0-8,0

Алюминий 3,4-4,0

Титан . . . 2,0-3,0

Вольфрам 2,5-4,0

Молибден 2,0-6,5

Бор 0,02-0,04

Ниобий 1,0»2,0

Церий 0,01-0,02

Никель Остальное

Хром 9,5 15,5

Алюминий 3,5-5,0

Молибден 4,0-6,0

Вольфрам . - 0,5-6>0

Ниобий 1,0-4,0

Кобальт 0 5--10 5

Никель Остальное

В качестве примесей сплав может содержать, мас,%: бор до 0,02; церий до 0,01; железо до 3;О, Сплав обладает высокой жаропрочностью и жаростойкостью. Недостатком сплава является невыская коррозионная стойкость.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является жаропрочный сплав на основе никеля следующего химического состава, мас»%:

677531

Ь мр»»»»МЬ 5 -

Углерод Не более 2

Хром 9,5-12,0

Кобальт 4,0 5,0

Вольфрам 4,5-5,5

Молибден 3,5-4,5

Алюминий 5,0-6,0

Титан 2,5 3,0

Бор 0,01 0,03

Никель Остальное

Механическйе свойства зтого спла ва в литом состоянии после закалки от температуры 1210 С, выдержки в течение 4 ч и охлаждении на воздухе йр»йведены1 в табл,:1.

Приведенный сплав при температуре

900 С и напряжения 32 кг/мм облада ет длительной йрочностью свыше

100:ч, 2

Сплав имеет удельный вес 8,1 г/см.

Сопротивление сплава высокотемпера турной коррозйи весьма низкое и со ставляет 1 29 мг/см ч. *осле испытания при температуре 950 С методом покры тия смесью солей 90X NaiSO f + 10%

НаС1 в течение 10:ч, Убыль веса образцов под действием солей со време йем подчиняется лйнейному закону, что свйдетельствует о протекании ин тенсивной коррозии ("катастрофичес кой" коррозии).

Такой материал, несмотря на срав нительную высокую жарбпрочность» не може г йрименятьСя для лопаток газовых турбин, работающих в морских услови ях» Весьма низкая стойкость к высоко температурной коррозии сплава связа на в основном с относительйо невысо ким содержанием хрома °

Целью изобретения является повы шение стойкости к высокотемператур йой солевой коррозии»

Для достижения указанйой Цели в известный сплав на основании никеля, в Состав которого входят хром, ко балы, вольфрам, молибден, алюминий, титан, бор и углерод, дополнительно

1 вводят ниобий и церий при,следующем соотношении компойейтов, мас»Ж:

Углерод 0,1 0,15

Хром . 16,5 19,5

Кобальт 4,0-8,0

АлюминюВ 3,44,0

Титан 2,0 3,0

Вольфрам 2,5 4,0

Молибден 2,0 6,5

Бор -, 0,02 0,04

Ниобий 1 0-2,0

Церий 0,01-0,02

Никель Остальное

Наличие в составе. предлагаемого: жаропрочного коррозионностойкого никелевого сплава повышенного содер жания хрома (16,5-19,5X) позволяет значительно повысить стойкость к s . сокотемпературной солевой коррозии, 10 а также жаростойкость ° По данным ла бораторных испытаний образцов и ло» паток на газодинамическом стенде с ( введением в топливо солей морской воды коррозионная стойкость заявлен ного сплава в сравнении с аналогом увеличивается в 20»40 раз, Введение ниобия в сплав повыша@ жаропрочность сплава вследствие об, разования карбидов типа МеС вместо

Сг С6 и повьппение температуры раст ворения и коагуляцйи интерметаллидной упрочняющей фазы Кроме того, ниобий в таком количестве в сочетании с алю минием способствует увеличению жаро

25 стойкости и сопротивляемости сплава горячей солевой коррозии»

Добавление церия в предлагаемый никелевый сплав также увеличивает жаростойкость и стойкость к высоко температурной солевой коррозии вслед ствие повышения адгезии окисной плен ки с основным металлом» Кроме того, церий, располагаясь по границам зе рен и в межосных участках дендритов

» способствует межзеренному упрочнению сплава и положительно влияет на тер мостойкость и жаростойкость» Для по лучения в новом сплаве высоких харак теристик длительной прочности и, (, 40 пластичности последний подвергают термической обработке, включающей нагрев под закалку до температуры

1180 С с выдержкой в течение 3,5 4 ч с последующим охлаждением на воздухе, 45 старения при температуре 950 С в те» чение 3,54 ч и охлаждение на воз духе»

Механические свойства предлагае мого сплава после термообработки представлены в табл 2, Сплав выплавляли в индукционной вакуумной печи при остаточном давле нии 1О -10 мм рт,ст, Заливку ме

1„-а талла осуществляли в керамические формы по .выплавляемым моделям при температуре формы.950 С* Полученные . сплавы имели следующие характеристи ки механических свойств (табл»4) °

Т аблица

Темель пыта чность

100 час

Z мм

900

1,5

2,0

1,7

1,0

2,0

*1- .

6,5

9

1-3

90-100

90-94

90-94

90-94

75-.80

7 7-79

51-53 .32

Таблица 2 ель рная кость

НОСТЬ

00 ч, г м

° э

/см .

4 7

4»6

4 6

-14 15

14 17

l,5 2,0

l,5-1,9

1,5 1,9

1,5 2,5

2,О 3,0

96»100

75 95

75-95

62-70

45-53

950

4-8

5-8

8»10

18 22

18 25

68 70

40»41

2l 23

11-13

5 67753

Проведенные испытания сплава пред ложенного состава на охлаждаемых ра бочих и сопловых лопатках при работе в горячей части газотурбинного дви

5 гателя в условиях высокотемпературной коррозии показали высокие служебные характеристики при ресурсе работы в течение 1000 ч и не имели коррозион ных и других повреждений, Характер ной особенностью предлагаемого спла ва является то, что он может работать в условиях высокотемпературной кор розин без защиты поверхности изделия (лопаток), в то время как сплав ана 15

l ( лог (ДС6К) в этих условиях разруша» ется, Внедрение заявленного сплава для литья лопаток ГТД, работающих в морс

6 ких условиях (в условиях высокотем ! пературной солевой и газовой корро зии), позволяет получить высокий экономический эффект за счет повьппе1 ния параметров и увеличения ресурса в 2 3 раза, Стойкость предлагаемого сплава к высокотемпературной солевой корро» зии, оцениваемая по убыли веса после испытания при температуре 950 С в смео си солей (90% Na®80 + 10% NaC1) в течение 10 ч, составляет 3,0-6,5 мг/

/см: ч, 2

Предлагаемое изобретение поясня ется примерами получения и испытания трех составов сплава, Содержание ингредиентов (в мас X) приведено в табл,3, Ы7531

Таблица 3

Элементы

Углерод

Хром

Таблица 4

1 100

2 104

3 96

137, 7,4 9,5 6,5

159 89 !07 48

109 : 6,2 7,8 3,0

5,8

6,9

6,7

8 2 68 0 14 4 18 4

9 4 73 4 16 2 21 7

8,9 66,1 15,3 .. 20,2.СКВ стойкость к высокотемпературной солевой коррозии, Техред Л.Сердюкова Корректор;М,Демчик

Редактор.О.Филиппова

° ° ааааа@@ @@э ° @а а айа@а@а

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тираж 489

Подписное

Производстве нно — издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Алюминий

Титан

Вольфрам

Молибден

Коб альт

Ниобий

Бор

Церий

Ник ель

0,1

16,5

3,6

2,0

2,5

2,0

4,0

1,0

0,02-.

0,01

Остальное

0,13

17,7

3,4

2,6

3,3

4,8 б,О

1,4

0,03

0,012

Остальное

0,15

19,5

4,0

3,0

4,0

6,5

8,0

2,0

0,04

0,02

Остальное