жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, стойкий к сульфидной коррозии и изделие, изготовленное из него

Классы МПК:C22C1/04 порошковой металлургией
C22C19/05 с хромом
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-05-24
публикация патента:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным порошковым сплавам на основе никеля, обладающим повышенным сопротивлением к сульфидной коррозии, и может быть использовано для изготовления деталей газотурбинных двигателей. Сплав содержит, мас.%: углерод 0,02-0,10, хром 9,0-11,0, кобальт 14,0-16,0, вольфрам 4,2-5,8, молибден 4,5-5,0, титан 3,0-3,9, алюминий 3,2-4,5, ниобий 2,5-3,5, гафний 0,05-0,5, бор 0,005-0,05, цирконий 0,001-0,05, магний 0,001-0,05, скандий 0,001-0,05, марганец 0,001-0,5, кремний 0,001-0,5, железо 0,001-1,0, никель остальное, при этом суммарное содержание титана, молибдена, ниобия не ниже содержания хрома. Сплав характеризуется высокими характеристиками жаропрочности, стойкости к сульфидной коррозии и сопротивления МЦУ в условиях воздействия агрессивной среды. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Формула изобретения

1. Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, стойкий к сульфидной коррозии и имеющий повышенное сопротивление малоцикловой усталости (МЦУ) в условиях воздействия агрессивной среды, содержащий хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, гафний, бор, цирконий, магний, марганец, кремний, железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углерод и скандий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод0,02-0,10
Хром9,0-11,0
Кобальт14,0-16,0
Вольфрам4,2-5,8
Молибден4,5-5,0
Титан3,0-3,9
Алюминий3,2-4,5
Ниобий2,5-3,5
Гафний0,05-0,5
Бор0,005-0,05
Цирконий0,001-0,05
Магний0,001-0,05
Скандий0,001-0,05
Марганец0,001-0,5
Кремний0,001-0,5
Железо0,001-1,0
НикельОстальное


при этом суммарное содержание титана, молибдена, ниобия не ниже содержания хрома.

2. Изделие, изготовленное из жаропрочного порошкового сплава на основе никеля, стойкого к сульфидной коррозии и имеющего повышенное сопротивление малоцикловой усталости (МЦУ) в условиях воздействия агрессивной среды, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к жаропрочным никелевым сплавам. Может использоваться в газотурбинных двигателях (ГТД) для изготовления тяжело нагруженных деталей, работающих при повышенных температурах.

Известен сплав на основе никеля, в котором для повышения коррозионной стойкости в кислых средах использован способ легирования медью (Патент РФ № 2097439, C22C 19/05, 1995 г. «Коррозионностойкий сплав, способ повышения коррозионной стойкости и обработанный давлением продукт»). Состав сплава в мас.%:

Хром22,0-24,5
Молибден14,0-18,0
Медь1,0-3,5

а также в вариантах сплава - Fe от 0,3 до 5,0; Mn от 0,1 до 2,0; Al от 0,15 до 0,5; C от 0,006 до 0,015; W от 0,27 до 0,5; Co от 0,1 до 2,0; Si от 0,02 до 0,1; Mg до 0,1; Ca до 0,05; N от 0,06 до 0,15.

Для этого сплава характерны низкие значения механических свойств, хорошая коррозионная стойкость в кислых средах и низкое сопротивление сульфидной коррозии (СК) в условиях работы тяжело нагруженных деталей при повышенных температурах.

Известен также жаропрочный никелевый сплав, предназначенный для тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах.

Его состав (в мас.%):

Углерод0,02-0,10
Хром9,0-11,0
Кобальт14,0-16,0
Вольфрам5,2-6,8
Молибден3,0-3,9
Титан3,0-3,9
Алюминий3,2-4,5
Ниобий1,2-2,4
Гафний0,05-0,5
Бор0,005-0,05
Цирконий0,001-0,05
Магний0,001-0,05
Марганец0,001-0,5
Кремний0,001-0,5
Железо0,001-1,0
НикельОстальное

(Патент РФ 2294393 С22С 19/05, 2006 г. «Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля.» - прототип).

Недостатком этого сплава является пониженное сопротивление сульфидной коррозии и существенное снижение его сопротивления малоцикловой усталости (МЦУ), являющейся основным показателем степени коррозионного поражения материала.

Предлагаемое изобретение направлено на разработку системы легирования никелевого сплава, повышающей сопротивление СК, и создание сплава с высоким сопротивлением СК и МЦУ при одновременном воздействии СК.

Существо его заключается в том, что в состав сплава вводится скандий, а также регламентируется суммарное содержание элементов (титан, молибден, ниобий), которое должно быть не ниже содержание хрома в сплаве. Введение скандия одновременно с регламентацией указанных элементов способствует повышению коррозионной стойкости оксидной пленки, образующейся в процессе испытаний или эксплуатации и тормозящей развитие малоцикловой усталости.

Состав сплава имеет следующее соотношение компонентов (в мас.%):

Углерод0,02-0,10
Хром9,0-11,0
Кобальт14,0-16,0
Вольфрам4,2-5,8
Молибден4,5-5,0
Титан3,0-3,9
Алюминий3,2-4,5
Ниобий2,5-3,5
Гафний0,05-0,5
Бор0,005-0,05
Цирконий0,001-0,05
Магний0,001-0,05
Скандий0,001-0,05
Марганец0,001-0,5
Кремний0,001-0,5
Железо0,001-1,0
НикельОстальное

Предлагаемый на этой основе сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит скандий и имеет повышенное содержание молибдена и ниобия, что связано с необходимостью во всех случаях выдерживать в составе сплава соотношение: жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, стойкий к сульфидной   коррозии и изделие, изготовленное из него, патент № 2516681 Mo+Nb+Ti>Cr. Для сохранения весовых характеристик сплава и снижения потерь в его технологичности при изготовлении продукта также несколько уменьшено содержание вольфрама по сравнению с прототипом.

Технический результат - повышение стойкости к сульфидной коррозии и сопротивления малоцикловой усталости при одновременном воздействии сульфидной среды. При этом сопротивление малоцикловой усталости в сульфидной среде вследствие одновременного формирования оксидной пленки типа шпинелей с высокими антикоррозионными свойствами больше, чем на воздухе.

Пример

Методом порошковой металлургии была изготовлена заготовка диска ГТД из сплава предлагаемого состава (в мас.%):

Углерод0,06
Хром10,0
Кобальт14,6
Вольфрам4,5
Молибден4,7
Титан3,8
Алюминий3,8
Ниобий3,3
Гафний0,1
Бор0,015
Цирконий0,01
Магний0,02
Скандий0,01
Марганец0,1
Кремний0,1
Железо0,05
НикельОстальное

Также было получено по такой же технологии аналогичное изделие из сплава состава прототипа, в котором было следующее содержание основных легирующих элементов: Cr - 9,7%; Мо - 3,4%; Ti - 3,2%; Nb - 1,8%; Со - 14,6%; W - 5,5%; Al -3,9%.

Полученные методом центробежного распыления порошки были засыпаны в стальные капсулы и скомпактированы в изделие методом ГИП (горячее изостатическое прессование) в газостате.

Коррозионные и механические свойства изделия из исследуемых сплавов представлены в таблице 1.

Таблица 1
Коррозионные и механические свойства изделия из сплавов
Состав сплава Сульфидная коррозия при 650°C Механические свойства при 20°C Малоцикловая усталость при 650°C, частота 1 Гц, напряжение 1120 МПа
Скорость Стойкость Предел прочности, жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, стойкий к сульфидной   коррозии и изделие, изготовленное из него, патент № 2516681 вПредел текучести, жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, стойкий к сульфидной   коррозии и изделие, изготовленное из него, патент № 2516681 02Относительное удлинение, жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, стойкий к сульфидной   коррозии и изделие, изготовленное из него, патент № 2516681 Число циклов, n срКоэффициент влияния среды n ср среды/nср воздух
жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, стойкий к сульфидной   коррозии и изделие, изготовленное из него, патент № 2516681 г/м2ч мм/годБаллыСостояние МПАМПА %Испытания на воздухе Испытания в агрессивной средежаропрочный порошковый сплав на основе никеля, стойкий к сульфидной   коррозии и изделие, изготовленное из него, патент № 2516681
Предлагаемый 0,010<0,01 3Весьма стойкое 1515108619,5 2128540135 1,885
Прототип 0,030<0,05 4Стойкое1500 107917,0 1584570550,445

Из таблицы 1 видно, что сплав предлагаемого состава при рабочей температуре 650°C превосходит прототип по сопротивлению сульфидной коррозии в 3 раза, по сопротивлению малоцикловой усталости на воздухе в 1,35 раза, по сопротивлению малоцикловой усталости в сульфидной среде в 5,6 раза без снижения уровня механических свойств.

Таким образом, применение предлагаемого сплава для изготовления валов, дисков и других деталей газотурбинных двигателей позволит повысить их ресурс не менее чем в 1,5-2 раза.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2516681

patent-2516681.pdf

Класс C22C1/04 порошковой металлургией

способ получения алюминиевого композиционного материала с ультрамелкозернистой структурой -  патент 2529609 (27.09.2014)
способ приготовления твердосплавной шихты с упрочняющими частицами наноразмера -  патент 2525192 (10.08.2014)
порошковый износо- корозионно-стойкий материал на основе железа -  патент 2523648 (20.07.2014)
способ получения многослойного композита на основе ниобия и алюминия с использованием комбинированной механической обработки -  патент 2521945 (10.07.2014)
способ испытания на сульфидную коррозию жаропрочных порошковых никелевых сплавов -  патент 2516271 (20.05.2014)
способ получения изделий из сложнолегированных порошковых жаропрочных никелевых сплавов -  патент 2516267 (20.05.2014)
способ изготовления порошкового композита сu-cd/nb для электроконтактного применения -  патент 2516236 (20.05.2014)
способ получения порошков сплавов на основе титана, циркония и гафния, легированных элементами ni, cu, ta, w, re, os и ir -  патент 2507034 (20.02.2014)
способы производства нефтепромысловых разлагаемых сплавов и соответствующих продуктов -  патент 2501873 (20.12.2013)
способ получения композиционного материала из металлических порошков с заданным физико-механическим свойством -  патент 2499066 (20.11.2013)

Класс C22C19/05 с хромом

сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионностойких покрытий микроплазменным или холодным сверхзвуковым напылением -  патент 2527543 (10.09.2014)
жаропрочный сплав на основе никеля -  патент 2525952 (20.08.2014)
жаропрочный сплав на основе никеля для литья рабочих лопаток газотурбинных установок -  патент 2525883 (20.08.2014)
нанокомпозит на основе никель-хром-молибден -  патент 2525878 (20.08.2014)
жаропрочный сплав на основе никеля для литья рабочих лопаток газотурбинных установок -  патент 2524515 (27.07.2014)
металлическое покрытие со связующим веществом с высокой температурой перехода гамма/гамма' и деталь -  патент 2523185 (20.07.2014)
металлическое связующее покрытие с высокой гамма/гамма' температурой перехода и компонент -  патент 2521925 (10.07.2014)
сплав, защитный слой и деталь -  патент 2521924 (10.07.2014)
сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него -  патент 2521740 (10.07.2014)
жаропрочный никелевый сплав, обладающий высоким сопротивлением к сульфидной коррозии в сочетании с высокой жаропрочностью -  патент 2520934 (27.06.2014)
Наверх