литейный жаропрочный сплав
Классы МПК: | C22C19/05 с хромом |
Автор(ы): | Афанасьев С.В., Зимин Г.Г., Акимов Н.К., Ковалев А.Г., Ларионов В.Н., Максутов Р.Р., Писарев Б.К., Проскуряков Г.В., Панов М.А., Ребонен В.Н., Ртищев В.В., Темиров А.М., Терещенко А.Г., Титовец Ю.Ф., Сергеев А.Б., Хлыстов Е.Н. |
Патентообладатель(и): | Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей", Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им.И.И.Ползунова |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-11-21 публикация патента:
30.09.1994 |
Использование: энергетическое машиностроение, авиастроение, судостроение. Сплав имеет следующий состав, мас.%: углерод 0,005 - 0,12; бор 0,005 - 0,015; хром 10,0 - 13,0; кобальт 6,9 - 7,9; молибден 0,7 - 1,3; вольфрам 6,0 - 7,0; алюминий 3,9 - 4,3; титан 4,0 - 4,6; ниобий 0,6 - 1,0; цирконий 0,005 - 0,05; иттрий 0,005 - 0,03; никель - основа. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. ЛИТЕЙНЫЙ ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ на основе никеля, включающий хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, титан, углерод, бор и цирконий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ниобий и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.%:Углерод 0,005 - 0,12
Бор 0,005 - 0,015
Хром 10,0 - 13,0
Кобальт 6,9 - 7,9
Молибден 0,7 - 1,3
Вольфрам 6,0 - 7,0
Алюминий 3,9 - 4,3
Титан 4,0 - 4,6
Ниобий 0,6 - 1,0
Цирконий 0,005 - 0,05
Иттрий 0,005 - 0,03
Никель Остальное
2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он содержит 0,005 - 0,05 мас.% углерода и имеет ориентированную структуру, полученную методом направленной кристаллизации.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к металлургии сплавов на основе никеля, содержащих хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, титан, ниобий, углерод, бор, иттрий и цирконий и используемых в энергетической, авиастроительной, судостроительной и др. отраслях промышленности для изготовления литых лопаток газовых турбин, работающих при температуре 800-1000oC в агрессивных газовых средах. В настоящее время для ответственных деталей газотурбинных двигателей в основном используются аустенитные сложнолегированные никелевые сплавы. При этом основные трудности при разработке лопаточных материалов заключаются не столько в повышении жаропрочности сплавов, сколько в обеспечении оптимального сочетания необходимого уровня их стойкости против коррозии и окисления и высокого уровня жаропрочности при высокой фазовой стабильности. Известно, что увеличение содержания тугоплавких элементов, образующих упрочняющую интерметаллидную фазу, в коррозионностойких сплавах приводит к снижению их фазовой стабильности и увеличению склонности к выделению охрупчивающих фаз ( -, - и - фаз). Таким образом, возможность улучшения служебных свойств новых жаропрочных сплавов связана прежде всего с балансировкой их химического состава на основе обеспечения структурной стабильности и коррозионной стойкости. Из известных жаропрочных сплавов, применяемых для изготовления литых лопаток современных энергетических и авиационных газовых турбин, по составу ингредиентов и своей технической сущности наиболее близкими являются различные вариации сплава ЖС6-К (ОСТ.1.90126-85), содержащие, мас.%: Углерод 0,13-0,20 Хром 9,5-12,0 Кобальт 4,0-5,0 Молибден 3,5-4,8 Вольфрам 4,5-5,5 Алюминий 5,0-6,0 Титан 2,5-3,2 Бор 0,020 (порасчету) Церий 0,025 (по
расчету) Цирконий 0,040 (по
расчету) Никель Основа
Известный сплав обладает достаточно высоким уровнем длительной прочности: 100900 30 кгс/мм2 в отливках с равноосной структурой и 100900 32 кгс/мм2 в отливках с ориентированной структурой, полученных методом направленной кристаллизации. Однако плохая стойкость против высокотемпературной сульфидной коррозии не позволяет рекомендовать этот сплав к применению в газотурбинных двигателях, работающих на дешевом топливе, имеющем повышенное содержание серы и др. коррозионноактивных примесей. Кроме того, перспективные проекты газотурбинных установок повышенной стойкости и ресурса требуют материалов с более высоким уровнем жаропрочности. Целью изобретения является создание высокожаропрочного никелевого сплава, обладающего необходимым уровнем коррозионной стойкости и высоким уровнем фазовой и структурной стабильности. Поставленная цель достигается путем следующего изменения ингредиентов:
1. В целях повышения стойкости против высокотемпературной солевой коррозии отношение титана и алюминия доводится до значений Тi/Al 1,0 и их концентрация в сплаве изменяется с 5,0-6,0% по массе Al и 2,5-3,2% по массе Тi до 3,9-4,3 Al и 4,0-4,6% Тi. Кроме того, снижается содержание молибдена с 3,5-4,8% по массе до 0,7-1,3% и повышается содержание хрома с 9,5-12,0% по массе до 10,0-13,8% , а также для улучшения адгезии окисной пленки с основным металлом вводится иттрий в концентрации 0,005-0,03 мас.%. 2. Одновременно для повышения уровня жаропрочности и температурной способности увеличивается содержание кобальта с 4,0-5,0 до 6,9-7,9 мас.% и вольфрама с 4,5-5,5 до 6,0-7,0 мас.%, а также дополнительно вводятся ниобий в концентрации 0,6-1,0 мас.% и иттрий 0,005-0,03 мас.%. При этом обеспечивается высокая структурная стабильность предлагаемого сплава, оцененная с помощью расчетно-экспериментальной оценки его фазовой стабильности (Nv Nvc = 2,4) и когерентности , - фаз(a-a 0,01 ). Предлагается сплав на основе никеля, содержащий, мас. % : Углерод 0,005-0,12 Бор 0,005-0,015 Хром 10,0-13,0 Кобальт 6,9-7,9 Молибден 0,7-1,3 Вольфрам 6,0-7,0 Алюминий 3,9-4,3 Титан 4,0-4,6 Ниобий 0,6-1,0 Цирконий 0,005-0,05 Иттрий 0,005-0,03 Никель Основа
При этом сплав с содержанием углерода 0,005-0,05 мас.% рекомендуется использовать только для литых турбинных лопаток с ориентированной структурой, которые изготовляются методом направленной кристаллизации, в то время как сплав с содержанием углерода 0,06-0,12 мас.% следует использовать при изготовлении лопаток обычным точным литьем в вакууме. В ЦНИИ КМ "Прометей" в вакуумных индукционных печах с использованием чистых шихтовых материалов была проведена выплавка нового и известного сплавов, а также исследованы их механические свойства и стойкость против высокотемпературной коррозии. Химические составы заявляемого и известного сплавов приведены в табл.1, механические свойства и данные о коррозионной стойкости - в табл.2. Как показывают эти результаты, предлагаемый сплав имеет более высокую коррозионную стойкость и уровень, механических свойств и длительной прочности по сравнению с прототипом.