жаропрочный сплав на основе никеля

Формула изобретения

Жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, молибден, ниобий, титан, алюминий, бор, церий, отличающийся тем, что дополнительно содержит вольфрам, цирконий, гафний и магний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод - 0,02 - 0,10

Хром - 8,0 -10,0

Вольфрам - 5,2 - 5,9

Молибден - 3,6 - 4,3

Титан - 1,5 - 3,4

Алюминий - 4,3 - 5,3

Ниобий - 1,0 - 2,0

Гафний - 0,1 - 0,4

Бора - 0,001 - 0,05

Цирконий - 0,001 - 0,05

Магний - 0,001 - 0,08

Церий - 0,001 - 0,06

Никель - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности металлургии жаропрочных сплавов на основе никеля, предназначенных для эксплуатации при повышенных температурах в деталях газотурбинных двигателей.

Известен жаропрочный сплав на основе никеля, состава в мас.%:

углерод - 0,04 - 0,08

хром - 13,0 - 16,0

кобальт - 8,0 - 12,0

молибден - 4,0 - 6,0

ниобий - 2,4 - 3,5

титан - 2,4 - 3,0

алюминий - 2,2 - 2,8

бор - 0,001 - 0,01

церий - 0,001 - 0,03

лантан - 0,01 - 0,1

никель - остальное

(а.с. СССР N 274924, C 22 C 19/00, 1970 г.) - прототип.

Недостатком этого сплава является низкий уровень прочностных характеристик при комнатной и рабочих температурах, что приводит к преждевременному разрушению сплава.

Предлагается сплав на основе никеля, содержащий компоненты в следующем соотношении в мас.%:

углерод - 0,02 - 0,10

хром - 0,02 - 0,10

вольфрам - 5,2 - 5,9

молибден - 3,6 - 4,3

титан - 1,5 - 3,4

алюминий - 4,3 - 5,3

ниобий - 1,0 - 2,0

гафний - 0,1 - 0,4

бор - 0,001 - 0,05

цирконий - 0,001 - 0,05

магний - 0,001 - 0,08

церий - 0,001 - 0,06

никель - остальное

Прелагаемый сплав отливается от прототипа тем, что в него дополнительно введены вольфрам, цирконий, гафний и магний при следующем соотношении компонентов в мас.%:

углерод - 0,02 - 0,10

хром - 8,0 - 10,0

вольфрам - 5,2 - 5,9

молибден - 3,6 - 4,3

титан - 1,5 - 3,4

алюминий - 4,3 - 5,3

ниобий - 1,0 - 2,0

гафний - 0,1 - 0,4

бор - 0,001 - 0,05

цирконий - 0,001 - 0,05

магний - 0,001 - 0,08

церий - 0,001 - 0,06

никель - остальное

Технический результат - повышение прочностных характеристик сплава, что ведет к увеличению ресурса работы двигателя при повышенных рабочих температурах.

Сплав с предлагаемым количеством компонентов и их соотношением обеспечивает комплекс высоких прочностных характеристик и нечувствительность к концентраторам напряжений за счет создания структуры с равнопрочными матрицей и границами зерен.

Упрочнение твердого раствора происходит вследствие замедления процесса диффузии при рабочих температурах, тем самым задерживается развитие третьей стадии ползучести, вызывающей разупрочнение и разрушение сплава. Прочность границ зерен повышается за счет образования стабильных карбидов типа МС, которые в отличие от М₆С и М₂₃С₆ не образуют сетки по границам зерен.

Снижение количества вводимых в сплав компонентов ниже предлагаемых пределов, приводит к уменьшению количества - фазы, разупрочнению сплава и, следствие, снижается общий уровень механических свойств. Увеличение количества вводимых компонентов выше предлагаемых пределов вызывает образование охрупчиваюших топологически плотноупакованных фаз и уменьшает область гомогенности сплава; в результате значительно снижаются пластические характеристики и технологичность сплава.

Примеры:

Были получены сплавы предлагаемого состава (N 1, 2, 3), выходящие за пределы предлагаемого состава (N 4, 5) и состава прототипа по следующей технологической схеме: вакуумно-индукционная плавка, распыление методом вращающегося электрода, горячее изостатическое прессование заготовок дисков, термообработка по оптимальному режиму.

Составы сплавов приведены в табл. 1. (табл. 1 и 2 см. в конце описания).

Механические характеристики предлагаемого сплава, сплава, выходящего за пределы предлагаемого, и сплава-прототипа были получены после испытания по стандартным методикам и представлены в табл. 2.

Из сопоставления кратковременных механических свойств при 20^oC, длительной прочности и коэффициента чувствительности к концентраторам напряжения видно, что у предлагаемого сплава уровень механических свойств значительно выше, в частности, предел прочности повышается на 15 - 17 кГс/мм², предел текучести - на 14 - 17 кГс/мм².

Особенно значительное превышение - по длительной прочности - 18 - 19 кГс/мм². При этом предлагаемый сплав проявляет нечувствительность к концентраторам напряжения, _надр/_гл 1.

Таким образом, применение предлагаемого сплава для изготовления деталей газотурбинных двигателей позволяет повысить ресурс работы двигателей в 1,5 - 2 раза.