жаропрочный порошковый сплав на основе никеля
Классы МПК: | C22C19/05 с хромом |
Автор(ы): | Гарибов Генрих Саркисович (RU), Востриков Алексей Владимирович (RU), Гриц Нина Михайловна (RU), Федоренко Елизавета Александровна (RU), Казберович Алексей Михайлович (RU), Власова Ольга Николаевна (RU), Иноземцев Александр Александрович (RU), Андрейченко Игорь Леонардович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое Акционерное Общество "Всероссийский Институт Легких сплавов" (ОАО ВИЛС) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-08-27 публикация патента:
10.03.2009 |
Изобретение относится к области металлургии. Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля содержит компоненты в следующем соотношении (мас.%): углерод 0,04-0,08, хром 10,0-12,0, кобальт 14,0-16,0, вольфрам 2,5-3,5, молибден 4,0-5,0, титан 2,5-3,1, алюминий 3,5-4,4, ниобий 3,0-3,5, бор 0,005-0,05, магний 0,001-0,05, ванадий 0,4-0,8, церий 0,001-0,05, лантан 0,001-0,08, скандий 0,001-0,05, железо 0,01-1,0, марганец 0,001-0,5, кремний 0,001-0,5, никель - остальное. Изобретение направлено на повышение прочности, ползучести и на снижение скорости распространения усталостной трещины при рабочих температурах изделия из данного сплава. Сплав может быть использован для изготовления деталей газотурбинных двигателей. 1 табл.
Формула изобретения
Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, бор и магний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ванадий, церий, лантан, скандий, железо, марганец и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод | 0,04-0,08 |
хром | 10,0-12,0 |
кобальт | 14,0-16,0 |
вольфрам | 2,5-3,5 |
молибден | 4,0-5,0 |
титан | 2,5-3,1 |
алюминий | 3,5-4,4 |
ниобий | 3,0-3,5 |
бор | 0,005-0,05 |
магний | 0,001-0,05 |
ванадий | 0,4-0,8 |
церий | 0,001-0,05 |
лантан | 0,001-0,08 |
скандий | 0,001-0,05 |
железо | 0,01-1,0 |
марганец | 0,001-0,5 |
кремний | 0,001-0,5 |
никель | остальное |
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к порошковой металлургии жаропрочных сплавов на основе никеля, предназначенных для тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах в газотурбинных двигателях.
Известен жаропрочный никелевый сплав, предназначенный для деталей газовых турбин, состава (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 |
(патент РФ 2131943, С22С 19/05, 1999 год).
Недостатком этого сплава являются низкие характеристики прочности, жаропрочности и чувствительность сплава к концентраторам напряжений при рабочих температурах, что существенно снижает ресурс работы изделия.
Известен жаропрочный сплав на основе никеля, состава (мас. %):
Углерод | - 0,02-0,10 |
Хром | - 9,0-11,0 |
Кобальт | - 14,0-16,0 |
Вольфрам | - более 5,5-6,5 |
Молибден | - 3,0-3,8 |
Титан | - 4,0-4,2 |
Алюминий | - 3,4-4,2 |
Ниобий | - 1,5-2,2 |
Гафний | - 0,1-0,2 |
Бор | - 0,005-0,05 |
Цирконий | - 0,001 - не более 0,005 |
Магний | - 0,001-0,05 |
Никель | - остальное |
(патент РФ 2257420, С22С 19/05, 2005 год) - прототип.
Недостатком этого сплава являются низкие характеристики прочности ( в 650°С ) и ползучести ( 0,2/100) и высокая скорость распространения усталостной трещины (СРТУ) при рабочих температурах.
Предлагается сплав на основе никеля, содержащий компоненты в следующем соотношении (мас. %):
Углерод | - 0,04-0,08 |
Хром | - 10,0-12,0 |
Кобальт | - 14,0-16,0 |
Вольфрам | - 2,5-3,5 |
Молибден | - 4,0-5,0 |
Титан | - 2,5-3,1 |
Алюминий | - 3,5-4,4 |
Ниобий | - 3,0-3,5 |
Бор | - 0,005-0,05 |
Магний | - 0,001-0,05 |
Ванадий | - 0,4-0,8 |
Церий | - 0,001-0,05 |
Лантан | - 0,001-0,08 |
Скандий | - 0,001-0,05 |
Железо | - 0,01-1,0 |
Марганец | - 0,001-0,5 |
Кремний | - 0,001-0,5 |
Никель | - остальное |
Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит ванадий, церий, лантан, скандий, железо, марганец, кремний при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Углерод | - 0,04-0,08 |
Хром | - 10,0-12,0 |
Кобальт | - 14,0-16,0 |
Вольфрам | - 2,5-3,5 |
Молибден | - 4,0-5,0 |
Титан | - 2,5-3,1 |
Алюминий | - 3,5-4,4 |
Ниобий | - 3,0-3,5 |
Бор | - 0,005-0,05 |
Магний | - 0,001-0,05 |
Ванадий | - 0,4-0,8 |
Церий | - 0,001-0,05 |
Лантан | - 0,001-0,08 |
Скандий | - 0,001-0,05 |
Железо | - 0,01-1,0 |
Марганец | - 0,001-0,5 |
Кремний | - 0,001-0,5 |
Никель | - остальное |
Технический результат - повышение характеристик прочности, ползучести и снижение скорости распространения усталостной трещины при рабочих температурах и, как следствие, повышение ресурса работы и надежности изделия из предлагаемого сплава.
Это достигается тем, что предлагаемый состав порошкового сплава обеспечивает одновременное увеличение прочности границ и тела зерна за счет карбидного упрочнения, упрочнения -матрицы и выделений '-фазы, а также позволяет исключить образование внутренних пор в процессе распыления порошка и, в результате, прессовать из него плотные беспористые заготовки, что повышает прочностные характеристики и характеристики ползучести сплава и снижает скорость распространения усталостной трещины.
Пример
Методом порошковой металлургии был изготовлен и опробован сплав предлагаемого состава, мас. %:
Углерод | - 0,06 |
Хром | - 11,0 |
Кобальт | - 15,0 |
Вольфрам | - 3,0 |
Молибден | - 4,5 |
Титан | - 2,8 |
Алюминий | - 4,0 |
Ниобий | - 3,2 |
Бор | - 0,015 |
Магний | - 0,02 |
Ванадий | - 0,6 |
Церий | - 0,01 |
Лантан | - 0,02 |
Скандий | - 0,01 |
Железо | - 0,5 |
Марганец | - 0,3 |
Кремний | - 0,2 |
Никель | - остальное |
Также был получен сплав по составу-прототипу.
Механические свойства при рабочей температуре 650°С предлагаемого сплава и сплава-прототипа определены по стандартным методикам испытания и представлены в таблице.
Таблица | |||||||
650°С | |||||||
Предел прочности B | Предел текучести 0,2 | Относительное удлинение | Относительное сужение | Предел ползучести 0,2/100 | Длительная прочность 100 | СРТУ К= 44 МРа·м0,5 | |
МПа | % | МПа | мм/цикл | ||||
предлагаемый | 1590 | 1189 | 12,6 | 16,3 | 973 | 1140 | 1,5·10-4 |
прототип | 1420 | 1088 | 7,5 | 7,8 | 830 | 1097 | 8,2·10 -4 |
Таким образом, сплав предлагаемого состава позволяет при повышенной температуре повысить предел прочности на 10-12%, предел текучести на 8-10%, предел ползучести на 15-18% и предел длительной прочности на 4-6%. При этом предлагаемый сплав имеет скорость распространения усталостной трещины в 5-6 раз меньше, чем у прототипа.
В результате этого применение предлагаемого сплава для изготовления валов, дисков и других деталей газотурбинных двигателей позволит повысить их ресурс в 1,6 раза и снизить вес двигателя в 1,2 раза.