Сплав на основе никеля

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к изысканию высокожаропрочного и высокожаростойкого сплава на никелевой основе с монокристаллической структурой для изготовления деталей газовых турбин нового поколения авиационных и других двигателей, работающих при высоких температурах и напряжениях. Цель - повышение жаропрочности и жаростойкости и улучшение технологичности, а также повышение стабильности жаропрочности. Для этого предложен сплав следующего состава, мас.%: углерод 0,001-0,12; хром 4,5-12,0; кобальт 2,0-9,0; алюминий 4,5-7,0; титан 0,7-2,5; ниобий 0,04-1,5; бор 0,001-0,004; гафний 0,001-0,25; ванадий 0,005-0,015; вольфрам 5,5-12,0; молибден 0,3-3,5; цирконий 0,001-0,005; иттрий 0,0002-0,001; церий 0,0005-0,003; лантан 0,0005-0,003; никель - остальное. С целью повышения стабильности жаропрочности он дополнительно содержит по крайней мере один элемент, выбранный из группы, содержащей тантал 0,05-5,0 мас.% и рений 0,05-3,0 мас. %. Предлагаемый сплав обеспечивает повышение жаропрочности при всех сочетаниях компонентов и увеличение жаростойкости более чем в 3,0 раза. Кроме того, сплав обладает высокой технологичностью за счет уменьшения трещинообразования. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к изысканию высокожаропрочного и высокожаростойкого сплава на никелевой основе с монокристаллической структурой для изготовления деталей газовых турбин нового поколения авиационных и других двигателей, работающих при высоких температурах и напряжениях. Цель изобретения повышение жаропрочности и жаростойкости и улучшение технологичности, а также повышение стабильности жаропрочности. Отливки с монокристальной структурой состоят из одного кристалла, имеющего дендритное строение, не имеющего границ зерен. Поэтому содержание в сплаве элементов, упрочняющих границы зерен, в частности РЗМ церия, лантана и других, а также циркония, бора, подобрано в ограниченно узких пределах, достаточных для очистки металла от окислов, остаточных количеств вредных примесей, а также устраняющих образование избыточных фаз, располагающихся преимущественно в осях дендритов и ослабляющих эти структурные составляющие. В предложенном сплаве используют элементы в количествах, обеспечивающих упрочнение твердого раствора, границ фаз, создающих необходимое количество упрочняющей γʹ фазы и стабилизирующих ее, т.е. обеспечивающих высокий уровень свойств при одновременном улучшении технологичности и предупреждающих образование зон оплавления. Введение в сплав дополнительно по крайней мере одного элемента, выбранного из группы тантал, рений, в количестве соответственно 0,05-5,0 и 0,05-3,0 мас. Сплав выплавляют в вакуумных индукционных печах с основной футеровкой с применением до 40% отходов при разрежении 10^-1-10^-3 мм рт. ст. Разливают его в условиях вакуума в металлические кокили. От исходных плавок порции металла по серийной технологии для литейных сплавов, переплавляют в порционной печи для заливки лопаток. Выращивают монокристаллы с различной кристаллографической ориентацией. Аналогично получают монокристаллы из известного сплава. Для определения свойств получают заготовки длиной 200-250 мм, диаметром 16-18 мм. Заготовки травят, проверяют макроструктуру и из монокристальных прутков, предварительно термообработанных по режиму; закалка с температуры 1260-1300^oC и выдержке 3 ч охлаждение на воздухе с скоростью 70-120^oC в 1 мин; старение при температуре 1050^oC, выдержка 10 ч - охлаждение с той же скоростью, готовят образцы для контроля свойств. Химический состав и полученные результаты испытаний приведены в табл. 1 и 2. Из приведенных в таблицах данных следует, что по жаропрочности (долговечности) предлагаемый сплав при всех сочетаниях компонентов значительно превосходит известный сплав. Сплав обладает также высокой трещиноустойчивостью, т.е. по технологичности предложенный сплав превосходит известный. По жаростойкости он также превосходит известный сплав более чем в 3 раза. В микроструктуре сплава отсутствуют зоны оплавления, что резко повышает его работоспособность. Возрастает не только жаропрочность, но и механические свойства предел прочности, удлинение и сужение.

Формула изобретения

1. Сплав на основе никеля, преимущественно с монокристаллической структурой, содержащий углерод, хром, кобальт, алюминий, титан, ниобий, бор, гафний, ванадий, вольфрам, молибден, цирконий, иттрий, церий, лантан, отличающийся тем, что, с целью повышения жаропрочности и жаростойкости и улучшения технологичности, он содержит компоненты при следующем соотношении, мас. Углерод 0,001 0,12 Хром 4,5 12,0 Кобальт 2,0 9,0 Алюминий 4,5 7,0 Титан 0,7 2,5 Ниобий 0,04 1,5 Бор 0,001 0,004 Гафний 0,001 0,25 Ванадий 0,005 0,015
Вольфрам 5,5 12,0
Молибден 0,3 3,5
Цирконий 0,001 0,005
Иттрий 0,002 0,001
Церий 0,0005 0,003
Лантан 0,0005 0,003
Никель Остальное
2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности жаропрочности, он дополнительно содержит по крайней мере один элемент, выбранный из группы, содержащей тантал, рений в количестве, мас. Тантал 0,05 5,0
Рений 0,05 3,0t

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2