Сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным интерметаллидным сплавам на основе Ni3Al и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям. Сплав предназначен для литых деталей авиационных газотурбинных двигателей, длительно эксплуатируемых в окислительной атмосфере в условиях большого числа теплосмен при значительных скоростях нагрева и охлаждения контактирующих поверхностей, испытывающих значительные нагрузки, преимущественно для бандажных полок рабочих лопаток и вкладышей сопловых аппаратов газовых турбин. Предложен сплав и изделие на основе интерметаллида Ni3Al, содержащий алюминий, хром, вольфрам, титан, углерод, при этом он дополнительно содержит кремний, бор и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Al 10,5-12,5; Cr 4-6; W 1,5-2,5; Ti 1,0-1,6; С 0,1-0,2; Si 0,9-1,2; В 0,005-0,015; Y 0,005-0,015; Ni остальное. Использование указанного сплава повышает надежность изделий и увеличивает ресурс работы. 2 с.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным интерметаллидным сплавам на основе Ni3Аl и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям. Сплав предназначен для литых деталей авиационных газотурбинных двигателей, длительно эксплуатируемых в окислительной среде в условиях большого числа теплосмен при значительных скоростях нагрева и охлаждения контактирующих поверхностей, испытывающих значительные нагрузки, преимущественно для бандажных полок рабочих лопаток и вкладышей сопловых аппаратов газовых турбин.

Известен сплав на основе интерметаллида Ni3Аl следующего химического состава, мас.%:

Аl 10-12

Fe 14,5-17,5

Мо 2,7-4,0

Hf 0,9-1,7

С 0,01-0,06

Се 0,005

Ni Остальное (патент Франция №2603902)

Недостатком этого сплава является не превышающая 950С рабочая температура и склонность к трещинообразованию при увеличении количества теплосмен.

Изделия из этого сплава, например проставки соплового аппарата, имеют ограниченный ресурс работы, что связано с низкой трещиностойкостью.

Известен сплав на основе интерметаллида Ni3Аl следующего химического состава, мас.%:

Al 8-9

Cr 5-6,8

W 2,7-4,0

Мо 3,0-4,3

Ti 1,3-2,2

С 0,13-0,18

Sn 0,03-0,08

Ni Остальное (патент РФ №2088686)

Недостатком этого сплава является низкая прочность и недостаточная жаропрочность в интервале температур 650-1000С.

Изделия из этого сплава, например бандажные полки ГТД, имеют низкий выход годного и недостаточную долговечность.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе интерметаллида Ni3Аl, имеющий химический состав, мас.%:

Al 7,8-9,0

Cr 5,0-6,5

W 2,7-4,0

Мо 3,0-4,0

Ti 0,8-1,2

С 0,001-0,005

Sn 0,03-0,05

Zr 0,05-0,5

Ni Остальное (патент РФ №2198233)

Недостатком этого сплава является неудовлетворительная жаростойкость при температуре 1300С, недостаточная термостойкость при больших скоростях нагрева и охлаждения и значительный износ при трении сопрягающихся поверхностей.

Изделия из этого сплава, например бандажные полки рабочих лопатки ГТД, имеют короткий ресурс работы.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка сплава и изделия, выполненного из него, обладающих повышенной жаростойкостью при температуре 1300С, высокой термостойкостью при больших скоростях нагрева и охлаждения и незначительным износом при трении сопрягающихся поверхностей.

Для достижения поставленной технической задачи предлагается сплав на основе интерметаллида Ni3Аl, содержащий алюминий, хром, вольфрам, титан, углерод, который дополнительно содержит кремний, бор и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аl 10,5-12,5

Сr 4-6

W 1,5-2,5

Ti 1,0-1,6

С 0,1-0,2

Si 0,9-1,2

В 0,005-0,015

Y 0,005-0,015

Ni Остальное

и изделие, выполненное из него.

В качестве примесей в сплаве могут содержаться железо, ниобий, молибден и марганец в количествах до 0,3 мас.% каждого; а также сера, фосфор, свинец, висмут, олово и сурьма соответственно не более 0,005; 0,005; 0,001; 0,0005; 0,003 и 0,003 мас.%.

Авторами было установлено, что при заявленных соотношениях компонентов в предлагаемом сплаве на основе интерметаллида Ni3Аl и дополнительном введении кремния, бора и иттрия наблюдается уплотнение оксидной пленки и улучшается ее адгезия с основным материалом, а также за счет образования боридов происходит снижение газонасыщения по границам зерен и их упрочнение. В объеме зерен помимо - фазы выделяются дисперсные интерметаллидные соединения иттрия Ni3Аl(), что способствует снижению скорости диффузии при высоких температурах, как в объеме зерна, так и по его границам, что в свою очередь обеспечивает повышеннную жаростойкость сплава при температуре 1300С, высокую термостойкость, незначительный износ при трении сопрягающихся поверхностей и, кроме этого, плотность сплава ниже, чем у сплава-прототипа.

Изделие, выполненное из предлагаемого сплава, имеет повышенные надежность и ресурс работы.

Примеры осуществления

Шихтовую заготовку из предлагаемого сплава различных составов и сплава-прототипа выплавляли из чистых шихтовых материалов в вакуумной индукционной печи с тиглем из основной футеровки. После разливки сплавов в кокили 60 мм отбирали стружку на химический анализ. Результаты химанализа составов сплава приведены в табл.1.

Содержание легирующих элементов, газов и примесей, таких как железо, ниобий, молибден, марганец сера, фосфор, свинец, висмут, олово и сурьма определяли по стандартным методикам.

Перед последующими операциями шихтовую заготовку протачивали по поверхности на глубину 1-2 мм для удаления слоя, контактирующего с чугуном, затем разрезали на мерные заготовки весом по 6 кг для последующего переплава.

Образцы 16 мм и длиной 75 мм получали методом равноосной кристаллизации, при этом температура заливки металла составляет 1580-1620С, температура формы - 950-1000С.

Свойства предлагаемого сплава с различным соотношением компонентов и сплава-прототипа, полученных по одной и той же технологической схеме, приведены в табл.2.

Из табл.2 видно, что свойства предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni3Аl выше, чем свойства известного. Привес при окислении на воздухе за 100 часов при 1300С на 17-28% у сплава-прототипа превышает привес при этих же характеристиках у предлагаемого сплава. Термостойкость предлагаемого сплава до появления первой трещины длиной 3 мм в продуктах сгорания авиационного топлива при скоростях нагрева и охлаждения Vнагр.=Vохл.=1 мин от 200С1200С на 44,4-48,6% лучше, чем у сплава-прототипа. Износостойкость (износ по массе) на воздухе при трении по ЖС6У при удельном давлении Руд.=4,2 кгс/см и скорости скольжения 2 м/с предлагаемого сплава на 50-54% ниже износостойкости сплава-прототина при температуре 20С и на 47-77% - при температуре 850С, при этом предлагаемый сплав на 5,7% легче сплава-прототипа.

Использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni3Аl повышает надежность изделий и увеличивает их ресурс работы.

Формула изобретения

1. Сплав на основе интерметаллида Ni3Аl, содержащий алюминий, хром, вольфрам, титан, углерод, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кремний, бор и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аl 10,5-12,5

Сr 4-6

W 1,5-2,5

Ti 1,0-1,6

С 0,1-0,2

Si 0,9-1,2

В 0,005-0,015

Y 0,005-0,015

Ni Остальное

2. Изделие из сплава на основе интерметаллида Ni3Al, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к разработке сплавов на основе никеля, используемого для отливки металлических каркасов несъемных металлокерамических зубных протезов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления металлических каркасов зубных протезов с керамическим покрытием
Изобретение относится к производству заготовок из порошков жаропрочных никелевых сплавов, стойких к окислению при повышенных температурах и работающих в условиях тяжелого нагружения

Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к производству никелевых жаропрочных сплавов, используемых для деталей с монокристаллической структурой, например лопаток газовых турбин, работающих при высоких температурах

Изобретение относится к металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе никеля, используемым для изготовления высоконагруженных деталей, например лопаток газовых турбин, работающих при температурах до 1000oС, методами направленной кристаллизации и монокристаллического литья

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения методом направленной кристаллизации деталей высокотемпературных узлов, преимущественно турбинных лопаток с монокристальной структурой в газотурбинных двигателях и установках

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным жаропрочным сплавам и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам, используемым для нанесения покрытий на изделия из металлов и сплавов, например жаропрочных сплавов, наносимых на лопатки турбин газотурбинных двигателей или стационарных газовых турбин

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным никелевым жаропрочным сплавам и изделиям с монокристаллической структурой, получаемым методом точного литья, для которых основными требованиями являются высокая прочность при комнатной температуре и жаропрочность в интервале температур 1100-1250oС

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным жаропрочным сплавам на основе интерметаллида Ni3Al и изделиям, получаемым методом точного литья, таким как, например, лопатки турбин ГТД различного назначения, для которых основными требованиями являются низкая плотность (8000 кг/м3), высокие пределы длительной прочности в интервале температур 900-1200oС и сопротивление окислению до 1200-1300oС
Изобретение относится к металлургии, в частности к инструментальным материалам высокой теплостойкости, используемым для литых и кованых штампов горячего деформирования, работающих без интенсивного охлаждения

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изделиям из жаропрочного никелевого сплава, способам их получения и термической обработки

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным жаропрочным сплавам на основе интерметаллида Ni3Al и изделиям, получаемым методом точного литья, таким как рабочие и сопловые лопатки, элементы камер сгорания, створки и другие детали ГТД, используемым в авиационной технике, автомобильной промышленности, судостроении

Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, используемым для наплавки на детали, работающие в жестких условиях при высокотемпературной сульфидно-оксидной коррозии
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным интерметаллидным сплавам на основе Ni3Al и изделиям, получаемым из этого сплава методом точного литья по выплавляемым моделям с поликристаллической, направленной столбчатой и монокристаллической структурами, например, рабочим и сопловым лопаткам, деталям газотурбинных двигателей, применяемых в авиационной, автомобильной промышленности и судостроении

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к припоям на основе никеля, которое может найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин ГТД

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению жаропрочных литейных сплавов на основе никеля, и может быть использовано для получения методом направленной кристаллизации деталей узлов газотурбинных двигателей и установок, преимущественно турбинных лопаток с монокристаллической и направленной структурами, работающих при высоких температурах
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным интерметаллидным сплавам на основе Ni3Al и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям с монокристаллической структурой, таким как рабочие лопатки газотурбинных двигателей авиационной промышленности

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным свариваемым сплавам на основе никеля, предназначены для изготовления корпусов, кожухов, теплозащитных экранов и других сварных узлов и деталей, работающих при температурах до 900°С
Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе никеля, предназначенным для тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах в газотурбинных двигателях
Наверх