Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе никеля, предназначенным для тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах в газотурбинных двигателях. Предложен жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, гафний, бор, цирконий и магний, при этом он содержит компоненты при следующем соотношении, масс.%: 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. Технический результат - повышение длительной прочности, сопротивления малоцикловой усталости, трещиностойкости и повышение срока службы изделий из предлагаемого сплава. 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к 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 (в масс.%):

Углерод - 0,03-0,08

Хром - 13,0-16,0

Кобальт - 8,0-11,0

Молибден - 4,0-6,0

Ниобий - 2,4-3,5

Титан - 2,4-3,0

Алюминий - 2,2-2,8

Бор - ≤0,01

Церий - ≤0,01

Лантан - ≤0,01

(а.с. СССР №274924, С 22 С 19/00, 1970 год)

Недостатком этого сплава для дисков газовых турбин является общий низкий уровень его механических характеристик, который не удовлетворяет современным требованиям, предъявляемым к жаропрочным сплавам нового поколения.

Известен жаропрочный сплав на основе никеля, состава (в масс.%):

Углерод - 0,03-0,10

Хром - 9,0-11,0

Кобальт - 14,0-16,0

Вольфрам - 3,8-5,5

Молибден - 3,1-4,1

Титан - 3,2-4,0

Алюминий - 3,5-4,2

Ниобий - 1,6-2,1

Гафний - 0,2-0,8

Бор - 0,005-0,05

Цирконий - 0,005-0,05

Магний - 0,001-0,05

Никель - остальное

При отношении содержания вольфрама к содержанию молибдена 1,0-1,6 (патент РФ 2009244, С 22 С 19/05, 1992 г.) - прототип.

Недостатком этого сплава является низкая длительная прочность при рабочей температуре 650°С и низкие характеристики надежности, такие как сопротивление малоцикловой усталости (МЦУ) и трещиностойкость (К_i100).

Предлагается сплав на основе никеля, содержащий компоненты в следующем соотношении (в масс.%)

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

Предлагаемый сплав отличается от прототипа следующим соотношением компонентов (в масс.%)

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

Технический результат - повышение длительной прочности, сопротивления малоцикловой усталости, трещиностойкости и, как следствие, повышение срока службы изделий из предлагаемого сплава.

Это достигается за счет неожиданного эффекта, когда повышение прочности матрицы сплава в широком интервале температур сопровождается повышением характеристик пластичности, что приводит к повышению надежности сплава.

Появление такого эффекта вызвано одновременным упрочнением тела и границ зерен, равномерным распределением стабильных карбидов в объеме сплава и формированием однородного зерна с извилистыми границами.

Пример

Методом металлургии гранул были изготовлены и опробованы сплавы предлагаемого состава (№1, 2, 3) и состава - прототипа.

Составы сплавов приведены в таблице 1.

Таблица 1
	Состав 1	Состав 2	Состав З	Состав-прототип
Углерод	0,02	0,06	0,10	0,07
Хром	9,0	10,0	11,0	9,8
Кобальт	14,0	15,0	16,0	14,8
Вольфрам	5,6	5,9	6,5	4,6
Молибден	3,0	3,4	3,8	3,9
Титан	4,0	4,1	4,2	3,7
Алюминий	3,4	3,8	4,2	4,0
Ниобий	1,5	1,9	2,2	1,8
Гафний	0,10	0,15	0,20	0,6
Бор	0,005	0,02	0,05	0,025
Цирконий	0,001	0,002	0,004	0,025
Магний	0,001	0,025	0,05	0,04
Никель	остальное	остальное	остальное	остальное

Механические свойства при 20°С и при рабочей температуре 650°С предлагаемого сплава и сплава-прототипа определены по стандартным методикам испытания и представлены в таблице 2.

Таблица 2
	20°С	650°С
	Предел прочности σ_B	Предел текучести σ_0,2	Относительн. Удлинение δ	Длител. Прочность σ₁₀₀	Малоцикл. Усталость σ_N=10⁴	Трещино-стойкостьK_i100
МПа	%	МПа	МПа·м^1/2
Состав 1	1530	1176	14	1078	1100	59,2
Состав 2	1553	1181	14	1097	1117	60,0
Состав 2	1567	1204	15	1097	1078	59,8
Прототип	1490	1130	10	980	980	49,3

Из таблицы 2 видно, что сплав предлагаемого состава превосходит прототип по пределу прочности более чем на 40 МПа, а по пределу текучести более чем на 50 МПа при более высоком уровне пластичности.

Кроме того, предлагаемый сплав при рабочей температуре 650° имеет более высокий уровень длительной прочности и сопротивления малоцикловой усталости, выше на 100 МПа, при значительно более высокой трещиностойкости (к_i100 выше на 10 МПа·м^1/2).

Таким образом, применение предлагаемого сплава для изготовления дисков газотурбинных двигателей нового поколения позволит повысить ресурс работы двигателя в 1,5-2 раза.

Жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, гафний, бор, цирконий и магний, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, 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

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.

Сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него // 2256716

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.

Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него // 2256715

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.

Припой на основе никеля // 2254972

Сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него // 2245387

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.

Литейный сплав на основе никеля // 2237741

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.

Сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него // 2237093

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.

Литьевые изделия из специального сплава на никелевой основе (варианты), способ изготовления изделий из специального сплава и способ термической обработки этих изделий // 2235798

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

Штамповый сплав // 2235797

Изобретение относится к металлургии, в частности к инструментальным материалам высокой теплостойкости, используемым для литых и кованых штампов горячего деформирования, работающих без интенсивного охлаждения.

Сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него // 2230812

Литейный сплав на основе никеля // 2264479

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным сплавам на основе никеля

Способ получения слитков большого диаметра из сплавов на основе никеля // 2272083

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам производства слитков большого диаметра из суперсплавов на основе никеля, которые по существу не имеют положительной и отрицательной ликвации

Литейный сплав для стоматологии // 2277602

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе никеля, используемым для изготовления зубных коронок, протезов, бюгелей

Припой на основе никеля // 2278011

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к припоям на основе никеля, преимущественно к аморфным припоям, и может найти применение при изготовлении паяных деталей узлов радиаторов, теплообменников, сотовых панелей и т.д., в конструкции которых применяются тонкостенные элементы из нержавеющих сталей

Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава // 2280091

Изобретение относится к области металлургии жаропрочных деформируемых сплавов на основе никеля и изделий, выполненных из этих сплавов, для авиационной техники, машиностроения и других отраслей народного хозяйства и может быть использовано для изготовления дисков турбин газотурбинных двигателей и других узлов и деталей, работающих при температурах до 850°С

Припой на основе никеля // 2283741

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к припоям на основе никеля, которое может найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин ГТД из монокристаллических никелевых сплавовИзвестен припой на основе никеля (СССР а.с

Припой на основе никеля // 2283742

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к припоям на основе никеля, которые могут найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин ГТД из монокристаллических никелевых сплавов

Сплав на никелевой основе для стоматологических изделий под керамику // 2284363

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам, используемым в стоматологии для изготовления литейной технологией зубных коронок, протезов, бюгелей и т.д

Жаропрочный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава // 2285059

Изобретение относится к области металлургии жаропрочных свариваемых сплавов на основе никеля, предназначенных для изготовления жаровых труб, корпусов, кожухов, экранов и других сварных узлов и деталей, работающих в области температур 20-1000°С

Сплав на основе никеля // 2289637

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе никеля, способным выдерживать сверхвысокие температуры