Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля
Владельцы патента RU 2294393:
Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") (RU)
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к жаропрочным никелевым сплавам, предназначенным для тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах в ГТД. Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля содержит, мас.%: углерод 0,02-0,10; хром 9,0-11,0; кобальт 14,0-16,0; вольфрам 5,2-6,8; молибден 3,0-3,9; титан 3,0-3,9; алюминий 3,2-4,5; ниобий 1,2-2,4; гафний 0,05-0,5; бор 0,005-0,05; цирконий 0,001-0,05; магний 0,001-0,05; марганец 0,001-0,5; кремний 0,001-0,5; железо 0,001-1,0; никель - остальное. Техническим результатом является повышение пластичности, характеристик ползучести и снижение скорости распространения усталостной трещины. 1 табл.
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 (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 |
(Патент РФ 2131943, С 22 С 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 (в 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, С 22 С 19/05, 2005 год) - прототип.
Недостатком этого сплава являются низкие пластические характеристики (δ, ψ, KCU), характеристики ползучести(σ0,2/100) и высокая скорость распространения усталостной трещины (СРТУ) при рабочих температурах.
Предлагается сплав на основе никеля, содержащий компоненты в следующем соотношении (в мас.%):
| Углерод | 0,02-0,10 |
| Хром | 9,0-11,0 |
| Кобальт | 14,0-16,0 |
| Вольфрам | 5,2-6,8 |
| Молибден | 3,0-4,0 |
| Титан | 3,0-3,9 |
| Алюминий | 3,2-4,5 |
| Ниобий | 1,2-2,4 |
| Гафний | 0,05-0,5 |
| Бор | 0,005-0,05 |
| Цирконий | 0,001-0,05 |
| Магний | 0,001-0,05 |
| Марганец | 0,001-0,5 |
| Кремний | 0,001-0,5 |
| Железо | 0,001-0,5 |
| Никель | Остальное |
Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит марганец, кремний и железо при следующем соотношении компонентов в мас.%:
| Углерод | 0,02-0,10 |
| Хром | 9,0-11,0 |
| Кобальт | 14,0-16,0 |
| Вольфрам | 5,2-6,8 |
| Молибден | 3,0-3,9 |
| Титан | 3,0-3,9 |
| Алюминий | 3,2-4,5 |
| Ниобий | 1,2-2,4 |
| Гафний | 0,05-0,5 |
| Бор | 0,005-0,05 |
| Цирконий | 0,001-0,05 |
| Магний | 0,001-0,05 |
| Марганец | 0,001-0,5 |
| Кремний | 0,001-0,5 |
| Железо | 0,001-1,0 |
| Никель | Остальное |
Технический результат - повышение пластических характеристик, характеристик ползучести и снижение скорости распространения усталостной трещины при рабочих температурах и, как следствие, повышение ресурса работы изделия из предлагаемого сплава.
Это достигается тем, что предлагаемый состав порошкового сплава обеспечивает увеличение поверхностного натяжения расплава за счет усиления межатомных связей. В свою очередь, увеличение поверхностного натяжения расплава позволяет исключить образование внутренних пор в процессе распыления порошка и, в результате, получать плотные беспористые заготовки, прессуемые из него.
Пример
Методом порошковой металлургии был изготовлен и опробован сплав предлагаемого состава
| Углерод | 0,06 |
| Хром | 10,0 |
| Кобальт | 15,0 |
| Вольфрам | 6,0 |
| Молибден | 3,5 |
| Титан | 3,4 |
| Алюминий | 3,8 |
| Ниобий | 1,8 |
| Гафний | 0,3 |
| Бор | 0,02 |
| Цирконий | 0,02 |
| Магний | 0,03 |
| Марганец | 0,3 |
| Кремний | 0,2 |
| Железо | 0,5 |
| 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 1.
Из таблицы 1 видно, что сплав предлагаемого состава при рабочей температуре 650°С превосходит прототип по характеристикам пластичности почти в 2 раза, по ударной вязкости в 1,5 раза и по пределу ползучести на 70-130 МПа. При этом предлагаемый сплав имеет скорость распространения усталостной трещины меньше чем в 2,5 раза, чем прототип.
Таким образом, применение предлагаемого сплава для изготовления валов, дисков и др. деталей газотурбинных двигателей позволит повысить его ресурс в 1,5 раза.
Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, гафний, бор, цирконий и магний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит марганец, кремний и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%
| Углерод | 0,02-0,10 |
| Хром | 9,0-11,0 |
| Кобальт | 14,0-16,0 |
| Вольфрам | 5,2-6,8 |
| Молибден | 3,0-3,9 |
| Титан | 3,0-3,9 |
| Алюминий | 3,2-4,5 |
| Ниобий | 1,2-2,4 |
| Гафний | 0,05-0,5 |
| Бор | 0,005-0,05 |
| Цирконий | 0,001-0,05 |
| Магний | 0,001-0,05 |
| Марганец | 0,001-0,5 |
| Кремний | 0,001-0,5 |
| Железо | 0,001-1,0 |
| Никель | Остальное |
