Присадочный материал на основе никеля
Владельцы патента RU 2373038:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к сплавам на основе никеля, предназначенным для применения в авиационной, энергетической отраслях промышленности в качестве присадочного материала в сварных конструкциях в виде «лапши» или в виде сварочной проволоки. Для обеспечения повышенной кратковременной прочности сварного соединения при комнатной и повышенных температурах, а также жаропрочности сварных соединений предложен присадочный материал на основе никеля. Материал содержит, мас.%: углерод 0,05-0,1, хром 21-24, молибден 6,5-7,5, вольфрам 6,5-7,5, титан 1,7-2,1, марганец 0,1-0,5, кремний 0,1-0,3, кобальт 10,5-12,5, магний 0,01-0,05, лантан 0,01-0,05, никель - остальное. Применение предлагаемого присадочного материала на основе никеля для сварки жаропрочных сплавов позволит повысить ресурс и надежность сварных конструкций горячего тракта двигателя. 1 табл.
Изобретение относится к сплавам на основе никеля, предназначенным для применения в авиационной, энергетической отраслях промышленности в качестве присадочного материала в сварных конструкциях в виде «лапши» или в виде сварочной проволоки.
Известен сварочный материал на основе никеля, имеющий следующий химический состав, мас.%:
| углерод | 0,08 |
| хром | 14-16 |
| молибден | 14-16 |
| марганец | 1,0-2,0 |
| кремний | 0,5 |
| железо | не более 4,0 |
| никель | остальное |
(ГОСТ 2246-70 «Проволока стальная сварочная»).
Известен также присадочный материал, имеющий следующий химический состав, мас. %:
| углерод | ≤0,15 |
| хром | 14-16 |
| молибден | 2-4 |
| кобальт | 8-12 |
| ниобий | 3-4 |
| алюминий | 0,5-1,5 |
| вольфрам | 2-4 |
| кремний | ≤0,5 |
| марганец | ≤1,5 |
| ванадий | 0,5-1,2 |
| никель | остальное |
(«Присадочный материал для сварки жаропрочных никелевых сплавов» Л.И.Сорокин, журнал «Сварочное производство» №4, 2003 г.).
Известен присадочный материал на основе никеля, используемый для сварки при ремонте узлов двигателя, содержащий, мас.%:
| углерод | 0,09 |
| кобальт | 10 |
| хром | 18-22 |
| алюминий | 0,2-0,7 |
| цирконий | 0,06 |
| бор | 0,015 |
| марганец | 0,4-1,2 |
| кремний | 0,2-0,45 |
| никель | остальное |
(Патент ЕР №1090710).
Известные присадочные материалы обладают низкой стойкостью к образованию горячих трещин при сварке, а также пониженной жаропрочностью.
Известен состав присадочного материала на основе никеля, содержащий, мас.%:
| углерод | 0,02 |
| хром | 20-24 |
| молибден | 8-12 |
| вольфрам | 0,1-12 |
| алюминий | 0,03-0,4 |
| железо | ≤5 |
| марганец | ≤0,4 |
| никель | остальное |
(Патент US №6447716).
Присадочный материал обладает пониженной жаропрочностью.
Известен присадочный материал, имеющий следующий химический состав, мас.%:
| углерод | 0,02-0,1 |
| хром | 20-25 |
| кобальт | 25-32 |
| вольфрам | 10-16 |
| алюминий | 0,2-0,7 |
| неодим | 0,01-0,1 |
| лантан | 0,01-1 |
| никель | остальное |
(А.с. СССР №1072501).
Присадочный материал обладает пониженной пластичностью, не достаточно высокой жаропрочностью.
Известен присадочный материал на основе никеля, содержащий, мас.%:
| углерод | 0,04 |
| кремний | 0,01-0,5 |
| марганец | 7 |
| хром | 28-31,5 |
| ниобий | 0,5 |
| тантал | 0,005-3 |
| железо | 7-11 |
| алюминий | 0,01-0,4 |
| титан | 0,01-0,45 |
| ванадий | 0,5 |
| никель | остальное |
(Заявка WO №2005070612).
Известный присадочный материал обладает недостаточно высокой жаропрочностью. Высокое содержание хрома в присадочном материале способствует образованию охрупчивающих фаз, например, σ-фаз, снижающих его пластичность.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является присадочный материал следующего химического состава, мас.%:
| углерод | ≤0,1 |
| хром | 19-22 |
| молибден | 7-9 |
| вольфрам | 7-9 |
| титан + алюминий | ≤3,3 |
| железо | ≤3,0 |
| кремний | ≤0,6 |
| марганец | ≤0,5 |
| никель | остальное |
(Присадочный материал для сварки жаропрочных никелевых сплавов» Л.И.Сорокин, журнал «Сварочное производство» 2003 г. №4, стр.35).
Присадочный материал-прототип обладает недостаточной кратковременной прочностью сварного соединения при комнатной и повышенных температурах, а также недостаточной жаропрочностью сварных соединений.
Технической задачей изобретения является разработка присадочного материала на основе никеля, обеспечивающего повышение кратковременной прочности сварного соединения при комнатной и повышенных температурах, а также жаропрочности сварных соединений.
Для достижения поставленной технической задачи предложен присадочный материал на основе никеля, содержащий углерод, хром, молибден, вольфрам, титан, марганец, кремний, который дополнительно содержит кобальт, магний, лантан, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| углерод | 0,05-0,1 |
| хром | 21-24 |
| молибден | 6,5-7,5 |
| вольфрам | 6,5-7,5 |
| титан | 1,7-2,1 |
| марганец | 0,1-0,5 |
| кремний | 0,1-0,3 |
| кобальт | 10,5-12,5 |
| магний | 0,01-0,05 |
| лантан | 0,01-0,05 |
| никель | остальное |
Авторами установлено, что введение кобальта, магния и лантана при заявленном содержании и соотношении компонентов в предлагаемый присадочный материал обеспечивает повышение кратковременной прочности сварных соединений при комнатной и повышенной температурах и их жаропрочности.
Примеры осуществления
В вакуумных печах были выплавлены присадочные материалы, составы которых приведены в таблице. Слитки после механической обработки были прокованы на сутунки и прокатаны на лист. Листы подвергались закалке и обрабатывались в растворах кислот и щелочей для снятия окалины после термообработки. Из листов нарезалась «лапша», которая использовалась в качестве присадочного металла при сварке жаропрочных никелевых сплавов. Ручную аргонодуговую сварку с присадочным металлом осуществляли током 80-100 А при скорости 5-7 м/ч. Приведенные в таблице механические свойства сварных соединений показывают, что применение предлагаемого состава присадочного материала для сварки жаропрочных никелевых сплавов позволяет повысить кратковременную прочность сварных соединений при комнатной и повышенной температурах и их жаропрочность на 30%.
Применение предлагаемого присадочного материала на основе никеля для сварки жаропрочных сплавов позволит повысить ресурс и надежность сварных конструкций горячего тракта двигателя.
| Составы и свойства предлагаемого присадочного материала и присадочного материала-прототипа | ||||||||||||||||
| № п/п | Содержание элементов, мас.% | Свойства сварного соединения | ||||||||||||||
| С | Cr | Мо | W | Ti | Al | Fe | Co | Si | Mn | Mg | La | Ni | Предел прочности сварного соединения, σв, МПа | Предел длительной прочности сварного соединения σ1000 100, МПа |
||
| Температура, °С | ||||||||||||||||
| 20 | 1000 | |||||||||||||||
| 1 | 0,05 | 21 | 6,5 | 6,5 | 1,7 | - | - | 10,5 | 0,1 | 0,1 | 0,01 | 0,01 | остальное | 554 | 147 | 41 |
| 2 | 0,1 | 24 | 7,5 | 7,5 | 2,1 | - | - | 11,5 | 0,2 | 0,3 | 0,025 | 0,025 | -''- | 598 | 152 | 44 |
| 3 | 0,07 | 22,5 | 7 | 7 | 1,9 | - | - | 12,5 | 0,3 | 0,5 | 0,05 | 0,05 | -''- | 580 | 150 | 42 |
| 4 | 0,1 | 19,5 | 8 | 8 | Ti+Al≤3,3 | <3 | - | 0,6 | 0,5 | - | - | -''- | 532 | 106 | 35 |
Присадочный материал на основе никеля для сварки жаропрочных сплавов, содержащий углерод, хром, молибден, вольфрам, титан, марганец, кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кобальт, магний, лантан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| углерод | 0,05-0,1 |
| хром | 21-24 |
| молибден | 6,5-7,5 |
| вольфрам | 6,5-7,5 |
| титан | 1,7-2,1 |
| марганец | 0,1-0,5 |
| кремний | 0,1-0,3 |
| кобальт | 10,5-12,5 |
| магний | 0,01-0,05 |
| лантан | 0,01-0,05 |
| никель | остальное |
