СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА СОСТАВА NIAL Российский патент 1997 года по МПК C22C19/05 

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе интерметаллида Ni₃Al и может быть использовано для изготовления штампов, применяемых для получения деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе методом изотермической деформации, например, дисков турбин газотурбинных двигателей.

Известен сплав на основе интерметаллида Ni₃Al, содержащий, мас. алюминий 10,0-10,2; железо 13,9-16,6; гафний 0,9; бор 0,015-0,025; церий 0,005; никель остальное (заявка Великобритании N 2194549, кл. С 22 С 19/03, опублик. 1988).

Указанный сплав при температурах 1000 и 1200^oC имеет прочность, равную соответственно 197-234 и 152-193 мПа. Однако использование данного сплава для изготовления штампов для получения деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе методом изотермической деформации нежелательно из-за недостаточной прочности при указанных температурах.

Наиболее близким к предлагаемому сплаву по своей технической сущности и достигаемому результату является деформируемый сплав на основе интерметаллида состава Ni₃Al, содержащий мас. кобальт 4,0-5,0; железо 4,0-6,0; молибден 0,5-1,5; гафний 0,5-1,0; бор 0,02-0,04; углерод 0,03-0,06; алюминий 8,0-9,5; никель остальное (патент РФ N 2034085, кл. С 22 С 19/03, опублик. 1995).

Указанный сплав обладает достаточной жаростойкостью при повышенной температуре, но недостаточной прочностью σ1200в

Технический результат изобретения повышение прочностных свойств сплава при сохранении жаростойкости при температурах до 1200^oC.

Технический результат достигается тем, что сплав на основе интерметаллида состава Ni₃Al, содержащий молибден, углерод, алюминий, никель, дополнительно содержит хром, вольфрам, титан, олово при следующем соотношении компонентов, мас.

Алюминий 8,0-9,0
Хром 5,0-6,8
Вольфрам 2,7-4,0
Молибден 3,0-4,3
Титан 1,3-2,2
Углерод 0,13-0,18
Олово 0,03-0,08
Никель До 100
Существенными признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа, являются:
количественное содержание алюминия, молибдена, углерода;
наличие в композиции хрома, вольфрама, титана, олова.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию охраноспособности "новизна".

Предлагаемый сплав представляет собой интерметаллидное соединение Ni₃Al, легированное хромом, вольфрамом, молибденом, титаном, углеродом, оловом, т. е. твердый раствор на основе данного соединения.

При содержании алюминия ниже 8 мас. наблюдается снижение стойкости против окисления при температуре свыше 1000^oC.

При содержании алюминия выше 9 мас. происходит образование в структуре фазы типа Ni₃Al, что приводит к снижению прочности при высоких температурах.

Введение хрома, вольфрама, молибдена, титана приводит к высокой прочности в интервале температур 1000-1200^oC. Это достигается за счет твердорастворного упрочнения основы из Ni₃Al в результате растворения вышеназванных элементов и частичного замещения ими алюминия в структурной решетке Ni₃Al. Кроме того, стабилизация структуры и свойств при высоких температурах обеспечивается за счет выделения в основе сплава тонкодисперсных интерметаллидов типа Ni₃(Al, W, Mo, Cr, Ti).

При содержании хрома, вольфрама, молибдена, титана ниже заявляемого минимального значения не достигается достаточной прочности при высоких температурах, так как все эти добавки имеют температуру плавления выше температуры плавления интерметаллида Ni₃Al (1385^oC) основы сплава, поэтому при введении в сплав повышают его жаропрочность.

При содержании хрома, вольфрама, молибдена, титана выше максимального значения снижается технологическая пластичность сплава, во-первых, и, во-вторых, увеличение содержания этих дорогостоящих и дефицитных добавок повышает стоимость сплава и затрудняет его производство.

Введение олова в интервале 0,03-0,08 мас. обусловлено необходимостью стабилизации частиц избыточной фазы Ni₃(Al, W, Mo, Cr, Ti) структуры и свойств при температуре свыше 1050^oC.

При содержании олова менее 0,03 мас. частицы указанной фазы в процессе нагрева при температурах свыше 1000^oC уменьшаются в размерах и количестве, что снижает стабильность структуры и свойств сплава.

При содержании олова 0,08 мас. снижается жаропрочность сплава вследствие низкой температуры плавления олова (232^oC).

Введение углерода в интервале 0,13-0,18 мас. обусловлено также необходимостью образования частиц избыточных фаз, стабилизирующих структуру и свойства при температурах свыше 1050^oC.

При содержании углерода более 0,18 мас. ухудшается технологическая пластичность сплава.

При содержании углерода менее 0,13 мас. не обеспечиваются требуемый уровень свойств и стабильность структуры сплава.

Таким образом, можно сделать вывод, что благодаря действию совокупности существенных признаков, отличающих заявляемое техническое решение от прототипа, достигается технический результат изобретения.

Известны сплавы на основе интерметаллида состава Ni₃Al (например, заявки Японии N 63 23258, кл. С22 С 19/03, N 63 23257, кл. С22 С 19/03, патент США N 4012241, кл. С22 С 19/03 (НКИ 148 32), патент США N 4055447, кл. С22 С 19/03 (НКИ 148 32), заявка ЕПР N 0217299, кл. С22 С 19/03 и др. Однако дополнительный анализ сплавов аналогичного назначения не выявил сплава, сходного по составу ингредиентов и количественному составу с предлагаемым составом. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию охраноспособности "изобретательский уровень".

Сплавы с различным количественным содержанием компонентов выплавляли в вакуумной индукционной печи, используя чистые шихтовые материалы. Никель, хром, молибден, вольфрам расплавляли в тигле, затем вводили титан, алюминий, углерод, олово. Расплав перемешивали электромагнитным полем и разливали в слитки диаметром 400 мм, после чего слитки подвергали термообработке.

Химический состав сплавов приведен в табл. 1. Для сравнения выплавляли сплав по патенту РФ N 2034085, средний состав которого приведен также в табл. 1.

Из слитков вытачивали заготовки под штампы диаметром 350 мм и высотой 250-300 мм. С целью устранения поверхностных напряжений от мехообработки заготовки подвергали отжигу. Готовые штампы контролировали по внешнему виду и цветной дефектоскопии на отсутствие микротрещин. Образцы для исследования свойств вырезали вдоль кристаллизации из края и середины заготовки. Механические свойства определяли по стандартным методикам на воздухе. Жаростойкость определяли по привесу. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Сравнительный анализ свойств предлагаемого и известного сплавов, как видно из табл. 2, показывает, что свойства сплава по примерам осуществления 1-3 значительно выше свойств известного сплава при высокой температуре. Так, предел прочности при растяжении при температуре 1200^oC у предлагаемого сплава 355 МПа против 34,3 МПа у известного сплава, предлагаемый сплав более жаростоек при температуре 1200^oC.

Технико-экономические преимущества предлагаемого сплава в сравнении с прототипом обусловлены его более высокой прочностью и жаростойкостью при температурах свыше 1000^oC. Это позволяет использовать указанный сплав для изготовления штампов, предназначенных для изотермической штамповки деталей из жаропрочных сплавов.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к сплавам на основе интерметаллида Ni₃Al, и может быть использовано для изготовления штампов, применяемых для получения деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе методом изотермической деформации, например, дисков турбин газовых двигателей. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: алюминий 8,0-9,0; хром 5,0-6,8; вольфрам 2,7-4,0; молибден 3,0-4,3; титан 1,3-2,2; углерод 0,13-0,18; олово 0,03-0,08; никель остальное.2 табл.

Сплав на основе интерметаллида состава Ni₃Al, содержащий молибден, углерод, алюминий, никель, отличающийся тем, что дополнительно содержит хром, вольфрам, титан, олово при следующем соотношении компонентов, мас.

Алюминий 8 9
Хром 5,0 6,8
Вольфрам 2,7 4,0
Молибден 3,0 4,3
Титан 1,3 2,2
Углерод 0,13 0,18
Олово 0,03 0,08
Никель Остальное6