ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ Российский патент 1999 года по МПК C22C19/05 

Изобретение относится к области металлургии, в частности металлургии жаропрочных сплавов на основе никеля, предназначенных для эксплуатации при повышенных температурах в деталях газотурбинных двигателей.

Известен жаропрочный сплав на основе никеля, состава в мас.%:
углерод - 0,04 - 0,08
хром - 13,0 - 16,0
кобальт - 8,0 - 12,0
молибден - 4,0 - 6,0
ниобий - 2,4 - 3,5
титан - 2,4 - 3,0
алюминий - 2,2 - 2,8
бор - 0,001 - 0,01
церий - 0,001 - 0,03
лантан - 0,01 - 0,1
никель - остальное
(а.с. СССР N 274924, C 22 C 19/00, 1970 г.) - прототип.

Недостатком этого сплава является низкий уровень прочностных характеристик при комнатной и рабочих температурах, что приводит к преждевременному разрушению сплава.

Предлагается сплав на основе никеля, содержащий компоненты в следующем соотношении в мас.%:
углерод - 0,02 - 0,10
хром - 0,02 - 0,10
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
Прелагаемый сплав отливается от прототипа тем, что в него дополнительно введены вольфрам, цирконий, гафний и магний при следующем соотношении компонентов 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
Технический результат - повышение прочностных характеристик сплава, что ведет к увеличению ресурса работы двигателя при повышенных рабочих температурах.

Сплав с предлагаемым количеством компонентов и их соотношением обеспечивает комплекс высоких прочностных характеристик и нечувствительность к концентраторам напряжений за счет создания структуры с равнопрочными матрицей и границами зерен.

Упрочнение твердого раствора происходит вследствие замедления процесса диффузии при рабочих температурах, тем самым задерживается развитие третьей стадии ползучести, вызывающей разупрочнение и разрушение сплава. Прочность границ зерен повышается за счет образования стабильных карбидов типа МС, которые в отличие от М₆С и М₂₃С₆ не образуют сетки по границам зерен.

Снижение количества вводимых в сплав компонентов ниже предлагаемых пределов, приводит к уменьшению количества γ′- фазы, разупрочнению сплава и, следствие, снижается общий уровень механических свойств. Увеличение количества вводимых компонентов выше предлагаемых пределов вызывает образование охрупчиваюших топологически плотноупакованных фаз и уменьшает область гомогенности сплава; в результате значительно снижаются пластические характеристики и технологичность сплава.

Примеры:
Были получены сплавы предлагаемого состава (N 1, 2, 3), выходящие за пределы предлагаемого состава (N 4, 5) и состава прототипа по следующей технологической схеме: вакуумно-индукционная плавка, распыление методом вращающегося электрода, горячее изостатическое прессование заготовок дисков, термообработка по оптимальному режиму.

Составы сплавов приведены в табл. 1. (табл. 1 и 2 см. в конце описания).

Механические характеристики предлагаемого сплава, сплава, выходящего за пределы предлагаемого, и сплава-прототипа были получены после испытания по стандартным методикам и представлены в табл. 2.

Из сопоставления кратковременных механических свойств при 20^oC, длительной прочности и коэффициента чувствительности к концентраторам напряжения видно, что у предлагаемого сплава уровень механических свойств значительно выше, в частности, предел прочности повышается на 15 - 17 кГс/мм², предел текучести - на 14 - 17 кГс/мм².

Особенно значительное превышение - по длительной прочности - 18 - 19 кГс/мм². При этом предлагаемый сплав проявляет нечувствительность к концентраторам напряжения, σ_надр/σ_гл≥ 1.
Таким образом, применение предлагаемого сплава для изготовления деталей газотурбинных двигателей позволяет повысить ресурс работы двигателей в 1,5 - 2 раза.

Изобретение относится к области металлургии. Жаропрочный cплав на основе никеля содержит следующие компоненты, мас.%: углерод 0,02 - 0,10, хром 8,0-10,0, вольфрам 5,2-5,9, молибден 0,6-4,3, 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. Сплав обеспечивает комплекс высоких прочностных характеристик и нечувствительность к концентратором напряжений. 2 табл.

Жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, молибден, ниобий, титан, алюминий, бор, церий, отличающийся тем, что дополнительно содержит вольфрам, цирконий, гафний и магний при следующем соотношении компонентов, 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
Бора - 0,001 - 0,05
Цирконий - 0,001 - 0,05
Магний - 0,001 - 0,08
Церий - 0,001 - 0,06
Никель - Остальное