ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ Российский патент 2000 года по МПК C22C19/05 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам жаропрочных сплавов на никелевой основе, получаемых прямым контактированием в изостатических условиях методами порошковой металлургии, предназначенных для тяжелонагруженных деталей, работающих при температурах 650-850^oC.

Широко известны в металлургии сплавы, содержащие в качестве основы никель, а также хром, молибден, титан, алюминий, вольфрам, кобальт, служащие для изготовления многих деталей газовых турбин реактивной авиации и ракетных двигателей.

Наиболее близким по химическому составу является сплав на основе никеля, используемый для изготовления деталей турбоколес форсированных двигателей, который содержит ингредиенты в следующих количествах, мас.%:
хром - 12,5 -14,0
кобальт - 0,1 - 6,0
молибден - 2,2 - 3,2
вольфрам - 2,8 - 3,9
алюминий - 3,8 - 4,45
титан - 4,2 - 5,1
ниобий - 0,5 -1,0
углерод - 0,06 - 0,16
церий - 0,01 - 0,05
цирконий - 0,015 - 0,05
бор - 0,01 - 0,05
никель - остальное
(SU, авт.свид. 1719450, C 22 C 19/05, 1992).

Недостатком известного сплава является недостаточный уровень жаропрочности и длительной пластичности при рабочих температурах 750-850^oC, который становится еще ниже при производстве сплавов методом порошковой металлургии, так как в этом случае сплавы имеют более мелкое зерно.

Задачей данного изобретения является повышение жаропрочности и длительной пластичности при рабочих температурах.

Данная задача решена за счет того, что в известный сплав, содержащий хром, кобальт, молибден, вольфрам, алюминий, титан, ниобий, углерод, бор, церий, цирконий и никель, дополнительно вводят гафний и магний, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
хром - 8,0 - 11,0
молибден - 3,0 - 5,5
вольфрам - 4,5 - 5,9
алюминий - 4,5 - 6,0
титан - 1,5 - 3,0
ниобий - 2,0 - 3,5
кобальт - 14,0 - 18,0
гафний - 0,2 -1,5
бор - 0,01 - 0,035
углерод - 0,02 - 0,08
магний - 0,005 - 0,1
церий - 0,01 - 0,06
цирконий - 0,01 - 0,1
никель - остальное
Введение в сплав гафния используется для повышения длительной прочности при сохранении ударной вязкости, пластичности при рабочих температурах, также повышается коррозионная стойкость. Введение магния в сочетании с церием и цирконием позволяет повысить жаропрочность при высоких температурах, до 850^oC.

Наличие в сплаве ниобия в приведенном количестве в сочетании с повышенным по сравнению с известным содержанием алюминия способствует увеличению жаростойкости и сопротивляемости сплава коррозии.

Для стабилизации характеристик длительной прочности, увеличения растворимости алюминия и титана значительно увеличено содержание кобальта. Повышенное содержание вольфрама обеспечивает возрастание жаропрочности при эксплуатационных температурах.

Сплав обладает более высокой жаропрочностью и длительной пластичностью при рабочих температурах 750-850^oC за счет упрочнения границ зерен при введении магния, церия и циркония, сохраняя при этом высокий уровень жаростойкости при 650^oC и проявляя нечувствительность к концентраторам напряжений.

Были опробованы три сплава в пределах заявленного состава, получаемые способом порошковой металлургии, которые приведены в таблице 1.

Сопоставление жаропрочности в гладких образцах /σгл100

Из таблицы 2 видно, что жаропрочность у предлагаемого сплава при 850^oC на гладких образцах выше на 4 кгс/мм², а на надрезанных - на 3 кгс/мм². При 650^oC на гладких образцах выше на 6 кгс/мм² и с надрезом - на 4 кгс/мм².

Жаропрочный сплав на основе никеля содержит, мас.%: хром 8,0 - 11,0, молибден 3,0 - 5,5, вольфрам 4,5 - 5,9, алюминий 4,5 - 6,0, титан 1,5 - 3,0, ниобий 2,0 - 3,5, кобальт 14,0 - 18,0, гафний 0,2 - 1,5, бор 0,01 - 0,035, углерод 0,02 - 0,08, магний 0,005 - 0,1, церий 0,01 - 0,06, цирконий 0,01 - 0,1, никель - остальное. Технический результат заключается в повышении жаропрочности и длительной пластичности сплава при рабочих температурах 750 - 850^oC. 2 табл.

Жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий хром, кобальт, молибден, вольфрам, алюминий, титан, ниобий, углерод, бор, перий, цирконий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гафний и магний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Хром - 8,0 - 11,0
Молибден - 3,0 - 5,5
Вольфрам - 4,5 - 5,9
Алюминий - 4,5 - 6,0
Титан - 1,5 - 3,0
Ниобий - 2,0 - 3,5
Кобальт - 14,0 - 18,0
Гафний - 0,2 - 1,5
Бор - 0,01 - 0,035
Углерод - 0,02 - 0,08
Магний - 0,005 - 0,1
Церий - 0,01 - 0,06
Цирконий - 0,01 - 0,1
Никель - Остальноее