СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА NiAl И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО Российский патент 2005 года по МПК C22C19/05 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным интерметаллидным сплавам на основе Ni₃Al и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям с монокристаллической структурой, таким как рабочие лопатки: газотурбинных двигателей авиационной промышленности.

Известен сплав на основе интерметаллида Ni₃Al следующего химического состава, ат.%:

Аl 10-16

Si 0,5-8

Та 0,5-9

Hf 0,1-2

В 0,1-2

Ni остальное

Патент США №4990199.

Недостатком этого сплава является недостаточно высокая рабочая температура (850°С) и неудовлетворительная долговечность при рабочей температуре.

Изделия из этого сплава используются в наземных газоперекачивающих установках с ограниченным ресурсом работы.

Известен сплав на основе никеля следующего химического состава, (мас.%):

Аl 8,5-9,2

Cr 5,0-6,0

Мо 3,0-4,0

W 4,5-5,5

Ti 0,5-1,0

Сo 2,0-3,0

С 0,003-0,005

La 0,002-0,025

Се 0,003-0,025

Re 1,0-2,0

Ni остальное

Патент РФ №2212462.

Недостатком этого сплава является невысокая жаропрочность в интервале температур 900-1000°С на базах испытания 100, 500 и 1000 часов.

Изделия из этого сплава, например рабочие лопатки ГТД, имеют короткий ресурс работы.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе интерметаллида Ni₃Аl, имеющий химический состав, мас.%:

Аl 17,7-8,7

Cr 5,0-6,0

Мо 4,5-5,5

W 2,5-3,5

Ti 0,3-0,8

С 0,005-0,01

Со 3,5-4,5

Re 1,2-1,8

Та 0,1-1,0

La 0,015-0,025

Ni остальное

Патент РФ 2221890.

Недостатком этого сплава является пониженный предел ползучести в интервале температур 900-1000°С и недостаточно высокая малоцикловая усталость при температуре 900°С.

Изделия из этого сплава, рабочие лопатки ГТД, имеют ограниченный ресурс работы.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка сплава и изделий, выполненных из него, обладающих повышенными пределом ползучести в интервале температур 900-1000°С и малоцикловой усталостью при температуре 900°С.

Для достижения поставленной технической задачи предлагается сплав на основе интерметаллида Ni₃Al, содержащий алюминий, хром, молибден, вольфрам, титан, углерод, кобальт, рений и лантан, который дополнительно содержит цирконий, при следующем соотношении компонентов, маc.%:

Аl 7,7-8,7

Cr 5,0-6,0

Мо 4,5-5,5

W 2,5-3,5

Ti 0,3-0,8

С 0,001-0,02

Со 4,0-6,0

Re 1,2-1,8

La 0,002-0,200

Zr 0,05-0,5

Ni остальное

и изделие, выполненное из него.

Авторами было установлено, что при заявленных содержании и соотношениях компонентов в предлагаемом сплаве на основе интерметаллида Ni₃Al и дополнительном введении циркония наблюдается уплотнение оксидной пленки сложного состава, содержащей помимо алюминия и хрома цирконий, снижающей диффузию кислорода через слой оксида, что в свою очередь замедляет скорость распространения трещин как при статических, так и при циклических нагрузках и повышает предел ползучести в интервале температур 900-1000°С и малоцикловую усталостью при температуре 900°С.

Примеры осуществления

Шихтовую заготовку из предлагаемого сплава различных составов и сплава-прототипа выплавляли из чистых шихтовых материалов в вакуумной индукционной печи с тиглем из основной футеровки. После разливки сплавов в кокили ⊘ 50 мм отбирали стружку на химический анализ. Результаты химанализа составов сплава приведены в таблице 1.

Перед последующими операциями шихтовую заготовку протачивали по поверхности на глубину 1-2 мм для удаления слоя, контактирующего с чугуном, затем разрезали на мерные заготовки весом по 2 кг для последующего переплава. После переплава получали образцы ⊘ 16 мм и длиной 150 мм.

Свойства предлагаемого сплава с различным соотношением компонентов и сплава-прототипа приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что свойства предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni₃Аl выше, чем свойства известного. Предел ползучести по допуску 0,2% по остаточной деформации при 900°С (σ_0,2 ⁹⁰⁰) на базе 100 часов у предлагаемого сплава на 52-60% выше, чем у сплава-прототипа; при 1000°С (σ_0,2 ¹⁰⁰⁰) на базе 100 часов - на 60-70%; малоцикловая усталость на гладких образцах на базе 10⁴ цикла при 900°С (σ_-1 ¹) у предлагаемого сплава на 52-60% выше, чем у сплава-прототипа 42,2-46,7%.

Использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni₃Al повышает надежность рабочих лопаток ГТД и увеличивает их ресурс работы.

Таблица 1составСодержание элементов, % масс.АlCrМоWTiССоReLaZrТаNiI7,75,54,53,50,80,0014,01,20,0020,1 ОснII8,75,05,03,00,30,015,01,60,10,50 ОснIII8,26,05,52,50,50,026,01,80,20,05 Оснпрототип8,25,55,03,01,00,0084,01,60,02-0,55Осн

Таблица 2СвойстваПредел ползучести по допуску 0,2% по остаточной деформации при 900°C (σ_0,2 ⁹⁰⁰) на базе 100 час, кгс/мм,Предел ползучести по допуску 0,2% по остаточной деформации при 1000 °C (σ_0,2 ¹⁰⁰⁰) на базе 100 час, кгс/мм,Малоцикловая усталость на гладких образцах на базе 10⁴ цикла при 900°С (σ_-1 ¹), кгс/мм²I38,016,064,0II40,016,566,0III39,017,065,0прототип25,010,045,0

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным интерметаллидным сплавам на основе Ni₃Al и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям с монокристаллической структурой, таким как рабочие лопатки газотурбинных двигателей авиационной промышленности. Предложен сплав на основе Ni₃Al и изделие, выполненное из него. Сплав содержит алюминий, хром, молибден, вольфрам, титан, углерод, кобальт, рений, лантан, при этом он дополнительно содержит цирконий, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Al 7,7-8,7, Cr 5,0-6,0, Мо 4,5-5,5, W 2,5-3,5, Ti 0,3-0,8, С 0,001-0,02, Со 4,0-6,0, Re 1,2-1,8, La 0,002-0,200, Zr 0,05-0,5, Ni остальное. Использование предлагаемого сплава повышает надежность рабочих лопаток ГТД и увеличивает их ресурс работы за счет повышенного предела ползучести в интервале температур 900-1000°С и малоцикловой усталости при 900°С. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

1. Сплав на основе интерметаллида Ni₃Аl, содержащий алюминий, хром, молибден, вольфрам, титан, углерод, кобальт, рений, лантан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аl 7,7-8,7

Cr 5,0-6,0

Мо 4,5-5,5

W 2,5-3,5

Ti 0,3-0,8

С 0,001-0,02

Со 4,0-6,0

Re 1,2-1,8

La 0,002-0,200

Zr 0,05-0,5

Ni Остальное