СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТОГО СПЛАВА В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК C22C19/07 B22F3/23 

Описание патента на изобретение RU2270877C1

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения жаростойких сплавов на основе кобальта, которые могут быть использованы в области авиационного двигателестроения для получения защитных покрытий на бандажных полках лопаток газотурбинного двигателя (ГТД).

Известен способ получения многокомпонентного сплава на основе кобальта марки ХТН-61 путем плавления компонентов сплава: Со, Cr, Nb, W, Mo, Al, С в вакуумной индукционной печи (ТУ 88.061.007-98).

Недостатком известного способа является сложность получения сплава ХТН-61 с заданным воспроизводимым химическим составом, т.к. наблюдается неконтролируемая потеря легирующих элементов, большое содержание неметаллических включений, ликвации по химическому составу и структуре, необходимость использования дорогостоящих металлических легирующих компонентов, невысокая производительность и большие энергозатраты.

Выход годного сплава при выплавке в вакуумной индукционной печи не превышает 50%, при этом способ позволяет получать литые образцы только небольших размеров, требует предварительного получения исходных компонентов и использования сложных установок.

Наиболее близким аналогом к заявляемому является способ получения тугоплавких неорганических материалов, в том числе литых твердых сплавов, например сплава из смеси оксида титана IV, оксида молибдена VI, оксида никеля II, алюминия и графита, размещения смеси в тугоплавкой форме, инициирование экзотермической реакции путем локального воспламенения и последующего горения указанной смеси под воздействием центробежного ускорения до 1500 g. (SU 617485, 30.07.78 г.) В этом способе исходную смесь помещают в тугоплавкую цилиндрическую форму, размещают ее на центрифуге, воспламеняют смесь вольфрамовой электрической спиралью и сжигают при установившемся вращении под воздействием перегрузки. После окончания процесса горения продукт синтеза охлаждают и извлекают. Продукт синтеза представляет собой литой образец, разделенный на два слоя: нижний - многокомпонентный сплав Ti-Mo-C-Ni, верхний - литой твердый оксидный раствор на основе оксида алюминия (корунда). Недостатками известного способа являются невозможность получения жаропрочного сплава на основе кобальта и низкое качество получаемого сплава, в котором содержание примеси свободного углерода и остаточного алюминия составляют не менее 3%.

Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка новой технологии получения литого жаропрочного сплава на основе кобальта, легированного тугоплавкими элементами с требуемым химическим составом, эксплуатация которого возможна при температуре до 1000°С, повышение производительности и выхода целевого продукта, снижение энергозатрат, содержания примесей и ликвации по химическому составу и структуре, обеспечивающими получение защитного высокотемпературного износостойкого покрытия на бандажных полках лопаток ГТД.

Технический результат достигается тем, что способ получения литого твердого сплава, преимущественно на основе кобальта, включает приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксид молибдена, алюминий и углерод, помещение ее в тугоплавкую форму, размещение формы на центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при центробежном ускорении, при этом в исходную смесь дополнительно вводят оксид хрома III, оксид ниобия, оксид вольфрама и оксид кобальта, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксид молибдена1,1-1,8Алюминий20,0-23,5Углерод2,2-2,8Оксид хрома III15,0-19,0Оксид ниобия13,0-16,0Оксид вольфрама1,0-2,8Оксид кобальта35,0-45,0

синтез проводят при центробежном ускорении 30-50 g, а между исходной смесью и стенкой формы размещают функциональный слой толщиной 5-10 мм, состоящий из оксида алюминия. При этом в качестве углерода используют графит.

Продукт синтеза представляет собой слиток, который состоит из двух слоев: нижний - жаропрочный сплав на основе кобальта (Со-Cr-Nb-W-Mo-Al-С), соответствующий ТУ 311-2003, и верхний - литой оксидный материал Al2O3 (корунд), слои отделяют друг от друга и используют по назначению. Сплав Co-Cr-Nb-W-Mo-Al-C используют для получения защитных покрытий на бандажных полках лопаток ГТД, а литой оксидный материал Al2О3 - для изготовления абразивных инструментов.

Размещаемый между исходной смесью и внутренней поверхностью графитовой формы функциональный слой толщиной 5-10 мм из оксида алюминия исключает контакт расплава целевого продукта с материалом формы и снижает скорость охлаждения расплава, выполнял функцию теплоизоляционного слоя. В целом наличие функционального слоя приводит к увеличению времени "жизни" расплава, что позволяет достигать высокую полноту фазоразделения при перегрузках 30-50 g, упростить конструкцию центрифуги и проводить синтез на больших массах исходных смесей.

Заявляемая в формуле совокупность признаков позволяет получать литой жаропрочный многокомпонентный сплав на основе кобальта, который используется для получения жаростойких износостойких покрытий на бандажных полках лопаток ГТД и ГТУ.

Сущность способа поясняется примерами.

Пример 1.

Готовят реакционную смесь исходных компонентов при следующем соотношении, мас.%: оксид хрома III 15,0; оксид ниобия 14,4; оксид вольфрама 1,0; оксид молибдена 1,8; алюминий 20,0; углерод 2,8; оксид кобальта - остальное.

Предварительно в графитовую форму устанавливают тонкостенный цилиндр из цветного металла или плотной бумаги с зазором от его стенки до внутренней поверхности графитовой формы 5 мм. Готовую смесь засыпают в цилиндр, a Al2O3 засыпают в зазор между цилиндром и формой. Цилиндр извлекают, а снаряженную форму из реакционной смеси и функционального слоя толщиной 5 мм помещают в центробежную установку. Ротор центрифуги приводят во вращение и создают перегрузку 30 g, после чего реакционную смесь воспламеняют электрической спиралью.

После завершения процесса горения продукт синтеза охлаждают и извлекают из реакционной формы. Продукт синтеза состоит из двух слоев: нижний - литой жаропрочный твердый сплав на основе кобальта (Co-Cr-Nb-W-Mo-Al-C), соответствующий ТУ 311-2003, и верхний - литой оксидный материал Al2О3 (корунд). Слои легко отделяются друг от друга.

Содержание элементов в целевом продукте составляет мас.%:

Cr - 19, Nb - 15, W - 2,7, Mo - 1,9, Al - 0,9, С - 1,95, Со - остальное.

Содержание примесей в сплаве менее 0,1%.

Примеры осуществления способа представлены в таблице 1. Свойства целевого материала по примерам представлены в таблице 2.

Как видно из представленных данных, сплав содержит не более 0,1% примесей, в сплаве отсутствуют ликвационные неоднородности, выход его составляет 95-98%, стойкость сплава при эксплуатации составляет 1000°С. Сплаву присвоен технологический термин ХТН-61-(СВС-Ц).

Способ получения обладает высокой безопасностью, не требует больших затрат электроэнергии, экологически чист за счет отсутствия в продуктах синтеза газообразных продуктов, технологичен, т.к. графитовая форма используется многократно, а низкий уровень перегрузки позволяет использовать более простые конструкции центрифуг с высокой производительностью.

Таблица 2№ примераХарактеристики слитков целевого продукта ХТН-61-(СВС-Ц)Содержание примесей, мас.%Выход годного сплава по химическому составу, %Наличие ликваций10,195Отсутствует20,0598Отсутствует30,0795Отсутствует

Похожие патенты RU2270877C1

название год авторы номер документа
Способ получения жаропрочных сплавов на основе кобальта 2023
  • Андреев Дмитрий Евгеньевич
  • Захаров Кирилл Владимирович
  • Юхвид Владимир Исаакович
RU2813343C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ КОБАЛЬТА В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ 2007
  • Санин Владимир Николаевич
  • Юхвид Владимир Исаакович
  • Андреев Дмитрий Евгеньевич
RU2352662C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВА ХРОМ-МОЛИБДЕН-ВОЛЬФРАМ В РЕЖИМЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ГОРЕНИЯ 2023
  • Мартынов Дмитрий Александрович
  • Санин Владимир Николаевич
RU2819548C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ 2013
  • Юхвид Владимир Исаакович
  • Санин Владимир Николаевич
  • Андреев Дмитрий Евгеньевич
  • Икорников Денис Михайлович
RU2534325C1
Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля 2015
  • Левашов Евгений Александрович
  • Погожев Юрий Сергеевич
  • Сентюрина Жанна Александровна
  • Зайцев Александр Анатольевич
  • Санин Владимир Николаевич
  • Юхвид Владимир Исаакович
  • Андреев Дмитрий Евгеньевич
  • Икорников Денис Михайлович
RU2607857C1
Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида титана 2016
  • Левашов Евгений Александрович
  • Погожев Юрий Сергеевич
  • Сентюрина Жанна Александровна
  • Зайцев Александр Анатольевич
  • Андреев Дмитрий Евгеньевич
  • Юхвид Владимир Исаакович
  • Санин Владимир Николаевич
  • Икорников Денис Михайлович
RU2630157C2
ЦЕНТРОБЕЖНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДАМИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО СВС-ЛИТЬЯ 2023
  • Мартынов Дмитрий Александрович
  • Санин Владимир Николаевич
RU2814351C1
Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля 2017
  • Левашов Евгений Александрович
  • Зайцев Александр Анатольевич
  • Санин Виталий Владимирович
  • Погожев Юрий Сергеевич
  • Капланский Юрий Юрьевич
  • Санин Владимир Николаевич
  • Юхвид Владимир Исаакович
  • Сентюрина Жанна Александровна
RU2644702C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ГАММА АЛЮМИНИДА ТИТАНА 2013
  • Белов Владимир Дмитриевич
  • Левашов Евгений Александрович
  • Белов Николай Александрович
  • Фадеев Алексей Владимирович
  • Алабин Александр Николаевич
  • Тимофеев Анатолий Николаевич
  • Погожев Юрий Сергеевич
RU2523049C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТОГО ОКСИДНОГО МАТЕРИАЛА И МАТЕРИАЛ, ПОЛУЧЕННЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ 2004
  • Горшков Владимир Алексеевич
  • Деев Владимир Васильевич
  • Елисеев Юрий Сергеевич
  • Мержанов Александр Григорьевич
  • Оспенникова Ольга Геннадьевна
  • Поклад Валерий Александрович
  • Юхвид Владимир Исаакович
RU2270878C1

Реферат патента 2006 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТОГО СПЛАВА В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению литых сплавов на основе кобальта, которые могут быть использованы в авиационной промышленности для конструктивного упрочнения бандажных полок в лопатках газотурбинных двигателей. Предложен способ литого сплава в режиме горения. Способ включает приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксид молибдена, алюминий, углерод, оксид хрома III, оксид ниобия, оксид вольфрама и оксид кобальта, помещение реакционной смеси в тугоплавкую форму с размещенным между исходной смесью и стенкой формы функциональным слоем из оксида алюминия толщиной 5-10 мм, размещение формы на центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при центробежном ускорении 30-50 g с последующим отделением литого сплава на основе кобальта от продукта синтеза, при этом исходную смесь готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид молибдена 1,1-1,8, алюминий 20,0-23,5, углерод 2,2-2,8, оксид хрома III 15,0-19,0, оксид ниобия 13,0-16,0, оксид вольфрама 1,0-2,8, оксид кобальта 35,0-45,0. Технический результат - получение литого жаропрочного сплава на основе кобальта в режиме горения с требуемым химическим составом, с температурой его эксплуатации до 1000°С. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Формула изобретения RU 2 270 877 C1

1. Способ получения литого сплава в режиме горения, включающий приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксид молибдена, алюминий, углерод, оксид хрома III, оксид ниобия, оксид вольфрама и оксид кобальта, помещение реакционной смеси в тугоплавкую форму с размещенным между исходной смесью и стенкой формы функциональным слоем из оксида алюминия толщиной 5-10 мм, размещение формы на центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при центробежном ускорении 30-50 g с последующим отделением литого сплава на основе кобальта от продукта синтеза, при этом исходную смесь готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксид молибдена1,1-1,8Алюминий20,0-23,5Углерод2,2-2,8Оксид хрома III15,0-19,0Оксид ниобия13,0-16,0Оксид вольфрама1,0-2,8Оксид кобальта35,0-45,0

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углерода в реакционной смеси используют графит.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2006 года RU2270877C1

Способ получения тугоплавких неорганически материалов 1975
  • Мержанов Александр Григорьевич
  • Юхвид Владимир Исаакович
  • Боровинская Инна Петровна
  • Дубовицкий Федор Иванович
SU617485A1
ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ В РЕЖИМЕ САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА МНОГОСЛОЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ 1990
  • Юхвид В.И.
  • Качин А.Р.
  • Синев С.П.
RU1790094C
ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТОГО ТУГОПЛАВКОГО НЕОРГАНИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ 1992
  • Гедеванишвили Ш.В.
  • Ониашвили Г.Ш.
  • Юхвид В.И.
  • Горшков В.А.
  • Боровинская И.П.
RU2016111C1
JP 10237507 A, 08.09.1998.

RU 2 270 877 C1

Авторы

Санин Владимир Николаевич

Деев Владимир Васильевич

Елисеев Юрий Сергеевич

Мержанов Александр Григорьевич

Оспенникова Ольга Геннадьевна

Поклад Валерий Александрович

Юхвид Владимир Исаакович

Даты

2006-02-27Публикация

2004-09-01Подача