ЖАРОПРОЧНЫЙ ПОРОШКОВЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ Российский патент 2007 года по МПК C22C19/05 C22C1/04 

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к порошковой металлургии жаропрочных сплавов на основе никеля, предназначенных для тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах в газотурбинных двигателях.

Известен жаропрочный никелевый сплав, предназначенный для деталей газовых турбин, состава (в мас.%):

Углерод0,02-0,10Хром8,0-10,0Вольфрам5,2-5,9Молибден3,6-4,3Титан1,5-3,4Алюминий4,3-5,3Ниобий1,0-2,0Гафний0,1-0,4Бор0,001-0,05Цирконий0,001-0,05Магний0,001-0,08Церий0,001-0,06НикельОстальное

(Патент РФ 2131943, С 22 С 19/05, 1999 год).

Недостатком этого сплава являются низкие характеристики прочности, жаропрочности и чувствительность сплава к концентраторам напряжений при рабочих температурах, что существенно снижает ресурс работы изделия.

Известен жаропрочный сплав на основе никеля, состава (в мас.%):

Углерод0,02-0,10Хром9,0-11,0Кобальт14,0-16,0Вольфрамболее 5,5-6,5Молибден3,0-3,8Титан4,0-4,2Алюминий3,4-4,2Ниобий1,5-2,2Гафний0,1-0,2Бор0,005-0,05Цирконий0,001 - не более 0,005Магний0,001-0,05НикельОстальное

(патент РФ 2257420, С 22 С 19/05, 2005 год) - прототип.

Недостатком этого сплава являются низкие пластические характеристики (δ, ψ, KCU), характеристики ползучести(σ_0,2/100) и высокая скорость распространения усталостной трещины (СРТУ) при рабочих температурах.

Предлагается сплав на основе никеля, содержащий компоненты в следующем соотношении (в мас.%):

Углерод0,02-0,10Хром9,0-11,0Кобальт14,0-16,0Вольфрам5,2-6,8Молибден3,0-4,0Титан3,0-3,9Алюминий3,2-4,5Ниобий1,2-2,4Гафний0,05-0,5Бор0,005-0,05Цирконий0,001-0,05Магний0,001-0,05Марганец0,001-0,5Кремний0,001-0,5Железо0,001-0,5НикельОстальное

Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит марганец, кремний и железо при следующем соотношении компонентов в мас.%:

Углерод0,02-0,10Хром9,0-11,0Кобальт14,0-16,0Вольфрам5,2-6,8Молибден3,0-3,9Титан3,0-3,9Алюминий3,2-4,5Ниобий1,2-2,4Гафний0,05-0,5Бор0,005-0,05Цирконий0,001-0,05Магний0,001-0,05Марганец0,001-0,5Кремний0,001-0,5Железо0,001-1,0НикельОстальное

Технический результат - повышение пластических характеристик, характеристик ползучести и снижение скорости распространения усталостной трещины при рабочих температурах и, как следствие, повышение ресурса работы изделия из предлагаемого сплава.

Это достигается тем, что предлагаемый состав порошкового сплава обеспечивает увеличение поверхностного натяжения расплава за счет усиления межатомных связей. В свою очередь, увеличение поверхностного натяжения расплава позволяет исключить образование внутренних пор в процессе распыления порошка и, в результате, получать плотные беспористые заготовки, прессуемые из него.

Пример

Методом порошковой металлургии был изготовлен и опробован сплав предлагаемого состава

Углерод0,06Хром10,0Кобальт15,0Вольфрам6,0Молибден3,5Титан3,4Алюминий3,8Ниобий1,8Гафний0,3Бор0,02Цирконий0,02Магний0,03Марганец0,3Кремний0,2Железо0,5НикельОстальное

Также был получен сплав по составу-прототипу.

Механические свойства при рабочей температуре 650°С предлагаемого сплава и сплава-прототипа определены по стандартным методикам испытания и представлены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что сплав предлагаемого состава при рабочей температуре 650°С превосходит прототип по характеристикам пластичности почти в 2 раза, по ударной вязкости в 1,5 раза и по пределу ползучести на 70-130 МПа. При этом предлагаемый сплав имеет скорость распространения усталостной трещины меньше чем в 2,5 раза, чем прототип.

Таким образом, применение предлагаемого сплава для изготовления валов, дисков и др. деталей газотурбинных двигателей позволит повысить его ресурс в 1,5 раза.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к жаропрочным никелевым сплавам, предназначенным для тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах в ГТД. Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля содержит, мас.%: углерод 0,02-0,10; хром 9,0-11,0; кобальт 14,0-16,0; вольфрам 5,2-6,8; молибден 3,0-3,9; титан 3,0-3,9; алюминий 3,2-4,5; ниобий 1,2-2,4; гафний 0,05-0,5; бор 0,005-0,05; цирконий 0,001-0,05; магний 0,001-0,05; марганец 0,001-0,5; кремний 0,001-0,5; железо 0,001-1,0; никель - остальное. Техническим результатом является повышение пластичности, характеристик ползучести и снижение скорости распространения усталостной трещины. 1 табл.

Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, гафний, бор, цирконий и магний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит марганец, кремний и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%

Углерод0,02-0,10Хром9,0-11,0Кобальт14,0-16,0Вольфрам5,2-6,8Молибден3,0-3,9Титан3,0-3,9Алюминий3,2-4,5Ниобий1,2-2,4Гафний0,05-0,5Бор0,005-0,05Цирконий0,001-0,05Магний0,001-0,05Марганец0,001-0,5Кремний0,001-0,5Железо0,001-1,0НикельОстальное