ЖАРОПРОЧНЫЙ ГРАНУЛИРОВАННЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ Российский патент 2010 года по МПК C22C19/05 

Описание патента на изобретение RU2386714C1

Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к производству никелевых жаропрочных сплавов, используемых для изготовления теплонагруженных деталей, например, корпусов газотурбинных двигателей, работающих в условиях высоких температур и напряжений.

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

углерод 0,02-0,1 хром 9,0-11,0 кобальт 14,0-16,0 вольфрам 5,5-6,5 молибден 3,0-3,8 титан 4,0-4,2 алюминий 3,4-4,2 ниобий 1,5-2,2 гафний 0,1-0,2 бор 0,005-0,05 цирконий 0,001-0,005 магний 0,001-0,05 никель основа

(Патент РФ 2257420, C22C 19/05, 2005 год)

Этот сплав с большим содержанием элементов, образующих упрочняющую γ'-фазу, обладает высокой прочностью при комнатной температуре. Недостатком этого сплава является высокая скорость распространения усталостной трещины при рабочих температурах.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, взятым за прототип, является никелевый жаропрочный сплав по пат. RU №2294393, кл. C22C 19/05, следующего состава (мас.%):

углерод 0,02-0,1 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 основа

Недостатком этого сплава можно считать недостаточно высокие значения жаропрочности гранул при температуре 900°С, а следовательно, низкую надежность изделия из сплава в условиях кратковременного повышения температуры выше рабочей температуры.

Задачей предлагаемого изобретения является создание жаропрочного гранулированного сплава на основе никеля, обладающего повышенным значением жаропрочности при температуре 900°С.

Технический результат - повышение характеристик жаропрочности и параметров, характеризующих структурно-фазовую стабильность, создание двигательных установок нового поколения.

Для решения поставленной задачи предлагается жаропрочный гранулированный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, гафний, бор, цирконий, при этом он дополнительно содержит тантал, церий, лантан, иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,03-0,06 хром 4,0-5,0 кобальт 11,0-13,0 вольфрам 8,0-10,0 молибден 3,0-5,0 титан 2,0-2,5 алюминий 4,5-5,0 ниобий 1,5-2,0 тантал 1,0-2,0 гафний 0,4-0,5 бор 0,005-0,015 цирконий 0,001-0,01 церий 0,001-0,01 лантан 0,001-0,01 иттрий 0,001-0,01 никель основа

Пример конкретного выполнения.

Методом гранульной металлургии был изготовлен и опробован сплав предлагаемого состава

углерод 0,04 хром 4,5 кобальт 12,0 вольфрам 9,0 молибден 4,0 титан 2,2 алюминий 4,7 ниобий 1,7 тантал 1,5 гафний 0,5 бор 0,015 цирконий 0,01 церий 0,01 лантан 0,01 иттрий 0,01 никель основа

Также был получен сплав по составу-прототипу. При получении заявленного сплава и сплава-прототипа методом гранульной металлургии слитки, выплавленные в вакуумной индукционной печи и отлитые в кокиль, механически обрабатывались до устранения «черновин», а затем распылялись на гранулы размером 40-250 мкм в установке УЦР-2.

Для получения компактных заготовок из сплавов гранулы в капсулах из Ст20 подвергались обработке в газостате.

Механические испытания образцов проводили в атмосфере воздуха при температуре 900°С, определение параметров кристаллических решеток γ- и γ' фаз осуществлялось при комнатной температуре. Температуры полного растворения упрочняющей γ'-фазы Tп.p определяли методом дифференциального термического анализа. Свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа представлены в таблице 1.

При проведении исследований установлено, что, используя метод гранульной металлургии, который позволяет получить более мелкодисперсную структуру и однородный состав твердого раствора, при предлагаемом соотношении компонентов сплава на основе никеля наличие вольфрама 8,0-10,0 мас.% снижает диффузионные процессы в сплаве при высокой температуре, существенно повышая термостабильность упрочняющей γ'-фазы и прочностные характеристики сплава Наличие 1,0-2,0 мас.% тантала эффективно упрочняет γ'-фазу, что приводит к увеличению термостабильности и жаропрочности сплава в целом. Снижение содержания хрома до 4-5% вызвано тем, в сложнолегированном многокомпонентном твердом растворе растворимость хрома уменьшается и тогда он образует самостоятельные фазы, что приводит к ухудшению свойств сплава как из-за возникновения фаз неблагоприятной морфологии, так и вследствие обеднения основных фаз необходимыми для их стабильности легирующими элементами. Кроме того, в высокожаропрочных сплавах хром уменьшает количество образующейся при распаде γ'-фазы, ухудшает ее термостабильность и тем самым оказывает отрицательное влияние на долговечность и пластичность Вместе с тем снижение содержания хрома приводит к неизбежному снижению жаростойкости [1]. С целью повышения стойкости сплава к высокотемпературному окислению введены добавки редкоземельных элементов: 0,01% церия, 0,01% лантана и 0,01% иттрия.

При сравнении полученных результатов видно, что предлагаемый сплав обладает более высоким значением жаропрочности (прочности при 900°С), имеет более высокую температуру полного растворения упрочняющей γ'-фазы Тп.р и уровень значений размерного несоответствия Δ параметров кристаллических решеток γ- и γ'-фаз, что позволяет достичь более высокого уровня жаропрочности.

Использование предлагаемого жаропрочного гранулированного сплава на основе никеля позволяет создавать двигательные установки нового поколения.

Таблица 1 Свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа свойства σв900, МПа Тп.р, °С Δ=2(аγγ')/(аγγ'), % Заявленный сплав 800 1251 0,12 Прототип 700 1189 0,09

Источники информации

1. Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. - М.: МИСИС, 2001 г.

Похожие патенты RU2386714C1

название год авторы номер документа
Литейный жаропрочный никелевый сплав с монокристаллической структурой 2021
  • Данилов Денис Викторович
  • Зубарев Геннадий Иванович
  • Кузьмин Максим Владимирович
  • Лещенко Игорь Алексеевич
  • Логунов Александр Вячеславович
  • Марчуков Евгений Ювенальевич
RU2769330C1
ДЕФОРМИРУЕМЫЙ ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ 2019
  • Храмин Роман Владимирович
  • Буров Максим Николаевич
  • Логунов Александр Вячеславович
  • Данилов Денис Викторович
  • Лещенко Игорь Алексеевич
  • Заводов Сергей Александрович
  • Михайлов Александр Михайлович
  • Михайлов Михаил Александрович
  • Мухтаров Шамиль Хамзаевич
  • Мулюков Радик Рафикович
RU2695097C1
СОСТАВ ЖАРОПРОЧНОГО НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА (ВАРИАНТЫ) 2007
  • Елисеев Юрий Сергеевич
  • Поклад Валерий Александрович
  • Оспенникова Ольга Геннадиевна
  • Ларионов Валентин Николаевич
  • Логунов Александр Вячеславович
  • Разумовский Игорь Михайлович
RU2353691C2
Жаропрочный никелевый сплав 2019
  • Данилов Денис Викторович
  • Логунов Александр Вячеславович
RU2697674C1
Литейный коррозионно-стойкий поликристаллический жаропрочный сплав на основе никеля 2022
  • Данилов Денис Викторович
  • Заводов Сергей Александрович
  • Редькин Иван Александрович
  • Буров Максим Николаевич
  • Хрящев Илья Игоревич
  • Логунов Александр Вячеславович
RU2803779C1
ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ КОТЛОВ И ПАРОВЫХ ТУРБИН, РАБОТАЮЩИХ ПРИ УЛЬТРАСВЕРХКРИТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРАХ ПАРА 2017
  • Скоробогатых Владимир Николаевич
  • Лубенец Владимир Платонович
  • Козлов Павел Александрович
  • Логашов Сергей Юрьевич
  • Яковлев Евгений Игоревич
RU2637844C1
Литейный жаропрочный никелевый сплав с монокристальной структурой 2021
  • Данилов Денис Викторович
  • Зубарев Геннадий Иванович
  • Кузьмин Максим Владимирович
  • Лещенко Игорь Алексеевич
  • Логунов Александр Вячеславович
  • Марчуков Евгений Ювенальевич
RU2768946C1
НИКЕЛЕВЫЙ ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ ДЛЯ МОНОКРИСТАЛЬНОГО ЛИТЬЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ ЭТОГО СПЛАВА 2000
  • Толораия В.Н.
  • Орехов Н.Г.
  • Каблов Е.Н.
  • Чубарова Е.Н.
RU2186144C1
ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ ДЛЯ ЛИТЬЯ РАБОЧИХ ЛОПАТОК ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК 2013
  • Лубенец Владиир Платонович
  • Дуб Алексей Владимирович
  • Скоробогатых Владимир Николаевич
  • Кац Эдуард Лейбович
  • Кульмизев Александр Евгеньевич
  • Яковлев Евгений Игоревич
RU2525883C1
Литейный жаропрочный никелевый сплав с монокристальной структурой для лопаток газотурбинных двигателей 2024
  • Данилов Денис Викторович
  • Логунов Александр Вячеславович
  • Михайлов Александр Михайлович
  • Михайлов Михаил Александрович
  • Шмотин Юрий Николаевич
RU2821248C1

Реферат патента 2010 года ЖАРОПРОЧНЫЙ ГРАНУЛИРОВАННЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ

Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к производству никелевых жаропрочных сплавов, используемых для изготовления теплонагруженных деталей, например корпусов газотурбинных двигателей, работающих в условиях высоких температур и напряжений. Предложен жаропрочный гранулированный сплав на основе никеля, содержащий, мас %.: углерод 0,03-0,06, хром 4,0-5,0, кобальт 11,0-13,0, вольфрам 8,0-10,0, молибден 3,0-5,0, титан 2,0-2,5, алюминий 4,5-5,0, ниобий 1,5-2,0, тантал 1,0-2,0, гафний 0,4-0,5, бор 0,005-0,015, цирконий 0,001-0,01, церий 0,001-0,01, лантан 0,001-0,01, иттрий 0,001-0,01, никель - остальное. Сплав обладает высокой жаропрочностью, имеет высокую температуру полного растворения упрочняющей γ'-фазы и высокий уровень значений размерного несоответствия Δ параметров кристаллических решеток γ- и γ'-фаз. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 386 714 C1

Жаропрочный гранулированный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, гафний, бор, цирконий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тантал, церий, лантан, иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 0,03-0,06 хром 4,0-5,0 кобальт 11,0-13,0 вольфрам 8,0-10,0 молибден 3,0-5,0 титан 2,0-2,5 алюминий 4,5-5,0 ниобий 1,5-2,0 тантал 1,0-2,0 гафний 0,4-0,5 бор 0,005-0,015 цирконий 0,001-0,01 церий 0,001-0,01 лантан 0,001-0,01 иттрий 0,001-0,01 никель остальное

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2386714C1

DE 3686525 T2, 21.01.1993
ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ 1999
  • Каблов Е.Н.
  • Кишкин С.Т.
  • Логунов А.В.
  • Петрушин Н.В.
  • Сидоров В.В.
  • Демонис И.М.
  • Елисеев Ю.С.
RU2148099C1
Пломбировальные щипцы 1923
  • Громов И.С.
SU2006A1
Противофильтрационный экран 1989
  • Прушанский Максим Иосифович
  • Хуторянская Татьяна Борисовна
  • Милевский Николай Васильевич
  • Новосельский Игорь Юдкович
  • Павлюков Владимир Иванович
  • Бураковская Мальвина Мееровна
  • Соковнин Валентин Маркович
SU1666618A1
US 5783318 A, 21.07.1998.

RU 2 386 714 C1

Авторы

Береснев Александр Германович

Логунов Александр Вячеславович

Логачева Алла Игоревна

Таран Павел Владимирович

Логачев Александр Васильевич

Разумовский Игорь Михайлович

Даты

2010-04-20Публикация

2008-12-25Подача