СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА NiAl Российский патент 2011 года по МПК C22C19/05 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным сплавам на основе интерметаллида Ni₃Al, предназначенных для изготовления методом направленной кристаллизации, например, сопловых и рабочих лопаток, блоков сопловых лопаток, сегментов камеры сгорания, створок, форсунок и других деталей газотурбинных двигателей авиационной промышленности.

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

Al 7,65-8,45 Cr 3,85-7,6 Мо 6,2-9,65 Zr 0,01-0,3 В 0,01-0,3 Ni остальное (патент США №6106640)

Недостатками этого сплава являются низкая пластичность и недостаточная кратковременная прочность при температуре 1200°С.

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

Al 8,0-9,0 Cr 4,5-5,5 Мо 4,5-5,5 W 1,8-2,5 Ti 0,6-1,2 Со 3,5-4,5 С 0,01-0,08 La 0,0015-0,015 Sc 0,015-0,03 Ni остальное (Патент РФ №2349663)

Сплав обладает недостаточной жаропрочностью при температуре 1100°С на базе испытания 100 часов.

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

Al 7,7-8,7 Cr 5,0-6,0 Mo 4,5-5,5 W 2,5-3,5 Ti 0,3-0,8 Co 4,0-6,0 С 0,001-0,02 La 0,002-0,2 Re 1,2-1,8 Zr 0,05-0,5 Ni остальное (Патент РФ №2256716)

Сплав имеет недостаточно высокую жаропрочность при 1200°С на базе испытания 100 часов.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе интерметаллида Ni₃Al, имеющий химический состав, мас.%:

Al 8,2-8,6 Cr 4,8-5,2 Мо 2,5-3,0 W 2,0-2,4 Ti 1,2-1,5 С 0,001-0,02 La 0,015-0,30 Re 0,05-1,2 Zr 0,05-0,50 Та 1,2-1,6 Ni остальное (Патент РФ №2308499)

Недостатками сплава-прототипа являются повышенная плотность (>8,0 г/см³), недостаточная жаропрочность при температурах 1100°С на базе 100 часов и при 1200°С на базе 100 часов. Сплав не работоспособен при температуре 1250°С.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка сплава на основе интерметаллида Ni₃Al, обеспечивающего снижение плотности до 8,0 г/см³, повышение жаропрочности при температуре 1100°С на базе 100 часов, при 1200°С на базе 100 часов и кратковременной прочности при температуре 1250°С.

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

Al 8,1-8,7 Cr 4,8-5,5 Мо 2,5-4,8 W 2,5-3,0 Ti 0,01-1,5 С 0,001-0,02 La 0,015-0,30 Re 1,0-3,0 Zr 0,05-0,50 Та 0,01-1,6 Со 0,05-6,0 Но 0,02-0,07 Ni остальное

Авторами установлено, что при введении в состав предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni₃Al гольмия и кобальта при заявленном содержании и соотношениях компонентов наблюдается упрочнение твердого раствора сплава и образование мелкодисперсных интерметаллидных фаз типа Al₂Ho, Co₂Ho, при этом достигается наибольший эффект снижения плотности сплава, повышения жаропрочности при температурах 1100°С и 1200°С на базе 100 часов и повышения кратковременной прочности при температуре 1250°С.

Примеры осуществления

Шихтовую заготовку из предлагаемого сплава и сплава-прототипа выплавляли из чистых шихтовых материалов в вакуумной индукционной печи с тиглем из основной футеровки. Результаты химического анализа составов предлагаемого сплава и сплава-прототипа приведены в таблице 1. Последующий переплав осуществлялся методом направленной кристаллизации.

Свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа, полученных по одной и той же технологической схеме на стандартных образцах, приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что свойства предлагаемого сплава превосходят свойства сплава-прототипа. Жаропрочность при температуре 1100°С на базе 100 часов (σ¹¹⁰⁰ ₁₀₀) повышена на 13-18%, при 1200°С на базе 100 часов (σ¹²⁰⁰1⁰⁰) - на 8-17%, кратковременная прочность при температуре 1250°С (σ¹²⁵⁰ _B) повышена на 14-28%, и плотность снижена.

Использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni₃Al повышает температуру газа перед турбиной, КПД двигателя, надежность деталей и увеличивает ресурс их работы.

Таблица 2 Свойства предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni₃Al и сплава-прототипа № п/п Плотность, г/см³ σ¹¹⁰⁰ ₁₀₀, МПа σ¹²⁰⁰ ₁₀₀, МПа σ_В ¹²⁵⁰, МПа 1 7,95 125 65 160 2 7,92 125 65 172 3 7,8 130 70 180 4 прототип 8,1 110 60 140

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным сплавам на основе интерметаллида Ni₃Al, предназначенных для изготовления методом направленной кристаллизации, например, сопловых и рабочих лопаток, блоков сопловых лопаток, сегментов камеры сгорания, створок, форсунок и других деталей газотурбинных двигателей авиационной промышленности. Заявлен сплав на основе интерметаллида Ni₃Al, содержащий, мас.%: Al 8,1-8,7, Cr 4,8-5,5, Мо 2,5-4,8, W 2,5-3,0, Ti 0,01-1,5, С 0,001-0,02, La 0,015-0,30, Re 1,0-3,0, Zr 0,05-0,50, Та 0,01-1,6, Со 0,05-6,0, Но 0,02-0,07, Ni - остальное. Технический результат - получение сплава с пониженной плотностью до 8,0 г/см³, повышенной жаропрочностью при температуре 1100°С на базе 100 часов, при 1200°С на базе 100 часов и кратковременной прочности при температуре 1250°С. Использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni₃Al повышает температуру газа перед турбиной, КПД двигателя, надежность деталей и увеличивает ресурс их работы. 2 табл.

Сплав на основе интерметаллида Ni₃Al, содержащий алюминий, хром, молибден, вольфрам, титан, углерод, лантан, рений, цирконий, тантал и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кобальт и гольмий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Al 8,1-8,7 Cr 4,8-5,5 Мо 2,5-4,8 W 2,5-3,0 Ti 0,01-1,5 С 0,001-0,02 La 0,015-0,30 Re 1,0-3,0 Zr 0,05-0,50 Та 0,01-1,6 Со 0,05-6,0 Но 0,02-0,07 Ni остальное