ЖАРОПРОЧНЫЙ ПОРОШКОВЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ, СТОЙКИЙ К СУЛЬФИДНОЙ КОРРОЗИИ И ИЗДЕЛИЕ, ИЗГОТОВЛЕННОЕ ИЗ НЕГО Российский патент 2014 года по МПК C22C1/04 C22C19/05 

Описание патента на изобретение RU2516681C1

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к жаропрочным никелевым сплавам. Может использоваться в газотурбинных двигателях (ГТД) для изготовления тяжело нагруженных деталей, работающих при повышенных температурах.

Известен сплав на основе никеля, в котором для повышения коррозионной стойкости в кислых средах использован способ легирования медью (Патент РФ №2097439, C22C 19/05, 1995 г. «Коррозионностойкий сплав, способ повышения коррозионной стойкости и обработанный давлением продукт»). Состав сплава в мас.%:

Хром 22,0-24,5 Молибден 14,0-18,0 Медь 1,0-3,5

а также в вариантах сплава - Fe от 0,3 до 5,0; Mn от 0,1 до 2,0; Al от 0,15 до 0,5; C от 0,006 до 0,015; W от 0,27 до 0,5; Co от 0,1 до 2,0; Si от 0,02 до 0,1; Mg до 0,1; Ca до 0,05; N от 0,06 до 0,15.

Для этого сплава характерны низкие значения механических свойств, хорошая коррозионная стойкость в кислых средах и низкое сопротивление сульфидной коррозии (СК) в условиях работы тяжело нагруженных деталей при повышенных температурах.

Известен также жаропрочный никелевый сплав, предназначенный для тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах.

Его состав (в 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

(Патент РФ 2294393 С22С 19/05, 2006 г. «Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля.» - прототип).

Недостатком этого сплава является пониженное сопротивление сульфидной коррозии и существенное снижение его сопротивления малоцикловой усталости (МЦУ), являющейся основным показателем степени коррозионного поражения материала.

Предлагаемое изобретение направлено на разработку системы легирования никелевого сплава, повышающей сопротивление СК, и создание сплава с высоким сопротивлением СК и МЦУ при одновременном воздействии СК.

Существо его заключается в том, что в состав сплава вводится скандий, а также регламентируется суммарное содержание элементов (титан, молибден, ниобий), которое должно быть не ниже содержание хрома в сплаве. Введение скандия одновременно с регламентацией указанных элементов способствует повышению коррозионной стойкости оксидной пленки, образующейся в процессе испытаний или эксплуатации и тормозящей развитие малоцикловой усталости.

Состав сплава имеет следующее соотношение компонентов (в мас.%):

Углерод 0,02-0,10 Хром 9,0-11,0 Кобальт 14,0-16,0 Вольфрам 4,2-5,8 Молибден 4,5-5,0 Титан 3,0-3,9 Алюминий 3,2-4,5 Ниобий 2,5-3,5 Гафний 0,05-0,5 Бор 0,005-0,05 Цирконий 0,001-0,05 Магний 0,001-0,05 Скандий 0,001-0,05 Марганец 0,001-0,5 Кремний 0,001-0,5 Железо 0,001-1,0 Никель Остальное

Предлагаемый на этой основе сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит скандий и имеет повышенное содержание молибдена и ниобия, что связано с необходимостью во всех случаях выдерживать в составе сплава соотношение: ΣMo+Nb+Ti>Cr. Для сохранения весовых характеристик сплава и снижения потерь в его технологичности при изготовлении продукта также несколько уменьшено содержание вольфрама по сравнению с прототипом.

Технический результат - повышение стойкости к сульфидной коррозии и сопротивления малоцикловой усталости при одновременном воздействии сульфидной среды. При этом сопротивление малоцикловой усталости в сульфидной среде вследствие одновременного формирования оксидной пленки типа шпинелей с высокими антикоррозионными свойствами больше, чем на воздухе.

Пример

Методом порошковой металлургии была изготовлена заготовка диска ГТД из сплава предлагаемого состава (в мас.%):

Углерод 0,06 Хром 10,0 Кобальт 14,6 Вольфрам 4,5 Молибден 4,7 Титан 3,8 Алюминий 3,8 Ниобий 3,3 Гафний 0,1 Бор 0,015 Цирконий 0,01 Магний 0,02 Скандий 0,01 Марганец 0,1 Кремний 0,1 Железо 0,05 Никель Остальное

Также было получено по такой же технологии аналогичное изделие из сплава состава прототипа, в котором было следующее содержание основных легирующих элементов: Cr - 9,7%; Мо - 3,4%; Ti - 3,2%; Nb - 1,8%; Со - 14,6%; W - 5,5%; Al -3,9%.

Полученные методом центробежного распыления порошки были засыпаны в стальные капсулы и скомпактированы в изделие методом ГИП (горячее изостатическое прессование) в газостате.

Коррозионные и механические свойства изделия из исследуемых сплавов представлены в таблице 1.

Таблица 1 Коррозионные и механические свойства изделия из сплавов Состав сплава Сульфидная коррозия при 650°C Механические свойства при 20°C Малоцикловая усталость при 650°C, частота 1 Гц, напряжение 1120 МПа Скорость Стойкость Предел прочности, σв Предел текучести, σ02 Относительное удлинение, δ Число циклов, nср Коэффициент влияния среды nср среды/nср воздух г/м2ч мм/год Баллы Состояние МПА МПА % Испытания на воздухе Испытания в агрессивной среде Предлагаемый 0,010 <0,01 3 Весьма стойкое 1515 1086 19,5 21285 40135 1,885 Прототип 0,030 <0,05 4 Стойкое 1500 1079 17,0 15845 7055 0,445

Из таблицы 1 видно, что сплав предлагаемого состава при рабочей температуре 650°C превосходит прототип по сопротивлению сульфидной коррозии в 3 раза, по сопротивлению малоцикловой усталости на воздухе в 1,35 раза, по сопротивлению малоцикловой усталости в сульфидной среде в 5,6 раза без снижения уровня механических свойств.

Таким образом, применение предлагаемого сплава для изготовления валов, дисков и других деталей газотурбинных двигателей позволит повысить их ресурс не менее чем в 1,5-2 раза.

Похожие патенты RU2516681C1

название год авторы номер документа
ЖАРОПРОЧНЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ ЭТОГО СПЛАВА 2008
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Ломберг Борис Самуилович
  • Овсепян Сергей Вячеславович
  • Лимонова Елена Николаевна
  • Бакрадзе Михаил Михайлович
  • Чабина Елена Борисовна
  • Вавилин Николай Львович
RU2365657C1
ГРАНУЛИРУЕМЫЙ ВЫСОКОЖАРОПРОЧНЫЙ НИКЕЛЕВЫЙ СПЛАВ И ИЗДЕЛИЕ, ИЗГОТОВЛЕННОЕ ИЗ НЕГО 2016
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Оспенникова Ольга Геннадиевна
  • Бакрадзе Михаил Михайлович
  • Востриков Алексей Владимирович
  • Волков Александр Максимович
  • Иноземцев Александр Александрович
  • Гришечкин Александр Иванович
  • Перевозов Алексей Сергеевич
RU2623540C1
ЖАРОПРОЧНЫЙ НИКЕЛЕВЫЙ СПЛАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ МЕТАЛЛУРГИИ ГРАНУЛ 2010
  • Еременко Василий Иванович
  • Фаткуллин Олег Хикметович
  • Фурашов Алексей Сергеевич
  • Фаткуллин Станислав Игоревич
  • Щукарев Анатолий Константинович
RU2428497C1
ЖАРОПРОЧНЫЙ НИКЕЛЕВЫЙ СПЛАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ МЕТАЛЛУРГИИ ГРАНУЛ 2015
  • Гришечкин Александр Иванович
  • Тимохин Николай Иванович
  • Романов Александр Евгеньевич
  • Фаткуллин Олег Хикметович
  • Перевозов Алексей Сергеевич
  • Шувалов Андрей Александрович
  • Казеннов Виктор Константинович
  • Марчуков Евгений Ювенальевич
  • Зубарев Геннадий Иванович
RU2590792C1
ЖАРОПРОЧНЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ ЭТОГО СПЛАВА 2014
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Бакрадзе Михаил Михайлович
  • Ломберг Борис Самуилович
  • Овсепян Сергей Вячеславович
  • Лимонова Елена Николаевна
  • Чабина Елена Борисовна
  • Филонова Елена Владимировна
  • Хвацкий Константин Константинович
RU2571674C1
ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ ДЛЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ЛИТЬЯ 2011
  • Толорайя Владимир Николаевич
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Орехов Николай Григорьевич
  • Остроухова Галина Алексеевна
  • Чубарова Елена Николаевна
  • Алешин Игорь Николаевич
RU2465359C1
ЖАРОПРОЧНЫЙ НИКЕЛЕВЫЙ СПЛАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ МЕТАЛЛУРГИИ ГРАНУЛ 2008
  • Давыдов Артур Керопович
  • Миронов Виктор Иванович
  • Кононов Сергей Александрович
  • Перевозов Алексей Сергеевич
  • Казённов Виктор Константинович
  • Фаткуллин Олег Хикметович
  • Каринский Виктор Николаевич
  • Фурашов Алексей Сергеевич
RU2359053C1
Гранулируемый свариваемый жаропрочный никелевый сплав и изделие, выполненное из него 2023
  • Мазалов Иван Сергеевич
  • Расторгуева Ольга Игоревна
  • Ахмедзянов Максим Вадимович
  • Кошелев Артём Викторович
RU2824504C1
ЖАРОПРОЧНЫЙ ПОРОШКОВЫЙ НИКЕЛЕВЫЙ СПЛАВ 2008
  • Гарибов Генрих Саркисович
  • Востриков Алексей Владимирович
  • Гриц Нина Михайловна
  • Федоренко Елизавета Александровна
  • Казберович Алексей Михайлович
  • Иноземцев Александр Александрович
  • Андрейченко Игорь Леонардович
  • Карягин Дмитрий Андреевич
RU2371495C1
ЖАРОПРОЧНЫЙ ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО 2022
  • Мин Павел Георгиевич
  • Вадеев Виталий Евгеньевич
  • Мин Максим Георгиевич
  • Антипов Владислав Валерьевич
  • Бакрадзе Михаил Михайлович
  • Князев Андрей Евгеньевич
  • Дядько Кирилл Владимирович
RU2790495C1

Реферат патента 2014 года ЖАРОПРОЧНЫЙ ПОРОШКОВЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ, СТОЙКИЙ К СУЛЬФИДНОЙ КОРРОЗИИ И ИЗДЕЛИЕ, ИЗГОТОВЛЕННОЕ ИЗ НЕГО

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным порошковым сплавам на основе никеля, обладающим повышенным сопротивлением к сульфидной коррозии, и может быть использовано для изготовления деталей газотурбинных двигателей. Сплав содержит, мас.%: углерод 0,02-0,10, хром 9,0-11,0, кобальт 14,0-16,0, вольфрам 4,2-5,8, молибден 4,5-5,0, титан 3,0-3,9, алюминий 3,2-4,5, ниобий 2,5-3,5, гафний 0,05-0,5, бор 0,005-0,05, цирконий 0,001-0,05, магний 0,001-0,05, скандий 0,001-0,05, марганец 0,001-0,5, кремний 0,001-0,5, железо 0,001-1,0, никель остальное, при этом суммарное содержание титана, молибдена, ниобия не ниже содержания хрома. Сплав характеризуется высокими характеристиками жаропрочности, стойкости к сульфидной коррозии и сопротивления МЦУ в условиях воздействия агрессивной среды. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Формула изобретения RU 2 516 681 C1

1. Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, стойкий к сульфидной коррозии и имеющий повышенное сопротивление малоцикловой усталости (МЦУ) в условиях воздействия агрессивной среды, содержащий хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, гафний, бор, цирконий, магний, марганец, кремний, железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углерод и скандий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,02-0,10 Хром 9,0-11,0 Кобальт 14,0-16,0 Вольфрам 4,2-5,8 Молибден 4,5-5,0 Титан 3,0-3,9 Алюминий 3,2-4,5 Ниобий 2,5-3,5 Гафний 0,05-0,5 Бор 0,005-0,05 Цирконий 0,001-0,05 Магний 0,001-0,05 Скандий 0,001-0,05 Марганец 0,001-0,5 Кремний 0,001-0,5 Железо 0,001-1,0 Никель Остальное


при этом суммарное содержание титана, молибдена, ниобия не ниже содержания хрома.

2. Изделие, изготовленное из жаропрочного порошкового сплава на основе никеля, стойкого к сульфидной коррозии и имеющего повышенное сопротивление малоцикловой усталости (МЦУ) в условиях воздействия агрессивной среды, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2516681C1

ЖАРОПРОЧНЫЙ ПОРОШКОВЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ 2005
  • Еременко Василий Иванович
  • Гриц Нина Михайловна
  • Федоренко Елизавета Александровна
  • Качанов Евгений Борисович
  • Гарибов Генрих Саркисович
  • Власова Ольга Николаевна
RU2294393C1
ЖАРОПРОЧНЫЙ НИКЕЛЕВЫЙ СПЛАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ МЕТАЛЛУРГИИ ГРАНУЛ 2010
  • Еременко Василий Иванович
  • Фаткуллин Олег Хикметович
  • Фурашов Алексей Сергеевич
  • Фаткуллин Станислав Игоревич
  • Щукарев Анатолий Константинович
RU2428497C1
ЖАРОПРОЧНЫЙ ПОРОШКОВЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ 2007
  • Гарибов Генрих Саркисович
  • Востриков Алексей Владимирович
  • Гриц Нина Михайловна
  • Федоренко Елизавета Александровна
  • Казберович Алексей Михайлович
  • Власова Ольга Николаевна
  • Иноземцев Александр Александрович
  • Андрейченко Игорь Леонардович
RU2348726C1
US 4530885 A, 23.07.1985
Приспособление для точного наложения листов бумаги при снятии оттисков 1922
  • Асафов Н.И.
SU6A1

RU 2 516 681 C1

Авторы

Синявский Владимир Сергеевич

Александрова Татьяна Васильевна

Востриков Алексей Владимирович

Гриц Нина Михайловна

Даты

2014-05-20Публикация

2013-05-24Подача