ЖАРОПРОЧНЫЙ И ЖАРОСТОЙКИЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ХРОМА Российский патент 2015 года по МПК C22C37/06 

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для изготовления деталей, работающих при высоких температурах и в агрессивных средах.

Известен сплав на основе хрома, содержащий железо, вольфрам, цирконий или гафний, титан, окисел лантаноида, марганец (RU 2236480 C1, С22С 27/06, 20.09.2004).

Наиболее близким аналогом изобретения является жаростойкий и жаропрочный сплав на основе хрома, содержащий, мас.%: Ni 31-35, W 1-3, V 0,1-0,4, Ti 0,05-0,3, Cr - остальное [МиТОМ №8, 2013, с.12-17].

Структура известного сплава состоит из двух фаз (без учета неметаллических включений): α-фаза - твердый раствор никеля в хроме с объемно-центрированной кубической кристаллической решеткой (ОЦК) и γ-фаза - твердый раствор хрома в никеле с гранецентрированной кубической кристаллической решеткой (ГЦК) в соотношении, примерно, 50:50% Указанные фазы, определяющие прочность сплава, обладают различными механическими свойствами, твердость α-фазы составляет около 600 HV, а твердость γ-фазы - 400 HV.

Техническим результатом изобретения является увеличение прочностных характеристик сплава, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств сплава, а именно длительную прочность.

Для достижения технического результата жаростойкий и жаропрочный сплав на основе хрома, содержащий никель, вольфрам, ванадий, и титан имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:

никель 25-29 азот не более 0,04 вольфрам 5-10 кремний не более 0,1 ванадий 0,1-0,4 алюминий не более 0,06 титан 0,05-0,3 железо не более 0,5 кислород не более 0,08 хром остальное

Увеличение в сплаве содержания вольфрама обеспечивает повышение пределов прочности, текучести и твердости за счет изменения количественного соотношения фаз, а также состава и свойств более прочной и твердой α-фазы.

Увеличение содержания легирующего элемента, в частности вольфрама, способствует усилению атомных связей в кристаллических решетках фаз в том случае, если он находится в твердом растворе. В соответствии с диаграммой состояния «Cr-W» эти элементы образуют непрерывный ряд твердых растворов. Кроме того, легирование вольфрамом повышает температуру солидус хромистых сплавов (фиг. 1) и, соответственно, их жаропрочность.

Структура предлагаемого сплава состоит из двух фаз: α-фаза - твердый раствор вольфрама и никеля в хроме с объемноцентрированной кубической кристаллической решеткой (ОЦК) и γ-фаза - твердый раствор хрома в никеле с гранецентрированной кубической кристаллической решеткой (ГЦК). Количественное соотношение α-фазы и у фазы зависит от содержания вольфрама в сплаве, при этом количество α-фазы составляет не менее 60%.

Увеличение количества α-фазы, а также повышение ее твердости за счет образования твердого раствора, содержащего не только никель, но и вольфрам, обеспечивает повышение твердости, предела прочности и предела текучести сплава (см. таблицу 1).

Таблица 1 Сплав Механические свойства Твердость, HRC σ_в, МПа σ_0.2, МПа δ, % Известный 33-36 1117-1166 931-1033 13-23 Изобретение 44-46 1350-1370 1220-1250 12-16

Повышение содержания вольфрама в сплаве более 10% приводит к снижению технологичности сплава, а именно к резкому снижению пластичности и обрабатываемости резанием за счет повышения твердости сплава. Содержание вольфрама менее 5% не обеспечивает заметного повышения механических свойств сплава.

Результаты определения свойств разных плавок заявленного сплава при 20°С, представленные в таблице 2, свидетельствуют о повышении твердости и прочностных свойств.

Таблица 2 Сплав Состав, мас.% Механические свойства Ni W V Ti Cr HRC σ_в, МПа σ_0.2, МПа δ, % Прототип 35 2 0,24 0,10 Основа 35 1125 1020 18 Изобретение Плавка 1 25 8 0,1 0,12 44 1356 1227 15 Плавка 2 29 10 0,4 0,15 46 1368 1245 12

Вследствие повышения температуры плавления при легировании вольфрамом сплава на основе хрома повышаются его механические свойства при высоких температурах (см. таблицу 3).

Таблица 3 Температура, °С Прототип Предлагаемый сплав (плавка 1) σ_в, МПа σ_0,2, МПа δ, % σ_в, МПа σ_о,2, МПа δ, % 800 530 290 21 642 410 17 1000 240 90 36 312 155 28

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для изготовления деталей, работающих при высоких температурах и в агрессивных средах. Для увеличения прочностных характеристик сплава, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств, а именно длительную прочность, сплав на основе хрома содержит никель, вольфрам, ванадий, титан при следующем соотношении компонентов, мас.%: никель 25-29, вольфрам 5-10, ванадий 0,1-0,4, титан 0,05-0,3; кислород не более 0,08, азот не более 0,04, кремний не более 0,1, алюминий не более 0,06, железо не более 0,5, хром остальное. 1 ил., 3 табл.

Жаростойкий и жаропрочный сплав на основе хрома, содержащий никель, вольфрам, ванадий, титан, кислород, азот, кремний, алюминий и железо, отличающийся тем, что он имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:
никель 25-29 вольфрам 5-10 ванадий 0,1-0,4 титан 0,05-0,3 кислород не более 0,08 азот не более 0,04 кремний не более 0,1 алюминий не более 0,06 железо не более 0,5 хром остальное