УЛУЧШЕННЫЕ КОМПОЗИЦИИ СПЛАВА НИКЕЛЬ-БЕРИЛЛИЙ Российский патент 2018 года по МПК C22C19/03 C22F1/10 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет американской предварительной патентной заявки № 61/793,421, поданной 15 марта 2013 г., содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее раскрытие относится к улучшенным композициям сплава никель-бериллий. Более конкретно, композиции сплава никель-бериллий настоящей заявки проявляет улучшенную стойкость к коррозии и стойкость к фрикционной коррозии по сравнению с существующими сплавами никель-бериллий.

[0003] Сплав Alloy360™ является известным сплавом никель-бериллий, производимым компанией Materion Corporation (Кливленд, штат Огайо), который сочетает уникальные механические и физические свойства, требуемые в высоконадежных электрических/электронных системах, высоконагруженных средствах управления, электромеханических устройствах и в других высокоэффективных приложениях. Химический состав Сплава Alloy360™ включает в себя приблизительно от 1,85 мас.% до 2,05 мас.% бериллия и приблизительно от 0,4 мас.% до 0,6 мас.% титана, с остатком, являющимся никелем. Полоса из никель-бериллиевого Сплава Alloy360™ имеет предел прочности на разрыв, приближающийся приблизительно к 300000 фунтов на кв.дюйм, предел текучести вплоть до приблизительно 245000 фунтов на кв.дюйм, свойства формуемости гибкой, релаксацию напряжений меньше чем приблизительно 5% при температуре 400°F и усталостную прочность (при знакопеременном изгибе) приблизительно от 85000 до 90000 фунтов на кв.дюйм при приблизительно 10 миллионах циклов. Никель-бериллиевый Сплав Alloy360™ используется для механических и электрических/электронных компонентов, которые подвергаются воздействию повышенных температур (вплоть до 700°F/350°C в течение коротких промежутков времени) и требуют хороших пружинных характеристик при этих температурах. Некоторые применения для этого сплава включают в себя термостаты, сильфоны, диафрагмы, выжигаемые и тестовые контактные гнезда. Никель-бериллиевый Сплав Alloy360™ среди прочего также используется для высоконадежных, устойчивых к коррозии тарельчатых пружин в спринклерных головках противопожарной защиты.

[0004] Однако Сплав Alloy360™ может быть труднообрабатываемым благодаря скачкообразным преобразованиям в сплаве и крупнозернистой микроструктуре в литой и горячекатаной форме. В дополнение к этому, прочность и твердость сплава ограничиваются его составом. Было бы желательно разработать новые композиции сплава с улучшенной закаливаемостью и обрабатываемостью относительно существующих никель-бериллиевых сплавов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

[0005] Настоящее изобретение относится к композициям сплава никель-бериллий, имеющим улучшенные характеристики коррозионной стойкости и твердости относительно известных никель-бериллиевых сплавов. Композиции сплава по настоящему изобретению включают в себя от приблизительно 0,4 мас.% до приблизительно 6 мас.% ниобия (Nb) и от приблизительно 1,5 мас.% до приблизительно 5 мас.% бериллия (Be), с остатком, включающим в себя никель (Ni). Раскрытая композиция сплава дополнительно опционально включает в себя от приблизительно 0 мас.% до приблизительно 5 мас.% хрома (Cr).

[0006] В одном варианте осуществления раскрытая композиция сплава никель-бериллий включает в себя от приблизительно 2,0 мас.% до приблизительно 3,0 мас.% бериллия (Be); от приблизительно 0,4 мас.% до приблизительно 6,0 мас.% ниобия (Nb); вплоть до приблизительно 5 мас.% хрома (Cr); вплоть до приблизительно 0,7 мас.% титана (Ti); с остатком, включающим в себя никель (Ni). Никель обычно присутствует в количестве по меньшей мере 88 мас.% или по меньшей мере 93 мас.%. Эти сплавы показывают улучшенные свойства твердости и стойкости к коррозии.

[0007] Эти и другие неограничивающие характеристики настоящего изобретения более подробно раскрываются ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Далее следует краткое описание чертежей, которые представлены для целей иллюстрирования примерных вариантов осуществления, раскрытых в настоящем документе, а не для целей их ограничения.

[0009] Фиг. 1 представляет собой микрофотографию, которая иллюстрирует литую микрохимическую структуру известного сплава, сформированного из никеля и бериллия без присутствия ниобия.

[0010] Фиг. 2 представляет собой микрофотографию, которая иллюстрирует литую микрохимическую структуру одного варианта осуществления настоящего изобретения, в котором композиция сплава включает в себя никель, бериллий и ниобий.

[0011] Фиг. 3 представляет собой рентгеновское изображение изделия, сформированного из композиции сплава по настоящему изобретению, которая включает в себя никель, бериллий и ниобий. Это изображение показывает распределение элементов на поверхности изделия.

[0012] Фиг. 4 представляет собой итоговый спектр, который идентифицирует поэлементное распределение сплава, изображенного на Фиг. 3.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0013] Более полное понимание компонентов, способов и устройств, раскрытых в настоящем документе, может быть получено при рассмотрении чертежей. Эти чертежи являются просто схематическими представлениями, предназначенными для удобства демонстрации существующего раскрытия, и поэтому не предполагают указания относительных размеров и размерностей устройств или их компонентов и/или определения или ограничения области охвата примерных вариантов осуществления.

[0014] Хотя конкретные термины используются в последующем описании ради ясности, эти термины относятся только к конкретной структуре вариантов осуществления, выбранных для иллюстрации на чертежах, и не предназначены для определения или ограничения области охвата настоящего изобретения. Следует понимать, что на чертежах и в последующем описании одинаковые цифровые обозначения относятся к компонентам с одинаковой функцией.

[0015] Все формы единственного числа включают в себя также соответствующее множественное число, если контекст явно не указывает обратное.

[0016] Все формы единственного числа включают в себя также соответствующее множественное число, если контекст явно не указывает обратное.

[0017] Используемые в описании и в формуле изобретения термины «включает в себя», «включает», «имеющий», «имеет», «может», «содержит» и их разновидности, используемые в настоящем документе, являются открытыми переходными фразами, терминами или словами, которые требуют присутствия именованных компонентов/стадий и допускают присутствие других компонентов/стадий. Однако такое описание должно рассматриваться также как описание составов или процессов как «состоящих из» и «состоящих по существу из» перечисленных компонентов/стадий, что допускает присутствие только названных компонентов/стадий вместе с любыми неизбежными примесями, которые могут появляться при этом, и исключают другие компоненты/стадии.

[0018] Численные значения в описании и в формуле изобретения настоящей заявки должны пониматься как включающие в себя численные значения, которые являются теми же самыми при уменьшении до того же самого количества значащих цифр и цифровых значений, которые при определении значения отличаются от заявленного значения меньше, чем на экспериментальную погрешность обычной техники измерений того типа, который описан в настоящей патентной заявке.

[0019] Все диапазоны, раскрытые в настоящем документе, являются включающими в себя указанные конечные точки и независимо комбинируемыми (например, диапазон «от 2 г до 10 г» включает в себя конечные точки 2 г и 10 г, а также все промежуточные значения).

[0020] Значение, снабженное термином или терминами, такими как «приблизительно» и «по существу», может быть не ограничено точным заданным значением. Приблизительный язык может соответствовать точности прибора для измерения этого значения. Дополнение «приблизительно» также должно рассматриваться как раскрывающее диапазон, определяемый абсолютными величинами двух конечных точек. Например, выражение «от приблизительно 2 до приблизительно 4» также раскрывает диапазон «от 2 до 4».

[0021] Проценты содержания элементов должны рассматриваться как массовые проценты заявленного сплава, если явно не указано иное.

[0022] Настоящее изобретение относится к композициям сплава никель-бериллий, которые имеют улучшенные характеристики твердости при сохранении характеристик предела текучести и предела прочности, подобных характеристикам Сплава Alloy360™, производимого компанией Materion Corporation. Композиции сплава в соответствии с настоящим изобретением могут рассматриваться как улучшенная версия никель-бериллиевого Сплава Alloy 360™, и будут также упоминаться в настоящем документе как «Сплав 360X».

[0023] Композиции Сплава Alloy360X по настоящему изобретению включают в себя от приблизительно 1,5 мас.% до приблизительно 5,0 мас.% бериллия (Be) и от приблизительно 0,4 мас.% до приблизительно 6,0 мас.% ниобия (Nb) с остатком, являющимся никелем (Ni). В конкретных вариантах осуществления композиции сплава включают в себя по меньшей мере 88 мас.% никеля или по меньшей мере 93 мас.% никеля. В более конкретных вариантах осуществления композиции сплава включают в себя от приблизительно 2,0 мас.% до приблизительно 3,0 мас.% бериллия и от приблизительно 0,4 мас.% до приблизительно 5,0 мас.% ниобия.

[0024] Молярное соотношение бериллия и ниобия (то есть Be:Nb) может быть важным. В вариантах осуществления молярное соотношение Be:Nb составляет от 4:1 до 70:1.

[0025] В других вариантах осуществления композиции сплава могут также включать в себя вплоть до приблизительно 5 мас.% хрома (Cr). Более конкретно, композиции сплава могут включать в себя от приблизительно 0,5 мас.% до приблизительно 5 мас.% хрома. В этой связи количества 0,3 мас.% хрома или меньше должны рассматриваться как неизбежная примесь.

[0026] В дополнительных вариантах осуществления композиции сплава могут также включать в себя вплоть до приблизительно 0,7 мас.% титана (Ti). В других композициях сплава Ti можно считать неизбежной примесью.

[0027] В более конкретных вариантах осуществления сплав включает в себя от приблизительно 2,2 мас.% до приблизительно 2,9 мас.% бериллия (Be); от приблизительно 0,4 мас.% до приблизительно 1,8 мас.% ниобия (Nb); хром (Cr) в количестве вплоть до приблизительно 5 мас.%; титан (Ti) в количестве вплоть до приблизительно 0,7 мас.% и по меньшей мере 93 мас.% никеля (Ni).

[0028] Композиции сплава могут содержать неизбежные примеси элементов, таких как углерод (C), медь (Cu), алюминий (Al), железо (Fe) или титан (Ti). Для целей этого раскрытия количества менее чем 0,3 мас.% этих элементов следует рассматривать как неизбежные примеси, то есть их присутствие не является преднамеренным или желаемым.

[0029] Считается, что присутствие ниобия изменяет зеренную структуру изделий, сформированных из композиций сплава по настоящему изобретению, измельчая зерна. Это позволяет более легко осуществлять горячую обработку сплава. В дополнение к этому, это минимизирует сдвиговую форму потери устойчивости и локализацию деформации, которые являются вообще нежелательными, потому что они могут вызвать растрескивание и уменьшить твердость изделий, сформированных из этих сплавов. В предшествующих сплавах можно было наблюдать выделения на границе зерна, что, по всей видимости, коррелирует с этими нежелательными свойствами. В этой связи композиции сплава предпочтительно имеют твердость по шкале C Роквелла по меньшей мере 50, включая по меньшей мере 52. В противоположность этому, Сплав Alloy360™ может достигать максимального значения твердости по шкале C Роквелла (Rc), равного 45 в пластинах толщиной 4 дюйма без растрескивания. Значения Rc, равные 50, были получены, но при этом происходит внутреннее растрескивание.

[0030] Композиции Сплава Alloy360X по настоящему изобретению, содержащие никель, бериллий и ниобий, разработаны так, чтобы они имели высокую стойкость к коррозии при испытании в соответствии со стандартом NACE MR0175/ISO 15156 на уровне 4-5 при одновременном достижении повышенных уровней твердости и характеристик антифрикционной коррозии. По сути, изделия, сформированные из композиций Сплава Alloy360X, могут быть полезными в различных промышленных и коммерческих применениях, например в нефтегазовой промышленности. В частности композиции Сплава Alloy360X могут быть полезными для создания компонентов, используемых в противовыбросовых устройствах или других подобных устройствах в нефтегазовой отрасли, таких как ножевые лезвия или другие поддерживающие детали.

[0031] Эти композиции могут также использоваться в качестве замены для известных высокоэффективных легированных сталей и суперсплавов в приложениях, требующих такой комбинации свойств. Относительно простая химия Сплава Alloy360X дает ему преимущество перед другими сплавами, которые являются менее химически стойкими и имеют тенденцию к истиранию. Сплав Alloy360X может также использоваться в химической промышленности в качестве альтернативы другим никелевым сплавам, которые имеют комплексные структуры, которые, как известно, корродируют.

[0032] Изделия могут формироваться путем литья сплава с использованием обычных статических, полунепрерывных или непрерывных процессов в подходящую форму сляба или слитка. Сплав затем подвергается горячей обработке при температуре ниже 2100°F. Горячая обработка включает в себя различные методы, такие как механическое формование для изменения зеренной структуры, обработка при высокой температуре, прессование/экструдирование, ковка, горячая прокатка или пилигримовая прокатка. Затем сформированное изделие может быть подвергнуто отжигу на твердый раствор. При отжиге на твердый раствор сплав нагревается до высокой температуры и выдерживается при этой температуре в течение периода времени, достаточного для того, чтобы позволить примесям (например, углероду) перейти в раствор. Сплав затем быстро охлаждается для предотвращения выхода примесей из раствора. Отжиг на твердый раствор может быть выполнен при температурах от 1900°F до 2000°F и выдержке при этих температурах в течение от 4 ч до 24 ч. Сформированное изделие может быть может быть при желании подвергнуто термической обработке, например, при температуре от приблизительно 1700°F до приблизительно 2000°F в течение от приблизительно 0,25 ч до приблизительно 4 ч. Изделие может также быть при желании состарено, например, при температуре от 900°F до 1000°F в течение от 4 ч до 16 ч.

[0033] Следующие примеры приводятся для того, чтобы проиллюстрировать сплавы, изделия и способы по настоящему изобретению. Эти примеры являются чисто иллюстративными и не предназначены для ограничения раскрытия материалов, условий или параметров способа, сформулированных в них.

ПРИМЕРЫ 1-29

[0034] Двадцать девять (29) различных композиций были изготовлены в соответствии со способом, описанным ниже.

[0035] 22-фунтовая (10 кг) загрузка никелевых окатышей, кусков металлического бериллия и лигатуры из 60 мас.% ниобия и 40 мас.% никеля была отвешена в соответствии с желаемой смесью элементов. Тонко измельченный металлический хром был добавлен к загрузке, как указано, в зависимости от примера.

[0036] Окатыши никеля были загружены в тигель емкостью 40 фунтов и нагреты в течение приблизительно 20 мин в индукционной печи мощностью 100 кВт для того, чтобы расплавить загрузку никеля. Плавка проводилась в атмосфере инертного газа аргона. После того как окатыши никеля были расплавлены, куски металлического бериллия были добавлены к расплавленному никелю. Лигатура из 60 мас.% ниобия и 40 мас.% никеля была добавлена к смеси никеля/бериллия и перемешана огнеупорной палочкой. Для примеров, которые включали хром, хром добавлялся после того, как никель расплавился, и до добавления бериллия. Расплав затем нагревался более 2 мин до температуры разливки, составляющей приблизительно 2600-2700°F, и немедленно разливался в литниковую воронку и вниз через вертикальный литник в графитовую форму размером 1×3×8 дюймов.

[0037] Смесь затвердевала в форме в течение нескольких минут, затем форма удалялась, и слитки оставлялись на ночь для охлаждения на воздухе. Из слитков размером 1×3×8 дюймов брались образцы для проверки химии с помощью индуктивно-сопряженной плазмы и оптической эмиссионной спектрометрии (IDP-OES), а затем отрезались образцы для оценки микроструктуры, испытания на твердость, отжига на твердый раствор и старения. Диапазон температур для отжига на твердый раствор был определен от 1900°F до 2000°F. Продолжительность отжига на твердый раствор составляла от 4 до 24 ч. Образцы для испытания были также состарены, и предпочтительный диапазон температур старения составлял 950°F в течение приблизительно 6 ч.

[0038] Сплав был протестирован на пригодность к горячей обработке путем формования в блок размером 1×1×2 дюймов, который был помещен между валиками, сжат и нагрет до температуры приблизительно 1950°F. Блок был сжат от толщины 2 дюйма до толщины приблизительно 1 дюйм. Другими словами, сплав был деформирован на 50% около температуры отжига на твердый раствор.

[0039] Полученный сжатый блок был проанализирован для идентификации крупного растрескивания, сдвиговой формы потери устойчивости на уровне микроструктуры и уровня обрабатываемости сплава. Сдвиговая форма потери устойчивости является микроструктурным явлением и является определением того, ломается ли кристаллическая структура сплава, перемещается или становится дислоцированной. Блок также анализировался для определения присутствия выделений на границе зерна.

[0040] Таблицы 1A и 1B представляют результаты Примеров 1-29. Таблица 1A представляет информацию в массовых процентах, в то время как Таблица 1B представляет информацию в молярных процентах.

[0041] Протестированные сплавы включали различные элементы, имеющие диапазоны от приблизительно 0,46 мас.% до приблизительно 5,62 мас.% ниобия (Nb), от приблизительно 1,68 мас.% до приблизительно 3,07 мас.% бериллия (Be), от приблизительно 0 мас.% до приблизительно 10,4 мас.% хрома (Cr), от приблизительно 0 мас.% до приблизительно 0,62 мас.% титана (Ti), и остаток в каждом сплаве включал в себя никель (Ni). Показана целевая химия, а также фактически полученная химия каждого примера. Столбец «Другие» указывает количество некоторых других измеренных элементов. Измерялась твердость по шкале C Роквелла (Rc). Также включены описания стабильности каждого примера после испытания сжатием на способность к горячей обработке, а также оценки микроструктуры.

[0042] Пример 1 является обычным сплавом, содержащим никель (Ni), бериллий (Be) и титан (Ti), соответствующий материалу Сплава Alloy360™. Этот сплав не смог достичь значения Rc, равного 50.

[0043] В Примерах 2-8 ниобий и хром были прибавлены в различных количествах. Как видно из Примеров 3 и 4, сплавы, содержащие 10 мас.% хрома и от 1 до 5 мас.% ниобия, не имели твердости выше 50 Rc. Однако Пример 6, содержащий 5 мас.% хрома, смог показать твердость 50 Rc. Таким образом, похоже на то, что пониженное количество хрома увеличило твердость сплавов. В Примерах 5, 6 и 8 хром рассматривался как примесь. Без конкретизации теоретически предполагалось, что ниобий поглощается или восстанавливается хромом.

[0044] Фиг. 3 представляет собой рентгеновское изображение композиции Сплава Alloy360X Примера 7, включающей в себя приблизительно 2,06 мас.% Be, 5,62 мас.% Nb, и 0,02 мас.% Cr с добавлением приблизительно 0,62 мас.% титана (Ti) с остатком из Ni. Ниобий и никель действуют для того, чтобы модифицировать литую структуру. Этот чертеж показывает дискретные особенности, которые характерны для комплексных металлургических систем.

[0045] Фиг. 4 представляет собой итоговый спектр, который идентифицирует поэлементное распределение композиции Сплава Alloy360X, показанной на Фиг. 3. Одно наблюдение, которое может быть сделано из этого спектра, состоит в том, что пик Y и пик Zr являются ложными. Пик Zr кажется более выпуклым, поскольку он начинает перекрываться с пиком Nb. Следует отметить, что количество бериллия ниже 8 мас.% не могло быть обнаружено использованным спектрометром; это является общей проблемой.

[0046] Приблизительно 0,5 мас.% титана было включено для того, чтобы он прореагировал с примесями (другими элементами, содержащимися в небольших количествах) и сделал их инертными. Однако смеси Ti-Ni имеют тенденцию иметь низкую температуру плавления в точке эвтектики. Основываясь на Примерах 2-8, было решено не добавлять титан к оставшимся примерам.

[0047] В Примерах 9 и 10 влияние Be и Nb было определено отдельно. Хром или титан не использовались. Как видно из Примера 9, присутствия только никеля и бериллия не было достаточно для того, чтобы получить твердость более чем 50 Rc. Однако добавление Nb к сплаву Примера 10 увеличило твердость до величины свыше 50 Rc. Считается, что добавление Nb изменило зернистую структуру сплава так, что она стала более мелкой, и тем самым улучшило способность сплава к горячей обработке.

[0048] Фиг. 1 представляет собой микрофотографию, которая иллюстрирует зернистую структуру сплава Примера 9, который включает в себя никель и бериллий, но не включает ниобий. Фиг. 2 представляет собой микрофотографию, которая иллюстрирует композицию Сплава 360X Примера 10, имеющую комбинацию никеля, бериллия и ниобия. Обе микрофотографии сделаны при одном и том же увеличении. Зернистая структура, показанная на Фиг. 1, является относительно крупнозернистой, в то время как зерна на Фиг. 2 являются намного более мелкими.

[0049] В Примерах 12-24 относительные количества никеля, бериллия и ниобия изменялись для того, чтобы определить их влияние на уровень твердости сплава, стабильность при 50 сжатиях при температуре 1950°F, а также качество микроструктуры. Столбец «Стабильность» указывает, были ли замечены какие-либо крупные визуальные дефекты. Столбец «Микроструктура» указывает, были ли замечены какие-либо микроструктурные трещины, а также указывает присутствие выделений на границе зерна. В столбце «Другие» показаны количества углерода, меди и хрома. Они показаны с точностью до трех десятичных разрядов в массовых процентах. Если количество составляло меньше чем 0,001 мас.%, то оно указано в частях на миллион (ppm). Целевое количество бериллия изменялось в диапазоне от 2 до 3 мас.%, а целевое количество ниобия изменялось в диапазоне от 0,5 до 5 мас.%, причем остаток являлся никелем. Хром или титан не добавлялись.

[0050] Каждый из Примеров 15, 21 и 22 имел более чем 5 мас.% ниобия, и два из этих трех примеров не достигли твердости Rc 50. Примеры 12-14, 16, 17 и 24 достигли твердости по меньшей мере Rc 52.

[0051] На основе этих результатов были подготовлены дополнительные Примеры 25-29. Эти примеры содержали более узкий целевой диапазон от 2,2 до 2,9 мас.% бериллия и от 0,5 до 1,6 мас.% ниобия с остатком, являющимся никелем. Полученные диапазоны в этих примерах составили от 2,2 до 2,7 мас.% бериллия и от 0,4 до 1,7 мас.% ниобия. Каждый из этих экспериментов показал твердость свыше 52 Rc. Примеры 25, 26 и 29 показали хорошее сжатие с незначительными выделениями на границе зерна или с их полным отсутствием. В примерах 27 и 28 наблюдались сдвиг и внешнее растрескивание соответственно.

[0052] Результаты испытания на способность к горячей обработке приведены в столбце «Стабильность». Ни один из этих сплавов не показал катастрофического разрушения. Основываясь на этих результатах, изделия могут быть сформированы с помощью горячей обработки отливок круглого профиля.

[0053] Следует иметь в виду, что варианты выше раскрытых и других особенностей и функций или их альтернативы могут быть скомбинированы во многие другие различные системы или приложения. Различные непредвидимые в настоящее время или неожиданные альтернативы, модификации, вариации или усовершенствования в них могут быть впоследствии сделаны специалистами в данной области техники, которые также будут охватываться следующей формулой изобретения.

Таблица 1А Пример Целевая химия Фактическая химия Массовое отношение Be:Nb Другие >50
Rc? >52
Rc? Стабильность Микроструктура Ni
мас.% Be
мас.% Nb
мас.% Cr
мас.% Ti
мас.% Ni
мас.% Be
мас.% Nb
мас.% Cr
мас.% Ti
мас.% 1 97,48 2,00 0,00 0,00 0,52 98,32 1,68 0,00 0,00 0,49 - 0,19 C нет нет нет 2 96,48 2,00 1,00 0,00 0,52 96,93 1,74 1,33 0,00 0,47 1,31 да нет 3 86,48 2,00 1,00 10,00 0,52 86,69 1,83 1,08 10,40 0,49 1,69 нет нет 4 82,48 2,00 5,00 10,00 0,52 82,07 2,16 5,47 10,30 0,51 0,39 нет нет 5 96,48 2,00 1,00 0,00 0,52 96,46 2,04 1,24 0,26 0,50 1,65 0,26 Cr да да 6 89,48 2,00 3,00 5,00 0,52 89,95 2,16 3,29 4,60 0,55 0,66 да нет 7 92,48 2,00 5,00 0,00 0,52 92,30 2,06 5,62 0,02 0,62 0,37 да нет 8 96,48 2,00 1,00 0,00 0,52 96,95 1,94 1,11 0,01 0,49 1,75 0,005 Cr да нет 9 98,00 2,00 0,00 0,00 0,00 98,14 1,86 0,00 0,00 0,00 - нет - 10 97,00 2,00 1,00 0,00 0,00 96,91 1,98 1,11 0,00 0,00 1,78 да - 12 94,75 2,5 2,75 0 0 94,77 2,47 2,76 0 0 0,89 Cu 0,74, C 0,071 да да Хорошая выделения отсутствуют 13 93,93 2,2 3,875 0 0 93,56 2,25 4,19 0 0 0,54 Cu 0,11, C 0,014 да да Хорошая незначительные выделения на границе зерна 14 96,18 2,2 1,625 0 0 96,21 2,19 1,6 0 0 1,37 Cu 0,09, C 0,022 да да Хорошая незначительные выделения на границе зерна 15 92,00 3 5 0 0 91,66 3,02 5,32 0 0 0,57 Cu 0,04, C 0,022 нет нет Хорошая трещины 16 96,50 3 0,5 0 0 96,66 2,88 0,46 0 0 6,26 Cu 0,03, C 0,038 да да Хорошая выделения отсутствуют 17 95,63 2,75 1,625 0 0 95,56 2,72 1,72 0 0 1,58 Cr 0,005, C 0,0040 да да Хорошая выделения на границе зерна 18 97,50 2 0,5 0 0 97,52 1,96 0,52 0 0 3,77 Cr <0,005, C 50 частей на миллион да нет Хорошая выделения на границе зерна 19 94,75 2,5 2,75 0 0 94,49 2,54 2,97 0 0 0,86 Cr 0,007, C 60 частей на миллион да нет Хорошая 20 93,38 2,75 3,875 0 0 93,72 2,46 3,82 0 0 0,64 Cr 0,015, C 55 частей на миллион да нет Хорошая выделения отсутствуют 21 92,00 3 5 0 0 91,75 3,07 5,18 0 0 0,59 Cr 0,019, C 55 частей на миллион да нет Хорошая выделения отсутствуют 22 93,00 2 5 0 0 92,73 2,01 5,26 0 0 0,38 Cr 0,0190, C 35 частей на миллион нет нет Хорошая выделения отсутствуют 23 97,50 2 0,5 0 0 97,63 1,85 0,52 0 0 3,56 C 0,0020, Cr<500 частей на миллион да нет Хорошая трещины 24 94,75 2,5 2,75 0 0 94,63 2,49 2,88 0 0 0,86 C 0,0045, Cr 600 частей на миллион да да Хорошая незначительные выделения на границе зерна 25 96,30 2,4 1,3 0 0 96,17 2,45 1,38 0 0 1,78 C: 480 частей на миллион, Cu: 800 частей на миллион да да Хорошая незначительные выделения на границе зерна 26 96,60 2,9 0,5 0 0 96,83 2,69 0,48 0 0 5,60 C: 70 частей на миллион, Cu: 400 частей на миллион да да Хорошая выделения отсутствуют 27 96,40 2,6 1 0 0 96,76 2,26 0,98 0 0 2,31 C: 450 частей на миллион, Cu: 400 частей на миллион да да Пограничный
Сдвиг незначительные выделения на границе зерна 28 96,00 2,7 1,3 0 0 95,94 2,67 1,39 0 0 1,92 C: 210 частей на миллион, Cu: 300 частей на миллион да да Брак
Внешние
трещины выделения на границе зерна 29 96,20 2,2 1,6 0 0 95,97 2,36 1,67 0 0 1,41 C: 70 частей на миллион, Cu: 100 частей на миллион да да Хорошая выделения отсутствуют

Таблица 1В Пример Фактическая химия Молярное отношение Nb:Cr Молярное отношение Be:Nb >50 Rc? >52 Rc? Стабильность Микроструктура Ni
мол.% Be
мол.% Nb
мол.% Cr
мол.% Ti
мол.% 1 89,5 10,0 0,0 0,0 0,5 - - нет нет нет 2 88,4 10,3 0,8 0,0 0,5 - 13,5 да нет 3 77,7 10,7 0,6 10,5 0,5 0,1 17,5 нет нет 4 73,4 12,6 3,1 10,4 0,6 0,3 4,1 нет нет 5 86,6 11,9 0,7 0,3 0,6 2,7 17,0 да да 6 80,3 12,6 1,9 4,6 0,6 0,4 6,8 да нет 7 83,9 12,2 3,2 0,0 0,7 157,3 3,8 да нет 8 87,4 11,4 0,6 0,0 0,5 124,2 18,0 да нет 9 89,0 11,0 0,0 - - нет - 10 87,7 11,7 0,6 - 18,4 да - 12 84,2 14,3 1,5 - 9,2 да да Хорошая выделения отсутствуют 13 84,4 13,2 2,4 - 5,5 да да Хорошая незначительные выделения на границе зерна 14 86,3 12,8 0,9 - 14,1 да да Хорошая незначительные выделения на границе зерна 15 79,9 17,2 2,9 - 5,9 нет нет Хорошая трещины 16 83,5 16,2 0,3 - 64,6 да да Хорошая выделения отсутствуют 17 83,6 15,5 1,0 - 16,3 да да Хорошая выделения на границе зерна 18 88,2 11,5 0,3 - 38,9 да нет Хорошая выделения на границе зерна 19 83,7 14,7 1,7 - 8,8 да нет Хорошая 20 83,6 14,3 2,2 - 6,6 да нет Хорошая выделения отсутствуют 21 79,8 17,4 2,8 - 6,1 да нет Хорошая выделения отсутствуют 22 85,0 12,0 3,0 - 3,9 нет нет Хорошая выделения отсутствуют 23 88,7 11,0 0,3 - 36,7 да нет Хорошая трещины 24 84,0 14,4 1,6 - 8,9 да да Хорошая незначительные выделения на границе зерна 25 85,1 14,1 0,8 - 18,3 да да Хорошая незначительные выделения на границе зерна 26 84,5 15,3 0,3 - 57,8 да да Хорошая выделения отсутствуют 27 86,3 13,1 0,6 - 23,8 да да Пограничный Сдвиг незначительные выделения на границе зерна 28 84,0 15,2 0,8 - 19,8 да да Брак Внешние трещины выделения на границе зерна 29 85,4 13,7 0,9 - 14,6 да да Хорошая выделения отсутствуют

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе никель-бериллий. Никель-бериллиевый сплав содержит, мас.%: бериллий 1,5-5,0, ниобий 0,4-6,0, никель – остальное. Способ получения изделия из никель-бериллиевого сплава включает заливку расплава сплава в форму для формирования отливки, горячую обработку отливки при температуре менее 2100°F с получением изделия и отжиг изделия на твердый раствор при температуре от 1900 до 2000°F в течение 4-24 ч. Сплавы характеризуются высокими значениями твердости и стойкости к коррозии. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

1. Никель-бериллиевый сплав, содержащий в мас.%: от 1,5 до 5,0 бериллия (Be), от 0,4 до 6,0 ниобия (Nb), никель (Ni) - остальное.

2. Никель-бериллиевый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хром (Cr) в количестве до 5 мас.%.

3. Никель-бериллиевый сплав по п. 2, отличающийся тем, что он содержит хром (Cr) в количестве более 0,5 мас.%.

4. Никель-бериллиевый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит титан (Ti) в количестве до 0,7 мас.%.

5. Никель-бериллиевый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он содержит от 2,0 до 3,0 мас.% бериллия (Be).

6. Никель-бериллиевый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он содержит от 0,4 до 5,0 мас.% ниобия (Nb).

7. Никель-бериллиевый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он содержит в мас.%: от 2,0 до 3,0 бериллия (Be), от 0,4 до 5,0 ниобия (Nb), хром (Cr) в количестве до 5 и титан (Ti) в количестве до 0,7.

8. Никель-бериллиевый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере 89 мас.% никеля (Ni).

9. Никель-бериллиевый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере 93 мас.% никеля (Ni).

10. Никель-бериллиевый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он содержит титан (Ti) в качестве неизбежной примеси.

11. Никель-бериллиевый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он имеет твердость по шкале C Роквелла по меньшей мере 50.

12. Никель-бериллиевый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он имеет твердость по шкале C Роквелла по меньшей мере 52.

13. Никель-бериллиевый сплав по п. 1, отличающийся тем, что молярное соотношение Be:Nb составляет от 4:1 до 70:1.

14. Никель-бериллиевый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он содержит в мас.%: от 2,2 до 2,9 бериллия (Be), от 0,4 до 1,8 ниобия (Nb), хром (Cr) в количестве до 5, титан (Ti) в количестве до 0,7 и по меньшей мере 93 никеля (Ni) и неизбежных примесей.

15. Никель-бериллиевый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он содержит в мас.%: от 1,5 до 5,0 бериллия (Be), от 0,4 до 6,0 ниобия (Nb), менее чем 0,3 алюминия (Al), до 5 хрома (Cr) и по меньшей мере 88 никеля (Ni).

16. Никель-бериллиевый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он содержит в мас.%: от 1,5 до 5,0 бериллия (Be), от 0,4 до 6,0 ниобия (Nb) и по меньшей мере 93 никеля (Ni), при этом молярное соотношение Be:Nb составляет от 4:1 до 70:1.

17. Способ получения изделия из никель-бериллиевого сплава по любому из пп. 1-16, включающий:

заливку расплава никель-бериллиевого сплава в форму для формирования отливки;

горячую обработку отливки при температуре менее 2100°F с получением изделия и

отжиг изделия на твердый раствор при температуре от 1900 до 2000°F в течение 4-24 ч.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что после отжига на твердый раствор проводят старение изделия.

19. Изделие из никель-бериллиевого сплава, характеризующееся тем, что оно получено из никель-бериллиевого сплава по любому из пп. 1-16.

20. Изделие по п.19, отличающееся тем, что оно выполнено в виде термостата, сильфона, диафрагмы, контактных гнезд.