Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным деформируемым сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления деталей газотурбинных двигателей (ГГД), работающих до температуры 800°С.
Основными требованиями, предъявляемыми к этому классу материалов, являются: высокие характеристики кратковременной и длительной прочности, рабочая температура и технологичность.
Из уровня техники известен жаропрочный сплав марки ЭП718 (ГОСТ 5632-2014), применяемый для изготовления лопаток компрессора, на никелевой основе следующего химического состава, мас.%:
Недостатками этого сплава являются ограничение рабочей температуры (до 650°С) и при этом невысокая длительная прочность при температуре 800°С (245 МПа).
Известен жаропрочный сплав (RU2074899, МПК С22С 30/00, С22С 19/03, опубл. 10.03.1997), применяемый для изготовления лопаток компрессора, на железоникелевой основе следующего химического состава, мас.%:
Недостатками этого сплава являются ограничение рабочей температуры (до 650°С) и при этом невысокая длительная прочность при температуре 650°С (710 МПа).
Наиболее близким аналогом является жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля ЭП220 (ГОСТ 23705-79), предназначенный для изготовления лопаток ГТД и ГТУ методом штамповки и имеющий следующий состав, мас.%:
Данный сплав имеет недостаточно высокие механические свойства для его применения в перспективных ГТД, а именно: кратковременную прочность и удлинение на уровне 1150 МПа и 15% соответственно при нормальной температуре, 940 МПа и 14% при 800°С, длительная прочность при 800°С составляет 470 МПа.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении предлагаемого изобретения и не может быть реализовано при использовании прототипа, являются низкие механические свойства сплава.
Технической задачей предлагаемого изобретения является получение жаропрочного деформируемого сплава на основе никеля с более высокими механическими свойствами.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение кратковременной и длительной прочности и пластичности сплава при температурах до 800°С.
Для достижения поставленного технического результата предложен жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий, мас.%:
Также предлагается изделие из вышеуказанного жаропрочного сплава на основе никеля.
Основу предложенного сплава составляет γ'-фаза на основе соединения (Ni,Co,Cr)3(Al,Ti,Ta,W) различной морфологии и γ-твердый раствор на основе никеля и кобальта, также в сплаве присутствуют карбиды типа МеС. Содержание кобальта в количестве 12-16 мас.% обеспечивает пластичность сплава, что позволяет получать из него заготовки методом деформации. За счет повышения содержания углерода в металле увеличивается доля карбидной фазы, которая обеспечивает дополнительное упрочнение сплава.
Легирование сплава танталом в заданном количестве, наряду с соблюдением заданного содержания вольфрама и молибдена, повышает стабильность и механические свойства сплава при высоких температурах.
Тантал в основном входит в составы γ'-фазы и карбидной фазы и увеличивает их стабильность при высоких температурах, а вольфрам и молибден преимущественно распределяются в γ-твердом растворе и повышают его прочность.
Магний, бор, лантан, церий и/или неодим добавляют в процессе выплавки для очищения расплава от оксидов и снижения количества вредных примесей, что положительно влияет на механические свойства (кратковременную и длительную прочность, пластичность во всем диапазоне рабочих температур).
Комплексное микролегирование лантаном и неодимом способствует удалению вредных примесей с границ зерен и других внутренних поверхностей раздела в материале, а также способствует реализации механизма упрочнения - формированию по границам зерен и фаз выделений интерметаллидной фазы NixP3My глобулярной морфологии.
В отличие от прототипа, в качестве легирующего элемента в предлагаемый сплав не добавляют ванадий, поскольку он ухудшает окалиностойкость сплава при температурах, близких к 800°С.
При заявленном содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве на основе никеля достигается наибольший эффект повышения кратковременной и длительной прочности сплава во всем диапазоне рабочих температур.
Пример осуществления.
Была проведена выплавка исходных электродов в вакуумноиндукционной печи с последующим вакуумно-дуговым переплавом для получения слитков из предлагаемого сплава различных составов и сплава - прототипа.
Химические составы приведены в таблице №1.
Изготовление прутков из слитков предлагаемого сплава различных составов и сплава-прототипа проходило в два этапа: ковка слитка на прессе 1600 тс и экструзия заготовки на пруток на прессе «Блисс».
Полученные прутки разрезали на заготовки, которые подвергали термической обработке. После этого из них были изготовлены цилиндрические образцы для определения механических свойств: кратковременной прочности предела текучести относительного удлинения σ20 и сужения ψ20 при 20°С, кратковременной прочности относительного удлинения σ800 и сужения ψ800, длительной прочности на базе 100 часов при 800°С. Механические свойства определяли на разрывных и универсальных испытательных машинах. Результаты испытаний приведены в таблице №2.
Как видно из данных таблицы №2, предлагаемый сплав превосходит сплав-прототип по значениям кратковременной и длительной прочности и пластичности сплава (относительное удлинение и сужение) при температурах до 800°С.
Использование предлагаемого жаропрочного деформируемого сплава на основе никеля дает возможность создать ГТД с повышенными тактико-техническими параметрами, повышает надежность изделий и увеличивает ресурс их работы.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ЖАРОПРОЧНЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ ЭТОГО СПЛАВА | 2014 |
|
RU2571674C1 |
ЖАРОПРОЧНЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ ЭТОГО СПЛАВА | 2008 |
|
RU2365657C1 |
ДЕФОРМИРУЕМЫЙ ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ | 2019 |
|
RU2695097C1 |
ПРИСАДОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ | 2015 |
|
RU2602570C1 |
ЖАРОПРОЧНЫЙ СВАРИВАЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ КОБАЛЬТА И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО | 2015 |
|
RU2601720C1 |
ЖАРОПРОЧНЫЙ ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ | 2008 |
|
RU2383642C1 |
ИНТЕРМЕТАЛЛИДНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ НИКЕЛЬ-АЛЮМИНИЙ-КОБАЛЬТ | 2015 |
|
RU2603415C1 |
ЖАРОПРОЧНЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ ЭТОГО СПЛАВА | 2004 |
|
RU2280091C1 |
ЖАРОПРОЧНЫЙ ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ | 2002 |
|
RU2219272C1 |
Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля с низким температурным коэффициентом линейного расширения и изделие, выполненное из него | 2019 |
|
RU2721261C1 |
Группа изобретений относится к области металлургии, в частности к жаропрочным деформируемым сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления деталей газотурбинных двигателей. Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля содержит, мас.%: кобальт 12,0-16,0, хром 9,0-12,0, вольфрам 4,0-6,0, молибден 4,0-6,0, алюминий 4,0-5,5, титан 2,0-3,5, тантал 0,5-2,5, углерод 0,08-0,13, магний 0,003-0,05, лантан 0,002-0,05, бор 0,003-0,03, церий и/или неодим каждого 0,005-0,02, никель - остальное. Обеспечивается повышение кратковременной и длительной прочности и пластичности сплава при температурах до 800°С. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.
1. Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля, содержащий кобальт, хром, вольфрам, молибден, алюминий, титан, углерод, бор и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тантал, магний, лантан, церий и/или неодим при следующем соотношении компонентов, мас %:
2. Изделие из жаропрочного деформируемого сплава на основе никеля, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1.
ЖАРОПРОЧНЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ ЭТОГО СПЛАВА | 2014 |
|
RU2571674C1 |
ЖАРОПРОЧНЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ ЭТОГО СПЛАВА | 2008 |
|
RU2365657C1 |
US 3228095 A1, 11.01.1966 | |||
JP 10195564 A, 28.07.1998 | |||
JP 9157777 A, 17.06.1997 | |||
JP 6150192 B2, 21.06.2017 | |||
Наводка для приводных ремней | 1930 |
|
SU23705A1 |
Прутки горячекатаные и кованые из жаропрочных сплавов | |||
Технические условия. |
Авторы
Даты
2020-12-03—Публикация
2020-06-03—Подача