Сплав на основе никеля Советский патент 1988 года по МПК C22C19/05 

Изобретение относится к области металлургии и касается разработки состава сплава никеля, используемого для литья лопаток газовых турбин, а частности направленной кристаллизации. Известен сплав на основе никеля ЖСбК, содержащий мас.%: Углерод0,13-0,20 Хром9,5-12,0 Молибден3,5-4,8 „Вольфрам4,5-5,5 Кобальт4,0-5,0 Апюминий5,0-6,0Титан2, НикельОст альное Сплав обладает высокой жаропрочностью, но нцзкой коррозионной стойкостью в среде продуктов сгорания топлива .вследствие высокого объемного содержания (55%) упрочняющей у фазы и высокой напряженности межфазньк границ, способствуюпщх более лег кому протеканию процессов коррозии,, Наиболее близким к заявленному яв , ляется сплав на основе никеля, содер жащий, мас.%: Углерод 0,1 Хром12-14 Кобальт. 4,0-6,0 Титан4,5-5,5 Алюмш1йй 2,8-3,2 Вольфрам4,0-6,0 Молибден1,5-2,5 Ниобий0,5-1,0 Бор 0,01-0,05 Цирконий0,05-0,01 Церий0,005-0,01 Остальное Никель Указанный сплав имеет хорошую кор розионную стойкость, но недостатком его является пониженная длительная жаропрочность вследствие пониженной температуры рекристаллизации твердог раствора и нестабильности упрочняюще глобулярной У -фазы, которая с тече нием времени имеет тенденцию перехода в игольчатую -фазу, некогерентн связанную с основным у-твердым раст вором, что приводит к Ускоренному па дению жаропрочности во времени. Целью изобретения является повышение жиропрочности сплава на основе никеля, Для достижения поставленной цел:и сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, мо либден, алюминий, титан, бор, церий содержит компоненты в следующем соотношении, мас:.%: Углерод0,06-0,10 Хром14 0-16,О Кобальт8,0-10,0 Вольфрам6,2-8,0 Молибден0,2-2,0 Титан3,0-4,4 Алюминий3,4-5,0 Церий,0,015-0,02 Бор0,01-0,015 НикельОстальное Отнощение Ti:Al 0,9-1,1. Увеличение в сплаве содержания алкминия до 3,4-5,0 мас.% при уменьщении в сравнении с прототипом содержания титана, до 3,0-4,4 мас,% при соотнощении Ti/Al 0, приводит к более эффективному легированию алюминием упрочняющей у-фазы, препятствует потере ею когерентности с Jp твердым раствором и исключает перерождение во времени у-фазы в игольчатую когерентную твердому раствору 2-фазу. Это увеличивает термодинамическую и кик;ематическию стабильность упрочняющей у -фазы в контакте с матрицей при высокой температуре,приводя тем самым к увеличению жаропрочности сплава при длительных сроках зксплуатации. Содержание алкминия до 3,4 мас.%. не обеспечивает необходимой жаропрочности, а свьше 5,0% вызывает охрупчивание сплава. Легирование титаном должно быть не ниже 3% для получения у-фазы типа Ni (А1, Ti), более прочной чем NijAl, и не вьше 4,4% для того, чтобы избежать появления -фазы (), Кроме того, указанное количество титана (3,0-4;,4%) при соотношении Ti/Al 0,9--,i является благо риятным с точки зрения сохранения высокой коррозионной стойкости сплава. Наиболее благоприятным с точки зрения жаропрочности и коррозионной стойкости является соотношение Ti/Al 0,9-1,1, При Ti/Al ниже 0,9 уменьшается коррозионная с: ойкость, свыше 1,1 - уменьшается жаропрочность. Увеличение в сплаве количества вольфрама до 6,2-8 мас,% приводит к повьщ1ению жаропрочности сплава на никелевой основе за счет усиления в сравнешш с прототипом прочности меж-; атомных связей в решетке У - твердого раствора и увеличения энергии акти- 310 вации самодиффузии. Кром того, входя в состав j- фазы, вольфрам повышает ее прочность и термическую стабильность, что также благопркятйо сказывается на уровне жаропрочности предлагаемого сплава. Максимальное содержание вольфрама следует ограничтобы не превысить предельной растворимости его в твердом растворе.- Содержание кобальта в количестве 8-10% преследует цель упрочнить твердый раствор за счет затруднения про цессов диффузии и передвижения дислокаций, что позволяет сохранить жаропрочность до более высоких температур, увеличить стабильность свойств в течение длительной эксплуатации. При отливке деталей из предлага:емогЬ сплава на основе никеля целесо образно применять вакуумную вьтлавку и разливку. Химический состав и сравнительные свойства предложенного и

Хжопеский состав предлагаемого и известного сплавов

Таблица I 35 известного сплава приведены в табл.1 и 2, Из них следует, что при одинаковых условиях испытания преимущество предложенного сплава на основе никеля состоит в более высокой в сравнении с прототипом жаропрочности при сохранен ш высокой коррозионной стойкости. Справочные данные по другим ствам сплава приведены в табл. 3 Предлагаемый сплав на основе нике ля предназначен для использования в качестве жаропрочного коррозионног стойкого материала литых деталей, в частности лопаток газовых турбин с длительным сроком службы при темпеРатуре 1123 К. Предлагаемый сплав прошел стадию опытно-промышленного опробования на ПО Ленинградский завод турбинных лопаток

1. СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ, содержащий углерод, хром, {собальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, церий и бор, отличающийся тем, что, с. целью повышения жаропрочности, он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: Углерод0,06-0,1 Хрой 14,0-16,0 Кобальт8-10 Вольфрам . 6,2-8,0 Молибден0,2-2,0 Титан3,0-4,4 Алюминий . 3,4-5,0 Церий0,015-0,012 Бор0,01-0,015 (Л НикельОстальное 2. Сплав по П.1, отличающийся .тем, что отношение титана : к алюминию составляет 0,9-1,1.

Срдерхавве принесепё 6 всех сллавах: 0,12-),17% .&,I1-0,)4Z Мп; 0,07-0,12Х Ре; .. 0,010-0,012% Йг 6,015-0,017Х Р.

Сравнительные свойства предлагаемого и известного .сплавов

980 1000 1150 970

840 860 890 820 260 290 300 260

Т а б Л и Ц а 2

Предлагаемый сплав Известный

Показатели . - --i-..-.-.j сплав

Предел длительной прочности

за 10 ч при 1123 К, Сэ 10,,,

МПа180 190 200 160

Коррозионная стойкость:.

сзгммарная величина измененного слоя за 10 ч при 1123 К|, мм. 0,023 0,0140,020 0,037

. .-. . . Свойства предложенного сплава на основе никеля

:: Характеристикаj.-.-.

Временное сопротивление,G , МПа Предел текучести, , МПа Относительное удлинение, , % Относительное сужение, (j , % Ударная вязкость- KCU;., МДж/м

Предел длительной прочности за 10 ч, С 10, МПа

Предел длительной прочности за 10 ч, 6 Ю, МПа

Длительная пластичность посуте 1000 ч, %

Коррозия; суммарная величина слоя после 850 С, 1000 ч, мм

Продолжение табл.2

1 2 I 3

Т а б л и ц а 3

Температура испытания, К

293 1123

840-890 710-750 15-20 22-35

280-300

180-200

5-9

0,014-0,023