Корозионно-стойкий и стойкий к окислению сплав на основе интерметаллического соединения типа никельалюминида Советский патент 1993 года по МПК C22C19/03 

Изобретение касается дальнейшего развития и усовершенствования сплавов на основе интерметаллического соединения с повышающими теплостойкость и не- окисляемость добавками. В более узком плане оно касается корозионно-стойкого и . стойкого к окислению высокотемпературного сплава повышенной вязкости при комнатной температуре для направленного затвердевания на основе интерметаллического соединения типа никельалюминида.

В основе изобретения лежит цель, заключающаяся в получении сплава высокой пластичности при комнатной температуре, с высокой коррозионной стойкостью к окислению, в особенности по отношению к суль- фидированию при высоких температурах, и . одновременно с высокой термостойкостью в области температур от 400 до 800°С, который был бы хорошо пригоден для направленной кристаллизации и состоял в

основном из интерметаллического соединения типа никельалюминид с другими добавками. Такой сплав должен иметь в интервале температур от 400 до 700°С предел текучести в горячем состоянии как минимум 900 МПа и предел прочности при растяжении в горячем состоянии как минимум 950 МПа. Кроме того, он должен иметь высокие пластичность и вязкость прежде всего в условиях комнатной температуры. Механические характеристики при комнатной температуре должны иметь как минимум следующие значения: Предел текучести при растяжении700 МПа

Предел прочности при растяжении900 МПа

Относительное удлинение 4% Эта цель достигается тем, что названный вначале высокотемпературный сплав имеет следующий состав, ат%:

ы

з,

сл

10-20 0,5-8 2-10 0.1-2 Остальное,

причем суммарное содержание Al, SI, Nb и В составляет не более 25 ат,% и что он, по меньшей мере, на 90 об.% состоит из смеси интерметаллических фаз NlaAl; NlaSI и NlaNb.

На чертеже показана графическая зависимость предела текучести a и предела прочности сгв при растяжении для нового сплава на основе интерметаллического соединения типа никельалюминид от температуры.

Кривая 1 представляет ход предела текучести для нового сплава с 17,5 ат.% AI; 2 ат.% SI; 4 ат.% Nb; 0,5 ат.% В, N1 - остальное. Она имеет максимум выше 1100 МПа при температуре примерно 500°С. При 700°С предел текучести составляет 950 МПа. при 800°С более 800 МПа. Кривая 2 характеризует зависимость предела прочности для того же сплава. Величина его возрастает от 950 МПа при комнатной температуре до более 1130 МПа при 500°С и падает при 700°С до 950 МПа.

Пример 1. В вакуумной печи выплавляется сплав следующего состава, ат.%:

AI17.5

Si2

Nb4

В0,5

N1Остальное

Расплав отливается в заготовки диаметром примерно 140 мм и высотой примерно 160 мм. Расплав кристаллизуется в вакууме в форме штабиков диаметром примерно 15 мм и длиной примерно 1140 мм.

Штабики используются без дальнейшей термической обработки непосредственно для испытания на растяжение. Полученные таким образом значения пределов текучести и прочности в зависимости от температуры приведены на чертеже в виде кривых 1 и 2. При комнатной температуре измеренное относительное удлинение составляло 70. Таким образом, вплоть до разрыва материал проявлял высокую пластичность для интерметаллического соединения. Тем самым удовлетворяется требование сравнительно высоких пластичности и вязкости при комнатной температуре.

П р и м е р 2,

Аналогично первому примеру выплавляется в вакууме следующий сплав, ат.%:

AI20

SI1

Nb3

В0.2

N1Остальное

Расплав аналогично первому примеру

разливался, плавился, вновь подвергался

направленному затвердеванию в форме

штабиков. Изготовленные таким образом

штабики имели такие же размеры, как и в

первом примере. Прочностные характеристики были, сравнимы с приведенными на

рисунке. Максимумы, однако, смешались в

сторону более низких температур чуть ниже

500°С.

Пример 3. В вакууме выплавлялся 5 сплав следующего состава, ат.%:

AI15

SI3

Nb6

В0,5

0 NIОстальное

Получение направленно затвердевших штабиков и образцов для испытания на растяжение производилось аналогично примера 1. Прочностные характеристики были 5 величинами того же порядка, что и в этом примере. Максимумы, однако, были смещены в сторону более высоких температур (примерно 600°С).

П р и м е р 4. Выплавленный в вакууме 0 сплав имел следующий состав, ат.%:

AIИ

SI5

Nb8

В0,5

5 N1Остальное

Все повторялось точно так же, как в первом примере. Показатели прочности находились незначительно выше над приведенными в первом примере. Максимумы 0 находились при температуре 700°С.

Изобретение не ограничено приведенными примерами осуществления. В принципе коррозионно-стойкий и стойкий к окислению высокотемпературный сплав с 5 высокой вязкостью при комнатной температуре для направленного затвердевания на основе интерметаллического соединения типа никельалюминида имеет следующим состав, ат.%; 0 AI10-20

Si0,5-8

Nb2-210

В0,1-2

NiОстальное

5 причем суммарное содержание At, SI, Nb и В составляет не более 25 ат.%. Он содержит как минимум 90 об,% смеси интерметаллических фаз NlaAl, NiaSI и NlaNb.

Кремний благоприятно воздействует на высокотемпературную коррозионную стойкость, тогда как повышает жаропрочность и смещает ее максимум в сторону более высоких температур. Пластичность при комнатной температуре сравнительно высока, что благоприятно сказывается на монтаже узлов при сооружении термических машин и при их эксплуатации.

Формула и зобретения

1.Коррозионно-стойкий и стойкий к окислению сплав на основе интерметаллического соединения типа никел.ьалюминида для направленной кристаллизации, включающий алюминий, кремний, бор и никель, отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных свойств в интервале температур до 800°С, он дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, ат.%:

Алюминий10-20

Кремний0,5-8,0

Бор0,1-2,0

Ниобий2-10

НикельОстальное,

при этом он содержит 90 об.% смеси интерметаллических фаз , NlsSi и NlaNb, a суммарное содержание алюминия, кремния, ниобия и бора не превышает 25 ат.%.

2.Сплав по п. 1,отличающий с я тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, ат.%:

17,5

2

4

0,5

Остальное.

3.Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, ат.%:

Алюминий20

Кремний1

Ниобий3

Бор0,2

НикельОстальное

4.Сплав по п. 1,отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, ат.%:

Алюминий15

Кремний3

Ниобийб

Бор0,5

НикельОстальное

5. Сплав по п. 1,отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, ат.%: Алюминий11

Кремний5

Ниобий8

Бор0,5

НикельОстальное

(МРа)

1400

1200

1000 J

eoo

600

1831511

Корозионно-стойкий и стойкий к окислению высокотемпературный сплав повышенной вязкости при комнатной температуре для направленной кристаллизации на основе интерметаллического соединения типа никельалюминида следующего состава: AI 10-20 ат.%; .5-8.0 ат.%; Nb 2-10 ат.%; В 0,1-2,0 ат.%; N1 остальное, причем сумма AI, Si, Nb и В составляет не более 25 ат.%. По меньшей мере, на 90 об.% сплав состоит из интерметаллических фаз М1зА1, NiaSi и NIsNb. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

200400600800ЮОО 1200

С)