сплав на основе хрома
Классы МПК: | C22C27/06 сплавы на основе хрома |
Автор(ы): | Бутрим Виктор Николаевич (RU), Каширцев Валентин Николаевич (RU), Мироненко Виктор Николаевич (RU), Васенев Валерий Валерьевич (RU), Береснев Александр Германович (RU), Верстаков Николай Михайлович (RU), Дембицкий Александр Марьянович (RU), Мурашко Вячеслав Михайлович (RU), Панфилов Виталий Алексеевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2013-07-09 публикация патента:
20.07.2014 |
Изобретение относится к деформируемым сплавам на основе хрома, работающим в окислительных средах при повышенных температурах в течение длительного времени. Сплав на основе хрома содержит, мас.%: никель 20,0-40,0, вольфрам 0,5-5,0, ванадий 0,05-1,0, титан 0,05-1,0, железо 0,1-5,0, хром - остальное. Отношение содержания хрома к сумме содержаний никеля и железа Cr/(Ni+Fe) составляет от 1,5 до 2. Сплав характеризуется высокой пластичностью при температуре горячей деформации. Расширяется температурный диапазон работы нагруженных конструкций за счет повышения температуры перехода от диффузионной к высокотемпературной ползучести. 2 ил., 1 табл., 2 пр.
Формула изобретения
Сплав на основе хрома, содержащий никель, вольфрам, ванадий, титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:
никель | 20,0-40,0 |
вольфрам | 0,5-5,0 |
ванадий | 0,05-1,0 |
титан | 0,05-1,0 |
железо | 0,1-5,0 |
хром | остальное, |
при этом отношение содержания хрома к сумме содержаний никеля и железа Cr/(Ni+Fe) составляет от 1,5 до 2.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к деформируемым сплавам на основе хрома, работающим в окислительных средах при повышенных температурах в течение длительного времени.
Известны сплавы на основе хрома, работающие в газовых средах при высоких температурах, содержащие компоненты при следующем соотношении, масс.%:
хром 55-70, вольфрам 2-8, алюминий 0,5-2, титан 0,2-0,8, кремний 0,6-2, углерод 0,1-0,4, азот 0,003-0,008, бор 0,005-0,03, никель 1-1,5, железо - остальное (а.с. СССР № 1475177, № 1683346). Сплавы относятся литейным и не предназначены для деформации.
Известны сплавы на основе хрома, позиционируемые как обладающие наилучшим соотношением между прочностью и пластичностью при высокой температуре. Сплав с наилучшим соотношением прочность-пластичность при температуре не ниже 1000°С, а для сверхвысокой температурной зоны не ниже 1050°С содержит не менее 65% хрома, сумма углерода и азота не более 20 млн -1, сера не более 20 млн-1, кислород не более 100 млн-1, кислород в составе оксида не более 50 млн -1, железо и др. примеси - остальное (пат. № 7037467 США, МПК7 С22С 27/06, опубликован, 02.05.2006). Согласно регламенту авторов патента, требования к шихте при выплавке сплава по чистоте хрома не ниже 99,9%, по железу - 99,998%, а к технологии - плавка в водоохлаждаемом медном тигле. Недостатком сплава является низкая технологичность при выплавке.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту оптимального соотношения между жаропрочностью и технологической пластичностью является сплав ВХ4, содержащий компоненты при следующем соотношении, масс.%: хром - основа, никель 31-35, вольфрам 1-3, ванадий 0,1-0,4, титан 0,05-0,3 (Б.А. Колачев, В.А. Ливанов, В.Н. Елагин. - «Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов». Изд-во «Металлургия, 1981). Сплав выплавляют в вакуумных индукционных печах с использованием огнеупоров на основе оксидов алюминия Al2O3, бериллия ВеО и иттрия Y2O3. Деформированные полуфабрикаты (прутки, трубы, листы, поковки, штамповки и др.) получают методами горячей деформации. Сплав способен длительно работать без защитных покрытий до температуры 1350°С. Жаропрочность при температуре 1000°С - 240 МПа. Однако при этой температуре сплав имеет низкое сопротивление ползучести, в силу чего температурный диапазон работы нагруженных конструкций ограничен 800-900°С.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение температурного диапазона работы нагруженных конструкций за счет повышения температуры перехода от диффузионной к высокотемпературной ползучести.
Технический результат - сохранение высокой пластичности при температуре горячей деформации.
Это достигается тем, что сплав на основе хрома, содержащий никель, вольфрам, ванадий и титан, дополнительно содержит железо при следующем соотношении компонентов, масс.%: никель 20-40, вольфрам 0,5-5, ванадий 0,05-1, титан 0,05-1, железо 0,1-5, а отношение Cr/(Ni+Fe) выбирается в пределах от 1,5 до 2.
Содержание никеля в пределах 20-40 масс.% обеспечивает высокую технологическую пластичность при горячей деформации за счет высокой объемной составляющей твердого раствора на основе никеля в двухфазном сплаве (твердый раствор Ni в Cr) + (твердый раствор Cr в Ni), по которому преимущественно развивается пластическая деформация (фиг.1).
Содержание вольфрама, ванадия и гитана в указанных пределах упрочняют сплав. Железо уже при содержании 0,1-0,2 масс.% заметно увеличивает температуру перехода от диффузионной к высокотемпературной ползучести и понижает скорость высокотемпературной ползучести. При содержании железа >5 масс.% резко снижается технологическая пластичность и возрастает температура горячей деформации. Отношение Cr/(Ni+Fe) в пределах от 1,5 до 2 определяется, с одной стороны, условиями обеспечения технологической пластичности, достаточной для горячей деформации, с другой стороны - формированием перколяционного кластера -твердого раствора на основе хрома, ответственного за жаропрочность.
Примеры конкретного применения.
Пример 1.
Сплав 1 на основе хрома, содержащий (масс.%): никель 33,3, вольфрам 0,8, ванадий 0,25, титан 0,11, железо 0,2. Соотношение Cr/(Ni+Fe)=1,95.
Пример 2.
Сплав 2 на основе хрома, содержащий (масс.%): никель 33,1, вольфрам 1,68, ванадий 0,06, титан 0,1, железо 1,52. Соотношение Cr/(Ni+Fe)=1,84.
Пример 3.
Сплав 3 на основе хрома, содержащий (масс.%): никель 31,5, вольфрам 4,81, ванадий 0,9, титан 0,8, железо 4,82. Соотношение Cr/(Ni+Fe)=1,57.
Пример 4 (прототип).
Сплав на основе хрома, содержащий (масс.%): никель 32, вольфрам 2,08, ванадий 0,35, титан 12, железо 0,042. Соотношение Cr/(Ni+Fe)=2,04.
Во всех примерах механические испытания проводили на прессованном прутке 26 мм. Технология получения прессованного прутка 26 мм включала вакуумно-индукционную выплавку слитков, электрошлаковый переплав слитков и прессование прутка.
Температура перехода от диффузионной ползучести к высокотемпературной ползучести увеличивается по мере повышения содержания железа при условии соотношения Cr/(Ni+Fe) в пределах 1,5-2.
Сплавы предлагаемого состава 1-3 имеют температуру перехода от диффузионной к высокотемпературной ползучести по крайней мере на 50°С выше, чем прототип, сохраняя высокую пластичность при температуре горячей деформации (таблица 1), что особенно наглядно демонстрирует диаграмма (фиг.2).
Таблица 1 | ||||
Механические свойства сплавов хрома | ||||
Объект | Температура испытаний, °С | Временное сопротивление, МПа | Условный предел текучести, МПа | Относительное удлинение, % |
Сплав 1 (предлагаемый) | 20 | 1150 | 951 | 20,2 |
800 | 404 | 380 | 27,5 | |
900 | 320 | 290 | 33,1 | |
950 | 205 | 180 | 150 | |
1000 | 130 | 85 | 180 | |
Сплав 2 (предлагаемый) | 20 | 1186 | 992 | 14,3 |
900 | 366 | 340 | 24,8 | |
1055 | 125 | 87 | 48 | |
1084 | 94 | 83 | 179 | |
1086 | 89 | 82 | 136 | |
1095 | 69 | 64 | 149 | |
Сплав 3 (предлагаемый) | 20 | 1212 | 1080 | 12,4 |
900 | 390 | 330 | 44 | |
1100 | 82 | 79 | 51 | |
1150 | 68 | 64 | 52,5 | |
1200 | 65 | 62 | 130 | |
Сплав 4 (прототип) | 20 | 1180 | 980 | 18 |
800 | 420 | 405 | 25 | |
900 | 300 | 290 | 120 | |
1000 | 90 | 81 | 190 | |
Примечание: выделена температура высокотемпературной ползучести, в области которой относительное удлинение возрастает на 80-150%. |
Класс C22C27/06 сплавы на основе хрома
элемент скольжения с покрытием термического напыления и способ его изготовления - патент 2516105 (20.05.2014) | |
способ термической обработки жаропрочного и жаростойкого сплава х65нвфт - патент 2515145 (10.05.2014) | |
способ термической обработки жаропрочного и жаростойкого сплава х65нвфт - патент 2514899 (10.05.2014) | |
сплав - патент 2423542 (10.07.2011) | |
сплав - патент 2423541 (10.07.2011) | |
сплав на основе хрома - патент 2361947 (20.07.2009) | |
сплав на основе хрома - патент 2350677 (27.03.2009) | |
модификатор - патент 2337167 (27.10.2008) | |
сплав на основе хрома - патент 2334001 (20.09.2008) | |
сплав на основе хрома для корпусов и щек дробилок и корпусов мельниц - патент 2332481 (27.08.2008) |