сплав на основе никеля

Формула изобретения

СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, ниобий, титан, бор, цирконий, магний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гафний при следующем соотношении компонентов, мас. % :

Углерод 0,03 - 0,10

Хром 9,0 - 11,0

Кобальт 14,0 - 16,0

Вольфрам 3,8 - 5,5

Молибден 3,1 - 4,1

Алюминий 3,5 - 4,2

Ниобий 1,6 - 2,1

Титан 3,2 - 4,0

Гафний 0,2 - 0,8

Бор 0,005 - 0,05

Цирконий 0,005 - 0,05

Магний 0,001 - 0,05

Никель Остальное

при отношении содержания вольфрама к содержанию молибдена 1,0 - 1,6.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к металлургии жаропрочных сплавов на основе никеля, предназначенных для тяжелонагруженных деталей газотурбинных двигателей и получаемых методом литья, деформации слитка и порошковой металлургии.

Известны жаропрочные никелевые сплавы, предназначенные для деталей газовых турбин состава, мас. % : Хром 5,0-30,0 Молибден 5,0-30,0 Вольфрам 0-20,0 Алюминий 2,0-17,0 Титан 0,5-7,2 Ниобий 0-5,0 Кобальт 0-30,0 Цирконий 0,01-1,0 Бор 0,003-0,3 Углерод 0,01-0,5 Магний 0-0,15 Марганец 0-0,4 Никель Остальное [1]

Известен сплав на основе никеля, содержащий следующие компоненты, мас. % : Хром 8,0-12,0 Вольфрам 6,0-8,0 Молибден 1,5-3,0 Кобальт 14,0-18,0 Титан 1,2-2,0 Алюминий 4,0-6,0 Ниобий 1,3-3,0 Бор 0,015-0,025 Углерод 0,08 Цирконий 0,03 Магний 0,05 Церий 0,01 Никель Остальное [2]

Общим недостатком существующих сплавов является низкий уровень механических свойств при комнатной температуре и недостаточный уровень жаропрочности при рабочих температурах.

Известен жаропрочный сплав на основе никеля следующего состава, мас. % : Углерод 0,06-0,17 Хром 10,0-16,0 Титан 1,5-3,6 Алюминий 2,5-4,5 Вольфрам 0,3-3,5 Молибден 3,0-7,0 Ниобий 2,0-4,0 Кобальт 8,0-13,0 Бор 0,005-0,02 Ванадий 0,1-1,0 Магний 0,001-0,5 Барий 0,001-0,1 Лантан 0,001-0,05 Цирконий 0,005-0,07 Никель Остальное [3]

Недостатками известного сплава являются низкий предел ползучести и низкий предел длительной прочности при рабочей температуре.

Предлагается сплав на основе никеля следующего состава, мас. % : Углерод 0,03-0,10 Хром 9,0-11,0 Кобальт 14,0-16,0 Вольфрам 3,8-5,5 Молибден 3,1-4,1 Алюминий 3,5-4,2 Ниобий 1,6-2,1 Титан 3,2-4,0 Гафний 0,2-0,8 Бор 0,05-0,05 Цирконий 0,005-0,05 Магний 0,001-0,5 Никель Остальное, причем отношение содержания вольфрама к содержанию молибдена составляет 1,0-1,6.

Отношение содержания вольфрама к содержанию молибдена, равное 1,0-1,6, в комплексе с дополнительным введением гафния обеспечивает среднюю концентрацию электронных вакансий ниже критической величины и низкую энергию дефектов упаковки, что позволяет без выделения охрупчивающих топологически плотноупакованных (ТПУ) фаз значительно упрочнить сплав и повысить сопротивление ползучести.

При отношении содержания вольфрама к содержанию молибдена менее 1,0 в сплаве увеличивается средняя концентрация электронных вакансий, что вызывает появление ТПУ фаз и увеличивается энергия дефектов упаковки, что снижает сопротивление ползучести.

При отношении содержания вольфрама к содержанию молибдена более 1,6 снижается пластичность и технологичность сплава из-за резкого упрочнения матрицы и снижения температуры солидуса сплава.

Методом порошковой металлургии были изготовлены и опробованы: известный сплав [3] , следующего состава, мас. % : углерод 0,10; хром 13,0; титан 2,8; алюминий 3,5; вольфрам 1,8; молибден 5,1; ниобий 3,0; кобальт 10,5; бор 0,01; ванадий 0,55; магний 0,05; барий 0,05; лантан 0,025; цирконий 0,035; никель остальное; три состава предлагаемого сплава и два состава, выходящие за предлагаемые пределы. Составы приведены в табл. 1.

Состав 1 соответствует минимальному отношению W/Мо и минимальному содержанию остальных компонентов; состав 2 - среднему значению отношения W/Мо и среднему содержанию остальных компонентов; состав 3 - максимальному значению отношения W/Мо и максимальному содержанию остальных компонентов; состав 4 - отношению W/Мо меньше 1,0 и содержанию остальных компонентов ниже предлагаемых пределов; состав 5 - отношению W/Мо больше 1,6 и содержанию остальных компонентов выше предлагаемых пределов.

Сопоставление кратковременных механических свойств, предела ползучести и пределов длительной прочности на гладких образцах и образцах с надрезом при рабочей температуре 750^оС предлагаемого, выходящего за пределы предлагаемого и известного сплавов приведены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что у предлагаемого сплава по сравнению с известным предел сточасовой длительной прочности на гладких образцах и образцах с надрезом выше на 10-12 кгс/мм² и 12-15 кгс/мм² соответственно, а предел ползучести выше на 4-6 кгс/мм², при этом сплав сохраняет тот же уровень предела прочности и предела текучести при рабочей температуре при более высокой пластичности.

Такие характеристики предлагаемого сплава позволяют увеличить рабочую температуру двигателя на 40-50^оС и увеличить его ресурс в 2-3 раза. (56) Патент Франции N 2066630, кл. С 22 С 19/00, 1972.

Авторское свидетельство СССР N 359967, кл. С 22 С 19/00, 1972.

Авторское свидетельство СССР N 384568, кл. С 22 С 19/05, 1973.