сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него

Формула изобретения

1. Сплав на основе никеля, содержащий алюминий, хром, молибден, вольфрам, титан, углерод, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий и иттрий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий - 8,0 - 9,0

Хром - 5,0 - 6,0

Молибден - 2,5 - 3,5

Вольфрам - 4,5 - 5,5

Титан - 1,2 - 2,0

Углерод - 0,12 - 0,15

Цирконий - 0,005 - 0,04

Иттрий - 0,3 - 0,4

Никель - Остальное

2. Изделие из сплава на основе никеля, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, а именно, к литейным жаропрочным сплавам и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям. Сплав предназначен для литых деталей камер сгорания топлива ГТД, высокотемпературного крепежа в авиационных двигателях, для резьбовых захватов высокотемпературных машин для испытания на длительную прочность и ползучесть в условиях статических нагрузок.

Известен сплав [1] на основе никеля, химического состава, мас.%:

Аl - 2,75-5,25

Cr - 8-10

W - 9-11

Ti - 1,7-2,6

Та - 2,25-3,2

Со - 3-7

С - 0,015-0,05

В - 0-0,01

Zr - 0-0,05

Hf - 0-0,5

Ni - Остальное

Недостатком этого сплава являются высокая плотность, низкая жаростойкость при высоких температурах и неудовлетворительная термоусталость.

Изделия из этого сплава, например, рабочие лопатки турбин, имеют низкую коррозионную стойкость.

Известен сплав [2] на основе никеля, химического состава мас.%:

Аl - 3,5-4,2

Cr - 9-11

W - 3,8-5,5

Мо - 3,1-4,1

Ti - 3,2-4,0

Со - 14-16

Nb - 1,6-2,1

С - 0,03-0,10

В - 0,005-0,05

Zr - 0,005-0,05

Hf - 0,2-0,8

Mg - 0,001-0,05

Ni - Остальное

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

Недостатком этого сплава являются ограниченные (1000^oС) рабочие температуры.

Изделия из этого сплава, детали ГТД, имеют неудовлетворительную надежность и ресурс работы.

Известен также жаропрочный никелевый сплав [3] химического состава, мас. %:

Аl - 4,0-6,0

Сr - 7,0-14,0

Мо - 0,7-3,0

W - 9,0-12,0

Ti - 1,0-4,0

Со - 8,0-15,0

С - 0,05-0,2

В - 0,005-0,07

Се - 0,002-0,025

Zr - 0,01-0,10

Nb - 0,5-4,0

Один из элементов группы, включающий Y и Sc, - 0,0013-0,0085

Ni - Остальное,

при условии % Се: % одного элемента из группы, включающей иттрий и скандий = 1,5-3,0.

Недостатком этого сплава является неудовлетворительная кратковременная и длительная прочности в интервале температур 900-1050^oС, недостаточно высокие рабочие температуры и низкая жаростойкость.

Изделия из этого сплава используются для сопловых лопаток авиационных ГТД и для резьбовых захватов высокотемпературных машин для испытания на длительную прочность и ползучесть в условиях статических нагрузок. При этом изделия имеют ограниченный ресурс работы и неудовлетворительный интервал рабочих температур.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав [4] на основе никеля, имеющий химический состав, мас.%:

Аl - 8,0-9,0

Сr - 5,0-6,0

Мо - 2,5-4,5

W - 2,0-4,0

Ti - 1,2-2,0

С - 0,007-0,04

Hf - 0,4-0,6

Fe - 0,5-1,5

Si - 0,4-1,2

Ni - Остальное

Недостатком этого сплава является, недостаточная жаростойкость при температурах 1100 и 1250^oС, неудовлетворительная кратковременная прочность в этом интервале температур и недостаточно высокое сопротивление деформации на сжатие (при осадке) при высоких температурах и нагрузках.

Изделия, выполненные из этого сплава, имеют неудовлетворительный ресурс работы.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание сплава и изделия из него, обладающих повышенной жаростойкостью при температурах 1100 и 1250^oС, кратковременной прочностью в этом интервале температур и повышенным сопротивлением деформации на сжатие (при осадке).

Для достижения поставленной технической задачи предлагается сплав на основе никеля, содержащий алюминий, хром, молибден, вольфрам, титан, углерод, который дополнительно содержит цирконий и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аl - 8,0-9,0

Cr - 5,0-6,0

Мо - 2,5-3,5

W - 4,5-5,5

Ti - 1,2-2,0

С - 0,12-0,15

Zr - 0,005-0,04

Y - 0,3-0,4

Ni - Остальное

и изделие, выполненное из него.

Авторами было установлено, что при заявленных соотношениях компонентов в предлагаемом сплаве на основе никеля и дополнительном введении циркония и иттрия наблюдаются выделения в объеме зерен упрочняющей -фазы, снижающей скорость диффузии при высоких температурах, и создается на границах зерен тормозящий эффект за счет карбидов и интерметаллидной фазы Ni₃Al(Y) и улучшающей адгезию оксидной пленки. Все это приводит к повышению жаростойкости сплава при температурах 1100 и 1250^oС, кратковременной прочности сплава в этом интервале температур и достижению наибольшего эффекта повышения сопротивления деформации на сжатие (при осадке) при высоких температурах.

Примеры осуществления

Шихтовую заготовку из предлагаемого сплава различных составов и сплава-прототипа выплавляли из чистых шихтовых материалов в вакуумной индукционной печи с тиглем из основной футеровки.

Содержание легирующих элементов, газов и примесей, таких как сера, фосфор, сурьма, висмут определяли по стандартным методикам.

Перед последующими операциями шихтовую заготовку протачивали по поверхности на глубину 1-2 мм для удаления слоя, контактирующего с чугуном, затем разрезали на мерные заготовки весом по 6 кг для последующего переплава.

Образцы 16 мм и длиной 75 мм получали методом равноосной кристаллизации.

Свойства предлагаемого сплава с различным соотношением компонентов и сплава- прототипа, полученных по одной и той же технологической схеме, приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что свойства предлагаемого сплава на основе никеля выше, чем свойства сплава-прототипа. Кратковременная прочность при температуре 1100^oС (¹¹⁰⁰_в) у предлагаемого сплава повышается на 12-18% при температуре 1250^oС (¹²⁵⁰_в) - на 35-50%; привес за 100 часов снижается на 45-50%, т. е. жаростойкость при температуре 1100^oС повышается на 45-50%, и на 70-75% - при температуре 1250^oС; сопротивление деформации на сжатие (степень деформации, , %, при осадке) в диапазоне температур 1100-1200^oС повышается в 8-10 раз.

Использование предлагаемого сплава на основе никеля увеличивает ресурс работы изделий авиационной техники, например, таких как литые детали камер сгорания газотурбинных двигателей и дожигания топлива и высокотемпературный крепеж в авиационных двигателях, в 10-12 раз и повышает точность определения измерений при использовании этого сплава в виде резьбовых захватов высокотемпературных машин для испытания на длительную прочность и ползучесть в условиях статических нагрузок.

Источники информации

1. Патент США 4459160.

2. Патент РФ 2009244.

3. Патент РФ 2070597.

4. Патент РФ 1607422.