литейный медьсодержащий сплав на основе никеля

Формула изобретения

Литейный медьсодержащий сплав на основе никеля, содержащий медь, алюминий, титан и редкоземельный элемент, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углерод, ниобий, ванадий и цирконий, а в качестве редкоземельного элемента он содержит церий, лантан или диспрозий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

медь	26-32
углерод	0,03-0,09
алюминий	1,2-2,2
титан	1,5-2,0
ниобий	1,2-2,3
ванадий	0,1-0,6
цирконий	0,05-0,1
церий, лантан или диспрозий	0,01-0,2
никель	остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлурги, в частности к литейным сплавам на никелевой основе, и может быть использовано для изготовления отливок с улучшенными механическими свойствами, например, для корпусных деталей агрегатов подачи жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).

Известен сплав на основе никеля, содержащий медь, углерод, алюминий, титан, ниобий, ванадий, цирконий в определенном соотношении компонентов (авторское свидетельство №1492751, МПК С22С 19/00, 1987 г.). Сплав относится к порошковым высокопрочным сплавам.

Недостатком известного сплава на основе никеля при использовании его для изготовления фасонного литья, является повышенная пористость, загрязненность границ зерен в структуре материала отливок оксисульфидами и карбонитридами, невысокий уровень механических свойств, низкое качество поверхности и неудовлетворительная заполняемость тонких кромок при литье. Задачей изобретения является устранение указанных недостатков известного сплава и получение литейного сплава на никелевой основе с повышенными механическими характеристиками, уменьшение пористости, повышение качества поверхности, выполнение тонких кромок при фасонном литье, улучшение структуры границ зерен при условии сохранения высокой прочности и теплопроводности материала отливок.

Поставленная задача достигается за счет того, что литейный сплав на основе никеля, содержащий медь, углерод, алюминий, титан, ниобий, ванадий, цирконий, согласно изобретению дополнительно содержит редкоземельные элементы: церий, лантан или диспрозий при следующем соотношении компонентов (мас.%): медь 26-32; углерод 0,03-0,09; алюминий 1,5-2,2; титан 1,5-2,0; ниобий 1,2-2,3; ванадий 0,1-0,6; цирконий 0,05-0,1, церий, лантан или диспрозий 0,01-0,2; никель - остальное.

Снижение содержания меди до 26-32 мас.% способствует уменьшению пористости материала отливок.

Повышение содержания никеля до 60-70 мас.%, ниобия до 1,2-2,3 мас.%, титана до 1,5-2,0 мас.% и алюминия до 1,2-2,2 мас.% способствует повышению его прочности при пониженной и повышенной температурах, так как эти элементы входят в состав основной упрочняющей '-фазы типа Ni₃ (Al, Ti, Nb).

Расширены пределы содержания ванадия до 0,1-0.6 мас.% сильного карбидообразующего элемента. Связывая углерод в устойчивые карбиды VC, расположенные в теле зерна, ванадий способствует очищению границ зерен от карбидных выделений.

Цирконий сохранен в составе сплава в качестве микролегирующего элемента для модификации границ зерен.

Редкоземельные элементы (церий, лантан или диспрозий) в количестве 0,01-0,2 мас.% введены в сплав для улучшения заполняемости тонких кромок, модифицирования структуры в качестве элементов, способствующих переохлаждению сплава при кристаллизации за счет подавления центров кристаллизации, а также для глобуляризации включений по границам зерен и подавления вредного влияния примесей (серы) на механические свойства сплава.

Сплавы получали выплавкой в вакуумной установке с заливкой форм заготовок образцов для механических испытаний и корпусных деталей для агрегатов подачи ЖРД, получаемых методом литья по выплавляемым моделям.

Качество поверхности отливок удовлетворительное, успешно залиты кромки радиусом 0,2 мм, границы зерен в структуре материала отливок менее загрязнены, чем границы зерен сплава-прототипа.

Из отлитых образцов и деталей после высокотемпературной газостатической и термической обработки изготавливали образцы для механических испытаний, сравнительные результаты которых приведены в таблице. В ней представлены результаты механических испытаний литейного варианта сплава-прототипа при 20°С и результаты испытаний предлагаемого сплава при температурах 20, 540 и 600°С.

Анализ результатов механических испытаний, представленных в таблице, показывает, что по сравнению с прототипом улучшены прочностные свойства литейного сплава при некотором снижении пластичности. При этом уровень механических свойств при комнатной и повышенной температурах соответствует уровню свойств высокопрочных никелевых сплавов.

Пример

Состав сплава, мас.%

Результаты механических испытаний при температуре

Никель

Медь

Углерод

Алюминий

Ниобий

Ванадий

Цирконий

Церий, лантан или диспрозий

Железо

20°С

540°C

600°C

в, МПа

0,2 МПа

5 %

%

в, МПа

0,2 МПа

5 %

%

в, МПа

0,2 МПа

5 %

%

Литейный вариант сплава-прототипа*

Предлагаемый сплав**

приведены интервалы значений результатов химического анализа и механических испытаний материала: * - четырех плавок. ** - шести плавок.