сплав на основе интерметаллида ni3al

Формула изобретения

Сплав на основе интерметаллида Ni₃Al, содержащий алюминий, хром, молибден, вольфрам, титан, углерод, лантан, рений, цирконий, тантал и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кобальт и гольмий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Al	8,1-8,7
Cr	4,8-5,5
Мо	2,5-4,8
W	2,5-3,0
Ti	0,01-1,5
С	0,001-0,02
La	0,015-0,30
Re	1,0-3,0
Zr	0,05-0,50
Та	0,01-1,6
Со	0,05-6,0
Но	0,02-0,07
Ni	остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным сплавам на основе интерметаллида Ni₃Al, предназначенных для изготовления методом направленной кристаллизации, например, сопловых и рабочих лопаток, блоков сопловых лопаток, сегментов камеры сгорания, створок, форсунок и других деталей газотурбинных двигателей авиационной промышленности.

Известен сплав на основе интерметаллида Ni₃Al следующего химического состава, мас.%:

Al	7,65-8,45
Cr	3,85-7,6
Мо	6,2-9,65
Zr	0,01-0,3
В	0,01-0,3
Ni	остальное (патент США № 6106640)

Недостатками этого сплава являются низкая пластичность и недостаточная кратковременная прочность при температуре 1200°С.

Известен также сплав на основе интерметаллида Ni₃Al следующего химического состава, мас.%:

Al	8,0-9,0
Cr	4,5-5,5
Мо	4,5-5,5
W	1,8-2,5
Ti	0,6-1,2
Со	3,5-4,5
С	0,01-0,08
La	0,0015-0,015
Sc	0,015-0,03
Ni	остальное (Патент РФ № 2349663)

Сплав обладает недостаточной жаропрочностью при температуре 1100°С на базе испытания 100 часов.

Известен сплав на основе интерметаллида Ni₃Al, следующего химического состава, мас.%:

Al	7,7-8,7
Cr	5,0-6,0
Mo	4,5-5,5
W	2,5-3,5
Ti	0,3-0,8
Co	4,0-6,0
С	0,001-0,02
La	0,002-0,2
Re	1,2-1,8
Zr	0,05-0,5
Ni	остальное (Патент РФ № 2256716)

Сплав имеет недостаточно высокую жаропрочность при 1200°С на базе испытания 100 часов.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе интерметаллида Ni₃Al, имеющий химический состав, мас.%:

Al	8,2-8,6
Cr	4,8-5,2
Мо	2,5-3,0
W	2,0-2,4
Ti	1,2-1,5
С	0,001-0,02
La	0,015-0,30
Re	0,05-1,2
Zr	0,05-0,50
Та	1,2-1,6
Ni	остальное (Патент РФ № 2308499)

Недостатками сплава-прототипа являются повышенная плотность (>8,0 г/см³), недостаточная жаропрочность при температурах 1100°С на базе 100 часов и при 1200°С на базе 100 часов. Сплав не работоспособен при температуре 1250°С.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка сплава на основе интерметаллида Ni₃Al, обеспечивающего снижение плотности до 8,0 г/см³, повышение жаропрочности при температуре 1100°С на базе 100 часов, при 1200°С на базе 100 часов и кратковременной прочности при температуре 1250°С.

Для достижения поставленной технической задачи предлагается сплав на основе интерметаллида Ni₃ Al, содержащий алюминий, хром, молибден, вольфрам, титан, углерод, лантан, рений, цирконий, тантал, никель который дополнительно содержит кобальт и гольмий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Al	8,1-8,7
Cr	4,8-5,5
Мо	2,5-4,8
W	2,5-3,0
Ti	0,01-1,5
С	0,001-0,02
La	0,015-0,30
Re	1,0-3,0
Zr	0,05-0,50
Та	0,01-1,6
Со	0,05-6,0
Но	0,02-0,07
Ni	остальное

Авторами установлено, что при введении в состав предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni₃Al гольмия и кобальта при заявленном содержании и соотношениях компонентов наблюдается упрочнение твердого раствора сплава и образование мелкодисперсных интерметаллидных фаз типа Al₂Ho, Co₂Ho, при этом достигается наибольший эффект снижения плотности сплава, повышения жаропрочности при температурах 1100°С и 1200°С на базе 100 часов и повышения кратковременной прочности при температуре 1250°С.

Примеры осуществления

Шихтовую заготовку из предлагаемого сплава и сплава-прототипа выплавляли из чистых шихтовых материалов в вакуумной индукционной печи с тиглем из основной футеровки. Результаты химического анализа составов предлагаемого сплава и сплава-прототипа приведены в таблице 1. Последующий переплав осуществлялся методом направленной кристаллизации.

Свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа, полученных по одной и той же технологической схеме на стандартных образцах, приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что свойства предлагаемого сплава превосходят свойства сплава-прототипа. Жаропрочность при температуре 1100°С на базе 100 часов ( ¹¹⁰⁰ ₁₀₀) повышена на 13-18%, при 1200°С на базе 100 часов ( ¹²⁰⁰1⁰⁰) - на 8-17%, кратковременная прочность при температуре 1250°С ( ¹²⁵⁰ _B) повышена на 14-28%, и плотность снижена.

Использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni₃Al повышает температуру газа перед турбиной, КПД двигателя, надежность деталей и увеличивает ресурс их работы.

Таблица 2
Свойства предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni 3Al и сплава-прототипа
№ п/п	Плотность, г/см3	1100 100, МПа	1200 100, МПа	В 1250, МПа
1	7,95	125	65	160
2	7,92	125	65	172
3	7,8	130	70	180
4 прототип	8,1	110	60	140