[1]Изобретение относится к сплавам на основе никеля, предназначенным для применения в авиационной, энергетической отраслях промышленности в качестве присадочного материала в сварных конструкциях в виде «лапши» или в виде сварочной проволоки.
[2]Известен сварочный материал на основе никеля, имеющий следующий химический состав, мас.%:
[3]| углерод | 0,08 |
| хром | 14-16 |
| молибден | 14-16 |
| марганец | 1,0-2,0 |
| кремний | 0,5 |
| железо | не более 4,0 |
| никель | остальное |
[4](ГОСТ 2246-70 «Проволока стальная сварочная»).
[5]Известен также присадочный материал, имеющий следующий химический состав, мас. %:
[6]| углерод | ≤0,15 |
| хром | 14-16 |
| молибден | 2-4 |
| кобальт | 8-12 |
| ниобий | 3-4 |
| алюминий | 0,5-1,5 |
| вольфрам | 2-4 |
| кремний | ≤0,5 |
| марганец | ≤1,5 |
| ванадий | 0,5-1,2 |
| никель | остальное |
[7](«Присадочный материал для сварки жаропрочных никелевых сплавов» Л.И.Сорокин, журнал «Сварочное производство» №4, 2003 г.).
[8]Известен присадочный материал на основе никеля, используемый для сварки при ремонте узлов двигателя, содержащий, мас.%:
[9]| углерод | 0,09 |
| кобальт | 10 |
| хром | 18-22 |
| алюминий | 0,2-0,7 |
| цирконий | 0,06 |
| бор | 0,015 |
| марганец | 0,4-1,2 |
| кремний | 0,2-0,45 |
| никель | остальное |
[10](Патент ЕР №1090710).
[11]Известные присадочные материалы обладают низкой стойкостью к образованию горячих трещин при сварке, а также пониженной жаропрочностью.
[12]Известен состав присадочного материала на основе никеля, содержащий, мас.%:
[13]| углерод | 0,02 |
| хром | 20-24 |
| молибден | 8-12 |
| вольфрам | 0,1-12 |
| алюминий | 0,03-0,4 |
| железо | ≤5 |
| марганец | ≤0,4 |
| никель | остальное |
[14](Патент US №6447716).
[15]Присадочный материал обладает пониженной жаропрочностью.
[16]Известен присадочный материал, имеющий следующий химический состав, мас.%:
[17]| углерод | 0,02-0,1 |
| хром | 20-25 |
| кобальт | 25-32 |
| вольфрам | 10-16 |
| алюминий | 0,2-0,7 |
| неодим | 0,01-0,1 |
| лантан | 0,01-1 |
| никель | остальное |
[18](А.с. СССР №1072501).
[19]Присадочный материал обладает пониженной пластичностью, не достаточно высокой жаропрочностью.
[20]Известен присадочный материал на основе никеля, содержащий, мас.%:
[21]| углерод | 0,04 |
| кремний | 0,01-0,5 |
| марганец | 7 |
| хром | 28-31,5 |
| ниобий | 0,5 |
| тантал | 0,005-3 |
| железо | 7-11 |
| алюминий | 0,01-0,4 |
| титан | 0,01-0,45 |
| ванадий | 0,5 |
| никель | остальное |
[22](Заявка WO №2005070612).
[23]Известный присадочный материал обладает недостаточно высокой жаропрочностью. Высокое содержание хрома в присадочном материале способствует образованию охрупчивающих фаз, например, σ-фаз, снижающих его пластичность.
[24]Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является присадочный материал следующего химического состава, мас.%:
[25]| углерод | ≤0,1 |
| хром | 19-22 |
| молибден | 7-9 |
| вольфрам | 7-9 |
| титан + алюминий | ≤3,3 |
| железо | ≤3,0 |
| кремний | ≤0,6 |
| марганец | ≤0,5 |
| никель | остальное |
[26](Присадочный материал для сварки жаропрочных никелевых сплавов» Л.И.Сорокин, журнал «Сварочное производство» 2003 г. №4, стр.35).
[27]Присадочный материал-прототип обладает недостаточной кратковременной прочностью сварного соединения при комнатной и повышенных температурах, а также недостаточной жаропрочностью сварных соединений.
[28]Технической задачей изобретения является разработка присадочного материала на основе никеля, обеспечивающего повышение кратковременной прочности сварного соединения при комнатной и повышенных температурах, а также жаропрочности сварных соединений.
[29]Для достижения поставленной технической задачи предложен присадочный материал на основе никеля, содержащий углерод, хром, молибден, вольфрам, титан, марганец, кремний, который дополнительно содержит кобальт, магний, лантан, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
[30]| углерод | 0,05-0,1 |
| хром | 21-24 |
| молибден | 6,5-7,5 |
| вольфрам | 6,5-7,5 |
| титан | 1,7-2,1 |
| марганец | 0,1-0,5 |
| кремний | 0,1-0,3 |
| кобальт | 10,5-12,5 |
| магний | 0,01-0,05 |
| лантан | 0,01-0,05 |
| никель | остальное |
[31]Авторами установлено, что введение кобальта, магния и лантана при заявленном содержании и соотношении компонентов в предлагаемый присадочный материал обеспечивает повышение кратковременной прочности сварных соединений при комнатной и повышенной температурах и их жаропрочности.
[32]Примеры осуществления
[33]В вакуумных печах были выплавлены присадочные материалы, составы которых приведены в таблице. Слитки после механической обработки были прокованы на сутунки и прокатаны на лист. Листы подвергались закалке и обрабатывались в растворах кислот и щелочей для снятия окалины после термообработки. Из листов нарезалась «лапша», которая использовалась в качестве присадочного металла при сварке жаропрочных никелевых сплавов. Ручную аргонодуговую сварку с присадочным металлом осуществляли током 80-100 А при скорости 5-7 м/ч. Приведенные в таблице механические свойства сварных соединений показывают, что применение предлагаемого состава присадочного материала для сварки жаропрочных никелевых сплавов позволяет повысить кратковременную прочность сварных соединений при комнатной и повышенной температурах и их жаропрочность на 30%.
[34]Применение предлагаемого присадочного материала на основе никеля для сварки жаропрочных сплавов позволит повысить ресурс и надежность сварных конструкций горячего тракта двигателя.
[35]| Составы и свойства предлагаемого присадочного материала и присадочного материала-прототипа |
| № п/п | Содержание элементов, мас.% | Свойства сварного соединения |
| С | Cr | Мо | W | Ti | Al | Fe | Co | Si | Mn | Mg | La | Ni | Предел прочности сварного соединения, σв, МПа | Предел длительной прочности сварного соединения
σ1000100, МПа |
| Температура, °С |
| 20 | 1000 |
| 1 | 0,05 | 21 | 6,5 | 6,5 | 1,7 | - | - | 10,5 | 0,1 | 0,1 | 0,01 | 0,01 | остальное | 554 | 147 | 41 |
| 2 | 0,1 | 24 | 7,5 | 7,5 | 2,1 | - | - | 11,5 | 0,2 | 0,3 | 0,025 | 0,025 | -''- | 598 | 152 | 44 |
| 3 | 0,07 | 22,5 | 7 | 7 | 1,9 | - | - | 12,5 | 0,3 | 0,5 | 0,05 | 0,05 | -''- | 580 | 150 | 42 |
| 4 | 0,1 | 19,5 | 8 | 8 | Ti+Al≤3,3 | <3 | - | 0,6 | 0,5 | - | - | -''- | 532 | 106 | 35 |
