патент
№ RU 2521740
МПК C22C19/05

СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА NiAl И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО

Авторы:
Каблов Евгений Николаевич Аргинбаева Эльвира Гайсаевна Базылева Ольга Анатольевна
Все (12)
Правообладатель:
Все (2)
Номер заявки
2012157610/02
Дата подачи заявки
27.12.2012
Опубликовано
10.07.2014
Страна
RU
Дата приоритета
21.06.2024
Номер приоритета
Страна приоритета
Как управлять
интеллектуальной собственностью
Реферат

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным сплавам на основе интерметаллида NiAl и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям с дендритной столбчатой структурой, таким как, например, сопловые лопатки, блоки сопловых лопаток и другие детали газотурбинных двигателей авиационной и автомобильной промышленности. Сплав на основе интерметаллида NiAl имеет следующий химический состав, мас.%: Al 8,4-9,0, Cr 4,5-5,5, W 3,0-3,8, Mo 3,0-3,8, Ti 0,3-0,8, Co 6,5-7,5, C 0,02-0,08, La 0,0015-0,015, Hf 0,3-0,8, Ni - остальное. Сплав на основе интерметаллида NiAl характеризуется повышенной жаропрочностью при температурах 1000 и 1050°C на базах испытания 100, 500 и 1000 часов. Использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида NiAl повысит надежность изделий и увеличит ресурс их работы. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.

Формула изобретения

1. Сплав на основе интерметаллида Ni3Al, содержащий алюминий, хром, вольфрам, молибден, титан, кобальт, углерод, лантан, никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гафний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Al8,4-9,0
Cr4,5-5,5
W3,0-3,8
Mo3,0-3,8
Ti0,3-0,8
Co6,5-7,5
С0,02-0,08
La0,0015-0,015
Hf0,3-0,8
Niостальное
2. Изделие из сплава на основе интерметаллида Ni3Al, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1.

Описание

Изобретение относится к области металлургии, а именно, к литейным сплавам на основе интерметаллида Ni3Al и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям с дендритной столбчатой (направленной кристаллизованной) структурой, таким как, например, сопловые лопатки, блоки сопловых лопаток и другие детали газотурбинных двигателей авиационной и автомобильной промышленности.

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

Al2,4-6,5
V8,1-15,5
Nb0,8-8,6
B0,005-0,05
Niостальное

(Патент США 8197618)

Недостатком этого сплава является хрупкость при комнатной температуре и неудовлетворительная пластичность в диапазоне температур 100-800°С.

Изделия из этого сплава используются для наземных ГТД при температурах эксплуатации до 1100°С.

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

Al8,0-10,8
Cr4,0-6,0
W1,5-5,5
Ti1,0-1,4
С0,15-0,20
La0,0015-0,0150
Zr0,03-0,05
Y0,01-0,02
В0,008-0,018
Niостальное

(Патент РФ №2405851)

Недостатком известного сплава является неудовлетворительная жаропрочность при температурах 1000 и 1050°C на базах испытания 100 и 500 часов.

Недостатком изделий, выполненных из известного сплава, является низкий выход годного при отливке изделий с дендритной столбчатой (направленной кристаллизованной) структурой.

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

Al8,0-9,1
Cr5,5-6,5
W2,5-3,5
Mo4,5-5,5
Ti0,3-0,8
С0,001-0,01
La0,1-0,3
Zr0,05-0,5
Hf0,1-0,5
Та0,1-1,0

Ni и технологические примеси - остальное

и изделие, выполненное из него

(Патент РФ №2351673)

Сплав обладает недостаточной пластичностью при комнатной температуре.

Изделия, выполненные из этого сплава, имеют низкий выход годного при отливке с дендритной столбчатой (направленной кристаллизованной) структурой.

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

Al8,0-9,0
Cr4,5-5,5
W1,8-2,5
Mo4,5-5,5
Ti0,6-1,2
Co3,5-4,5
С0,01-0,08
La0,0015-0,015
Sc0,015-0,03
Niостальное

и изделие, выполненное из него

(Патент РФ №2349663)

Недостатком сплава-прототипа является недостаточно высокая жаропрочность при температурах 1000 и 1050°С на базах испытания 100, 500 и 1000 часов и недостаточный выход годного.

Изделия из этого сплава имеют ограниченный ресурс эксплуатации.

Технической задачей изобретения является создание сплава на основе интерметаллида Ni3Al, обладающего повышенной жаропрочностью при температурах 1000 и 1050°С на базах испытания 100, 500 и 1000 часов и повышение выхода годного при отливке изделий с дендритной столбчатой (направленной кристаллизованной) структурой.

Для достижения поставленной технической задачи предложен сплав на основе интерметаллида Ni3Al, содержащий алюминий, хром, вольфрам, молибден, титан, кобальт, углерод, лантан и никель, который дополнительно содержит гафний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Al8,4-9,0
Cr4,5-5,5
W3,0-3,8
Mo3,0-3,8
Ti0,3-0,8
Co6,5-7,5
С0,02-0,08
La0,0015-0,015
Hf0,3-0,8
Niостальное

и изделие, выполненное из него

Сплав может содержать в виде примесей следующие элементы, мас.%: серу ≤0,005, фосфор ≤0,015, железо ≤0,5, кремний ≤0,4; свинец ≤0,001, висмут ≤0,0005, олово ≤0,003 и сурьму ≤0,003.

Было установлено, что снижение содержания молибдена в сплаве приводит к повышению жаростойкости, увеличение содержания в сплаве вольфрама приводит к упрочнению γ′ и γ-твердого раствора, кобальта - к упрочнению γ-твердого раствора и повышению пластичности при комнатной температуре, технологичности, а, следовательно, и выхода годного. При введении в состав гафния, действующего как карбидообразующий элемент, наблюдается образование мелкодисперсной карбидной фазы. При введении в состав гафния ниже 0,3 масс.% он будет выполнять роль только раскислителителя, что недопустимо при заявленном содержании других легирующих элементов, в частности, углерода. При повышении содержания гафния более 0,8 масс.% возможно образование легкоплавкого соединения Ni5Hf (Тпл.=1190°С).

При заявленном содержании и соотношениях компонентов в предлагаемом сплаве на основе интерметаллида Ni3Al достигается наибольший эффект повышения жаропрочности сплава при температурах 1000 и 1050°С на базах испытания 100, 500 и 1000 часов и повышения выхода годного при отливке изделий с дендритной столбчатой структурой.

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. После разливки сплавов в кокили ⌀ 90 мм отбирали стружку на химический анализ. Результаты химического анализа составов сплава приведены в таблице 1.

Содержание легирующих элементов, газов и примесей 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 3,2 кг для последующего переплава.

Заготовки под образцы ⌀ 16 мм и длиной 150 мм и изделия в виде модельных сопловых лопаток газотурбинных двигателей с дендритной столбчатой структурой получали методом направленной кристаллизации в вакууме.

Выход годного по дендритной столбчатой структуре заготовок образцов и отливок изделий контролировали путем выявления макроструктуры травлением в смеси соляной кислоты и перекиси водорода. Годными по макроструктуре отбирались отливки, имеющие 2-3 зерна с границами зерен, ориентированными преимущественно вдоль оси отливки.

С целью снятия остаточных напряжений и повышения стабильности свойств механически обработанные образцы и детали термообрабатывали на воздухе по следующему режиму: отжиг при температуре 1150±10°С в течение 1 ч, охлаждение на воздухе.

Свойства предлагаемого сплава с различным соотношением компонентов и сплава-прототипа, приведенные в таблице 2, определяли на стандартных образцах при соотношении l/d=5. Критерием являлись средние значения из 10 образцов на точку с доверительной вероятностью 0,8.

Из таблицы 2 видно, что свойства предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni3Al выше, чем свойства сплава-прототипа: жаропрочность при температуре 1000°C на базе испытания 100 часов (σ1000100) - на 11,0-18,5%; жаропрочность при температуре 1000°C на базе испытания 500 часов (σ1000500) - на 17,5-29,5%; жаропрочность при температуре 1000°С на базе испытания 1000 часов (σ10001000) - на 50,0-58,0%; жаропрочность при температуре 1050°C на базе испытания 100 часов (σ1050500) - на 10,5-24,5%; жаропрочность при температуре 1050°C на базе испытания 500 часов (σ1050500) - на 22,5-30,5%; жаропрочность при температуре 1050°C на базе испытания 1000 часов (σ10501000) - на 40-50%; выход годного отливок изделий по дендритной столбчатой структуре на 12,0-17,0%.

Использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni3Al повысит надежность изделий и увеличит ресурс их работы.

Таблица 1
Составы предлагаемого сплава и сплава-прототипа
СоставСодержание элементов, масс.%
AlCrWMoTiCoСLaScHfNi
18,75,03,43,40,67,00,050,010-0,5ост.
28,45,53,83,00,86,50,020,0015-0,3ост.
39,04,53,03,80,37,50,080,015-0,8ост.
Прототип8,55,02,15,00,94,00,050,0100,02-ост.

Таблица 2
Свойства предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni3Al и сплава-прототипа
Свойстваσ1000100, МПаσ1000500, МПаσ10001000, МПаσ1050100, МПаσ1050500, МПаσ10501000, кгс/мм2Выход годного при получении дендритной столбчатой структуры, %
1152,0103,088,5110,078,568,590,0
2157,0108,093,0103,083,573,587,5
3147,098,088,598,078,568,585,0
Прототип132,583,559,088,564,049,073,0

Как компенсировать расходы
на инновационную разработку
Похожие патенты