RU2365657C1 - Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава - Google Patents
Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава Download PDFInfo
- Publication number
- RU2365657C1 RU2365657C1 RU2008106452/02A RU2008106452A RU2365657C1 RU 2365657 C1 RU2365657 C1 RU 2365657C1 RU 2008106452/02 A RU2008106452/02 A RU 2008106452/02A RU 2008106452 A RU2008106452 A RU 2008106452A RU 2365657 C1 RU2365657 C1 RU 2365657C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- heat
- nickel
- temperatures
- strength
- Prior art date
Links
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии жаропрочных деформируемых сплавов на основе никеля и изделий, выполненных из этих сплавов, и может быть использовано для изготовления дисков турбин газотурбинных двигателей и других узлов и деталей, работающих при температурах до 800°С во всеклиматических условиях. Сплав и изделие, выполненное из него, имеют следующий состав, мас.%: кобальт 9,5-16,0; хром 9,0-11,0; вольфрам 2,5-3,4; молибден 3,5-4,8; алюминий 3,4-4,0; титан 2,3-3,5; ниобий 4,1-4,8; ванадий 0,2-0,8; углерод 0,04-0,10; бор 0,007-0,02; лантан 0,003-0,06; церий 0,003-0,02; магний 0,003-0,02; скандий 0,003-0,05; кремний 0,005-0,3; никель - остальное. Сплав дополнительно может содержать тантал 0,05-2,0 мас.%. Технический результат - повышение жаропрочности при температурах до 800°С, сопротивления малоцикловой усталости, прочности при комнатной температуре, снижение скорости сульфидно-оксидной коррозии. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии жаропрочных деформируемых сплавов на основе никеля и изделий, выполненных из этих сплавов для авиационной техники, машиностроения и других отраслей народного хозяйства, и может быть использовано для изготовления дисков турбин газотурбинных двигателей и других узлов и деталей, работающих при температурах до 800°С во всеклиматических условиях.
Сплавы представляют собой многокомпонентные системы на основе никеля, упрочняемые ~50% γ′-фазы - интерметаллида Ni3 (Al, Ti, Nb), карбидами и боридами.
Основными требованиями, предъявляемыми к этому классу материалов, являются: высокий уровень прочностных характеристик в интервале рабочих температур при кратковременных, длительных и циклических испытаниях, высокая коррозионная стойкость. Это обеспечивает надежную работу изделий из предлагаемых сплавов, позволит увеличить их ресурс и весовую отдачу.
Известен жаропрочный сплав на никелевой основе для тяжело нагруженных деталей горячего тракта ГТД, в том числе для дисков турбины, следующего химического состава, мас.%:
Кобальт | 16,0-22,4 |
Хром | 6,6-14,3 |
Вольфрам | 1,9-4,0 |
Молибден | 1,9-3,9 |
Рений | 0-2,5 |
Алюминий | 2,6-4,8 |
Титан | 2,4-4,6 |
Ниобий | 0,9-3,0 |
Тантал | 1,4-3,5 |
Углерод | 0,02-0,10 |
Бор | 0,02-0,10 |
Цирконий | 0,03-0,10 |
Никель | Остальное |
(Патент EP №1201777).
Известен также сплав, содержащий, мас.%:
Кобальт | 14,0-16,0 |
Хром | 9,0-11,0 |
Железо | 0,001-1,0 |
Вольфрам | 5,2-6,8 |
Молибден | 3,0-3,9 |
Алюминий | 3,2-4,5 |
Титан | 3,0-3,9 |
Ниобий | 1,2-2,4 |
Углерод | 0,02-0,1 |
Бор | 0,005-0,05 |
Цирконий | 0,001-0,05 |
Гафний | 0,05-0,5 |
Магний | 0,001-0,05 |
Марганец | 0,001-0,5 |
Кремний | 0,001-0,5 |
Никель | Остальное |
(Патент РФ №2294393).
Эти сплавы не обладают комплексом свойств, необходимым для материала деталей горячего тракта турбины, в том числе дисков, перспективных газотурбинных двигателей нового поколения: высоким уровнем прочности, сопротивлением малоцикловой усталости в сочетании с жаропрочностью. Для работы в сложных климатических условиях, например при наличии в атмосфере или в продуктах горения топлива ионов хлора и серы, их коррозионная стойкость недостаточна. Необходимый уровень надежности и ресурса они не обеспечивают.
Известен жаропрочный деформируемый сплав на никелевой основе для дисков турбин и других узлов и деталей горячего тракта ГТД следующего химического состава, мас.%:
Кобальт | 14,0-15,9 |
Хром | 9,7-12,0 |
Вольфрам | 1,5-3,5 |
Молибден | 3,5-4,5 |
Рений | 0,5-2,5 |
Алюминий | 3,5-4,2 |
Титан | 2,5-3,5 |
Ниобий | 2,5-4,0 |
Ванадий | 0,4-0,7 |
Углерод | 0,04-0,10 |
Бор | 0,007-0,014 |
Лантан | 0,005-0,015 |
Церий | 0,003-0,010 |
Магний | 0,004-0,015 |
Скандий | 0,003-0,015 |
Никель | Остальное |
(Патент РФ №2280091).
Сплав обладает высокой жаропрочностью в интервале температур от 650 до 850°С, прочностью при комнатной температуре. Однако стойкость к сульфидно-оксидной коррозии сплава недостаточна для перспективных двигателей нового поколения. Кроме того, высокая стоимость рения приводит к значительному (до 2х раз) удорожании сплава по сравнению с серийными материалами аналогичного назначения, что ограничивает его практическое применение в изделиях нового поколения.
Наиболее близким по составу и назначению к предлагаемому является сплав со следующим содержанием компонентов, мас.%:
Кобальт | 13,0÷15,0 |
Хром | 8,5÷9,5 |
Вольфрам | 5,3÷6,5 |
Молибден | 3,0÷3,5 |
Алюминий | 3,6÷4,0 |
Титан | 2,5÷2,9 |
Ниобий | 3,2÷3,8 |
Ванадий | 0,1÷0,6 |
Углерод | 0,08÷0,14 |
Бор | 0,008÷0,02 |
Цирконий | 0,01÷0,06 |
Лантан | 0,005÷0,012 |
Церий | 0,005÷0,03 |
Магний | 0,003÷0,1 |
Никель | Остальное |
(Патент РФ №2022044).
Недостатками этого сплава являются недостаточно высокие прочностные характеристики, жаропрочность, малоцикловая усталость и стойкость к сульфидно-оксидной коррозии. Свойства сплава, представленные в патенте, получены после проведения специальной термомеханической обработки, в результате которой формируется структура «ожерелье». Изделия из этого сплава с такой структурой обладают ограниченными значениями ресурса и надежности при температурах выше 700°С.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка жаропрочного деформируемого сплава на основе никеля, обладающего высоким комплексом свойств: длительной прочностью при температурах до 800°С, прочностью при комнатной температуре, высоким сопротивлением малоцикловой усталости и сопротивлением сульфидно-оксидной коррозии, что обеспечивает применение этого сплава в изделиях нового поколения.
Для решения поставленной задачи предлагается жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля, содержащий кобальт, хром, вольфрам, молибден, алюминий, титан, ниобий, ванадий, углерод, бор, лантан, церий, магний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит скандий и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кобальт | 9,5-16,0 |
Хром | 9,0-11,0 |
Вольфрам | 2,5-3,4 |
Молибден | 3,5-4,8 |
Алюминий | 3,4-4,0 |
Титан | 2,3-3,5 |
Ниобий | 4,1-4,8 |
Ванадий | 0,2-0,8 |
Углерод | 0,04-0,10 |
Бор | 0,007-0,02 |
Лантан | 0,003-0,06 |
Церий | 0,003-0,02 |
Магний | 0,003-0,02 |
Скандий | 0,003-0,05 |
Кремний | 0,005-0,3 |
Никель | Остальное |
и изделие, выполненное из него.
Для изделий длительно работающих при температурах 750÷800°С в сплав дополнительно вводят тантал в количестве 0,05÷2,0 мас.%.
Введение кремния, скандия, а также увеличение содержания ниобия в сплаве предлагаемого состава повышает одновременно прочность, жаропрочность, сопротивление малоцикловой усталости, снижает скорость сульфидно-оксидной коррозии. Это происходит из-за образования стабильных первичных и вторичных карбидов, связывания легкоплавких примесей по границам зерен, формирования оксидной пленки с большей защитной способностью на поверхности детали.
Содержание кремния и скандия меньше указанного количества - неэффективно, больше - снижает технологичность сплава при выплавке и деформации.
Дополнительное введение в сплав тантала эффективно для изделий, длительно (более 100 часов) работающих при температурах 750÷800°С. Тантал способствует формированию более термодинамически устойчивых карбидов и частиц упрочняющей γ′-фазы. Он увеличивает прочностные свойства и коррозионную стойкость сплава. Добавка менее указанного количества тантала приводит к снижению свойств сплава при длительной работе при температурах 750÷800°С, более - к снижению технологичности при выплавке и деформации.
Пример осуществления
Для практического осуществления изобретения в лабораторных условиях были выплавлены пять вакуумных индукционных плавок предлагаемого сплава, (примеры 1-4) и сплава-прототипа (пример 5) (Таблица 1).
Заливка металла плавок производилась в круглые металлические кокили. Полученные слитки были обточены «как чисто», а затем разрезаны на шихтовые заготовки. Заготовки под деформацию ⌀100 мм и весом ~22 кг получали переплавом методом высокоскоростной направленной кристаллизации.
Далее заготовки многократно деформировали. В результате получили модельные штамповки дисков ⌀200-300 мм, высотой 50-25 мм, из которых вырезали заготовки под образцы.
Термическая обработка - закалка и двойное старение.
Полученные образцы испытывали на длительную и кратковременную прочность, малоцикловую усталость, коррозионную стойкость в присутствии ионов хлора и серы при температурах 650 и 750°С.
Результаты испытаний представлены в Таблице 2.
Предлагаемый сплав превосходит сплав-прототип по всему комплексу свойств: по прочности при кратковременном разрыве при 20°С - более чем на 11%, длительной прочности при 800°С ~ на 8%, малоцикловой усталости при 750°С - более чем на 9%, сопротивлению сульфидно-оксидной коррозии - при 650°С - более 55%, при (750-800)°С - более чем в 10 раз.
Таким образом, применение предлагаемого сплава позволит повысить комплекс свойств деталей горячего тракта ГТД, повысить ресурс и надежность перспективных двигателей. Кроме того, более высокая коррозионная стойкость позволит применять изделия из этого сплава без защиты во всеклиматических условиях и при использовании топлив с высоким содержанием серы.
Таблица 1 | ||||||||||||||||||
Химический состав опытных плавок предлагаемого сплава и сплава-прототипа | ||||||||||||||||||
№ плавки | Химический состав, мас.% | |||||||||||||||||
Co | Cr | W | Mo | Al | Ti | Nb | V | C | B | Zr | La | Ce | Mg | Sc | Si | Ta | Ni | |
1 | 16,0 | 9,0 | 2,5 | 3,5 | 3,4 | 3,5 | 4,8 | 0,8 | 0,04 | 0,007 | - | 0,003 | 0,02 | 0,02 | 0,05 | 0,3 | - | |
2 | 14,9 | 10,0 | 3,2 | 4,8 | 3,7 | 2,5 | 4,4 | 0,6 | 0,07 | 0,012 | - | 0,010 | 0,007 | 0,008 | 0,009 | од | - | Остальное |
3 | 9,5 | 11,0 | 3,4 | 4,4 | 4,0 | 2,3 | 4,1 | 0,2 | 0,10 | 0,02 | - | 0,06 | 0,003 | 0,003 | 0,003 | 0,005 | 0,05 | |
4 | 15,0 | 9,4 | 2,5 | 3,5 | 3,5 | 2,3 | 4,1 | 0,5 | 0,06 | 0,012 | - | 0,010 | 0,007 | 0,010 | 0,009 | 0,1 | 2,0 | |
5 | 14,0 | 9,0 | 5,9 | 3,3 | 3,8 | 2,7 | 3,5 | 0,4 | 0,11 | 0,015 | 0,04 | 0,009 | 0,018 | 0,007 | - | - | - |
Таблица 2 | |||||||
Результаты сравнительных испытаний опытных плавок предлагаемого сплава и сплава-прототипа (средние значения) | |||||||
Свойства | T | σв 20 | σ0,2 20 | δ5 20 | σ100 | МЦУ на базе 104 ц, гладкие образцы | Скорость сульфидно-оксидной коррозии, г/м2·ч |
№ пл. | °С | МПа | % | МПа | МПа | % | |
1 | 20 | 1608 | 1198 | 15,3 | - | 1360 | - |
650 | 1570 | 1100 | 13,2 | 1090 | 1280 | -0,20 | |
750 | - | - | - | 720 | 1150 | -0,45 | |
800 | - | - | - | 510 | - | -0,64 | |
2 | 20 | 1625 | 1215 | 14,0 | - | 1370 | - |
650 | 1570 | 1110 | 13,0 | 1085 | 1300 | -0,22 | |
750 | - | - | - | 710 | 1150 | -0,35 | |
800 | - | - | - | 510 | - | -0,43 | |
3 | 20 | 1630 | 1220 | 13,8 | - | 1360 | - |
650 | 1560 | ИЗО | 12,9 | 1085 | 1300 | -0,29 | |
750 | - | - | - | 720 | 1160 | -0,52 | |
800 | - | - | - | 520 | - | -0,67 | |
4 | 20 | 1657 | 1273 | 15,2 | - | 1380 | - |
650 | 1570 | 1100 | 13,5 | 1095 | 1300 | -0,15 | |
750 | - | - | - | 730 | 1150 | -0,23 | |
800 | - | - | - | 530 | - | -0,37 | |
5 | 20 | 1450 | 1100 | 14,8 | - | 1360 | - |
650 | 1400 | 1060 | 18,4 | 1030 | 1100 | -0,45 | |
750 | - | - | - | 686 | 1060 | -6,7 | |
800 | - | - | - | 460 | - | -7,1 | |
T - температура испытания, σв - предел прочности; σ0,2 - предел текучести δ - относительное удлинение; σ100 - предел сточасовой длительной прочности; | |||||||
МЦУ - малоцикловая усталость. |
Claims (3)
1. Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля, содержащий кобальт, хром, вольфрам, молибден, алюминий, титан, ниобий, ванадий, углерод, бор, лантан, церий, магний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит скандий и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кобальт 9,5-16,0
Хром 9,0-11,0
Вольфрам 2,5-3,4
Молибден 3,5-4,8
Алюминий 3,4-4,0
Титан 2,3-3,5
Ниобий 4,1-4,8
Ванадий 0,2-0,8
Углерод 0,04-0,10
Бор 0,007-0,02
Лантан 0,003-0,06
Церий 0,003-0,02
Магний 0,003-0,02
Скандий 0,003-0,05
Кремний 0,005-0,3
Никель Остальное
2. Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тантал 0,05÷2,0 мас.%.
3. Изделие из жаропрочного деформируемого сплава на основе никеля, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п.1 или 2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008106452/02A RU2365657C1 (ru) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008106452/02A RU2365657C1 (ru) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2365657C1 true RU2365657C1 (ru) | 2009-08-27 |
Family
ID=41149834
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008106452/02A RU2365657C1 (ru) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2365657C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2520934C1 (ru) * | 2013-03-15 | 2014-06-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Жаропрочный никелевый сплав, обладающий высоким сопротивлением к сульфидной коррозии в сочетании с высокой жаропрочностью |
RU2571674C1 (ru) * | 2014-10-07 | 2015-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава |
RU2603415C1 (ru) * | 2015-08-14 | 2016-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Интерметаллидный сплав на основе системы никель-алюминий-кобальт |
RU2686831C1 (ru) * | 2018-03-22 | 2019-04-30 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Металлокерамический композиционный материал на основе интерметаллидной матрицы и способ его получения |
RU2737835C1 (ru) * | 2020-06-03 | 2020-12-03 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация (АО "ОДК") | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него |
-
2008
- 2008-02-21 RU RU2008106452/02A patent/RU2365657C1/ru active
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2520934C1 (ru) * | 2013-03-15 | 2014-06-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Жаропрочный никелевый сплав, обладающий высоким сопротивлением к сульфидной коррозии в сочетании с высокой жаропрочностью |
RU2571674C1 (ru) * | 2014-10-07 | 2015-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава |
RU2603415C1 (ru) * | 2015-08-14 | 2016-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Интерметаллидный сплав на основе системы никель-алюминий-кобальт |
RU2686831C1 (ru) * | 2018-03-22 | 2019-04-30 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Металлокерамический композиционный материал на основе интерметаллидной матрицы и способ его получения |
RU2737835C1 (ru) * | 2020-06-03 | 2020-12-03 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация (АО "ОДК") | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него |
WO2021246908A1 (ru) * | 2020-06-03 | 2021-12-09 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI359870B (en) | Ni-cr-co alloy for advanced gas turbine engines | |
JP6161729B2 (ja) | ニッケル−コバルト合金 | |
RU2289637C2 (ru) | Сплав на основе никеля | |
EP2826877B1 (en) | Hot-forgeable Nickel-based superalloy excellent in high temperature strength | |
JP6430103B2 (ja) | 高温において良好な耐酸化性と高い強度を有するチタン合金 | |
EP1842934B1 (en) | Heat-resistant superalloy | |
EP2503013B1 (en) | Heat-resistant superalloy | |
RU2555293C1 (ru) | Жаропрочный сплав на основе никеля | |
RU2650659C2 (ru) | ЛЕГКООБРАБАТЫВАЕМЫЕ, ВЫСОКОПРОЧНЫЕ, СТОЙКИЕ К ОКИСЛЕНИЮ Ni-Cr-Co-Mo-Al-СПЛАВЫ | |
CN111051548B (zh) | 可沉淀硬化的钴-镍基高温合金和由其制造的制品 | |
JP5147037B2 (ja) | ガスタービン燃焼器用Ni基耐熱合金 | |
WO2014142089A1 (ja) | 耐熱性Ni基合金及びその製造方法 | |
Pike | HAYNES® 282™ alloy: a new wrought superalloy designed for improved creep strength and fabricability | |
CA2918337C (en) | Superalloys and components formed thereof | |
EP3202931B1 (en) | Ni BASED SUPERHEAT-RESISTANT ALLOY | |
RU2365657C1 (ru) | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава | |
CA2955322C (en) | Ni-based superalloy for hot forging | |
AU2017200656A1 (en) | Ni-based superalloy for hot forging | |
JP2022501495A (ja) | 耐クリープ性チタン合金 | |
JP2022037155A (ja) | 高温チタン合金 | |
RU2695097C1 (ru) | Деформируемый жаропрочный сплав на основе никеля | |
RU2280091C1 (ru) | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава | |
RU2256717C1 (ru) | Жаропрочный свариваемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него | |
RU2351673C1 (ru) | ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО | |
RU2571674C1 (ru) | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20130611 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190403 Effective date: 20190403 |