RU2404275C1 - Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля - Google Patents
Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2404275C1 RU2404275C1 RU2009139771/02A RU2009139771A RU2404275C1 RU 2404275 C1 RU2404275 C1 RU 2404275C1 RU 2009139771/02 A RU2009139771/02 A RU 2009139771/02A RU 2009139771 A RU2009139771 A RU 2009139771A RU 2404275 C1 RU2404275 C1 RU 2404275C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nickel
- heat
- alloy
- molybdenum
- niobium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии жаропрочных деформируемых сплавов на основе никеля с низким температурным коэффициентом линейного расширения и может быть использовано в качестве материала для изготовления свариваемых высоконагруженных деталей газотурбинных двигателей с рабочей температурой до 600°С, работающих в условиях с повышенными требованиями по неизменности зазоров. Предложен жаропрочный деформируемый сплав, содержащий мас.%: углерод 0,02÷0,08, кобальт 18,0÷25,0, железо 22,0÷30,0, хром 0,3÷1,2, вольфрам 0,05÷2,0, молибден 0,05÷2,0, тантал 0,1÷2,0, алюминий 0,3÷0,8, титан 1,5÷2,7, ниобий 4,5÷5,5, бор 0,005÷0,010, лантан 0,001÷0,03, церий 0,001÷0,03, магний 0,003÷0,03, скандий 0,003÷0,03, никель - остальное. Сплав характеризуется высокими прочностными свойствами, длительной прочностью и низким коэффициентом линейного расширения в диапазоне температур 20-600°С и технологичностью при сварке. 2 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области металлургии жаропрочных деформируемых сплавов на основе никеля с низким температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР) и может быть использовано в качестве материала для изготовления свариваемых высоконагруженных деталей газотурбинных двигателей (ГТД), например элементов сопряжения корпуса компрессора и др., с рабочей температурой до 600°С, работающих в условиях с повышенными требованиями по неизменности зазоров.
Классическими материалами с регламентированными в температурных интервалах эксплуатации физическими свойствами, такими как α-температурный коэффициент линейного расширении (ТКЛР), являются сплавы системы железо-никель, но они не обладают достаточным уровнем прочностных свойств при высоких температурах.
Известны сплавы с низким коэффициентом линейного расширения системы железо-никель-кобальт. Низким ТКЛР сплавы этой группы обязаны выводу из их состава хрома и молибдена. Однако эти материалы также не обеспечивают достаточный уровень жаропрочности для двигателей нового поколения.
Известны деформируемые сплавы на никелевой основе следующего химического состава (мас.%):
Кобальт | 0÷31 |
Хром | 1,7÷8,3 |
Никель | 30÷37 |
Вольфрам | 0÷1 |
Молибден | 0÷1 |
Алюминий | 0÷1,5 |
Титан | 3÷6 |
Ниобий | 1,5÷5 |
Углерод | 0÷0,20 |
Бор | 0÷0,03 |
Цирконий | 0÷0,1 |
Марганец | 0÷2 |
Медь | 0÷1 |
Кремний | 0÷1 |
Железо | остальное |
(Патент США №5283032).
Кобальт | 12,0÷16,0 |
Никель | 35,0÷40,0 |
Алюминий | 0,015 мах |
Титан | 1,3÷1,8 |
Ниобий | 4,3÷5,2 |
Углерод | 0,06 мах |
Кремний | 0,25÷0,50 |
Железо | остальное |
(Патент США №5425912).
Углерод | 0,005÷0,05 |
Хром | 10÷20 |
Вольфрам | 0,5÷8,0 |
Молибден | 13÷20 |
Ниобий | 0,2÷1,0 |
Церий | 0,001÷0,01 |
Иттрий | 0,002÷0,01 |
Магний | 0,003÷0,07 |
Никель | остальное |
(Патент РФ №1520871).
Эти сплавы, имея достаточно низкий температурный коэффициент линейного расширения, не обладают комплексом свойств, необходимых для материала высоконагруженных ответственных деталей, работающих в условиях с повышенными требованиями по неизменности зазоров.
Наиболее близким по составу и назначению к предлагаемому является свариваемый жаропрочный деформируемый сплав системы Fe-Ni с пониженным коэффициентом термического расширения следующего химического состава (мас.%):
Углерод | 0,01÷0,1 |
Никель | 35,0÷40,0 |
Кобальт | 10,0÷27,0 |
Ниобий | 3,0÷7,0 |
Титан | 0,05÷2,0 |
Ванадий | 0,1÷1,0 |
Магний | 0,005÷0,1 |
Иттрий | 0,005÷0,1 |
Церий | 0,005÷0,1 |
Лантан | 0,005÷0,1 |
Бор | 0,001÷0,01 |
Железо | остальное |
(Патент РФ №177466).
Недостатком этого сплава является низкий уровень длительной прочности при температуре 600°С, что не позволяет использовать его для изготовления деталей газотурбинных двигателей, особенно перспективных, где предъявляются повышенные требования как к механическим свойствам, так и к величине зазоров в конструкции.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка свариваемого жаропрочного деформируемого сплава на основе никеля, сочетающего высокие прочностные свойства, длительную прочность и низкий коэффициент линейного расширения в диапазоне температур 20-600°С и технологичность при сварке.
Для решения поставленной задачи предложен жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля, содержащий углерод, кобальт, железо, ниобий, титан, лантан, бор, магний, церий, который дополнительно содержит хром, вольфрам, молибден, алюминий, тантал, и скандий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод | 0,02÷0,08 |
Кобальт | 18,0÷25,0 |
Железо | 22,0÷30,0 |
Хром | 0,3÷1,2 |
Вольфрам | 0,05÷2,0 |
Молибден | 0,05÷2,0 |
Ниобий | 4,5÷5,5 |
Алюминий | 0,3÷0,8 |
Титан | 1,5÷2,7 |
Тантал | 0,1÷2,0 |
Бор | 0,005÷0,010 |
Лантан | 0,001÷0,03 |
Церий | 0,001÷0,03 |
Магний | 0,003÷0,03 |
Скандий | 0,003÷0,03 |
Никель | остальное |
Сплав состоит из аустенитной γ-матрицы с г.ц.к. структурой, которая упрочнена выделениями упорядоченной фазы (Ni, Co, Fe)3 (Nb, Ti), карбидами и боридами.
Высокотемпературные свойства в сплаве формируются в результате сочетания эффектов легирования при обеспечении оптимального количества, размера и распределения упрочняющих фаз.
Добавки вольфрама, молибдена и хрома упрочняют твердый раствор и снижают скорость диффузии компонентов сплава, особенно при повышенных температурах, что оказывает заметное влияние на эффективность упрочнения.
Добавки тантала и скандия ведут к образованию более стойких карбидов и боридов, а также к дополнительной стабилизации упрочняющей фазы и твердого раствора, а также к концентрации этих элементов по границам зерен и снижения их дефектности, что способствует повышению длительной прочности и свариваемости сплава.
Введение в состав сплава таких элементов, как тантал, скандий, вольфрам, молибден, алюминий, хром, в указанных соотношениях, также позволяет исключить выделение топологических плотноупакованных фаз. Это обеспечивает фазовую и структурную стабильность материала, пластичность и отсутствие чувствительности к концентрации напряжений.
Пример осуществления
Для практического осуществления изобретения предлагаемый сплав получали методом вакуумно-индукционной выплавки. Поверхность полученных слитков подвергали механической обработке - обточке. После нагрева до температуры 1100°С слитки ковали на сутунки в изотермических условиях.
Кованые сутунки подвергали прокатке на лист толщиной δ=4 мм. Температура нагрева под прокатку 1080°С.
Горячекатаные листы отжигали при температуре 1080°С, с охлаждением в воду; травили в щелочно-кислотной ванне.
Протравленные листы подвергали холодной прокатке до толщины 1,5-2,0 мм.
В таблице 1 приведен химический составы различных плавок предлагаемого сплава.
В таблице 2 - соответствующие им значения температурного коэффициента линейного расширения, механические свойства, критическая скорость деформации в сварном шве.
Результаты испытаний показывают, что предлагаемый сплав обладает более высокой длительной прочностью при рабочей температуре 600°С и σ=950 МПа, и низким температурным коэффициентом линейного расширения в интервале температур 20-600°С - α=(10,9÷12,0)·10-61/°С, a также более высокой технологичностью при сварке.
Таким образом, низкий уровень ТКЛР в сочетании с высоким уровнем прочностных характеристик позволит использовать предлагаемый сплав для элементов сопряжения корпуса компрессора газотурбинных двигателей с повышенными требованиями по ресурсу, надежности и КПД.
Claims (1)
- Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля, содержащий углерод, кобальт, железо, титан, ниобий, бор, церий, магний, лантан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам, молибден, хром, алюминий, тантал и скандий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,02÷0,08 Кобальт 18,0÷25,0 Железо 22,0÷30,0 Хром 0,3÷1,2 Вольфрам 0,05÷2,0 Молибден 0,05÷2,0 Тантал 0,1÷2,0 Алюминий 0,3÷0,8 Титан 1,5÷2,7 Ниобий 4,5÷5,5 Бор 0,005÷0,010 Лантан 0,001÷0,03 Церий 0,001÷0,03 Магний 0,003÷0,03 Скандий 0,003÷0,03 Никель остальное
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009139771/02A RU2404275C1 (ru) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009139771/02A RU2404275C1 (ru) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2404275C1 true RU2404275C1 (ru) | 2010-11-20 |
Family
ID=44058455
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009139771/02A RU2404275C1 (ru) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2404275C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2579710C1 (ru) * | 2015-05-20 | 2016-04-10 | Байдуганов Александр Меркурьевич | Жаропрочный сплав |
RU2721261C1 (ru) * | 2019-12-11 | 2020-05-18 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля с низким температурным коэффициентом линейного расширения и изделие, выполненное из него |
-
2009
- 2009-10-28 RU RU2009139771/02A patent/RU2404275C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2579710C1 (ru) * | 2015-05-20 | 2016-04-10 | Байдуганов Александр Меркурьевич | Жаропрочный сплав |
RU2721261C1 (ru) * | 2019-12-11 | 2020-05-18 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля с низким температурным коэффициентом линейного расширения и изделие, выполненное из него |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8883072B2 (en) | Ni-base alloy, high-temperature member for steam turbine and welded rotor for turbine using the same, and method for manufacturing the same | |
US8685316B2 (en) | Ni-based heat resistant alloy, gas turbine component and gas turbine | |
JP5165008B2 (ja) | Ni基鍛造合金と、それを用いた蒸気タービンプラント用部品 | |
US20100239425A1 (en) | Nickel-base alloy for turbine rotor of steam turbine and turbine rotor of steam turbine using the same | |
CN103358050A (zh) | Ni基合金焊接材料以及使用该材料的焊丝、焊条及焊接用粉末 | |
CN103882266A (zh) | 用于熔盐反应堆的镍基合金及其制备方法 | |
CN107841657B (zh) | 一种高强韧Ni-Cr-Mo基铸造合金 | |
US9994938B2 (en) | Fe-Ni-based alloy having excellent high-temperature characteristics and hydrogen embrittlement resistance characteristics, and method for producing the same | |
CN109072384A (zh) | 铁素体合金 | |
RU2404275C1 (ru) | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля | |
RU2350674C1 (ru) | Жаропрочный сплав | |
RU2640118C1 (ru) | Износостойкий сплав на кобальтовой основе | |
JP4543380B2 (ja) | 燃料電池スタック締結ボルト用合金 | |
RU2283361C1 (ru) | Жаропрочный сплав на основе кобальта и изделие, выполненное из этого сплава | |
EP3252180B1 (en) | Ni-based alloy having excellent high-temperature creep characteristics, and gas turbine member using same | |
RU2581337C1 (ru) | Жаропрочный сплав на основе никеля для литья деталей горячего тракта газотурбинных установок, имеющих равноосную структуру | |
JP4523696B2 (ja) | 高温強度に優れたオーステナイト系耐熱鋼用tig溶接材料 | |
JP6176665B2 (ja) | Ni−Fe基合金およびNi−Fe基合金材の製造方法 | |
JP2010084167A (ja) | Ni基合金及び、Ni基合金を用いた上記タービン用高温部材 | |
RU2777099C1 (ru) | Жаропрочный свариваемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него | |
RU2675063C1 (ru) | Высокотемпературный гафнийсодержащий сплав на основе титана | |
RU206356U1 (ru) | Лопатка турбины для газотурбинных двигателей и энергетических установок | |
RU2790495C1 (ru) | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него | |
RU2794496C1 (ru) | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него | |
RU2721261C1 (ru) | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля с низким температурным коэффициентом линейного расширения и изделие, выполненное из него |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111029 |