RU2415959C1 - МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ СУПЕРСПЛАВ НА ОСНОВЕ Ni И СОДЕРЖАЩАЯ ЕГО ЛОПАТКА ТУРБИНЫ - Google Patents
МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ СУПЕРСПЛАВ НА ОСНОВЕ Ni И СОДЕРЖАЩАЯ ЕГО ЛОПАТКА ТУРБИНЫ Download PDFInfo
- Publication number
- RU2415959C1 RU2415959C1 RU2009137129/02A RU2009137129A RU2415959C1 RU 2415959 C1 RU2415959 C1 RU 2415959C1 RU 2009137129/02 A RU2009137129/02 A RU 2009137129/02A RU 2009137129 A RU2009137129 A RU 2009137129A RU 2415959 C1 RU2415959 C1 RU 2415959C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- less
- superalloy
- single crystal
- phase
- based single
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
- C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
- C22C19/057—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being less 10%
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B1/00—Single-crystal growth directly from the solid state
- C30B1/02—Single-crystal growth directly from the solid state by thermal treatment, e.g. strain annealing
- C30B1/04—Isothermal recrystallisation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/52—Alloys
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/04—Heavy metals
- F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
- F05C2201/0466—Nickel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
- F05D2300/607—Monocrystallinity
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к монокристаллическим сплавам на основе никеля и изготовленным из них лопаткам турбин. Заявлены варианты монокристаллического суперсплава на основе Ni и изготовленная из него лопатка турбины. Суперсплав на основе Ni имеет следующий состав: Со: от 0,0 вес.% или более до 15,0 вес.% или менее, Сr: от 4,1 до 8,0 вес.%, Мо: от 2,1 до 6,5 вес.%, W: от 0,0 до 2,9 вес.%, Та: от 4,0 до 10,0 вес.%, Аl: от 4,5 до 6,5 вес.%, Ti: от 0,0 до 1,0 вес.%, Hf: от 0,00 до 0,5 вес.%, Nb: от 0,0 до 3,0 вес.%, Re: от 3,0 до 8,0 вес.% и Ru: от 0,5 до 6,5 вес.%, а остальное составляют Ni и неизбежные примеси, причем удовлетворяется Р1≤700, где Р1 обозначает параметр 1, который получен по формуле: Р1=137×[W(вес.%)]+24×[Сr(вес.%)]+46×[Мо(вес.%)]-18×[Re(вес.%)]. Сплав характеризуется высоким относительным пределом ползучести, а лопатка турбины - низким весом и способностью работать при более высоких температурах. 6 н. и 20 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.
Description
Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к монокристаллическому суперсплаву на основе никеля (Ni) и к содержащей его лопатке турбины. Данная заявка испрашивает приоритет заявки на патент Японии № 2007-61501, поданной 12 марта 2007 г., которая настоящим включена сюда по ссылке.
Уровень техники
[0002] Лопатки турбины (лопатки статора и лопатки ротора) авиационных двигателей, промышленных газовых турбин и других систем часто работают в высокотемпературных средах в течение длительного времени и поэтому сделаны из монокристаллического суперсплава на основе Ni, который обладает отличной термостойкостью. Монокристаллический суперсплав на основе Ni получают следующим образом. Сначала к Ni основы добавляют Al, чтобы вызвать выделение Ni3Al для дисперсионного упрочнения. Затем добавляют тугоплавкие металлы, такие как Cr, W и Ta, формируя сплав, который получают в виде монокристалла. Монокристаллический суперсплав на основе Ni приобретает металлическую структуру, подходящую для упрочнения в результате термообработки на твердый раствор при заданной температуре и последующей термообработки старением. Этот суперсплав называется дисперсионно-упрочненным сплавом, который имеет кристаллическую структуру с фазой выделения (т.е. γ'-фазой), диспергированной и выделившейся в матрице (т.е. γ-фазе).
[0003] В качестве монокристаллического суперсплава на основе Ni были разработаны суперсплав первого поколения, вообще не содержащий Re, суперсплав второго поколения, содержащий примерно 3 вес.% Re, и суперсплав третьего поколения, содержащий от 5 вес.% или более до 6 вес.% или менее Re. Суперсплавы более поздних поколений приобрели повышенный предел ползучести. Например, монокристаллическим суперсплавом на основе Ni первого поколения является CMSX-2 (корпорация Cannon-Muskegon Corporation, см. патентный документ 1), монокристаллическим суперсплавом на основе Ni второго поколения является CMSX-4 (корпорация Cannon-Muskegon Corporation, см. патентный документ 2), а монокристаллическим суперсплавом на основе Ni третьего поколения является CMSX-10 (корпорация Cannon-Muskegon Corporation, см. патентный документ 3).
[0004] Цель монокристаллического суперсплава на основе Ni третьего поколения, CMSX-10, состоит в том, чтобы повысить предел ползучести в высокотемпературных средах по сравнению с монокристаллическим суперсплавом на основе Ni второго поколения. Однако монокристаллический суперсплав на основе Ni третьего поколения имеет в своем составе высокую долю Re в 5 вес.% или более, что превышает предельную растворимость Re в твердом состоянии в матрице (γ-фазе). Избыток Re может связываться с другими элементами в высокотемпературных средах и в результате может выделяться так называемая ТПУ-фаза (топологически плотноупакованная фаза). В лопатке турбины, включающей в себя монокристаллический суперсплав на основе Ni третьего поколения, при работе в течение продолжительного времени в высокотемпературных средах может появиться повышенное содержание ТПУ-фазы, что может ухудшить предел ползучести.
[0005] Чтобы решить эти проблемы, был разработан монокристаллический суперсплав на основе Ni, имеющий более высокую прочность в высокотемпературных средах. В такой суперсплав добавлен Ru для контроля ТПУ-фазы, а относительные доли других элементов-компонентов состава заданы в оптимальных диапазонах с тем, чтобы обеспечить оптимальную постоянную решетки матрицы (γ-фазы) и оптимальную постоянную решетки выделений (γ'-фазы).
[0006] А именно были разработаны монокристаллический суперсплав на основе Ni четвертого поколения, который содержит примерно 3 вес.% Ru, и монокристаллический суперсплав на основе Ni пятого поколения, который содержит 4 вес.% или более Ru. Суперсплавы более поздних поколений приобрели улучшенный предел ползучести. Например, типичным монокристаллическим суперсплавом на основе Ni четвертого поколения является TMS-138 (National Institute for Materials Science (NIMS) и корпорация IHI Corporation, см. патентный документ 4), а типичным монокристаллическим суперсплавом на основе Ni пятого поколения является TMS-162 (NIMS и корпорация IHI Corporation, см. патентный документ 5).
Патентный документ 1: патент США № 4582548
Патентный документ 2: патент США № 4643782
Патентный документ 3: патент США № 5366695
Патентный документ 4: патент США № 6966956
Патентный документ 5: заявка на патент США, публикация № 2006/0011271.
Раскрытие изобретения
Проблемы, решаемые изобретением
[0007] Однако монокристаллические суперсплавы на основе Ni четвертого и пятого поколений включают большое количество тяжелых металлов, таких как W и Re, чтобы повысить предел ползучести в высокотемпературных средах, и поэтому имеют большой удельный вес по сравнению с монокристаллическими суперсплавами на основе Ni первого и второго поколений. В результате лопатка турбины, включающая в себя монокристаллические суперсплавы на основе Ni четвертого и пятого поколений, обладает отличной прочностью в высокотемпературных средах, однако, так как вес лопатки увеличился, может снизиться окружная скорость лопатки турбины и может повыситься вес авиационного двигателя и промышленной газовой турбины. Поэтому желательно предоставить монокристаллический суперсплав на основе Ni, обладающий отличным пределом ползучести на единицу веса, т.е. с отличным относительным пределом ползучести, чтобы обеспечить лопатку турбины, которая является легкой и работает при более высоких температурах.
[0008] Ввиду этого задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить монокристаллический суперсплав на основе Ni и содержащую его лопатку турбины, обладающие отличным относительным пределом ползучести.
Средства решения проблемы
[0009] Авторы изобретения провели обширные исследования и обнаружили, что монокристаллический суперсплав на основе Ni, который имеет низкий удельный вес по сравнению с монокристаллическими суперсплавами на основе Ni четвертого и пятого поколений, может быть получен путем (1) установления диапазона составов, подходящего для сохранения отличного предела ползучести в высокотемпературных средах, и (2) установления диапазона составов, подходящего для структурной стабильности, с уменьшением количества W, который имеет высокий удельный вес, и тем самым создали настоящее изобретение.
[0010] Таким образом, настоящее изобретение имеет следующие аспекты.
(1) Монокристаллический суперсплав на основе Ni, имеющий следующий состав: Co: от 0,0 вес.% или более до 15,0 вес.% или менее, Cr: от 4,1 до 8,0 вес.%, Mo: от 2,1 до 6,5 вес.%, W: от 0,0 до 3,9 вес.%, Ta: от 4,0 до 10,0 вес.%, Al: от 4,5 до 6,5 вес.%, Ti: от 0,0 до 1,0 вес.%, Hf: от 0,00 до 0,5 вес.%, Nb: от 0,0 до 3,0 вес.%, Re: от 3,0 до 8,0 вес.% и Ru: от 0,5 до 6,5 вес.%, а остальное составляют Ni и неизбежные примеси, причем удовлетворяется P1 ≤ 700, где P1 обозначает параметр 1, который получен по формуле: P1 = 137 × [W (вес.%)] + 24 × [Cr (вес.%)] + 46 × [Mo (вес.%)] - 18 × [Re (вес.%)].
(2) Монокристаллический суперсплав на основе Ni, имеющий следующий состав: Co: от 0,0 до 15,0 вес.%, Cr: от 5,1 до 8,0 вес.%, Mo: от 2,1 до 6,5 вес.%, W: от 0,0 до 3,9 вес.%, Ta: от 4,0 до 10,0 вес.%, Al: от 4,5 до 6,5 вес.%, Ti: от 0,0 до 1,0 вес.%, Hf: от 0,00 до 0,5 вес.%, Nb: от 0,0 до 3,0 вес.%, Re: от 3,0 до 8,0 вес.% и Ru: от 0,5 до 6,5 вес.%, а остальное составляют Ni и неизбежные примеси, причем удовлетворяется P1 ≤ 700, где P1 обозначает параметр 1, который получен по формуле: P1 = 137 × [W (вес.%)] + 24 × [Cr (вес.%)] + 46 × [Mo (вес.%)] - 18 × [Re (вес.%)].
(3) Монокристаллический суперсплав на основе Ni, имеющий следующий состав: Co: от 4,0 до 9,5 вес.%, Cr: от 4,1 до 8,0 вес.%, Mo: от 2,1 до 6,5 вес.%, W: от 0,0 до 3,9 вес.%, Ta: от 4,0 до 10,0 вес.%, Al: от 4,5 до 6,5 вес.%, Ti: от 0,0 до 1,0 вес.%, Hf: от 0,00 до 0,5 вес.%, Nb: от 0,0 до 3,0 вес.%, Re: от 3,0 до 8,0 вес.% и Ru: от 0,5 до 6,5 вес.%, а остальное составляют Ni и неизбежные примеси, причем удовлетворяется P1 ≤ 700, где P1 обозначает параметр 1, который получен по формуле: P1 = 137 × [W (вес.%)] + 24 × [Cr (вес.%)] + 46 × [Mo (вес.%)] - 18 × [Re (вес.%)].
(4) Монокристаллический суперсплав на основе Ni, имеющий следующий состав: Co: от 4,0 до 9,5 вес.%, Cr: от 5,1 до 8,0 вес.%, Mo: от 2,1 до 6,5 вес.%, W: от 0,0 до 3,9 вес.%, Ta: от 4,0 до 10,0 вес.%, Al: от 4,5 до 6,5 вес.%, Ti: от 0,0 до 1,0 вес.%, Hf: от 0,00 до 0,5 вес.%, Nb: от 0,0 до 3,0 вес.%, Re: от 3,0 до 8,0 вес.% и Ru: от 0,5 до 6,5 вес.%, а остальное составляют Ni и неизбежные примеси, причем удовлетворяется P1 ≤ 700, где P1 обозначает параметр 1, который получен по формуле: P1 = 137 × [W (вес.%)] + 24 × [Cr (вес.%)] + 46 × [Mo (вес.%)] - 18 × [Re (вес.%)].
(5) Монокристаллический суперсплав на основе Ni по любому из вышеуказанных пунктов (1)-(4), в котором содержание W составляет от 0,0 до 2,9 вес.%.
(6) Монокристаллический суперсплав на основе Ni по любому из вышеуказанных пунктов (1)-(4), в котором содержание W составляет от 0,0 до 1,9 вес.%.
(7) Монокристаллический суперсплав на основе Ni, имеющий следующий состав: Co: от 5,0 до 8,0 вес.%, Cr: от 5,1 до 8,0 вес.%, Mo: от 2,2 до 4,8 вес.%, W: от 0,0 до 1,9 вес.%, Ta: от 5,5 до 8,0 вес.%, Al: от 5,4 до 6,0 вес.%, Ti: от 0,0 до 0,5 вес.%, Hf: от 0,08 до 0,5 вес.%, Nb: от 0,0 до 1,0 вес.%, Re: от 4,0 до 7,5 вес.% и Ru: от 1,0 до 5,0 вес.%, а остальное составляют Ni и неизбежные примеси.
(8) Монокристаллический суперсплав на основе Ni по вышеуказанному пункту (7), в котором удовлетворяется P1 ≤ 700, где P1 обозначает параметр 1, который получен по формуле: P1 = 137 × [W (вес.%)] + 24 × [Cr (вес.%)] + 46 × [Mo (вес.%)] - 18 × [Re (вес.%)].
(9) Монокристаллический суперсплав на основе Ni по любому из вышеуказанных пунктов (1)-(8), в котором удовлетворяется P2 ≤ 500, где P2 обозначает параметр 2, который получен по формуле: P2 = 30 × [W (вес.%)] + 10 × [Re (вес.%)] - 30 × [Cr (вес.%)] - 20 × [Mo (вес.%)] + 30 × [Al (вес.%)] + 90 × [Ti (вес.%)] + 60 × [Ta (вес.%)] - 5 × [Ru (вес.%)].
(10) Монокристаллический суперсплав на основе Ni по любому из вышеуказанных пунктов (1)-(9), дополнительно включающий по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из B, C, Si, Y, La, Ce, V и Zr.
(11) Монокристаллический суперсплав на основе Ni по вышеуказанному пункту (10), в котором избранные компоненты содержатся в следующем составе: B: 0,05 вес.% или менее, C: 0,15 вес.% или менее, Si: 0,1 вес.% или менее, Y: 0,1 вес.% или менее, La: 0,1 вес.% или менее, Ce: 0,1 вес.% или менее, V: 1 вес.% или менее и Zr: 0,1 вес.% или менее.
(12) Лопатка турбины, включающая в себя монокристаллический суперсплав на основе Ni по любому из вышеуказанных пунктов (1)-(11).
Эффекты изобретения
[0011] Как описано выше, согласно настоящему изобретению может быть сохранен отличный предел ползучести в высокотемпературных средах без повышения удельного веса монокристаллического суперсплава на основе Ni с отличным относительным пределом ползучести. Поэтому лопатка турбины, включающая в себя монокристаллический суперсплав на основе Ni с отличным относительным пределом ползучести, может быть сделана легкой и может работать при более высоких температурах.
Краткое описание чертежей
[0012] Фиг.1 представляет собой вид в перспективе типичной лопатки турбины, включающей в себя монокристаллический суперсплав на основе Ni по одному варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг.2 представляет собой характерный график, показывающий соотношение между плотностью и LMP в примерах и сравнительных примерах, приведенных в Таблице 1.
Описание ссылочных позиций
[0013] 1: лопатка турбины
Описание предпочтительных вариантов реализации
[0014] Далее со ссылкой на чертежи дается подробное пояснение реализации монокристаллического суперсплава на основе Ni и содержащей его лопатки турбины в соответствии с настоящим изобретением.
[0015] Монокристаллический суперсплав на основе Ni по настоящему изобретению имеет следующий состав: Co: от 0,0 вес.% до 15,0 вес.%, Cr: от 4,1 до 8,0 вес.%, Mo: от 2,1 до 6,5 вес.%, W: от 0,0 до 3,9 вес.%, Ta: от 4,0 до 10,0 вес.%, Al: от 4,5 до 6,5 вес.%, Ti: от 0,0 до 1,0 вес.%, Hf: от 0,00 до 0,5 вес.%, Nb: от 0,0 до 3,0 вес.%, Re: от 3,0 до 8,0 вес.% и Ru: от 0,5 до 6,5 вес.%, а остальное составляют Ni и неизбежные примеси, причем удовлетворяется P1 ≤ 700, где P1 обозначает параметр 1, который получен по формуле: P1 = 137 × [W (вес.%)] + 24 × [Cr (вес.%)] + 46 × [Mo (вес.%)] - 18 × [Re (вес.%)].
[0016] Монокристаллический суперсплав на основе Ni по настоящему изобретению также имеет следующий состав: Co: от 0,0 до 15,0 вес.%, Cr: от 5,1 до 8,0 вес.%, Mo: от 2,1 до 6,5 вес.%, W: от 0,0 до 3,9 вес.%, Ta: от 4,0 до 10,0 вес.%, Al: от 4,5 до 6,5 вес.%, Ti: от 0,0 до 1,0 вес.%, Hf: от 0,00 до 0,5 вес.%, Nb: от 0,0 до 3,0 вес.%, Re: от 3,0 до 8,0 вес.% и Ru: от 0,5 до 6,5 вес.%, а остальное составляют Ni и неизбежные примеси, причем удовлетворяется P1 ≤ 700, где P1 обозначает параметр 1, который получен по формуле: P1 = 137 × [W (вес.%)] + 24 × [Cr (вес.%)] + 46 × [Mo (вес.%)] - 18 × [Re (вес.%)].
[0017] Монокристаллический суперсплав на основе Ni по настоящему изобретению также имеет следующий состав: Co: от 4,0 до 9,5 вес.%, Cr: от 4,1 до 8,0 вес.%, Mo: от 2,1 до 6,5 вес.%, W: от 0,0 до 3,9 вес.%, Ta: от 4,0 до 10,0 вес.%, Al: от 4,5 до 6,5 вес.%, Ti: от 0,0 до 1,0 вес.%, Hf: от 0,00 до 0,5 вес.%, Nb: от 0,0 до 3,0 вес.%, Re: от 3,0 до 8,0 вес.% и Ru: от 0,5 до 6,5 вес.%, а остальное составляют Ni и неизбежные примеси, причем удовлетворяется P1 ≤ 700, где P1 обозначает параметр 1, который получен по формуле: P1 = 137 × [W (вес.%)] + 24 × [Cr (вес.%)] + 46 × [Mo (вес.%)] - 18 × [Re (вес.%)].
[0018] Монокристаллический суперсплав на основе Ni по настоящему изобретению также имеет следующий состав: Co: от 4,0 до 9,5 вес.%, Cr: от 5,1 до 8,0 вес.%, Mo: от 2,1 до 6,5 вес.%, W: от 0,0 до 3,9 вес.%, Ta: от 4,0 до 10,0 вес.%, Al: от 4,5 до 6,5 вес.%, Ti: от 0,0 до 1,0 вес.%, Hf: от 0,00 до 0,5 вес.%, Nb: от 0,0 до 3,0 вес.%, Re: от 3,0 до 8,0 вес.% и Ru: от 0,5 до 6,5 вес.%, а остальное составляют Ni и неизбежные примеси, причем удовлетворяется P1 ≤ 700, где P1 обозначает параметр 1, который получен по формуле: P1 = 137 × [W (вес.%)] + 24 × [Cr (вес.%)] + 46 × [Mo (вес.%)] - 18 × [Re (вес.%)].
[0019] В настоящем изобретении содержание W в составе вышеописанного монокристаллического суперсплава на основе Ni может составлять от 0,0 до 2,9 вес.% и может также составлять от 0,0 до 1,9 вес.% для того, чтобы обеспечить монокристаллический суперсплав на основе Ni, имеющий низкий удельный вес.
[0020] Монокристаллический суперсплав на основе Ni по настоящему изобретению также имеет следующий состав: Co: от 5,0 до 8,0 вес.%, Cr: от 5,1 до 8,0 вес.%, Mo: от 2,2 до 4,8 вес.%, W: от 0,0 до 1,9 вес.%, Ta: от 5,5 до 8,0 вес.%, Al: от 5,4 до 6,0 вес.%, Ti: от 0,0 до 0,5 вес.%, Hf: от 0,08 до 0,5 вес.%, Nb: от 0,0 до 1,0 вес.%, Re: от 4,0 до 7,5 вес.% и Ru: от 1,0 до 5,0 вес.%, а остальное составляют Ni и неизбежные примеси.
[0021] Металлическая структура вышеописанного монокристаллического суперсплава на основе Ni является кристаллической структурой с фазой выделения (γ'-фазой), диспергированной и выделившейся в матрице (γ-фазе). Фаза γ состоит из аустенитной фазы, а фаза γ' состоит, в основном, из интерметаллических соединений, имеющих регулярную структуру, таких как Ni3Al. В монокристаллическом суперсплаве на основе Ni по настоящему изобретению относительная доля γ-фазы и γ'-фазы, диспергированной в этой γ-фазе, может быть оптимизирована, чтобы способствовать более высокой прочности суперсплава, предназначенного для работы в высокотемпературных средах.
[0022] Диапазоны содержаний компонентов в составе монокристаллического суперсплава на основе Ni отрегулированы на основе их характеристик, описываемых ниже. Co является элементом, который повышает предел растворимости в твердом состоянии в матрице, содержащей Al, Ta и другие элементы, в высокотемпературных средах и вызывает диспергирование и выделение тонкодисперсной γ'-фазы при термообработке, тем самым повышая жаропрочность. Если присутствует более 15,0 вес.% Co, относительная доля других элементов, в том числе Al, Ta, Mo, W, Hf и Cr, становится несбалансированной. В результате выделяется вредная фаза, снижая жаропрочность. Содержание Co предпочтительно составляет от 0,0 до 15,0 вес.%, более предпочтительно - от 4,0 до 9,5 вес.%, а наиболее предпочтительно - от 5,0 до 8,0 вес.%.
[0023] Cr является элементом, который имеет отличную стойкость к окислению (жаростойкость) и улучшает, вместе с Hf и Al, стойкость к высокотемпературной коррозии монокристаллического суперсплава на основе Ni. Если содержание Cr меньше 4,1 вес.%, трудно обеспечить желаемую стойкость к высокотемпературной коррозии. Если содержание Cr превышает 8,0 вес.%, выделение γ'-фазы ингибируется и могут выделяться вредные фазы, такие как σ-фаза и µ-фаза, снижая жаропрочность. Поэтому содержание Cr предпочтительно составляет от 4,1 до 8,0 вес.%, более предпочтительно - от 5,1 до 8,0 вес.%.
[0024] Mo является элементом, который повышает жаропрочность за счет растворения в γ-фазе, которая становится матрицей, в присутствии W или Ta, а также улучшает жаропрочность благодаря дисперсионному твердению. Если содержание Mo меньше 2,1 вес.%, трудно обеспечить желаемую жаропрочность. Если содержание Mo превышает 6,5 вес.%, жаропрочность снижается и ухудшается стойкость к высокотемпературной коррозии. Поэтому содержание Mo предпочтительно составляет от 2,1 до 6,5 вес.%, а более предпочтительно - от 2,2 до 4,8 вес.%.
[0025] W является элементом, который повышает жаропрочность благодаря эффектам упрочнения твердого раствора и дисперсионного твердения в присутствии Mo или Ta. Если содержание W превышает 3,9 вес.%, ухудшается стойкость к высокотемпературной коррозии. Поэтому содержание W предпочтительно составляет от 0,0 до 3,9 вес.%. Чтобы обеспечить монокристаллический суперсплав на основе Ni, имеющий низкий удельный вес, содержание W предпочтительно составляет от 0,0 до 2,9 вес.%, а более предпочтительно - от 0,0 до 1,9 вес.%. В настоящем изобретении, при малом количестве W или вообще без W, можно сохранить отличный предел ползучести в высокотемпературных средах путем надлежащего определения относительных долей других входящих в состав элементов.
[0026] Ta является элементом, который повышает жаропрочность благодаря эффектам упрочнения твердого раствора и дисперсионного твердения в присутствии Mo или W. Ta также повышает жаропрочность посредством дисперсионного твердения по отношению к γ'-фазе. Если содержание Ta меньше 4,0 вес.%, трудно обеспечить желаемую жаропрочность. Если содержание Ta превышает 10,0 вес.%, могут выделяться вредные фазы, такие как σ-фаза и µ-фаза, снижая жаропрочность. Поэтому содержание Ta предпочтительно составляет от 4,0 до 10,0 вес.%, а более предпочтительно - от 5,5 до 8,0 вес.%.
[0027] Al соединяется с Ni, образуя 60-70% (объемных процентов) интерметаллического соединения, представленного как Ni3Al, которое является тонкодисперсной γ'-фазой, однородно диспергируемой и выделяющейся в матрицу. То есть Al является элементом, который повышает жаропрочность вместе с Ni. Кроме того, Al имеет отличную стойкость к окислению, что улучшает, вместе с Cr и Hf, стойкость к высокотемпературной коррозии монокристаллического суперсплава на основе Ni. Если содержание Al меньше 4,5 вес.%, количество выделений γ'-фазы недостаточно и поэтому трудно обеспечить желаемую жаропрочность и стойкость к высокотемпературной коррозии. Если содержание Al превышает 6,5 вес.%, образуется большое количество крупных γ-фаз, называемых эвтектической γ'-фазой, для которой невозможна обработка на твердый раствор. Таким образом, трудно обеспечить желаемую жаропрочность. Соответственно, содержание Al предпочтительно составляет от 4,5 до 6,5 вес.%, а более предпочтительно - от 5,4 до 6,0 вес.%.
[0028] Ti является элементом, который повышает жаропрочность благодаря эффектам упрочнения твердого раствора и дисперсионного твердения в присутствии Mo или W. Ti также повышает жаропрочность посредством дисперсионного твердения по отношению к γ'-фазе. Если содержание Ti превышает 1,0 вес.%, может выделяться вредная фаза, такая как σ-фаза и µ-фаза, снижая жаропрочность. Поэтому содержание Ti предпочтительно составляет от 0,0 до 1,0 вес.%, а более предпочтительно - от 0,0 до 0,5 вес.%. В настоящем изобретении, при малом количестве Ti или вообще без Ti, можно сохранить отличный предел ползучести в высокотемпературных средах путем надлежащего определения относительных долей других входящих в состав элементов.
[0029] Hf является элементом, который сегрегируется на межзеренной границе и распределяется неравномерно по межзеренной границе, упрочняя ее, тем самым повышая жаропрочность, в том случае, когда эта межзеренная граница случайно существует. Кроме того, Hf имеет отличную стойкость к окислению и улучшает, вместе с Cr и A1, стойкость к высокотемпературной коррозии монокристаллического суперсплава на основе Ni. Если содержание Hf превышает 0,5 вес.%, происходит локальное плавление, снижая жаропрочность. Поэтому содержание Hf предпочтительно составляет от 0,00 до 0,5 вес.%, а более предпочтительно - от 0,08 до 0,5 вес.%.
[0030] Nb является элементом, который улучшает жаропрочность. Однако, если содержание Nb превышает 3,0 вес.%, выделяется вредная фаза, ухудшая жаропрочность. Поэтому содержание Nb предпочтительно составляет от 0,0 до 3,0 вес.%, а более предпочтительно - от 0,0 до 1,0 вес.%. При малом количестве Nb или вообще без Nb можно сохранить отличный предел ползучести в высокотемпературных средах путем надлежащего определения относительных долей других входящих в состав элементов.
[0031] Re является элементом, который улучшает жаропрочность благодаря упрочнению твердого раствора путем растворения в γ-фазе, являющейся матрицей. Re улучшает также коррозионную стойкость. Однако, если содержание Re меньше 3,0 вес.%, упрочнение твердого раствора γ-фазы становится недостаточным, что затрудняет обеспечение желаемой жаропрочности. Если содержание Re превышает 8,0 вес.%, в высокотемпературных средах выделяется вредная ТПУ-фаза, что затрудняет обеспечение желаемой жаропрочности. Поэтому содержание Re предпочтительно составляет от 3,0 до 8,0 вес.%, а более предпочтительно - от 4,0 до 7,5 вес.%.
[0032] Ru является элементом, который контролирует выделение ТПУ-фазы, улучшая жаропрочность. Однако, если содержание Ru меньше 0,5 вес.%, в высокотемпературных средах ТПУ-фаза выделяется, что затрудняет обеспечение желаемой жаропрочности. Если содержание Ru превышает 6,5 вес.%, выделяется вредная фаза, снижая жаропрочность. Поэтому содержание Ru предпочтительно составляет от 0,5 до 6,5 вес.%, а более предпочтительно - от 1,0 до 5,0 вес.%.
[0033] Монокристаллический суперсплав на основе Ni по настоящему изобретению может дополнительно содержать, например, B, C, Si, Y, La, Ce, V и Zr и им подобные, помимо неизбежных примесей. В случае, когда монокристаллический суперсплав на основе Ni содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из B, C, Si, Y, La, Ce, V и Zr, является предпочтительным, чтобы эти элементы могли быть включены в состав в следующем диапазоне с тем, чтобы предотвратить выделение вредной фазы, которая в противном случае могла бы уменьшить жаропрочность: B: 0,05 вес.% или менее, C: 0,15 вес.% или менее, Si: 0,1 вес.% или менее, Y: 0,1 вес.% или менее, La: 0,1 вес.% или менее, Ce: 0,1 вес.% или менее, V: 1 вес.% или менее и Zr: 0,1 вес.% или менее.
[0034] В настоящем изобретении диапазон составов, подходящий для сохранения отличного относительного предела ползучести в высокотемпературных средах, может быть установлен по следующей формуле для параметра P1:
P1 (параметр 1) = 137 × [W (вес.%)] + 24 × [Cr (вес.%)] + 46 × [Mo (вес.%)] - 18 × [Re (вес.%)].
Значение P1 может предпочтительно составлять P1 ≤ 700, более предпочтительно P1 ≤ 450, а еще более предпочтительно P1 ≤ 300. В монокристаллическом суперсплаве на основе Ni согласно настоящему изобретению, когда удовлетворяется формула для параметра P1, отличный предел ползучести в высокотемпературных средах можно сохранить при снижении количества W, который имеет высокий удельный вес.
[0035] В настоящем изобретении диапазон составов, подходящий для структурной стабильности, устанавливается по следующей формуле для параметра P2:
P2 (параметр 2) = 30 × [W (вес.%)] + 10 × [Re (вес.%)] - 30 × [Cr (вес.%)] - 20 × [Mo (вес.%)] + 30 × [Al (вес.%)] + 90 × [Ti (вес.%)] + 60 × [Ta (вес.%)] - 5 × [Ru (вес.%)].
Значение P2 может предпочтительно составлять P2 ≤ 500, а более предпочтительно P2 ≤ 400. В монокристаллическом суперсплаве на основе Ni согласно настоящему изобретению, когда удовлетворяется формула для параметра P2, отличную структурную стабильность можно реализовать при снижении количества W, который имеет высокий удельный вес.
[0036] Как описано выше, монокристаллический суперсплав на основе Ni согласно настоящему изобретению может сохранить отличный предел ползучести в высокотемпературных средах без повышения удельного веса. Конкретнее, даже если содержание W составляет всего лишь 2,9 вес.% или менее или же всего лишь 1,9 вес.% или менее для того, чтобы обеспечить монокристаллический суперсплав на основе Ni с низким удельным весом, можно сохранить отличный предел ползучести в высокотемпературных средах. Поэтому монокристаллический суперсплав на основе Ni согласно настоящему изобретению обнаруживает отличный предел ползучести на единицу плотности (т.е. отличный удельный предел ползучести).
[0037] Монокристаллический суперсплав на основе Ni согласно настоящему изобретению может применяться, например, в лопатке 1 турбины, как показано на Фиг.1. Лопатка 1 турбины, включающая в себя монокристаллический суперсплав на основе Ni согласно настоящему изобретению, имеет отличный предел ползучести в высокотемпературных средах и может работать в течение длительного времени в высокотемпературных средах. Кроме того, лопатка 1 турбины имеет низкий удельный вес по сравнению с монокристаллическим суперсплавом на основе Ni четвертого и пятого поколения. Соответственно, лопатка 1 турбины может быть сделана легкой и может работать при более высоких температурах.
[0038] Таким образом, монокристаллический суперсплав на основе Ni согласно настоящему изобретению может содержаться, например, в лопатках турбины (лопатках статора и лопатках ротора) авиационных двигателей, промышленных газовых турбин и в других системах. Кроме того, монокристаллический суперсплав на основе Ni согласно варианту реализации настоящего изобретения может также применяться в деталях или продуктах, предназначенных для работы длительное время в высокотемпературных средах.
[0039] В настоящем изобретении может быть оптимизирована относительная доля γ-фазы и γ'-фазы, диспергированной в γ-фазе. Таким образом, в дополнение к монокристаллическим суперсплавам на основе Ni изобретение может применяться, например, для направленно-кристаллизуемых материалов и обычных отливаемых материалов с подобными настоящему изобретению выгодными эффектами.
ПРИМЕРЫ
[0040] Далее выгодные эффекты настоящего изобретения будут описаны более подробно со ссылками на примеры. Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено этими примерами, и могут быть проделаны различные модификации без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения.
[0041] Сначала в вакуумной плавильной печи готовят расплавы различных видов монокристаллических суперсплавов на основе Ni. Из приготовленных расплавов сплавов отливают слитки сплавов различных составов по Примерам 1-20. Относительные доли компонентов в слитках сплавов по Примерам 1-20 показаны в Таблице 1. Таблица 1 показывает также относительные доли компонентов у соответствующих уровню техники монокристаллических суперсплавов на основе Ni, указанных в качестве Сравнительных примеров 1-8.
[0042]
[0043] Далее слитки сплавов, показанных в Таблице 1, подвергают термообработке на твердый раствор и термообработке старением, получая монокристаллические суперсплавы на основе Ni по Примерам 1-20. При термообработке на твердый раствор температуру постепенно повышают от 1503K-1563K (1230ºC-1290ºC) до 1573K-1613K (1300ºC-1340ºC) и выдерживают в течение 1-10 часов или дольше. При термообработке старением проводят термообработку первичным старением, когда слитки выдерживают при 1273K-1423K (1000ºC-1150ºC) в течение 3-5 часов.
[0044] Для каждого из монокристаллических суперсплавов на основе Ni по Примерам 1-20 состояние структуры сплава изучают сканирующим электронным микроскопом (СЭМ). ТПУ-фаза не обнаружена в микроструктурах ни одного сплава.
[0045] Далее, монокристаллические суперсплавы на основе Ni по Примерам 1-20 подвергают испытанию на ползучесть при температуре 1000ºC-1050ºC и под напряжением 245 МПа. Испытание продолжают до тех пор, пока не произойдет разрушение образцов при ползучести, и длительность этого испытания определяется как долговечность при ползучести. Затем оценивают долговечность при ползучести на единицу удельного веса (плотность: г/см3) для каждого из монокристаллических суперсплавов на основе Ni по Примерам 1-20 и Сравнительным примерам 1-8, используя показанный ниже параметр Ларсона-Миллера (LMP). Результаты оценки показаны в Таблице 1. Характерный график, показывающий соотношение между удельным весом и LMP суперсплавов по Примерам 1-20 и Сравнительным примерам 1-8, представлен на Фиг.2:
LMP = (T + 273) × (20 + Logt)/1000,
где T обозначает температуру (ºC), а t обозначает время до разрушения при ползучести (часы).
[0046] Как показано в Таблице 1 и на Фиг.2, монокристаллические суперсплавы на основе Ni по Примерам 1-20 имеют более высокие значения LMP на единицу удельного веса, чем монокристаллические суперсплавы на основе Ni по Сравнительным примерам 1-8. Монокристаллические суперсплавы на основе Ni по Примерам 1, 9, 10 и 20 с пониженным содержанием W в 2,9 вес.% или менее все еще имеют отличный предел ползучести на единицу удельного веса. Монокристаллические суперсплавы на основе Ni по Примерам 2, 5, 7, 11 и 15-19 с пониженным содержанием W в 1,9 вес.% или менее все еще имеют отличный предел ползучести на единицу удельного веса. Монокристаллические суперсплавы на основе Ni по Примерам 3, 4, 6, 8 и 12-14 вообще без W все еще имеют отличный предел ползучести на единицу удельного веса. Следовательно, монокристаллический суперсплав на основе Ni согласно вариантам реализации настоящего изобретения имеет отличный относительный предел ползучести.
Промышленная применимость
[0047] Согласно настоящему изобретению монокристаллический суперсплав на основе Ni может иметь отличный относительный предел ползучести, и поэтому лопатка турбины, включающая в себя такой монокристаллический суперсплав на основе Ni с отличным относительным пределом ползучести, может быть сделана легкой и может работать при более высоких температурах.
Claims (26)
1. Монокристаллический суперсплав на основе Ni, имеющий следующий состав: Со: от 0,0 вес.% или более до 15,0 вес.% или менее, Сr: от 4,1 до 8,0 вес.%, Мо: от 2,1 до 6,5 вес.%, W: от 0,0 до 2,9 вес.%, Та: от 4,0 до 10,0 вес.%, Аl: от 4,5 до 6,5 вес.%, Ti: от 0,0 до 1,0 вес.%, Hf: от 0,00 до 0,5 вес.%, Nb: от 0,0 до 3,0 вес.%, Re: от 3,0 до 8,0 вес.% и Ru: от 0,5 до 6,5 вес.%, а остальное составляют Ni и неизбежные примеси, причем удовлетворяется Р1≤700, где Р1 обозначает параметр 1, который получен по формуле: Р1=137·[W(вес.%)]+24·[Сr(вес.%)]+46·[Мо(вес.%)]-18·[Re(вес.%)].
2. Суперсплав по п.1, в котором содержание W составляет от 0,0 до 1,9 вес.%.
3. Суперсплав по п.1, в котором удовлетворяется Р2≤500, где Р2 обозначает параметр 2, который получен по формуле: Р2=30·[W(вес.%)]+10·[Re(вес.%)]-30·[Сr(вес.%)]-20·[Мо(вес.%)]+30·[Аl(вес.%)]+90·[Ti(вес.%)]+60·[Та(вес.%)]-5·[Ru(вес.%)].
4. Суперсплав по п.1, дополнительно содержащий по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из В, С, Si, Y, La, Ce, V и Zr.
5. Суперсплав по п.4, в котором выбранные компоненты содержатся в следующем составе: В: 0,05 вес.% или менее, С: 0,15 вес.% или менее, Si: 0,1 вес.% или менее, Y: 0,1 вес.% или менее, La: 0,1 вес.% или менее, Се: 0,1 вес.% или менее, V: 1 вес.% или менее и Zr: 0,1 вес.% или менее.
6. Монокристаллический суперсплав на основе Ni, имеющий следующий состав: Со: от 0,0 до 15,0 вес.%, Сr: от 5,1 до 8,0 вес.%, Мо: от 2,1 до 6,5 вес.%, W: от 0,0 до 2,9 вес.%, Та: от 4,0 до 10,0 вес.%, Аl: от 4,5 до 6,5 вес.%, Ti: от 0,0 до 1,0 вес.%, Hf: от 0,00 до 0,5 вес.%, Nb: от 0,0 до 3,0 вес.%, Re: от 3,0 до 8,0 вес.% и Ru: от 0,5 до 6,5 вес.%, а остальное составляют Ni и неизбежные примеси, причем удовлетворяется Р1≤700, где Р1 обозначает параметр 1, который получен по формуле: Р1=137·[W(вес.%)]+24·[Сr(вес.%)]+46·[Мо(вес.%)]-18·[Re(вес.%)].
7. Суперсплав по п.6, в котором содержание W составляет от 0,0 до 1,9 вес.%.
8. Суперсплав по п.6, в котором удовлетворяется Р2≤500, где Р2 обозначает параметр 2, который получен по формуле: Р2=30·[W(вес.%)]+10·[Re(вес.%)]-30·[Сr(вес.%)]-20·[Мо(вес.%)]+30·[Аl(вес.%)]+90·[Ti(вес.%)]+60·[Та(вес.%)]-5·[Ru(вес.%)].
9. Суперсплав по п.6, дополнительно содержащий по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из В, С, Si, Y, La, Ce, V и Zr.
10. Суперсплав по п.9, в котором выбранные компоненты содержатся в следующем составе: В: 0,05 вес.% или менее, С: 0,15 вес.% или менее, Si: 0,1 вес.% или менее, Y: 0,1 вес.% или менее, La: 0,1 вес.% или менее, Се: 0,1 вес.% или менее, V: 1 вес.% или менее и Zr: 0,1 вес.% или менее.
11. Монокристаллический суперсплав на основе Ni, имеющий следующий состав: Со: от 4,0 до 9,5 вес.%, Сr: от 4,1 до 8,0 вес.%, Мо: от 2,1 до 6,5 вес.%, W: от 0,0 до 2,9 вес.%, Та: от 4,0 до 10,0 вес.%, Аl: от 4,5 до 6,5 вес.%, Ti: от 0,0 до 1,0 вес.%, Hf: от 0,00 до 0,5 вес.%, Nb: от 0,0 до 3,0 вес.%, Re: от 3,0 до 8,0 вес.% и Ru: от 0,5 до 6,5 вес.%, а остальное составляют Ni и неизбежные примеси, причем удовлетворяется Р1≤700, где Р1 обозначает параметр 1, который получен по формуле: Р1=137·[W(вес.%)]+24·[Сr(вес.%)]+46·[Мо(вес.%)]-18·[Re(вес.%)].
12. Суперсплав по п.11, в котором содержание W составляет от 0,0 до 1,9 вес.%.
13. Суперсплав по п.11, в котором удовлетворяется Р2≤500, где Р2 обозначает параметр 2, который получен по формуле: Р2=30·[W(вес.%)]+10·[Re(вес.%)]-30·[Сr(вес.%)]-20·[Мо(вес.%)]+30·[Аl(вес.%)]+90·[Ti(вес.%)]+60·[Та(вес.%)]-5·[Ru(вес.%)].
14. Суперсплав по п.11, дополнительно содержащий по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из В, С, Si, Y, La, Ce, V и Zr.
15. Суперсплав по п.14, в котором выбранные компоненты содержатся в следующем составе: В: 0,05 вес.% или менее, С: 0,15 вес.% или менее, Si: 0,1 вес.% или менее, Y: 0,1 вес.% или менее, La: 0,1 вес.% или менее, Се: 0,1 вес.% или менее, V: 1 вес.% или менее и Zr: 0,1 вес.% или менее.
16. Монокристаллический суперсплав на основе Ni, имеющий следующий состав: Со: от 4,0 до 9,5 вес.%, Сr: от 5,1 до 8,0 вес.%, Мо: от 2,1 до 6,5 вес.%, W: от 0,0 до 2,9 вес.%, Та: от 4,0 до 10,0 вес.%, Аl: от 4,5 до 6,5 вес.%, Ti: от 0,0 до 1,0 вес.%, Hf: от 0,00 до 0,5 вес.%, Nb: от 0,0 до 3,0 вес.%, Re: от 3,0 до 8,0 вес.% и Ru: от 0,5 до 6,5 вес.%, а остальное составляют Ni и неизбежные примеси, причем удовлетворяется Р1≤700, где Р1 обозначает параметр 1, который получен по формуле: Р1=137·[W(вес.%)]+24·[Сr(вес.%)]+46·[Мо(вес.%)]-18·[Re (вес.%)].
17. Суперсплав по п.16, в котором содержание W составляет от 0,0 до 1,9 вес.%.
18. Суперсплав по п.16, в котором удовлетворяется Р2≤500, где Р2 обозначает параметр 2, который получен по формуле: Р2=30·[W(вес.%)]+10·[Re(вес.%)]-30·[Сr(вес.%)]-20·[Мо(вес.%)]+30·[Аl(вес.%)]+90·[Ti(вес.%)]+60·[Та(вес.%)]-5·[Ru(вес.%)].
19. Суперсплав по п.16, дополнительно содержащий по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из В, С, Si, Y, La, Се, V и Zr.
20. Суперсплав по п.19, в котором выбранные компоненты содержатся в следующем составе: В: 0,05 вес.% или менее, С: 0,15 вес.% или менее, Si: 0,1 вес.% или менее, Y: 0,1 вес.% или менее, La: 0,1 вес.% или менее, Се: 0,1 вес.% или менее, V: 1 вес.% или менее и Zr: 0,1 вес.% или менее.
21. Монокристаллический суперсплав на основе Ni, имеющий следующий состав: Со: от 5,0 до 8,0 вес.%, Сr: от 5,1 до 8,0 вес.%, Мо: от 2,2 до 4,8 вес.%, W: от 0,0 до 1,9 вес.%, Та: от 5,5 до 8,0 вес.%, Аl: от 5,4 до 6,0 вес.%, Ti: от 0,0 до 0,5 вес.%, Hf: от 0,08 до 0,5 вес.%, Nb: от 0,0 до 1,0 вес.%, Re: от 4,0 до 7,5 вес.% и Ru: от 1,0 до 5,0 вес.%, а остальное составляют Ni и неизбежные примеси.
22. Суперсплав по п.21, в котором удовлетворяется Р1≤700, где Р1 обозначает параметр 1, который получен по формуле: Р1=137·[W(вес.%)]+24·[Сr(вес.%)]+46·[Мо(вес.%)]-18·[Re(вес.%)].
23. Суперсплав по п.21, в котором удовлетворяется Р2≤500, где Р2 обозначает параметр 2, который получен по формуле: Р2=30·[W(вес.%)]+10·[Re(вес.%)]-30·[Сr(вес.%)]-20·[Мо(вес.%)]+30·[Аl(вес.%)]+90·[Ti(вес.%)]+60·[Та(вес.%)]-5·[Ru(вес.%)].
24. Суперсплав по п.21, дополнительно содержащий по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из В, С, Si, Y, La, Се, V и Zr.
25. Суперсплав по п.24, в котором выбранные компоненты содержатся в следующем составе: В: 0,05 вес.% или менее. С: 0,15 вес.% или менее, Si: 0,1 вес.% или менее, Y: 0,1 вес.% или менее, La: 0,1 вес.% или менее, Се: 0,1 вес.% или менее, V: 1 вес.% или менее и Zr: 0,1 вес.% или менее.
26. Лопатка турбины, включающая в себя монокристаллический суперсплав на основе Ni по любому из пп.1-25.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007061501 | 2007-03-12 | ||
JP2007-061501 | 2007-03-12 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2415959C1 true RU2415959C1 (ru) | 2011-04-10 |
Family
ID=39759520
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009137129/02A RU2415959C1 (ru) | 2007-03-12 | 2008-03-11 | МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ СУПЕРСПЛАВ НА ОСНОВЕ Ni И СОДЕРЖАЩАЯ ЕГО ЛОПАТКА ТУРБИНЫ |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20100092302A1 (ru) |
EP (1) | EP2128284B1 (ru) |
JP (1) | JP4557079B2 (ru) |
CN (1) | CN101680059B (ru) |
CA (1) | CA2680650C (ru) |
RU (1) | RU2415959C1 (ru) |
WO (1) | WO2008111585A1 (ru) |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010119709A1 (ja) | 2009-04-17 | 2010-10-21 | 株式会社Ihi | Ni基単結晶超合金及びこれを用いたタービン翼 |
US8449262B2 (en) * | 2009-12-08 | 2013-05-28 | Honeywell International Inc. | Nickel-based superalloys, turbine blades, and methods of improving or repairing turbine engine components |
KR20110114928A (ko) * | 2010-04-14 | 2011-10-20 | 한국기계연구원 | 크리프 특성이 우수한 단결정 니켈기 초내열합금 |
JP6016016B2 (ja) * | 2012-08-09 | 2016-10-26 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | Ni基単結晶超合金 |
JP6093567B2 (ja) * | 2012-12-26 | 2017-03-08 | 中部電力株式会社 | ニッケル基超合金の劣化診断方法 |
EP3031939B1 (en) * | 2013-08-05 | 2018-04-11 | National Institute for Materials Science | Ni-group superalloy strengthened by oxide-particle dispersion |
JP6226231B2 (ja) | 2013-09-18 | 2017-11-08 | 株式会社Ihi | 熱遮蔽コーティングしたNi合金部品及びその製造方法 |
GB2536940A (en) | 2015-04-01 | 2016-10-05 | Isis Innovation | A nickel-based alloy |
EP3133178B1 (de) * | 2015-08-19 | 2018-08-01 | MTU Aero Engines GmbH | Optimierte nickelbasis-superlegierung |
US10253396B2 (en) | 2016-09-02 | 2019-04-09 | General Electric Company | Modified articles, coated articles, and modified alloys |
FR3091709B1 (fr) * | 2019-01-16 | 2021-01-22 | Safran | Superalliage à base de nickel à tenue mécanique élevée à haute température |
FR3091708B1 (fr) * | 2019-01-16 | 2021-01-22 | Safran | Superalliage à base de nickel à faible densité et avec une tenue mécanique et environnementale élevée à haute température |
CN109797433B (zh) * | 2019-01-23 | 2021-05-25 | 深圳市万泽中南研究院有限公司 | 单晶高温合金、热端部件及设备 |
RU2700442C1 (ru) * | 2019-06-04 | 2019-09-17 | Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" | Никелевый жаропрочный сплав для монокристаллического литья |
CN114892044A (zh) * | 2022-05-30 | 2022-08-12 | 湘潭大学 | 一种tcp相析出少、蠕变断裂寿命长的镍基高温合金 |
CN115466881A (zh) * | 2022-09-30 | 2022-12-13 | 浙江大学 | 一种组织稳定的***镍基单晶高温合金及其制备方法 |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4582548A (en) * | 1980-11-24 | 1986-04-15 | Cannon-Muskegon Corporation | Single crystal (single grain) alloy |
US4643782A (en) | 1984-03-19 | 1987-02-17 | Cannon Muskegon Corporation | Single crystal alloy technology |
CA1315572C (en) * | 1986-05-13 | 1993-04-06 | Xuan Nguyen-Dinh | Phase stable single crystal materials |
JP2843476B2 (ja) * | 1992-03-09 | 1999-01-06 | 日立金属株式会社 | 高耐食高強度超合金、高耐食高強度単結晶鋳造物、ガスタービンおよびコンバインドサイクル発電システム |
US5395584A (en) * | 1992-06-17 | 1995-03-07 | Avco Corporation | Nickel-base superalloy compositions |
US5366695A (en) | 1992-06-29 | 1994-11-22 | Cannon-Muskegon Corporation | Single crystal nickel-based superalloy |
US5482789A (en) * | 1994-01-03 | 1996-01-09 | General Electric Company | Nickel base superalloy and article |
JPH11256258A (ja) * | 1998-03-13 | 1999-09-21 | Toshiba Corp | Ni基単結晶超合金およびガスタービン部品 |
US6966956B2 (en) | 2001-05-30 | 2005-11-22 | National Institute For Materials Science | Ni-based single crystal super alloy |
JP3840555B2 (ja) * | 2001-05-30 | 2006-11-01 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | Ni基単結晶超合金 |
WO2003080882A1 (fr) * | 2002-03-27 | 2003-10-02 | National Institute For Materials Science | Superalliage a base de ni solidifie de maniere directionnelle et superalliage a cristal unique a base de ni |
JP3814662B2 (ja) * | 2002-12-06 | 2006-08-30 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | Ni基単結晶超合金 |
JP3944582B2 (ja) * | 2003-09-22 | 2007-07-11 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | Ni基超合金 |
GB0412584D0 (en) * | 2004-06-05 | 2004-07-07 | Rolls Royce Plc | Composition of matter |
-
2008
- 2008-03-11 CA CA2680650A patent/CA2680650C/en not_active Expired - Fee Related
- 2008-03-11 CN CN2008800156421A patent/CN101680059B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2008-03-11 RU RU2009137129/02A patent/RU2415959C1/ru active
- 2008-03-11 US US12/530,900 patent/US20100092302A1/en not_active Abandoned
- 2008-03-11 WO PCT/JP2008/054387 patent/WO2008111585A1/ja active Application Filing
- 2008-03-11 JP JP2008516055A patent/JP4557079B2/ja active Active
- 2008-03-11 EP EP08721803.8A patent/EP2128284B1/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2008111585A1 (ja) | 2008-09-18 |
CA2680650C (en) | 2012-07-03 |
CN101680059A (zh) | 2010-03-24 |
EP2128284B1 (en) | 2015-08-19 |
CA2680650A1 (en) | 2008-09-18 |
EP2128284A1 (en) | 2009-12-02 |
JPWO2008111585A1 (ja) | 2010-06-24 |
JP4557079B2 (ja) | 2010-10-06 |
CN101680059B (zh) | 2011-07-06 |
US20100092302A1 (en) | 2010-04-15 |
EP2128284A4 (en) | 2014-06-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2415959C1 (ru) | МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ СУПЕРСПЛАВ НА ОСНОВЕ Ni И СОДЕРЖАЩАЯ ЕГО ЛОПАТКА ТУРБИНЫ | |
RU2482205C1 (ru) | МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ СУПЕРСПЛАВ НА ОСНОВЕ Ni И ВКЛЮЧАЮЩАЯ ЕГО ЛОПАТКА ТУРБИНЫ | |
CA2663632C (en) | Ni-based single crystal superalloy | |
JP5696995B2 (ja) | 耐熱超合金 | |
JP3814662B2 (ja) | Ni基単結晶超合金 | |
JP3892831B2 (ja) | 単結晶タービンベーン用の超合金 | |
JPWO2006059805A1 (ja) | 耐熱超合金 | |
RU2518838C2 (ru) | МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ СУПЕРСПЛАВ НА ОСНОВЕ Ni И ЛОПАТКА ТУРБИНЫ | |
RU2295585C2 (ru) | Высокопрочный, стойкий к высокотемпературной коррозии и окислению суперсплав на основе никеля и направленно отвержденное изделие из этого суперсплава | |
KR101687320B1 (ko) | Ni기 단결정 초합금 | |
US8852500B2 (en) | Ni-base superalloy, method for producing the same, and turbine blade or turbine vane components | |
JP3840555B2 (ja) | Ni基単結晶超合金 | |
JP5876915B2 (ja) | 高強度単結晶超合金 | |
JP4115369B2 (ja) | Ni基超合金 | |
JP4911753B2 (ja) | Ni基超耐熱合金及びそれを用いたガスタービン部品 | |
CA2727105C (en) | Improved low sulfur nickel-base single crystal superalloy with ppm additions of lanthanum and yttrium | |
US9499886B2 (en) | Ni-based single crystal superalloy and turbine blade incorporating the same | |
JP2002194467A (ja) | 産業用タービンの単結晶ブレードのための高い耐高温腐食性をもつニッケル系超合金 |