RU2539643C1

RU2539643C1 - Heat-resistant alloy based on nickel for manufacture of blades of gas-turbine units and method of its heat treatment

Info

Publication number: RU2539643C1
Application number: RU2014106114/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Павлович Авдюхин; Алексей Владимирович Дуб; Юлия Георгиевна Квасницкая; Геннадий Дмитриевич Ковалев; Александр Евгеньевич Кульмизев; Владимир Платонович Лубенец; Георгий Филиппович Мяльница; Владимир Николаевич Скоробогатых
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2015-01-20

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to corrosion-resistant heat-resistant alloys based on nickel and can be used for manufacture of parts of a hot path of gas-turbine units operating in corrosive media. Heat-resistant alloy based on nickel contains the following, wt %: carbon 0.05-0.09; chrome 15.4-15.8; cobalt 10.0-10.4; tungsten 5.0-5.3; molybdenum 1.6-1.8; titanium 4.3-4.5; aluminium 3.0-3.2; boron 0.06-0.09; zirconium <0.015; hafnium 0.2-0.3; silicone <0.1; iron <0.1; copper <0.05; sulphur <0.005; nitrogen <20 ppm; oxygen <15 ppm, cerium <0.015; niobium 0.1-0.2; yttrium <0.03; manganese <0.1; phosphorus <0.005 and nickel is the rest. A manufacturing method of blades of gas-turbine units from heat-resistant alloy based on nickel is characterised by the fact that heat treatment is performed by homogenising annealing and ageing. Homogenising annealing is performed in inert atmosphere at heating rate of 5-10°C/min to the temperature of 1060±10°C, with exposure during 3-4 hours and cooling to the rate of 30-50°C/min to the temperature of 600-700°C and further to room temperature. Ageing is performed at the temperature of 850±10°C during 16 hours with further cooling in the air to room temperature.

EFFECT: increasing strength, ductility and corrosive resistance of an alloy with an equiaxial structure in combination with high structural stability for operating life and reduced level of gas shrinkage porosity.

2 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейным коррозионно-стойким жаропрочным сплавам на основе никеля с хромом, кобальтом, вольфрамом, молибденом, и может быть использовано для изготовления литьем деталей горячего тракта газотурбинных установок (ГТУ), работающих в агрессивных средах природного газа при температурах 600-900°С, например лопаток с равноосной структурой.The invention relates to metallurgy, in particular to casting corrosion-resistant heat-resistant alloys based on nickel with chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, and can be used for casting parts of the hot tract of gas turbine units (GTU) operating in aggressive natural gas environments at temperatures 600-900 ° C, for example vanes with equiaxial structure.

Высокие прочностные характеристики таких сплавов достигаются за счет значительного количества (35-55 ат.%) упрочняющей γ′-фазы (Ni₃Al), легированной ниобием, танталом и другими элементами, а также упрочнением твердого раствора (γ-фазы) кобальтом, хромом, молибденом, вольфрамом. Повышенную коррозионную стойкость обеспечивают содержанием хрома в количестве 13-17 мас.% при отношении содержания титана к содержанию алюминия ≥1,0, а также введением редкоземельных элементов. Сопротивление окислению при повышенных температурах обеспечивают повышенным содержанием алюминия и титана, ограничением содержания молибдена в сочетании с введением редкоземельных элементов. Служебные характеристики лопаток из жаропрочных сплавов на основе никеля зависят от способа термообработки, обеспечивающего оптимальную структуру металла и распределение упрочняющих соединений в сплаве.High strength characteristics such alloys are achieved by a significant amount (35-55 at.%) Of the strengthening γ'-phase (Ni ₃ Al), niobium alloy, tantalum and other elements, and solid solution hardening (γ-phase) cobalt, chromium , molybdenum, tungsten. Increased corrosion resistance is provided by a chromium content of 13-17 wt.% With a ratio of titanium to aluminum content of ≥1.0, as well as the introduction of rare earth elements. Oxidation resistance at elevated temperatures is provided by a high content of aluminum and titanium, a limitation of the molybdenum content in combination with the introduction of rare earth elements. The service characteristics of the blades of heat-resistant nickel-based alloys depend on the heat treatment method, which ensures the optimal metal structure and the distribution of hardening compounds in the alloy.

Служебные характеристики сплавов, в том числе структурная стабильность на ресурс (исключение образования охрупчивающих фаз), и склонность к образованию в литом состоянии неравновесных эвтектических фаз, на месте которых при термообработке образуются поры и трещины, могут быть оценены по известной методике ФАКОМП. Характеристики длительной прочности, критические точки сплава и другие его физико-механические свойства также могут быть оценены по известным методикам (Н. Harada, Сб. Alloys Design for Nickel-base Superalloys, 1982, p.p.721-735; H. Harada и др., Сб. Superalloys, 1988; p.p.733-742; Сб. Superalloys, 2000; p.p.729-736).Service characteristics of alloys, including structural stability per resource (eliminating the formation of embrittlement phases), and the tendency to form non-equilibrium eutectic phases in the molded state, at the site of which pores and cracks form during heat treatment, can be evaluated using the well-known FACOMP method. The long-term strength characteristics, critical points of the alloy and its other physical and mechanical properties can also be evaluated by known methods (N. Harada, Sat. Alloys Design for Nickel-base Superalloys, 1982, pp721-735; H. Harada et al., Sat. Superalloys, 1988; pp733-742; Sat. Superalloys, 2000; pp729-736).

Известен коррозионно-стойкий жаропрочный сплав на основе никеля для изготовления литых рабочих лопаток газотурбинных установок (ГТУ) с равноосной структурой. Известный сплав включает углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, титан, ниобий, тантал, бор, цирконий и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,015; хром 16,0; кобальт 8,75; вольфрам 2,7; молибден 1,75; алюминий 3,6; титан 3,7; ниобий 1,0; тантал 1,8; бор 0,1; цирконий 0,01; никель остальное. Известный сплав используют для изготовления лопаток ГТУ с пониженной газоусадочной пористостью за счет повышенного содержания бора (до 0,10 мас.%) и пониженного содержания углерода (до 0.02 мас.%). Уменьшения газоусадочной пористости достигают в результате более полной пропитки при кристаллизации жидким расплавом междендритных областей, так как боридные эвтектики имеют более низкую температуру растворения T_SOL≈1150-1170°С по сравнению с температурой растворения карбоборидной эвтектики TSol ~ 1200-1235°С традиционно легированных сплавов. Такие сплавы получили название ВС-сплавы (G.L.R. Durber, сб. «High Temperature Alloys for Gas Turbines", 1978, p.p.459-465).Known corrosion-resistant heat-resistant alloy based on Nickel for the manufacture of cast rotor blades of gas turbine units (GTU) with equiaxed structure. Known alloys include carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, titanium, niobium, tantalum, boron, zirconium and nickel in the following ratio, wt.%: Carbon 0.015; chrome 16.0; cobalt 8.75; tungsten 2.7; molybdenum 1.75; aluminum 3.6; titanium 3.7; niobium 1.0; tantalum 1.8; boron 0.1; zirconium 0.01; nickel rest. The known alloy is used for the manufacture of gas turbine blades with reduced gas-shrinkage porosity due to the increased boron content (up to 0.10 wt.%) And low carbon content (up to 0.02 wt.%). The decrease in gas-shrinkage porosity is achieved as a result of more complete impregnation of the dendritic regions during crystallization by liquid melt, since boride eutectics have a lower dissolution temperature T _SOL ≈ 1150-1170 ° С in comparison with the dissolution temperature of carboloride eutectics TSol ~ 1200-1235 ° С of traditionally alloyed alloys . Such alloys are called BC alloys (GLR Durber, Sat. "High Temperature Alloys for Gas Turbines", 1978, pp459-465).

Однако известные сплавы подобного типа, например, В1981, который используют для изготовления крупногабаритных рабочих лопаток ГТУ, при достаточной структурной стабильности на ресурс эксплуатации и высокой коррозионной стойкости имеют пониженные показатели жаропрочности, несмотря на содержание около 1,6 мас.% тантала.However, well-known alloys of this type, for example, B1981, which is used for the manufacture of large-sized GTU rotor blades, with sufficient structural stability for the service life and high corrosion resistance, have low heat resistance, despite the content of about 1.6 wt.% Tantalum.

Известен жаропрочный сплав на основе никеля, включающий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, титан, бор, церий, ниобий, кальций, цирконий, кремний, марганец, серу, фосфор и никель при следующих соотношениях компонентов, мас.%: углерод 0.07-0,15; хром 12,5-14,0; кобальт 4,0-6,0; вольфрам 4,0-6,0; молибден 1,5-2,5; алюминий 2,8-3,2; титан 4,5-5,5; бор 0,01-0,05; церий 0,02-0,05; ниобий 0,05-1,0; кальций 0,005-0,01; цирконий 0,005-0,01; кремний 0,4; марганец 0,4; сера не более 0,015, фосфор не более 0,015; никель - остальное (описание SU 1072497, С22С 19/05, опубликовано 07.07.1993).Known heat-resistant alloy based on Nickel, including carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, titanium, boron, cerium, niobium, calcium, zirconium, silicon, manganese, sulfur, phosphorus and nickel in the following ratios of components, wt.%: carbon 0.07-0.15; chrome 12.5-14.0; cobalt 4.0-6.0; tungsten 4.0-6.0; molybdenum 1.5-2.5; aluminum 2.8-3.2; titanium 4.5-5.5; boron 0.01-0.05; cerium 0.02-0.05; niobium 0.05-1.0; calcium 0.005-0.01; zirconium 0.005-0.01; silicon 0.4; manganese 0.4; sulfur not more than 0.015, phosphorus not more than 0.015; nickel - the rest (description SU 1072497, С22С 19/05, published 07.07.1993).

Известный сплав характеризуется достаточно высокой жаропрочностью и структурной стабильностью на ресурс, но имеет умеренную коррозионную стойкость, а также недостаточную кратковременную и длительную пластичность. При этом, при достаточно высоком содержании бора (до 0,05 мас.%) известный сплав имеет объем газоусадочной пористости, практически равный пористости сплавов с традиционным легированием.The known alloy is characterized by a sufficiently high heat resistance and structural stability for a resource, but has moderate corrosion resistance, as well as insufficient short-term and long-term ductility. Moreover, with a sufficiently high boron content (up to 0.05 wt.%), The known alloy has a volume of gas-shrink porosity that is almost equal to the porosity of alloys with traditional alloying.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является жаропрочный сплав на основе никеля для изготовления рабочей или сопловой лопатки с равноосной структурой для газовой турбины и способ его термообработки (RU 2443792, С22С 19/05, опубликовано 27.02.2012).The closest in technical essence and the achieved result is a heat-resistant nickel-based alloy for the manufacture of a working or nozzle blade with an equiaxed structure for a gas turbine and a method for its heat treatment (RU 2443792, С22С 19/05, published 02.27.2012).

Известный сплав содержит углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, титан, бор, тантал, цирконий, гафний, кремний, железо, медь, серу, азот, кислород и никель при следующих соотношениях компонентов, мас.%: углерод 0,04-0,12; хром 11,5-12,5; кобальт 11,5-12,5; вольфрам 3,3-3,7; молибден 1,7-2,1; алюминий 3,35-3,65; титан 4,85-5,15; бор 0,01-0,02; тантал 2,3-2,7; цирконий 0,0-20 ppm; гафний 0,0-0,05; кремний менее 0,05; железо 0,0-0,15; медь 0,0-0,10; сера 0,0-0,0012, азот 0,0-25 ppm; кислород 0,0-10 ppm и никель остальное.The known alloy contains carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, titanium, boron, tantalum, zirconium, hafnium, silicon, iron, copper, sulfur, nitrogen, oxygen and nickel in the following ratios of components, wt.%: Carbon 0, 04-0.12; chrome 11.5-12.5; cobalt 11.5-12.5; tungsten 3.3-3.7; molybdenum 1.7-2.1; aluminum 3.35-3.65; titanium 4.85-5.15; boron 0.01-0.02; tantalum 2.3-2.7; zirconium 0.0-20 ppm; hafnium 0.0-0.05; silicon less than 0.05; iron 0.0-0.15; copper 0.0-0.10; sulfur 0.0-0.0012, nitrogen 0.0-25 ppm; oxygen is 0.0-10 ppm and nickel is the rest.

Способ термообработки известного сплава включает нагревание до температуры 2050±25°F (1120±4°C) и выдерживание в течение 2 часов ±15 минут, охлаждение закалкой в потоке газа (аргон, гелий) до температуры 1100°F (593°C) или ниже, повторное нагревание до температуры 1975±25°F (1080±4°C), и выдерживание в течение 4 часов ±15 минут, повторное охлаждение закалкой в потоке газа до температуры 1100°F (593°C) или ниже, нагревание сплава до температуры 1550°F±25° F (843±4°C) и выдерживание (старение) в течение 24 часов ±30 минут, и охлаждение сплава до температуры 1100°F (593°C) или ниже.The heat treatment method of the known alloy includes heating to a temperature of 2050 ± 25 ° F (1120 ± 4 ° C) and holding for 2 hours ± 15 minutes, quenching in a gas stream (argon, helium) to a temperature of 1100 ° F (593 ° C) or lower, reheating to a temperature of 1975 ± 25 ° F (1080 ± 4 ° C), and holding for 4 hours ± 15 minutes, re-quenching in a gas stream to a temperature of 1100 ° F (593 ° C) or lower, heating alloy to a temperature of 1550 ° F ± 25 ° F (843 ± 4 ° C) and aging (aging) for 24 hours ± 30 minutes, and cooling the alloy to a temperature of 1100 ° F (593 ° C) or lower.

Известный сплав за счет значительного объема упрочняющей γ′-фазы (≈56 ат.%) характеризуется повышенной жаропрочностью, однако содержит до 6% эвтектики, которая при используемом для этого сплава способе термообработки не может быть растворена (ее T_SOL>1200°C), не участвует в упрочнении и приводит к повышению газо-усадочной пористости. Кроме того, известный сплав не обладает достаточной коррозионной стойкостью и в процессе наработки в нем прогнозируется выпадение ≈ 2% охрупчивающей σ-фазы.Due to the significant volume of the strengthening γ′-phase (≈56 at.%), The known alloy is characterized by increased heat resistance, however, it contains up to 6% eutectic, which cannot be dissolved with the heat treatment method used for this alloy (its T _SOL > 1200 ° C) does not participate in hardening and leads to an increase in gas-shrinkage porosity. In addition, the well-known alloy does not possess sufficient corrosion resistance and, during operation, it is predicted that ≈ 2% embrittlement of the σ phase will drop out.

Задачей и техническим результатом изобретения является повышение характеристик прочности, пластичности и коррозионной стойкости металла лопаток с равноосной структурой в сочетании с повышенной структурной стабильностью на ресурс и пониженным уровнем газоусадочной пористости.The objective and technical result of the invention is to increase the strength, ductility and corrosion resistance of metal blades with equiaxial structure in combination with increased structural stability on the resource and a lower level of gas shrink porosity.

Технический результат достигается тем, что жаропрочный сплав на основе никеля для изготовления лопаток газотурбинных установок содержит углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, бор, цирконий, гафний, кремний, железо, медь, серу, азот, кислород, церий, ниобий, иттрий, марганец, фосфор и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,05-0,09; хром 15,4-15,8; кобальт 10,0-10,4; вольфрам 5,0-5,3; молибден 1,6-1,8; титан 4,3-4,5; алюминий 3,0-3,2; бор 0,06-0,09; цирконий<0,015; гафний 0,2-0,3; кремний <0,1; железо <0,1; медь <0,05 сера <0,005; азот <20 ppm; кислород <15 ppm, церий <0,015; ниобий 0,1-0,2; иттрий <0,03; марганец <0,1; фосфор <0,005 и никель остальное.The technical result is achieved in that the heat-resistant nickel-based alloy for the manufacture of gas turbine blades contains carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, titanium, aluminum, boron, zirconium, hafnium, silicon, iron, copper, sulfur, nitrogen, oxygen, cerium , niobium, yttrium, manganese, phosphorus and nickel in the following ratio of components, wt.%: carbon 0.05-0.09; chrome 15.4-15.8; cobalt 10.0-10.4; tungsten 5.0-5.3; molybdenum 1.6-1.8; titanium 4.3-4.5; aluminum 3.0-3.2; boron 0.06-0.09; zirconium <0.015; hafnium 0.2-0.3; silicon <0.1; iron <0.1; copper <0.05 sulfur <0.005; nitrogen <20 ppm; oxygen <15 ppm, cerium <0.015; niobium 0.1-0.2; yttrium <0.03; manganese <0.1; phosphorus <0.005 and nickel else.

Технический результат также достигается тем, что способ термической обработки сплава по п.1 включает гомогенизирующий отжиг с нагреванием, выдержкой и охлаждением, а также старение при температуре 850±10°C, причем гомогенизирующий отжиг ведут с нагреванием со скоростью 5-10°C/мин до температуры 1060±10°C, выдержкой в течение 3-4 часов в инертной среде, а охлаждение - со скоростью 30-50°C/мин до температуры 600-700°C и далее с произвольной скоростью до комнатной температуры, а старение ведут в течение 16 часов с последующим охлаждением на воздухе до комнатной температуры.The technical result is also achieved by the fact that the method of heat treatment of the alloy according to claim 1 includes homogenizing annealing with heating, aging and cooling, as well as aging at a temperature of 850 ± 10 ° C, and homogenizing annealing is carried out with heating at a speed of 5-10 ° C / min to a temperature of 1060 ± 10 ° C, holding for 3-4 hours in an inert environment, and cooling - at a speed of 30-50 ° C / min to a temperature of 600-700 ° C and then at an arbitrary speed to room temperature, and aging lead for 16 hours, followed by cooling in air to room temperature temperature first.

Нагревать известный сплав до температур, близких к 1150°C и выше, нельзя, так как возможно оплавление боридной эвтектики, что приведет к снижению служебных характеристик лопатки.It is impossible to heat a known alloy to temperatures close to 1150 ° C and above, since fusion of a boride eutectic is possible, which will lead to a decrease in the service characteristics of the blade.

Достижение поставленного технического результата можно проиллюстрировать примером осуществления способа и данными таблиц 1-2, где представлены составы известных сплавов и сплава по изобретению, а также их служебные характеристики, оцененные по известным методикам, в том числе использованным в описании патента RU 2443792.The achievement of the technical result can be illustrated by an example of the method and the data in tables 1-2, which show the compositions of the known alloys and alloy according to the invention, as well as their performance characteristics, evaluated by known methods, including those used in the description of patent RU 2443792.

При этом учитывалось, что известный сплав по патенту RU 2443792 подвергали термической обработке, включающей нагревание до температуры 1120±4°С, выдержку в течение 2 часов ±15 минут, охлаждение закалкой в потоке газа аргона до температуры 590°C, повторное нагревание до температуры 1080±4°C и выдержку в течение 4 часов ±15 минут, повторное охлаждение закалкой в потоке аргона до температуры 590°C, нагревание сплава до температуры 843±4°C и выдержку в течение 24 часов ±30 минут, а также последующее охлаждение до комнатной температуры.It was taken into account that the known alloy according to the patent RU 2443792 was subjected to heat treatment, including heating to a temperature of 1120 ± 4 ° C, holding for 2 hours ± 15 minutes, cooling by quenching in an argon gas stream to a temperature of 590 ° C, reheating to a temperature 1080 ± 4 ° C and holding for 4 hours ± 15 minutes, re-cooling by quenching in an argon stream to a temperature of 590 ° C, heating the alloy to a temperature of 843 ± 4 ° C and holding for 24 hours ± 30 minutes, as well as subsequent cooling to room temperature.

Также учитывалось, что сплав по изобретению подвергали гомогенизирующему отжигу, включающему нагревание со скоростью 5-10°С/мин до температуры 1060±10°C, выдержку в течение 3-4 часов в инертной среде, последующее охлаждение со скоростью 30-40°C/мин до температуры 650±25°C и далее с произвольной скоростью до комнатной температуры, а повторный нагрев на старение при температуре 850±10°C вели с выдержкой в течение 16 часов с последующим охлаждением на воздухе до комнатной температуры.It was also taken into account that the alloy according to the invention was subjected to homogenizing annealing, including heating at a speed of 5-10 ° C / min to a temperature of 1060 ± 10 ° C, holding for 3-4 hours in an inert medium, followed by cooling at a speed of 30-40 ° C / min to a temperature of 650 ± 25 ° C and further at an arbitrary rate to room temperature, and re-heating for aging at a temperature of 850 ± 10 ° C was carried out with exposure for 16 hours, followed by cooling in air to room temperature.

Повышенное содержание бора (0,06-0,09 мас.%), дополнительное присутствие церия, ниобия, иттрия, марганца при ограниченном содержании фосфора позволит сформировать структуру сплава, обеспечивающую более полную пропитку жидким расплавом междендритных областей, повысить жаропрочность, пластичность и коррозионную стойкость металла лопаток с равноосной структурой.The increased boron content (0.06-0.09 wt.%), The additional presence of cerium, niobium, yttrium, manganese with a limited phosphorus content will allow the formation of an alloy structure that provides a more complete impregnation of the dendritic regions with a liquid melt, increase heat resistance, ductility and corrosion resistance metal blades with equiaxial structure.

Осуществление гомогенизирующего отжига с заданными скоростями нагревания и охлаждения, выдержки в инертной среде при температуре ниже нижнего порога растворения боридной эвтектики T_SOL=1150°C, а также предлагаемый режим старения и последующего охлаждения, позволит получить оптимальные объем и размер упрочняющей γ′-фазы как внутри зерен, так и на границах зерен. Состав сплава и режим его термообработки обеспечивают высокий уровень структурной стабильности на ресурс (показатели M_{dy крит}≤0,928 N_v≤2,36 меньше критических значений).The implementation of homogenizing annealing with the given heating and cooling rates, holding in an inert medium at a temperature below the lower threshold of boride eutectic dissolution T _SOL = 1150 ° C, as well as the proposed regime of aging and subsequent cooling, will allow us to obtain the optimal volume and size of the strengthening γ′-phase as inside grains and at grain boundaries. The composition of the alloy and its heat treatment mode provide a high level of structural stability per resource (indicators M _{dy crit} ≤0.928 N _v ≤2.36 less than critical values).

Данные таблицы 2 показывают, что сплав по изобретению обладает оптимальным сочетанием служебных характеристик, имеет повышенную стабильность на ресурс (нет выпадения σ-фазы), более высокие показатели (в 4 раза) по коррозионной стойкости и более низкую (в 1,5-1,7 раза) газоусадочную пористость.The data in table 2 show that the alloy according to the invention has the optimal combination of service characteristics, has increased stability on the resource (there is no loss of the σ-phase), higher rates (4 times) in corrosion resistance and lower (1.5-1, 7 times) gas-shrink porosity.

Таблица 1Table 1 Химический состав сплавов для литья лопатокThe chemical composition of the alloys for casting blades СодержаниеContent Известные сплавыFamous alloys Сплав по изобретениюAlloy according to the invention компонентов,components В1981B1981 По патентуAccording to patent По патентуAccording to patent мас.%wt.% SU 1072497SU 1072497 RU 2443792RU 2443792 углеродcarbon 0,0150.015 0,07-0,150.07-0.15 0,04-0,120.04-0.12 0,05-0,090.05-0.09 хромchromium 16,016,0 12,5-14,012.5-14.0 11,5-12,511.5-12.5 15,4-15,815.4-15.8 кобальтcobalt 8,758.75 4,0-6,04.0-6.0 11,5-12,511.5-12.5 10,0-10,410.0-10.4 вольфрамtungsten 2,72.7 4,0-6,04.0-6.0 3,3-3,73.3-3.7 5,0-5,35.0-5.3 молибденmolybdenum 1,751.75 1,5-2,51.5-2.5 1,7-2,11.7-2.1 1,6-1,81.6-1.8 титанtitanium 3,73,7 4,5-5,54,5-5,5 4,85-5,154.85-5.15 4,3-4,54.3-4.5 алюминийaluminum 3,63.6 2,8-3,22.8-3.2 3,35-3,653.35-3.65 3,0-3,23.0-3.2 борboron одod 0,01-0,050.01-0.05 0,01-0,020.01-0.02 0,06-0,090.06-0.09 танталtantalum 1,81.8 -- 2,3-2,72.3-2.7 -- цирконийzirconium 0,010.01 0,005-0,010.005-0.01 0,0-20 ppm0.0-20 ppm ≤0,015≤0.015 гафнийhafnium -- -- 0,0-0050,0-005 0,2-0,30.2-0.3 кремнийsilicon -- 0,40.4 ≤0,05≤0.05 ≤0,1≤0.1 железоiron -- -- 0,0-0,150,0-0,15 ≤0,1≤0.1 медьcopper -- -- 0,0-0,10,0-0,1 ≤0,05≤0.05 сераsulfur -- ≤0,15≤0.15 0,0-0,00120,0-0,0012 ≤0,005≤0.005 азотnitrogen -- -- 0,0-25 ppm0.0-25 ppm ≤20 ppm≤20 ppm кислородoxygen -- -- 0,0-10 ppm0.0-10 ppm ≤15 ppm≤15 ppm церийcerium -- 0,02-0,050.02-0.05 -- ≤0,015≤0.015 ниобийniobium 1,01,0 0,05-1,00.05-1.0 -- 0,1-0,20.1-0.2 иттрийyttrium -- -- -- ≤0,03≤0.03 марганецmanganese -- 0,40.4 ≤0,08≤0.08 ≤0,1≤0.1 фосфорphosphorus -- ≤0,015≤0.015 ≤0,005≤0.005 ≤0,005≤0.005 кальцийcalcium -- 0,005-0,010.005-0.01 -- -- никельnickel остальноеrest остальноеrest остальноеrest остальноеrest

Таблица 2table 2 Жаропрочные сплавы с равноосной структурой лопатокHeat resistant alloys with equiaxed blade structure Характеристики сплаваAlloy characteristics Известные сплавыFamous alloys Сплав по изобретениюAlloy according to the invention В1981B1981 По патенту SU 1072497According to patent SU 1072497 По патенту RU 2443792According to patent RU 2443792 1. Упрочняющая γ′-фаза 1.1. Объем γ′-фазы, ат.%1. The strengthening γ′-phase 1.1. The volume of the γ′-phase, at.% 47,947.9 49,249.2 55,755.7 45,145.1 1.2. Суммарное содержание титана и алюминия, мас.%1.2. The total content of titanium and aluminum, wt.% 7,37.3 8,08.0 8,58.5 7,57.5 1.3.Сольвус Тγ′, °C осредненный1.3. Solvus Тγ ′, ° C averaged 11671167 12311231 11981198 11941194 1.4. Степень залегированности γ′-фазы1.4. Degree of legality of the γ′-phase 1,0881,088 1,0591,059 1,0811,081 1,0781,078 1.5. Ti/Al1.5. Ti / Al 1,031,03 1,661,66 1,431.43 1,421.42 1.6. Mismach при 850°C1.6. Mismach at 850 ° C +0,001+0.001 -0,003-0.003 -0,006-0.006 -0,005-0.005 1.7. Количество неравновесной эвтектической γ′-фазы, межось-литой, %1.7. The amount of non-equilibrium eutectic γ′-phase, inter-molten,% 5-65-6 1-21-2 5-65-6 1-21-2 2. Энергия дефектов упаковки в γ-фазе2. The energy of stacking faults in the γ phase 1,9111,911 2,2122,212 1,1561,156 1,4221,422 3. Плотность т/м³ 3. The density of t / m ³ 8,138.13 8,228.22 8,228.22 8,188.18 4. Структурная стабильность ФАКОМП, 4.1. M_{dy крит}≤0,928 осредненный с ТО4. Structural stability of FACOMP, 4.1. M _{dy crit} ≤0.928 averaged with TO 0,9270.927 0,9200.920 0,9320.932 0,9250.925 σ≈2%σ≈2% 4.2. Литой без ТО: межось4.2. Cast without MOT: interax 0,9150.915 0,8990.899 0,9140.914 0,9130.913 5. Длительная прочность, МПа5. Long-term strength, MPa 1) $σ_{10^{3}}^{760}$

°Cone)

σ_{10^{3}}^{760}

° C 472472 493493 498498 473473 2)

σ_{10^{3}}^{850}

°C2)

σ_{10^{3}}^{850}

° C 244244 277277 283283 261261 3)

σ_{10^{3}}^{900}

°C3)

σ_{10^{3}}^{900}

° C 162162 184184 182182 176176 4)

σ_{10^{2}}^{982}

°Cfour)

σ_{10^{2}}^{982}

° C 124124 150150 148148 138138 6. Сравнительная коррозионная стойкость 6. Comparative corrosion resistance -1,375-1.375 -1,156-1,156 -0,369-0.369 -1,482-1,482 lg Metall loss (JN792=-0,26)lg Metall loss (JN792 = -0.26) lg corros Rate (JN792=0,1)lg corros Rate (JN792 = 0.1) 0,2240.224 0,1950.195 0,0100.010 0,1160.116 7. Цена шихты (условная), $/т7. The price of the charge (conditional), $ / t 1569015690 1078010780 1780017800 1160011600

Claims

1. Жаропрочный сплав на основе никеля для изготовления лопаток газотурбинных установок, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, бор, цирконий, гафний, кремний, железо, медь, серу, азот, кислород и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит церий, ниобий, иттрий, марганец и фосфор при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,05-0,09; хром 15,4-15,8; кобальт 10,0-10,4; вольфрам 5,0-5,3; молибден 1,6-1,8; титан 4,3-4,5; алюминий 3,0-3,2; бор 0,06-0,09; цирконий <0,015; гафний 0,2-0,3; кремний <0,1; железо <0,1; медь <0,05; сера <0,005; азот <20 ppm; кислород <15 ppm, церий <0,015; ниобий 0,1-0,2; иттрий <0,03; марганец <0,1; фосфор <0,005 и никель - остальное.1. A heat-resistant nickel-based alloy for the manufacture of gas turbine blades containing carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, titanium, aluminum, boron, zirconium, hafnium, silicon, iron, copper, sulfur, nitrogen, oxygen and nickel, characterized in that it additionally contains cerium, niobium, yttrium, manganese and phosphorus in the following ratio of components, wt.%: carbon 0.05-0.09; chrome 15.4-15.8; cobalt 10.0-10.4; tungsten 5.0-5.3; molybdenum 1.6-1.8; titanium 4.3-4.5; aluminum 3.0-3.2; boron 0.06-0.09; zirconium <0.015; hafnium 0.2-0.3; silicon <0.1; iron <0.1; copper <0.05; sulfur <0.005; nitrogen <20 ppm; oxygen <15 ppm, cerium <0.015; niobium 0.1-0.2; yttrium <0.03; manganese <0.1; phosphorus <0.005 and nickel - the rest.

2. Способ изготовления лопаток газотурбинных установок из жаропрочного сплава на основе никеля по п.1, характеризующийся тем, что проводят термическую обработку путем гомогенизирующего отжига с нагревом, выдержкой и охлаждением и старения, при этом гомогенизирующий отжиг ведут в инертной атмосфере с нагревом со скоростью 5-10°C/мин до температуры 1060±10°C, выдержкой в течение 3-4 часов и охлаждением со скоростью 30-50°C/мин до температуры 600-700°С и далее до комнатной температуры, а старение проводят при температуре 850±10°C в течение 16 часов с последующим охлаждением на воздухе до комнатной температуры. 2. A method of manufacturing the blades of gas turbine plants from a heat-resistant nickel-based alloy according to claim 1, characterized in that the heat treatment is carried out by homogenizing annealing with heating, aging and cooling and aging, while homogenizing annealing is carried out in an inert atmosphere with heating at a speed of 5 -10 ° C / min to a temperature of 1060 ± 10 ° C, holding for 3-4 hours and cooling at a speed of 30-50 ° C / min to a temperature of 600-700 ° C and then to room temperature, and aging is carried out at a temperature 850 ± 10 ° C for 16 hours afterwards cooling in air to room temperature.