RU2571674C1 - Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава - Google Patents
Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава Download PDFInfo
- Publication number
- RU2571674C1 RU2571674C1 RU2014140423/02A RU2014140423A RU2571674C1 RU 2571674 C1 RU2571674 C1 RU 2571674C1 RU 2014140423/02 A RU2014140423/02 A RU 2014140423/02A RU 2014140423 A RU2014140423 A RU 2014140423A RU 2571674 C1 RU2571674 C1 RU 2571674C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- nickel
- heat
- molybdenum
- chromium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии жаропрочных деформируемых сплавов на основе никеля и изделий, выполненных из этих сплавов, и может быть использовано для изготовления дисков турбин газотурбинных двигателей и других узлов и деталей ротора, работающих при температурах до 900°C. Сплав на основе никеля содержит, мас.%: кобальт 12,5-16,0; хром 7,0-8,5; вольфрам 4,0-8,2; молибден 0,2-2,0; тантал 2,1-4,5; алюминий 3,6-4,4; титан 2,2-3,8; ниобий 2,3-4,8; углерод 0,05-0,10; бор 0,007-0,02; магний 0,003-0,03; лантан 0,003-0,06; церий 0,001-0,02; неодим 0,003-0,03; скандий 0,003-0,05. Сплав характеризуется повышенной жаропрочностью в интервале температур 750-900°C при сохранении характеристик малоцикловой усталости, а также высокой рабочей температурой до 900°C. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии жаропрочных деформируемых сплавов на основе никеля и изделий, выполненных из этих сплавов для авиационной, машиностроительной и др. отраслей промышленности и может быть использовано для изготовления дисков турбин газотурбинных двигателей и других узлов и деталей ротора, работающих при температурах до 900°C.
Для увеличения надежности и ресурса, снижения массы газотурбинных двигателей (ГТД) к материалам этого класса предъявляются высокие требования по статическим и циклическим свойствам (кратковременной и длительной прочности, пластичности, малоцикловой усталости) во всем интервале рабочих температур. Увеличение рабочей температуры дисков позволит повысить технические характеристики ГТД.
Известны жаропрочные сплавы на никелевой основе для дисков турбин ГТД следующего химического состава, мас. %: (см. Патент US №6974508, опубл. 13.12.2005).
Кобальт | 19,0-22,0 |
Хром | 12,0-14,0 |
Вольфрам | 4,1-5,0 |
Молибден | 2,0-3,5 |
Тантал | 1,3-2,1 |
Алюминий | 3,0-4,0 |
Титан | 3,0-4,0 |
Ниобий | 1,0-2,1 |
Углерод | 0,02-0,05 |
Бор | 0,02-0,04 |
Цирконий | 0,03-0,06 |
Никель | Остальное |
Известен также жаропрочный сплав на никелевой основе следующего химического состава (см. Патент US №6468368, опубл. 22.10.2002).
Кобальт | 14,0-18,0 |
Хром | 10,0-11,5 |
Вольфрам + Рений | 4,5-7,5 |
Молибден | 2,0-3,0 |
Тантал | 0,45-1,5 |
Алюминий | 3,45-4,15 |
Титан | 3,6-4,2 |
Ниобий | 1,4-2,0 |
Углерод | 0,03-0,04 |
Бор | 0,01-0,025 |
Цирконий | 0,05-0,15 |
Никель | Остальное |
Эти сплавы обладают высокой прочностью
, малоцикловой усталостью и пластичностью в интервале рабочих температур 700-815°C, однако не обеспечивают требуемую для дисков перспективных ГТД жаропрочность. Их длительная прочность при температуре 750°C за 100 часов составляет
.
Известны также жаропрочные порошковые сплавы на основе никеля для тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах, следующего состава, мас. %: (см. Патент РФ №2294393, опубл. 27.02.2007).
Кобальт | 14,0-16,0 |
Хром | 9,0-11,0 |
Вольфрам | 5,2-6,8 |
Молибден | 3,0-3,9 |
Алюминий | 3,2-4,5 |
Титан | 3,0-3,9 |
Ниобий | 1,2-2,4 |
Углерод | 0,02-0,1 |
Бор | 0,005-0,05 |
Гафний | 0,05-0,5 |
Цирконий | 0,001-0,05 |
Магний | 0,001-0,05 |
Марганец | 0,001-0,5 |
Кремний | 0,001-0,5 |
Железо | 0,001-1,0 |
Никель | Остальное |
Из уровня техники известен жаропрочный порошковый сплав на основе никеля (Патент РФ №2348726, опубл. 10.03.2009).
Кобальт | 14,0-16,0 |
Хром | 10,0-12,0 |
Вольфрам | 2,5-3,5 |
Молибден | 4,0-5,0 |
Алюминий | 3,5-4,4 |
Титан | 2,5-3,1 |
Ниобий | 3,0-3,5 |
Углерод | 0,04-0,08 |
Бор | 0,005-0,05 |
Магний | 0,001-0,05 |
Ванадий | 0,4-0,8 |
Церий | 0,001-0,05 |
Лантан | 0,001-0,08 |
Скандий | 0,001-0,05 |
Железо | 0,01-1,0 |
Марганец | 0,001-0,5 |
Кремний | 0,001-0,5 |
Никель | Остальное |
Эти материалы имеют достаточный уровень прочности
, пластичности и жаропрочности при температурах до 650°C:
. Однако их рабочая температура ограничена 650°C.
Также известен жаропрочный деформируемый сплав на никелевой основе для дисков турбин и других узлов и деталей горячего тракта ГТД следующего состава, мас. %: (Патент RU №2280091, опубл. 20.07.2006).
Кобальт | 14,0-15,9 |
Хром | 9,7-12,0 |
Вольфрам | 1,5-3,5 |
Молибден | 3,5-4,5 |
Рений | 0,5-2,5 |
Алюминий | 3,5-4,2 |
Титан | 2,5-3,5 |
Ниобий | 2,5-4,0 |
Ванадий | 0,4-0,7 |
Углерод | 0,04-0,10 |
Бор | 0,007-0,014 |
Лантан | 0,005-0,015 |
Церий | 0,003-0,010 |
Магний | 0,004-0,015 |
Скандий | 0,003-0,015 |
Никель | Остальное |
Сплав обладает высокой прочностью
и жаропрочностью в интервале температур от 650 до 850°C:
,
,
. Но высокая стоимость рения значительно (до 2х раз) повышает стоимость сплава, что ограничивает его практическое применение.
Наиболее близким по составу и назначению (прототипом) к предлагаемому является сплав следующего химического состава, мас. %: (Патент RU №2365657, опубл. 27.08.2009).
Кобальт | 9,5-16,0 |
Хром | 9,0-11,0 |
Вольфрам | 2,5-3,4 |
Молибден | 3,5-4,8 |
Алюминий | 3,4-4,0 |
Титан | 2,3-3,5 |
Ниобий | 4,1-4,8 |
Ванадий | 0,2-0,8 |
Углерод | 0,04-0,10 |
Бор | 0,007-0,02 |
Магний | 0,003-0,02 |
Лантан | 0,003-0,06 |
Церий | 0,003-0,02 |
Скандий | 0,003-0,05 |
Кремний | 0,005-0,3 |
Никель | Остальное |
Сплав обладает высоким комплексом свойств при температурах до 800°C: кратковременной и длительной прочностью
;
, малоцикловой усталостью
(на базе 104 ц). Недостатками этого сплава являются недостаточно высокие значения жаропрочности при температурах 750-800°C, а также ограничение рабочей температуры не выше 800°C.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка высокожаропрочного деформируемого сплава на основе никеля, обеспечивающего высокий уровень кратковременной и длительной прочности, пластичности, малоцикловой усталости при рабочих температурах до 900°C, что позволит применять его в качестве материала для изготовления дисков турбин газотурбинных двигателей и других узлов и деталей ротора ГТД нового поколения для изделий гражданской и военной техники.
Технический результат - повышение рабочей температуры до 900°C и жаропрочности в интервале температур (750-900)°C, при сохранении характеристик малоцикловой усталости.
Предлагается жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля, содержащий кобальт, хром, вольфрам, молибден, тантал, алюминий, титан, ниобий, углерод, бор, магний, лантан, церий, скандий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит неодим, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Кобальт | 12,5-16,0 |
Хром | 7,0-8,5 |
Вольфрам | 4,0-8,2 |
Молибден | 0,2-2,0 |
Тантал | 2,1-4,5 |
Алюминий | 3,6-4,4 |
Титан | 2,2-3,8 |
Ниобий | 2,3-4,8 |
Углерод | 0,05-0,10 |
Бор | 0,007-0,02 |
Магний | 0,003-0,03 |
Лантан | 0,003-0,06 |
Церий | 0,001-0,02 |
Неодим | 0,003-0,03 |
Скандий | 0,003-0,05 |
Никель | Остальное |
Предпочтительно, суммарное содержание хрома и молибдена лежит в пределах от 7,2 до 10,5 мас. %.
Основа сплава - γ-твердый раствор на основе никеля, упрочненный частицами γ′-фазы состава (Ni,Co,Cr)3(Al,Ti,Nb,Ta,W), карбидами типа (Nb,Ta,Ti)C и боридами на основе (Mo,Cr,W,Co)3B2. В сплаве возможно присутствие интерметаллидной фазы на основе соединения Ni3Ti.
Добавки в состав сплава вольфрама и тантала повышают стабильность твердого раствора при высоких температурах, кроме того, повышенное содержание тантала и алюминия увеличивают количество упрочняющей γ′-фазы, тантал способствует формированию более термодинамически устойчивых карбидов и частиц γ′-фазы, таким образом повышается жаропрочность при температурах до 900°C.
Добавка вольфрама и тантала менее указанного количества приводит к снижению свойств при температурах (750-900)°C.
Суммарное содержание хрома и молибдена в сплаве снижено для предотвращения образования в процессе эксплуатации топологически плотноупакованных фаз и карбидов нежелательной (игольчатой, пластинчатой, грубой глобулярной и др.) морфологии, снижающих свойства, особенно пластичность.
Комплексное микролегирование редкими и редкоземельными элементами (бор, магний, лантан, церий, скандий) с дополнительным введение неодима способствует удалению вредных примесей (серы, фосфора, кислорода, азота и др.) из расплава, с границ зерен и фаз, формирует и модифицирует выделения наноразмерной γ′-фазы в прослойках твердого раствора, повышая одновременно кратковременную, длительную прочность и малоцикловую усталость. Так, в примере осуществления изобретения показано, что содержание серы в предлагаемом сплаве, благодаря комплексному микролегированию с дополнительным введение неодима, снизилось более чем в 2,5 раза по сравнению со сплавом, известным из прототипа.
Пример осуществления
С целью практической реализации изобретения в лабораторных условиях были выплавлены три плавки в вакуумной индукционной печи в тигле емкостью 30 кг, две плавки (примеры 1, 2) и сплав, известный из прототипа (пример 3) (таблица 1).
Полученные заготовки обтачивали, обрезали прибыльную часть и переплавляли методом высокоградиентной направленной кристаллизации в слитки ⌀105 мм и весом ~23 кг.
Затем слитки подвергали многостадийной деформации с проведением высокотемпературных промежуточных отжигов и в результате получили модельные штамповки (шайбы) диаметром 275-320 мм, высотой 20-25 мм.
Термическая обработка шайб - отжиг, закалка и двухступенчатое старение.
Из термообработанных шайб вырезали заготовки под образцы в тангенциальном направлении. Полученные образцы испытывали на кратковременную, длительную прочность, ударную вязкость и малоцикловую усталость.
Предлагаемый сплав превосходит сплав-прототип: по жаропрочности при 750°C на 7%, при 800°C на 6%, при 900°C по долговечности до разрушения в 2-5 раз при сохранении характеристик малоцикловой усталости на уровне прототипа.
Применение нового сплава в качестве материала диска турбины в перспективных ГТД обеспечит: снижение массы деталей до 15%, повышение рабочей температуры дисков турбины на 50-100°C или увеличение ресурса дисков турбины в 1,5 раза по сравнению с аналогами.
Claims (3)
1. Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля, содержащий кобальт, хром, вольфрам, молибден, тантал, алюминий, титан, ниобий, углерод, бор, магний, лантан, церий, скандий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит неодим, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кобальт 12,5-16,0
Хром 7,0-8,5
Вольфрам 4,0-8,2
Молибден 0,2-2,0
Тантал 2,1-4,5
Алюминий 3,6-4,4
Титан 2,2-3,8
Ниобий 2,3-4,8
Углерод 0,05-0,10
Бор 0,007-0,02
Магний 0,003-0,03
Лантан 0,003-0,06
Церий 0,001-0,02
Неодим 0,003-0,03
Скандий 0,003-0,05
Никель Остальное
2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что суммарное содержание хрома и молибдена составляет от 7,2 до 10,5 мас.%.
3. Изделие из жаропрочного деформируемого сплава на основе никеля, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1 или 2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014140423/02A RU2571674C1 (ru) | 2014-10-07 | 2014-10-07 | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014140423/02A RU2571674C1 (ru) | 2014-10-07 | 2014-10-07 | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2571674C1 true RU2571674C1 (ru) | 2015-12-20 |
Family
ID=54871440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014140423/02A RU2571674C1 (ru) | 2014-10-07 | 2014-10-07 | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2571674C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2737835C1 (ru) * | 2020-06-03 | 2020-12-03 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация (АО "ОДК") | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2280091C1 (ru) * | 2004-12-21 | 2006-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава |
RU2365657C1 (ru) * | 2008-02-21 | 2009-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава |
CN102066594A (zh) * | 2008-06-16 | 2011-05-18 | 住友金属工业株式会社 | 奥氏体系耐热合金以及由该合金构成的耐热耐压构件及其制造方法 |
RU2439185C1 (ru) * | 2010-12-21 | 2012-01-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля |
RU2520934C1 (ru) * | 2013-03-15 | 2014-06-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Жаропрочный никелевый сплав, обладающий высоким сопротивлением к сульфидной коррозии в сочетании с высокой жаропрочностью |
-
2014
- 2014-10-07 RU RU2014140423/02A patent/RU2571674C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2280091C1 (ru) * | 2004-12-21 | 2006-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава |
RU2365657C1 (ru) * | 2008-02-21 | 2009-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава |
CN102066594A (zh) * | 2008-06-16 | 2011-05-18 | 住友金属工业株式会社 | 奥氏体系耐热合金以及由该合金构成的耐热耐压构件及其制造方法 |
RU2439185C1 (ru) * | 2010-12-21 | 2012-01-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля |
RU2520934C1 (ru) * | 2013-03-15 | 2014-06-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Жаропрочный никелевый сплав, обладающий высоким сопротивлением к сульфидной коррозии в сочетании с высокой жаропрочностью |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2737835C1 (ru) * | 2020-06-03 | 2020-12-03 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация (АО "ОДК") | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него |
WO2021246908A1 (ru) * | 2020-06-03 | 2021-12-09 | Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него |
CN115768911A (zh) * | 2020-06-03 | 2023-03-07 | 联合发动机制造集团股份公司 | 耐热锻造镍基合金及其制品 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9945019B2 (en) | Nickel-based heat-resistant superalloy | |
JP6393993B2 (ja) | 高温強度に優れた熱間鍛造可能なNi基超合金 | |
US9518310B2 (en) | Superalloys and components formed thereof | |
US20190185973A1 (en) | Cast nickel-base superalloy including iron | |
JP4387940B2 (ja) | ニッケル基超合金 | |
JP6356800B2 (ja) | 超合金及びそれからなる部品 | |
US20130206287A1 (en) | Co-based alloy | |
JP6476704B2 (ja) | ニッケル基鋳造合金及び熱間鍛造金型 | |
JP6733210B2 (ja) | 熱間鍛造用Ni基超合金 | |
US20170002449A1 (en) | Precipitation hardening nickel-base alloy, part made of said alloy, and manufacturing method thereof | |
JP6293682B2 (ja) | 高強度Ni基超合金 | |
RU2365657C1 (ru) | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава | |
RU2571674C1 (ru) | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава | |
JP2004256840A (ja) | 複合強化型Ni基超合金とその製造方法 | |
US9828658B2 (en) | Composite niobium-bearing superalloys | |
WO2005064027A1 (ja) | Ni基超耐熱合金及びそれを用いたガスタービン部品 | |
RU2695097C1 (ru) | Деформируемый жаропрочный сплав на основе никеля | |
JP6769341B2 (ja) | Ni基超合金 | |
RU2737835C1 (ru) | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него | |
RU2603415C1 (ru) | Интерметаллидный сплав на основе системы никель-алюминий-кобальт | |
US20170342525A1 (en) | High strength ni-based superalloy | |
RU2685455C2 (ru) | Литейный никелевый сплав с равноосной структурой | |
RU2280091C1 (ru) | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава | |
JP2015108177A (ja) | ニッケル基合金 |