RU1233514C

RU1233514C - Nickel-based casting alloy

Info

Publication number: RU1233514C
Authority: RU
Inventors: А.Г. Копылов; С.И. Быков; В.А. Дубровский; И.И. Столяров; А.З. Шарыпов
Original assignee: Акционерное общество "Пермские моторы"
Priority date: 1984-09-01
Filing date: 1984-09-01
Publication date: 1995-10-20

Description

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составам сплавов на основе никеля, применяемых для наплавки деталей, работающих на истирание в условиях высоких температур (≈950^оС) при значительных циклических нагрузках, например лопаток газотурбинных двигателей и штампов горячего выдавливания заготовок из труднодеформируемых сталей и сплавов.The invention relates to the field of ferrous metallurgy, in particular, to compositions of nickel-based alloys used for surfacing of parts that work on abrasion at high temperatures (≈950 ^о С) under significant cyclic loads, for example, gas turbine engine blades and hot extrusion dies from difficult to deform steels and alloys.

Цель изобретения повышение износостойкости в условиях высокотемпературной фреттинг-коррозии. The purpose of the invention is to increase wear resistance in conditions of high temperature fretting corrosion.

Достижение цели изобретения иллюстрируется примерами, приведенными в табл.1, 2. Achieving the objective of the invention is illustrated by the examples given in tables 1, 2.

Цель изобретения достигается уменьшением содержания в сплаве хрома, молибдена и вольфрама, повышением содержания алюминия и дополнительным введением в состава сплава ниобия, кобальта, циркония и церия. The purpose of the invention is achieved by reducing the content of chromium, molybdenum and tungsten in the alloy, increasing the aluminum content and additional introduction of niobium, cobalt, zirconium and cerium in the alloy.

Легирование ниобием сплава на основе никеля способствует измельчению зерна, повышению стойкости наплавленного металла против образования горячих трещин при сварке, жаропрочности, горячей твердости, износостойкости и термической стойкости за счет упрочнения границ зерен, образования интерметаллидных и карбидных мелкодисперсных фаз. Nickel alloying with nickel-based alloy contributes to grain refinement, increasing the resistance of the deposited metal against the formation of hot cracks during welding, heat resistance, hot hardness, wear resistance and thermal resistance due to hardening of grain boundaries, the formation of intermetallic and carbide fine phases.

Легирование кобальтом повышает жаропрочность и пластичность за счет частичного замещения никеля кобальтом в упрочняющей интерметаллидной фазе (Ni, Co)₃ (Al, Ti).Doping with cobalt increases the heat resistance and ductility due to the partial replacement of nickel with cobalt in the hardening intermetallic phase (Ni, Co) ₃ (Al, Ti).

Введение циркония и церия способствует измельчению зерна, улучшению свариваемости, связыванию легкоплавких соединений в более тугоплавкие, повышению чистоты границ зерен, замедлению стока дислокаций, повышает жаропрочность сплава. The introduction of zirconium and cerium helps to grind grain, improve weldability, bind low-melting compounds to more refractory ones, increase the purity of grain boundaries, slow down the flow of dislocations, and increase the heat resistance of the alloy.

Увеличение содержания алюминия приводит к повышению жаропрочности, жаростойкости и термической стабильности, связанной с увеличением количества выделяемой при термообработке мелкодисперсной упрочняющей интерметаллидной фазы. An increase in the aluminum content leads to an increase in heat resistance, heat resistance, and thermal stability associated with an increase in the amount of finely dispersed hardening intermetallic phase released during heat treatment.

Пониженное содержание вольфрама, молибдена и хрома способствует повышению стойкости наплавленного металла к образованию горячих трещин, исходной и горячей твердости, увеличивает термическую стойкость и стойкость против высокотемпературной фреттинг-коррозии. The reduced content of tungsten, molybdenum and chromium increases the resistance of the deposited metal to the formation of hot cracks, initial and hot hardness, increases thermal resistance and resistance to high-temperature fretting corrosion.

Сумму комплексного легирования предлагаемого литейного износостойкого сплава на основе никеля для наплавки ограничивают по соотношению:
(W + Mo + Nb + 2/3Cr) ≅ (17,5-20,5%)
Сплав выполняли из чистых шихтовых материалов индукционным способом в вакууме с последующей вакуумной разливкой. Заливку осуществляли в керамические формы, полученные по выплавляемым моделям. Из заготовок готовили образцы для механических и технологических испытаний и для наплавки контактных площадок лопаток турбины и рабочих ручьев штампов горячего выдавливания.The amount of complex alloying of the proposed casting wear-resistant nickel-based alloy for surfacing is limited by the ratio:
(W + Mo + Nb + 2 / 3Cr) ≅ (17.5-20.5%)
The alloy was made from pure charge materials by induction in a vacuum followed by vacuum casting. Pouring was carried out in ceramic molds obtained by investment casting. Samples were prepared from blanks for mechanical and technological tests and for surfacing the contact pads of turbine blades and working streams of hot extrusion dies.

Наплавку сплава на контактные площадки лопаток турбины осуществляли механизированной аргоно-дуговой сваркой в импульсном режиме. The alloy was deposited onto the contact pads of the turbine blades by means of mechanized argon-arc welding in a pulsed mode.

Наплавку рабочих ручьев гравюры штампов выдавливания выполняли на подогретые термически обработанные штампы литыми прутками в два слоя ручной аргонодуговой сваркой. Наплавленные штампы отпускали при Т 550^оС в течение 1 ч.Surfacing of working streams of engraving of extrusion dies was carried out on heated thermally processed dies by cast rods in two layers by manual argon-arc welding. Weld dies annealed at T 550 ^{° C} for 1 hour.

Образцы для испытания на износ и определение коэффициента трения изготовляли с двухслойной наплавкой на сплав ЖС6У известным сплавом ВЖ Л2 и предлагаемым сплавом. Испытания на изнашивание выполняли на образцах в соответствии с ГОСТ 23.211.80 с определением коэффициента трения при 20 и 900^оС.Samples for wear testing and determination of the friction coefficient were made with two-layer surfacing on the ZhS6U alloy with the well-known VZh L2 alloy and the proposed alloy. Tests performed on the wear on the samples in accordance with the GOST 23.211.80 with determination of the coefficient of friction at 20 and 900 ° ^C.

Количественную оценку стойкости наплавочных сплавов против образования горячих трещин при аргоно-дуговой сварке проводили по методике ИМЕТ-ЦНИИЧМ с расчетом и определением критической скорости деформации А_кр.A quantitative assessment of the resistance of surfacing alloys against the formation of hot cracks during argon-arc welding was carried out according to the IMET-TsNIICHM method with the calculation and determination of the critical strain rate A _cr .

Испытание на износ и А_кр выполняли на образцах после литья без термообработки.The wear test and A _{cr were} performed on samples after casting without heat treatment.

Микротвердость двухслойных наплавок известным и предлагаемым сплавами на образцы из сплава ЖС6У определяли на установке ИМАШ-9 в вакууме при 20 и 950^оС. Образцы для определения микротвердости подвергались термообработке при Т 950 ± 10^оС в течение 2 ч в защитной среде аргоне.Microhardness bilayer claddings known and proposed for the alloys of alloy samples ZhS6U determined at installation-9 IMASH in vacuo at 20 and 950 ^C. The samples to determine the microhardness were heat treated at T = 950 ± 10 ^{° C} for 2 hours in a protective atmosphere argon.

Из таблиц следует, что наплавленный металл предлагаемым сплавом на основе никеля на сплава ЖС6У превосходит по износостойкости, коэффициенту трения, микротвердости и критической скорости деформации известный износостойкий сплав, наплавленный на сплав ЖС6У. From the tables it follows that the deposited metal of the proposed nickel-based alloy on the ZhS6U alloy exceeds the known wear-resistant alloy deposited on the ZhS6U alloy in terms of wear resistance, friction coefficient, microhardness and critical strain rate.

Экономический эффект может быть получен при использовании предлагаемого сплава для наплавки контактных площадок лопаток турбины газотурбинных двигателей, работающих на изнашивание в условиях высокотемпературной фреттинг-корро- зии при 975^оС за счет увеличения износостойкости с малым быстроустанавливающимся коэффициентом трения, а также в повышении технологичности наплавленного металла. При использовании предлагаемого сплава для наплавки рабочих ручьев гравюры штампов горячего выдавливания заготовок из труднодеформируемых сталей и сплавов за счет увеличения износостойкости с малым коэффициентом трения и срока службы штампов.Economical effect can be obtained when using the proposed alloy for surfacing pads turbine blades of gas turbine engines operating on the wear under high fretting corrosion-sion at 975 ^{° C} by increasing the durability with quick-small coefficient of friction, and to improve the workability of weld metal . When using the proposed alloy for surfacing working streams, engraving of dies for hot extrusion of workpieces from hardly deformed steels and alloys by increasing wear resistance with a low coefficient of friction and the service life of the dies.

Claims

NICKEL-BASED CASTING ALLOY, containing carbon, chromium, molybdenum, tungsten, titanium, aluminum, iron and boron, characterized in that, in order to increase wear resistance under high temperature fretting corrosion, it additionally contains niobium, cobalt, zirconium and cerium at the following ratio of components, wt.

Carbon 0.09 0.15
Chrome 9.0 10.5
Molybdenum 5.0 6.0
Tungsten 1.5 2.0
Titanium 2.3 3.0
Aluminum 3.2 4.0
Iron 2.0 3.0
Boron 0.001 0.05
Niobium 4.5 5.3
Cobalt 7.5 11.5
Zirconium 0.04 0.055
Cerium 0.005 0.01
Nickel Else