RU1513934C

RU1513934C - Monocrystalline alloy on the base of nickel

Info

Publication number: RU1513934C
Authority: RU
Inventors: Р.Е. Шапин; С.Т. Кишкин; Е.Б. Качанов; В.В. Сидоров; Н.Г. Орехов; Г.М. Глезер; Е.А. Кулешова; С.Г. Морозова; Е.В. Астафьева; И.М. Хацинская; В.Л. Никольская; Е.Р. Голубовский; К.К. Хвацкий; В.Н. Толорайя; В.А. Панкратов; Г.И. Зуев; В.Н. Ларионов; В.В. Герасимов; А.Я. Денисов; С.О. Миронов
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт авиационных материалов
Priority date: 1988-01-04
Filing date: 1988-01-04
Publication date: 1995-04-10

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: proposed alloy contains (mass %): chromium 2.5-5.5, aluminium 5.0-6.2, titanium 0.7-1.5, molybdenum 1.0-4.0, tungsten 10.5-13.0, tantalum 0.01-4.5 rhenium 1.0-2.6, cobalt 5.0-9.5, niobium 0.7-1.5, yttrium 0.002-0.075, lanthanum 0.001-0.05, zerium 0.001-0.05, praseodymium 0.0002-0.01, neodymium 0.0002-0.005, gadolinium 0.0002-0.005, scandium 0.0002-0.005 and nickel the rest. Summary content of It, La, Ce, Pr, Ne, Gd, Sc is 0.01-0.1 mass %. Useful life of said alloy at 1000 C and at 30 kgf/mm²-(260³⁰-281³⁰) , at 25 kgf/mm²-(698³⁰-705). EFFECT: improves heat resistance of articles of said alloy at preferred crystallographic orientation [111]. 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изысканию жаропрочного сплава на никелевой основе для изготовления монокристальных деталей газовых турбин с рабочими температурами до 1000^оС, отлитых преимущественно с кристаллографической ориентацией [III]
Целью изобретения является повышение жаропрочности изделий, отлитых преимущественно с кристаллографической ориентацией [III]
Изменение сплава приводит к формированию особой морфологии упрочняющей γ'-фахы, при которой ее частицы образуют лабиринт, являющийся существенным препятствием при перемещении дислокаций и замедляющий процессы ползучести при высоких рабочих температурах. Подобная формология достигается благодаря скомпенсированному химическому составу сплава, способствующему повышению (до 70%) объемной доли γ'-фазы при определенном параметре несоответствия решеток γи γ'-фаз. Изменение состава сплава является существенным, т.к. структура морфологии лабиринта привела к повышению жаропрочности для деталей, отлитых с кристаллографической ориентацией [001] При этом весьма важно, что указанная морфология упрочняющей фазы способствует резкому росту жаропрочности изделий, отлитых с кристаллографической ориентацией [III] обусловленному выстраиванием лабиринта γ'-фазы при кристаллизации под углом к действующим в процессе эксплуатации напряжениям.The invention relates to metallurgy, in particular to finding heat resistant nickel-based alloy for manufacturing single crystal gas turbine parts with operating temperatures up to 1000 ^C, preferably molded with the crystallographic orientation of [III]
The aim of the invention is to increase the heat resistance of products molded mainly with crystallographic orientation [III]
A change in the alloy leads to the formation of a special morphology of the strengthening γ'-phase, in which its particles form a labyrinth, which is a significant obstacle to the movement of dislocations and slows down the creep processes at high operating temperatures. A similar formology is achieved due to the compensated chemical composition of the alloy, which contributes to an increase (up to 70%) in the volume fraction of the γ'-phase with a certain parameter of the lattice mismatch between the γ and γ'-phases. The change in alloy composition is significant because the structure of the maze morphology led to an increase in heat resistance for parts cast with a crystallographic orientation [001] It is very important that the indicated morphology of the hardening phase contributes to a sharp increase in the heat resistance of products molded with a crystallographic orientation [III] due to the alignment of the maze of the γ'-phase during crystallization under angle to the voltage operating during operation.

Введение дополнительно элементов: ниобия, иттрия, лантана, церия, празеодима, неодима, гадолиния, скандия в указанных пределах при суммарном содержании иттрия, лантана, церия, празеодима, неодима, гадолиния, скандия от 0,01 до 0,1% (по массе) способствует совершенствованию регулярной лабиринтной структуры. При меньшем содержании указанных элементов регулярность лабиринтной структуры нарушается за счет образования неметаллических включений, а при большем их суммарном содержании причиной нарушения регулярности структуры является образование интерметаллидных фаз на основе данных элементов. В обоих случаях нарушение регулярности лабиринтной структуры ведет к снижению служебных свойств. The introduction of additional elements: niobium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, gadolinium, scandium within the specified limits for the total content of yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, gadolinium, scandium from 0.01 to 0.1% (by weight ) helps to improve the regular labyrinth structure. With a lower content of these elements, the regularity of the labyrinth structure is violated due to the formation of non-metallic inclusions, and with a higher total content, the cause of the violation of the regularity of the structure is the formation of intermetallic phases based on these elements. In both cases, the violation of the regularity of the labyrinth structure leads to a decrease in service properties.

В предложенном сплаве введение указанных элементов в определенном количестве способствует, помимо раскисления сплава, формированию структуры нового типа, а именно регулярной лабиринтной структуры, что, в свою очередь, приводит к повышению жаропрочности, при этом кардинальному изменению значений этой характеристики для деталей, отлитых с кристаллографической ориентацией [III] Данные элементы в безуглеродистых монокристалльных сплавах при отсутствии карбидных фаз ликвируют в межосные пространства, где локально могут накапливаться в гораздо больших концентрациях чем их среднее содержание в сплаве. В локально обогащенных микрообъемах становится возможным образование интерметаллидных фаз на их основе, приводящих к нарушению регулярности лабиринтной структуры. В связи с этим в предложенный сплав дополнительно вводится большое число редкоземельных металлов, но в меньшем суммарном содержании, что препятствует их ликвидации и накоплению отдельных элементов в виде интерметаллидных фаз. In the proposed alloy, the introduction of these elements in a certain amount promotes, in addition to deoxidation of the alloy, the formation of a new type of structure, namely, a regular labyrinth structure, which, in turn, leads to an increase in heat resistance, while dramatically changing the values of this characteristic for parts cast with crystallographic orientation [III] These elements in carbon-free single-crystal alloys in the absence of carbide phases segregate into the interaxial spaces, where they can locally accumulate in th azdo higher concentrations than its average content in the alloy. In locally enriched microvolumes, the formation of intermetallic phases on their basis becomes possible, leading to a violation of the regularity of the labyrinth structure. In this regard, a large number of rare earth metals is additionally introduced into the proposed alloy, but in a lower total content, which prevents their elimination and the accumulation of individual elements in the form of intermetallic phases.

Помимо указанных, сплав обладает дополнительными преимуществами: повышенной технологичностью при отливке деталей, обусловленной узким интервалом кристаллизации. In addition to these, the alloy has additional advantages: increased manufacturability when casting parts due to a narrow crystallization interval.

Предложенный сплав выплавляли в вакуумной индукционной печи при разрежении 10^-2 10^-3 мм рт.ст. а затем переплавляли в печи для направленной кристаллизации с применением затравок с заданной кристаллографической ориентацией. Аналогично выплавляли известный сплав. Химический состав плавок приведен в табл. 1, полученные свойства в табл. 2.The proposed alloy was smelted in a vacuum induction furnace with a vacuum of 10 ^-2 10 ^-3 mm RT.article and then remelted in a furnace for directional crystallization using seeds with a given crystallographic orientation. Similarly, the known alloy was smelted. The chemical composition of the heats is given in table. 1, the obtained properties in table. 2.

Как следует из данных табл. 1 и 2, максимальная долговечность образцов при испытании на жаропрочность достигается лишь в тех случаях, когда содержание легирующих элементов находится в предложенных пределах. При этом наблюдается регулярная лабиринтная структура сплава. При изменении морфологии упрочняющей γ'-фазы или нарушении ее регулярности время до разрушения уменьшается. As follows from the data table. 1 and 2, the maximum durability of the samples when tested for heat resistance is achieved only in those cases when the content of alloying elements is within the proposed limits. In this case, a regular labyrinth structure of the alloy is observed. With a change in the morphology of the strengthening γ'-phase or a violation of its regularity, the time to failure decreases.

Из сопоставления данных таблицы 2 следует, что предложенный сплав обладает более высокой жаропрочностью по сравнению с известным, причем для деталей, отлитых с ориентацией [III] в направлении роста, этот прирост составляет более 400% что дает возможность весьма значительно повысить ресурс изделий. Учитывая высокую стоимость производства деталей ГТД, подобное увеличение ресурса кардинально решает проблему экономии энерго-трудо-материальных ресурсов в процессе производства и эксплуатации двигателей. From a comparison of the data in table 2 it follows that the proposed alloy has a higher heat resistance compared to the known one, moreover, for parts cast with the [III] orientation in the growth direction, this increase is more than 400%, which makes it possible to significantly increase the resource of products. Given the high cost of production of gas turbine engine parts, such an increase in the resource dramatically solves the problem of saving energy, labor and material resources in the production and operation of engines.

Claims

NICKEL-BASED MONOCRYSTALLINE ALLOY, containing chromium, aluminum, titanium, molybdenum, tungsten, tantalum, rhenium, cobalt, characterized in that, in order to increase the heat resistance of products cast mainly with a crystallographic orientation (III), it additionally contains niobium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, gadolinium, scandium, in the following ratio of components, wt.

Chrome 2.5 5.5
Aluminum 5.0 6.2
Titanium 0.7 1.5
Molybdenum 1.0 4.0
Tungsten 10.5 13.0
Tantalum 0.01 4.5
Rhenium 1.0 2.6
Cobalt 5.0 9.5
Niobium 0.7 1.5
Yttrium 0.002 0.075
Lanthanum 0.001 0.05
Cerium 0.001 0.05
Praseodymium 0.0002 0.01
Neodymium 0.0002 0.005
Gadolinium 0.0002 0.005
Scandium 0.0002 0.005
Nickel Else
and the total content of yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, gadolinium, scandium is 0.01-0.1 wt.