RU2081931C1

RU2081931C1 - Nickel-based casting heat resistant alloy

Info

Publication number: RU2081931C1
Application number: RU94023001A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Копылов; В.А. Дубровский; В.Н. Батуев
Original assignee: Акционерное общество "Пермские моторы"
Priority date: 1994-06-15
Filing date: 1994-06-15
Publication date: 1997-06-20
Also published as: RU94023001A

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy. SUBSTANCE: invention relates to nickel-based alloys used for welding deposition onto parts operating under conditions of high- temperature fretting corrosion, for instance, onto contact surfaces of working and nozzle blades of gas-turbine engines. Alloy of invention is composed of (in wt %): carbon, 0.12-0.18; chromium, 4.3- 5.6; aluminium, 5.6-6.3; cobalt, 8.0-10.0; niobium, 3.5-4.3; tungsten, 7.7-9.5; molybdenum, 4.0-5.0; tantalum, 3.5-4.5; rhenium, 3.5-4.5; iron, 0.1-1.0; boron, 0.01-0.02; cerium, 0.005-0.025; yttrium, 0.001-0.005; lanthanum, 0.001-0.005; nickel, the balance. EFFECT: increased initial hardness of alloy under high-temperature condition. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, используемым для наплавки на детали, работающие в жестких условиях при высокотемпературной фреттинг-коррозии, например, на контактные поверхности рабочих и сопловых лопаток газотурбинных двигателей. The invention relates to the field of metallurgy, in particular to nickel-based alloys used for surfacing on parts operating in harsh conditions under high-temperature fretting corrosion, for example, on the contact surfaces of working and nozzle blades of gas turbine engines.

Известен литейный сплав на основе никеля, содержащий следующие компоненты в мас. хром 11,0-14,0, кобальт 1,0-6,0, молибден 0,5-1,4, вольфрам 3,0-4,8, титан 5,0-6,3, алюминий 4,0-5,0, ниобий 0,3-0,7, церий 0,02-0,05, железо 0,2-2,5, кальций 0,01-0,03, бор 0,01-0,2, углерод 0,1-0,16. никель - остальное. Сплав стабилен при работе в условиях относительно высоких температур при сохранении высокого уровня коррозионной стойкости. К недостаткам сплава следует отнести пониженную стойкость сплава к износу при температурах свыше 900^oC.Known casting alloy based on Nickel, containing the following components in wt. chrome 11.0-14.0, cobalt 1.0-6.0, molybdenum 0.5-1.4, tungsten 3.0-4.8, titanium 5.0-6.3, aluminum 4.0- 5.0, niobium 0.3-0.7, cerium 0.02-0.05, iron 0.2-2.5, calcium 0.01-0.03, boron 0.01-0.2, carbon 0.1-0.16. nickel - the rest. The alloy is stable when operating at relatively high temperatures while maintaining a high level of corrosion resistance. The disadvantages of the alloy include the reduced resistance of the alloy to wear at temperatures above 900 ^o C.

Наиболее близким сплавом к заявленному является литейный жаропрочный сплав ЖС32, содержащий следующие компоненты в мас. углерод 0,12-0,18, хром 4,3-5,6, алюминий 5,6-6,3, кобальт 8,0-10,0, ниобий 1,4-1,8, вольфрам 7,7-9,5, молибден 0,8-1,4, тантал 3,5-4,5, рений 3,5-4,5, железо<1,0,бор<0,02, церий<0,025, иттрий<0,005, лантан<0,005, никель остальное (см. ТУ 1-92-177-91). Из данного сплава отливают лопатки ГТД с направленной или монокристаллической структурой, которые имеют высокие служебные свойства. Однако в процессе эксплуатации при высоких температурах (свыше 900^oC) наблюдается значительный износ контактных поверхностей бандажных полок лопаток первых ступеней газотурбинных двигателей, что ведет к потере натяга, разбандажированию лопаток, и, в конечном итоге, к потере мощности двигателя.The closest alloy to the claimed is a heat-resistant foundry alloy ZhS32, containing the following components in wt. carbon 0.12-0.18, chromium 4.3-5.6, aluminum 5.6-6.3, cobalt 8.0-10.0, niobium 1.4-1.8, tungsten 7.7- 9.5, molybdenum 0.8-1.4, tantalum 3.5-4.5, rhenium 3.5-4.5, iron <1.0, boron <0.02, cerium <0.025, yttrium <0.005 , lanthanum <0.005, nickel the rest (see TU 1-92-177-91). GTE blades with a directed or single-crystal structure, which have high service properties, are cast from this alloy. However, during operation at high temperatures (above 900 ^o C), there is a significant wear of the contact surfaces of the retaining shelves of the blades of the blades of the first stages of gas turbine engines, which leads to a loss of tightness, unbalance of the blades, and, ultimately, to a loss of engine power.

Задачей изобретения является повышение исходной твердости сплава при работе в условиях высоких температур. The objective of the invention is to increase the initial hardness of the alloy when operating at high temperatures.

Для решения поставленной задачи сплав содержит компоненты при следующем соотношении, мас. углерод 0,12-0,18, хром 4,3-5,6, алюминий 5,6-6,3, кобальт 8,0-10,0, ниобий 3,5-4,3, вольфрам 7,7-9,5, молибден 4,0-5,0, тантал 3,5-4,5, рений 3,5-4,5, железо 0,1-1,0, бор 0,01-0,02, церий 0,005-0,025, иттрий 0,001-0,005, лантан 0,001-0,005, никель остальное. To solve the problem, the alloy contains components in the following ratio, wt. carbon 0.12-0.18, chromium 4.3-5.6, aluminum 5.6-6.3, cobalt 8.0-10.0, niobium 3.5-4.3, tungsten 7.7- 9.5, molybdenum 4.0-5.0, tantalum 3.5-4.5, rhenium 3.5-4.5, iron 0.1-1.0, boron 0.01-0.02, cerium 0.005-0.025, yttrium 0.001-0.005, lanthanum 0.001-0.005, the rest is nickel.

Увеличение содержания ниобия способствует измельчению зерна, повышению стойкости наплавленного металла против образования горячий трещин при сварке, повышению термической стойкости, жаропрочности и твердости за сет упрочнения границ зерен, образования интерметаллидных и карбидных фаз. An increase in the niobium content contributes to grain refinement, an increase in the resistance of the deposited metal against the formation of hot cracks during welding, an increase in the thermal resistance, heat resistance and hardness due to the set of grain boundary hardening, and the formation of intermetallic and carbide phases.

Увеличение содержания молибдена способствует повышению стойкости наплавленного металла против образования горячих трещин. An increase in the molybdenum content enhances the resistance of the deposited metal against the formation of hot cracks.

Комплексное легирование предлагаемого сплава рением, танталом и ниобием способствует повышению твердости наплавленного металла как до, так и после термообработки. Complex alloying of the proposed alloy with rhenium, tantalum and niobium helps to increase the hardness of the deposited metal both before and after heat treatment.

Предлагаемый сплав целесообразно выплавлять из чистых шихтовых материалов индукционным способом в вакууме с последующей вакуумной разливкой. Заготовку выполняют в виде прутков заливкой в керамические формы, получаемые по выплавляемым моделям. Из заготовок прутков делают пластины для наплавки на контактные поверхности бандажных полок лопаток турбины ГТД. It is advisable to melt the proposed alloy from pure charge materials by induction in a vacuum followed by vacuum casting. The workpiece is made in the form of rods by pouring into ceramic molds obtained by investment casting. From blanks of rods make plates for surfacing on the contact surface of the retaining shelves of the blades of the turbine engine turbine blades.

Для апробации сплава были выплавлены три состава, содержащие следующие компоненты в мас. To test the alloy, three compositions were smelted containing the following components in wt.

Состав 1: углерод 0,12, хром 4,31, алюминий 5,62, кобальт 8,11, ниобий 3,59, вольфрам 7,7, молибден 4,02, тантал 3,22, рений 3,27, железо 0,39, бор 0,011, церий 0,005, иттрий 0,001, лантан 0,001, никель остальное. Composition 1: carbon 0.12, chromium 4.31, aluminum 5.62, cobalt 8.11, niobium 3.59, tungsten 7.7, molybdenum 4.02, tantalum 3.22, rhenium 3.27, iron 0 , 39, boron 0.011, cerium 0.005, yttrium 0.001, lanthanum 0.001, nickel the rest.

Состав 2: углерод 0,15, хром 4,96, алюминий 6,02, кобальт 9,03, ниобий 3,95, вольфрам 8,64, молибден 4,39, тантал 3,67, рений 3,52, железо 0,67, бор 0,015, церий 0,008, иттрий 0,002, лантан 0,003, никель остальное. Composition 2: carbon 0.15, chromium 4.96, aluminum 6.02, cobalt 9.03, niobium 3.95, tungsten 8.64, molybdenum 4.39, tantalum 3.67, rhenium 3.52, iron 0 , 67, boron 0.015, cerium 0.008, yttrium 0.002, lanthanum 0.003, nickel the rest.

Состав 3: углерод 0,17, хром 5,56, алюминий 6,21, кобальт 9,96, ниобий 4,24, вольфрам 9,45, молибден 4,92, тантал 4,46, рений 4,41, железо 0,97, бор 0,02, церий 0,01, иттрий 0,005, лантан 0,005, никель остальное. Composition 3: carbon 0.17, chromium 5.56, aluminum 6.21, cobalt 9.96, niobium 4.24, tungsten 9.45, molybdenum 4.92, tantalum 4.46, rhenium 4.41, iron 0 , 97, boron 0.02, cerium 0.01, yttrium 0.005, lanthanum 0.005, the rest is nickel.

Сплавы указанных составов были наплавлены на контактные поверхности бандажных полок рабочих лопаток турбины ГТД, изготовленных из сплава ЖС6У, ЖС26 и ЖС26У. Alloys of the indicated compositions were deposited onto the contact surfaces of the retaining shelves of the turbine engine turbine blades made of the alloy ZhS6U, ZhS26 and ZhS26U.

В таблице 1 приведены свойства сплавов после литья и свойства наплавленного металла до и после термообработки. Table 1 shows the properties of the alloys after casting and the properties of the deposited metal before and after heat treatment.

Claims

Nickel-based casting heat-resistant alloy, including carbon, chromium, aluminum, cobalt, niobium, tungsten, molybdenum, tantalum, rhenium, iron, boron, cerium, yttrium and lanthanum, characterized in that it contains components in the following ratio, wt.

Carbon 0.12 0.18
Chrome 4.3 5.6
Aluminum 5.6 6.3
Cobalt 8.0 10.0
Niobium 3.5 4.3
Tungsten 7.7 9.5
Molybdenum 4.0 5.0
Tantalum 3.5 4.5
Rhenium 3.5 4.5
Iron 0.1 1.0
Boron 0.01 0.02
Cerium 0.005 0.025
Yttrium 0.001 0.005
Lanthanum 0.001 0.005
Nickel Else,