RU2088684C1 - Oxidation-resistant alloy (variants) - Google Patents

Oxidation-resistant alloy (variants) Download PDF

Info

Publication number
RU2088684C1
RU2088684C1 SU914894285A SU4894285A RU2088684C1 RU 2088684 C1 RU2088684 C1 RU 2088684C1 SU 914894285 A SU914894285 A SU 914894285A SU 4894285 A SU4894285 A SU 4894285A RU 2088684 C1 RU2088684 C1 RU 2088684C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloys
alloy according
cobalt
alloy
iron
Prior art date
Application number
SU914894285A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Скотт Смит Джон
Франклин Смит Даррел (младший)
Ли Фишер Ронелдо
Эндрю Хек Карл
Original Assignee
Инко Эллойз Интернэшнл Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Инко Эллойз Интернэшнл Инк. filed Critical Инко Эллойз Интернэшнл Инк.
Application granted granted Critical
Publication of RU2088684C1 publication Critical patent/RU2088684C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy, alloys nickel-cobalt-iron. SUBSTANCE: alloy has, wt. -%: nickel, 25-50; cobalt, 5-50; aluminium, 5-10; niobium, 0.5-6; manganese + silicon + copper = ,0.14-2; and iron, 20-50. Variant of alloy, wt.-%: nickel, 25-70; cobalt, 5-50; aluminium, 4-15; and iron, the balance at total content of nickel and cobalt, 45-75. Alloy exhibits duplex structure. EFFECT: improved quality and property of alloy. 24 cl, 9 tbl

Description

Изобретение касается сверхпрочных пластичных сплавов, стойких против окисления и, в частности сверхпрочных коррозиестойких сплавов с низким коэффициентом теплового расширения, содержащих никель и железо с кобальтом. The invention relates to heavy-duty ductile alloys resistant to oxidation and, in particular, heavy-duty corrosion-resistant alloys with a low coefficient of thermal expansion, containing nickel and iron with cobalt.

Современные сверхпрочные сплавы с низким коэффициентом теплового расширения, не содержащие хром (патенты США N 3157495, 4200459, 4487743 и 4685978), обычно не обладают соответствующей стойкостью против окисления и коррозиестойкостью при высоких температурах. Сверхпрочные сплавы Ni-Fe и Ni-Fe-Co с низким коэффициентом теплового расширения не только имеют плохую стойкость против окисления, но они также подвержены такому явлению, как, например, кислородное охрупчивание границ зерен, ускоренному напряжениями. Иногда это явление называют динамическое кислородное охрупчивание или просто динамическое охрупчивание. Современные сверхпрочные сплавы, не содержащие хром, обычно не обладают требуемой высокой прочностью при температуре свыше примерно 600oC. Кроме того, как правило, в известных сверхпрочных сплавах с низким коэффициентом теплового расширения отмечается быстрое укрепление зерен при температурах примерно 1040oC, которые обычно требуются для пайки изделий из этих сплавов.Modern high-strength alloys with a low coefficient of thermal expansion, not containing chromium (US patent N 3157495, 4200459, 4487743 and 4685978), usually do not have the appropriate resistance to oxidation and corrosion at high temperatures. High-strength alloys Ni-Fe and Ni-Fe-Co with a low coefficient of thermal expansion not only have poor resistance to oxidation, but they are also subject to such phenomena as, for example, oxygen embrittlement of grain boundaries accelerated by stresses. This phenomenon is sometimes referred to as dynamic oxygen embrittlement or simply dynamic embrittlement. Modern heavy-duty chromium-free alloys usually do not have the required high strength at temperatures above about 600 o C. In addition, as a rule, in the known heavy-duty alloys with a low coefficient of thermal expansion, quick strengthening of grains at temperatures of about 1040 o C, which usually required for soldering products from these alloys.

Хорошо известно, что добавка хрома в эти сплавы может придать сплавам стойкость против окисления и коррозиестойкость, кроме того, уменьшить охрупчивание границ зерен. Однако в сплавах на основе никеля, железа и кобальта хром также уменьшает ферромагнетизм, точку Кюри (температура перехода из магнитного состояния в немагнитное) и, следовательно, увеличивает тепловое расширение материала. Когда хром добавляют в достаточном количестве для обеспечения обычной стойкости против окисления, тогда материал не обладает низким коэффициентом теплового расширения. It is well known that the addition of chromium to these alloys can give the alloys resistance to oxidation and corrosion resistance, in addition, reduce the embrittlement of grain boundaries. However, in nickel, iron, and cobalt-based alloys, chromium also reduces ferromagnetism, the Curie point (the transition temperature from the magnetic state to non-magnetic) and, therefore, increases the thermal expansion of the material. When chromium is added in sufficient quantity to provide normal resistance to oxidation, then the material does not have a low coefficient of thermal expansion.

Также известно, что добавка достаточного количества алюминия в сплавы на основе никеля и железа может сообщить им стойкость против окисления и увеличить прочность. Однако согласно современной технологии для производства сверхпрочных сплавов с низким коэффициентом теплового расширения считается, что добавка алюминия увеличивает тенденцию к кислородному охрупчиванию границ зерен, ускоренному напряжениями. Так, например, в патентах США N 4685978, 4487743 и 4200459 указано, что содержание алюминия должно быть по возможности низким для уменьшения тенденции к кислородному охрупчиванию границ зерен, ускоренному напряжениями. Современные сверхпрочные сплавы с низким коэффициентом теплового расширения содержат алюминий только в качестве нежелательной примеси. It is also known that adding enough aluminum to nickel and iron based alloys can give them oxidation resistance and increase strength. However, according to modern technology for the production of heavy-duty alloys with a low coefficient of thermal expansion, it is believed that the addition of aluminum increases the tendency to oxygen embrittlement of grain boundaries, accelerated by stresses. So, for example, in US patent N 4685978, 4487743 and 4200459 indicated that the aluminum content should be as low as possible to reduce the tendency to oxygen embrittlement of grain boundaries, accelerated by stresses. Modern heavy-duty alloys with a low coefficient of thermal expansion contain aluminum only as an undesirable impurity.

Когда алюминий в интерметаллическом соединении Ni3Al присутствует в очень большом количестве, то отмечается даже более увеличенное динамическое кислородное охрупчивание в сравнении с охрупчиванием сверхпрочных сплавов с низким коэффициентом теплового расширения. Это происходит даже несмотря на исключительно хорошую стойкость против окисления алюминийсодержащих интерметаллических соединений. Также известно, что увеличение содержания алюминия в сплавах на никелевой основе и в никельсодержащих сплавах будет ухудшать динамическое кислородное охрупчивание либо низкотемпературное охрупчивание особенно в разновидностях этих сплавов с низким содержанием хрома или без него.When aluminum is present in very large amounts in the Ni 3 Al intermetallic compound, an even more increased dynamic oxygen embrittlement is observed compared to the embrittlement of heavy-duty alloys with a low coefficient of thermal expansion. This occurs despite the exceptionally good resistance to oxidation of aluminum-containing intermetallic compounds. It is also known that an increase in the aluminum content in nickel-based alloys and in nickel-containing alloys will worsen dynamic oxygen embrittlement or low-temperature embrittlement especially in varieties of these alloys with low or no chromium content.

Вне области сплавов, обладающих низким коэффициентом теплового расширения, заявителем известен патент США N 4642145 (патент N 145), который раскрывает сплавы никель-железо-алюминий и сплавы никель-кобельт-алюминий, содержащие по крайней мере 8 атом. алюминия и интерметаллическое соединение типа В-2, присутствующее в сплавах. Эти сплавы получают таким способом, чтобы придать им микрокристаллическую структуру с диаметром кристаллов в пределах 0,5-10,0 мкм и, как указано в патенте, такой размер частиц кристаллов необходим для получения тонкой микрокристаллической структуры. Примеры сплавов с тонкой микрокристаллической структурой из патента N 145 содержат либо кобальт, либо железо, но не оба элемента вместе. Но, как известно заявителям, тонкая микрокристаллическая структура, необходимая в патенте США N 145, указывает на сравнительно плохие механические свойства сплава при температурах свыше примерно 600oC. Патент N 145 не раскрывает какие-либо конкретные характеристики заявленных сплавов и вообще там умалчивается о кислородном охрупчивании границ зерен, ускоренном напряжениями. Дополнительно к патенту N 145 следует упомянуть технический отчет (Ионн и др. Микро-структура и механические свойства быстро закаленных сплавов в системах Ni-Al-Fe и Ni-Al-Co. "Джорнэл ов Материалз Сайнс", 19 (1984), 3097-3106). Здесь пришли к выводу, что проволока, полученная закалкой расплава в системах Ni-Al-Fe и Ni-Al-Co, будет пластичной, даже если присутствуют очень хрупкие и обычно в отвержденной форме соединения β′ и γ′+β′.
Также известна статья Филда и др. опубликованная в технической статье под названием "Деформация Ni-AL-Fe-гамма/бета сплава", как часть доклада "Высокотемпературные упорядоченные интерметаллические сплавы III", сделанного на Симпозиуме, который проходил в Бостоне, штат Массачусест с 29 ноября по 1 декабря 1988 г. В этой статье Филд и другие описали испытание сплава Ni-Al-Fe, идентичного по составу сплаву 14 из примера 11 в патенте США, 145. Этот материал подвергали формованию из расплава и затем отжигали в течение двух часов при температуре 1100oC для получения по существу равноосной микроструктуры с зернами диаметром примерно 5 мкм. После такой обработки микроструктура состояла из BzNiAl и гамма (гранецентрированная кубическая структура фазы с упорядоченной первичной гамма-фазой внутри зерен гамма-фазы. Как в патенте США, 145, в этой технической статье не раскрыты какие-либо характеристики сплава при повышенных температурах или какие-либо данные, относящиеся к кислородному охрупчиванию границ зерен, ускоренному напряжениями.
Outside the field of alloys having a low coefficient of thermal expansion, the applicant knows US Pat. No. 4,642,145 (Patent No. 145), which discloses nickel-iron-aluminum alloys and nickel-cobalt-aluminum alloys containing at least 8 atoms. aluminum and an intermetallic compound of type B-2 present in alloys. These alloys are obtained in such a way as to give them a microcrystalline structure with a crystal diameter in the range of 0.5-10.0 μm and, as indicated in the patent, such a particle size of the crystals is necessary to obtain a fine microcrystalline structure. Examples of alloys with a fine microcrystalline structure from patent No. 145 contain either cobalt or iron, but not both elements together. But, as the applicants are aware, the fine microcrystalline structure required in US Pat. No. 145 indicates the relatively poor mechanical properties of the alloy at temperatures above about 600 ° C. Patent No. 145 does not disclose any specific characteristics of the claimed alloys and is generally silent about oxygen embrittlement of grain boundaries accelerated by stresses. In addition to patent No. 145, a technical report should be mentioned (Ionn et al. Microstructure and mechanical properties of rapidly quenched alloys in Ni-Al-Fe and Ni-Al-Co systems. Journal of Materials Science, 19 (1984), 3097 -3106). Here it was concluded that the wire obtained by quenching the melt in the Ni-Al-Fe and Ni-Al-Co systems will be ductile even if the compounds β ′ and γ ′ + β ′ are very brittle and usually in cured form.
Field and others are also featured in a technical article titled “Deformation of Ni-AL-Fe-gamma / Beta Alloy,” as part of the paper, “High-Temperature Ordered Intermetallic Alloys III,” at a Symposium held in Boston, Mass. With November 29 to December 1, 1988. In this article, Field and others described a test of a Ni-Al-Fe alloy identical in composition to alloy 14 of Example 11 in US Pat. No. 145. This material was melt-molded and then annealed for two hours. at 1100 o C for the preparation of essentially equiaxed microstructure with grains about 5 micrometers in diameter. After this treatment, the microstructure consisted of BzNiAl and gamma (a face-centered cubic phase structure with an ordered primary gamma phase inside the gamma phase grains. As in US Pat. No. 145, this technical article does not disclose any characteristics of the alloy at elevated temperatures or or data related to oxygen embrittlement of grain boundaries accelerated by stresses.

Целью натоящего изобретения является новый состав сплава, который будет устранять многие, если не все, недостатки известных сплавов и получение нового сплава с хорошей стойкостью против окисления, стойкостью к динамичекому окислению границ зерен, пластичностью при комнатной температуре, прочностью при температурах свыше 600oC и в тоже время со сравнительно низким коэффициентом теплового расширения (СТЕ).The aim of the present invention is a new alloy composition, which will eliminate many, if not all, of the disadvantages of the known alloys and obtain a new alloy with good oxidation resistance, resistance to dynamic oxidation of grain boundaries, ductility at room temperature, strength at temperatures above 600 o C and at the same time, with a relatively low coefficient of thermal expansion (CTE).

Признаки настоящего изобретения иллюстрируются чертежами, на которых:
фиг.1 график взаимной зависимости механических свойств сплавов при температуре 760oC от содержания алюминия;
фиг.2 график взаимозависимости стойкости к разрыву под нагрузкой сплавов при температуре 649oC от содержания алюминия;
фиг.3 график взаимозависимости удлинения и уменьшения площади поперечного сечения вместе со стойкостью к разрушению под нагрузкой (фиг.2) от содержания алюминия в сплавах;
фиг.4 снимок, полученный под оптическим микроскопом, структуры с двойным размером зерна типичного сплава согласно настоящему изоретению;
фиг. 5 снимок, полученный под электронным микроскопом и показывающий однородность выделения в одном компоненте дисперсионно-твердеющего сплава с двойным размером зерна согласно настоящему изобретению;
фиг. 6 графики, показывающие влияние содержания ниобия на сопротивление разрыву под нагрузкой, удлинение и уменьшение площади поперечного сечения сплавов согласно изобретению при температуре 649oC, испытанные на комбинированных гладких образцах и образцах с надрезом (Кт 3,6).
The features of the present invention are illustrated by drawings, in which:
figure 1 is a graph of the mutual dependence of the mechanical properties of the alloys at a temperature of 760 o C on the aluminum content;
figure 2 graph of the dependence of tensile strength under load of alloys at a temperature of 649 o C on the aluminum content;
figure 3 is a graph of the relationship of elongation and reduction of cross-sectional area together with resistance to fracture under load (figure 2) on the aluminum content in the alloys;
Fig. 4 is a photograph taken under an optical microscope of a double grain size structure of a typical alloy according to the present invention;
FIG. 5 is a photograph taken under an electron microscope and showing the uniformity of precipitation in one component of a dispersion hardening alloy with a double grain size according to the present invention;
FIG. 6 graphs showing the effect of niobium on the tensile strength under load, elongation and reduction of the cross-sectional area of the alloys according to the invention at a temperature of 649 o C, tested on combined smooth samples and notched samples (CT 3.6).

Настоящее изобретение в частности касается стойкого против окисления сплава с двойным размером зерна, содержащего в мас. примерно 36-44% никеля, 16-24% кобальта, примерно 5,5-6,5% алюминия, около 1,2-1,8% титана, вплоть до примерно 0,1% углерода, вплоть до примерно 0,5% вообщем марганца, меди и хрома, примерно 0,3% кремния, около 2% молибдена, до примерно 2% вольфрама, 3-4% ниобия, около 0,01% бора, остальное по существу железо в количестве примерно 20-38% при условии, что когда содержание железа меньше примерно 24% то содержание кобальта составляет по крайней мере 24%
Для решения некоторых проблем сплавов, имеющих состав в указанных пределах, предложен стойкий против окисления сплав с двойным размером зерна, содержащий в массовых процентах примерно 25-40 или 45% никеля, 25-38% кобальта, 4,8-6% алюминия, до примерно 1,6% титана, до 0,1% углерода, 0,5% общего количества марганца и меди, до примерно 6% хрома плюс молибдена, до примерно 6% вольфрама, около 0,5-6% ниобия, 0,002-0,01% бора, остальное по существу железо в количестве примерно 15-35%
В более широком смысле настоящее изобретение касается сплавов с двойным размером зерна, имеющих:
1) в качестве первого компонента матрицу, содержащую никель, железо и кобальт, причем никель, железо и кобальт присутствуют в количестве, необходимом для получения сплава с низким коэффициентом теплового расширения (СТЕ) меньше примерно 13х16-6 на oC при температуре примерно 427oС. Эта матрица трансформируется примерно при температуре прогиба из парамагнитной гамма-фазы, существующей при температре выше точки прогиба, в ферромагнитную гамма-фазу, присутствующую при температуре ниже точки прогиба;
2) первичную гамма-фазу (идеально Ni3Al) внутри матрицы первого компонента, и
3) второй, независимый кпонент в тесной связи с первым компонентом. Этот независимый компонент содержит никель и алюминий и, как полагают, он имеет идеальную объемносцентрированную кубическую структуру, основанную на NiAl или FeAl и модифицированную кобальтом, титаном или другими компонентами сплава. Для целей этого описания и формулы изобртения термин "в тесной связи с первым компонентом" означает, что исследование под микроскопом кристаллов или масснезависимых компонентов показывает, по существу, полное смачивание независимого компонента первым компонентом после отжига. Исследования под электронным микроскопом сплавов, которые охлаждали после отжига, показывают выделенную фазу, первичную гамма-фазу, которая существует в первом (гамма) компоненте, равномерно распределенную во всех зернах, причем даже вблизи границ зерен с независимым компонентом.
The present invention in particular relates to a oxidation-resistant alloy with a double grain size, containing in wt. about 36-44% nickel, 16-24% cobalt, about 5.5-6.5% aluminum, about 1.2-1.8% titanium, up to about 0.1% carbon, up to about 0.5 % in general manganese, copper and chromium, about 0.3% silicon, about 2% molybdenum, up to about 2% tungsten, 3-4% niobium, about 0.01% boron, the rest essentially iron in an amount of about 20-38% provided that when the iron content is less than about 24%, the cobalt content is at least 24%
To solve some problems of alloys having a composition within the specified limits, an oxidation-resistant alloy with a double grain size is proposed, containing in mass percent about 25-40 or 45% nickel, 25-38% cobalt, 4.8-6% aluminum, up to about 1.6% titanium, up to 0.1% carbon, 0.5% of the total amount of manganese and copper, up to about 6% chromium plus molybdenum, up to about 6% tungsten, about 0.5-6% niobium, 0.002-0 , 01% boron, the remainder is essentially iron in an amount of about 15-35%
In a broader sense, the present invention relates to alloys with double grain size, having:
1) as the first component, a matrix containing nickel, iron and cobalt, and nickel, iron and cobalt are present in the amount necessary to obtain an alloy with a low coefficient of thermal expansion (CTE) less than about 13x16 -6 at o C at a temperature of about 427 o C. This matrix transforms at approximately the deflection temperature from the paramagnetic gamma phase existing at a temperature above the deflection point to the ferromagnetic gamma phase present at a temperature below the deflection point;
2) the primary gamma phase (ideally Ni 3 Al) inside the matrix of the first component, and
3) a second, independent component in close connection with the first component. This independent component contains nickel and aluminum and is believed to have an ideal body-centered cubic structure based on NiAl or FeAl and modified with cobalt, titanium or other alloy components. For the purposes of this description and the claims, the term "in close association with the first component" means that microscopic examination of crystals or mass-independent components shows that the independent component is substantially completely wetted by the first component after annealing. Electron microscopy studies of the alloys that were cooled after annealing show the separated phase, the primary gamma phase, which exists in the first (gamma) component, uniformly distributed in all grains, even close to grain boundaries with an independent component.

Вообщем, сплав может содержаться в массовых процентах примерно 25-70% никеля, 5-45 или 50% кобальта, примерно 45-75% никеля+кобальта, 4 или 5-15% алюминия, 0-3% титана, например, 0-10% 1-10% ниобия или тантала, 0-10% каждого молибдена и вольфрама, 0-3% ванадия, 0-2% кремния, 0-1% марганца, 0-1% меди, 0-6% хрома, 0-2% гафния или рения, 0-0,3% бора, 0-0,3% циркония, 0,01% магния, кальция, иттрия и режкоземельных металлов, 0,05% азота, 0-0,3% углерода вместе с раскислителями, добавками, измельчающими зерно, дисперсоидами и тому подобными, которые являются обычными для способа изготовления сплава с содержанием железа в пределах примерно 15-55% при условии, что когда железо составляет меньше примерно 24% содержание кобальта по меньшей мере 24% Содержание серы, фосфора и кислорода (за исключением, когда они присутствуют в качестве окиси дисперсоида) должно быть ограничено максимум до примерно 0,02% каждого. Иногда из-за высокого содержания алюминия и другого активного металла в сплаве содержание кислорода может быть высокое, например, 0,3% Путем выбора сответствующего отношения содержания никеля, кобальта и железа в сплавах согласно настоящему изобретению можно получить сплав со сравнительно низким коэффициентом теплового расширения при температуре 427oC, например в пределах примерно 10,6-13х10-6/oC. Коэффициент расширения регулируют главным образом по соотношению Ni-Co-Fe, во вторых, по содержанию Al, Ti и Nb.In general, the alloy can be contained in mass percentages of about 25-70% nickel, 5-45 or 50% cobalt, about 45-75% nickel + cobalt, 4 or 5-15% aluminum, 0-3% titanium, for example, 0- 10% 1-10% niobium or tantalum, 0-10% each molybdenum and tungsten, 0-3% vanadium, 0-2% silicon, 0-1% manganese, 0-1% copper, 0-6% chromium, 0 -2% hafnium or rhenium, 0-0.3% boron, 0-0.3% zirconium, 0.01% magnesium, calcium, yttrium and rare earth metals, 0.05% nitrogen, 0-0.3% carbon together with deoxidizers, additives, grinding grain, dispersoids and the like, which are common in the method of manufacturing an alloy with an iron content in the range of about 15-55%, provided that when the iron is less than about 24%, the cobalt content is at least 24% Sulfur, phosphorus and oxygen (except when they are present as dispersoid oxide) should be limited to a maximum of approximately 0.02% of each. Sometimes, due to the high content of aluminum and other active metal in the alloy, the oxygen content can be high, for example, 0.3%. By choosing the appropriate ratio of the contents of nickel, cobalt and iron in the alloys according to the present invention, it is possible to obtain an alloy with a relatively low coefficient of thermal expansion at a temperature of 427 o C, for example in the range of about 10.6-13x10 -6 / o C. The expansion coefficient is controlled mainly by the ratio of Ni-Co-Fe, and secondly, by the content of Al, Ti and Nb.

Для того чтобы сохранить структуру сплава с двойным размером зерна (или даже более сложную структуру) согласно натоящему изобретению, целесообразно изменить указанный широкий предел состава так, что если содержание никеля плюс кобальта высокое, т.е. примерно 75% никеля плюс кобальта, то содержание алюминия в сплаве будет находиться в очень узком пределе, т.е. примерно 8,0% Если содержание никеля плюс кобальта в сплаве уменьшается до примерно 67% допустимое количество алюминия увеличивается до примерно 7-15% Когда содержание никеля плюс кобальта еще больше уменьшается, то допутимый предел содержания алюминия сужается до примерно 6-8% при 50% никеля+ кобальта и примерно до 5,0 при 45% никеля плюс кобальта. Такая взаимозависимость содержания никеля плюс кобальта наводит на мысль, что никель плюс кобальт действует подобно никелю и что никель плюс кобальт в зависимости от содержания алюминия не содержит элементы группы ниобия, тантала и титана, которые могут в ограниченном количестве увеличивать эффект алюминия. Таким образом, в сплавах, содержащих ниобий-титан и тантал согласно настоящему изобретению, указанную взаимосвязь между содержанием никеля плюс кобальта и содержанием алюминия можно изменить посредством суммарного эффекта алюминия, ниобия, титана и тантала, а не содержанием алюминия. In order to maintain the structure of the alloy with a double grain size (or even a more complex structure) according to the present invention, it is advisable to change this wide composition limit so that if the nickel plus cobalt content is high, i.e. approximately 75% nickel plus cobalt, the aluminum content in the alloy will be in a very narrow limit, i.e. about 8.0% If the nickel plus cobalt content in the alloy decreases to about 67%, the allowable amount of aluminum increases to about 7-15%. When the nickel plus cobalt content is further reduced, the allowable aluminum content limits to about 6-8% at 50 % nickel + cobalt and up to about 5.0 at 45% nickel plus cobalt. This interdependence of the nickel plus cobalt content suggests that nickel plus cobalt acts like nickel and that nickel plus cobalt, depending on the aluminum content, does not contain elements of the niobium, tantalum and titanium groups, which can increase the effect of aluminum in a limited amount. Thus, in alloys containing niobium-titanium and tantalum according to the present invention, the indicated relationship between the nickel plus cobalt content and the aluminum content can be changed by the combined effect of aluminum, niobium, titanium and tantalum, and not the aluminum content.

Специалист в данной области техники поймет, что содержание железа, никеля, кобальта и алюминия в сплавах согласно изобретению определяет основное свойство любого данного сплава и что титан, ниобий, молибден, вольфрам, тантал и т.д. обычно увеличивают твердость и прочность сплава дополнительно к эффекту алюминия. Было обнаружено, что кобальт улучшает жидкотекучесть и обрабатываемость в сравнении с сплавами, не содержащими кобальт, или содержащими его в очень незначительном количестве. Кроме того, сплавы согласно настоящему изобретению, которые содержат железо, никель и кобальт, имеют улучшенные свойства при высоких температурах, ударную вязкость при испытании образца с надрезом и стойкость к водородному охрупчивани. A person skilled in the art will understand that the content of iron, nickel, cobalt and aluminum in the alloys according to the invention determines the basic property of any given alloy and that titanium, niobium, molybdenum, tungsten, tantalum, etc. usually increase the hardness and strength of the alloy in addition to the effect of aluminum. It has been found that cobalt improves fluidity and workability compared to alloys containing no cobalt, or containing it in very small amounts. In addition, the alloys of the present invention, which contain iron, nickel and cobalt, have improved high temperature properties, toughness when testing a notched specimen and resistance to hydrogen embrittlement.

Коэффициенты теплового раширения сплавов согласно настоящему изобретению были определены на сплавах, содержащих примерно 2-3% ниобия и 1,3-2% титана. Если в сплаве присутствует молибден в количестве, например, примерно 5% вместе с ниобием и титаном, как было определено, то коэффициент теплового расширения, измеренный при 427oC, может быть таким высоким как, например, 12,9х10-6/oC. Элементы ниобий (с связанным танталом), молибден и титан, вносят свой вклад в прочность сплавов, особенно сопротивление разрыву и сопротивление ползучести при повышенных температурах, например, свыше примерно 600oC. Предпочтительно, когда сплавы согласно изобретению содержат примерно 0,5-5% ниобия, поскольку ниобий по-видимому увеличивает прочность и пластичность сплавов при повышенных температурах, например, 600-800oC. Кроме того, в сплавах, содержащих примерно 30% железа, присутствие ниобия в сплаве с низким содержаним титана кажется припятствует тенденции к охрупчиваемости при комнатной температуре после нахождения сплава при температуре примерно 600oC в течение продолжительных периодов времени. Было обнаружено, что в сплавах, содержащих алюминий между 5,0 и 6,5% ниобий, по-видимому, увеличивает агломерацию и сфероидизацию второго компонента микроструктуры сплавов, т. е. второй глобулярный элемент микроструктуры. Полагают, что тантал, когда он присутствует на атомной основе в сплавах согласно изобретению, действует подобно ниобию и его можно применять в качестве замены ниобия.The thermal expansion coefficients of the alloys according to the present invention were determined on alloys containing about 2-3% niobium and 1.3-2% titanium. If molybdenum is present in the alloy in an amount of, for example, about 5% together with niobium and titanium, as determined, then the coefficient of thermal expansion measured at 427 o C can be as high as, for example, 12.9x10 -6 / o C The elements of niobium (with bonded tantalum), molybdenum and titanium, contribute to the strength of the alloys, especially tensile strength and creep resistance at elevated temperatures, for example, above about 600 o C. It is preferable when the alloys according to the invention contain about 0.5- 5% niobium since niobium is dimomu increases the strength and ductility of the alloys at elevated temperatures, e.g., 600-800 o C. In addition, in alloys containing about 30% iron the presence of niobium in an alloy low in titanium appears pripyatstvy tendency to ohrupchivaemosti at room temperature after the alloy at finding temperature of about 600 o C for extended periods of time. It was found that in alloys containing aluminum between 5.0 and 6.5% niobium, apparently, increases the agglomeration and spheroidization of the second component of the microstructure of the alloys, i.e., the second globular element of the microstructure. It is believed that tantalum, when present on an atomic basis in the alloys of the invention, acts like niobium and can be used as a substitute for niobium.

Дополнительным преимуществом сплавов согласно настоящему изобретению является относительно низкая плотность в сравнении с известными жаропрочными сплавами с низким коэффициентом теплового расширения. An additional advantage of the alloys according to the present invention is the relatively low density in comparison with the known heat-resistant alloys with a low coefficient of thermal expansion.

При определении состава сплавов согласно настоящему изобретению следует отметить, что каждый из легирующих ингредиентов, в процентном отношении, как показано в табл. 1, можно применять в комбинации с любым другим легирующим ингредиентом, поскольку содержание никеля, кобальта и железа уравновешено для получения низкого коэффициента теплового расширения, как известно в технике, а содержание никеля и кобальта, как было указано, в зависимости от содержания алюминия взаимосвязано. Кроме того, в табл. 1 вместе с указанными пределами компонентов в составе показано, что для каждого элемента настоящее изобретение предлагает не столько указанный предел, но также любой предел, который можно определить между двумя установленными значениями конкретного элемента. When determining the composition of the alloys according to the present invention, it should be noted that each of the alloying ingredients, in percentage terms, as shown in the table. 1 can be used in combination with any other alloying ingredient, since the content of nickel, cobalt and iron is balanced to obtain a low coefficient of thermal expansion, as is known in the art, and the content of nickel and cobalt, as indicated, is interconnected depending on the aluminum content. In addition, in table. 1, together with the indicated limits of the components in the composition, it is shown that for each element the present invention provides not so much the specified limit, but also any limit that can be defined between two set values of a particular element.

Хотя множество конкретных пределов отдельных элементов, указанных в табл. 1, является эффективными согласно настоящему изобретению, однако было обнаружено, что можно успешно применять пределы содержания легирующих элементов, указанные в табл. 2. Although there are many specific limits of the individual elements indicated in the table. 1 is effective according to the present invention, however, it was found that it is possible to successfully apply the content limits of the alloying elements indicated in the table. 2.

Сплавы с пределом A содержания компонентов, указанным в табл. 2, имеют преимущественно высокую прочность при высоких температурах, например, в диапазоне примерно 649 760oC, при этом сохраняются благоприятная комбинация низкого коэффициента теплового расширения и хорошая стойкость против окисления. Пределы B и C являются соответственно предпочтительными, но более предпочтительны пределы согласно настоящему изобретению. Сплавы, имеющие состав в пределах B и особенно в пределах A и C, обычно отличаются пределом прочности при комнатной температуре свыше примерно 900 МПа, пределом текучести свыше 650 МПа, пределом удлинения свыше примерно 10% и уменьшением площади поперечного сечения свыше примерно 20% когда их испытывают на растяжение. Сплавы, имеющие состав в тех же пределах, когда их испытывают на растяжение на воздухе при температуре 760oC, обычно имеют предел прочности на растяжение по крайней мере 550 МПа, предел текучести по крайней мере 500 МПа, удлинение примерно на 5% и уменьшение площади поперечного сечения по крайней мере примерно на 30% Пределы Д и Е обычно определяют сплавы, которые не охрупчиваются при температурах примерно 600oC, в которых второй компонент сплава образуется в результате выделения, а не как первичный продукт литья. Кроме того, сплавы, содержащие хром и/или молибден в пределах Е, являются более стойкими к солевой коррозии в сравнении с другими известными сплавами, не содержащими хром и имеющими низкий коэффициент теплового расширения.Alloys with a limit A of the content of components indicated in the table. 2 have a predominantly high strength at high temperatures, for example, in the range of about 649 760 ° C., while maintaining a favorable combination of a low coefficient of thermal expansion and good resistance to oxidation. The limits of B and C are respectively preferred, but the limits according to the present invention are more preferred. Alloys having a composition within B and especially within A and C typically have a tensile strength at room temperature in excess of about 900 MPa, yield strength in excess of 650 MPa, elongation in excess of about 10% and a decrease in cross-sectional area in excess of about 20% when experiencing tensile. Alloys having a composition within the same limits when tested in tension in air at a temperature of 760 ° C. typically have a tensile strength of at least 550 MPa, a yield strength of at least 500 MPa, an elongation of about 5% and a decrease in area a cross section of at least about 30%. The limits D and E usually define alloys that are not embrittled at temperatures of about 600 ° C, in which the second component of the alloy is formed as a result of isolation, and not as the primary casting product. In addition, alloys containing chromium and / or molybdenum within E are more resistant to salt corrosion in comparison with other known alloys containing no chromium and having a low coefficient of thermal expansion.

Сплавы согласно изобретению, как было описано, успешно изготавливают посредством плавки легирующих ингредиентов в вакуумной индукционной печи, литья и горячей обработки слитка, например, посредством экструзии и прокатки для получения обработанного давлением в горячем состоянии пруткового проката. Составы таких сплавов, полученных горячей обработкой, согласно изобретению указаны в мас. в табл. 3, причем ясно, что остальное в сплавах составляет железо вместе с неизбежными примесями. The alloys according to the invention, as has been described, are successfully made by melting alloying ingredients in a vacuum induction furnace, casting and hot processing of an ingot, for example, by extrusion and rolling to obtain a hot-rolled bar. The compositions of such alloys obtained by hot working, according to the invention are indicated in wt. in table 3, and it is clear that the rest in the alloys is iron together with inevitable impurities.

Хотя конкретные сплавы, указанные в табл. 3, были получены литьем и обработкой давлением, однако в объеме настоящего изобретения сплавы с указанными пределами состава можно получить любым способом, известным в области металлургии. Например, сплавы согласно настоящему изобретению можно получить методом литья и использовать их в литой форме без какой-либо значительной обработки. Также сплавы согласно настоящему изобретению можно получить в порошковой форме и обрабатывать их до заданной формы обычным способом прессования и спекания, литьем и распылением, пламенным или плазменными напылением для образования покрытий либо любым другим способом, известным в порошковой металлургии. Сплавы согласно настоящему изобретению можно также получить техникой механического легирования, как раскрыто, например, в патенте США N 3785801 (на имя Бенджамина), особенно когда требуется включить в них фазу окисного дисперсоида, например, фазу, содержащую окись иттрия. Затем порошковый продукт механического легирования обрабатывают методами порошковой металлургии, как было описано, для получения требуемых изделий. Although the specific alloys indicated in the table. 3 were obtained by casting and pressure treatment, however, within the scope of the present invention, alloys with the indicated composition limits can be obtained by any method known in the field of metallurgy. For example, the alloys of the present invention can be obtained by casting and used in cast form without any significant processing. Also, the alloys according to the present invention can be obtained in powder form and processed to a predetermined shape by a conventional pressing and sintering method, by casting and spraying, by flame or plasma spraying to form coatings, or by any other method known in powder metallurgy. The alloys according to the present invention can also be obtained by mechanical alloying techniques, as disclosed, for example, in US patent N 3785801 (in the name of Benjamin), especially when you want to include in them the phase of the oxide dispersoid, for example, a phase containing yttrium oxide. Then, the powder product of mechanical alloying is treated with powder metallurgy methods, as described, to obtain the desired products.

После того, как сплавы согласно настоящему изобретению получают любым соответствующим способом, их преимущественно термообрабатывают посредством обжига при температуре в диапазоне от примерно 980oC до температуры ниже точки солидуса данного сплава в течение около 12 ч, причем обычно с последующим охлаждением. При охлаждении после отжига выделяется первичная гамма-фаза в первом компоненте в очень тонкой дискретной форме, которая равномерно распределяется в первом компоненте. Сплавы согласно изобретению, когда из испытали и о результатах сообщили, подвергли термообработке при температуре порядка 760oC для исключения непостоянства, когда проводили сравнительные испытания на сплавах, которые находились вне объема настоящего изобретения. Отжиг, особенно при температуре свыше примерно 1038oC, может привести к по крайней мере частичному растворению второго компонента сплавов. Термообработка сплавов, когда некоторая часть второго компонента сплава растворилась, проводимая при температуре примерно 870oC, может привести к повторному выделению второго компонента в форме, отличной от той формы, которую получают при литье и горячей обработкой давлением.After the alloys according to the present invention are obtained by any suitable method, they are preferably heat treated by calcination at a temperature in the range of from about 980 ° C. to a temperature below the solidus point of the alloy for about 12 hours, usually followed by cooling. Upon cooling after annealing, the primary gamma phase is released in the first component in a very thin discrete form, which is evenly distributed in the first component. The alloys according to the invention, when tested and reported, were heat treated at a temperature of about 760 ° C. to avoid inconstancy when comparative tests were carried out on alloys that were outside the scope of the present invention. Annealing, especially at temperatures above about 1038 ° C., can lead to at least partial dissolution of the second component of the alloys. Heat treatment of alloys, when some of the second component of the alloy has dissolved, carried out at a temperature of about 870 o C, can lead to re-isolation of the second component in a form different from that obtained by casting and hot pressure treatment.

Табл. 4 содержит данные, касающиеся свойств двух примеров дисперсионно-твердеющих сплавов согласно настоящего изобретения в сравнении со свойствами двух известных дисперсионно-твердеющих сплавов. Tab. 4 contains data regarding the properties of two examples of dispersion hardening alloys according to the present invention in comparison with the properties of two known dispersion hardening alloys.

Как показано в табл. 4, свойства были определены на образцах сплавов, которые термообработали следующим образом. As shown in the table. 4, the properties were determined on samples of alloys that were heat treated as follows.

Образцы из примеров 10 и 20 выдерживали при температуре 1038oC в течение 2 ч, охлаждали на воздухе, выдерживали при 760oC в течение 16 ч и затем опять охлаждали на воздухе.Samples from examples 10 and 20 were held at a temperature of 1038 ° C. for 2 hours, cooled in air, held at 760 ° C. for 16 hours, and then cooled again in air.

Сплав X выдерживали при температуре 1038oC в течение 1 ч, охлаждали на воздухе, выдерживали 8 ч при 774oC, охлаждали в печи до 621oC, выдерживали в течение 8 ч, затем опять охлаждали на воздухе.Alloy X was held at a temperature of 1038 ° C for 1 h, cooled in air, held for 8 hours at 774 ° C, cooled in an oven to 621 ° C, held for 8 hours, then cooled again in air.

Сплав Y выдерживали при температуре 1066oC в течение 1 ч, охлаждали на воздухе, затем выдерживали при температуре 760oC в течение 10 ч, охлаждали в печи до 621oC и выдерживали в течение всего времени, включая время нахождения при температуре 760oC и время охлаждения в печи, т.е. в течение 20 ч.Alloy Y was kept at a temperature of 1066 o C for 1 h, cooled in air, then kept at a temperature of 760 o C for 10 h, cooled in an oven to 621 o C and kept for the entire time, including the residence time at a temperature of 760 o C and the cooling time in the furnace, i.e. within 20 hours

Приращение в массе при статическом испытании на окисление было измерено в мг/см2 как результат испытания, которое заключалось в нагреве образцов сплавов на воздухе при температуре 704oC в течение 504 ч. Испытание проводили на сплаве X и на двух сплавах, подобным сплавам из примеров 10 и 20, но содержащих 2,5 и 4,0% алюминия соответственно. Сплав X имел минимальное приращение в массе 7,1 мг/см2, при этом на нем образовывалась очень пористая, не защищенная окисная пленка, которая сильно отслаивалась. Все сплавы согласно этому изобретению имели прочно связанную тонкую, не отслаивающуюся защитную окисную пленку с приращением в массе меньше 1,6 мг/см2. Для обеспечения общей стойкости против окисления необходимо только, чтобы сплав содержал свыше 2% Al, хотя содержание алюминия свыше 5% необходимо для стойкости против динамического кислородного охрупчивания.The mass gain in the static oxidation test was measured in mg / cm 2 as the result of the test, which consisted in heating the alloy samples in air at a temperature of 704 o C for 504 hours. The test was carried out on alloy X and on two alloys similar to alloys from examples 10 and 20, but containing 2.5 and 4.0% aluminum, respectively. Alloy X had a minimum increment of 7.1 mg / cm 2 in mass, and a very porous, unprotected oxide film was formed on it, which strongly peeled off. All alloys according to this invention had a firmly bonded thin, non-peeling protective oxide film with a mass increment of less than 1.6 mg / cm 2 . To ensure overall resistance to oxidation, it is only necessary that the alloy contains more than 2% Al, although an aluminum content of more than 5% is necessary for resistance against dynamic oxygen embrittlement.

Свойства, сплавов, указанные в табл. 4, относятся к составам с различным размером зерна. Соответствующие характеристики сплавов, имеющих равномерный тонкий размер зерна согласно стандарту N 8 ASTM (средний диаметр зерна равен 0,022 мм), указаны в табл. 5. Properties, alloys indicated in the table. 4 relate to formulations with different grain sizes. The corresponding characteristics of alloys having a uniform fine grain size according to ASTM Standard N 8 (average grain diameter is 0.022 mm) are shown in Table. 5.

Сплавы согласно настоящему изобретению, испытанные на растяжение при температуре 760oC, как указано в табл. 2, и термообработанные, как описано для примеров 10 и 20, имеют предельную прочность на разрыв в интервалах порядка 790 900 МПа, предел текучести в интервале 725 790 МПа, удлинение вплоть до 40% и уменьшение площади поперечного сечения вплоть до 88% Когда примеры сплавов согласно настоящему изобретению, термообработанных подобным образом, испытывают на разрыв при температуре 649oC и под нагрузкой 510 МПа, стойкость к разрыву растет с увеличением содержания алюминия от примерно 0,01 ч при 4%-ном содержании алюминия до 100 200 ч при 6%-ном содержании алюминия. При повышенных температурах значения удлинения и уменьшения площади поперечного сечения увеличиваются одновременно из-за уменьшения динамического кислородного охрупчивания. Также удлинение и уменьшение площади поперечного сечения, по-видимому, увеличиваются в значении, если содержание алюминия увеличивается от примерно 5 до 6% Для получения наилучшей комбинации таких свойств, как прочность на разрыв под нагрузкой, содержание алюминия в сплавах согласно изобретению, содержащих порядка 3,0% ниобия и 1,3 2,0% титана, необходимо поддерживать в пределах около 5 6% или 6,5% Сравнительно незначительный эффект содержания алюминия в тех же сплавах при аналогичной термообработке отмечается во время испытания на растяжение при комнатной температуре. Прочность при комнатной температуре постепенно увеличивается до малой степени при повышенном содержании алюминия, при этом возможна незначительная аномалия при содержании алюминия примерно при 4,8% Кривые зависимости удлинения и уменьшения площади поперечного сечения при комнатной температуре от содержания алюминия являются по существу плоскими.The alloys according to the present invention, tensile tested at a temperature of 760 o C, as indicated in the table. 2, and heat-treated, as described for examples 10 and 20, have ultimate tensile strength in the range of about 790,900 MPa, yield strength in the range of 725,790 MPa, elongation up to 40% and a decrease in cross-sectional area up to 88%. When examples of alloys According to the present invention, heat-treated in this way are tested for tearing at a temperature of 649 o C and under a load of 510 MPa, tearing resistance increases with increasing aluminum content from about 0.01 h at 4% aluminum content to 100,200 h at 6% -nogo content of aluminum. At elevated temperatures, the values of elongation and decrease in cross-sectional area increase simultaneously due to a decrease in dynamic oxygen embrittlement. Also, the elongation and reduction of the cross-sectional area, apparently, increase in value if the aluminum content increases from about 5 to 6% To obtain the best combination of properties such as tensile strength under load, the aluminum content in the alloys according to the invention containing about 3 , 0% niobium and 1.3 2.0% titanium, it is necessary to maintain in the range of about 5–6% or 6.5%. A comparatively insignificant effect of the aluminum content in the same alloys during similar heat treatment is observed during tensile tests. and room temperature. Strength at room temperature gradually increases to a small extent with an increased aluminum content, while a slight anomaly is possible with an aluminum content of about 4.8%. The curves of the elongation and reduction of the cross-sectional area at room temperature on the aluminum content are essentially flat.

Преимущества сплавов согласно настоящему изобретению в отношении их стойкости к кислородному охрупчиванию границ зерен, ускоренному напряжениями при температурах 760 и 649oC, показаны на фиг. 1 3. Ряд сплавов из девяти получили по существу так же, как сплавов из примеров, указанных в табл. 3. Составы этих девяти сплавов в мас. в которых для равновесия применяют железо, указаны в табл. 6.The advantages of the alloys according to the present invention with respect to their resistance to oxygen embrittlement of grain boundaries accelerated by stresses at temperatures of 760 ° C and 649 ° C are shown in FIG. 1 3. A number of alloys from nine were obtained essentially in the same way as alloys from the examples indicated in the table. 3. The compositions of these nine alloys in wt. in which iron is used for equilibrium, are shown in table. 6.

При испытании всех сплавов, указанных в табл. 6, на предел прочности на растяжение при комнатной температуре (в условиях после отжига и выдержки при температуре 750oC в течение 16 ч и охлаждении на воздухе) они продемонстрировали предельную прочность в интервале 1275 1655 МПа, предел текучести 0,2% в интервале 965 1138 МПа, удлинение примерно 30 40% и уменьшение площади поперечного сечения около 30 45% Отмечена некоторая тенденция в сторону повышения прочности и снижения слегка пластичности, как было определено по уменьшению площади поперечного сечения при увеличении содержания алюминия. Однако когда сплавы испытывали на растяжение при температуре 760oC, то были получены результаты, представленные на фиг. 1, где показано, что при температуре испытаний, когда содержание алюминия в сплаве превышает примерно 4% значения удлинения и уменьшения площади поперечного сечения значительно увеличиваются, даже если прочность сплавов остается по существу неизменной, фиг. 2 и 3 графически подтверждают удивительное явление, показанное на фиг. 1. Фиг. 2 показывает результаты испытаний на стойкость разрыву на воздухе при температуре 649oC, когда применяли комбинацию гладких образцов с надрезом (KT 3,6) сплавов, указанных в табл. 6. Сплавы, содержащие примерно менее 5% алюминия, имели разрыв в надрезе за 6 мин или меньше, тогда как сплавы, содержащие свыше примерно 5% алюминия, показали разрушение на гладких образцах и имели стойкость к разрыву порядка 100 ч или более. График на фиг. 3, детально представляющий значения удлинения и уменьшения площади поперечного сечения при испытании образцов на разрыв под нагрузкой, ясно показывает, что при температуре 649oC сплавы (табл. 6), содержащие менее 5% алюминия, подвержены разрушению типа окислению по границам зерен, ускоренному напряжениями, тогда как сплавы, содержащие свыше 5% алюминия, демонстрируют процент удлинения свыше 30% и уменьшают площади поперечного сечения свыше примерно 40%
Графики зависимости коэффициента теплового расширения при температуре 427 и 593oC в зависимости от содержания алюминия показывают только измеренное повышение коэффициента с увеличением содержания алюминия, как было описано. В пределах содержания алюминия 4,0 7,5% температура прогиба сплавов согласно изобретению остается сравнительно постоянной между 371 и 385oC.
When testing all the alloys indicated in the table. 6, the tensile strength at room temperature (under conditions after annealing and holding at 750 o C for 16 h and cooling in air), they showed ultimate strength in the range 1275 1655 MPa, yield strength 0.2% in the range 965 1138 MPa, elongation of approximately 30–40% and a decrease in cross-sectional area of approximately 30–45%. A slight tendency towards increasing strength and decreasing slightly ductility was noted, as was determined by a decrease in cross-sectional area with increasing aluminum content. However, when the alloys were tensile tested at a temperature of 760 ° C., the results shown in FIG. 1, where it is shown that at the test temperature, when the aluminum content in the alloy exceeds about 4%, the elongation and reduction of the cross-sectional area increase significantly, even if the strength of the alloys remains essentially unchanged, FIG. 2 and 3 graphically confirm the surprising phenomenon shown in FIG. 1. FIG. 2 shows the results of tests for tensile strength in air at a temperature of 649 o C, when a combination of smooth samples with a notch (K T 3,6) of the alloys indicated in table. 6. Alloys containing about less than 5% aluminum had a cut in the notch in 6 minutes or less, while alloys containing more than about 5% aluminum showed failure on smooth specimens and had a tensile strength of about 100 hours or more. The graph in FIG. 3, which represents in detail the values of elongation and decrease in cross-sectional area when testing samples for tensile testing under load, it clearly shows that at a temperature of 649 o C alloys (Table 6) containing less than 5% aluminum are susceptible to oxidation destruction along grain boundaries, accelerated stresses, while alloys containing more than 5% aluminum, show a percentage elongation of more than 30% and reduce cross-sectional areas of more than about 40%
The graphs of the dependence of the coefficient of thermal expansion at a temperature of 427 and 593 o C depending on the aluminum content show only the measured increase in the coefficient with increasing aluminum content, as described. Within the aluminum content of 4.0 to 7.5%, the deflection temperature of the alloys according to the invention remains relatively constant between 371 and 385 o C.

Сплавы согласно настоящему изобретению, которые содержат свыше примерно 5% алюминия, имеют структуру с двойным размером зерна или более сложную структуру, которая еще не совсем понятна в этом описании. Микроструктура материала, содержащего меньше примерно 5% алюминия и отожженного при температуре 1038oC с последующей изотермической обработкой при температуре 760oC, снимки которой были получены под оптическим микроскопом, подобна микроструктурам известных сверхпрочных сплавов на основе никеля, причем она имеет матрицу с более крупным размером зерна одного компонента, содержащую выделенную фазу вместе с выпадением некоторых вторичных фаз по границам зерна. Однако материал, содержащий свыше примерно 5% алюминия и при такой же термообработке, имеет структуру с двойным размером зерна или более сложную микроструктуру, включая выпадение очень тонких вторичных фаз по границам зерен. Появление вторичного компонента и повышенного выпадения вторичных фаз по границам зерен является значительным в том, что оно совпадает со стойкостью материала против кислородного охрупчивания.Alloys according to the present invention, which contain more than about 5% aluminum, have a double grain size structure or a more complex structure, which is not yet fully understood in this description. The microstructure of a material containing less than about 5% aluminum and annealed at a temperature of 1038 o C followed by isothermal processing at a temperature of 760 o C, images of which were obtained under an optical microscope, is similar to the microstructures of the known heavy-duty nickel-based alloys, and it has a matrix with a larger the grain size of one component containing the selected phase along with the precipitation of some secondary phases along the grain boundaries. However, a material containing more than about 5% aluminum and with the same heat treatment has a double grain size structure or a more complex microstructure, including the precipitation of very thin secondary phases along grain boundaries. The appearance of the secondary component and increased precipitation of the secondary phases along the grain boundaries is significant in that it coincides with the resistance of the material to oxygen embrittlement.

На фиг. 4 и 5 показана структура типичного сплава согласно настоящему изобретению. Предварительный рентгеноструктурный анализ образцов сплава, содержащего свыше примерно 5% алюминия, показывает, что первый компонент имеет гранецентрированную кубическую структуру. Фиг. 5 показывает фазу (предполагают, что это первичная гамма-фаза (Ni3Al), выделенную внутри фазы с грацентрированной кубической структурой. Полуколичественный анализ образца из примера 3 под растровым электронным микроскопом показал, что второй компонент более богат содержанием алюминия. Это анализ также показал, что второй компонент обогащен до некоторой степени содержанием никеля и титана и, кроме того, улучшено содержание железа и ниобия в сравнении с составом в массе и составом первого компонента. Оценка опубликованных диаграмм Ni-Fe-Al фазы с некоторыми предположениями, затрагивающими роль Co и Ti, наводит на мысль, что вторым компонентом должна быть фаза с объемно центрированной кубической структурой. Рентгеноструктурный анализ и структурный анализ под электронным микроскопом показывают, что фаза с объемно-центрированной кубической структурой имеет структуру B2 при комнатной температуре. Присутствие железа в структуре указывает на то, что возможны другие типы упорядочения структуры, основанные на Fe3Al.In FIG. 4 and 5 show the structure of a typical alloy according to the present invention. Preliminary X-ray diffraction analysis of alloy samples containing more than about 5% aluminum shows that the first component has a face-centered cubic structure. FIG. Figure 5 shows the phase (it is assumed that this is the primary gamma phase (Ni 3 Al) isolated inside the phase with a graded cubic structure. Semi-quantitative analysis of the sample from Example 3 under a scanning electron microscope showed that the second component is richer in aluminum content. This analysis also showed that the second component is enriched to some extent with the content of nickel and titanium and, in addition, the content of iron and niobium is improved in comparison with the composition in the mass and the composition of the first component. with some assumptions affecting the role of Co and Ti, it suggests that the second component should be a phase with a body-centered cubic structure.The X-ray diffraction analysis and structural analysis under an electron microscope show that the phase with a body-centered cubic structure has a B2 structure at room temperature The presence of iron in the structure indicates that other types of structural ordering based on Fe 3 Al are possible.

Таким образом, структура очень сложная. Однако возможно, что это имеет значение для достижения стойкости против кислородного охрупчивания. Кроме того, считается, что образование второго компонента в этих сплавах позволяет улучшить способность сплава к горячей обработке и действительно это может потребоваться для улучшения обрабатываемости в горячем состоянии литых и ковких сплавов никеля-кобальта-железа с высоким содержанием алюминия. Thus, the structure is very complex. However, it is possible that this is important for achieving resistance to oxygen embrittlement. In addition, it is believed that the formation of the second component in these alloys improves the hot working ability of the alloy and indeed it may be required to improve the hot workability of cast and malleable nickel-cobalt-iron alloys with a high aluminum content.

Выдающимся признаком сплавов согласно изобретению является то, что их можно отжигать при температурах, близких к 1038oC в течение по крайней мере 2 ч без укрупнения зерен. На первый взгляд подобные сплавы, содержащие небольшое количество алюминия или без алюминия, например, сплав X имеет значительное укрупнение зерен за такой минимальный отрезок времени как, например, 1 ч при температуре 1038oC, как указано в табл. 4. Таким образом, сплавы согласно настоящему изобретению можно применять в конструкциях, полученных посредством высокотемпературной пайки с применением сравнительно дешевых сплавов для пайки.An outstanding feature of the alloys according to the invention is that they can be annealed at temperatures close to 1038 ° C. for at least 2 hours without grain coarsening. At first glance, such alloys containing a small amount of aluminum or without aluminum, for example, alloy X has a significant enlargement of grains for such a minimum period of time as, for example, 1 hour at a temperature of 1038 o C, as indicated in table. 4. Thus, the alloys of the present invention can be used in structures obtained by high temperature brazing using relatively cheap brazing alloys.

Сплавы согласно изобретению могут содержать помимо металлических и вторичных фаз по границам зерен, как было описано, вплоть до примерно 2 мас. микротонко-дисперсной оксидной фазы, содержащей окись иттрия, окись лантана, окись церия, окись алюминия, или фазу окись иттрия окись алюминия, например, гарнет иттрий алюминий, которая образуется посредством механического легирования и термической обработки. Сплавы согласно изобретению могут включать в себя дисперсоиды, например, Be, B4C, BN, C, SiC, TiB2, TiN, W, WC, ZrB2 и ZrC.Alloys according to the invention may contain, in addition to metal and secondary phases along grain boundaries, as described, up to about 2 wt. microfine-dispersed oxide phase containing yttrium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, alumina, or the yttrium oxide phase alumina, for example, garnet yttrium aluminum, which is formed by mechanical alloying and heat treatment. The alloys according to the invention may include dispersoids, for example, Be, B 4 C, BN, C, SiC, TiB 2 , TiN, W, WC, ZrB 2 and ZrC.

Конкретный пример состава сплава, который был получен посредством механического легирования, состоит из 42,58% никеля, 5,87% алюминия, 17,14% кобальта, 1,73% титана, 2,78% ниобия, 0,04% углерода, 0,37% иттрия в форме J2O3 (сама по себе или как окись, содержащая J2O3), 0,61% кислорода, остальное по существу железо. После прессования, спекания, горячей обработки, отжига и выдержки при температуре 760oC этот сплав получил следующие механические свойства на основе испытаний комбинированных гладких и с надрезом образцов.A specific example of the composition of the alloy, which was obtained by mechanical alloying, consists of 42.58% nickel, 5.87% aluminum, 17.14% cobalt, 1.73% titanium, 2.78% niobium, 0.04% carbon, 0.37% yttrium in the form of J 2 O 3 (by itself or as an oxide containing J 2 O 3 ), 0.61% oxygen, the remainder is essentially iron. After pressing, sintering, hot working, annealing and aging at a temperature of 760 o C, this alloy obtained the following mechanical properties based on tests of combined smooth and notched samples.

Испытание на разрыв под нагрузкой 510 МПа при температуре 649oC (на воздухе), стойкость 859 ч. Разрушение в надрезе.Tensile test under a load of 510 MPa at a temperature of 649 o C (in air), resistance 859 h. Fracture failure.

Испытание на разрыв под нагрузкой 241 МПа при температуре 761oC (на воздухе), стойкость 307,4 ч. Разрушение в надрезе.Tensile test under a load of 241 MPa at a temperature of 761 o C (in air), resistance 307.4 hours. Notch fracture.

Содержание ниобия в сплавах согласно настоящему изобретению может иметь большое значение. Содержание ниобия в сплавах в соответствии изобретением преимущественно находится в пределах 2,5-4,0 мас. а если допустима сравнительно низкая пластичность при температуре 649oC, то содержание ниобия может быть в пределах 1,5-4,0% или даже 6% в зависимости от содержания титана. Фиг. 6 основана на ряде сплавов, включая примеры 12 и 20, как указано в табл. 3. На фиг. 6 показано, что при испытании на разрыв на воздухе под нагрузкой 510 МПа и температуре 649oC образцы сплавов согласно изобретению, содержащих 2,5% ниобия или более, имели стойкость в течение по крайней мере примерно 100 ч и в то же время они показывали по крайней мере примерно 23% удлинения и 40% уменьшения площади поперечного сечения. Пластичность в значениях удлинения и уменьшения площади поперечного сечения кажется максимизирована примерно на 3% (пример 20), причем стойкость к разрыву составила свыше 100 ч. Специалисты в данной области техники поймут, что хотя на повышение стойкости к разрыву с увеличением содержания ниобия является по существу линейным (фиг.6), однако шкала стойкости к разрыву является логарифмической, причем при 3%-ном содержании ниобия стойкость к разрыву примерно на два порядка величины выше стойкости сплава, не содержащего ниобий.The niobium content in the alloys of the present invention can be of great importance. The niobium content in the alloys in accordance with the invention is mainly in the range of 2.5-4.0 wt. and if a relatively low ductility at a temperature of 649 o C is acceptable, the niobium content can be in the range of 1.5-4.0% or even 6% depending on the titanium content. FIG. 6 is based on a number of alloys, including examples 12 and 20, as indicated in the table. 3. In FIG. Figure 6 shows that when tested for tensile testing in air under a load of 510 MPa and a temperature of 649 o C, samples of alloys according to the invention containing 2.5% niobium or more had resistance for at least about 100 hours and at the same time they showed at least about 23% elongation and 40% reduction in cross-sectional area. The ductility in terms of elongation and reduction of the cross-sectional area seems to be maximized by about 3% (Example 20), and the tensile strength was over 100 hours. Those skilled in the art will understand that although the increase in tensile strength with increasing niobium content is essentially linear (Fig. 6), however, the tear resistance scale is logarithmic, moreover, at a 3% niobium content, the tear resistance is approximately two orders of magnitude higher than the resistance of a niobium-free alloy.

Согласно изобретению, сплавы, которые имеют высокое содержание алюминия, например, свыше примерно 6% и которые получены обычной плавкой и литьем, содержат второй компонент в литой форме, причем в таком количестве и в такой форме, что второй компонент не может растворяться в твердой матрице во время термообработки. According to the invention, alloys that have a high aluminum content, for example, above about 6% and which are obtained by conventional smelting and casting, contain the second component in cast form, and in such an amount and in such a form that the second component cannot be dissolved in the solid matrix during heat treatment.

Изделия, полученные из сплавов согласно изобретению, содержащих такое высокое количество алюминия, часто обладают анизотропными механическими свойствами из-за различий в характеристиках при горячей обработке между матрицей и вторым компонентом. В тех случаях, когда существование анизотропных механических свойств нежелательно в обработанных изделиях из сплава, целесообразно поддерживать содержание алюминия в сплавах согласно изобретению ниже примерно 6% например, в интервале от примерно 4,3 до 6,0% лучше всего в интервале 4,8-5,8% В табл.7 отражено множество примеров сплавов, имеющих содержание алюминия в пределах 5,0-6,2% Каждый из указанных сплавов (табл.7) был получен тем же способом, который описан для примеров в табл.3. Products made from alloys according to the invention containing such a high amount of aluminum often have anisotropic mechanical properties due to differences in hot working characteristics between the matrix and the second component. In cases where the existence of anisotropic mechanical properties is undesirable in the processed alloy products, it is advisable to keep the aluminum content in the alloys according to the invention below about 6%, for example, in the range from about 4.3 to 6.0%, best in the range of 4.8- 5.8% Table 7 shows many examples of alloys having an aluminum content in the range of 5.0-6.2%. Each of these alloys (Table 7) was obtained in the same way as described for the examples in Table 3.

В примерах (табл.7) даны сплавы, которые испытывали различным образом. Например, сплавы по примерам 23-28 испытывали с тем, чтобы показать влияние отжига и старения, а также выдержки при 593oC в течение 100 ч при комнатной температуре. Обнаружено, что при старении в течение 8 ч в печи, охлажденной до 718oC, выдержке в течение 8 ч при 621oC и последующим охлаждении на воздухе были получены оптимальные результаты со сплавами из примеров 23 и 27, которые содержат примерно 25% железа и 25% или более кобальта. В примере сплава 23 показаны удовлетворительные результаты при испытании на растяжение при отжиге до старения в течение 1 ч в диапазоне температур 982-1093oC. В примере сплава 29 показаны удовлетворительные механические характеристики при комнатной температуре после старения и выдержки в течение 100 ч при 593oC только при отжиге в течение 1 ч в более узком диапазоне температур 1038-1093oC. В табл. 8 приведены результаты испытаний на растяжение при комнатной температуре, полученные со сплавами из примеров 23 и 27.In the examples (table 7) are given alloys that were tested in various ways. For example, the alloys of Examples 23-28 were tested in order to show the effect of annealing and aging, as well as aging at 593 ° C. for 100 hours at room temperature. It was found that when aging for 8 hours in an oven cooled to 718 ° C, holding for 8 hours at 621 ° C and then cooling in air, optimal results were obtained with alloys from Examples 23 and 27, which contain approximately 25% iron and 25% or more cobalt. In the example of alloy 23, satisfactory results are shown in a tensile test during annealing before aging for 1 h in the temperature range 982-1093 o C. In the example of alloy 29, satisfactory mechanical characteristics are shown at room temperature after aging and aging for 100 h at 593 o C only during annealing for 1 h in a narrower temperature range 1038-1093 o C. In the table. 8 shows the results of tensile tests at room temperature obtained with the alloys of examples 23 and 27.

Вообщем сплавы из примеров 23-29, содержащие свыше примерно 30% кобальта показывают недостаточную пластичность при комнатной температуре после выдержки при 593oC в заданных условиях обработки и проведения испытаний. Обнаружено, что при содержании железа свыше примерно 30% стабильность к выдержке при температуре 593oC или примерно 593oC может достигаться путем уменьшения или удаления титана без изменения содержания кобальта в сплаве.In general, the alloys of examples 23-29 containing more than about 30% cobalt show insufficient ductility at room temperature after exposure at 593 ° C. under the specified processing and test conditions. It has been found that when the iron content is greater than about 30%, aging stability at a temperature of 593 ° C. or about 593 ° C. can be achieved by reducing or removing titanium without changing the cobalt content in the alloy.

В отличие от характеристики при комнатной температуре, если проводят отжиг при 1038oC, а старение либо при 760oC в течение 16 ч, либо при 718oC в течение 8 ч и 621oC в течение 8 ч (двухстадийное старение), либо при температуре 899oC в течение 4 ч с последующим старением при 718oC в течение 8 ч и 621oC в течение 8 ч, то сплавы 23-29 получают удовлетворительные механические характеристики на растяжение при 649oC. Например, сплав 25, который подвергался старению при 760oC, показывает предел текучести 924 МРа, предел прочности при растяжении 1165 МРа, удлинение 24% и уменьшение площади поперечного сечения 50%
Сплавы из примеров 30-38 были получены для исследования влияния ниобия и титана на стабильность, как это отражено пластичностью при испытании на растяжение при комнатной температуре, растяжение после отжига, старения и выдержки при 593oC. В результате найдено, что присутствие ниобия важно для поддержания пластичности при комнатной температуре после 100 ч выдержки при 593oC и что присутствие титана вредно (табл.9).
In contrast to the characteristics at room temperature, if annealing is carried out at 1038 o C, and aging either at 760 o C for 16 hours or at 718 o C for 8 hours and 621 o C for 8 hours (two-stage aging), or at a temperature of 899 ° C for 4 hours, followed by aging at 718 ° C for 8 hours and 621 ° C for 8 hours, alloys 23-29 obtain satisfactory tensile properties at 649 ° C. For example, alloy 25 which has undergone aging at 760 o C, shows a yield point of 924 MPa, a tensile strength of 1165 MPa, an elongation of 24% and reduced e cross-sectional area 50%
The alloys of examples 30-38 were obtained to study the effect of niobium and titanium on stability, as reflected by the ductility tensile test at room temperature, tensile after annealing, aging and aging at 593 o C. As a result, it was found that the presence of niobium is important for maintaining plasticity at room temperature after 100 hours at 593 ° C. and that the presence of titanium is harmful (Table 9).

Данные табл. 9 показывают, что в каждом сплаве, содержащем примерно 30% железа и не имеющем ниобия, отмечается значительное уменьшение удлинения при растяжении при комнатной температуре и площади поперечного сечения после выдержки при 593oC. Кроме того, в данных, представленных в табл.9, отмечается тенденция, указывающая на то, что даже при наличии ниобия пластичность при испытании на растяжение при комнатной температуре после выдержки при 593oC уменьшается с увеличением содержания титана, таким образом для сплавов в соответствии с настоящим изобретением, содержащих более 30% железа, которые могут выдерживать при температурах примерно 593oC, содержание титана должно быть ограничено до максимальной величины примерно 0,5% Дополнительные испытания сплавов из примеров 30-38 при 649oC показывают повышение прочности с увеличением содержания ниобия и титана отдельно и в совокупности. Подобным образом ниобий и титан, взятые как отдельно, так и в совокупности, приводят к уменьшению коэффициента теплового расширения сплавов. Сплавы в соответствии с данным изобретением, содержащие примерно 25% или менее железа, все же остаются пластичными хотя титан уменьшает их пластичность при растяжении при комнатной температуре после выдержки до 593oC. В противоположность этому сплавы, содержащие примерно 30% железа и титана примерно более 0,5% не сохраняют удовлетворительной пластичности при растяжении при комнатной температуре после выдержки при 593oC.The data table. 9 show that in each alloy containing about 30% iron and not having niobium, there is a significant decrease in elongation at tension at room temperature and cross-sectional area after exposure at 593 o C. In addition, in the data presented in table.9, there is a trend indicating that even in the presence of niobium, the ductility in a tensile test at room temperature after holding at 593 ° C. decreases with increasing titanium content, thus for alloys in accordance with the present invention, containing more than 30% iron, which can withstand temperatures of about 593 o C, the titanium content should be limited to a maximum value of about 0.5% Additional tests of the alloys of examples 30-38 at 649 o C show an increase in strength with an increase in the content of niobium and titanium separately and in aggregate. Similarly, niobium and titanium, taken separately or in combination, lead to a decrease in the coefficient of thermal expansion of the alloys. Alloys in accordance with this invention, containing about 25% or less of iron, still remain ductile although titanium reduces their ductility when tensile at room temperature after exposure to 593 o C. In contrast, alloys containing about 30% of iron and titanium are about more 0.5% do not maintain satisfactory ductility when tensile at room temperature after exposure at 593 o C.

Сплавы из примеров 39-47 взяли для изучения влияния хрома и молибдена в сплавах в соответствии с изобретением. Эти сплавы испытывали в солевом тумане в течение 720 ч в соответствии с методом испытаний ASTM B117-85 (Американское общество по испытанию материалов), используя образцы, оттоженные при 1038oC в течение одного 1 ч, подвергнутые воздушному охлаждению и старению при 760oC в течение 16 ч и охлажденные на воздухе. Хромомолибденовый сплав из примера 39 показывает скорость коррозии примерно 12 мкм/год с максимальной глубиной точечной коррозии примерно 165 мкм. При увеличении содержания хрома и/или молибдена в целом до 8% скорость коррозии уменьшается до 0,76 мкм/год и максимальная глубина точечной коррозии уменьшается до менее 25 мкм. Образцы сплавов, испытываемые на растяжение, из примеров 39-47, отожженные в течение 2 ч при 1038oC и подвергнутые старению в течение 16 ч при 760oC, показывают удовлетворительные результаты при 649oC примерно по пределу текучести 930 МРа, а пределу прочности при растяжении 1158, удлинении 20% и уменьшении площади поперечного сечения 30% При комнатной температуре результаты испытаний на растяжение при повышенных уровнях содержания молибдена имеют тенденцию к незначительному уменьшению удлинения и уменьшения площади поперечного сечения, причем тенденция наблюдается также при 649oC, хотя менее сильная при повышенной температуре. При испытании гладких образцов и образцов с надрезом (Kt, равном 3,6) при температуре 649oC и нагрузке 510 были получены значения прочности на разрыв, увеличивающейся примерно от 100 до 500 ч, удлинении примерно на 30% и уменьшении площади поперечного сечения в среднем на 39% в безмолибденовых сплавах, когда содержание хрома повышали от 0 до 4% вместо железа. При любом заданном уровне хрома добавка молибдена уменьшает прочность на разрыв. Более или менее такая же картина увеличения с повышением содержания хрома и уменьшения с увеличением содержания молибдена показана в ходе ударных испытаний образцов с V-образным надрезом по Шарпи при комнатной температуре. Определение коэффициентов теплового расширения в примерах 39-47 показывает повышение величины этой характеристики с увеличением либо отдельно, либо в совокупности хрома и молибдена. Тем не менее коэффициенты теплового расширения были по меньшей мере на 10% меньше коэффициентов теплового расширения обычных сверхпрочных сплавов таких, как, например, сплав Инконель 718.The alloys of examples 39-47 were taken to study the effect of chromium and molybdenum in the alloys in accordance with the invention. These alloys were tested in salt spray for 720 hours in accordance with ASTM B117-85 (American Society for Testing Materials) using samples weathered at 1038 ° C for 1 hour, air-cooled and aged at 760 ° C. for 16 hours and chilled in air. The chromium-molybdenum alloy of Example 39 shows a corrosion rate of about 12 μm / year with a maximum pitting depth of about 165 μm. With an increase in the chromium and / or molybdenum content in general to 8%, the corrosion rate decreases to 0.76 μm / year and the maximum pitting corrosion depth decreases to less than 25 μm. The tensile test alloys of Examples 39-47, annealed for 2 hours at 1038 ° C and aged for 16 hours at 760 ° C, show satisfactory results at 649 ° C with approximately a yield strength of 930 MPa and a limit of tensile strength 1158, elongation of 20% and a decrease in cross-sectional area of 30% At room temperature, tensile test results at elevated levels of molybdenum tend to slightly decrease elongation and decrease cross-sectional area, and Ia is also observed at 649 o C, although less severe at the elevated temperature. When testing smooth specimens and notched specimens (K t equal to 3.6) at a temperature of 649 ° C and a load of 510, tensile strengths were obtained, increasing from about 100 to 500 hours, elongation by about 30%, and reducing the cross-sectional area an average of 39% in molybdenum-free alloys, when the chromium content was increased from 0 to 4% instead of iron. At any given level of chromium, the addition of molybdenum reduces tensile strength. A more or less the same picture of an increase with increasing chromium content and a decrease with increasing molybdenum content was shown during impact tests of Charpy V-shaped notches at room temperature. The determination of thermal expansion coefficients in examples 39-47 shows an increase in the value of this characteristic with an increase either individually or in combination of chromium and molybdenum. Nevertheless, the thermal expansion coefficients were at least 10% lower than the thermal expansion coefficients of conventional heavy-duty alloys, such as, for example, Inconel 718 alloy.

Помимо указанных примеров сплавов согласно изобретению был получен ряд сплавов, содержащих алюминия 5,9-6,2% титана примерно 1,5% ниобия 3% бора менее 0,01% железа 20-34% кобальта 18-40% и остальное никель. Сплавы расплавляли, отливали, обрабатывали давлением и термообрабатывали посредством выдержки в течение 2 ч при температуре 1038o, охлаждали на воздухе и выдерживали при температуре 760oC в течение 16 ч. Когда данные испытания на разрыв комбинации гладких образцов и с надрезом под нагрузкой 510 МПа при температуре 649oC касаются сплавов, представленных точками на графике зависимости содержания железа от содержания кобальта, то ясно, что сплавы, содержащие менее примерно 24% железа и 25 или 26% кобальта, показывают разрыв в надрезе, и они, по-видимому, подвержены охрупчиванию в результате окисления на границе зерен, ускоренного напряжениями. Максимальная стойкость сплава к разрыву отмечается, когда сплав имеет содержание железа примерно 15-24% и кобальта 35-40% или больше, как показано на графике. Стойкость к разрыву в условиях испытаний снижается до нуля в сплавах, содержащих свыше 30% железа и 34% или столько же кобальта, хотя пластичность этих сплавов выше. Пластичность, определенная по проценту уменьшения площади поперечного сечения, кажется является соответствующей либо она лучше для сплавов, имеющих содержание кобальта в пределах испытанного интервала при условии, что сплавы включают в себя свыше примерно 25% железа. При содержании железа менее 25% адекватная или хорошая пластичность отмечается только у тех сплавов, которые содержат свыше 25 или 28% кобальта. Из испытанных составов сплавов наилучшая стойкость против разрушения (438 ч) и уменьшение площади поперечного сечения на 31% были отмечены у сплава, содержащего 39,78% кобальта и 18,93% железа, однако коэффициент теплового расширения увеличился в результате замены железа кобальтом. Наихудшими результатами этой серии испытаний на разрыв были нулевая стойкость и нулевая пластичность у сплавов, содержащих кобальта 17,88% и железа 24,6% кобальта 23,04% и железа 24,06% кобальта 27,45% и железа 20,38% Специалисты в данной области техники поймут, что линии, разделяющие хорошие и плохие составы сплавов на основе результатов испытаний на разрыв под нагрузкой при температуре 649oC, являются приблизительными, и они будут несколько смещаться в зависимости от изменений в составе сплава, от обработки, термообработки, размера зерна, а также условий испытаний (включая приложенную нагрузку, температуру при испытании, остроту надреза, конфигурацию образца) и других параметров. Например, если сплав содержит 30% железа, то повышение содержания железа приведет к снижению коэффициента теплового расширения, а уменьшенное содержание железа кажется повышает стабильность и стойкость в разрыву сплава и уменьшает образование бета-фазы, которая, по-видимому, обеспечивает защиту против охрупчивания на границах зерен, ускоренного напряжениями.In addition to these examples of alloys according to the invention, a number of alloys were obtained containing aluminum 5.9-6.2% titanium, approximately 1.5% niobium 3% boron, less than 0.01% iron 20-34% cobalt 18-40% and the rest nickel. The alloys were melted, cast, pressure treated and heat treated by holding for 2 hours at a temperature of 1038 o , cooled in air and kept at a temperature of 760 o C for 16 hours. When these tensile tests of the combination of smooth samples and notch under a load of 510 MPa at a temperature of 649 o C relate to the alloys represented by dots in the graph of the dependence of the iron content on the cobalt content, it is clear that alloys containing less than about 24% iron and 25 or 26% cobalt, show a gap in the notch, and they apparently susceptible to embrittlement as a result of oxidation at the grain boundary, accelerated by stresses. The maximum tensile strength of the alloy is observed when the alloy has an iron content of about 15-24% and cobalt 35-40% or more, as shown in the graph. The tensile strength under test conditions is reduced to zero in alloys containing more than 30% iron and 34% or the same amount of cobalt, although the ductility of these alloys is higher. The ductility, determined by the percentage reduction in cross-sectional area, seems to be appropriate or better for alloys having a cobalt content within the tested interval, provided that the alloys include over about 25% iron. When the iron content is less than 25%, adequate or good ductility is observed only in those alloys that contain more than 25 or 28% cobalt. Of the alloy compositions tested, the best resistance to fracture (438 h) and a 31% reduction in cross-sectional area were noted for the alloy containing 39.78% cobalt and 18.93% iron, but the thermal expansion coefficient increased as a result of the replacement of iron with cobalt. The worst results of this series of tensile tests were zero resistance and zero ductility in alloys containing cobalt 17.88% and iron 24.6% cobalt 23.04% and iron 24.06% cobalt 27.45% and iron 20.38% Specialists in the art will understand that the lines separating the good and bad compositions of the alloys based on the results of tensile tests under load at a temperature of 649 o C, are approximate, and they will slightly shift depending on changes in the composition of the alloy, from processing, heat treatment grain size as well as conditions tests (including the applied load, test temperature, notch sharpness, sample configuration) and other parameters. For example, if the alloy contains 30% iron, then an increase in the iron content will lead to a decrease in the coefficient of thermal expansion, and a reduced iron content seems to increase the stability and tear resistance of the alloy and reduces the formation of the beta phase, which, apparently, provides protection against embrittlement on grain boundaries accelerated by stresses.

Изобретение было описано и показано на примере конкретных сплавов, однако специалист поймет, что это описание и иллюстрация не ограничены приложенной формулой изобретения. Сплавы согласно изобретению годятся для любого применения, в котором высокая прочность и пластичность как при комнатной, так и при повышенных температурах являются критериями вместе со стойкостью против окисления на границах зерен, ускоренного напряжения. Такие примеры применения включают в себя элементы и детали для турбин, работающих в условиях высоких температур, критические конструкционные элементы, например, уплотнения, кольца, диски, лопатки компрессора и кожухи, детали ракетного двигателя, например детали насоса для турбин, работающей на водородном топливе, и силовые головки. Сплав можно также применять в качестве материала матрицы для композитных материалов с металлической или волокнистой матрицей, высокопрочного ферромагнитного сплава, оружейных стволов, высокопрочных крепежных деталей, оболочек для полупроводников, вобщем там, где требуются хорошая износостойкость и стойкость против кавитации и эрозии. The invention has been described and shown using specific alloys as an example, however, one skilled in the art will understand that this description and illustration are not limited by the appended claims. The alloys according to the invention are suitable for any application in which high strength and ductility both at room and at elevated temperatures are criteria along with resistance to oxidation at grain boundaries, accelerated stress. Such application examples include components and parts for turbines operating at high temperatures, critical structural elements, for example, seals, rings, disks, compressor blades and casings, rocket engine parts, for example, pump parts for turbines operating on hydrogen fuel, and power heads. The alloy can also be used as a matrix material for composite materials with a metal or fiber matrix, a high-strength ferromagnetic alloy, gun barrels, high-strength fasteners, shells for semiconductors, in general, where good wear resistance and resistance to cavitation and erosion are required.

Хотя описанные примеры сплавов согласно изобретению были все отлиты и обработаны давлением, однако можно изготовить и применять сплавы в литой форме, в виде порошка и любой другой форме, известной в области металлургии. Although the described examples of the alloys according to the invention were all cast and pressure-treated, it is possible to manufacture and use the alloys in cast form, in the form of a powder, and any other form known in the field of metallurgy.

Claims (18)

1. Сплав, стойкий к окислению, с низким коэффициентом теплового расширения, содержащий никель, кобальт, алюминия, ниобий, марганец, кремний, медь и железо, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, мас. 1. The alloy is resistant to oxidation, with a low coefficient of thermal expansion, containing nickel, cobalt, aluminum, niobium, manganese, silicon, copper and iron, characterized in that it contains components in the following ratio, wt. Никель 25 50
Кобальт 5 50
Алюминий 5 10
Ниобий 0,5 6,0
Сумма марганца, кремния и меди 0,14 2,0
Железо 20 50
2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он содержит до 0,5 мас. кремния.
Nickel 25 50
Cobalt 5 50
Aluminum 5 10
Niobium 0.5 6.0
The sum of manganese, silicon and copper 0.14 2.0
Iron 20 50
2. The alloy according to claim 1, characterized in that it contains up to 0.5 wt. silicon.
3. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит один или несколько компонентов, мас. 3. The alloy according to claim 1, characterized in that it further comprises one or more components, wt. Титан До 2
Углерод До 0,2
Хром До 6
Сумма молибдена и вольфрама До 5
Цирконий До 0,1
Бор До 0,02
4. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере 2 мас. ниобия.
Titanium Under 2
Carbon Up to 0.2
Chrome Up to 6
Sum of Molybdenum and Tungsten Up to 5
Zirconium Up to 0.1
Bor To 0.02
4. The alloy according to claim 1, characterized in that it contains at least 2 wt. niobium.
5. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он содержит 30 45 мас. никеля. 5. The alloy according to claim 1, characterized in that it contains 30 to 45 wt. nickel. 6. Сплав, стойкий к окислению, содержащий никель, кобальт, алюминий и железо, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, мас. 6. The alloy is resistant to oxidation, containing Nickel, cobalt, aluminum and iron, characterized in that it contains components in the following ratio, wt. Никель 25 70
Кобальт 5 50
Алюминий 4 15
Железо 20 50
с суммарным содержанием никеля и кобальта 45 75 мас. при этом сплав имеет дуплексную структуру с первым кристаллическим компонентом, представляющим γ -фазу с выделениями γ -фазы и вторым компонентом, имеющим ОЦК структуру типа В2, обогащенную алюминием по сравнению с первым кристаллическим компонентом.
Nickel 25 70
Cobalt 5 50
Aluminum 4 15
Iron 20 50
with a total content of Nickel and cobalt 45 75 wt. wherein the alloy has a duplex structure with a first crystalline component representing the γ phase with gaseous precipitates and a second component having a bcc type B2 structure enriched with aluminum compared to the first crystalline component.
7. Сплав по п.6, отличающийся тем, что он дополнительно содержит один или несколько компонентов, мас. 7. The alloy according to claim 6, characterized in that it further comprises one or more components, wt. Титан До 3
Углерод До 0,3
Хром До 6
Молибден До 10
Вольфрам До 10
Цирконий До 0,3
Бор До 0,3
Ниобий До 10
Тантал До 10
Ванадий До 3
Кремний До 2
Марганец До 1
Медь До 1
Гафний До 2
Рений До 2
Сумма магния, кальция, иттрия и РЗМ До 0,1
Азот До 0,5
8. Сплав по п.6, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере 24 мас. кобальта при содержании железа менее 24 мас.
Titanium Under 3
Carbon Up to 0.3
Chrome Up to 6
Molybdenum Under 10
Tungsten Up to 10
Zirconium Up to 0.3
Bor To 0.3
Niobium Under 10
Tantalum Up to 10
Vanadium Under 3
Silicon Up to 2
Manganese Before 1
Copper Up to 1
Hafnium Under 2
Rhenium Under 2
The sum of magnesium, calcium, yttrium and rare-earth metals To 0.1
Nitrogen Up to 0.5
8. The alloy according to claim 6, characterized in that it contains at least 24 wt. cobalt when the iron content is less than 24 wt.
9. Сплав по п. 7, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере 1 мас. ниобия. 9. The alloy according to claim 7, characterized in that it contains at least 1 wt. niobium. 10. Сплав по п.7, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере 2,5 мас. ниобия при содержании титана менее 0,8 мас. 10. The alloy according to claim 7, characterized in that it contains at least 2.5 wt. niobium with a titanium content of less than 0.8 wt. 12. Сплав по п.7, отличающийся тем, что он содержит 1,0 2,5 мас. титана при содержании железа менее 30 мас. 12. The alloy according to claim 7, characterized in that it contains 1.0 to 2.5 wt. titanium with an iron content of less than 30 wt. 13. Сплав по п.7, отличающийся тем, что он содержит до 5 мас. молибдена плюс вольфрама. 13. The alloy according to claim 7, characterized in that it contains up to 5 wt. molybdenum plus tungsten. 14. Сплав по п.7, отличающийся тем, что он содержит 25 40 мас. кобальта. 14. The alloy according to claim 7, characterized in that it contains 25 to 40 wt. cobalt. 15. Сплав по п. 14, отличающийся тем, что он содержит 20,0 27,5 мас. железа. 15. The alloy according to claim 14, characterized in that it contains 20.0 to 27.5 wt. gland. 16. Сплав по п.7, отличающийся тем, что он содержит до 2 мас. ванадия. 16. The alloy according to claim 7, characterized in that it contains up to 2 wt. vanadium. 17. Сплав по п.7, отличающийся тем, что он содержит 2 6 мас. хрома. 17. The alloy according to claim 7, characterized in that it contains 2 to 6 wt. chromium. 18. Сплав по п.7, отличающийся тем, что он содержит 2 6 мас. молибдена. 18. The alloy according to claim 7, characterized in that it contains 2 to 6 wt. molybdenum. 19. Сплав по п.7, отличающийся тем, что он содержит 4 10 мас. молибдена плюс хрома. 19. The alloy according to claim 7, characterized in that it contains 4 to 10 wt. molybdenum plus chromium. 20. Сплав по п.7, отличающийся тем, что он содержит до 0,3 мас. азота. 20. The alloy according to claim 7, characterized in that it contains up to 0.3 wt. nitrogen. 21. Сплав по п.7, отличающийся тем, что содержит компоненты при следующем соотношении, мас. 21. The alloy according to claim 7, characterized in that it contains components in the following ratio, wt. Никель 25 45
Кобальт 25 35
Алюминий 4,8 5,8
Железо 20 27
Титан До 1,8
Углерод До 0,1
Кремний До 0,3
Сумма молибдена и вольфрама До 5
Сумма меди и марганца До 0,5
Ниобий 0,5 4,0
22. Сплав по п.7, отличающийся тем, что содержит компоненты при следующем соотношении, мас.
Nickel 25 45
Cobalt 25 35
Aluminum 4.8 5.8
Iron 20 27
Titanium Up to 1.8
Carbon Up to 0.1
Silicon Up to 0.3
Sum of Molybdenum and Tungsten Up to 5
The sum of copper and manganese Up to 0.5
Niobium 0.5 4.0
22. The alloy according to claim 7, characterized in that it contains components in the following ratio, wt.
Никель 25 45
Кобальт 25 35
Алюминий 4,8 5,8
Железо 27,5 35,0
Титан До 0,8
Марганец До 0,5
Кремний До 0,75
Молибден До 2
Ниобий До 2
Бор 0,001 0,01
23. Сплав по п.6, отличающийся тем, что он дополнительно содержит до 2 мас. дисперсоида в виде оксидной фазы.
Nickel 25 45
Cobalt 25 35
Aluminum 4.8 5.8
Iron 27.5 35.0
Titanium Up to 0.8
Manganese Up to 0.5
Silicon Up To 0.75
Molybdenum Under 2
Niobium Under 2
Boron 0.001 0.01
23. The alloy according to claim 6, characterized in that it further comprises up to 2 wt. dispersoid in the form of an oxide phase.
24. Сплав по п.6, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 0,2 2,0 мас. иттрия или оксидной фазы в виде сложного оксида. 24. The alloy according to claim 6, characterized in that it further comprises 0.2 to 2.0 wt. yttrium or oxide phase in the form of a complex oxide.
SU914894285A 1990-11-19 1991-01-14 Oxidation-resistant alloy (variants) RU2088684C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US61308190A 1990-11-19 1990-11-19
US613081 1990-11-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2088684C1 true RU2088684C1 (en) 1997-08-27

Family

ID=24455796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU914894285A RU2088684C1 (en) 1990-11-19 1991-01-14 Oxidation-resistant alloy (variants)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2088684C1 (en)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7491275B2 (en) 2003-10-06 2009-02-17 Ati Properties, Inc. Nickel-base alloys and methods of heat treating nickel-base alloys
US7531054B2 (en) 2005-08-24 2009-05-12 Ati Properties, Inc. Nickel alloy and method including direct aging
US8394210B2 (en) 2007-04-19 2013-03-12 Ati Properties, Inc. Nickel-base alloys and articles made therefrom
RU2479658C2 (en) * 2009-09-25 2013-04-20 Вилларэс Металс С/А Wear-resistant alloy for high-temperature applications
RU2518812C2 (en) * 2008-11-19 2014-06-10 Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб Nickel-based alloy to form aluminium oxide
RU2551744C2 (en) * 2012-08-17 2015-05-27 Альстом Текнолоджи Лтд Nickel alloy resistant to oxidation
RU2579405C1 (en) * 2015-05-20 2016-04-10 Байдуганов Александр Меркурьевич High-temperature alloy
RU2605732C1 (en) * 2015-09-10 2016-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Elinvar alloy with high modulus of elasticity and article made therefrom
RU2695097C1 (en) * 2019-01-10 2019-07-19 Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" Deformable nickel-based heat-resistant alloy
RU2721261C1 (en) * 2019-12-11 2020-05-18 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Heat-resistant deformable nickel-based alloy with low temperature coefficient of linear expansion and article made from it
US10724122B2 (en) 2016-03-10 2020-07-28 Nuovo Pignone Tecnologie Srl High oxidation-resistant alloy and gas turbine applications using the same
RU2751391C1 (en) * 2020-12-02 2021-07-13 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр «ЛИНВАР» Foundry invar alloy based on iron
CN115572867A (en) * 2022-10-24 2023-01-06 常州航天岳达精密机械有限公司 Corrosion-resistant aluminum alloy section for engine and preparation method thereof
CN116219255A (en) * 2021-12-03 2023-06-06 江苏新华合金有限公司 Novel molten metal fiber FeCrAlB alloy material and preparation method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Химушин Ф.Ф. Жаропрочные стали и сплавы. - М.: 1969, с. 470, 471. Патент США N 4642145, кл. C 22 C 38/02, 1987. *

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7491275B2 (en) 2003-10-06 2009-02-17 Ati Properties, Inc. Nickel-base alloys and methods of heat treating nickel-base alloys
US7527702B2 (en) 2003-10-06 2009-05-05 Ati Properties, Inc. Nickel-base alloys and methods of heat treating nickel-base alloys
US7531054B2 (en) 2005-08-24 2009-05-12 Ati Properties, Inc. Nickel alloy and method including direct aging
US8394210B2 (en) 2007-04-19 2013-03-12 Ati Properties, Inc. Nickel-base alloys and articles made therefrom
RU2518812C2 (en) * 2008-11-19 2014-06-10 Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб Nickel-based alloy to form aluminium oxide
RU2479658C2 (en) * 2009-09-25 2013-04-20 Вилларэс Металс С/А Wear-resistant alloy for high-temperature applications
RU2551744C2 (en) * 2012-08-17 2015-05-27 Альстом Текнолоджи Лтд Nickel alloy resistant to oxidation
RU2579405C1 (en) * 2015-05-20 2016-04-10 Байдуганов Александр Меркурьевич High-temperature alloy
RU2605732C1 (en) * 2015-09-10 2016-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Elinvar alloy with high modulus of elasticity and article made therefrom
US10724122B2 (en) 2016-03-10 2020-07-28 Nuovo Pignone Tecnologie Srl High oxidation-resistant alloy and gas turbine applications using the same
RU2729477C2 (en) * 2016-03-10 2020-08-07 Нуово Пиньоне Текнолоджи Срл Alloy with high oxidation resistance and use for gas turbines using this alloy
RU2695097C1 (en) * 2019-01-10 2019-07-19 Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" Deformable nickel-based heat-resistant alloy
RU2721261C1 (en) * 2019-12-11 2020-05-18 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Heat-resistant deformable nickel-based alloy with low temperature coefficient of linear expansion and article made from it
RU2751391C1 (en) * 2020-12-02 2021-07-13 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр «ЛИНВАР» Foundry invar alloy based on iron
CN116219255A (en) * 2021-12-03 2023-06-06 江苏新华合金有限公司 Novel molten metal fiber FeCrAlB alloy material and preparation method thereof
CN115572867A (en) * 2022-10-24 2023-01-06 常州航天岳达精密机械有限公司 Corrosion-resistant aluminum alloy section for engine and preparation method thereof
CN115572867B (en) * 2022-10-24 2023-10-03 常州航天岳达精密机械有限公司 Corrosion-resistant aluminum alloy profile for engine and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5403547A (en) Oxidation resistant low expansion superalloys
EP1900835B1 (en) Cobalt-chromium-iron-nickel alloys amenable to nitride strengthening
US5207982A (en) High temperature alloy for machine components based on doped tial
RU2088684C1 (en) Oxidation-resistant alloy (variants)
US4908069A (en) Alloys containing gamma prime phase and process for forming same
US5741376A (en) High temperature melting niobium-titanium-chromium-aluminum-silicon alloys
US3767385A (en) Cobalt-base alloys
US5032357A (en) Tri-titanium aluminide alloys containing at least eighteen atom percent niobium
US4386976A (en) Dispersion-strengthened nickel-base alloy
EP3208354A1 (en) Ni-based superalloy for hot forging
US5167732A (en) Nickel aluminide base single crystal alloys
EP3208355B1 (en) Ni-based superalloy for hot forging
JP6741876B2 (en) Alloy plate and gasket
US5192497A (en) Superalloys with low thermal-expansion coefficient
US4722828A (en) High-temperature fabricable nickel-iron aluminides
GB2037322A (en) Super heat resistant alloys having high ductility at room temperature and high strength at high temperatures
US5089223A (en) Fe-cr-ni-al ferritic alloys
EP1052298A1 (en) Creep resistant gamma titanium aluminide
JP2002097537A (en) Co-ni based heat resistant alloy and manufacturing method
US4891184A (en) Low density heat resistant intermetallic alloys of the Al3 Ti type
Maeda et al. Ductility and strength in Mo modified TiAl
EP0533059B1 (en) Super alloy with low thermal expansion
US3592638A (en) Alloy
Frommeyer et al. Intermetallics of aluminum
US5226984A (en) Process of preparing fe-cr-ni-al ferritic alloys