RU2131943C1

RU2131943C1 - Nickel-base heat-resistant alloy

Info

Publication number: RU2131943C1
Application number: RU97103389A
Authority: RU
Inventors: О.Х. Фаткуллин; В.И. Еременко; Н.М. Гриц; Е.А. Федоренко; Л.А. Правикова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов"
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 1999-06-20

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: nickel-base heat-resistant alloy has the following components, wt. -%: carbon 0.02-0.10; chrome 8.0-10.0; tungsten 5.2-5.9; molybdenum 3.6-4.3; titanium 1.5-3.4; aluminium 4.3-5.3; niobium 1.0-2.0; hafnium 0.1-0.4; boron 0.001-0.05; zirconium 0.001-0.05; magnesium 0.001-0.08; cerium 0.001-0.06 and nickel - the rest. Alloy provides the complex of high strength indices and nonsensitivity to stress concentrating agents. EFFECT: improved quality and properties of the alloy. 2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности металлургии жаропрочных сплавов на основе никеля, предназначенных для эксплуатации при повышенных температурах в деталях газотурбинных двигателей. The invention relates to the field of metallurgy, in particular the metallurgy of heat-resistant nickel-based alloys intended for use at elevated temperatures in the details of gas turbine engines.

Известен жаропрочный сплав на основе никеля, состава в мас.%:
углерод - 0,04 - 0,08
хром - 13,0 - 16,0
кобальт - 8,0 - 12,0
молибден - 4,0 - 6,0
ниобий - 2,4 - 3,5
титан - 2,4 - 3,0
алюминий - 2,2 - 2,8
бор - 0,001 - 0,01
церий - 0,001 - 0,03
лантан - 0,01 - 0,1
никель - остальное
(а.с. СССР N 274924, C 22 C 19/00, 1970 г.) - прототип.Known heat-resistant alloy based on Nickel, composition in wt.%:
carbon - 0.04 - 0.08
chrome - 13.0 - 16.0
cobalt - 8.0 - 12.0
molybdenum - 4.0 - 6.0
niobium - 2.4 - 3.5
titanium - 2.4 - 3.0
aluminum - 2.2 - 2.8
boron - 0.001 - 0.01
cerium - 0.001 - 0.03
lanthanum - 0.01 - 0.1
nickel - the rest
(USSR AS N 274924, C 22 C 19/00, 1970) - prototype.

Недостатком этого сплава является низкий уровень прочностных характеристик при комнатной и рабочих температурах, что приводит к преждевременному разрушению сплава. The disadvantage of this alloy is the low level of strength characteristics at room and operating temperatures, which leads to premature destruction of the alloy.

Предлагается сплав на основе никеля, содержащий компоненты в следующем соотношении в мас.%:
углерод - 0,02 - 0,10
хром - 0,02 - 0,10
вольфрам - 5,2 - 5,9
молибден - 3,6 - 4,3
титан - 1,5 - 3,4
алюминий - 4,3 - 5,3
ниобий - 1,0 - 2,0
гафний - 0,1 - 0,4
бор - 0,001 - 0,05
цирконий - 0,001 - 0,05
магний - 0,001 - 0,08
церий - 0,001 - 0,06
никель - остальное
Прелагаемый сплав отливается от прототипа тем, что в него дополнительно введены вольфрам, цирконий, гафний и магний при следующем соотношении компонентов в мас.%:
углерод - 0,02 - 0,10
хром - 8,0 - 10,0
вольфрам - 5,2 - 5,9
молибден - 3,6 - 4,3
титан - 1,5 - 3,4
алюминий - 4,3 - 5,3
ниобий - 1,0 - 2,0
гафний - 0,1 - 0,4
бор - 0,001 - 0,05
цирконий - 0,001 - 0,05
магний - 0,001 - 0,08
церий - 0,001 - 0,06
никель - остальное
Технический результат - повышение прочностных характеристик сплава, что ведет к увеличению ресурса работы двигателя при повышенных рабочих температурах.A nickel-based alloy is proposed containing components in the following ratio in wt.%:
carbon - 0.02 - 0.10
chrome - 0.02 - 0.10
tungsten - 5.2 - 5.9
molybdenum - 3.6 - 4.3
titanium - 1.5 - 3.4
aluminum - 4.3 - 5.3
niobium - 1.0 - 2.0
hafnium - 0.1 - 0.4
boron - 0.001 - 0.05
zirconium - 0.001 - 0.05
magnesium - 0.001 - 0.08
cerium - 0.001 - 0.06
nickel - the rest
The proposed alloy is cast from the prototype in that tungsten, zirconium, hafnium and magnesium are additionally introduced into it in the following ratio of components in wt.%:
carbon - 0.02 - 0.10
chrome - 8.0 - 10.0
tungsten - 5.2 - 5.9
molybdenum - 3.6 - 4.3
titanium - 1.5 - 3.4
aluminum - 4.3 - 5.3
niobium - 1.0 - 2.0
hafnium - 0.1 - 0.4
boron - 0.001 - 0.05
zirconium - 0.001 - 0.05
magnesium - 0.001 - 0.08
cerium - 0.001 - 0.06
nickel - the rest
The technical result is an increase in the strength characteristics of the alloy, which leads to an increase in the service life of the engine at elevated operating temperatures.

Сплав с предлагаемым количеством компонентов и их соотношением обеспечивает комплекс высоких прочностных характеристик и нечувствительность к концентраторам напряжений за счет создания структуры с равнопрочными матрицей и границами зерен. The alloy with the proposed number of components and their ratio provides a complex of high strength characteristics and insensitivity to stress concentrators due to the creation of a structure with equal strength matrix and grain boundaries.

Упрочнение твердого раствора происходит вследствие замедления процесса диффузии при рабочих температурах, тем самым задерживается развитие третьей стадии ползучести, вызывающей разупрочнение и разрушение сплава. Прочность границ зерен повышается за счет образования стабильных карбидов типа МС, которые в отличие от М₆С и М₂₃С₆ не образуют сетки по границам зерен.Hardening of the solid solution occurs due to the slowdown of the diffusion process at operating temperatures, thereby delaying the development of the third creep stage, which causes softening and destruction of the alloy. The strength of grain boundaries increases due to the formation of stable carbides of the MS type, which, unlike M ₆ C and M ₂₃ C _6, do not form a mesh along the grain boundaries.

Снижение количества вводимых в сплав компонентов ниже предлагаемых пределов, приводит к уменьшению количества γ′- фазы, разупрочнению сплава и, следствие, снижается общий уровень механических свойств. Увеличение количества вводимых компонентов выше предлагаемых пределов вызывает образование охрупчиваюших топологически плотноупакованных фаз и уменьшает область гомогенности сплава; в результате значительно снижаются пластические характеристики и технологичность сплава. A decrease in the number of components introduced into the alloy below the proposed limits leads to a decrease in the amount of the γ′-phase, softening of the alloy and, as a result, the overall level of mechanical properties decreases. An increase in the number of introduced components above the proposed limits causes the formation of embrittling topologically close packed phases and reduces the region of homogeneity of the alloy; as a result, the plastic characteristics and manufacturability of the alloy are significantly reduced.

Примеры:
Были получены сплавы предлагаемого состава (N 1, 2, 3), выходящие за пределы предлагаемого состава (N 4, 5) и состава прототипа по следующей технологической схеме: вакуумно-индукционная плавка, распыление методом вращающегося электрода, горячее изостатическое прессование заготовок дисков, термообработка по оптимальному режиму.Examples:
Alloys of the proposed composition (N 1, 2, 3) were obtained that went beyond the proposed composition (N 4, 5) and the composition of the prototype according to the following technological scheme: vacuum induction melting, sputtering by the rotating electrode method, hot isostatic pressing of disk blanks, heat treatment by the optimum mode.

Составы сплавов приведены в табл. 1. (табл. 1 и 2 см. в конце описания). The compositions of the alloys are given in table. 1. (tab. 1 and 2 see at the end of the description).

Механические характеристики предлагаемого сплава, сплава, выходящего за пределы предлагаемого, и сплава-прототипа были получены после испытания по стандартным методикам и представлены в табл. 2. The mechanical characteristics of the proposed alloy, an alloy that goes beyond the proposed, and the prototype alloy were obtained after testing by standard methods and are presented in table. 2.

Из сопоставления кратковременных механических свойств при 20^oC, длительной прочности и коэффициента чувствительности к концентраторам напряжения видно, что у предлагаемого сплава уровень механических свойств значительно выше, в частности, предел прочности повышается на 15 - 17 кГс/мм², предел текучести - на 14 - 17 кГс/мм².A comparison of short-term mechanical properties at 20 ^o C, long-term strength and coefficient of sensitivity to stress concentrators shows that the proposed alloy has a much higher level of mechanical properties, in particular, the tensile strength increases by 15-17 kG / mm ² , the yield strength by 14 - 17 kgf / mm ² .

Особенно значительное превышение - по длительной прочности - 18 - 19 кГс/мм². При этом предлагаемый сплав проявляет нечувствительность к концентраторам напряжения, σ_надр/σ_гл≥ 1.
Таким образом, применение предлагаемого сплава для изготовления деталей газотурбинных двигателей позволяет повысить ресурс работы двигателей в 1,5 - 2 раза.Especially significant excess - in long-term strength - 18 - 19 kgf / mm ² . Moreover, the proposed alloy is insensitive to stress concentrators, σ _nadr / σ _hl ≥ 1.
Thus, the use of the proposed alloy for the manufacture of parts of gas turbine engines allows to increase the service life of engines by 1.5 - 2 times.

Claims

A heat-resistant nickel-based alloy containing carbon, chromium, molybdenum, niobium, titanium, aluminum, boron, cerium, characterized in that it additionally contains tungsten, zirconium, hafnium and magnesium in the following ratio of components, wt.%:
Carbon - 0.02 - 0.10
Chrome - 8.0 -10.0
Tungsten - 5.2 - 5.9
Molybdenum - 3.6 - 4.3
Titanium - 1.5 - 3.4
Aluminum - 4.3 - 5.3
Niobium - 1.0 - 2.0
Hafnium - 0.1 - 0.4
Boron - 0.001 - 0.05
Zirconium - 0.001 - 0.05
Magnesium - 0.001 - 0.08
Cerium - 0.001 - 0.06
Nickel - Other