RU2160789C2

RU2160789C2 - Nickel-based superalloy

Info

Publication number: RU2160789C2
Application number: RU98120814A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Семенов; Б.И. Бондарев; О.Х. Фаткуллин; В.И. Еременко; Н.М. Гриц; Ю.А. Пестов; Г.Г. Деркач; О.Н. Железняк; Б.И. Каторгин; М.В. Зайцев; В.К. Чванов; Ю.В. Мовчан; В.А. Сигаев; Б.А. Прусаков; Ф.Ф. Евмененко
Original assignee: Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им. акад. В.П. Глушко; ОАО "Всероссийский институт легких сплавов"
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2000-12-20

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: nickel-based superalloy contains, mass-%: chromium, 8.0 to 11.0; molybdenum, 3.0 to 5.5; tungsten, 4.5 to 5.9; aluminum, 4.5 to 6.0; titanium, 1.5 to 3.0; niobium, 2.0 to 3.5; cobalt, 14.0 to 18.0; hafnium, 0.2 to 1.5; boron, 0.01 to 0.035; carbon, 0.02 to 0.08; magnesium, 0.005 to 0.1; cerium, 0.01 to 0.1; zirconium, 0.01 to 0.1 remainder being nickel. EFFECT: enhanced heat resistance and duration of alloy ductility at working temperature between 750 and 850 C. 2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам жаропрочных сплавов на никелевой основе, получаемых прямым контактированием в изостатических условиях методами порошковой металлургии, предназначенных для тяжелонагруженных деталей, работающих при температурах 650-850^oC.The invention relates to the field of metallurgy, and in particular to compositions of heat-resistant nickel-based alloys obtained by direct contact in isostatic conditions by powder metallurgy methods intended for heavily loaded parts operating at temperatures of 650-850 ^o C.

Широко известны в металлургии сплавы, содержащие в качестве основы никель, а также хром, молибден, титан, алюминий, вольфрам, кобальт, служащие для изготовления многих деталей газовых турбин реактивной авиации и ракетных двигателей. Widely known in metallurgy are alloys containing nickel as a base, as well as chromium, molybdenum, titanium, aluminum, tungsten, cobalt, which are used to manufacture many parts of gas turbines of jet aircraft and rocket engines.

Наиболее близким по химическому составу является сплав на основе никеля, используемый для изготовления деталей турбоколес форсированных двигателей, который содержит ингредиенты в следующих количествах, мас.%:
хром - 12,5 -14,0
кобальт - 0,1 - 6,0
молибден - 2,2 - 3,2
вольфрам - 2,8 - 3,9
алюминий - 3,8 - 4,45
титан - 4,2 - 5,1
ниобий - 0,5 -1,0
углерод - 0,06 - 0,16
церий - 0,01 - 0,05
цирконий - 0,015 - 0,05
бор - 0,01 - 0,05
никель - остальное
(SU, авт.свид. 1719450, C 22 C 19/05, 1992).The closest chemical composition is the nickel-based alloy used for the manufacture of parts of turbo-wheels of forced engines, which contains ingredients in the following amounts, wt.%:
chrome - 12.5 -14.0
cobalt - 0.1 - 6.0
molybdenum - 2.2 - 3.2
tungsten - 2.8 - 3.9
aluminum - 3.8 - 4.45
titanium - 4.2 - 5.1
niobium - 0.5 -1.0
carbon - 0.06 - 0.16
cerium - 0.01 - 0.05
zirconium - 0.015 - 0.05
boron - 0.01 - 0.05
nickel - the rest
(SU, autosw. 1719450, C 22 C 19/05, 1992).

Недостатком известного сплава является недостаточный уровень жаропрочности и длительной пластичности при рабочих температурах 750-850^oC, который становится еще ниже при производстве сплавов методом порошковой металлургии, так как в этом случае сплавы имеют более мелкое зерно.A disadvantage of the known alloy is the insufficient level of heat resistance and long ductility at operating temperatures of 750-850 ^o C, which becomes even lower in the production of alloys by powder metallurgy, since in this case the alloys have a finer grain.

Задачей данного изобретения является повышение жаропрочности и длительной пластичности при рабочих температурах. The objective of the invention is to increase the heat resistance and long plasticity at operating temperatures.

Данная задача решена за счет того, что в известный сплав, содержащий хром, кобальт, молибден, вольфрам, алюминий, титан, ниобий, углерод, бор, церий, цирконий и никель, дополнительно вводят гафний и магний, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
хром - 8,0 - 11,0
молибден - 3,0 - 5,5
вольфрам - 4,5 - 5,9
алюминий - 4,5 - 6,0
титан - 1,5 - 3,0
ниобий - 2,0 - 3,5
кобальт - 14,0 - 18,0
гафний - 0,2 -1,5
бор - 0,01 - 0,035
углерод - 0,02 - 0,08
магний - 0,005 - 0,1
церий - 0,01 - 0,06
цирконий - 0,01 - 0,1
никель - остальное
Введение в сплав гафния используется для повышения длительной прочности при сохранении ударной вязкости, пластичности при рабочих температурах, также повышается коррозионная стойкость. Введение магния в сочетании с церием и цирконием позволяет повысить жаропрочность при высоких температурах, до 850^oC.This problem is solved due to the fact that hafnium and magnesium are additionally introduced into the known alloy containing chromium, cobalt, molybdenum, tungsten, aluminum, titanium, niobium, carbon, boron, cerium, zirconium and nickel, in the following ratio of components, wt. %:
chrome - 8.0 - 11.0
molybdenum - 3.0 - 5.5
tungsten - 4.5 - 5.9
aluminum - 4.5 - 6.0
titanium - 1.5 - 3.0
niobium - 2.0 - 3.5
cobalt - 14.0 - 18.0
hafnium - 0.2 -1.5
boron - 0.01 - 0.035
carbon - 0.02 - 0.08
magnesium - 0.005 - 0.1
cerium - 0.01 - 0.06
zirconium - 0.01 - 0.1
nickel - the rest
The introduction of hafnium into the alloy is used to increase long-term strength while maintaining toughness, ductility at operating temperatures, and corrosion resistance is also increased. The introduction of magnesium in combination with cerium and zirconium can increase the heat resistance at high temperatures, up to 850 ^o C.

Наличие в сплаве ниобия в приведенном количестве в сочетании с повышенным по сравнению с известным содержанием алюминия способствует увеличению жаростойкости и сопротивляемости сплава коррозии. The presence of niobium in the alloy in a given amount in combination with an increased aluminum content in comparison with the known content contributes to an increase in the heat resistance and resistance of the alloy to corrosion.

Для стабилизации характеристик длительной прочности, увеличения растворимости алюминия и титана значительно увеличено содержание кобальта. Повышенное содержание вольфрама обеспечивает возрастание жаропрочности при эксплуатационных температурах. To stabilize the characteristics of long-term strength, increase the solubility of aluminum and titanium, the cobalt content is significantly increased. The increased tungsten content provides increased heat resistance at operating temperatures.

Сплав обладает более высокой жаропрочностью и длительной пластичностью при рабочих температурах 750-850^oC за счет упрочнения границ зерен при введении магния, церия и циркония, сохраняя при этом высокий уровень жаростойкости при 650^oC и проявляя нечувствительность к концентраторам напряжений.The alloy has higher heat resistance and long ductility at operating temperatures of 750-850 ^o C due to the strengthening of grain boundaries with the introduction of magnesium, cerium and zirconium, while maintaining a high level of heat resistance at 650 ^o C and being insensitive to stress concentrators.

Были опробованы три сплава в пределах заявленного состава, получаемые способом порошковой металлургии, которые приведены в таблице 1. Three alloys were tested within the claimed composition, obtained by the powder metallurgy method, which are shown in table 1.

Сопоставление жаропрочности в гладких образцах /σ $\binom{гл}{100}$ / и образцах с надрезом

, /r=0,15 мм/ и длительной пластичности /σ%/ предложенного и известного сплавов приведено в таблице 2.Comparison of heat resistance in smooth samples / σ

hl

\binom{}{100}

/ and notched specimens

, / r = 0.15 mm / and long ductility / σ% / of the proposed and known alloys are shown in table 2.

Из таблицы 2 видно, что жаропрочность у предлагаемого сплава при 850^oC на гладких образцах выше на 4 кгс/мм², а на надрезанных - на 3 кгс/мм². При 650^oC на гладких образцах выше на 6 кгс/мм² и с надрезом - на 4 кгс/мм².From table 2 it is seen that the heat resistance of the proposed alloy at 850 ^o C on smooth samples is higher by 4 kgf / mm ² , and on incised - by 3 kgf / mm ² . At 650 ^o C on smooth samples higher by 6 kgf / mm ² and with a notch - by 4 kgf / mm ² .

Claims

A heat-resistant nickel-based alloy containing chromium, cobalt, molybdenum, tungsten, aluminum, titanium, niobium, carbon, boron, perium, zirconium, characterized in that it additionally contains hafnium and magnesium in the following ratio, wt.%:
Chrome - 8.0 - 11.0
Molybdenum - 3.0 - 5.5
Tungsten - 4.5 - 5.9
Aluminum - 4.5 - 6.0
Titanium - 1.5 - 3.0
Niobium - 2.0 - 3.5
Cobalt - 14.0 - 18.0
Hafnium - 0.2 - 1.5
Boron - 0.01 - 0.035
Carbon - 0.02 - 0.08
Magnesium - 0.005 - 0.1
Cerium - 0.01 - 0.06
Zirconium - 0.01 - 0.1
Nickel - The rest