RU2196185C2 - Сплав на основе никеля и изготовленное из него изделие - Google Patents
Сплав на основе никеля и изготовленное из него изделие Download PDFInfo
- Publication number
- RU2196185C2 RU2196185C2 RU99109116/02A RU99109116A RU2196185C2 RU 2196185 C2 RU2196185 C2 RU 2196185C2 RU 99109116/02 A RU99109116/02 A RU 99109116/02A RU 99109116 A RU99109116 A RU 99109116A RU 2196185 C2 RU2196185 C2 RU 2196185C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nickel
- alloy
- matrix
- precipitate
- gallium
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 81
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 81
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 102
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 49
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 29
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 13
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims abstract description 7
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 5
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- -1 carbonitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 3
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract 3
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 27
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 15
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 10
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 10
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims description 9
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 150000002816 nickel compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 5
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N gallium(III) oxide Inorganic materials O=[Ga]O[Ga]=O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- MGRWKWACZDFZJT-UHFFFAOYSA-N molybdenum tungsten Chemical compound [Mo].[W] MGRWKWACZDFZJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract 1
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 30
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 8
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 6
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 5
- 238000007713 directional crystallization Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000001016 Ostwald ripening Methods 0.000 description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 2
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 description 2
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910000923 precious metal alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
- C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
- C22C19/057—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being less 10%
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Сплав на основе никеля для применения при высоких температурах, содержащий непрерывную матрицу, состоящую из твердого раствора хрома в никеле, и осадок в виде зерен в указанной матрице, когерентный с ней и состоящий из интерметаллического соединения, включающего галлий и дополнительно содержащий по меньшей мере один металл, выбранный из группы, состоящей из алюминия и содержащий по выбору: а) по меньшей мере один другой осадок в виде зерен в указанной матрице, некогерентный с указанной матрицей, при этом другой осадок выбран из группы, состоящей из карбидов, карбонитридов, нитридов и боридов; b) по меньшей мере один упрочняющий элемент, выбранный из группы, состоящей из вольфрама, молибдена, тантала и рения; с) кобальт; d) цирконий и остаток в виде никеля и хрома и неизбежных примесей. Техническим результатом изобретения является повышение стойкости к коррозии благодаря оксиду галлия Ga2O3. 2 с. и 16 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к сплаву на основе никеля, содержащему непрерывную матрицу, состоящую из твердого раствора хрома в никеле, и осадок, распределенный зернами в указанной матрице и когерентный с ней и состоящий из интерметаллического соединения никеля. Это изобретение относится также к промышленному изделию, содержащему основу, выполненную из такого сплава на основе никеля.
Сплавы на основе никеля, без осадка, зернами распределенного в матрице из хрома и никеля, широко используют в различных областях техники. Например, US-PS 3898081 относится к сплавам на основе никеля, и в частности, к сплавам, особенно пригодным в качестве высокоточных резистивных материалов, используемых при изготовлении сопротивлений для различных измерительных схем для измерительных приборов. Эти сплавы на основе никеля содержат комбинацию таких добавок, как хром, ванадий и галлий, и имеют удельное сопротивление от 1,7 до 2,2 мкОм•м. Содержание галлия составляет от 6 до 12 %.
US-PS 3907555 относится к стойким к коррозии сплавам для точного литья, в частности, пригодным для использования в качестве сплава для зубного протезирования. Этот сплав можно обрабатывать в горячем виде и отверждать и он состоит по массе, в основном, из по меньшей мере 60% никеля, 10-25% хрома, 1-7,5% галлия, 0,5-1,5% марганца и по выбору из нескольких процентов олова, меди, кремния, алюминия, кобальта, углерода.
Общее количество олова и галлия не превышает 7,5%. В этом сплаве одинаковые характеристики галлия и олова используют для получения хороших литейных свойств.
WO 82/03007 А1 относится к сплаву кобальта и никеля, в частности, для изготовления зубных протезов. Этот сплав имеет достаточно высокие качества относительно стойкости к коррозии и износостойкости, а также холодной деформации и сохраняет свой цвет, легко обрабатывается в расплавленном состоянии и имеет величину твердости, эквивалентную твердости сплавов из благородных металлов. Кроме основных металлов кобальта и никеля этот сплав содержит в качестве компонентов по массе 10-15% хрома и 0,2-4,5% галлия. Сплав можно использовать, в частности, для изготовления пластин основания, анкерных и крепежных скобок для подвижных протезов.
Сплав на основе никеля и промышленное изделие, содержащее основу, выполненную из такого сплава на основе никеля, следует из книги "Суперсплавы II" /Под ред. Ц. Т. Симс, Н.С. Столофф и В. К. Хагель, из-во John Wiley & Sons, Нью-Йорк, 1987. Особое значение в этом контексте имеет гл. 4 "Сплавы на основе никеля", с. 97-34, гл. 7 "Суперсплавы, полученные направленной кристаллизацией", с. 189-214 и гл. 20 "Будущие суперсплавы", с. 549-562. В книге раскрыты различные варианты выполнения таких сплавов на основе никеля, названных "суперсплавами". Эти суперсплаву характеризуются выдающимися механическими свойствами при больших механических и тепловых нагрузках при температурах, достигающих до 90% от их температуры плавления.
Суперсплав на основе никеля можно характеризовать указанными выше свойствами; в целом, суперсплав на основе никеля содержит непрерывную матрицу, состоящую из твердого раствора хрома в никеле, и осадок, распределенный зернами в матрице и когерентный с ней и состоящий из интерметаллического соединения никеля. При описании осадка как когерентного с матрицей имеется в виду, что кристаллическая структура матрицы продолжается в зерна осадка. Таким образом, в целом нет физических границ между матрицей и зернами остатка. Вместо этого граница раздела между матрицей и зерном характеризуется локальным изменением химического состава в непрерывной, хотя и напряженной кристаллической решетке.
В суперсплаве матрица и осадок имеют гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру. Материал матрицы обычно описывается как "гамма-фаза", материал осадка описывается как "первичная гамма-фаза". Эта первичная гамма-фаза имеет состав, который в целом описывают как А3B, где А является обычно никелем, а В - обычно алюминием или титаном. Обычно матрица и осадок являются более и менее легированными; не весь хром сконцентрирован в матице, и не весь алюминий и/или титан сконцентрированы в осадке. В сплаве обычно также присутствуют другие элементы, и эти элементы аналогично распределены как в матрице, так и в осадке. В некоторых случаях такие элементы могут образовывать другие осадки, в частности карбиды или бориды. Такие соединения образуются из углерода или бора, с одной стороны, и, как следует из книги, элементов типа вольфрам, молибден, гафний, цирконий и другие, с другой стороны. Карбиды выполняют, в частности, более или менее важную роль в коммерчески распространенных суперсплавах. Бор также часто присутствует в коммерчески предлагаемых суперсплавах.
Для изготовления изделия из суперсплава с заданными свойствами необходимо не только управлять его химическим составом, но и управлять также производственным процессом, который обязательно включает тепловую обработку изделия после его формообразования с помощью литья или обработки. Обычно тепловую обработку начинают стадией, называемой растворением, на которой суперсплав нагревают до температуры вблизи точки начала плавления для гомогенизации и растворения осадков, которые могли образоваться во время литья или обработки. Растворение заканчивают быстрым охлаждением для сохранения гомогенной структуры. Затем выполняют по меньшей мере одну стадию старения посредством нагревания изделия до заданной и тщательно контролируемой температуры с целью инициирования формирования желаемого осадка или желательных осадков. Соответствующие подробности этих тепловых процессов обработки содержаться в соответствующих главах книги.
Сплавы на основе никеля для использования в изготовлении компонентов газовой турбины, как, например, лопаток, лопастей и элементов теплозащитного экрана, раскрыты в патенте США 5401307. Этот патент содержит обзор суперсплавов, имеющих практическое значение в настоящее время, а также раскрывает защитные покрытия, которые можно использовать для защиты изделий из суперсплава от коррозии и окисления при высоких температурах, которые имеют место во время работы газовой турбины.
Часто используют теплозащитное покрытие для повышения тепловой стойкости покрытых изделий из суперсплавов до более высоких температур, чем без теплозащитного покрытия. В целом теплозащитный слой для изделия из суперсплава наносят на связующее покрытие, которое может быть образовано из сплава или интерметаллического соединения, которое само имеет защитные свойства относительно коррозии и эрозии и наносится между основой из суперсплава и керамическим теплозащитным покрытием. Примеры таких защитных покрытий содержаться в уже указанном патенте США 5401307.
В патенте США 5262245 описана попытка модификации суперсплава для обеспечения возможности нанесения на его поверхность тонкой пленки алюминия, для того чтобы использовать эту пленку для закрепления керамического теплозащитного покрытия непосредственно на суперсплаве.
Последние усилия по улучшению свойств суперсплавов на основе никеля относительно разрушения при ползучести привели к созданию сплавов, в которых доля интерметаллического осадка достигает 50% по объему и даже более. Благодаря этому эти сплавы имеют превосходные качества относительно ползучести при температурах свыше 750oС. Однако было установлено, что постоянное повышение доли интерметаллического осадка в суперсплаве приводит к значительной хрупкости, поскольку резко выраженная хрупкость интерметаллических осадков, которые обычно образуют осадок, превалируют над механическими свойствами суперсплава. Наконец, это приводит к недопустимому снижению прочности. Кроме того, растворимость хрома в суперсплаве значительно понижается, так как большая часть хрома должна быть размещена в матрице, доля которой должна быть уменьшена при повышении доли осадка. Это приводит к уменьшению коррозионной стойкости, которая, как правило, обеспечивается хромом. Коррозионная стойкость может быть не слишком важным свойством суперсплава, поскольку обычно используют защитное покрытие при использовании в условиях высокой температуры; однако определенную коррозионную стойкость следует сохранять даже для суперсплава, образующего основу для применения при высоких температурах, для предотвращения немедленного повреждения основы при потере защитного слоя вследствие повреждения.
Кроме того, может создавать проблемы долговременная стабильность первичной гамма-фазы осадка при высоких температурах. В активируемых нагреванием процессах диффузии осадок может изменить свои соответствующие свойства. В частности, мелкие зерна осадка начинают расти в процессе, известном как "созревание Оствальда". Созревание Оствальда также изменяет форму зерен осадка с в основном кубической структуры в шаровую структуру. За счет этого зерна по меньшей мере частично утрачивают их жесткостные свойства, что можно проверить с помощью испытаний на разрушение при ползучести при высоких температурах.
В соответствии с вышеизложенным целью изобретения является создание улучшенного сплава на основе никеля, который сохраняет свой потенциал для улучшения свойств относительно разрушения при ползучести при увеличении доли осадка и одновременно предотвращает недостатки, связанные с хрупкостью, созреванием Оствальда и потерями растворимости хрома, которые были указаны выше. Предметом изобретения является также промышленное изделие, содержащее основу, образованную таким сплавом на основе никеля.
Для этой и других целей предлагается согласно изобретению сплав на основе никеля, содержащий непрерывную матрицу, состоящую из твердого раствора хрома в никеле, и осадок, распределенный зернами в матрице и когерентный с ней и состоящий из интерметаллического соединения никеля, включающего галлий.
Согласно изобретению галлий введен в первичную гамма-фазу изобретения для замены частично или полностью обычно используемых элементов алюминия и титана. Галлий является гомологическим с алюминием элементом в периодической системе и имеет химические свойства, которые достаточно аналогичны соответствующим свойствам алюминия. В частности, галлий может образовывать интерметаллические соединения с никелем, которые сильно напоминают гомологические интерметаллические соединения алюминия и никеля. Фаза, имеющая состав Ni3Gа, имеет ту же кристаллическую структуру, что и Ni3Al, который является прототипным соединением для образования осадка в сплаве на основе никеля. Подобно алюминию галлий образует очень стабильный оксид Gа2О3, который может придавать сплаву свойства стойкости к окислению подобно оксиду алюминия. Таким образом, сохраняются благоприятные воздействия алюминия для сплава, где алюминий заменен галлием.
Важное преимущество использования галлия вместо алюминия и/или титана заключаются в том, что галлий поставляет больше электронов для зоны проводимости подлежащего созданию интерметаллического соединения, чем алюминий, за счет чего интерметаллическое соединение имеет повышенное сходство с чистым металлом и поэтому будет менее хрупким, чем интерметаллическое соединение, образованное с алюминием и/или титаном. Кроме того, коэффициент диффузии галлия в никеле значительно меньше, чем соответствующий коэффициент алюминия в никеле и титана в никеле, за счет чего должно подавляться созревание Оствальда в сплаве согласно изобретению по сравнению с сплавом, содержащим только алюминий и/или титан. Благодаря этому можно обеспечить для сплава более высокие качества относительно разрушения при ползучести, однако без обычной опасности нежелательного охрупчивания, сохраняя тем самым хорошие пластичные свойства.
Предпочтительным является то, что матрица сплава имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру; то же является предпочтительным для осадка. Благодаря этому сплав имеет обычные свойства типичного суперсплава на основе никеля.
Интерметаллическое соединение никеля в сплаве может содержать по меньшей мере один металл, выбранный из группы, состоящей из алюминия и титана. Более предпочтительным является то, что интерметаллическое соединение никеля содержит алюминий, и еще более предпочтительным то, что сплав, содержащий интерметаллическое соединение никеля, по существу не содержит титан. Тем самым в сплаве согласно изобретению предотвращаются некоторые отрицательные свойства титана, открытые недавно.
Предпочтительный вариант выполнения сплава отличается тем, что имеется по меньшей мере один другой осадок, распределенный зернами в указанной матрице и некогерентный с ней, причем другой осадок выбран из группы, состоящей из карбидов, карбонитридов, нитридов и боридов. В частности, карбиды и нитриды являются составляющими, которые часто присутствуют в суперсплавах и имеют много предпочтительных известных самих по себе свойств. В соответствии с этим такие соединения могут быть использованы для дальнейшего улучшения сплава.
Более предпочтительным является то, что сплав содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из углерода и бора.
Другой предпочтительный вариант выполнения сплава отличается тем, что матрица содержит по меньшей мере один усиливающий элемент. Такой усиливающий элемент может быть, в частности, выбран из группы, состоящей из вольфрама, молибдена, тантала и рения. Эти элементы известны как элементы, представляющие интерес в качестве компонентов многих суперсплавов вследствие их свойств усиления матрицы и/или осадка. Вольфрам, молибден и тантал могут быть также важными для образования карбидных осадков.
Согласно другому варианту выполнения изобретения сплав содержит кобальт. Кобальт можно применять как усиливающий элемент, а также кобальт важен для подавления созревания Оствальда осадка.
Согласно еще одному варианту выполнения изобретения матрица сплава имеет упорядоченную структуру кристаллической решетки, в частности, упорядоченную структуру кристаллической решетки, которую можно получить в процессе направленной кристаллизации при литье.
Матрица образована предпочтительно в виде монокристалла. Согласно особенно предпочтительному варианту выполнения изобретения сплав содержит, мас.%:
Галлий - 7 - 8
Алюминий - 2,5 - 3,5
Хром - 7 - 8
Кобальт - 11 - 13
Рений - 2,5 - 3,5
Углерод - 0,05 - 0,12
Тантал - 6 - 7
Молибден - 1 - 2
Вольфрам - 4,5 - 5,5
Никель и неизбежные примеси - Остаток.
Галлий - 7 - 8
Алюминий - 2,5 - 3,5
Хром - 7 - 8
Кобальт - 11 - 13
Рений - 2,5 - 3,5
Углерод - 0,05 - 0,12
Тантал - 6 - 7
Молибден - 1 - 2
Вольфрам - 4,5 - 5,5
Никель и неизбежные примеси - Остаток.
Согласно альтернативно предпочтительному варианту выполнения изобретения содержит, мас.%:
Галлий - 9 - 10
Алюминий - 1,5 - 2,5
Хром - 11,5 - 13,0
Кобальт - 8 - 10
Углерод - 0,05 - 0,12
Тантал - 3,5 - 4,5
Молибден - 1,5 - 2,5
Вольфрам - 3,5 - 4,5
Бор - 0,01 - 0,02
Цирконий - 0,01 - 0,03
Никель и неизбежные примеси - Остаток
Два различных сплава, особо указанных выше, являются также предпочтительными для образования основы для промышленного изделия согласно изобретению, которое описано ниже.
Галлий - 9 - 10
Алюминий - 1,5 - 2,5
Хром - 11,5 - 13,0
Кобальт - 8 - 10
Углерод - 0,05 - 0,12
Тантал - 3,5 - 4,5
Молибден - 1,5 - 2,5
Вольфрам - 3,5 - 4,5
Бор - 0,01 - 0,02
Цирконий - 0,01 - 0,03
Никель и неизбежные примеси - Остаток
Два различных сплава, особо указанных выше, являются также предпочтительными для образования основы для промышленного изделия согласно изобретению, которое описано ниже.
С учетом неизбежных примесей следует отметить, что согласно обычной практике состав суперсплава необходимо тщательно контролировать и удерживать содержание таких элементов, как сера, фосфор, теллур и другие на возможно низком уровне. Следует также согласиться с тем, что способы производства, созданные для получения "ультрачистых" сплавов, также являются предпочтительными. Однако следует отметить, что все коммерчески доступные процессы производства оставляют следы определенных примесей и эти примеси следует учитывать в контексте изобретения.
С учетом указанной выше цели и других целей согласно изобретению предлагается промышленное изделие, содержащее основу, образованную из сплава на основе никеля, причем сплав содержит непрерывную матрицу, состоящую из твердого раствора хрома в никеле, и осадок, распределенный зернами в указанной матрице и когерентный с ней и состоящий из интерметаллического соединения никеля, включающего галлий.
Все преимущества и предпочтительные варианты выполнения сплава согласно изобретению относятся также к изделию согласно изобретению, на что здесь делается ссылка.
Согласно предпочтительному варианту выполнения основа изделия является несущей нагрузку частью для восприятия по меньшей мере всех механических нагрузок, действующих на изделие во время его срока службы.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения основа изделия по меньшей мере частично покрыта защитным покрытием. Защитное покрытие служит, в частности, для защиты изделия от коррозии и окисления, и более предпочтительно также против чрезмерной тепловой нагрузки. В этом контексте защитное покрытие может содержать керамический теплозащитный слой. Для крепления такого керамического слоя защитное покрытие может содержать связующее покрытие, которое соединяет керамический слой с основой.
Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения основа изделия образует компонент газовой турбины, в частности лопатку, лопасть или элемент теплозащитного экрана. В этом контексте изделие может подвергаться воздействию потока горячего газа, имеющего среднюю температуру свыше 1000oС, в частности до 1400oС и возможно выше. Естественно, что такой поток горячего газа может требовать наличия защитного покрытия, содержащего возможно керамический теплозащитный слой, нанесенный на основу для удержания тепловой нагрузки основы в разумных пределах.
Ниже поясняются два особенно предпочтительных примера применения изобретения. Два особых состава сплава согласно изобретению уже указаны. Первый из этих составов содержит 7-8% галлия и 7-8% хрома. Этот состав рассматривается в качестве замены для сплава, который должен быть образован с монокристаллической матрицей с помощью направленной кристаллизации и применяться в виде компонента для военных реактивных двигателей. Второй состав, имеющий 9-10% галлия и 11,5-13% хрома, рассматривается в качестве замены для сплава, который обрабатывается посредством нормального процесса литья без направленной кристаллизации или т.п. для образования изделия в виде компонента стационарной газовой турбины. Предполагается, что прочность такого сплава является средневысокой, однако предполагается, что сплав пригоден для очень длительного срока службы, что является обычным для стационарных газовых турбин для производства электроэнергии.
Естественно, что оба предпочтительных сплава должны быть выполнены указанным образом и подвергнуты тепловой обработке согласно уровню техники и как описано в указанной выше книге.
Следует подчеркнуть, что оба предпочтительных сплава не содержат титан во избежание проблем, которые возникли в коммерчески доступных суперсплавах, содержащих титан.
Изобретение относится к сплаву на основе никеля и промышленному изделию, имеющему основу, выполненную из этого сплава, причем сплав имеет превосходную пластичность и превосходные свойства относительно разрушения при ползучести.
Claims (18)
1. Сплав на основе никеля для применения при высоких температурах, содержащий непрерывную матрицу, состоящую из твердого раствора хрома в никеле, и осадок в виде зерен в указанной матрице, когерентный с ней и состоящий из интерметаллического соединения, отличающийся тем, что сплав в качестве интерметаллического соединения содержит интерметаллическое соединение никеля, содержащее галлий, дополнительно по меньшей мере один металл, выбранный из группы, состоящей из алюминия и титана и дополнительно содержащий по меньшей мере один элемент или по меньшей мере один осадок, выбранный из группы: а) по меньшей мере один другой осадок в виде зерен в указанной матрице, некогерентный с указанной матрицей, при этом другой осадок выбран из группы, состоящей из карбидов, карбонитридов, нитридов и боридов; б) по меньшей мере один упрочняющий элемент, выбранный из группы, состоящей из вольфрама, молибдена, тантала и рения; в) кобальт, d) цирконий и остаток в виде никеля и хрома и неизбежных примесей, при этом сплав имеет высокую стойкость к коррозии благодаря оксиду галлия Gа2О3.
2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что указанная матрица имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру.
3. Сплав по п. 1 или 2, отличающийся тем, что указанный осадок имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру.
4. Сплав по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что указанное интерметаллическое соединение никеля содержит алюминий.
5. Сплав по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он по существу не содержит титан.
6. Сплав по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что сплав дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из углерода и бора.
7. Сплав по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что указанная матрица содержит по меньшей мере один упрочняющий элемент.
8. Сплав по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что указанная матрица имеет упорядоченную кристаллическую структуру.
9. Сплав по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что указанная матрица является монокристаллом.
10. Сплав по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что сплав состоит из следующих частей по массе: галлий 7-8%, алюминий 2,5-3,5%, хром 7-8%, кобальт 11-13%, рений 2,5-3,5%, углерод 0,05-0,12%, тантал 6-7%, молибден 1-2%, вольфрам 4,5-5,5%, остаток - никель и неизбежные примеси.
11. Сплав по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что сплав состоит из следующих частей по массе: галлий 9-10%, алюминий 1,5-2,5%, хром 11,5-13,0%, кобальт 8-10%, углерод 0,05-0,12%, тантал 3,5-4,5%, молибден 1,5-2,5%, вольфрам 3,5-4,5%, бор 0,01-0,02%, цирконий 0,01-0,03%, остаток - никель и неизбежные примеси.
12. Промышленное изделие для применения при высоких температурах, например, компонент газовой турбины, содержащее основу из сплава на основе никеля, причем сплав содержит непрерывную матрицу, состоящую из твердого раствора хрома в никеле, и осадок в виде зерен в указанной матрице, когерентный с ней и состоящий из интерметаллического соединения, отличающееся тем, что сплав в качестве интерметаллического соединения содержит интерметаллическое соединение никеля, содержащее галлий, а также дополнительно содержит по меньшей мере один металл, состоящий из алюминия и титана, при этом промышленное изделие имеет высокую стойкость к коррозии благодаря оксиду галлия Gа2О3.
13. Изделие по п. 12, отличающееся тем, что указанная основа является несущей нагрузку частью.
14. Изделие по п. 13, отличающееся тем, что указанная основа по меньшей мере частично покрыта защитным покрытием.
15. Изделие по п. 13 или 14, отличающееся тем, что указанная основа образует компонент газовой турбины, в частности, лопатку, лопасть или элемент теплозащитного экрана.
16. Изделие по любому из пп. 12-15, отличающееся тем, что промышленное изделие применяют при температуре свыше 1000oС.
17. Изделие по любому из пп. 12-16, отличающееся тем, что указанный сплав состоит из следующих частей по массе: галлий 7-8%, алюминий 2,5-3,5%, хром 7-8%, кобальт 11-13%, рений 2,5-3,5%, углерод 0,05-0,12%, тантал 6-7%, молибден 1-2%, вольфрам 4,5-5,5%, остаток - никель и неизбежные примеси.
18. Изделие по любому из пп. 12-16, отличающееся тем, что указанный сплав состоит из следующих частей по массе: галлий 9-10%, алюминий 1,5-2,5%, хром 11,5-13,0%, кобальт 8-10%, углерод 0,05-0,12%, тантал 3,5-4,5%, молибден 1,5-2,5%, вольфрам 3,5-4,5%, бор 0,01-0,02%, цирконий 0,01-0,03%, остаток - никель и неизбежные примеси.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP96115738.5 | 1996-10-01 | ||
| EP96115738A EP0834587A1 (en) | 1996-10-01 | 1996-10-01 | Nickel-base alloy and article manufactured thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99109116A RU99109116A (ru) | 2001-03-20 |
| RU2196185C2 true RU2196185C2 (ru) | 2003-01-10 |
Family
ID=8223247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99109116/02A RU2196185C2 (ru) | 1996-10-01 | 1997-09-29 | Сплав на основе никеля и изготовленное из него изделие |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6375766B1 (ru) |
| EP (2) | EP0834587A1 (ru) |
| JP (1) | JP2001501256A (ru) |
| DE (1) | DE69705959T2 (ru) |
| RU (1) | RU2196185C2 (ru) |
| WO (1) | WO1998014625A1 (ru) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7131768B2 (en) * | 2003-12-16 | 2006-11-07 | Harco Laboratories, Inc. | Extended temperature range EMF device |
| EP1970156A1 (de) * | 2007-03-14 | 2008-09-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Lotlegierung und Verfahren zur Reparatur eines Bauteils |
| KR20120059653A (ko) * | 2007-03-14 | 2012-06-08 | 지멘스 악티엔게젤샤프트 | 납땜 합금 및 부품 수리 방법 |
| US8216509B2 (en) * | 2009-02-05 | 2012-07-10 | Honeywell International Inc. | Nickel-base superalloys |
| TWI667758B (zh) | 2014-11-03 | 2019-08-01 | 國立成功大學 | 電性連接結構及其製備方法 |
| EP3287535A1 (de) * | 2016-08-22 | 2018-02-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Sx-nickel-legierung mit verbesserten tmf-eigenschaften, rohmaterial und bauteil |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3907555A (en) * | 1972-12-22 | 1975-09-23 | Howmedica | Nickel alloys |
| US3898081A (en) * | 1973-12-13 | 1975-08-05 | Vasily Valentinovich Kukhar | Nickel base alloy for precision resistors |
| USRE29920E (en) * | 1975-07-29 | 1979-02-27 | High temperature alloys | |
| WO1982003007A1 (en) * | 1981-03-03 | 1982-09-16 | Komar Kalmar Jozsef | Cobalt and nickel alloy,in particular for the preparation of dental protheses |
| US5116438A (en) * | 1991-03-04 | 1992-05-26 | General Electric Company | Ductility NiAl intermetallic compounds microalloyed with gallium |
| US5116691A (en) * | 1991-03-04 | 1992-05-26 | General Electric Company | Ductility microalloyed NiAl intermetallic compounds |
-
1996
- 1996-10-01 EP EP96115738A patent/EP0834587A1/en not_active Withdrawn
-
1997
- 1997-09-29 RU RU99109116/02A patent/RU2196185C2/ru not_active IP Right Cessation
- 1997-09-29 JP JP10516217A patent/JP2001501256A/ja active Pending
- 1997-09-29 WO PCT/EP1997/005343 patent/WO1998014625A1/en active Search and Examination
- 1997-09-29 DE DE69705959T patent/DE69705959T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1997-09-29 EP EP97910386A patent/EP0931169B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-04-01 US US09/283,593 patent/US6375766B1/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ШАЛИН Р.Е. Суперсплавы. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Книга 2. - М., 1995, с.131-137. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1998014625A1 (en) | 1998-04-09 |
| EP0931169B1 (en) | 2001-08-01 |
| EP0834587A1 (en) | 1998-04-08 |
| JP2001501256A (ja) | 2001-01-30 |
| DE69705959T2 (de) | 2002-09-05 |
| EP0931169A1 (en) | 1999-07-28 |
| DE69705959D1 (de) | 2001-09-06 |
| US6375766B1 (en) | 2002-04-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2753148B2 (ja) | ニッケル基単結晶超合金 | |
| US4935072A (en) | Phase stable single crystal materials | |
| JP4205586B2 (ja) | ＭＣｒＡｌＹ被覆をエピタキシャル成長させる方法およびＭＣｒＡｌＹ被覆で被覆された物品 | |
| US7094475B2 (en) | MCrAlY-coating | |
| US4222794A (en) | Single crystal nickel superalloy | |
| CN102076877B (zh) | Ni基单晶超合金及以其为基材的合金构件 | |
| EP2899297B1 (en) | Coating structure material | |
| JP3892831B2 (ja) | 単結晶タービンベーン用の超合金 | |
| US4371404A (en) | Single crystal nickel superalloy | |
| JP3902714B2 (ja) | γ′ソルバスの高い、ニッケル系単結晶超合金 | |
| JP5186215B2 (ja) | ニッケルベース超合金 | |
| EP1032717A1 (en) | Nickel base alloy | |
| RU2196185C2 (ru) | Сплав на основе никеля и изготовленное из него изделие | |
| EP1394278A1 (en) | Reduced-tantalum superalloy composition and article made therefrom, and method for selecting a reduced-tantalum superalloy | |
| JPH0211660B2 (ru) | ||
| JPS6125773B2 (ru) | ||
| JPH1121645A (ja) | Ｎｉ基耐熱超合金、Ｎｉ基耐熱超合金の製造方法及びＮｉ基耐熱超合金部品 | |
| JP2006016671A (ja) | Ｎｉ基合金部材とその製造法及びタービンエンジン部品並びに溶接材料とその製造法 | |
| US6740176B2 (en) | Single crystal seed alloy | |
| US20060182649A1 (en) | High strength oxidation resistant superalloy with enhanced coating compatibility | |
| JPH09184035A (ja) | ニッケル基超合金の製造方法および高温耐食性と高温強度に優れたニッケル基超合金 | |
| JP2023018394A (ja) | Ｎｉ基超合金及びタービンホイール | |
| CN113544303A (zh) | 在高温下具有高机械强度的镍基超合金 | |
| CN113677815A (zh) | 在高温下具有高机械强度和环境稳定性的低密度镍基超合金 | |
| JPS6050136A (ja) | 一方向凝固用Νｉ基耐熱合金 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20030930 |