RU2285059C1 - Nickel-base heat-resistant alloy and article made of this alloy - Google Patents

Nickel-base heat-resistant alloy and article made of this alloy Download PDF

Info

Publication number
RU2285059C1
RU2285059C1 RU2005108306/02A RU2005108306A RU2285059C1 RU 2285059 C1 RU2285059 C1 RU 2285059C1 RU 2005108306/02 A RU2005108306/02 A RU 2005108306/02A RU 2005108306 A RU2005108306 A RU 2005108306A RU 2285059 C1 RU2285059 C1 RU 2285059C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
nickel
heat
resistant
base heat
Prior art date
Application number
RU2005108306/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Борисович Латышев (RU)
Владимир Борисович Латышев
Евгений Николаевич Каблов (RU)
Евгений Николаевич Каблов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ")
Priority to RU2005108306/02A priority Critical patent/RU2285059C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2285059C1 publication Critical patent/RU2285059C1/en

Links

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to nickel-base heat-resistant weldable alloys. Proposed nickel-base heat-resistant weldable alloy has the following chemical composition, wt.-%: carbon, 0.03-0.10; chrome, 20.0-32.0; molybdenum, 10.5-18.0; niobium, 2.5-4.5; aluminum, 1.0-1.0; tungsten, 0.3-3.0; vanadium, 0.1-1.0; boron, 0.0001-0.006; magnesium, 0.001-0.05; lanthanum, 0.001-0.10; cerium, 0.001-0.06, and nickel, the balance. Invention provides high indices of strength, ductility, thermal resistance and heat-resistance of alloy in combination with good values of weldability and deformability.
EFFECT: improved and valuable properties of alloy.
3 cl, 2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии жаропрочных свариваемых сплавов на основе никеля системы Ni-Cr-Mo и изделий, выполняемых из этих сплавов для авиационной техники, машиностроения и других отраслей народного хозяйства и может быть использовано для изготовления жаровых тру6, корпусов, кожухов, экранов и других сварных узлов и деталей, работающих в области температур 20-1000°С.The invention relates to the field of metallurgy of heat-resistant welded alloys based on nickel of the Ni-Cr-Mo system and products made from these alloys for aircraft, engineering and other sectors of the national economy and can be used for the manufacture of flame tubes6, cases, casings, screens and other welded assemblies and parts operating in the temperature range of 20-1000 ° C.

Создание сплава, работоспособного во всем интервале температур от 20 до 1000°С и предназначенного для широкого круга сварных узлов и деталей, работающих в широком диапазоне условий эксплуатации и, соответственно, предъявляющих и различные требования к материалу, позволяет унифицировать и сократить количество сплавов в изделии, но одновременно требует от предлагаемого сплава целого ряда свойств на высоком уровне для материалов на никелевой основе.Creating an alloy that is operable in the entire temperature range from 20 to 1000 ° C and is intended for a wide range of welded assemblies and parts operating in a wide range of operating conditions and, accordingly, presenting various requirements for the material, allows to unify and reduce the number of alloys in the product, but at the same time it requires from the proposed alloy a number of high-level properties for nickel-based materials.

Основными требованиями, предъявляемыми к такому сплаву, является сочетание для рабочих температур 20-1000°С высоких показателей прочности, пластичности, термостойкости и жаростойкости при хороших показателях свариваемости и деформируемости.The main requirements for such an alloy is a combination of high strength, ductility, heat resistance and heat resistance with good weldability and deformability for operating temperatures of 20-1000 ° C.

Известны сплавы на никелевой основе следующего химического состава (мас.%):Known nickel-based alloys of the following chemical composition (wt.%):

1. Хром 4÷161. Chrome 4 ÷ 16

Молибден 9÷20Molybdenum 9 ÷ 20

Алюминий 0,2÷1,0Aluminum 0.2 ÷ 1.0

Титан 1÷4Titanium 1 ÷ 4

Железо <10Iron <10

Углерод <0,1Carbon <0.1

Ниобий <6 и/или тантал <12Niobium <6 and / or tantalum <12

Титан +1/2 ниобия + 1/4 тантала - 2÷5Titanium + 1/2 Nb + 1/4 Ta - 2 ÷ 5

Никель - остальноеNickel - the rest

(Заявка Японии №6004900 Бюллетень «Изобретения стран мира» №9-1996 г.).(Japan Application No. 6004900 Bulletin "Inventions of the World" No. 9-1996).

2. Углерод - max 0,102. Carbon - max 0.10

Хром - 16,0÷24,0Chrome - 16.0 ÷ 24.0

Молибден - 7÷12Molybdenum - 7 ÷ 12

Ниобий - 2÷6Niobium - 2 ÷ 6

Алюминий - 0÷1Aluminum - 0 ÷ 1

Титан - 0,5÷2,5Titanium - 0.5 ÷ 2.5

Бор - max 0,02Boron - max 0,02

Кобальт - max 5Cobalt - max 5

Вольфрам - max 4Tungsten - max 4

Цирконий - max 0,5Zirconium - max 0,5

Кремний - max 1Silicon - max 1

Фосфор - max 0,03Phosphorus - max 0,03

Сера - max 0,03Sulfur - max 0,03

Медь - 0-3Copper - 0-3

Железо - max 20Iron - max 20

Азот - max 0,04Nitrogen - max 0,04

Марганец - max 5Manganese - max 5

Никель - остальноеNickel - the rest

(Патент США №5.556.594)(US Patent No. 5,556.594)

Данные сплавы имеют заниженные, относительно требований к материалам авиационной техники, значения характеристик пластичности (кратковременной, длительной и технологической) и свариваемости.These alloys have underestimated values of ductility characteristics (short-term, long-term and technological), and weldability, relative to the requirements for materials of aircraft.

Вместе с тем высокая легированность сплавов элементами с высоким числом электронных вакансий ведет к выделению в процессе эксплуатации топологических плотноупакованных фаз окручивающих материал.At the same time, the high alloying of alloys with elements with a high number of electronic vacancies leads to the release of topological close-packed phases that wrap the material during operation.

Перечисленные факторы существенно повышают трудоемкость изготовления жаровых труб, корпусов, кожухов, экранов и других сварных узлов и деталей из данных сплавов, а также снижают их надежность и работоспособность в эксплуатации.These factors significantly increase the complexity of manufacturing flame tubes, housings, casings, screens and other welded assemblies and parts from these alloys, and also reduce their reliability and performance in operation.

Наиболее близким по составу и назначению к предлагаемому сплаву является сплав на основе никеля следующего химического состава (мас.%):The closest in composition and purpose to the proposed alloy is an alloy based on Nickel of the following chemical composition (wt.%):

Углерод - 0,05÷0,10Carbon - 0.05 ÷ 0.10

Хром - 26,0÷30,0Chrome - 26.0 ÷ 30.0

Молибден - 6,0÷10,0Molybdenum - 6.0 ÷ 10.0

Ниобий - 1,5÷4,5Niobium - 1.5 ÷ 4.5

Алюминий - 0,8÷2,0Aluminum - 0.8 ÷ 2.0

Бор - 0,003÷0,01Boron - 0.003 ÷ 0.01

Магний - 0,005÷0,03Magnesium - 0.005 ÷ 0.03

Иттрий - 0,005÷0,03Yttrium - 0.005 ÷ 0.03

Лантан - 0,01÷0,10Lanthanum - 0.01 ÷ 0.10

Никель - остальноеNickel - the rest

(патент РФ №1746733)(RF patent No. 1746733)

Данный сплав имеет высокие значения характеристик пластичности и свариваемости, обладает достаточной структурной стабильностью и не склонен к выделению топологических плотноупакованных фаз.This alloy has high plasticity and weldability characteristics, has sufficient structural stability, and is not prone to isolating topological close-packed phases.

Вместе с тем, для изделий ГТД, таких как сварные корпуса, кожуха и т.д., требуются более высокие характеристики прочности (как кратковременной, так и длительной) и пластичности.At the same time, for products of gas turbine engines, such as welded bodies, casing, etc., higher characteristics of strength (both short-term and long-term) and ductility are required.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка жаропрочного сплава на основе никеля и изделий из него, сочетающего для рабочих температур 20-1000°С высокие показатели прочности, пластичности, термостойкости и жаростойкости при хороших значениях свариваемости и деформируемости.The technical task of the invention is the development of a heat-resistant alloy based on nickel and products made of it, combining high temperatures, strength, ductility, heat resistance and heat resistance with good weldability and deformability for operating temperatures of 20-1000 ° C.

Для решения поставленной задачи предлагается жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, молибден, алюминий, ниобий, бор, лантан, магний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам, ванадий и церий, при следующем соотношении компонентов (мас.%):To solve this problem, we propose a heat-resistant nickel-based alloy containing carbon, chromium, molybdenum, aluminum, niobium, boron, lanthanum, magnesium, characterized in that it additionally contains tungsten, vanadium and cerium, in the following ratio of components (wt.%) :

Углерод - 0,03÷0,10Carbon - 0.03 ÷ 0.10

Хром - 20,0÷32,0Chrome - 20.0 ÷ 32.0

Молибден - 10,5÷18,0Molybdenum - 10.5 ÷ 18.0

Ниобий - 2,5÷4,5Niobium - 2.5 ÷ 4.5

Алюминий - 1,0÷1,8Aluminum - 1.0 ÷ 1.8

Вольфрам - 0,3÷3,0Tungsten - 0.3 ÷ 3.0

Ванадий - 0,1÷1,0Vanadium - 0.1 ÷ 1.0

Бор - 0,0001÷0,006Boron - 0.0001 ÷ 0.006

Магний - 0,001÷0,05Magnesium - 0.001 ÷ 0.05

Лантан - 0,001÷0,10Lanthanum - 0.001 ÷ 0.10

Церий - 0,001÷0,06Cerium - 0.001 ÷ 0.06

Никель - остальноеNickel - the rest

и изделие, выполненное из него.and an article made from it.

У предлагаемого сплава значительная доля прочности обеспечивается за счет образования термически стабильных зон предвыделений упрочняющих фаз. Из числа легирующих элементов в образовании таких зон ведущая роль принадлежит хрому и молибдену, поэтому повышение содержания молибдена в предлагаемом сплаве позволяет существенно увеличить количество предвыделений и тем самым повысить прочность сплава. Поскольку между предвыделениями и матрицей отсутствует четкая фазовая граница, данный вид упрочнения не приводит к сколько-нибудь значительному падению пластичности.The proposed alloy, a significant proportion of the strength is provided due to the formation of thermally stable zones of pre-allocation of reinforcing phases. Of the alloying elements in the formation of such zones, the leading role belongs to chromium and molybdenum, therefore, an increase in the molybdenum content in the proposed alloy can significantly increase the number of precipitates and thereby increase the strength of the alloy. Since there is no clear phase boundary between the pre-allocations and the matrix, this type of hardening does not lead to any significant decrease in ductility.

Введение вольфрама увеличивает силы межатомной связи в матрице, что повышает жаропрочные свойства сплава, прежде всего в верхнем районе рабочих температур.The introduction of tungsten increases the interatomic bonding forces in the matrix, which increases the heat-resistant properties of the alloy, especially in the upper region of operating temperatures.

Ванадий улучшает свариваемость сплава и его жаропрочные свойства при температурах до 800-850°С. Введение церия снижает дефектность границ зерен, посредством чего улучшается весь комплекс его механических свойств, и повышает жаростойкость материала.Vanadium improves the weldability of the alloy and its heat-resistant properties at temperatures up to 800-850 ° C. The introduction of cerium reduces the defectiveness of the grain boundaries, whereby the whole complex of its mechanical properties is improved, and the heat resistance of the material is increased.

В отличие от иттрия, который входит в состав γ фазы прототипа, церий располагается преимущественно по границам зерен и тем самым более эффективно снижает степень их дефектности, а также способствует образованию окислов с лучшими жаростойкими свойствами.Unlike yttrium, which is part of the γ phase of the prototype, cerium is located mainly along the grain boundaries and thereby more effectively reduces the degree of their defectiveness, and also contributes to the formation of oxides with better heat-resistant properties.

Использование предлагаемого сплава в качестве материала жаровых тру6, корпусов, кожухов, экранов и других сварных узлов и деталей изделий авиационной техники, машиностроения и других отраслей народного хозяйства позволит снизить их вес за счет увеличения удельной прочности, увеличить ресурс и надежность и существенно сократить номенклатуру материалов, используемых при изготовлении изделий.The use of the proposed alloy as the material of flame tubes6, cases, casings, screens and other welded units and parts of aircraft products, engineering and other sectors of the national economy will reduce their weight by increasing specific strength, increase resource and reliability, and significantly reduce the range of materials, used in the manufacture of products.

ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ:EXAMPLE FOR CARRYING OUT THE INVENTION:

В лабораторных условиях были выплавлены четыре вакуумные индукционные плавки предлагаемого сплава и сплава-прототипа. В таблице 1 представлены химические составы сплавов, где примеры 1-3 предлагаемый состав, пример 4 - сплав-прототип.In laboratory conditions, four vacuum induction melts of the proposed alloy and prototype alloy were smelted. Table 1 presents the chemical compositions of the alloys, where examples 1-3 of the proposed composition, example 4 is an alloy prototype.

Заливка металла плавок производилась в круглые металлические изложницы. Полученные слитки ковались на сутунки, которые затем прокатывались вгорячую на листы толщиной 2 мм с температуры нагрева 1120°С.The metal was melted in round metal molds. The obtained ingots were forged into small stones, which were then hot rolled onto sheets of 2 mm thickness with a heating temperature of 1120 ° C.

Горячекатаные листы отжигались при температуре 1020°С, затем в холодную прокатывались на листы толщиной 1,2 мм.Hot-rolled sheets were annealed at a temperature of 1020 ° С, then they were rolled into cold sheets onto sheets with a thickness of 1.2 mm.

Из холоднокатаных листов изготовлялись образцы для испытания на механические свойства, жаростойкость и свариваемость.Samples were made from cold-rolled sheets for testing for mechanical properties, heat resistance, and weldability.

Поскольку на холоднокатаных листах из предлагаемого сплава отсутствуют трещины и иные нарушения целостности материала, а состояние их поверхности отвечает всему комплексу требований, предъявляемых к холоднокатаному листу из жаропрочных сплавов на никелевой основе, закономерно заключение о его хорошей деформируемости.Since there are no cracks and other violations of the integrity of the material on the cold-rolled sheets of the proposed alloy, and their surface condition meets the whole range of requirements for a cold-rolled sheet of heat-resistant nickel-based alloys, the conclusion about its good deformability is logical.

Результаты испытаний свойств, представленные в таблице 2, свидетельствуют, что предлагаемый сплав обладает высокими прочностными и пластическими свойствами как кратковременными, так и длительными, в области температур от 20 до 1000°С, существенно превышающими уровень свойств прототипа.The test results of the properties presented in table 2 indicate that the proposed alloy has high strength and plastic properties both short and long, in the temperature range from 20 to 1000 ° C, significantly exceeding the level of properties of the prototype.

Предлагаемый сплав имеет лучшие, чем у прототипа показатели свариваемости (Vкр), жаростойкости и такой важнейшей для жаровых труб характеристики как термостойкость (число циклов до образования трещины).The proposed alloy has better weldability (V cr ) than heat of the prototype, heat resistance, and such characteristics as heat resistance, which is most important for flame tubes (the number of cycles before cracking).

Таким образом, применение предлагаемого сплава позволит снизить вес изделий, а также увеличить их ресурс, надежность и температуру эксплуатации, унифицировать и сократить количество сплавов, используемых в изделии.Thus, the use of the proposed alloy will reduce the weight of the products, as well as increase their resource, reliability and operating temperature, unify and reduce the number of alloys used in the product.

Таблица 1Table 1 Химический состав опытных плавок предлагаемого сплава, и сплава-прототипа (мас.%).The chemical composition of the experimental swimming trunks of the proposed alloy, and the prototype alloy (wt.%). Хим. эл-т № пл.Chem. el No. pl. СFROM CrCr МоMo AlAl NbNb WW VV вat MgMg LaLa СеXie YY NiNi 1one 0,030,03 20.020.0 10.510.5 1.01.0 2.52.5 0,30.3 0,10.1 0,00010.0001 0,0010.001 0,0010.001 0,0010.001 -- Ост.Ost. 22 0,060.06 26.026.0 14.114.1 1.41.4 3.53.5 1,61,6 0,60.6 0,0030.003 0,030,03 0,050.05 0,030,03 -- Ост.Ost. 33 0,100.10 32.032.0 18.018.0 1.81.8 4.54.5 3,03.0 1,01,0 0,0060.006 0,050.05 0,100.10 0,060.06 -- Ост.Ost. 4four 0,060.06 27.027.0 7.57.5 1.351.35 3.13.1 -- -- 0,0010.001 0,010.01 0,0060.006 -- 0,010.01 Ост.Ost.

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (2)

1. Жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, молибден, алюминий, ниобий, бор, лантан, магний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам, ванадий и церий при следующем содержании компонентов, мас.%:1. A heat-resistant nickel-based alloy containing carbon, chromium, molybdenum, aluminum, niobium, boron, lanthanum, magnesium, characterized in that it additionally contains tungsten, vanadium and cerium with the following components, wt.%: УглеродCarbon 0,03÷0,100.03 ÷ 0.10 ХромChromium 20,0÷32,020.0 ÷ 32.0 МолибденMolybdenum 10,5÷18,010.5 ÷ 18.0 НиобийNiobium 2,5÷4,52.5 ÷ 4.5 АлюминийAluminum 1,0÷1,81,0 ÷ 1,8 ВольфрамTungsten 0,3÷3,00.3 ÷ 3.0 ВанадийVanadium 0,1÷1,00.1 ÷ 1.0 БорBoron 0,0001÷0,0060.0001 ÷ 0.006 МагнийMagnesium 0,001÷0,050.001 ÷ 0.05 ЛантанLanthanum 0,001÷0,100.001 ÷ 0.10 ЦерийCerium 0,001÷0,060.001 ÷ 0.06 НикельNickel ОстальноеRest
2. Изделие из жаропрочного сплава на основе никеля, отличающееся тем, что оно выполнено из жаропрочного сплава на основе никеля по п.1.2. A product of a heat-resistant nickel-based alloy, characterized in that it is made of a heat-resistant nickel-based alloy according to claim 1.
RU2005108306/02A 2005-03-24 2005-03-24 Nickel-base heat-resistant alloy and article made of this alloy RU2285059C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005108306/02A RU2285059C1 (en) 2005-03-24 2005-03-24 Nickel-base heat-resistant alloy and article made of this alloy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005108306/02A RU2285059C1 (en) 2005-03-24 2005-03-24 Nickel-base heat-resistant alloy and article made of this alloy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2285059C1 true RU2285059C1 (en) 2006-10-10

Family

ID=37435586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005108306/02A RU2285059C1 (en) 2005-03-24 2005-03-24 Nickel-base heat-resistant alloy and article made of this alloy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2285059C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2507290C2 (en) * 2007-12-12 2014-02-20 Хэйнес Интернэшнл, Инк. Heat-resistant alloy suitable for welding and resistant to oxidation
RU2801911C1 (en) * 2022-07-26 2023-08-18 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") Corrosion-resistant scandium alloy

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2507290C2 (en) * 2007-12-12 2014-02-20 Хэйнес Интернэшнл, Инк. Heat-resistant alloy suitable for welding and resistant to oxidation
RU2801911C1 (en) * 2022-07-26 2023-08-18 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") Corrosion-resistant scandium alloy

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2289637C2 (en) Nickel base alloy
EP1842934B1 (en) Heat-resistant superalloy
RU2377336C2 (en) Alloy for gasturbine engine
US20190040501A1 (en) Nickel-cobalt alloy
EP2479302B1 (en) Ni-based heat resistant alloy, gas turbine component and gas turbine
US20140373979A1 (en) Nickel-based heat-resistant superalloy
CN106521243A (en) Ni-Cr-Mo-Nb-Al-Ti series high temperature alloy material, and preparation method and application thereof
WO2007119832A1 (en) Ni-BASED HEAT-RESISTANT ALLOY FOR GAS TURBINE COMBUSTOR
CA2146534C (en) Heat-resistant nickel-based alloy excellent in weldability
JP2000256770A (en) LOW THERMAL EXPANSION Ni BASE SUPERALLOY
US5882586A (en) Heat-resistant nickel-based alloy excellent in weldability
EP0593824A1 (en) Nickel aluminide base single crystal alloys and method
JPS6179742A (en) Heat resistant alloy
RU2285059C1 (en) Nickel-base heat-resistant alloy and article made of this alloy
JPH09268337A (en) Forged high corrosion resistant superalloy alloy
JP2003138334A (en) Ni-BASED ALLOY HAVING EXCELLENT HIGH TEMPERATURE OXIDATION RESISTANCE AND HIGH TEMPERATURE DUCTILITY
RU2283361C1 (en) High-temperature cobalt-based alloy and article made from this alloy
RU2256717C1 (en) High-temperature nickel-based weldable alloy and article made from this alloy
RU2070597C1 (en) Cast refractory alloy on the base of nickel
RU2433196C1 (en) CASTABLE ALLOY ON BASIS OF INTERMETALLIC COMPOUND Ni3Al AND ITEM MADE FROM IT
RU2351673C1 (en) CAST ALLOY ON BASIS OF INTERMETALLIDE Ni3Al AND PRODUCT IMPLEMENTED FROM IT
RU2404275C1 (en) Heat-resistant wrought nickel-based alloy
RU2737835C1 (en) Nickel-based heat-resistant wrought alloy and article made from it
RU2164959C1 (en) Nickel-base high-temperature alloy and article made from this alloy
RU2790495C1 (en) Heat-resistant nickel-based casting alloy and a product made from it