RU2297466C2 - Monocrystal nickel heat-resistant alloy - Google Patents

Monocrystal nickel heat-resistant alloy Download PDF

Info

Publication number
RU2297466C2
RU2297466C2 RU2004131918/02A RU2004131918A RU2297466C2 RU 2297466 C2 RU2297466 C2 RU 2297466C2 RU 2004131918/02 A RU2004131918/02 A RU 2004131918/02A RU 2004131918 A RU2004131918 A RU 2004131918A RU 2297466 C2 RU2297466 C2 RU 2297466C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
nickel
temperature
heat
rhenium
Prior art date
Application number
RU2004131918/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004131918A (en
Inventor
Альмир Амирович Ганеев (RU)
Альмир Амирович Ганеев
Павел Николаевич Никифоров (RU)
Павел Николаевич Никифоров
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority to RU2004131918/02A priority Critical patent/RU2297466C2/en
Publication of RU2004131918A publication Critical patent/RU2004131918A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2297466C2 publication Critical patent/RU2297466C2/en

Links

Landscapes

  • Catalysts (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

FIELD: alloy metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to nickel-base heat-resistant alloys. Invention proposes nickel-base heat-resistant alloy used in monocrystal casting comprising the following components, wt.-%: chrome, 4.7-5.4; cobalt, 5.9-6.9; molybdenum, 0.6-0.7; tungsten, 5.3-6.1; rhenium, 4.8-5.6; tantalum, 6.2-7.2; aluminum, 4.8-5.6; titanium, 0.3-0.4; niobium, 0.8-0.9; hafnium, 0.009-0.0011; carbon, 0.007-0.009; lanthanum, 0.001-0.005; yttrium, 0.001-0.005, and nickel, the balance, in the content of detrimental impurities: iron, 0.5, not above; manganese, 0.2, not above; silicon, 0.2, nor above; phosphorus, 0.015, not above, and sulfur, 0.01, not above. Invention provides enhancing heat-resistance and phase stability of monocrystal nickel-base heat-resistant alloy and improving its technological indices. Proposed alloy can be used in making articles with monocrystalline structure, for example, gas turbine vanes working at high temperatures.
EFFECT: improved and valuable properties of alloy.
2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно жаропрочных сплавов на основе никеля, используемых для деталей с монокристаллической структурой, например лопаток газовых турбин, работающих при высоких температурах.The invention relates to metallurgy of alloys, namely, heat-resistant nickel-based alloys used for parts with a single crystal structure, for example, gas turbine blades operating at high temperatures.

Известен никелевый жаропрочный сплав для монокристального литья René N6 [Патент США №5270123 Int. C1.5 C22C 19/05, C22F 01/10, 1993] состава, мас. %:Known heat-resistant nickel alloy for single crystal casting René N6 [US Patent No. 5270123 Int. C1. 5 C22C 19/05, C22F 01/10, 1993] composition, wt. %:

Хром - 4,0...6,5Chrome - 4.0 ... 6.5

Кобальт - 10...15Cobalt - 10 ... 15

Молибден - 0,5...2,0Molybdenum - 0.5 ... 2.0

Вольфрам - 5...6,5Tungsten - 5 ... 6.5

Рений - 5,1...5,6Rhenium - 5.1 ... 5.6

Рутений - 0...6Ruthenium - 0 ... 6

Тантал - 7...9,25Tantalum - 7 ... 9.25

Алюминий - 5...6,25Aluminum - 5 ... 6.25

Ниобий - 0...1Niobium - 0 ... 1

Гафний - 0,1...0,5Hafnium - 0.1 ... 0.5

Углерод - 0,02...0,07Carbon - 0.02 ... 0.07

Бор - 0,003...0,01Boron - 0.003 ... 0.01

Никель - остальноеNickel - the rest

при соблюдении условия (Cr+Мо)=4,6...6,5.subject to the condition (Cr + Mo) = 4.6 ... 6.5.

Недостатком известного сплава является недостаточная жаропрочность: при температуре 1093°С и напряжении σ=141 МПа долговечность сплава составляет около 100 ч. Это обусловлено склонностью сплава к образованию в интервале рабочих температур 1000...1100°С топологически плотноупакованных (ТПУ) фаз. Отрицательное влияние ТПУ-фаз на свойства сплава проявляется в том, что они служат источником зарождения и распространения трещин, ведущих к преждевременному разрушению. Кроме того, ТПУ-фазы связывают значительное количество основных легирующих элементов (рения, вольфрама, кобальта, хрома, молибдена) и тем самым не только обедняют ими γ-твердый раствор, снижая эффективность твердорастворного упрочнения сплава, но и снижают количество и термостабильность упрочняющей γ'-фазы.A disadvantage of the known alloy is insufficient heat resistance: at a temperature of 1093 ° C and a voltage of σ = 141 MPa, the durability of the alloy is about 100 hours. This is due to the tendency of the alloy to form topologically tightly packed (TPU) phases in the operating temperature range of 1000 ... 1100 ° C. The negative effect of the TPU phases on the properties of the alloy is manifested in the fact that they serve as a source of nucleation and propagation of cracks leading to premature failure. In addition, TPU phases bind a significant amount of the main alloying elements (rhenium, tungsten, cobalt, chromium, molybdenum) and thereby not only deplete them in the γ-solid solution, reducing the efficiency of solid solution hardening of the alloy, but also reduce the amount and thermal stability of the hardening γ ' phase.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является никелевый жаропрочный монокристальный сплав CMSX-10 [Патент США №5366695 Int. C15 C22C 19/05, 1994]. Жаропрочный сплав на основе никеля содержит хром, кобальт, алюминий, вольфрам, ниобий, молибден, тантал, рений, гафний, титан при следующем соотношении указанных выше компонентов, мас.%:The closest analogue, taken as a prototype, is a nickel heat-resistant single crystal alloy CMSX-10 [US Patent No. 5366695 Int. C1 5 C22C 19/05, 1994]. The heat-resistant nickel-based alloy contains chromium, cobalt, aluminum, tungsten, niobium, molybdenum, tantalum, rhenium, hafnium, titanium in the following ratio of the above components, wt.%:

Хром - 1,8...4,0Chrome - 1.8 ... 4.0

Кобальт - 1,5...9,0Cobalt - 1.5 ... 9.0

Молибден - 0,25...2,0Molybdenum - 0.25 ... 2.0

Вольфрам - 3,5...7,5Tungsten - 3.5 ... 7.5

Рений - 5,0...7,0Rhenium - 5.0 ... 7.0

Тантал - 7,0...10,0Tantalum - 7.0 ... 10.0

Алюминий - 5,0...7,0Aluminum - 5.0 ... 7.0

Титан - 0,1...1,2Titanium - 0.1 ... 1.2

Ниобий - 0...0,5Niobium - 0 ... 0.5

Гафний - 0...0,15Hafnium - 0 ... 0.15

Никель - остальноеNickel - the rest

Сплав имеет следующие характеристики жаропрочности: при температуре 982°С и напряжении σ=248 МПа долговечность сплава τ=239,8...775,2 ч; при температуре 1010°С и σ=248 МПа τ=140,7...354,4 ч.The alloy has the following characteristics of heat resistance: at a temperature of 982 ° C and a voltage of σ = 248 MPa, the durability of the alloy is τ = 239.8 ... 775.2 h; at a temperature of 1010 ° С and σ = 248 MPa, τ = 140.7 ... 354.4 h.

Однако недостатком известного сплава является специфическая фазовая нестабильность - образование вторичной реакционной зоны (secondary reaction zone - SRZ), обусловленная высоким содержанием рения. SRZ представляет собой трехфазную область из γ'-матрицы с пластинчатыми выделениями γ-фазы и ТПУ Р-фазы системы Ni-Re-W, причем последняя содержит до 50% рения и до 20% вольфрама.However, a disadvantage of the known alloy is a specific phase instability - the formation of a secondary reaction zone (SRZ), due to the high content of rhenium. SRZ is a three-phase region of a γ'-matrix with lamellar precipitates of the γ-phase and TPU of the P-phase of the Ni-Re-W system, the latter containing up to 50% rhenium and up to 20% tungsten.

Кроме того, сплав CMSX-10 склонен к образованию при кристаллизации избыточных фаз эвтектического происхождения на основе Ni3 (Al, Та, Ti, Hf, Nb). Наличие в литой структуре сплава эвтектических фаз ухудшает технологические свойства сплава, снижая температурный интервал гомогенизирующего отжига, равный разности между температурой локального плавления и температурой полного растворения упрочняющей γ'-фазы. В результате возникают трудности в проведении термической обработки на твердый раствор для растворения избыточных фаз и устранения ликвационной неоднородности без риска оплавления, а сплав обладает недостаточно высокой длительной прочностью при температуре 1000°С.In addition, the CMSX-10 alloy is prone to the formation of crystallization of excess phases of eutectic origin based on Ni 3 (Al, Ta, Ti, Hf, Nb). The presence of eutectic phases in the cast structure of the alloy worsens the technological properties of the alloy, decreasing the temperature range of homogenizing annealing, which is equal to the difference between the local melting temperature and the temperature of complete dissolution of the strengthening γ'-phase. As a result, difficulties arise in performing heat treatment on a solid solution to dissolve excess phases and eliminate liquid segregation heterogeneity without the risk of melting, and the alloy has insufficiently high long-term strength at a temperature of 1000 ° C.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение жаропрочности и фазовой стабильности монокристального никелевого жаропрочного сплава при улучшении технологических характеристик.The problem to which the invention is directed, is to increase the heat resistance and phase stability of a single-crystal nickel heat-resistant alloy while improving technological characteristics.

Решение поставленной задачи достигается оптимальным легированием монокристального никелевого жаропрочного сплава кобальтом, вольфрамом, молибденом, рением и танталом, способствующим снижению риска образования SRZ и повышению жаропрочности. Наиболее предпочтительным является следующее соотношение компонентов, мас. %:The solution to this problem is achieved by optimal alloying of a single-crystal nickel heat-resistant alloy with cobalt, tungsten, molybdenum, rhenium and tantalum, which helps to reduce the risk of SRZ formation and increase heat resistance. Most preferred is the following ratio of components, wt. %:

Хром - 4,7...5,4Chrome - 4.7 ... 5.4

Кобальт - 5,9...6,9Cobalt - 5.9 ... 6.9

Молибден - 0,6...0,7Molybdenum - 0.6 ... 0.7

Вольфрам - 5,3...6,1Tungsten - 5.3 ... 6.1

Рений - 4,8...5,6Rhenium - 4.8 ... 5.6

Тантал - 6,2...7,2Tantalum - 6.2 ... 7.2

Алюминий - 4,8...5,6Aluminum - 4.8 ... 5.6

Титан - 0,3...0,4Titanium - 0.3 ... 0.4

Ниобий - 0,8...0,9Niobium - 0.8 ... 0.9

Гафний - 0,009...0,011Hafnium - 0.009 ... 0.011

Углерод - 0,007...0,009Carbon - 0.007 ... 0.009

Лантан - 0,001...0,005Lanthanum - 0.001 ... 0.005

Иттрий - 0,001...0,005Yttrium - 0.001 ... 0.005

Никель - остальноеNickel - the rest

при содержании вредных примесей:when containing harmful impurities:

Железо - не более 0,5Iron - no more than 0.5

Марганец - не более 0,2Manganese - no more than 0.2

Кремний - не более 0,2Silicon - not more than 0.2

Фосфор - не более 0,015Phosphorus - not more than 0.015

Сера - не более 0,01.Sulfur - not more than 0.01.

Снижение концентрации молибдена уменьшает склонность сплава к выделению ТПУ-фаз и карбидных фаз М6С с неблагоприятной морфологией. Введение в состав сплава углерода, лантана и иттрия дополнительно способствует расширению температурного интервала гомогенизирующего отжига, снижая таким образом риск локального оплавления при гомогенизации. Снижение концентрации гафния способствует уменьшению объемной доли фаз эвтектического происхождения на основе Ni3 (Al, Та, Ti, Hf, Nb), также снижая риск локального оплавления. В результате повышается длительная прочность сплава.A decrease in the concentration of molybdenum reduces the tendency of the alloy to release TPU phases and M 6 C carbide phases with an unfavorable morphology. The introduction of carbon, lanthanum, and yttrium into the alloy composition further contributes to the expansion of the temperature range of homogenizing annealing, thereby reducing the risk of local melting during homogenization. A decrease in hafnium concentration helps to reduce the volume fraction of phases of eutectic origin based on Ni 3 (Al, Ta, Ti, Hf, Nb), while also reducing the risk of local melting. As a result, the long-term strength of the alloy increases.

Пример конкретного выполненияConcrete example

В вакуумной индукционной плавильной печи УППФ-3М с электрокорундовым тиглем емкостью 15 кг были приготовлены 4 плавки сплава предлагаемого состава и одна плавка состава, соответствующего сплаву-прототипу. В качестве исходных шихтовых материалов применялись:In a vacuum induction melting furnace UPPF-3M with an electrocorundum crucible with a capacity of 15 kg, 4 melts of the alloy of the proposed composition and one melting of the composition corresponding to the prototype alloy were prepared. As the initial charge materials were used:

Сплав никелевый жаропрочный ЖС32Heat-resistant nickel alloy ZhS32 ТУ 1-92-177-91TU 1-92-177-91 Никель электролитический марки Н0Nickel electrolytic grade H0 ГОСТ 849-97GOST 849-97 Хром алюмотермический марки Х0Chrome aluminothermic grade X0 ГОСТ 5905-79GOST 5905-79 Кобальт металлический марки К1Cobalt metal K1 brands ГОСТ 123-98GOST 123-98 Молибден металлический в штабикахMetal Molybdenum ТУ 48-19-73-86TU 48-19-73-86 Вольфрам металлический в штабикахMetal tungsten ТУ 48-19-76-90TU 48-19-76-90 Рений металлический Re-2-РЭRhenium metal Re-2-RE ТУ 88-59TU 88-59 Тантал в слитках марки Т-0Tantalum bullion brand T-0 ГОСТ 16400-70GOST 16400-70 Алюминий металлический марки А99Aluminum metal brand A99 ГОСТ 11739-90GOST 11739-90 Титан марки ВТ1-0VT1-0 titanium ГОСТ 19807-91GOST 19807-91 Ниобий металлический в штабиках НБШ000Metal niobium in NBSh000 ГОСТ 16100-79GOST 16100-79 Гафний иодидный марки ГФМ1Hafnium iodide brand GFM1 ТУ 22517-77TU 22517-77 Цирконий иодидныйZirconium iodide ТУ 95-46-82TU 95-46-82 Лигатура никель-бор НБ1Ligature nickel-boron NB1 ТУ 1425-3-71TU 1425-3-71 Углерод (электродный бой)Carbon (electrode battle) ГОСТ 4426-80GOST 4426-80

Расчет шихты на выплавку заготовок производили на основании предварительных исследований угара легирующих элементов: для никеля, вольфрама, молибдена, хрома, ванадия, циркония, рения, церия, бора - по номинальному расчету, для углерода, титана и алюминия с учетом угара -13%, 5% и 3% соответственно.Calculation of the charge for the smelting of billets was carried out on the basis of preliminary studies of the fumes of alloying elements: for nickel, tungsten, molybdenum, chromium, vanadium, zirconium, rhenium, cerium, boron - according to the nominal calculation, for carbon, titanium and aluminum, taking into account fume -13%, 5% and 3%, respectively.

Шихта загружалась в тигель в следующей последовательности: 30% сплава ЖС32 и никеля на дно тигля, далее вольфрам, молибден, хром, кобальт, сверху - оставшаяся часть сплава ЖС32 и никеля. При разряжении 9,33 Па (7·10-2 мм рт.ст.) включали печь на малую мощность для дегазации и подогрева шихты, через 5...10 мин мощность увеличивали. В жидкий металл через дозатор вводили тантал, ниобий, рений и углерод (электродный бой). После полного расплавления температуру металла поднимали до 1600°С, металл выдерживали при этой температуре в течение 10...20 мин до прекращения кипения, затем температура снижалась до 1510...1540°С и вводились добавки с интервалами 3...5 мин в следующем порядке: алюминий, титан, цирконий, иттрий, лантан, лигатура никель-бор. После введения последней добавки металл выдерживали в течение 5...10 мин и при достижении температуры 1510...1530°С производили разливку в формы цилиндрического типа с диаметром 70 мм для последующей нарезки под мерную заготовку.The charge was loaded into the crucible in the following sequence: 30% of ZhS32 and nickel alloys to the bottom of the crucible, then tungsten, molybdenum, chromium, cobalt, and the rest of the ZhS32 and nickel alloy on top. With a discharge of 9.33 Pa (7 · 10 -2 mm Hg), the furnace was turned on at low power for degassing and heating the charge, after 5 ... 10 min the power was increased. Tantalum, niobium, rhenium and carbon (electrode bout) were introduced into the liquid metal through a batcher. After complete melting, the temperature of the metal was raised to 1600 ° C, the metal was kept at this temperature for 10 ... 20 min until the boiling stopped, then the temperature decreased to 1510 ... 1540 ° C and additives were introduced at intervals of 3 ... 5 min in the following order: aluminum, titanium, zirconium, yttrium, lanthanum, nickel-boron ligature. After the introduction of the last additive, the metal was kept for 5 ... 10 min and, when the temperature reached 1510 ... 1530 ° С, it was cast in the form of a cylindrical type with a diameter of 70 mm for subsequent cutting under a measured workpiece.

Каждая плавка подвергалась химическому и спектральному анализу по всем элементам, кроме бора и РЗМ. Бор и РЗМ определялись только спектральным анализом.Each heat was subjected to chemical and spectral analysis for all elements except boron and rare-earth metals. Boron and REM were determined only by spectral analysis.

Отливка образцов и лопаток производилась в оболочковые формы, изготовленные по выплавляемым моделям.Casting of samples and blades was carried out in shell molds made by investment casting.

Модели изготавливали из модельной массы MB, состоящей из 50% модельной массы ЗГВ-101 (ТУ РБ 0020-358-003-98) и 50% карбамида (ГОСТ 2081-92). Данная модельная масса обеспечивает высокую точность и чистоту поверхности модели.Models were made from model mass MB, consisting of 50% model mass ZGV-101 (TU RB 0020-358-003-98) and 50% urea (GOST 2081-92). This model mass provides high accuracy and a clean surface of the model.

Керамическую форму изготавливали путем окунания модельного блока в суспензию с последующей обсыпкой электрокорундом и сушкой каждого слоя в установке вакуумно-аммиачной сушки УВС-3. В качестве огнеупорного наполнителя суспензии применяли электрокорунд; в качестве связующего использовали гидролизованный этилсиликат ЭТС40 (ГОСТ 51174-71). Вязкость огнеупорной суспензии для первого слоя составляла 50...60 с по вискозиметру ВЗ-4 (ГОСТ 9070-75), для последующих слоев - 25...30 с. Для обсыпки первого слоя керамической формы применяли электрокорунд фракции 0,16...0,25 мм, для последующих слоев - электрокорунд фракции 0,5...0,63 мм. На модельные блоки наносили 9 слоев, причем последний слой являлся закрепляющим, т.е. электрокорундом не обсыпался.The ceramic mold was made by dipping the model block into a suspension, followed by sprinkling with electrocorundum and drying each layer in a vacuum-ammonia drying unit UVS-3. Electrocorundum was used as a refractory suspension filler; as a binder used hydrolyzed ethyl silicate ETS40 (GOST 51174-71). The viscosity of the refractory suspension for the first layer was 50 ... 60 s according to the VZ-4 viscometer (GOST 9070-75), for the next layers - 25 ... 30 s. To sprinkle the first layer of the ceramic form, we used electrocorundum fractions of 0.16 ... 0.25 mm, for subsequent layers - electrocorundum fractions of 0.5 ... 0.63 mm. 9 layers were applied to the model blocks, the last layer being a fixing layer, i.e. did not sprinkle with electrocorundum.

После окончания сушки последнего слоя модельная масса вытапливалась из оболочки горячим паром при температуре 160...170°С и давлении 0,7...0,8 МПа на бойлерклаве модели 64501. Затем оболочка прокаливалась при температуре 1025...1075°С в течение 6...8 часов с целью полного выгорания остатков модельной массы и продуктов неполного гидролиза связующего.After drying of the last layer, the model mass was heated from the shell with hot steam at a temperature of 160 ... 170 ° C and a pressure of 0.7 ... 0.8 MPa on a boiler model 64501. Then, the shell was calcined at a temperature of 1025 ... 1075 ° C within 6 ... 8 hours in order to completely burn out the residual model mass and products of incomplete hydrolysis of the binder.

С целью обеспечения регламентированной аксиальной кристаллографической ориентации (КГО) [001] в нижнюю часть керамической формы устанавливали затравки - цилиндры из сплава Ni-W (67% Ni и 33% W), имеющие заданную аксиальную КГО.In order to ensure a regulated axial crystallographic orientation (CGO) [001], seeds were installed in the lower part of the ceramic mold — Ni-W alloy cylinders (67% Ni and 33% W) having a given axial CGO.

Прокаленную керамическую форму помещали в печь подогрева форм (ППФ) установки для высокоскоростной направленной кристаллизации УВНК-8П. Температуру верхнего и нижнего нагревателей ППФ доводили до 1540 и 1630°С соответственно и выдерживали при данной температуре 15...20 мин, доводя вакуум в печи до 10,7 Па (8·10-2 мм рт.ст.). После этого расплавляли мерную заготовку сплава, доводили температуру расплава до 1590...1610°С, выдерживали 1...2 мин и проводили высокотемпературную обработку расплава, в ходе которой в камеру подавали аргон марки А (ГОСТ 10157-79), доводя давление до 0,004...0,005 МПа (30...40 мм рт.ст.), а металл перегревали до 1730...1750°С, выдерживали 20 мин и охлаждали до 1600°С. Далее вакуум в камере доводили до 10,7 Па (8·10-2 мм рт.ст.), расплав охлаждали до 1540...1560°С, заливали в форму и выдерживали 2,5...3,5 мин.The calcined ceramic mold was placed in a mold heating furnace (PPF) of the UVK-8P high-speed directional crystallization apparatus. The temperature of the upper and lower PPF heaters was brought to 1540 and 1630 ° C, respectively, and kept at this temperature for 15 ... 20 min, bringing the vacuum in the furnace to 10.7 Pa (8 · 10 -2 mm Hg). After that, the measured billet of the alloy was melted, the melt temperature was brought up to 1590 ... 1610 ° С, kept for 1 ... 2 min and the melt was treated at high temperature, during which grade A argon was introduced into the chamber (GOST 10157-79), bringing pressure to 0.004 ... 0.005 MPa (30 ... 40 mm Hg), and the metal was overheated to 1730 ... 1750 ° C, held for 20 minutes and cooled to 1600 ° C. Next, the vacuum in the chamber was brought to 10.7 Pa (8 · 10 -2 mm Hg), the melt was cooled to 1540 ... 1560 ° C, poured into a mold and kept for 2.5 ... 3.5 minutes.

Залитые формы для обеспечения направленного теплоотвода и стабилизации температуры на фронте кристаллизации перемещали со скоростью 10 мм/мин из исходного положения в жидкометаллический кристаллизатор - чугунную ванну с алюминием А5 (ГОСТ 11069-74), имеющим температуру 700°С, до полного погружения в кристаллизатор замковой части лопаток. Далее залитые формы извлекались из кристаллизатора в ППФ и с целью снижения литейных напряжений термостатировались в течение 10 мин при температуре 1280...1300°С. Затем блок отливок охлаждался вместе с ППФ и при снижении температуры до 900°С форму выводили из печи.Filled molds to ensure directed heat dissipation and stabilization of the temperature at the crystallization front were moved at a speed of 10 mm / min from the initial position to the liquid metal crystallizer — a cast-iron bath with aluminum A5 (GOST 11069-74), having a temperature of 700 ° C, until the lock was completely immersed in the mold parts of the blades. Then, the filled molds were removed from the mold in PPF and, in order to reduce casting stresses, were thermostated for 10 min at a temperature of 1280 ... 1300 ° С. Then, the casting block was cooled together with PPF and, when the temperature dropped to 900 ° C, the mold was taken out of the furnace.

Полученные образцы подвергли термообработке, включающей гомогенизирующий отжиг в интервале температур 1310...1370°С с последующим охлаждением в струе аргона, первое старение при температуре 1050...1150°С в течение 8 часов и второе старение при температуре 850...950°С в течение 20 часов.The obtained samples were subjected to heat treatment, including homogenizing annealing in the temperature range 1310 ... 1370 ° С followed by cooling in an argon stream, the first aging at a temperature of 1050 ... 1150 ° С for 8 hours and the second aging at a temperature of 850 ... 950 ° C for 20 hours.

Отлитые детали подвергались контролю методами, предусмотренными в серийном производстве для турбинных лопаток: наружному осмотру, контролю структуры, проверке геометрии, рентгенопросвечиванию, люминесцентному контролю и цветной дефектоскопии.The cast parts were subjected to inspection by the methods provided for in serial production for turbine blades: visual inspection, structure inspection, geometry verification, X-ray diffraction, luminescent inspection and color inspection.

Контроль КГО осуществляли на дифрактометре ДРОН-3М путем рентгеносъемки с поперечного среза конуса-стартера. Допускалось отклонение не более 10° от КГО [001].KGO control was carried out on a DRON-3M diffractometer by X-ray photography from a cross section of a starter cone. A deviation of not more than 10 ° from KGO [001] was allowed.

Термообработанные образцы были испытаны на кратковременную и длительную прочность. Испытания на кратковременную прочность проводили при 20°С, на длительную прочность - при 1000°С.Heat-treated samples were tested for short-term and long-term strength. Tests for short-term strength were carried out at 20 ° C, for long-term strength - at 1000 ° C.

Испытания на статическое растяжение (разрыв) проводились по ГОСТ 1497-84 на испытательной машине УТМ-20 при комнатной температуре. К образцу плавно прикладывали нагрузку, доводя образец до разрыва. Временное сопротивление σв определяли по формуле:Tests for static tension (tearing) were carried out according to GOST 1497-84 on a testing machine UTM-20 at room temperature. A load was smoothly applied to the sample, bringing the sample to rupture. The temporary resistance σ in was determined by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Рmax - максимальная нагрузка испытания, МН;where P max is the maximum test load, MN;

F0 - площадь поперечного сечения образца до испытаний, мм2.F 0 - the cross-sectional area of the sample before testing, mm 2 .

После испытания образцов определяли относительное удлинение δ:After testing the samples, the elongation δ was determined:

Figure 00000002
Figure 00000002

где l0 - расчетная длина образца до испытания, мм;where l 0 is the estimated length of the sample before the test, mm;

lк - длина образца после испытания, мм.l to - the length of the sample after the test, mm

Начальную расчетную длину l0 - длину участка рабочей части образца, на котором измерялось удлинение, перед началом испытания ограничивали рисками с погрешностью не более 1%. Для измерения расчетной длины после разрыва lк разрушенные части образца плотно складывались так, чтобы оси их образовывали прямую линию. Расчетную длину образца до и после испытания измеряли с погрешностью ±0,05 мм.The initial calculated length l 0 is the length of the portion of the working part of the sample on which the elongation was measured, before the start of the test, risks were limited with an error of not more than 1%. To measure the estimated length after rupture, l k, the destroyed parts of the sample were tightly folded so that their axes formed a straight line. The estimated sample length before and after the test was measured with an error of ± 0.05 mm.

Относительное сужение ψ определяли по формуле:The relative narrowing of ψ was determined by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где F0 - начальная площадь поперечного сечения образца, мм2;where F 0 - the initial cross-sectional area of the sample, mm 2 ;

Fк - площадь поперечного сечения образца после испытания, мм2.F to - the cross-sectional area of the sample after the test, mm 2 .

Начальную площадь поперечного сечения рабочей части образца F0 измеряли при комнатной температуре перед испытанием. Площадь поперечного сечения образца после разрушения Fк подсчитывали по среднему арифметическому из результатов измерений минимального диаметра в месте разрыва в 2-х взаимно перпендикулярных направлениях. Измерение образцов после испытаний производилось с погрешностью ±0,01 мм.The initial cross-sectional area of the working part of the sample F 0 was measured at room temperature before testing. After the fracture F k, the cross-sectional area of the sample was calculated according to the arithmetic mean of the results of measurements of the minimum diameter at the gap in 2 mutually perpendicular directions. The measurement of samples after testing was carried out with an accuracy of ± 0.01 mm.

Методика испытаний на длительную прочность соответствовала ГОСТ 10145-81. Сущность методики заключалась в доведении образца до разрушения под действием постоянной растягивающей нагрузки при постоянной температуре (до 1200°С). В результате испытаний определяли время до разрушения при заданном напряжении при постоянной температуре.The test method for long-term strength corresponded to GOST 10145-81. The essence of the technique was to bring the sample to failure under the influence of a constant tensile load at a constant temperature (up to 1200 ° C). As a result of the tests, the time to failure at a given voltage at a constant temperature was determined.

Использовались образцы цилиндрического типа диаметром 5 мм с начальной расчетной длиной 25 мм, отклонение по величине площади поперечного сечения не превышало ±0,5%. Допускаемое отклонение диаметра рабочей части цилиндрических образцов ±0,2 мм, шероховатость Ra<0,63 мкм, биение образца при проверке в центрах до 0,02 мм.Samples of a cylindrical type with a diameter of 5 mm with an initial calculated length of 25 mm were used; the deviation in the cross-sectional area did not exceed ± 0.5%. The permissible deviation of the diameter of the working part of the cylindrical samples is ± 0.2 mm, the roughness Ra <0.63 μm, the runout of the sample when checking in centers to 0.02 mm

Для измерения температуры образцов на концах их рабочей части устанавливали 2 термопары так, чтобы горячие спаи плотно соприкасались с поверхностью образца. Горячий спай термопары был защищен от воздействия раскаленных стенок печи асбестом.To measure the temperature of the samples, 2 thermocouples were installed at the ends of their working part so that the hot junctions were in close contact with the surface of the sample. The hot junction of the thermocouple was protected from exposure to the hot walls of the furnace with asbestos.

Образец, установленный в захватах испытательной машины и помещенный в печь, нагревали до заданной температуры (время нагрева не превышало 8 часов) и выдерживался при этой температуре 1 час. После нагрева образца и выдержки при заданной температуре к образцу плавно прикладывали нагрузку. Время до разрушения при заданной величине напряжения, т.е. нагрузки, отнесенной к начальной площади поперечного сечения образца, являлось основным показателем данного вида испытания. После разрушения образца определялись относительное удлинение δ (2) и относительное сужение ψ (3).The sample installed in the grips of the testing machine and placed in the furnace was heated to a predetermined temperature (heating time did not exceed 8 hours) and kept at this temperature for 1 hour. After heating the sample and holding at a given temperature, a load was smoothly applied to the sample. Time to failure at a given voltage value, i.e. load, referred to the initial cross-sectional area of the sample, was the main indicator of this type of test. After the destruction of the sample, the relative elongation δ (2) and the relative narrowing ψ (3) were determined.

Составы сплавов (мас.%) и результаты испытаний приведены в табл. 1 и 2 соответственно.The compositions of the alloys (wt.%) And test results are given in table. 1 and 2, respectively.

Как видно из табл. 2, предлагаемый сплав превосходит сплав-прототип по длительной прочности: при температуре испытания 1000°С и напряжении 240 МПа долговечность заявляемого сплава τ=639...662 ч против 549 ч у сплава-прототипа. Это позволяет рекомендовать этот сплав для монокристального литья лопаток газовых турбин, к которым предъявляются повышенные требования по ресурсу работы при высоких температурах.As can be seen from the table. 2, the proposed alloy surpasses the prototype alloy in long-term strength: at a test temperature of 1000 ° C and a voltage of 240 MPa, the durability of the inventive alloy is τ = 639 ... 662 hours versus 549 hours for the prototype alloy. This allows us to recommend this alloy for single-crystal casting of gas turbine blades, which are subject to increased demands on the service life at high temperatures.

Итак, заявляемый сплав позволяет достичь повышения жаропрочности и фазовой стабильности монокристального никелевого жаропрочного сплава при улучшении технологических характеристик.So, the inventive alloy allows to achieve increased heat resistance and phase stability of a single-crystal nickel heat-resistant alloy with improved technological characteristics.

Таблица 1Table 1 Составы сплавов, мас.%The compositions of the alloys, wt.% No. СплавAlloy CrCr СоWith МоMo WW ReRe ТаThat AlAl TiTi NbNb HfHf СFROM YY LaLa FeFe MnMn SiSi РR SS NiNi 1one ПрототипPrototype 2,42,4 4,04.0 0,40.4 6,26.2 6,06.0 8,38.3 5,85.8 0,550.55 0,140.14 0,0250,025 -- -- -- 0,210.21 0,0930,093 0,100.10 0,0080.008 0,0050.005 ост.rest 22 ЗаявляемыйThe claimed 4,914.91 6,496.49 0,630.63 5,775.77 5,125.12 6,456.45 5,155.15 0,370.37 0,840.84 0,0100.010 0,0080.008 0,0030.003 0,0010.001 0,290.29 0,1280.128 0,140.14 0,0110.011 0,0070.007 -″-- ″ - 33 -″-- ″ - 4,934.93 6,516.51 0,650.65 5,805.80 5,345.34 6,876.87 5,265.26 0,380.38 0,830.83 0,0100.010 0,0080.008 0,0030.003 0,0050.005 0,220.22 0,0970,097 0,110.11 0,0080.008 0,0050.005 -″-- ″ - 4four -″-- ″ - 5,025.02 6,136.13 0,650.65 5,585.58 5,005.00 6,896.89 5,345.34 0,360.36 0,850.85 0,0100.010 0,0080.008 0,0020.002 0,0030.003 0,130.13 0,0590.059 0,070,07 0,0110.011 0,0030.003 -″-- ″ - 55 -″-- ″ - 5,195.19 6,656.65 0,670.67 5,825.82 5,305.30 6,876.87 5,215.21 0,380.38 0,860.86 0,0100.010 0,0080.008 0,0030.003 0,0030.003 0,410.41 0,1970.197 0,190.19 0,0120.012 0,0090.009 -″-- ″ -

Таблица 2table 2 Результаты испытанийTest results СплавAlloy Результаты испытаний при комнатной температуреRoom temperature test results Результаты испытания при температуре 1000°СTest results at a temperature of 1000 ° C σB20, МПаσ B 20 , MPa δ,%δ,% ψ, %ψ,% τ при σ=240 МПа, чτ at σ = 240 MPa, h δ, %δ,% ψ, %ψ,% 1one 11751175 7,07.0 10,710.7 549549 13,213,2 15,515,5 22 12031203 7,57.5 10,210,2 639639 13,713.7 15,915.9 33 12121212 7,27.2 9,59.5 650650 14,214.2 15,315.3 4four 12171217 6,16.1 9,19.1 662662 12,112.1 13,613.6 55 12251225 6,06.0 8,18.1 647647 13,313.3 14,514.5

Claims (1)

Монокристальный никелевый жаропрочный сплав, содержащий хром, кобальт, молибден, вольфрам, рений, тантал, алюминий, титан, ниобий, гафний, лантан, иттрий и углерод, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:Monocrystal nickel heat-resistant alloy containing chromium, cobalt, molybdenum, tungsten, rhenium, tantalum, aluminum, titanium, niobium, hafnium, lanthanum, yttrium and carbon, characterized in that it contains components in the following ratio, wt.%: ХромChromium 4,7-5,44.7-5.4 КобальтCobalt 5,9-6,95.9-6.9 МолибденMolybdenum 0,6-0,70.6-0.7 ВольфрамTungsten 5,3-6,15.3-6.1 РенийRhenium 4,8-5,64.8-5.6 ТанталTantalum 6,2-7,26.2-7.2 АлюминийAluminum 4,8-5,64.8-5.6 ТитанTitanium 0,3-0,40.3-0.4 НиобийNiobium 0,8-0,90.8-0.9 ГафнийHafnium 0,009-0,0110.009-0.011 УглеродCarbon 0,007-0,0090.007-0.009 ЛантанLanthanum 0,001-0,0050.001-0.005 ИттрийYttrium 0,001-0,0050.001-0.005 НикельNickel ОстальноеRest
при содержании вредных примесей:when containing harmful impurities: ЖелезоIron Не более 0,5No more than 0.5 МарганецManganese Не более 0,2No more than 0.2 КремнийSilicon Не более 0,2No more than 0.2 ФосфорPhosphorus Не более 0,015No more than 0.015 СераSulfur Не более 0,01No more than 0,01
RU2004131918/02A 2004-11-01 2004-11-01 Monocrystal nickel heat-resistant alloy RU2297466C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004131918/02A RU2297466C2 (en) 2004-11-01 2004-11-01 Monocrystal nickel heat-resistant alloy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004131918/02A RU2297466C2 (en) 2004-11-01 2004-11-01 Monocrystal nickel heat-resistant alloy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004131918A RU2004131918A (en) 2006-04-27
RU2297466C2 true RU2297466C2 (en) 2007-04-20

Family

ID=36655271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004131918/02A RU2297466C2 (en) 2004-11-01 2004-11-01 Monocrystal nickel heat-resistant alloy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2297466C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2465359C1 (en) * 2011-09-15 2012-10-27 Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Heat-resistant alloy on nickel basis for monocrystalline casting
RU2482205C1 (en) * 2009-04-17 2013-05-20 АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН SINGLE-CRYSTALLINE SUPERALLOY BASED ON Ni AND TURBINE BLADE COMPRISING IT
RU2518838C2 (en) * 2009-08-10 2014-06-10 АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН MONOCRYSTALLINE Ni-BASED SUPERALLOY AND TURBINE BLADE
RU2777077C1 (en) * 2022-02-02 2022-08-01 Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Медел" High-temperature nickel alloy with equiaxed structure

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2482205C1 (en) * 2009-04-17 2013-05-20 АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН SINGLE-CRYSTALLINE SUPERALLOY BASED ON Ni AND TURBINE BLADE COMPRISING IT
US8877122B2 (en) 2009-04-17 2014-11-04 Ihi Corporation Ni-based single crystal superalloy and turbine blade incorporating the same
RU2518838C2 (en) * 2009-08-10 2014-06-10 АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН MONOCRYSTALLINE Ni-BASED SUPERALLOY AND TURBINE BLADE
US9932657B2 (en) 2009-08-10 2018-04-03 Ihi Corporation Method of making a Ni—based single crystal superalloy and turbine blade incorporating same
RU2465359C1 (en) * 2011-09-15 2012-10-27 Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Heat-resistant alloy on nickel basis for monocrystalline casting
RU2777077C1 (en) * 2022-02-02 2022-08-01 Общество с ограниченной ответственностью "Фирма "Медел" High-temperature nickel alloy with equiaxed structure

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004131918A (en) 2006-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4024303B2 (en) Nickel-based superalloy
JP5232492B2 (en) Ni-base superalloy with excellent segregation
KR0126120B1 (en) Single crystal nickel-based superalloy
US3494709A (en) Single crystal metallic part
KR20040007212A (en) Nickel base superalloys and turbine components fabricated therefrom
JPH11310839A (en) Grain-oriented solidification casting of high strength nickel-base superalloy
EP2154258B1 (en) Nickel-base superalloy, unidirectional-solidification process therefor, and castings formed therefrom
Selvaraj et al. Recent Advancements in the Field of Ni‐Based Superalloys
JP2007211273A (en) Nickel-based superalloy for unidirectional solidification superior in strength, corrosion resistance and oxidation resistance, and manufacturing method therefor
JP5558050B2 (en) Nickel-base superalloy for unidirectional solidification with excellent strength and oxidation resistance
RU2297466C2 (en) Monocrystal nickel heat-resistant alloy
JP3012652B2 (en) Improved, balanced nickel-based superalloys for producing single crystal products
Lian et al. Effect of withdrawal rate on the microstructure and mechanical properties of a novel monocrystalline CoNi-based superalloy
NO175875B (en)
JPH0768606B2 (en) Method for manufacturing mechanical parts using nickel-based single crystal superalloy
Zhou et al. Effect of grain boundary characteristics on hot tearing in directional solidification of superalloys
Al-Jarba et al. Elevated temperature, high cycle fatigue behavior of carbon-containing single crystal Ni-Based superalloys
JP4607490B2 (en) Nickel-base superalloy and single crystal casting
JP4773303B2 (en) Nickel-based single crystal superalloy excellent in strength, corrosion resistance, and oxidation resistance and method for producing the same
Pei et al. Effect of cooling rate on microstructure and mechanical properties of K465 superalloy
JP4812301B2 (en) Alloy heat treatment method
WO2024075560A1 (en) Method for producing ni-based superalloy prevented from deterioration of oxidation resistance due to sb, and ni-based superalloy member prevented from deterioration of oxidation resistance due to sb
JPS5953340B2 (en) Creep-resistant cobalt-based alloy
Zheng et al. INTERDENDRITIC-MELT SOLIDIFICATION CONTROL TECHNIQUE AND ITS INFLUENCE ON THE POROSITY REDUCING AND STRESS RUPTURE LIFE AT INTERMEDIATE TEMPERATURE OF A NI-BASE SUPERALLOY
RU2186144C1 (en) Refractory nickel alloy for single-crystal casting and product made from this alloy

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees