RU2299919C1

RU2299919C1 - Powdery nickel-base heat-resistant alloy

Info

Publication number: RU2299919C1
Application number: RU2006106396/02A
Authority: RU
Inventors: Евгений Борисович Качанов (RU); Евгений Борисович Качанов; Василий Иванович Еременко (RU); Василий Иванович Еременко; Нина Михайловна Гриц (RU); Нина Михайловна Гриц; Елизавета Александровна Федоренко (RU); Елизавета Александровна Федоренко; Ольга Николаевна Власова (RU); Ольга Николаевна Власова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС")
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2007-05-27

Abstract

FIELD: powdery metallurgy, alloys.

SUBSTANCE: invention relates to compositions of nickel-base powdery heat-resistant alloys. Proposed alloy comprises the following components, wt.-%: carbon, 0.02-0.08; chrome, 8.0-10.0; cobalt, 1.0-6.0; tungsten, 5.2-6.0; molybdenum, 3.4-4.2; titanium, 2.3-2.9; aluminum, 4.6-5.3; niobium, 1.0-1.9; hafnium, 0.5-0.4; boron, 0.005-0.05; zirconium, 0.001-0.05; magnesium, 0.001-0.05; manganese, 0.001-0.05; silicon, 0.001-0.5; iron, 0.001-0.5, and nickel, the balance. The proposed alloy shows high creep and plasticity indices, fatigue crack spreading low spreading value that enhances working resource of articles made of the proposed alloy.

EFFECT: improved and valuable technical properties of alloy.

1 tbl, 1 ex

Description

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к порошковой металлургии жаропрочных сплавов на основе никеля, предназначенных для тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах в газотурбинных двигателях.The present invention relates to the field of metallurgy, in particular to powder metallurgy of heat-resistant nickel-based alloys intended for heavily loaded parts operating at elevated temperatures in gas turbine engines.

Известен жаропрочный сплав на основе никеля, состава (мас.%):Known heat-resistant alloy based on Nickel, composition (wt.%):

УглеродCarbon - 0,03-0,10- 0.03-0.10 ХромChromium - 9,0-11,0- 9.0-11.0 КобальтCobalt - 14,0-16,0- 14.0-16.0 ВольфрамTungsten - 3,8-5,5- 3.8-5.5 МолибденMolybdenum - 3,1-4,1- 3.1-4.1 ТитанTitanium - 3,2-4,0- 3.2-4.0 АлюминийAluminum - 3,5-4,2- 3.5-4.2 НиобийNiobium - 1,6-2,1- 1.6-2.1 ГафнийHafnium - 0,2-0,8- 0.2-0.8 БорBoron - 0,005-0,05- 0.005-0.05 ЦирконийZirconium - 0,005-0,05- 0.005-0.05 МагнийMagnesium - 0,005-0,05- 0.005-0.05 НикельNickel - остальное- the rest

(патент РФ 2009244, С22С 19/05, 1994 год).(RF patent 2009244, C22C 19/05, 1994).

Недостатком этого сплава являются неудовлетворительные характеристики надежности, такие как низкое сопротивление малоцикловой усталости (МЦУ) и высокая скорость распространения усталостной трещины (СРТУ), что существенно снижает ресурс работы изделия.The disadvantage of this alloy is the unsatisfactory reliability characteristics, such as low resistance to low-cycle fatigue (MCU) and a high propagation velocity of a fatigue crack (SRTU), which significantly reduces the life of the product.

Известен жаропрочный никелевый сплав, предназначенный для деталей газовых турбин, состава (мас.%):Known heat resistant nickel alloy intended for parts of gas turbines, composition (wt.%):

УглеродCarbon - 0,02-0,10- 0.02-0.10 ХромChromium - 8,0-10,0- 8.0-10.0 ВольфрамTungsten - 5,2-5,9- 5.2-5.9 МолибденMolybdenum - 3,6-4,3- 3.6-4.3 ТитанTitanium - 1,5-3,4- 1.5-3.4 АлюминийAluminum - 4,3-5,3- 4.3-5.3 НиобийNiobium - 1,0-2,0- 1.0-2.0 ГафнийHafnium - 0,1-0,4- 0.1-0.4 БорBoron - 0,001-0,05- 0.001-0.05 ЦирконийZirconium - 0,001-0,05- 0.001-0.05 МагнийMagnesium - 0,001-0,08- 0.001-0.08 ЦерийCerium - 0,001-0,06- 0.001-0.06 НикельNickel - остальное- the rest

(Патент РФ 2131943, С22С 19/05, 1999 год) - прототип.(RF patent 2131943, C22C 19/05, 1999) - prototype.

Недостатком этого сплава являются низкие характеристики ползучести (σ_0,2/100) и пластические характеристики (δ, Ψ, KCU), а также высокая скорость распространения усталостной трещины (СРТУ) при рабочих температурах.The disadvantage of this alloy is the low creep characteristics (σ _{0.2 / 100} ) and plastic characteristics (δ, Ψ, KCU), as well as the high velocity of propagation of the fatigue crack (SRTU) at operating temperatures.

Предлагается сплав на основе никеля, содержащий компоненты в следующем соотношении (мас.%):Nickel-based alloy containing components in the following ratio (wt.%) Is proposed:

УглеродCarbon - 0,02-0,08- 0.02-0.08 ХромChromium - 8,0-10,0- 8.0-10.0 КобальтCobalt - 1,0-6,0- 1.0-6.0 ВольфрамTungsten - 5,2-6,0- 5.2-6.0 МолибденMolybdenum - 3,4-4,2- 3.4-4.2 ТитанTitanium - 2,3-2,9- 2.3-2.9 АлюминийAluminum - 4,6-5,3- 4.6-5.3 НиобийNiobium - 1,0-1,9- 1.0-1.9 ГафнийHafnium - 0,05-0,4- 0.05-0.4 БорBoron - 0,005-0,05- 0.005-0.05 ЦирконийZirconium - 0,001-0,05- 0.001-0.05 МагнийMagnesium - 0,001-0,05- 0.001-0.05 МарганецManganese - 0,001-0,5- 0.001-0.5 КремнийSilicon - 0,001-0,5- 0.001-0.5 ЖелезоIron - 0,001-0,5- 0.001-0.5 НикельNickel - остальное- the rest

Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит кобальт, марганец, кремний и железо при следующем соотношении компонентов (мас.%):The proposed alloy differs from the prototype in that it additionally contains cobalt, manganese, silicon and iron in the following ratio of components (wt.%):

Технический результат - повышение характеристик ползучести, пластических характеристик и снижение скорости распространения усталостной трещины при рабочих температурах и, как следствие, повышение ресурса работы изделия из предлагаемого сплава.The technical result is an increase in creep characteristics, plastic characteristics and a decrease in the propagation velocity of a fatigue crack at operating temperatures and, as a result, an increase in the service life of the product from the proposed alloy.

Это достигается тем, что предлагаемый состав порошкового сплава обеспечивает создание устойчивой дислокационной структуры и ее сохранение при повышенных рабочих температурах, а также позволяет за счет увеличения поверхностного натяжения исключить образование внутренних пор в гранулах (в порошке) и, следовательно, прессовать из них плотные беспористые заготовки с высоким сопротивлением распространению усталостных трещин (с низкой СРТУ).This is achieved by the fact that the proposed composition of the powder alloy provides the creation of a stable dislocation structure and its preservation at elevated operating temperatures, and also allows, by increasing surface tension, to eliminate the formation of internal pores in granules (in powder) and, therefore, to compact dense non-porous preforms from them with high resistance to the propagation of fatigue cracks (with low SRTU).

ПримерExample

Методом порошковой металлургии был изготовлен и опробован сплав предлагаемого состава (мас.%):The method of powder metallurgy was made and tested alloy of the proposed composition (wt.%):

УглеродCarbon - 0,05- 0.05 ХромChromium - 9,0- 9.0 КобальтCobalt - 3,5- 3,5 ВольфрамTungsten - 5,5- 5.5 МолибденMolybdenum - 3,7- 3.7 ТитанTitanium - 2,7- 2.7 АлюминийAluminum - 4,8- 4.8 НиобийNiobium - 1,3- 1.3 ГафнийHafnium - 0,2- 0.2 БорBoron - 0,02- 0.02 ЦирконийZirconium - 0,01- 0.01 МагнийMagnesium - 0,03- 0.03 МарганецManganese - 0,2- 0.2 КремнийSilicon - 0,2- 0.2 ЖелезоIron - 0,2- 0.2 НикельNickel остальноеrest

Также был получен сплав по составу - прототипу.An alloy was also obtained in composition - prototype.

Механические свойства при температуре 650°С предлагаемого сплава и сплава-прототипа определены по стандартным методикам испытания и представлены в таблице.The mechanical properties at a temperature of 650 ° C of the proposed alloy and prototype alloy are determined by standard test methods and are presented in the table.

ТаблицаTable 650°С650 ° C Предел прочности σ_в Tensile strength σ _in Предел текучести σ_0,2 Yield strength σ _0.2 Относит.удлинение δRelative lengthening δ Относит. сужение ΨRelates. narrowing Ψ Ударная вязкость KCUImpact strength KCU Предел ползучести σ_0,2/100 Creep strength σ _{0.2 / 100} СРТУ ΔК=44МРа·м^0,5 SRTU ΔK = 44MPa · m ^0.5 МПаMPa %% МДж/м² MJ / m ² МПаMPa мм/циклmm / cycle Предлагаемый сплавSuggested Alloy 14201420 990990 14,214.2 17,917.9 0,440.44 970970 2,1·10^-4 2.1 · 10 ^-4 ПрототипPrototype 13701370 935935 6,76.7 6,86.8 0,220.22 830830 2,2·10^-3 2.2 · 10 ^-3

Из таблицы видно, что сплав предлагаемого состава при рабочей температуре 650°С превосходит прототип по характеристикам пластичности и ударной вязкости почти в 2 раза, а по пределу ползучести на 140 МПа. При этом скорость распространения усталостной трещины предлагаемого сплава почти на порядок меньше, чем СРТУ прототипа.The table shows that the alloy of the proposed composition at a working temperature of 650 ° C exceeds the prototype in terms of ductility and toughness by almost 2 times, and in terms of creep by 140 MPa. In this case, the propagation velocity of the fatigue crack of the proposed alloy is almost an order of magnitude lower than the SRTU of the prototype.

Таким образом, применение предлагаемого сплава для изготовления валов, дисков и др. деталей газотурбинных двигателей позволит повысить их ресурс не менее чем в 2 раза.Thus, the use of the proposed alloy for the manufacture of shafts, discs and other parts of gas turbine engines will increase their resource by at least 2 times.

Claims

Nickel-based powder-resistant alloy containing carbon, chromium, tungsten, molybdenum, titanium, aluminum, niobium, hafnium, boron, zirconium and magnesium, characterized in that it additionally contains cobalt, manganese, silicon and iron in the following ratio of components, wt .%:

Carbon 0.02-0.08 Chromium 8.0-10.0 Cobalt 1.0-6.0 Tungsten 5.2-6.0 Molybdenum 3.4-4.2 Titanium 2.3-2.9 Aluminum 4.6-5.3 Niobium 1.0-1.9 Hafnium 0.05-0.4 Boron 0.005-0.05 Zirconium 0.001-0.05 Magnesium 0.001-0.05 Manganese 0.001-0.5 Silicon 0.001-0.5 Iron 0.001-0.5 Nickel Rest