RU2301276C2

RU2301276C2 - Inflammation-resistant and high rupture-strength metal alloys

Info

Publication number: RU2301276C2
Application number: RU2002124799/02A
Authority: RU
Inventors: Моника А. ДЖАСИНТО (US); Моника А. ДЖАСИНТО; Даллис А. ХАРДВИК (US); Даллис А. ХАРДВИК
Original assignee: Юнайтед Текнолоджиз Корпорейшн
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2007-06-20
Also published as: US20100266442A1; US20040208777A1; RU2002124799A; US20030053926A1

Abstract

FIELD: nonferrous metal alloys technology.

SUBSTANCE: nickel-based alloys applicable in rocket engines operated with excess of oxygen contain, wt % (approximately): nickel 55-75, cobalt 12-17, chromium 4-16, aluminum 1-4, titanium.

EFFECT: enhanced resistance to inflammation and rupture strength.

20 cl, 1 dwg, 2 ex

Description

Область ТехникиField of Technology

Данное изобретение относится к металлическим сплавам, в частности к сплавам на основе никеля, которые являются устойчивыми к возгоранию в обогащенных кислородом средах и которые обладают достаточной прочностью для конструкционных применений.This invention relates to metal alloys, in particular to nickel-based alloys, which are resistant to ignition in oxygen-enriched environments and which have sufficient strength for structural applications.

Уровень ТехникиTechnique Level

Текущее и предлагаемое использование циклов ракетного двигателя с полнопоточным ступенчатым сжиганием с избытком кислорода ставит серьезную проблему подбора материалов для узлов газогенератора и турбоагрегата. Большинство материалов возгорается в среде протекающего газообразного кислорода высокого давления, воздействию которой подвергались бы эти узлы. В этих условиях основная трудность совместимости заключается в подборе таких конструкционных материалов, которые не будут поддерживать горение, т.е. которые являются по существу устойчивыми к возгоранию. Варианты выбора таких материалов включают в себя защитные покрытия на тех материалах, которые сами по себе не обладают устойчивостью к возгоранию, чтобы исключить возгорание в данных рабочих условиях. Желательное решение заключается в том, чтобы избегать применения покрытий, а использовать материалы, которые смогут выдержать данные рабочие условия, и тем самым повысить факторы безопасности и надежности.The current and proposed use of rocket engine cycles with full-flow staged combustion with an excess of oxygen poses a serious problem in the selection of materials for gas generator and turbine units. Most materials ignite in the environment of flowing gaseous oxygen of high pressure, to which these nodes would be exposed. Under these conditions, the main difficulty in compatibility is the selection of structural materials that will not support combustion, i.e. which are essentially resistant to fire. Choices for such materials include protective coatings on those materials that themselves are not resistant to fire in order to prevent fire under given operating conditions. The desired solution is to avoid the use of coatings, and to use materials that can withstand these operating conditions, and thereby increase safety and reliability factors.

Помимо этого, подбор высокопрочных материалов позволяет реализовать обтекаемую конструкцию с меньшей массой и более высокими рабочими показателями.In addition, the selection of high-strength materials allows you to implement a streamlined design with less weight and higher performance.

Патенты США №№4461542 и 4671931, полные описания которых включены в данную заявку посредством ссылки, раскрывают никель-хром-алюминий-железный сплав, имеющийся в продаже под торговым наименованием Haynes^® 214^тм, который был разработан в качестве жаропрочного и жаростойкого (стойкого к окислению) сплава. Хотя сплав Haynes^® 214^тм в некоторой степени устойчив к возгоранию, он существенно ограничен в своих конструкционных применениях по причине его относительно низкой прочности, и поэтому он нежелателен для применения в газогенераторе или турбоагрегате ракетного двигателя.U.S. Patents №№4461542 and 4,671,931, the entire disclosures of which are incorporated herein by reference, disclose nickel-chromium-aluminum-iron alloy, available under the trade name of Haynes ^® 214 ^TM, which has been developed as heat-resistant and heat-resistant (resistant to oxidation) of the alloy. Although Haynes ^® 214 ^tm alloy is somewhat resistant to fire, it is significantly limited in its structural applications because of its relatively low strength, and therefore it is undesirable for use in a gas generator or turbine unit of a rocket engine.

Еще одним представляющим интерес материалом является сплав Monel Alloy K-500^тм, который представляет собой сплав цветных металлов, содержащий в основном никель, медь и алюминий. Он является коррозионно-стойким и способен упрочняться при термической обработке. Сплав Monel Alloy K-500 до сих пор используют для изготовления зубчатых колес, цепей и некоторых конструкционных элементов в воздушном летательном аппарате, которые подвергаются коррозионному воздействию. Хотя сплав Monel Alloy K-500^тм является устойчивым к возгоранию, он не имеет желательной прочности для высоконапряженных и высокотемпературных применений в ракетных двигателях.Another material of interest is the Monel Alloy K-500 ^tm alloy, which is a non-ferrous alloy containing mainly nickel, copper and aluminum. It is corrosion resistant and is able to harden during heat treatment. Monel Alloy K-500 is still used for the manufacture of gears, chains and some structural elements in an aircraft, which are exposed to corrosion. Although the Monel Alloy K-500 ^tm alloy is fire resistant, it does not have the desired strength for high-voltage and high-temperature applications in rocket engines.

Еще одним представляющим интерес материалом является сплав Inconel МА 754^тм, который является дисперсионно-упрочненным никель-хром-железо-иттрий-титан-алюминиевым сплавом с оксидными упрочняющими фазами, который обладает жаропрочностью и сопротивлением ползучести и используется в газотурбинной технике и процессах термической обработки. Как и в случае упоминаемых выше материалов, он также не обладает нужной прочностью для работы в высоконапряженных условиях.Another material of interest is Inconel MA 754 ^tm alloy, which is a dispersion-hardened nickel-chromium-iron-yttrium-titanium-aluminum alloy with oxide hardening phases, which has heat resistance and creep resistance and is used in gas turbine technology and heat treatment processes. As in the case of the materials mentioned above, it also does not have the necessary strength to work in high-stress conditions.

Наконец, другие материалы, такие как сплав 625 или сплав Waspaloy^тм, обладают достаточной прочностью на разрыв для применения в указанных узлах ракетного двигателя или для других высоконапряженных применений, но их использование в других важных областях ограничено. В частности, эти металлические сплавы не имеют достаточной устойчивости к возгоранию для применения в кислородных средах высокой температуры и высокого давления. В результате этого обычные конструкционные материалы ракетных двигателей, такие как Waspaloy^тм, не считаются адекватными кандидатами в материалы для рассматриваемых случаев применения в ракетных двигателях.Finally, other materials, such as 625 alloy or Waspaloy ^™ alloy, have sufficient tensile strength for use in these rocket engine assemblies or for other highly stressed applications, but their use in other important areas is limited. In particular, these metal alloys do not have sufficient fire resistance for use in high temperature and high pressure oxygen environments. As a result of this, conventional rocket engine construction materials, such as Waspaloy ^™ , are not considered adequate candidates for the materials considered in rocket engine applications.

Поэтому по-прежнему существует необходимость в металлических сплавах с отличной устойчивостью к возгоранию и высокой прочностью на разрыв для применения их в кислородных средах высокой температуры и высокого давления. Узлы газогенератора и горячие узлы турбины в полнопоточных, работающих с избытком кислорода ракетных двигателях создают среды как с высокой температурой, так и высоким давлением кислорода, и при этом они также подвергаются очень высоким конструкционным нагрузкам. Поэтому материалы, подбираемые для этих узлов, должны обладать как превосходной устойчивостью к возгоранию, так и высокой прочностью на разрыв с тем, чтобы сохраняться и работать в этих жестких условиях. Такие материалы, в общем, не известны из уровня техники.Therefore, there is still a need for metal alloys with excellent fire resistance and high tensile strength for use in oxygen environments of high temperature and high pressure. Gas generator units and hot turbine units in full-flow, oxygen-rich rocket engines create environments with both high temperature and high oxygen pressure, and at the same time they are also subjected to very high structural loads. Therefore, the materials selected for these units must have both excellent resistance to fire and high tensile strength in order to be stored and work in these harsh conditions. Such materials are generally not known in the art.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Данное изобретение устраняет упоминаемые выше недостатки и обеспечивает следующие преимущества. Первое преимущество данного изобретения заключается в обеспечении нового и усовершенствованного сплава, который является устойчивым к возгоранию в богатых кислородом средах и также является пригодным для конструкционных применений.This invention eliminates the above-mentioned disadvantages and provides the following advantages. A first advantage of the present invention is the provision of a new and improved alloy that is resistant to ignition in oxygen-rich environments and is also suitable for structural applications.

Второе преимущество данного изобретения заключается в обеспечении нового и усовершенствованного сплава, который является особенно легко приспосабливаемым к применению в работающих с избытком кислорода ракетных двигателях.A second advantage of the present invention is the provision of a new and improved alloy that is particularly adaptable for use in excess oxygen working rocket engines.

Еще одно преимущество данного изобретения заключается в обеспечении нового и усовершенствованного сплава, который является пригодным для конструкционных применений при рабочих температурах в диапазоне от комнатной температуры до приблизительно 1200°F (~650°C).Another advantage of this invention is the provision of a new and improved alloy that is suitable for structural applications at operating temperatures ranging from room temperature to about 1200 ° F (~ 650 ° C).

В соответствии с первым вариантом данного изобретения предложен сплав на основе никеля с устойчивостью к возгоранию и высокой прочностью на разрыв, содержащий:In accordance with a first embodiment of the present invention, there is provided a nickel-based alloy with fire resistance and high tensile strength, comprising:

(1) от примерно 55 до примерно 75 мас.% никеля;(1) from about 55 to about 75 wt.% Nickel;

(2) от примерно 12 до примерно 17 мас.% кобальта;(2) from about 12 to about 17 wt.% Cobalt;

(3) от примерно 4 до примерно 16 мас.% хрома;(3) from about 4 to about 16 wt.% Chromium;

(4) от примерно 1 до примерно 4 мас.% алюминия; и(4) from about 1 to about 4 wt.% Aluminum; and

(5) от примерно 1 до примерно 4 мас.% титана.(5) from about 1 to about 4 wt.% Titanium.

В соответствии со вторым вариантом данного изобретения предложен сплав на основе никеля с устойчивостью к возгоранию и высокой прочностью на разрыв, содержащий:According to a second embodiment of the present invention, there is provided a nickel-based alloy with fire resistance and high tensile strength, comprising:

(1) от примерно 70 до примерно 75 мас.% никеля;(1) from about 70 to about 75 wt.% Nickel;

(2) от примерно 13,5 до примерно 16,5 мас.% кобальта;(2) from about 13.5 to about 16.5 wt.% Cobalt;

(3) от примерно 6 до примерно 15 мас.% хрома;(3) from about 6 to about 15 wt.% Chromium;

Предпочтительно, этот сплав на основе никеля содержит:Preferably, this nickel-based alloy contains:

(1) от 70 до 75 мас.% никеля;(1) from 70 to 75 wt.% Nickel;

(4) от примерно 1 до примерно 3 мас.% алюминия; и(4) from about 1 to about 3 wt.% Aluminum; and

В соответствии с третьим вариантом данного изобретения предложен сплав на основе никеля, содержащий по меньшей мере 50 мас.% никеля и имеющий пороговое значение давления тушения по меньше мере примерно 4000 фунт/кв.дюйм (~27,58 МПа) и предел прочности на разрыв по меньшей мере примерно 160000 фунт/кв.дюйм (~1100 МПа).According to a third embodiment of the present invention, there is provided a nickel-based alloy containing at least 50 wt.% Nickel and having a quenching pressure threshold of at least about 4000 psi (~ 27.58 MPa) and tensile strength at least about 160,000 psi (~ 1100 MPa).

Предпочтительно, сплав также содержит кобальт, хром и титан. Более предпочтительно, сплав также содержит марганец, углерод, бор и цирконий.Preferably, the alloy also contains cobalt, chromium and titanium. More preferably, the alloy also contains manganese, carbon, boron and zirconium.

Предпочтительно, пороговое значение давления тушения составляет от примерно 4000 до примерно 12000 фунт/кв.дюйм (от ~27,58 МПа до ~82,74 МПа). Предпочтительно, предел прочности на разрыв составляет от примерно 160000 до примерно 180000 фунт/кв.дюйм (от ~1100 МПа до ~1241 МПа).Preferably, the quenching pressure threshold is from about 4,000 to about 12,000 psi (from ~ 27.58 MPa to ~ 82.74 MPa). Preferably, the tensile strength is from about 160,000 to about 180,000 psi (from ~ 1100 MPa to ~ 1241 MPa).

Прочие сферы применимости данного изобретения будут очевидны из приводимого ниже подробного описания. Подразумевается, что подробное описание и конкретные примеры, характеризуя предпочтительные варианты осуществления изобретения, предназначены только для иллюстративных целей и не предназначены ограничивать объем изобретения.Other areas of applicability of the present invention will be apparent from the following detailed description. It is understood that the detailed description and specific examples, characterizing preferred embodiments of the invention, are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Данное изобретение станет более понятным из приводимого ниже подробного описания и прилагаемого чертежа, на котором Фиг.1 является графическим представлением порогового значения давления тушения горения в зависимости от предела прочности на разрыв для известного уровня техники и вариантов осуществления данного изобретения.The invention will become more apparent from the following detailed description and the attached drawing, in which Figure 1 is a graphical representation of the threshold value of the quenching pressure of combustion depending on the tensile strength for tearing for the prior art and embodiments of the present invention.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществленияDetailed Description of Preferred Embodiments

Приводимое ниже описание предпочтительного(ых) варианта(ов) осуществления является только примерным по своей сути и никоим образом не ограничивает изобретение, его применение или использование.The following description of the preferred option (s) for implementation is only exemplary in nature and in no way limits the invention, its use or use.

Данное изобретение заключается в различных сплавах, имеющих следующий общий состав: от примерно 55 до примерно 75 мас.% никеля; от примерно 12 до примерно 17 мас.% кобальта; от примерно 4 до примерно 16 мас.% хрома; от примерно 1 до примерно 4 мас.% алюминия; и от примерно 1 до примерно 4 мас.% титана. Сплавы согласно этому варианту осуществления, наряду с другими вариантами, содержат различные прочие второстепенные компоненты.This invention consists of various alloys having the following general composition: from about 55 to about 75 wt.% Nickel; from about 12 to about 17 wt.% cobalt; from about 4 to about 16 wt.% chromium; from about 1 to about 4 wt.% aluminum; and from about 1 to about 4 wt.% titanium. Alloys according to this embodiment, among other options, comprise various other minor components.

Сплавы по изобретению могут также содержать марганец в количестве от примерно 0,15 до примерно 0,25 мас.%; кремний; углерод в количестве от примерно 0,01 до примерно 0,5 мас.%; бор в количестве от примерно 0,003 до примерно 0,009 мас.%; и цирконий в количестве от примерно 0,02 до примерно 0,07 мас.%.The alloys of the invention may also contain manganese in an amount of from about 0.15 to about 0.25 wt.%; silicon; carbon in an amount of from about 0.01 to about 0.5 wt.%; boron in an amount of from about 0.003 to about 0.009 wt.%; and zirconium in an amount of from about 0.02 to about 0.07 wt.%.

Никель обеспечивает отличную устойчивость к возгоранию, и с точки зрения устойчивости к возгоранию он намного превосходит большинство ранее испытывавшихся элементарных металлов. Сплавы согласно вариантам осуществления данного изобретения имеют уровни содержания никеля, равные по меньшей мере 50%. Этот уровень содержания никеля обычно используют для обеспечения отличной устойчивости к возгоранию. Согласно одному из вариантов осуществления данного изобретения массовое процентное содержание никеля находится в диапазоне от примерно 70 до примерно 75.Nickel provides excellent resistance to ignition, and in terms of resistance to ignition, it is much superior to most previously tested elemental metals. Alloys according to embodiments of the invention have nickel levels of at least 50%. This nickel level is typically used to provide excellent fire resistance. According to one of the embodiments of the present invention, the mass percentage of Nickel is in the range from about 70 to about 75.

Кобальт действует как компонент-упрочнитель твердого раствора в никелевой матрице (основе), одновременно сохраняя отличную устойчивость к возгоранию. Массовое процентное содержание кобальта находится в диапазоне от примерно 12 до примерно 17.Cobalt acts as a component-hardener of a solid solution in a nickel matrix (base), while maintaining excellent fire resistance. The mass percentage of cobalt is in the range from about 12 to about 17.

Хром включают в состав сплава для обеспечения минимального сопротивления окислению. Согласно одному варианту осуществления данного изобретения содержание хрома составляет примерно 15 мас.%, что содействует сохранению отличной устойчивости сплава к возгоранию. Сплав по изобретению обычно имеет массовое процентное содержание хрома в диапазоне от примерно 6 до примерно 15.Chromium is included in the alloy to provide minimal oxidation resistance. According to one embodiment of the invention, the chromium content is about 15 wt.%, Which helps to maintain excellent fire resistance of the alloy. The alloy of the invention typically has a mass percentage of chromium in the range of from about 6 to about 15.

Содержащийся алюминий содействует сопротивлению окислению при одновременном сохранении отличной устойчивости к возгоранию. Содержащийся в сплаве алюминий также вносит вклад в механизм упрочнения сплава «гамма-прим» фазой. Содержание алюминия в сплаве составляет от примерно 1 до примерно 3 мас.%.The contained aluminum contributes to oxidation resistance while maintaining excellent fire resistance. The aluminum contained in the alloy also contributes to the gamma-prim phase hardening mechanism. The aluminum content of the alloy is from about 1 to about 3 wt.%.

Содержащийся в сплаве титан вносит вклад в механизм упрочнения сплава «гамма-прим» фазой и присутствует в количестве от примерно 1 до примерно 4 мас.%.The titanium contained in the alloy contributes to the gamma-prim phase hardening mechanism of the alloy and is present in an amount of from about 1 to about 4 wt.%.

В сплавах согласно данному изобретению могут присутствовать прочие второстепенные элементы, такие как бор, цирконий и углерод. Эти добавки обычно сегрегируются на границах зерен и придают прочность, что может являться важным во время первичных и вторичных этапов изготовления.Other minor elements such as boron, zirconium, and carbon may be present in the alloys of this invention. These additives are usually segregated at the grain boundaries and give strength, which may be important during the primary and secondary stages of manufacture.

Жаропрочные сплавы на основе никеля, такие как описанные выше сплавы, обычно изготавливают с помощью двухэтапной последовательности плавок, предусматривающей вакуумную индукционную плавку и вакуумно-дуговой переплав. Этот двухэтапный способ дает слиток сплава, который затем механически обрабатывают, чтобы превратить слиток в заготовку, пруток, лист или пластину.Heat-resistant nickel-based alloys, such as the alloys described above, are usually made using a two-stage sequence of melts involving vacuum induction melting and vacuum arc remelting. This two-step process provides an alloy ingot, which is then machined to turn the ingot into a billet, bar, sheet or plate.

Тот факт, что сплавы по изобретению обладают превосходным сочетанием свойств, включая устойчивость к возгоранию и высокую прочность в обогащенных кислородом средах, иллюстрируется приводимыми ниже примерами.The fact that the alloys of the invention have an excellent combination of properties, including fire resistance and high strength in oxygen-enriched environments, is illustrated by the following examples.

Пример 1Example 1

Был приготовлен сплав следующего состава, в мас.%: никель - 71,5; кобальт - 16,5; хром - 8,0; алюминий - 1,5; титан - 2,5. Сплав испытывали с условиях высокого давления, которые, в общем, были более жесткими, чем в ракетном двигателе с полнопоточным ступенчатым сжиганием и со ступенчатым сжиганием с избытком кислорода, или аналогичными им. Этот сплав проявил как высокую прочность на разрыв, так и высокую устойчивость к возгоранию. Результаты испытаний согласно Примеру 1 представлены на чертеже экспериментальной точкой «EX 1». Предел прочности на разрыв сплава согласно Примеру 1 является достаточно высоким для большинства создающихся в ракетном двигателе условий и при реальных применениях, и при испытаниях, причем как при комнатной температуре, так и при высокой температуре. Сплав согласно Примеру 1 также обладал нужной устойчивостью к возгоранию, которая позволяла ему выдерживать кислородную среду высокого давления.An alloy of the following composition was prepared, in wt.%: Nickel - 71.5; cobalt - 16.5; chrome - 8.0; aluminum - 1.5; titanium - 2.5. The alloy was tested under high pressure conditions, which, in general, were more stringent than in a rocket engine with full-flow staged combustion and with staged combustion with excess oxygen, or similar. This alloy showed both high tensile strength and high resistance to fire. The test results according to Example 1 are presented in the drawing by the experimental point "EX 1". The tensile strength of the alloy according to Example 1 is high enough for most conditions created in a rocket engine in both real applications and testing, both at room temperature and at high temperature. The alloy according to Example 1 also had the necessary resistance to ignition, which allowed it to withstand a high pressure oxygen medium.

Пример 2Example 2

Был приготовлен сплав следующего состава, в мас.%: никель - 72,9; кобальт - 16,6; хром - 8,1; алюминий - 1,5; титан - 3,9. Сплав был испытан в условиях среды газообразного кислорода под высоким давлением, которые, в общем, были более жесткими, чем в ракетном двигателе с полнопоточным ступенчатым сжиганием и со ступенчатым сжиганием с избытком кислорода, или аналогичными им. Этот сплав проявил как высокую прочность на разрыв, так и высокую устойчивость к возгоранию. Результаты испытаний согласно Примеру 2 представлены на чертеже экспериментальной точкой «EX 2». Предел прочности на разрыв сплава согласно Примеру 2 является достаточно высоким для большинства создающихся в ракетном двигателе условий и при реальных применениях, и при испытаниях, причем как при комнатной температуре, так и при высокой температуре. Сплав согласно Примеру 2 также обладал нужной устойчивостью к возгоранию, которая позволяла ему выдерживать кислородную среду высокого давления.An alloy of the following composition was prepared, in wt.%: Nickel - 72.9; cobalt - 16.6; chrome 8.1; aluminum - 1.5; titanium - 3.9. The alloy was tested under conditions of gaseous oxygen at high pressure, which, in general, were more stringent than in a rocket engine with full-flow staged combustion and with staged combustion with excess oxygen, or similar. This alloy showed both high tensile strength and high resistance to fire. The test results according to Example 2 are presented in the drawing by the experimental point "EX 2". The tensile strength of the alloy according to Example 2 is high enough for most conditions created in a rocket engine in both real applications and testing, both at room temperature and at high temperature. The alloy according to Example 2 also had the necessary resistance to fire, which allowed him to withstand high pressure oxygen.

Чертеж иллюстрирует превосходные свойства нескольких вариантов сплава согласно данному изобретению. Необходимо отметить, что точки экспериментальных данных ЕХ 1 и ЕХ 2 приводятся только в качестве примера данного изобретения. При этом пороговое значение давления тушения представляет собой максимальное давление газообразного кислорода, при котором сплав будет самотушиться, согласно измерениям при испытании на самопроизвольное возгорание и тушение в способствующей этому среде (от англ. «Promoted Combustion test»). Это испытание используют для того, чтобы определить, будет ли материал в виде стержня диаметром в одну восьмую (1/8) дюйма поддерживать горение или тушить горение в среде газообразного кислорода высокого давления. Это испытание обычно применяют для отбора материалов по устойчивости к возгоранию в кислороде. Предел прочности на разрыв определяют обычным испытанием на растяжение, согласно которому стандартный образец подвергают воздействию растягивающей нагрузки и определяют то механическое напряжение, при котором этот образец разрушается. Для работы в ракетных двигателях с избытком кислорода желательны хорошие результаты в обоих этих испытаниях. Нужны сплавы, которые не поддерживают горение при давлении газообразного кислорода в 6000 фунтов/кв.дюйм (~41,4 МПа) или выше и которые проявляют максимально возможную прочность. В некоторых случаях могут использоваться сплавы с меньшей прочностью, но при этом приходится жертвовать низкой массой выполненной из них конструкции и высокими рабочими показателями.The drawing illustrates the excellent properties of several alloy variants according to this invention. It should be noted that the experimental data points EX 1 and EX 2 are given only as an example of the present invention. In this case, the quenching extinguishing pressure value represents the maximum oxygen gas pressure at which the alloy will self-extinguish, as measured by the spontaneous ignition and extinguishing test in a medium conducive to this (from the English "Promoted Combustion test"). This test is used to determine whether a material in the form of a rod with a diameter of one-eighth (1/8) inch will support combustion or extinguish combustion in a gaseous oxygen atmosphere of high pressure. This test is usually used to select materials for resistance to fire in oxygen. The tensile strength is determined by the usual tensile test, according to which a standard specimen is subjected to tensile loading and the mechanical stress at which this specimen breaks is determined. For operation in excess oxygen rocket engines, good results in both of these tests are desirable. Alloys are needed that do not support combustion at a gaseous oxygen pressure of 6,000 psi (~ 41.4 MPa) or higher, and which exhibit the highest possible strength. In some cases, alloys with lower strength can be used, but it is necessary to sacrifice the low weight of the structure made from them and high performance.

Описание изобретения является лишь примерным по своей сути, и поэтому в объем данного изобретения также входят те варианты, которые не выходят за рамки его сущности. Эти варианты не должны рассматриваться как отклонение от духа и объема изобретения.The description of the invention is only exemplary in nature, and therefore, the scope of this invention also includes those options that do not go beyond its essence. These options should not be construed as a departure from the spirit and scope of the invention.

Claims

1. Nickel-based alloy with resistance to fire and high tensile strength, containing

from about 55 to about 75 wt.% nickel;

from about 12 to about 17 wt.% cobalt;

from about 4 to about 16 wt.% chromium;

from about 1 to about 4 wt.% aluminum and

from about 1 to about 4 wt.% titanium.

2. The alloy according to claim 1, characterized in that the nickel content is from about 70 to about 75 wt.%.

3. The alloy according to claim 1, characterized in that the cobalt content is from about 13.5 to about 16.5 wt.%.

4. The alloy according to claim 1, characterized in that the chromium content is from about 6 to about 15 wt.%.

5. The alloy according to claim 1, characterized in that the aluminum content is from about 1 to about 3 wt.%.

6. The alloy according to claim 1, characterized in that it also contains from about 0.15 to about 0.25 wt.% Manganese.

7. The alloy according to claim 1, characterized in that it also contains from about 0.01 to about 0.5 wt.% Carbon.

8. The alloy according to claim 1, characterized in that it also contains from about 0.003 to about 0.009 wt.% Boron.

9. The alloy according to claim 1, characterized in that it also contains from about 0.02 to about 0.07 wt.% Zirconium.

10. Nickel-based alloy with resistance to fire and high tensile strength, containing

from about 70 to about 75 wt.% nickel;

from about 13.5 to about 16.5 wt.% cobalt;

from about 6 to about 15 wt.% chromium;

from about 1 to about 4 wt.% aluminum and

from about 1 to about 4 wt.% titanium.

11. The alloy of claim 10, characterized in that the aluminum content is from about 1 to about 3 wt.%.

12. The alloy of claim 10, characterized in that it also contains from about 0.15 to about 0.25 wt.% Manganese.

13. The alloy of claim 10, characterized in that it also contains from about 0.01 to about 0.5 wt.% Carbon.

14. The alloy of claim 10, characterized in that it also contains from about 0.003 to about 0.009 wt.% Boron.

15. The alloy of claim 10, characterized in that it also contains from about 0.02 to about 0.07 wt.% Zirconium.

16. Nickel-based alloy containing at least 50 wt.% Nickel and having a quenching pressure threshold of at least about 4000 psi. inch (~ 27.58 MPa) and a tensile strength of at least about 160,000 psi. inch (~ 1100 MPa).

17. The alloy according to clause 16, characterized in that it also contains cobalt, chromium and titanium.

18. The alloy according to 17, characterized in that it also contains manganese, carbon, boron and zirconium.

19. The alloy according to clause 16, characterized in that said threshold value of the quenching pressure is from about 4000 to about 12000 psi. inch (from ~ 27.58 MPa to ~ 82.74 MPa).

20. The alloy according to clause 16, characterized in that said tensile strength is from about 160,000 to about 180,000 psi. inch (from ~ 1100 MPa to ~ 1241 MPa).