RU2348726C1

RU2348726C1 - Heat-resistant powder alloy on basis of nickel

Info

Publication number: RU2348726C1
Application number: RU2007132216/02A
Authority: RU
Inventors: Генрих Саркисович Гарибов (RU); Генрих Саркисович Гарибов; Алексей Владимирович Востриков (RU); Алексей Владимирович Востриков; Нина Михайловна Гриц (RU); Нина Михайловна Гриц; Елизавета Александровна Федоренко (RU); Елизавета Александровна Федоренко; Алексей Михайлович Казберович (RU); Алексей Михайлович Казберович; Ольга Николаевна Власова (RU); Ольга Николаевна Власова; Александр Александрович Иноземцев (RU); Александр Александрович Иноземцев; Игорь Леонардович Андрейченко (RU); Игорь Леонардович Андрейченко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Всероссийский Институт Легких сплавов" (ОАО ВИЛС)
Priority date: 2007-08-27
Filing date: 2007-08-27
Publication date: 2009-03-10

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention concerns metallurgy. Heat-resistant powder alloy on the basis of nickel contains components in a following ratio (wt %): carbon 0.04 - 0.08, chrome 10.0 - 12.0, cobalt 14.0 -16.0, tungsten 2.5 - 3.5, molybdenum 4.0 - 5.0, titanium 2.5 - 3.1, aluminium 3.5 - 4.4, niobium 3.0 - 3.5, boron 0.005 - 0.05, magnesium 0.001 - 0.05, vanadium 0.4 - 0.8, cerium 0.001 - 0.05, lanthanum 0.001 - 0.08, scandium 0.001 - 0.05, iron 0.01 - 1.0, manganese 0.001 - 0.5, silicon 0.001 - 0.5, nickel - the rest. Invention is directed to hardening, increasing of creeping and for reduction of fatigue-and-crack propagation rate at operating temperature of product made of current alloy. Alloy can be used for manufacturing of parts of gas turbine engine.

EFFECT: receiving of heat-resistant powder alloy on the basis of nickel.

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 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).(RF patent 2131943, C22C 19/05, 1999).

Недостатком этого сплава являются низкие характеристики прочности, жаропрочности и чувствительность сплава к концентраторам напряжений при рабочих температурах, что существенно снижает ресурс работы изделия.The disadvantage of this alloy is the low strength, heat resistance and sensitivity of the alloy to stress concentrators at operating temperatures, which significantly reduces the life of the product.

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

УглеродCarbon - 0,02-0,10- 0.02-0.10 ХромChromium - 9,0-11,0- 9.0-11.0 КобальтCobalt - 14,0-16,0- 14.0-16.0 ВольфрамTungsten - более 5,5-6,5- more than 5.5-6.5 МолибденMolybdenum - 3,0-3,8- 3.0-3.8 ТитанTitanium - 4,0-4,2- 4.0-4.2 АлюминийAluminum - 3,4-4,2- 3.4-4.2 НиобийNiobium - 1,5-2,2- 1.5-2.2 ГафнийHafnium - 0,1-0,2- 0.1-0.2 БорBoron - 0,005-0,05- 0.005-0.05 ЦирконийZirconium - 0,001 - не более 0,005- 0.001 - not more than 0.005 МагнийMagnesium - 0,001-0,05- 0.001-0.05 НикельNickel - остальное- the rest

(патент РФ 2257420, С22С 19/05, 2005 год) - прототип.(RF patent 2257420, C22C 19/05, 2005) - prototype.

Недостатком этого сплава являются низкие характеристики прочности (σ_в ^650°С) и ползучести (σ_0,2/100) и высокая скорость распространения усталостной трещины (СРТУ) при рабочих температурах.The disadvantage of this alloy is the low strength characteristics (σ _at ^{650 ° C} ) and creep (σ _{0.2 / 100} ) and the high propagation velocity 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 - 0,04-0,08- 0.04-0.08 ХромChromium - 10,0-12,0- 10.0-12.0 КобальтCobalt - 14,0-16,0- 14.0-16.0 ВольфрамTungsten - 2,5-3,5- 2.5-3.5 МолибденMolybdenum - 4,0-5,0- 4.0-5.0 ТитанTitanium - 2,5-3,1- 2.5-3.1 АлюминийAluminum - 3,5-4,4- 3.5-4.4 НиобийNiobium - 3,0-3,5- 3.0-3.5 БорBoron - 0,005-0,05- 0.005-0.05 МагнийMagnesium - 0,001-0,05- 0.001-0.05 ВанадийVanadium - 0,4-0,8- 0.4-0.8 ЦерийCerium - 0,001-0,05- 0.001-0.05 ЛантанLanthanum - 0,001-0,08- 0.001-0.08 СкандийScandium - 0,001-0,05- 0.001-0.05 ЖелезоIron - 0,01-1,0- 0.01-1.0 МарганецManganese - 0,001-0,5- 0.001-0.5 КремнийSilicon - 0,001-0,5- 0.001-0.5 НикельNickel - остальное- the rest

Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит ванадий, церий, лантан, скандий, железо, марганец, кремний при следующем соотношении компонентов, мас. %:The proposed alloy differs from the prototype in that it additionally contains vanadium, cerium, lanthanum, scandium, iron, manganese, silicon in the following ratio of components, wt. %:

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

Это достигается тем, что предлагаемый состав порошкового сплава обеспечивает одновременное увеличение прочности границ и тела зерна за счет карбидного упрочнения, упрочнения γ-матрицы и выделений γ'-фазы, а также позволяет исключить образование внутренних пор в процессе распыления порошка и, в результате, прессовать из него плотные беспористые заготовки, что повышает прочностные характеристики и характеристики ползучести сплава и снижает скорость распространения усталостной трещины.This is achieved by the fact that the proposed composition of the powder alloy provides a simultaneous increase in the strength of the boundaries and body of the grain due to carbide hardening, hardening of the γ-matrix and precipitates of the γ'-phase, and also eliminates the formation of internal pores during the spraying of the powder and, as a result, extrudes dense non-porous billets are made of it, which increases the strength and creep characteristics of the alloy and reduces the propagation speed of the fatigue crack.

ПримерExample

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

УглеродCarbon - 0,06- 0.06 ХромChromium - 11,0- 11.0 КобальтCobalt - 15,0- 15.0 ВольфрамTungsten - 3,0- 3.0 МолибденMolybdenum - 4,5- 4,5 ТитанTitanium - 2,8- 2.8 АлюминийAluminum - 4,0- 4.0 НиобийNiobium - 3,2- 3.2 БорBoron - 0,015- 0.015 МагнийMagnesium - 0,02- 0.02 ВанадийVanadium - 0,6- 0.6 ЦерийCerium - 0,01- 0.01 ЛантанLanthanum - 0,02- 0.02 СкандийScandium - 0,01- 0.01 ЖелезоIron - 0,5- 0.5 МарганецManganese - 0,3- 0.3 КремнийSilicon - 0,2- 0.2 НикельNickel - остальное- the rest

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

Механические свойства при рабочей температуре 650°С предлагаемого сплава и сплава-прототипа определены по стандартным методикам испытания и представлены в таблице.The mechanical properties at a working 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_B Tensile strength
σ _B Предел текучести
σ_0,2 Yield strength
σ _0.2 Относительное удлинение
δRelative extension
δ Относительное сужение
ψRelative narrowing
ψ Предел ползучести
σ_0,2/100 Creep limit
σ _{0.2 / 100} Длительная прочность
σ₁₀₀ Long lasting strength
σ ₁₀₀ СРТУ
ΔК=
44 МРа·м^0,5 SRTU
ΔK =
44 MPa m ^0.5 МПаMPa %% МПаMPa мм/циклmm / cycle предлагаемыйproposed 15901590 11891189 12,612.6 16,316.3 973973 11401140 1,5·10^-4 1.5 · 10 ^-4 прототипprototype 14201420 10881088 7,57.5 7,87.8 830830 10971097 8,2·10^-4 8.2 · 10 ^-4

Таким образом, сплав предлагаемого состава позволяет при повышенной температуре повысить предел прочности на 10-12%, предел текучести на 8-10%, предел ползучести на 15-18% и предел длительной прочности на 4-6%. При этом предлагаемый сплав имеет скорость распространения усталостной трещины в 5-6 раз меньше, чем у прототипа.Thus, the alloy of the proposed composition allows to increase the tensile strength by 10-12%, yield strength by 8-10%, creep strength by 15-18% and long-term strength by 4-6% at elevated temperatures. Moreover, the proposed alloy has a fatigue crack propagation rate of 5-6 times less than that of the prototype.

В результате этого применение предлагаемого сплава для изготовления валов, дисков и других деталей газотурбинных двигателей позволит повысить их ресурс в 1,6 раза и снизить вес двигателя в 1,2 раза.As a result, the use of the proposed alloy for the manufacture of shafts, disks and other parts of gas turbine engines will increase their service life by 1.6 times and reduce the weight of the engine by 1.2 times.

Claims

A heat-resistant powder alloy based on nickel containing carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, titanium, aluminum, niobium, boron and magnesium, characterized in that it additionally contains vanadium, cerium, lanthanum, scandium, iron, manganese and silicon in the following the ratio of components, wt.%:
carbon 0.04-0.08 chromium 10.0-12.0 cobalt 14.0-16.0 tungsten 2.5-3.5 molybdenum 4.0-5.0 titanium 2.5-3.1 aluminum 3,5-4,4 niobium 3.0-3.5 boron 0.005-0.05 magnesium 0.001-0.05 vanadium 0.4-0.8 cerium 0.001-0.05 lanthanum 0.001-0.08 scandium 0.001-0.05 iron 0.01-1.0 manganese 0.001-0.5 silicon 0.001-0.5 nickel rest