RU2353691C2 - Composition of heat-resistant nickel alloy (versions) - Google Patents

Composition of heat-resistant nickel alloy (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2353691C2
RU2353691C2 RU2007108479/02A RU2007108479A RU2353691C2 RU 2353691 C2 RU2353691 C2 RU 2353691C2 RU 2007108479/02 A RU2007108479/02 A RU 2007108479/02A RU 2007108479 A RU2007108479 A RU 2007108479A RU 2353691 C2 RU2353691 C2 RU 2353691C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
heat
rhenium
tantalum
tungsten
Prior art date
Application number
RU2007108479/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007108479A (en
Inventor
Юрий Сергеевич Елисеев (RU)
Юрий Сергеевич Елисеев
Валерий Александрович Поклад (RU)
Валерий Александрович Поклад
Ольга Геннадиевна Оспенникова (RU)
Ольга Геннадиевна Оспенникова
Валентин Николаевич Ларионов (RU)
Валентин Николаевич Ларионов
Александр Вячеславович Логунов (RU)
Александр Вячеславович Логунов
Игорь Михайлович Разумовский (RU)
Игорь Михайлович Разумовский
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют"
Priority to RU2007108479/02A priority Critical patent/RU2353691C2/en
Priority to PCT/RU2008/000127 priority patent/WO2008108686A1/en
Publication of RU2007108479A publication Critical patent/RU2007108479A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2353691C2 publication Critical patent/RU2353691C2/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to metallurgy field and can be used for manufacturing of rotor and nozzle blade monocrystalline of gas turbine engine, over a long period of time operating at temperatures higher than 1000°C. Alloy according to the first option contains, wt %: chrome1.0-4.0, aluminium 4.5-7.0, tungsten 10.0-14.0, tantalum 5.0-10,0, rhenium 4.0-7.0, cobalt 2.0-5.0, yttrium 0.003-0.1, lanthanum 0.001-0.1, cerium 0.003-0.1, nickel - the rest and is described with higher level of heat-resistance and less propensity for formation of topologically close-packed (TCP) phases, especially with continuous running. Alloy according to the second option contains, wt %: chrome1.0-4.0, aluminium 4.5-7.0, titanium ≤ 2.0, molybdenum ≤ 4.0, tungsten 8.0-14.0, tantalum 5.0-10.0, rhenium 4.0-7.0, cobalt 2.0-5.0, niobium ≤ 2.0, yttrium 0.003-0.1, lanthanum 0.001-0.1, cerium 0.003-0.1, carbon ≤ 0.1, nickel - the rest and defined with increased heat-resistance, improved casting characteristics, technological plasticity and increased corrosion resistance.
EFFECT: increasing of heat-resistance, improving of casting characteristics, technological plasticity and increasing of corrosion resistance.
2 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к производству никелевых жаропрочных сплавов, используемых для изготовления методом монокристального литья деталей газотурбинных двигателей, например, турбинных лопаток, длительно работающих при высоких температурах 1000-1100°С.The invention relates to metallurgy of alloys, and in particular to the production of heat-resistant nickel alloys used for the production of parts of gas turbine engines, for example, turbine blades, operating for a long time at high temperatures of 1000-1100 ° C.

Известен жаропрочный сплав CMSX-4, который применяется в качестве материала для монокристальных лопаток и представляет собой безуглеродистый монокристальный ренийсодержащий сплав (патент США №4643782, МПК С22С 19/05, 1987.02.17) - аналог.Known heat-resistant alloy CMSX-4, which is used as a material for single-crystal vanes and is a carbon-free single-crystal rhenium-containing alloy (US patent No. 4643782, IPC С22С 19/05, 1987.02.17) - analogue.

Известный сплав имеет следующий химический состав (мас.%):Known alloy has the following chemical composition (wt.%):

кобальт - 9,3-10,0cobalt - 9.3-10.0

хром - 6,4-6,8.chromium - 6.4-6.8.

молибден - 0,5-0,7,molybdenum - 0.5-0.7,

вольфрам - 6,2-6,6,tungsten - 6.2-6.6,

тантал - 6,3-6,7,tantalum - 6.3-6.7,

алюминий - 5,45-5,75,aluminum - 5.45-5.75,

титан - 0,8-1,2,titanium - 0.8-1.2,

гафний - 0,02-0,12,hafnium - 0.02-0.12,

рений - 2,8-3,2,rhenium - 2.8-3.2,

никель - остальное до 100%.nickel - the rest is up to 100%.

Известный сплав имеет невысокую жаропрочность (предел сточасовой прочности при температуре 1000°С равен 26 кгс/мм2) и, кроме того, у него проявляется фазовая нестабильность, связанная с выделением топологически плотноупакованных фаз (ТПУ) фаз.The known alloy has low heat resistance (hourly strength at 1000 ° C is 26 kgf / mm 2 ) and, in addition, it exhibits phase instability associated with the release of topologically close packed phases (TPU) phases.

Известен сплав CMSX-10, применяемый для получения отливок лопаток с монокристаллической структурой следующего химического состава (мас.%):Known alloy CMSX-10, used to produce castings of blades with a single crystal structure of the following chemical composition (wt.%):

углерод - до 0,04,carbon - up to 0.04,

хром - 1,8-2,5,chrome - 1.8-2.5,

кобальт - 1,5-2,5,cobalt - 1.5-2.5,

титан - 0,1-0,5,titanium - 0.1-0.5,

алюминий - 5,5-6,1,aluminum - 5.5-6.1,

молибден - 0,25-0,6,molybdenum - 0.25-0.6,

вольфрам - 3,5-6,0,tungsten - 3.5-6.0,

тантал - 8,0-9,0,tantalum - 8.0-9.0,

рений - 6,2-6,8,rhenium - 6.2-6.8,

ниобий - 0,01-0,1,niobium - 0.01-0.1,

гафний - до 0,04,hafnium - up to 0.04,

бор - до 0,01,boron - up to 0.01,

иттрий - до 0,01,yttrium - up to 0.01,

церий - до 0,01,cerium - up to 0.01,

лантан - до 0,01,lanthanum - up to 0.01,

марганец - до 0,04,manganese - up to 0.04,

кремний - до 0,05,silicon - up to 0.05,

цирконий - до 0,01,zirconium - up to 0.01,

сера - до 0,001,sulfur - up to 0.001,

ванадий - до 0,01vanadium - up to 0.01

никель - остальное до 100% (патент США №5540790, МПК: С22С 19/05, 1996.07.30) - прототип.nickel - the rest is up to 100% (US patent No. 5540790, IPC: C22C 19/05, 1996.07.30) - prototype.

Предел длительной (сточасовой) прочности известного сплава при температуре 1000°С составляет 29-30 кгс/мм2. При этом отмечается сравнительно высокая дисперсия долговечности образцов при их испытании на ползучесть, что свидетельствует о недостаточной сбалансированности химического состава сплава, принятого за прототип.The long-term (hourly) strength of the known alloy at a temperature of 1000 ° C is 29-30 kgf / mm 2 . At the same time, a relatively high dispersion of the durability of the samples during their creep test is noted, which indicates an insufficient balance of the chemical composition of the alloy adopted as a prototype.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, по первому варианту является разработка сплава с более высоким уровнем жаропрочности и меньшей склонностью к образованию топологически плотноупакованных (ТПУ) фаз, особенно при длительной эксплуатации, т.е. повышение долговременных прочностных свойств сплава.The technical result to which the claimed invention is directed, according to the first embodiment, is the development of an alloy with a higher level of heat resistance and a lower tendency to form topologically close packed (TPU) phases, especially during long-term operation, i.e. increasing the long-term strength properties of the alloy.

Указанный технический результат достигается тем, что состав никелевого жаропрочного сплава содержит никель, хром, кобальт, вольфрам, рений, тантал, иттрий, лантан и церий при следующем соотношении компонентов (мас.%):The specified technical result is achieved in that the composition of the heat-resistant nickel alloy contains nickel, chromium, cobalt, tungsten, rhenium, tantalum, yttrium, lanthanum and cerium in the following ratio of components (wt.%):

хром - 1,0-4,0,chrome - 1.0-4.0,

алюминий - 4,5-7,0,aluminum - 4.5-7.0,

вольфрам - 10,0-14,0,tungsten - 10.0-14.0,

тантал - 5,0-10,0,tantalum - 5.0-10.0,

рений - 4,0-7,0,rhenium - 4.0-7.0,

кобальт - 2,0-5,0,cobalt - 2.0-5.0,

иттрий - 0,003-0,1.yttrium - 0.003-0.1.

лантан - 0,001-0,1,lanthanum - 0.001-0.1,

церий - 0,003-0,1cerium - 0.003-0.1

никель - остальное до 100%.nickel - the rest is up to 100%.

Известен жаропрочный сплав ЖС-32-ВИ химический состав которого включает (мас.%):Known heat-resistant alloy ZhS-32-VI the chemical composition of which includes (wt.%):

хром 4,3-5,6,chrome 4.3-5.6,

кобальт - 8,0-10,0,cobalt - 8.0-10.0,

вольфрам - 7,7-9,5,tungsten - 7.7-9.5,

алюминий - 5,6-6,3,aluminum - 5.6-6.3,

рений - 3,5-4,5,rhenium - 3.5-4.5,

тантал 3,5-4,5,tantalum 3.5-4.5,

ниобий 0 1,4-1,8,niobium 0 1.4-1.8,

углерод - 0,12-0,18,carbon - 0.12-0.18,

молибден - 0,8-1,4,molybdenum - 0.8-1.4,

бор - 0,02,boron - 0.02,

церий - 0,025,cerium - 0,025,

никель - остальное до 100%.nickel - the rest is up to 100%.

Недостатком известного сплава является низкий предел длительной прочности, а также возможность фазовых превращений с образованием ТПУ фаз (σ, µ) или карбидов Ме6С.A disadvantage of the known alloy is the low limit of long-term strength, as well as the possibility of phase transformations with the formation of TPU phases (σ, μ) or Me6C carbides.

Известен сплав CMSX-10 применяемый для получения отливок лопаток с монокристаллической структурой следующего химического состава (мас.%):Known alloy CMSX-10 used to produce castings of blades with a single crystal structure of the following chemical composition (wt.%):

углерод - до 0,04,carbon - up to 0.04,

хром - 1,8-2,5,chrome - 1.8-2.5,

кобальт - 1,5.2,5,cobalt - 1.5.2.5,

титан - 0,1-0,5,titanium - 0.1-0.5,

алюминий - 5,5-6,1,aluminum - 5.5-6.1,

молибден - 0,25-0,6,molybdenum - 0.25-0.6,

вольфрам - 3,5-6,0,tungsten - 3.5-6.0,

тантал - 8,0-9,0,tantalum - 8.0-9.0,

рений - 6,2-6,8,rhenium - 6.2-6.8,

ниобий - 0,01-0,1,niobium - 0.01-0.1,

гафний - до 0,04,hafnium - up to 0.04,

бор - до 0,01,boron - up to 0.01,

иттрий - до 0,01,yttrium - up to 0.01,

церий - до 0,01,cerium - up to 0.01,

лантан - до 0,01,lanthanum - up to 0.01,

марганец - до 0,04,manganese - up to 0.04,

кремний - до 0,05,silicon - up to 0.05,

цирконий - до 0,01,zirconium - up to 0.01,

сера - до 0,001,sulfur - up to 0.001,

ванадий - до 0,01vanadium - up to 0.01

никель - остальное до 100%, (патент США №5540790, МПК: С22С 19/05, 1996.07.30) - прототип.nickel - the rest is up to 100%, (US patent No. 5540790, IPC: C22C 19/05, 1996.07.30) - prototype.

Предел длительной (сточасовой) прочности известного сплава при температуре 1000°С составляет 29-30 кгс/мм2. При этом отмечается сравнительно высокая дисперсия долговечности образцов при их испытании на ползучесть, что свидетельствует о недостаточной сбалансированности химического состава сплава, принятого за прототип.The long-term (hourly) strength of the known alloy at a temperature of 1000 ° C is 29-30 kgf / mm 2 . At the same time, a relatively high dispersion of the durability of the samples during their creep test is noted, which indicates an insufficient balance of the chemical composition of the alloy adopted as a prototype.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение по второму варианту, является повышение жаропрочности никелевых сплавов для монокристального литья, например, лопаток газотурбинных двигателей, улучшение литейных свойств сплава, его технологической пластичности и повышение коррозионной стойкости заявляемого сплава.The technical result to which the claimed invention is directed according to the second embodiment is to increase the heat resistance of nickel alloys for single crystal casting, for example, gas turbine engine blades, improve the casting properties of the alloy, its technological plasticity and increase the corrosion resistance of the claimed alloy.

Указанный технический результат достигается тем, что состав жаропрочного никелевого сплава, содержащий никель, хром, кобальт, вольфрам, алюминий, тантал, рений, молибден, иттрий, лантан и церий дополнительно содержит титан и ниобий при следующем соотношении компонентов (мас.%):The specified technical result is achieved in that the composition of the heat-resistant nickel alloy containing nickel, chromium, cobalt, tungsten, aluminum, tantalum, rhenium, molybdenum, yttrium, lanthanum and cerium additionally contains titanium and niobium in the following ratio of components (wt.%):

хром - 1,0-4,0,chrome - 1.0-4.0,

алюминий 4,5-7,0,aluminum 4,5-7,0,

титан ≤ 2,0,titanium ≤ 2.0,

молибден ≤ 4,0,molybdenum ≤ 4.0,

вольфрам - 8,0-14,0,tungsten - 8.0-14.0,

тантал - 5,0-10,0,tantalum - 5.0-10.0,

рений - 4,0-7,0,rhenium - 4.0-7.0,

кобальт - 2,0-5,0,cobalt - 2.0-5.0,

ниобий ≤ 2,0,niobium ≤ 2.0,

иттрий - 0,003-0,1,yttrium - 0.003-0.1,

лантан - 0,001-0,1,lanthanum - 0.001-0.1,

церий - 0,003-0,1cerium - 0.003-0.1

углерод ≤ 0,1carbon ≤ 0.1

никель - остальное до 100%.nickel - the rest is up to 100%.

Развитие современных жаропрочных никелевых сплавов (ЖС) последних поколений связано главным образом с применением двух основных подходов в области материаловедения и технологии:The development of modern heat-resistant nickel alloys (ZhS) of the latest generations is mainly associated with the application of two main approaches in the field of materials science and technology:

- введением в систему легирования новых тугоплавких металлов, например, тантала и рения;- introduction of new refractory metals, for example, tantalum and rhenium, into the alloying system;

- использованием технологии направленной кристаллизации для получения монокристаллов.- using directional crystallization technology to produce single crystals.

Заявителем и авторами проведены теоретические и экспериментальные исследования, касающиеся влияния рения на структуру и свойства современных монокристальных жаропрочных сплавов, отличающихся высоким уровнем структурной стабильности. На основании полученных результатов был сделан вывод о том, что содержание рения должно быть ограничено сверху и это предельное содержание рения не должно превышать 7,0% от массового состава. Указанное ограничение связано со следующими особенностями физико-химических свойств рения:The applicant and the authors conducted theoretical and experimental studies regarding the effect of rhenium on the structure and properties of modern single-crystal heat-resistant alloys, characterized by a high level of structural stability. Based on the results, it was concluded that the rhenium content should be limited from above and that the maximum rhenium content should not exceed 7.0% of the mass composition. The specified limitation is associated with the following features of the physicochemical properties of rhenium:

- рений в отличие от тантала, вольфрама и ряда других тугоплавких металлов, практически не растворяется в γ'-фазе, количество которой в современных сплавах достигает 60-70 об.%. Это означает, что даже при полном отсутствии ликвации содержание рения в матрице более чем в вдвое превышает его номинальное значение в сплаве, что увеличивает склонность матрицы сплавов к выделению из нее рений содержащих фаз;- rhenium, unlike tantalum, tungsten and some other refractory metals, practically does not dissolve in the γ'-phase, the amount of which in modern alloys reaches 60-70 vol.%. This means that even in the complete absence of segregation, the rhenium content in the matrix is more than double its nominal value in the alloy, which increases the tendency of the alloy matrix to separate rhenium containing phases from it;

- рений не относится к числу сильных карбидообразующих элементов, но может активно стремиться к образованию промежуточных ТПУ фаз;- rhenium is not among the strong carbide-forming elements, but can actively seek the formation of intermediate TPU phases;

- рений является одним из наиболее сильно ликвирующих элементов жаропрочных сплавов. При этом выравнивание его концентрации происходит очень медленно;- Rhenium is one of the most highly liquified elements of heat-resistant alloys. Moreover, the alignment of its concentration occurs very slowly;

- в сплаве даже с небольшим количеством рения (в зависимости от наличия в составе и количества других компонентов сплава) возможно выделение из матрицы хрупких пластин σ-фазы.- in the alloy, even with a small amount of rhenium (depending on the presence in the composition and the amount of other alloy components), it is possible to isolate the brittle plates of the σ phase from the matrix.

В заявляемых сплавах по первому и второму вариантах количество рения и система легирования сбалансированы таким образом, чтобы минимизировать возможность образования ТПУ фаз и, следовательно, охрупчивания сплавов.In the inventive alloys according to the first and second embodiments, the amount of rhenium and the alloying system are balanced in such a way as to minimize the possibility of formation of TPU phases and, consequently, embrittlement of the alloys.

Особенностью заявляемого сплава по первому варианту (КС-3) является высокое содержание вольфрама в заявленных пределах. Верхний предел содержания вольфрама ограничивает область концентраций, при выходе за которую возрастает вероятность выделения вольфрама из твердого раствора в виде α-фазы, которая не является таким эффективным упрочнителем как γ'-фаза на основе Ni3Al, а при содержании вольфрама ниже нижнего предела, его стабилизирующее воздействие на структуру ослабляется.A feature of the inventive alloy according to the first embodiment (KS-3) is the high tungsten content within the stated limits. The upper limit of the tungsten content limits the concentration range, beyond which increases the likelihood of tungsten precipitating from the solid solution in the form of the α phase, which is not such an effective hardener as the γ'phase based on Ni3Al, and when the tungsten content is below the lower limit, it stabilizes the effect on the structure is weakened.

Заявляемое количество тантала вводится в состав никелевого жаропрочного сплава на фоне высокого содержания вольфрама. Система легирования заявляемого сплава (КС-3) сбалансирована таким образом, чтобы в сплаве не происходило выделения α-фазы несмотря на то, что тантал так же, как и вольфрам имеет ОЦК решетку.The claimed amount of tantalum is introduced into the composition of the heat-resistant nickel alloy against the background of a high tungsten content. The alloying system of the inventive alloy (KS-3) is balanced in such a way that α-phase precipitation does not occur in the alloy despite the fact that tantalum, like tungsten, has a bcc lattice.

Влияние тантала на свойства заявляемого сплава во многом сходно с влиянием вольфрама, тантал также характеризуется высокой когезивной прочностью, что характерно и для заявляемого, в заданном соотношении компонентов, сплава. Тантал распределяется между γ-матрицей и упрочняющей γ'-фазой, стабилизируя и упрочняя обе основные фазы жаропрочного сплава. При содержании тантала больше 10,0 мас.% возрастает вероятность его выпадения из твердого раствора в виде интерметаллидов Ni-Ta, а при содержании - меньше 5,0 мас.% его воздействие на свойства практически отсутствует.The effect of tantalum on the properties of the claimed alloy is largely similar to the effect of tungsten, tantalum is also characterized by high cohesive strength, which is also characteristic of the alloy, claimed in a given ratio of components. Tantalum is distributed between the γ matrix and the strengthening γ'-phase, stabilizing and strengthening both main phases of the heat-resistant alloy. When the content of tantalum is more than 10.0 wt.%, The likelihood of it falling out of the solid solution in the form of Ni-Ta intermetallic compounds increases, and when the content is less than 5.0 wt.% Its effect on the properties is practically absent.

Введение в заявляемый состав жаропрочного сплава указанного количества хрома, обусловлено необходимостью повышения его жаростойкости. При увеличении содержания хрома выше 4,0 мас.% возрастает вероятность образования топологически-плотноупакованной (ТПУ) фазы на основе хрома, которая охрупчивает сплав, кроме того, в сплавах с довольно высоким содержанием рения содержание хрома может быть снижено до 4,0 мас.%, так как рений относится к элементам, повышающим сопротивление сплава газовой коррозии.The introduction of the claimed composition of a heat-resistant alloy of the specified amount of chromium is due to the need to increase its heat resistance. With an increase in the chromium content above 4.0 wt.%, The probability of the formation of a topologically close-packed (TPU) chromium-based phase increases, which embrittle the alloy, in addition, in alloys with a rather high rhenium content, the chromium content can be reduced to 4.0 wt. %, since rhenium refers to elements that increase the resistance of the alloy to gas corrosion.

Легирование сплава кобальтом в заявляемых количествах обусловлено необходимостью улучшения технологических характеристик сплава - технологической пластичности и литейных свойств, а также стойкости к коррозиии.The alloying of the alloy with cobalt in the claimed amounts is due to the need to improve the technological characteristics of the alloy - technological plasticity and casting properties, as well as corrosion resistance.

Система микролегирующих добавок, а именно совместное использование лантана, иттрия и церия в заявляемых количествах обеспечивает стабилизацию структурных дефектов в монокристаллах заявляемого сплава, а совместно с остальными компонентами состава сплава обеспечивает повышение жаропрочности по сравнению с прототипом.The system of microalloying additives, namely the combined use of lanthanum, yttrium and cerium in the claimed amounts ensures the stabilization of structural defects in the single crystals of the inventive alloy, and together with other components of the alloy composition provides increased heat resistance compared to the prototype.

Особенностью заявляемого сплава по второму варианту является аналогичность влияния рения, вольфрама, тантала, кобальта и системы микролегирующих добавок (иттрий, лантан и церий), но кроме этого, на свойства заявляемого сплава по второму варианту влияет наличие в его составе титана, молибдена, ниобия и возможно углерода.A feature of the inventive alloy in the second embodiment is the similarity of the effects of rhenium, tungsten, tantalum, cobalt and a system of microalloying additives (yttrium, lanthanum and cerium), but in addition, the properties of the inventive alloy in the second embodiment are affected by the presence of titanium, molybdenum, niobium and possibly carbon.

Титан - это один из основных γ' образующих элементов, количество которого, с одной стороны, обеспечивает образование необходимого содержания упрочняющей γ'-фазы, а с другой стороны, ограничивает объем избыточной эвтектики (γ'+γ).Titanium is one of the main γ 'forming elements, the amount of which, on the one hand, ensures the formation of the necessary content of the strengthening γ'-phase, and on the other hand, limits the volume of excess eutectic (γ' + γ).

Ниобий и молибден - обеспечивают повышение долговечности материала в области температур ≈1000°С. Молибден является упрочнителем твердого раствора, однако наиболее существенно его вклад проявляется в изменении параметра γ - твердого раствора и, как следствие, морфологии упрочняющей вторичной γ'-фазы, делая ее кубической и тем самым, обеспечивая высокое сопротивление ползучести жаропрочных сплавов.Niobium and molybdenum - provide increased durability of the material in the temperature range ≈1000 ° С. Molybdenum is a hardener of a solid solution, however, its contribution is most significant in changing the parameter γ of a solid solution and, as a consequence, the morphology of the hardening secondary γ'-phase, making it cubic and thereby providing high creep resistance of heat-resistant alloys.

В состав сплава может вводиться углерод для образования второй упрочняющей фазы жаропрочных сплавов - карбидов. Суммарное содержание в заявляемом сплаве углерода и карбидообразующих элементов обеспечивает отсутствие охрупчивающих ТПУ фаз.Carbon may be introduced into the alloy to form the second hardening phase of heat-resistant alloys — carbides. The total content in the inventive alloy of carbon and carbide-forming elements ensures the absence of embrittlement TPU phases.

Заявляемый состав жаропрочного никелевого сплава по второму варианту в количественном и качественном составе обеспечивает наряду с повышением жаропрочности, улучшением литейных свойств сплава и его технологической пластичности, повышение коррозионной стойкости.The inventive composition of heat-resistant nickel alloy according to the second variant in quantitative and qualitative composition provides, along with increased heat resistance, improved casting properties of the alloy and its technological ductility, increased corrosion resistance.

Примеры конкретного выполнения.Examples of specific performance.

Для апробации результатов были отлиты сплавы по первому и второму вариантам. Отливка сплавов осуществлялась в вакуумно-индукционной печи «Кристалл» емкостью 5-10 кг. Порядок введения компонентов заявляемых составов сплавов является стандартным: никель, хром, кобальт, вольфрам, молибден, тантал, углерод, плавление, раскисление углеродом, последующее введение титана, алюминия и микролегирующих добавок (элементы с высокой активностью к кислороду) и разливка.To test the results, alloys were cast according to the first and second variants. Casting of alloys was carried out in a vacuum-induction furnace "Crystal" with a capacity of 5-10 kg. The order of introduction of the components of the claimed alloy compositions is standard: nickel, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, tantalum, carbon, melting, carbon deoxidation, the subsequent introduction of titanium, aluminum and microalloying additives (elements with high oxygen activity) and casting.

Для апробации сплава по первому варианту были выплавлены два состава сплава (один заявляемый и один сплав прототип - CMSX-10), содержащие компоненты (в мас.%), приведенные в Таблице 1.To test the alloy according to the first embodiment, two alloy compositions were smelted (one claimed and one prototype alloy - CMSX-10) containing the components (in wt.%) Shown in Table 1.

Таблица 1
Монокристальная структура, ориентация оси роста [100].
Table 1
Monocrystal structure, orientation of the growth axis [100].
№ п/пNo. p / p Компоненты состава сплавовAlloy Composition Components CrCr AlAl WW ТаThat СоWith ReRe YY LaLa СеXie NiNi Заявляемый сплавThe inventive alloy 2,02.0 5,55.5 10,110.1 8,38.3 2,02.0 6,06.0 0,020.02 0,020.02 0,020.02 Ост.Ost. CMSX-10CMSX-10 2,02.0 6,06.0 5,55.5 8,58.5 2,02.0 6,56.5 0,010.01 0,010.01 0,010.01 Ост.Ost.

После чего литые образцы подвергались высокотемпературному газостатическому уплотнению (заявляемый сплав), термической обработке и испытывались.After that, the cast samples were subjected to high-temperature gas-static sealing (the inventive alloy), heat treatment and were tested.

Результаты испытаний:Test Results:

Сплав CMSX-10 (прототип):Alloy CMSX-10 (prototype):

Т=1000°С, σ100=290 МПа,T = 1000 ° C, σ100 = 290 MPa,

Заявляемый сплав.The inventive alloy.

Т=1000°С, σ100=330 МПа,T = 1000 ° C, σ100 = 330 MPa,

Для апробации сплава по второму варианту были выплавлены два состава сплава (один заявляемый и один сплав прототип - CMSX-10), содержащие компоненты (в мас.%) приведенные в Таблице 2.To test the alloy according to the second embodiment, two alloy compositions were smelted (one claimed and one prototype alloy - CMSX-10) containing the components (in wt.%) Shown in Table 2.

№ п/пNo. p / p Компоненты состава сплавовAlloy Composition Components CrCr AlAl WW ТаThat СоWith YY LaLa СFROM СеXie TiTi MOMO NbNb ReRe NiNi КС-3KS-3 1,91.9 5,25.2 10,110.1 7,57.5 2,22.2 0,0150.015 0,0150.015 0,0040.004 0,0150.015 0,30.3 0,10.1 0,30.3 5,55.5 Ост.Ost. CMSX-10CMSX-10 2,02.0 5,65,6 4,54,5 8,58.5 2,02.0 0,010.01 0,010.01 0,020.02 0,010.01 0,40.4 0,40.4 0,050.05 5,55.5 Ост.Ost.

После чего литые образцы без последующей механической обработки испытывались.After that, cast samples without subsequent mechanical processing were tested.

Результаты испытаний:Test Results:

Сплав CMSX-10 (прототип):Alloy CMSX-10 (prototype):

Т=1000°С, σ100=300 МПа,T = 1000 ° C, σ100 = 300 MPa,

Заявляемый сплав.The inventive alloy.

При температуре Т=1000°С и σ=300 МПа долговечность τ=174,2 час.At a temperature of T = 1000 ° C and σ = 300 MPa, the durability is τ = 174.2 hours.

При температуре Т=1000°С и σ=250 МПа долговечность τ=648 час.At a temperature of T = 1000 ° C and σ = 250 MPa, the durability is τ = 648 hours.

При температуре Т=800°С и σ=750 МПа долговечность τ=более 680 час.At a temperature of T = 800 ° C and σ = 750 MPa, the durability τ = more than 680 hours.

Введение дополнительных легирующих элементов в заявляемый сплав по второму варианту приводит к улучшению литейной дендритной структуры - количество литейных микропор уменьшается на 20-30%, что может оказать положительное влияние на характеристики усталости сплава и долговечность на больших ресурсах.The introduction of additional alloying elements in the inventive alloy according to the second embodiment leads to an improvement in the foundry dendritic structure - the number of foundry micropores is reduced by 20-30%, which can have a positive effect on the fatigue characteristics of the alloy and durability over long resources.

Приведенные результаты испытаний показывают, что по сравнению с прототипом заявляемые сплавы по первому и второму вариантам обеспечивают достижение технического результата.The test results show that, compared with the prototype of the inventive alloys according to the first and second options ensure the achievement of a technical result.

Claims (2)

1. Состав жаропрочного никелевого сплава для монокристаллического литья, содержащий хром, алюминий, вольфрам, тантал, рений, кобальт, иттрий, лантан и церий, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
хром 1,0-4,0 алюминий 4,5-7,0 вольфрам 10,0-14,0 тантал 5,0-10,0 рений 4,0-7,0 кобальт 2,0-5,0 иттрий 0,003-0,1 лантан 0,001-0,1 церий 0,003-0,1 никель остальное
1. The composition of the heat-resistant nickel alloy for single crystal casting containing chromium, aluminum, tungsten, tantalum, rhenium, cobalt, yttrium, lanthanum and cerium, characterized in that it contains components in the following ratio, wt.%:
chromium 1.0-4.0 aluminum 4,5-7,0 tungsten 10.0-14.0 tantalum 5.0-10.0 rhenium 4.0-7.0 cobalt 2.0-5.0 yttrium 0.003-0.1 lanthanum 0.001-0.1 cerium 0.003-0.1 nickel rest
2. Состав жаропрочного никелевого сплава для монокристаллического литья, содержащий хром, алюминий, титан, молибден, вольфрам, тантал, рений, кобальт, ниобий, иттрий, лантан, церий и углерод, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
хром 1,0-4,0 алюминий 4,5-7,0 титан ≤2,0 молибден ≤4,0 вольфрам 8,0-14,0 тантал 5,0-10,0 рений 4,0-7,0 кобальт 2,0-5,0 ниобий ≤2,0 иттрий 0,003-0,1 лантан 0,001-0,1 церий 0,003-0,1 углерод ≤0,1 никель остальное
2. The composition of the heat-resistant nickel alloy for single crystal casting containing chromium, aluminum, titanium, molybdenum, tungsten, tantalum, rhenium, cobalt, niobium, yttrium, lanthanum, cerium and carbon, characterized in that it contains components in the following ratio, wt. %:
chromium 1.0-4.0 aluminum 4,5-7,0 titanium ≤2.0 molybdenum ≤ 4.0 tungsten 8.0-14.0 tantalum 5.0-10.0 rhenium 4.0-7.0 cobalt 2.0-5.0 niobium ≤2.0 yttrium 0.003-0.1 lanthanum 0.001-0.1 cerium 0.003-0.1 carbon ≤0.1 nickel rest
RU2007108479/02A 2007-03-07 2007-03-07 Composition of heat-resistant nickel alloy (versions) RU2353691C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007108479/02A RU2353691C2 (en) 2007-03-07 2007-03-07 Composition of heat-resistant nickel alloy (versions)
PCT/RU2008/000127 WO2008108686A1 (en) 2007-03-07 2008-03-06 Composition of a heat-resisting nickel-based alloy used for single crystal casting

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007108479/02A RU2353691C2 (en) 2007-03-07 2007-03-07 Composition of heat-resistant nickel alloy (versions)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007108479A RU2007108479A (en) 2008-09-20
RU2353691C2 true RU2353691C2 (en) 2009-04-27

Family

ID=39738476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007108479/02A RU2353691C2 (en) 2007-03-07 2007-03-07 Composition of heat-resistant nickel alloy (versions)

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2353691C2 (en)
WO (1) WO2008108686A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2516215C1 (en) * 2012-12-27 2014-05-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") ALLOY BASED ON INTERMETALLIDE Ni3Al WITH SINGLE-CRYSTAL STRUCTURE AND PRODUCT MADE FROM IT
RU2748445C1 (en) * 2020-06-09 2021-05-25 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Heat resistant nickel based alloy and product made from it

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1827121A3 (en) * 1991-06-28 1995-07-09 Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Nickel-base monocrystalline alloy
US6007645A (en) * 1996-12-11 1999-12-28 United Technologies Corporation Advanced high strength, highly oxidation resistant single crystal superalloy compositions having low chromium content

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2516215C1 (en) * 2012-12-27 2014-05-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") ALLOY BASED ON INTERMETALLIDE Ni3Al WITH SINGLE-CRYSTAL STRUCTURE AND PRODUCT MADE FROM IT
RU2748445C1 (en) * 2020-06-09 2021-05-25 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Heat resistant nickel based alloy and product made from it
WO2021251847A1 (en) * 2020-06-09 2021-12-16 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Nickel-based heat-resistant alloy and article made from same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008108686A1 (en) 2008-09-12
RU2007108479A (en) 2008-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9945019B2 (en) Nickel-based heat-resistant superalloy
US8734716B2 (en) Heat-resistant superalloy
US20160201166A1 (en) Heat-resistant superalloy
CN110317990B (en) Ni-Co-Al-Cr-Fe monocrystal high-entropy high-temperature alloy and preparation method thereof
JP4036091B2 (en) Nickel-base heat-resistant alloy and gas turbine blade
RU2295585C2 (en) High-strength nickel-based superalloy resistant to high-temperature corrosion and oxidation, and directionally solidified product of this superalloy
KR20120053645A (en) Polycrystal ni base superalloy with good mechanical properties at high temperature
RU2353691C2 (en) Composition of heat-resistant nickel alloy (versions)
RU2525952C2 (en) Nickel-based heat-resistant alloy
JP2004256840A (en) COMPOSITE REINFORCED TYPE Ni BASED SUPERALLOY, AND PRODUCTION METHOD THEREFOR
CN114231767B (en) Method for controlling sigma phase precipitation of hot corrosion resistant nickel-based superalloy
US9150944B2 (en) Low sulfur nickel-base single crystal superalloy with PPM additions of lanthanum and yttrium
US4976791A (en) Heat resistant single crystal nickel-base super alloy
RU2348725C2 (en) Content of heat-resistant nickel alloy for single-crystal casting (versions)
EP2449140A1 (en) Nickel base superalloy compositions and superalloy articles
RU2348724C2 (en) Content of heat-resistant nickel alloy for single-crystal casting (versions)
RU2737835C1 (en) Nickel-based heat-resistant wrought alloy and article made from it
RU2768947C1 (en) Heat-resistant nickel alloy for casting parts with monocrystalline structure
RU2383642C1 (en) Heat resistant cast alloy on nickel base
RU2794497C1 (en) Heat-resistant nickel-based alloy and a product made from it
RU2710759C1 (en) Nickel-based heat-resistant alloy and article made from it
RU2803779C1 (en) Cast corrosion-resistant nickel-based polycrystalline superalloy
JPH05209249A (en) Low thermal expansion superalloy
RU2369652C1 (en) Heat-resistant alloy on base of nickel for mono-crystal casting and item made out of this alloy
RU2636338C1 (en) Nickel-base heat resistant alloy for casting nozzle vanes of gas turbine plants

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20170116

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190308