RU2393060C1 - Способ получения композиционного материала - Google Patents
Способ получения композиционного материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2393060C1 RU2393060C1 RU2009111558/02A RU2009111558A RU2393060C1 RU 2393060 C1 RU2393060 C1 RU 2393060C1 RU 2009111558/02 A RU2009111558/02 A RU 2009111558/02A RU 2009111558 A RU2009111558 A RU 2009111558A RU 2393060 C1 RU2393060 C1 RU 2393060C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite material
- hot isostatic
- subjected
- hours
- mpa
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов на основе интерметаллида Nb. Может быть использовано при изготовлении деталей для длительной эксплуатации при высоких температурах в условиях значительных механических и термических нагрузок, в частности, жаростойких деталей ГТД: рабочих и сопловых лопаток, элементов жаровых труб а также других деталей машин, работающих при температурах до 1600°С. Исходную порошковую смесь для получения композиционного материала подвергают механическому легированию в защитной атмосфере в течение 40-50 часов, после чего проводят горячее изостатическое прессование при температуре 1450-1550°С и давлении 25-35 МПа не более 5 минут. Полученный материал имеет равномерную структуру, высокую относительную плотность при высоком выходе годного и минимальных материальных и энергетических затратах. 1 табл.
Description
Изобретение относится к способам получения композиционных материалов на основе интерметаллида ниобия. Композиционные материалы на основе интерметаллида ниобия предназначены для длительной эксплуатации при высоких температурах в условиях значительных механических и термических нагрузок и могут быть использованы в качестве жаростойких деталей ГТД: рабочих и сопловых лопаток, элементов жаровых труб, а также других деталей машин, работающих при температурах до 1600°С.
Дальнейшее повышение мощности, кпд, экологичности и экономичности современных газовых турбин, используемых в качестве авиационных двигателей, энергетических установок и газоперекачивающих агрегатов, возможно только за счет повышения температуры рабочего газа на входе в турбину. Для этого требуется повысить предельные рабочие температуры, при которых возможна эффективная эксплуатация деталей горячего тракта при температурах 1400-1600°С. Так как такие температуры лежат за пределами работоспособности современных сложнолегированных жаропрочных сплавов на основе никеля им на смену должны прийти новые материалы с более жаропрочной матрицей. Наиболее перспективными в этом отношении являются интерметаллиды и естественные композиты на их основе в виде направленных эвтектик, например, с ниобиевой матрицей, упрочненной интерметаллидами силицида ниобия. К преимуществам таких материалов относятся меньшая на 20% плотность по сравнению с традиционно применяемыми жаропрочными сплавами, отсутствие дефицитных легирующих элементов и более высокая температура плавления. Лопатки из подобного композиционного материала могут длительно работать при температурах на ~250°С и более, чем аналогичные детали из использующихся в настоящее время никелевых жаропрочных сплавов.
Известен способ получения тугоплавких композиционных материалов с металлической или интерметаллидной матрицей, армированной керамическими частицами, включающий приготовление исходной заготовки из порошковой смеси механическим легированием, помещение заготовки в емкость и нагрев емкости до температуры начала экзотермической реакции путем погружения ее донной части в расплав металла и последующую кристаллизацию путем дальнейшего погружения емкости в расплав металла (патент РФ №2263089).
Недостатком этого способа является то, что тепло, выделяющееся в процессе экзотермической реакции, недостаточно для изготовления композиционных материалов на основе интерметаллида ниобия.
Известен способ получения композиционных материалов на основе интерметаллида ниобия, заключающийся в дуговом переплаве в защитной атмосфере (аргон) в водоохлаждаемом медном тигле с использованием нерасходуемого вольфрамового электрода. Полученный слиток переплавляют несколько раз. (R.Tanaka, A.Kasama, M.Fujikura, I.Iwanaga, N.Tanaka, and Y.Matsumura «Research and Development of Niobium-Based Superalloys for Hot Components of Gas turbine» Proceedings of the International Gas Turbine Congress, 2003, Tokyo).
Недостатком этого способа является необходимость использования уникального технологического оборудования - установки для дугового переплава, что делает получение материала чрезвычайно дорогим и трудоемким.
За прототип принят способ получения композиционного материала на основе интерметаллида ниобия, включающий перемешивание исходных порошков в промышленном смесителе, холодное изостатическое прессование порошковой смеси (плотность 60% от теоретической) с последующим отжигом в вакууме, электронно-индукционное распыление и последующее компактирование (горячее изостатическое прессование или экструзия) (Р.Jehanno, M.Heilmaier, Н.Kestler, M Boning, A.Venskutonis, В.Bewlay and M.Jackson «Assessment of a Powder Metallurgical Processing Route for Refractory Metal Silicide Alloys» METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS, 2005, vol.36, pp.515-523).
Недостатками способа-прототипа являются:
1. Формирование требуемой интерметаллидной структуры происходит в объеме пористой заготовки, что исключает возможность формирования равномерного химического и фазового составов, и в свою очередь, требует дальнейшего распыления и компактирования с целью получения равномерной структуры композиционного материала.
2. Длительность технологического процесса и большое количество технологических этапов, что повышает стоимость материала, трудоемкость его изготовления и снижает выход годного.
Технической задачей данного изобретения является разработка способа получения композиционного материала на основе интерметаллида ниобия с равномерной структурой, высокой относительной плотностью, который обеспечивает высокий выход годного при минимальных материальных и энергетических затратах.
Для решения данной технической задачи предложен способ получения композиционного материала на основе интерметаллида ниобия, включающий перемешивание исходных порошков с последующим горячим изостатическим прессованием порошковой смеси, отличающийся тем, что после перемешивания исходную порошковую смесь подвергают механическому легированию в защитной атмосфере в течение 40-50 часов, а горячее изостатическое прессование проводят при температуре 1450-1550°С, давлении 25-35 МПа не более 5 минут.
Предложенный способ позволяет получать композиционные гранулы с заданным химическим составом и равномерно распределенным по объему каждой гранулы фазовым составом. После проведения горячего изостатического прессования в заявленном интервале температур и давлении гранулы преобразуются в композиционный материал с высоким уровнем плотности и равномерной структурой.
Пример 1
Получение композиционного материала состава Nb-Si-Ti.
Для получения композиционного материала использовали элементарные промышленные порошки. Исходные порошки в количествах, соответствующих заданному химическому составу, смешали. Исходную порошковую смесь подвергли механическому легированию в высокоэнергетической установке для размола и смешивания (атритторе) по следующему режиму: время обработки 50 ч., защитная атмосфера - аргон. Затем порошки подвергли горячему изостатическому прессованию по режиму: температура 1500°С, давление 30 МПа, время 3 мин. Относительная плотность полученного материала составила 0,99, а плотность γ 6,85 г/см3, при заданном химическом составе (основа твердый раствор Nb плюс упрочняющие фазы) и равномерно распределенными по объему материала фазами (Nb3SiNb5Si3), выход годного 99%.
Пример 2
Получение композиционного материала состава Nb-Si-Mo-W-Hf
Для получения композиционного материала использовали элементарные промышленные порошки. Исходные порошки в количествах, соответствующих заданному химическому составу, смешивали. Исходную порошковую смесь подвергали механическому легированию в высокоэнергетической установке для размола и смешивания (атритторе) по следующему режиму: время обработки - 40 ч., защитная атмосфера - аргон. Затем порошки подвергали горячему изостатическому прессованию по режиму: температура 1550°С, давление 35 МПа, время 5 мин. Относительная плотность полученного материала составила 0,99, а γ - 7,98 г/см3, при заданном химическом составе (основа - твердый раствор Nb плюс упрочняющие фазы) и равномерно распределенными по объему материала фазами (Nb3Si и Nb3Si3)), выход годного 99%.
Пример 3
Получение композиционного материала состава Nb-Si-Ti-Al-Cr-Hf
Для получения композиционного материала использовали элементарные промышленные порошки. Исходные порошки в количествах, соответствующих заданному химическому составу, смешивали в турбулентном смесителе в течение 1-1,5 ч. Исходную порошковую смесь подвергали механическому легированию в высокоэнергетической установке для размола и смешивания(атритторе) по следующему режиму: время обработки 40 ч., защитная атмосфера - аргон. Затем порошки подвергали горячему изостатическому прессованию по режиму: температура 1450°С, давление 25 МПа, время 4 мин. Относительная плотность полученного материала составила 0,99, а γ=7,00 г/см3, при заданном химическом составе (основа - твердый раствор Nb плюс упрочняющие фазы) и равномерно распределенными по объему материала фазами (Nb3Si и Nb3Si3), выход годного - 99%.
Пример 4(по прототипу)
Получение жаростойкого сплава состава Nb-Si-Ti-Al-Cr-Hf
Для получения сплава использовали элементарные промышленные порошки, исходные порошки в количествах, соответствующих заданному химическому составу, смешивали в смесителе в течение 20 мин. Затем исходную порошковую смесь подвергли холодному изостатическому прессованию при давлении 200 МПа, и спеканию в вакууме при температуре 1500°С в течение 3 ч., после чего спеченные брикеты распыляли. Полученный порошок компактировали горячим изостатическим прессованием по режиму: температура 1400°С, давление 200 МПа, время 4 ч. Относительная плотность полученного материала составила 0,99, а γ=8,56 г/см3, при заданном химическом составе (основа - твердый раствор ниобия плюс упрочняющие фазы) и равномерно распределенными по объему материала фазами (Nb3Si3 и Nb3Si3), выход годного 80-90%.
В таблице приведены технологические операции и свойства композиционного материала, полученного по предлагаемому способу и способу-прототипу.
Как видно из таблицы, предложенный способ позволяет сократить количество технологических этапов изготовления композиционного материала на основе интерметаллида ниобия и повысить выход годного по сравнению со способом-прототипом при меньшей плотности получаемого композиционного материала.
Таким образом, предложенный способ позволяет получать композиционные материалы на основе интерметаллида ниобия с высоким уровнем плотности, заданным химическим составом и высоким уровнем выхода годного, при этом сводя к минимуму количество технологических этапов изготовления композиционного материала. Применение предлагаемого способа позволит снизить материальные и энергетические затраты, а следовательно, себестоимость продукции, в частности, лопаток ГТД и ГТУ нового поколения.
Claims (1)
- Способ получения композиционного материала на основе интерметаллида ниобия, включающий перемешивание исходных порошков с последующим горячим изостатическим прессованием порошковой смеси, отличающийся тем, что после перемешивания исходную порошковую смесь подвергают механическому легированию в защитной атмосфере в течение 40-50 ч, а горячее изостатическое прессование проводят при температуре 1450-1550°С и давлении 25-35 МПа не более 5 мин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009111558/02A RU2393060C1 (ru) | 2009-03-31 | 2009-03-31 | Способ получения композиционного материала |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009111558/02A RU2393060C1 (ru) | 2009-03-31 | 2009-03-31 | Способ получения композиционного материала |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2393060C1 true RU2393060C1 (ru) | 2010-06-27 |
Family
ID=42683535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009111558/02A RU2393060C1 (ru) | 2009-03-31 | 2009-03-31 | Способ получения композиционного материала |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2393060C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2516267C1 (ru) * | 2012-12-25 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Всероссийский Институт Легких сплавов" (ОАО ВИЛС) | Способ получения изделий из сложнолегированных порошковых жаропрочных никелевых сплавов |
RU2557117C1 (ru) * | 2014-05-05 | 2015-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Композиционный материал на основе ниобия, упрочненный силицидами ниобия, и изделие, выполненное из него |
RU2564648C1 (ru) * | 2014-07-01 | 2015-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения композиционного материала на основе ниобия |
-
2009
- 2009-03-31 RU RU2009111558/02A patent/RU2393060C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
L.M. PENG. Synthesis and mechanical properties of niobium aluminide-based composites. Materials Science and Engineering: A, May 2008, vol.480, Is.1-2, pp.232-236. * |
P. JEHANO et al. Assessment of a Powder Metallurgical Processing Route for Refractory Metal Silicide Alloys. Metallurgical and Materials Transactions, 2005, vol.36, pp.515-523. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2516267C1 (ru) * | 2012-12-25 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Всероссийский Институт Легких сплавов" (ОАО ВИЛС) | Способ получения изделий из сложнолегированных порошковых жаропрочных никелевых сплавов |
RU2557117C1 (ru) * | 2014-05-05 | 2015-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Композиционный материал на основе ниобия, упрочненный силицидами ниобия, и изделие, выполненное из него |
RU2564648C1 (ru) * | 2014-07-01 | 2015-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения композиционного материала на основе ниобия |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106893923B (zh) | 一种刀具用多主元合金及其制备方法 | |
Bewlay et al. | Ultrahigh-temperature Nb-silicide-based composites | |
CN110218897B (zh) | 一种航空发动机燃烧室内衬用耐高温Cu-Cr-Nb-Ce合金的制备方法 | |
CN102586637B (zh) | 一种多元铌合金铸锭的制造方法 | |
CN103160701A (zh) | 一种耐高温的Mo-Si-B合金的制备方法 | |
RU2618038C2 (ru) | Способ получения жаропрочного сплава на основе ниобия | |
CN101397613B (zh) | 一种钼-硅-硼合金的制备方法 | |
CN108251670B (zh) | 耐高温金属间化合物合金的制备方法 | |
RU2393060C1 (ru) | Способ получения композиционного материала | |
RU2630740C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА TiNi | |
CN109482880B (zh) | 一种同时提升Ni-Mn-In合金力学性能和磁热性能的制备方法 | |
CN108486402B (zh) | 一种TiN颗粒增强镍基复合材料及其制备方法 | |
Svetlov et al. | Temperature dependence of the ultimate strength of in situ multicomponent Nb–Si–X (X= Ti, Hf, W, Cr, Al, Mo) composites | |
CN114318067B (zh) | 一种多元碳化物颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 | |
Lagos et al. | Synthesis of γ-TiAl by thermal explosion+ compaction route: Effect of process parameters and post-combustion treatment on product microstructure | |
Agote et al. | Production of gamma-TiAl based alloy by combustion synthesis+ compaction route, characterization and application | |
CN101429607B (zh) | 特种颗粒增强高温合金及其制备方法 | |
CN110343932B (zh) | 一种具有高强度的WVTaZrSc难熔高熵合金及其制备方法 | |
RU2410201C1 (ru) | Способ получения высокотемпературного металлического композиционного материала на основе интерметаллида молибдена | |
RU2647424C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Nb3Al (Варианты) | |
RU2624562C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДОВ СИСТЕМЫ Nb-Al | |
RU2564648C1 (ru) | Способ получения композиционного материала на основе ниобия | |
Andreev et al. | Cast alloy production on the basis of titanium aluminide with centrifugal SHS method | |
RU2595084C1 (ru) | Способ получения жаропрочного сплава на основе ниобиевой матрицы с интерметаллидным упрочнением | |
RU2632047C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВОГО СПЛАВА TiNi С ВЫСОКИМ УРОВНЕМ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ |