RU2505616C2

RU2505616C2 - Сварочный присадочный материал, применение сварочного присадочного материала и конструктивный элемент

Info

Publication number: RU2505616C2
Application number: RU2011122656/02A
Authority: RU
Inventors: Николай АРЖАКИН
Original assignee: Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2014-01-27
Also published as: JP2012507624A; EP2182084A1; EP2347022A1; RU2011122656A; EP2347022B1; US20110274579A1; WO2010052049A1; CN102272342A

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сварочному присадочному материалу, и может быть использовано при ремонтной сварке лопаток газовых турбин и деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе, работающих в горячем газе, с помощью ручной и автоматизированной сварки при комнатной температуре. Сварочный присадочный материал содержит, в мас.%: хром 10,0-20,0, кобальт 5,0-15,0, молибден 0,0-10,0, тантал 0,5-3,5, титан 0,0-5,0, алюминий 1,5-5,0, бор 0,3-0,6, углерод 0,05-0,30, гафний 0,05-0,7, необязательно железо максимально 1,8, марганец максимально 0,15, сера максимально 0,03, фосфор максимально 0,06, лантан максимально 0,2, кремний максимально 0,7, цирконий максимально 0,2, остальное - никель. Улучшается свариваемость и повышается стойкость к образованию горячих трещин в сварном соединении. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к сварочному присадочному материалу, его применению и конструктивному элементу по независимым пунктам формулы изобретения.

Жаропрочные сплавы на основе никеля имеют из всех высокотемпературных материалов наиболее благоприятную комбинацию механических свойств, стойкости к коррозии и обрабатываемости для изготовления турбин для летательных аппаратов и электростанций. Большое повышение прочности обеспечивается, в частности, за счет дисперсионного твердения с очень высокой объемной долей когерентной γ'-фазы Ni₃ (Al-Ti, Та, Nb). Сплавы с более высокой долей γ' считаются обычно лишь условно свариваемыми. Эта уменьшенная свариваемость обуславливается следующим:

a) Никелевые сплавы имеют обычно относительно небольшую теплопроводность и относительно высокий коэффициент теплового расширения, аналогично этим величинам у аустенитных сталей и кобальтовых сплавов. Поэтому подводимое тепло сварки отводится сравнительно медленно, и негомогенное нагревание приводит к высоким тепловым напряжениям, которые приводят к термической усталости, с которой можно справиться лишь с большими затратами.

b) Никелевые сплавы очень чувствительны к образованию горячих трещин при быстрой смене температурных циклов в диапазоне повышенных температур. Причиной являются оплавления границ зерна из-за колебаний химического состава (ликваций) или образования легкоплавких фаз, таких как сульфиды или бориды.

с) Никелевые сплавы имеют обычно высокую долю γ'-фазы в γ-матрице. Доля γ'-фазы в жаропрочных сплавах на основе никеля для конструктивных элементов турбин составляет свыше 40 об.%. Это обуславливает высокую прочность, но и небольшую пластичность материала, в частности, при низких температурах и в диапазоне температурного поля, в котором могут происходить процессы выделения γ/γ' (“Ductility-Dip Temperature Range” или же “Subsolidus Ductility Dip”, в зависимости от сплава примерно 700°С-1100°С). Поэтому возникающие напряжения могут меньше устраняться за счет пластического течения, что обычно повышает опасность образования трещин.

d) Никелевые сплавы демонстрируют явление образования трещин при термообработке после сварки (Post-Weld Heat Treatment Cracks), называемое также растрескиванием при деформационном старении (Strain-Age Cracking). При этом трещины образуются характерным образом при первой термообработке после сварки за счет процессов выделения γ/γ' в зоне термического влияния или же, когда сварочная присадка может образовывать γ'-фазу, также в наплавленном металле. Причиной являются местные напряжения, которые возникают во время выделения γ'-фазы вследствие сжатия окружающей матрицы. Чувствительность к растрескиванию при деформационном старении увеличивается с увеличением доли образующих γ'-фазу компонентов сплава, таких как Al и Ti, поскольку за счет этого увеличивается также доля γ'-фазы в структуре.

При попытке выполнения однородной сварки (основной и присадочный материалы являются идентичными) при комнатной температуре обычными способами сварки, в настоящее время для многих технических жаропрочных сплавов на основе Ni для турбинных лопаток (например, IN 738 LC, Rene 80, IN 939) не удается предотвращать образование трещин в зоне термического влияния и в наплавленном металле.

В настоящее время известно несколько способов и технологических стадий, которые улучшают свариваемость жаропрочных сплавов на основе никеля:

а) Сварка с предварительным нагреванием.

Возможность предотвращения трещин при сварке жаропрочных сплавов на основе никеля с высокопрочными присадочными материалами (также жаропрочными сплавами на основе никеля) состоит в уменьшении разницы температур и тем самым градиентов напряжения между местом сварки и остальным конструктивным элементом. Это достигается за счет предварительного нагревания конструктивного элемента во время сварки. Примером является сварка вольфрамовым электродом в инертном газе (ВИГ), выполняемая вручную в атмосфере защитного газа, при этом место сварки предварительно нагревают индуктивно (с помощью катушек индуктивности) до температур свыше 900°С. Однако это существенно усложняет и удорожает процесс сварки. Кроме того, его можно осуществлять не для всех подлежащих сварке областей из-за плохой доступности.

b) Сварка с экстремально малым подводом тепла.

Для этого используются способы сварки, которые обеспечивают очень малый подвод тепла в основной материал. К этим способам относятся лазерная сварка или сварка электронным пучком. Оба способа являются очень дорогими. Кроме того, они требуют затрат на программирование и автоматизацию, которые могут быть не экономичными при ремонтной сварке с часто изменяющимися видами повреждения и местами повреждения.

Из US 2004/0115086 A1 известен никелевый сплав с различными добавками.

Поэтому задачей изобретения является создание сварочного присадочного материала, применения сварочного присадочного материала и конструктивного элемента, за счет которых могут быть преодолены проблемы уровня техники.

Эта задача решена с помощью сварочного присадочного материала, применения сварочного присадочного материала и конструктивного элемента по независимым пунктам формулы изобретения.

В зависимых пунктах формулы изобретения указаны предпочтительные варианты выполнения, которые предпочтительно можно произвольно комбинировать друг с другом.

Предлагаются сварочный присадочный материал и его применение, который обеспечивает возможность ремонтной сварки лопаток газовых турбин и других работающих в горячем газе деталей из жаропрочных сплавов на основе никеля посредством ручной или автоматизированной сварки при комнатной температуре. Сварочный присадочный материал также является γ'-упрочненным жаропрочным сплавом на основе никеля, однако отличается, в частности, от материала подложки подлежащего ремонту конструктивного элемента. Ремонтная сварка обеспечивает малоцикловую усталость (LCF, low cycle fatigue), которая примерно на 50% и более соответствует свойствам основного материала (сварное соединение выдерживает 50% циклов LCF основного материала).

Ниже приводится более подробное пояснение изобретения.

На чертежах изображено:

Фиг.1 - перечень состава материалов, которые можно сваривать с помощью присадочного материала согласно изобретению;

Фиг.2 - газовая турбина,

Фиг.3 - турбинная лопатка в изометрической проекции, и

Фиг.4 - элемент камеры сгорания в изометрической проекции.

Согласно изобретению предлагается повышение содержания бора в качестве легирующего элемента. Содержание бора в сплаве должно составлять между 0,3 мас.% и 0,6 мас.%. Это повышение должно улучшить стойкость к образованию горячих трещин при однородных, а также похожих сварочных присадочных материалах. Присадочный материал, который обеспечивает возможность ремонтной сварки лопаток газовой турбины и других работающих в горячем газе деталей из жаропрочных сплавов на основе Ni с помощью ручной или автоматизированной сварки при комнатной температуре.

Механизм улучшения стойкости к образованию горячих трещин:

Горячие трещины возникают тогда, когда в температурном диапазоне хрупкости, так называемом BTR (Brittleness Temperatur range) или TIS (Temperaturintervall der Sprödigkeit), местная деформируемость слишком мала, чтобы воспринимать создаваемое за счет сварки расширение. По сравнению с обычными жаропрочными сплавами на основе Ni, в которых содержание бора ограничено макс. 0,03 мас.%, эвтектика бора полностью охватывает границы зерен и действует при затвердевании как своего рода «демпфер» или «бампер» и воспринимает возникающие силы деформации. При этом температура плавления этой эвтектики должна быть ниже температуры Tu - температуры, с которой пластичность Р снова увеличивается.

Основные материалы не должны быть перегретыми. Поэтому рекомендуется применение параметров сварки с низкой силой тока и присадочными материалами с небольшими диаметрами.

Кроме того, повышенное содержание бора в сплаве улучшает долговременную прочность и жаропрочность при одновременном повышении стойкости к окислению в агрессивных средах.

Предлагается процесс сварки для сваривания конструктивных элементов, таких как работающие в горячем газе детали 138, 155 (фиг.3, 4) и турбинные лопатки 120, 130 (фиг.2) из жаропрочных сплавов на основе никеля, который предпочтительно имеет следующие характеристики:

Термообработку перед сваркой с целью укрупнения γ'-фазы в основном материале из жаропрочного сплава на основе никеля (смотри ЕР 1428897 А1). Эта называемая также "перестариванием" (или Overaging) термообработка повышает пластичность и тем самым свариваемость основного материала.

Сварку без предварительного нагревания (при комнатной температуре) традиционными способами ручной сварки, такими как сварка ВИГ или импульсная плазменная сварка или, в качестве альтернативы, сварка автоматизированным способом, такая как импульсная лазерная сварка или автоматизированная импульсная плазменная сварка, также при комнатной температуре.

Применения закрытых камер с инертным газом или вакуумных камер, в которые во время сварки вводится весь конструктивный элемент для защиты от окисления, не требуется. Также нет необходимости в проточных камерах, в которых за счет соответствующего большого потока защитного газа конструктивный элемент защищается во время сварки.

Для основных материалов, которые имеют экстремальную склонность к образованию горячих трещин и/или окислению во время сварки, рекомендуется применение защитного газа, который содержит азот для подавления образования горячих трещин и/или водород для уменьшения окисления (смотри ЕР 04011321.9).

Термообработку после сварки для гомогенизации основного и сварочного присадочного материала: отжиг на твердый раствор. Температура отжига на твердый раствор должна быть согласована с основным материалом. Температура отжига на твердый раствор должна лежать выше температуры отжига на твердый раствор, но ниже температуры солидуса сварочного присадочного материала. Одно- или многоступенчатое выдерживание для установки желаемой морфологии γ'-фазы (величины, формы, распределения) можно осуществлять непосредственно после этого или позже во время обработки работающих в горячем газе деталей.

Этот сварочный присадочный материал имеет относительно хорошие сварочные свойства при комнатной температуре. Для этого содержания Al и Ti в сплаве выбираются так, что обеспечивается очень небольшая чувствительность к растрескиванию при деформационном старении. Содержание хрома выбирается так, что сплав образует стойкий к коррозии покрывной слой Cr₂O₃ и содержит достаточный запас для регенерации этого слоя при рабочих условиях.

Железо: железо предпочтительно ограничено максимально 1,5 мас.%, чтобы улучшить стойкость к окислению сплава и уменьшить опасность образования хрупких ТПУ-фаз (ТПУ = топологически плотно упакованных).

Кремний: кремний предпочтительно ограничен максимально 0,5 мас.%, чтобы минимизировать образование горячих трещин.

Кроме того, заданы границы для других (в том числе необязательных) компонентов C, Fe, Mn, S, P, Hf, La, Si или Zr, при которых обеспечивается оптимум между отрицательным и положительным влиянием.

При изготовлении конструктивного элемента и при сварке на границах зерен могут образовываться оксиды и особенно сульфиды. Эти серу- и кислородсодержащие, тонкие, межкристаллитные эвтектики, с одной стороны, охрупчивают границы зерен. С другой стороны, они имеют низкую температуру плавления, что приводит к большой чувствительности границ зерен к образованию трещин за счет локального расплавления границ зерен.

Против кислородного охрупчивания помогает, в частности, локальное изменение химического состава границ зерен за счет добавления Hf, который сегрегируется на границах зерен и поэтому затрудняет диффузию кислорода по границам зерен и тем самым предотвращает охрупчивание границ зерен, которое вызывается кислородом. Кроме того, гафний встраивается в γ'фазу и повышает ее прочность.

Приведенная ниже таблица представляет изобретение (данные в мас.%)

Элемент		Действие
Cr	10,0-20,0	Защита от коррозии, повышает стойкость к образованию сульфидов, упрочнение твердого раствора
Co	5,0-15,0	Уменьшает энергию дефектов упаковки, за счет этого улучшенная устойчивость против ползучести, улучшает отжигаемость на твердый раствор
Mo	0,0-10,0	Упрочнение твердого раствора, повышает модуль упругости, уменьшает коэффициенты диффузии
Ta	0,0-3,5
Ti	0,0-5,0	Замещает Al в γ', повышает объемную долю γ'
Al	1,5-5,0	Образование γ', единственно эффективная долговременная защита от окисления > примерно 950°С, сильное упрочнение твердого раствора
Fe	макс. 1,5	Способствует образованию ТПУ-фаз, ухудшает стойкость к окислению
Mn	макс. 0,1
Si	макс. 0,5	Способствует образованию ТПУ-фаз, повышает склонность к образованию горячих трещин

C	макс. 0,25	Образование карбидов
B	0,3-0,6	Воздействующий на границы зерен элемент (большой атом), повышает когезию границ зерен, уменьшает опасность образования трещин, повышает пластичность и долговременную прочность, предотвращает образование карбидных пленок на границах зерен, понижает опасность окисления
Zr	0,0-0,1	Связывает S и С, повышает стойкость к образованию горячих трещин
Hf	0,0-0,5	Уменьшает способность к образованию горячих трещин при литье, встраивается в γ', повышает ее прочность, улучшает стойкость к окислению
La	0,0-0,1	Связывает S, повышает способность к образованию горячих трещин
S	макс. 0,015	Металлургическое загрязнение, повышает способность к образованию горячих трещин
P	макс. 0,03	Металлургическое загрязнение, отрицательно влияет на свариваемость
Ni	Остальное

Примером применения является сварка сплава Rene 80, в частности, когда он нагружается при работе, посредством ручной сварки ВИГ и плазменной сварки с нанесением порошка. Другие способы сварки и ремонтные применения не исключаются. Места ремонта сваркой обладают свойствами, которые обеспечивают возможность структурного ремонта в переходном радиусе полки пера лопатки или в пере турбинной лопатки.

Другие присадочные материалы на никелевой основе можно выбирать по тому, насколько велика доля γ'-фазы, а именно, предпочтительно не меньше 35 об.% при предпочтительно заданной максимальной верхней границе 75 об.%.

Предпочтительно, с помощью сварочного присадочного материала согласно изобретению удается сваривать материалы IN 738, IN 738 LC, IN 939, PWA 1483 SX или IN 6203 DS.

На фиг.2 показана в качестве примера газовая турбина 100 в продольном разрезе. Газовая турбина 100 имеет внутри установленный с возможностью вращения вокруг оси 102 вращения ротор 103 с валом 101, который называется рабочим колесом турбины. Вдоль ротора 103 следуют друг за другом воздухозаборник 103, компрессор 105, например, торообразная камера 110 сгорания, в частности, кольцевая камера сгорания, с несколькими коаксиально расположенными горелками 107, турбина 108 и корпус 109 для отходящих газов. Кольцевая камера 110 сгорания сообщается с, например, кольцеобразным каналом 111 горячего газа. Там, например, расположенные друг за другом четыре турбинные ступени 112 образуют турбину 108. Каждая турбинная ступень 112 образована, например, из двух лопаточных венцов. Если смотреть в направлении потока рабочей среды 113, в канале 111 горячего газа за рядом 115 направляющих лопаток следует образованный из рабочих лопаток 120 ряд 125.

При этом направляющие лопатки 130 закреплены на внутреннем корпусе 138 статора 143, в то время как рабочие лопатки 120 одного ряда 125 установлены на роторе 103, например, посредством турбинного диска 133. С ротором 103 соединен генератор или рабочая машина (не изображены).

Во время работы газовой турбины 100 компрессором 105 через воздухозаборник 104 всасывается и сжимается воздух 135. Выходящий на расположенном со стороны турбины конце компрессора 105 сжатый воздух направляется к горелкам 107 и смешивается там с топливом. Затем эта смесь сгорает в камере 110 сгорания с образованием рабочей среды 113. Оттуда поток рабочей среды 113 проходит вдоль канала 111 горячего газа по направляющим лопаткам 130 и рабочим лопаткам 120. На рабочих лопатках 120 рабочая среда 113 расширяется с передачей импульса, так что рабочие лопатки 120 приводят во вращение ротор 103, а он - соединенную с ним рабочую машину.

Подвергаемые воздействию горячей рабочей среды 113 конструктивные элементы испытывают во время работы газовой турбины 100 термические нагрузки. Направляющие лопатки 130 и рабочие лопатки 120 первой, если смотреть в направлении потока рабочей среды 113, турбинной ступени 112 наряду с покрывающими изнутри кольцевую камеру 110 сгорания элементами теплозащитного экрана термически нагружаются в наибольшей степени.

Для того чтобы выдерживать имеющиеся там температуры, они могут охлаждаться с помощью охлаждающего средства. Подложки конструктивных элементов могут также иметь направленную структуру, т.е. они являются монокристаллическими (структура SX), или иметь лишь продольно ориентированные зерна (структура DS). В качестве материала для конструктивных элементов, в частности, для турбинных лопаток 120, 130 и конструктивных элементов камеры 110 сгорания, применяются, например, жаропрочные сплавы на железной, никелевой или кобальтовой основе. Такие жаропрочные сплавы известны, например, из ЕР 1204776 В1, ЕР 1306454, ЕР 1319729 А1, WO 99/67435 или WO 00/44949.

Направляющая лопатка 130 имеет обращенный к внутреннему корпусу 138 турбины 108 хвостовик направляющей лопатки (здесь не изображен) и лежащую напротив хвостовика направляющей лопатки головку направляющей лопатки. Головка направляющей лопатки обращена к ротору 103 и закреплена на крепежном кольце 140 статора 143.

На фиг.3 показана в изометрической проекции рабочая лопатка 120 или направляющая лопатка 130 турбомашины, которая простирается вдоль продольной оси 121.

Турбомашина может быть газовой турбиной летательного аппарата или электростанции для выработки электричества, паровой турбиной или компрессором.

Лопатка 120, 130 имеет вдоль продольной оси 121 следующие друг за другом крепежную зону 400, примыкающую к ней лопаточную полку 403, а также перо 406 лопатки и вершину 415 лопатки. В качестве направляющей лопатки 130 лопатка 130 может иметь на своей вершине другую полку (не изображена). В крепежной зоне 400 образован хвостовик 183 лопатки, который служит для крепления лопаток 120, 130 на валу или на диске (не изображено). Хвостовик 183 лопатки выполнен, например, Т-образным. Возможны другие выполнения в виде хвостовика лопатки елочного типа или хвостовика лопатки типа ласточкин хвост. Лопатка 120, 130 имеет для среды, которая обтекает перо 406 лопатки, переднюю кромку 409 и заднюю кромку 412.

В обычных лопатках 120, 130 во всех зонах 400, 403, 406 лопатки 120, 130 применяются, например, сплошные металлические материалы, в частности, жаропрочные сплавы. Такие жаропрочные сплавы известны, например, из ЕР 1204776 В1, ЕР 1306454, ЕР 1319729 А1, WO 99/67435 или WO 00/44949. При этом лопатка 120, 130 может быть изготовлена с помощью процесса литья, также посредством направленной кристаллизации, с помощью процесса ковки, с помощью процесса фрезеровки или их комбинаций.

Детали с монокристаллической структурой или структурами используются в качестве конструктивных элементов для машин, которые при работе подвергаются высоким механическим, термическим и/или химическим нагрузкам. Изготовление таких монокристаллических деталей происходит, например, за счет направленной кристаллизации из расплава. При этом речь идет о способах литья, при которых жидкий металлический сплав кристаллизуется в монокристаллическую структуру, т.е. в монокристаллическую деталь, или направленно кристаллизуется. При этом дендритные кристаллы ориентируются вдоль теплового потока и образуют либо столбчатую кристаллическую структуру зерен (т.е. зерна, которые проходят по всей длине детали и здесь называются, как общепринято, направленно кристаллизованными), либо монокристаллическую структуру, т.е. вся деталь состоит из одного единственного кристалла. В этом способе необходимо предотвращать переход к равноосной (поликристаллической) кристаллизации, поскольку в результате ненаправленного роста обязательно образуются поперечные и продольные границы зерен, которые сводят на нет хорошие свойства направленно кристаллизованного или монокристаллического конструктивного элемента. В целом, если речь идет об направленно кристаллизованной структуре, то под этим понимаются как монокристаллы, которые не имеют границ зерен или имеют самое большее малоугловые границы зерен, так и столбчатые кристаллические структуры, которые имеют проходящие в продольном направлении границы зерен, но не имеют поперечных границ зерен. Такие названные вторыми кристаллические структуры называют также направленно кристаллизованными структурами (directionally solidified structures). Такие способы известны из US-PS 6024792 и ЕР 0892090 А1.

Лопатки 120, 130 могут также иметь покрытия против коррозии и окисления, например, MCrAlX, где М представляет собой по меньшей мере один элемент из группы железа (Fe), кобальта (Со), никеля (Ni), Х представляет собой активный элемент и обозначает иттрий (Y) и/или кремний и/или по меньшей мере один редкоземельный элемент или, соответственно, гафний (Hf). Такие сплавы известны из ЕР 0486489 В1, ЕР 0786017 В1, ЕР 0412397 В1 или ЕР 1306454 А1. Плотность составляет предпочтительно 95% от теоретической плотности. На слое MCrAlX (в качестве промежуточного слоя или в качестве наружного слоя) образуется защищающий слой оксида алюминия (TGO - thermal grown oxide layer).

На MCrAlX может быть предусмотрен еще и термобарьерный слой, который предпочтительно является самым внешним слоем и состоит, например, из ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, т.е. он не стабилизирован или же частично или полностью стабилизирован оксидом иттрия и/или оксидом кальция и/или оксидом магния. Термобарьерный слой покрывает весь слой MCrAlX.

С помощью подходящего способа нанесения покрытия, такого как напыление электронным пучком (EB-PVD), в термобарьерном слое создаются столбчатые зерна.

Возможны другие способы нанесения покрытия, например, атмосферное плазменное напыление (APS), LPPS, VPS или CVD. Термобарьерный слой может иметь пористые, имеющие микро- или макротрещины зерна для лучшей стойкости к тепловому удару. Термобарьерный слой предпочтительно также более пористый, чем слой MCrAlX.

Лопатки 120, 130 могут быть выполнены полыми или сплошными. Когда лопатку 120, 130 необходимо охлаждать, то она выполнена полой и, при необходимости, имеет еще отверстия 418 для пленочного охлаждения (изображены штрихами).

На фиг.4 показана камера 110 сгорания газовой турбины 100. Камера 110 сгорания выполнена, например, в виде так называемой кольцевой камеры сгорания, в которой в общее пространство 154 камеры сгорания входит множество расположенных в окружном направлении вокруг оси 102 вращения горелок 107, которые создают пламя 156. Для этого камера 110 сгорания выполнена в целом в виде кольцеобразной конструкции, которая расположена вокруг оси 102 вращения.

Для достижения сравнительно высокого коэффициента полезного действия камера 110 сгорания приспособлена для сравнительно высокой температуры рабочей среды M в примерно 1000°С-1600°С. Чтобы обеспечить также при этих неблагоприятных для материалов рабочих условиях сравнительно большой срок службы, стенка 153 камеры сгорания на своей обращенной к рабочей среде М стороне снабжена образованной из теплозащитных элементов 155 внутренней облицовкой.

Из-за высоких температур внутри камеры 110 сгорания может быть дополнительно предусмотрена система охлаждения для теплозащитных элементов 155 или, соответственно, для удерживающих их элементов. Теплозащитные элементы 155 в этом случае выполнены, например, полыми и имеют, при необходимости, еще входящие в пространство 154 камеры сгорания отверстия охлаждения (не изображены).

Каждый теплозащитный элемент 155 из сплава снабжен на стороне рабочей среды особенно жаростойким защитным слоем (слоем MCrAlX и/или керамическим покрытием) или изготовлен из стойкого к высоким температурам материала (массивные керамические плитки). Эти защитные слои могут быть аналогичными защитным слоям турбинных лопаток, т.е., например, MCrAlX означает: М представляет собой по меньшей мере один элемент из группы железа (Fe), кобальта (Со), никеля (Ni), Х представляет собой активный элемент и обозначает иттрий (Y) и/или кремний и/или по меньшей мере один редкоземельный элемент или, соответственно, гафний (Hf). Такие сплавы известны из ЕР 0486489 В1, ЕР 0786017 В1, ЕР 0412397 В1 или ЕР 1306454 А1.

На MCrAlX может быть предусмотрен еще и, например, керамический термобарьерный слой, который состоит, например, из ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, т.е. он не стабилизирован или частично или полностью стабилизирован оксидом иттрия и/или оксидом кальция и/или оксидом магния.

Возможны другие способы нанесения покрытия, например, атмосферное плазменное напыление (APS), LPPS, VPS или CVD. Термобарьерный слой может иметь пористые, имеющие микро- или макротрещины зерна для лучшей стойкости к тепловому удару.

Регенерация (восстановление) означает, что турбинные лопатки 120, 130, теплозащитные элементы 155 после их использования при необходимости должны быть освобождены от защитных слоев (например, с помощью пескоструйной обработки). После этого осуществляется удаление слоев или продуктов коррозии и/или окисления. При необходимости выполняется также ремонт трещин в турбинной лопатке 120, 130 или теплозащитном элементе 155. После этого осуществляется повторное нанесение покрытия на турбинные лопатки 120, 130, теплозащитные элементы 155 и повторное использование турбинных лопаток 120, 130 или теплозащитных элементов 155.

Claims

1. Сварочный присадочный материал, содержащий, мас.%:
10,0%-20,0% хрома (Cr), в частности 12%-18% Cr,
5,0%-15,0% кобальта (Co), в частности 7%-13% Co,
0,0%-10,0% молибдена (Mo), в частности 0,5-10, конкретнее 2%-8% Mo,
0,5%-3,5% тантала (Ta), в частности 0,5%-2,5% Ta,
0,0%-5,0% титана (Ti), в частности 0,5-5 Ti, конкретнее 1,0%-4% Ti,
1,5%-5,0% алюминия (Al), в частности 2%-4% Al,
0,3%-0,6% бора (B), в частности 0,4%-0,5% B,
0,05%-0,30% углерода (C), в частности максимально 0,25% C,
0,055-0,7% гафния (Hf), в частности максимально 0,5% Hf,
необязательно
максимально 1,8% железа (Fe), в частности максимально 1,5% Fe, конкретнее максимально 1,0% Fe,
максимально 0,15% марганца (Mn), в частности, максимально 0,1% Mn,
максимально 0,03% серы (S), в частности максимально 0,015% S,
максимально 0,06% фосфора (Р), в частности максимально 0,03% Р,
максимально 0,2% лантана (La), в частности максимально 0,1% La,
максимально 0,7% кремния (Si), в частности максимально 0,5% Si,
максимально 0,2% циркония (Zr), в частности максимально 0,1% Zr,
остальное никель.

2. Сварочный присадочный материал по п.1, который содержит по меньшей мере 0,1 мас.% железа (Fe), в частности по меньшей мере 0,35 мас.%.

3. Сварочный присадочный материал по п.1, который содержит по меньшей мере 0,01 мас.% марганца (Mn), в частности по меньшей мере 0,05 мас.%.

4. Сварочный присадочный материал по п.1, который содержит по меньшей мере 0,005 мас.% серы (S), в частности по меньшей мере 0,01 мас.%.

5. Сварочный присадочный материал по п.1, который содержит по меньшей мере 0,005 мас.% фосфора (P), в частности по меньшей мере 0,01 мас.%.

6. Сварочный присадочный материал по п.1, который содержит по меньшей мере 0,01 мас.% лантана (La), в частности по меньшей мере 0,05 мас.%.

7. Сварочный присадочный материал по п.1, который содержит по меньшей мере 0,05 мас.% кремния (Si), в частности по меньшей мере 0,1 мас.%.

8. Сварочный присадочный материал по п.1, который содержит по меньшей мере 0,05 мас.% циркония (Zr).

9. Сварочный присадочный материал по п.1, который состоит из никеля, хрома, кобальта, молибдена, тантала, титана, алюминия, бора, углерода, гафния и необязательных компонентов железа, марганца, кремния, циркония и лантана.

10. Сварочный присадочный материал по п.1, который состоит из никеля, хрома, кобальта, молибдена, тантала, титана, алюминия, бора, углерода, гафния, а также по меньшей мере двух элементов из группы железа, марганца, кремния, циркония и лантана.

11. Сварочный присадочный материал по п.1, который состоит из никеля, хрома, кобальта, молибдена, тантала, титана, алюминия, бора, углерода, гафния, а также по меньшей мере трех элементов из группы железа, марганца, кремния, циркония и лантана.

12. Сварочный присадочный материал по п.1, который состоит из никеля, хрома, кобальта, молибдена, тантала, титана, алюминия, бора, углерода, гафния, железа, марганца, кремния, циркония и лантана.

13. Применение сварочного присадочного материала по любому из пп.1-12 при сварке материалов на никелевой основе.

14. Применение по п.13, при котором материал на никелевой основе отличается от сварочного присадочного материала.

15. Конструктивный элемент, полученный сваркой материала на никелевой основе с использованием сварочного присадочного материала по любому из пп.1-12.

16. Конструктивный элемент по п.15, в котором материал на никелевой основе отличается от сварочного присадочного материала.

17. Конструктивный элемент по п.15, в котором материал на никелевой основе включает в себя γ'-фазу с содержанием ≥40 об.%, в частности максимально 75 об.%.

18. Конструктивный элемент по любому из пп.15-17, в котором материал на никелевой основе включает в себя IN 738 или IN 738 LC, Rene 80 или IN939, а также PWA 1483 SX или IN 6203 DS.