RU2525883C1 - Refractory nickel-based alloy for casting gas turbine working blades - Google Patents
Refractory nickel-based alloy for casting gas turbine working blades Download PDFInfo
- Publication number
- RU2525883C1 RU2525883C1 RU2013140805/02A RU2013140805A RU2525883C1 RU 2525883 C1 RU2525883 C1 RU 2525883C1 RU 2013140805/02 A RU2013140805/02 A RU 2013140805/02A RU 2013140805 A RU2013140805 A RU 2013140805A RU 2525883 C1 RU2525883 C1 RU 2525883C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- titanium
- nickel
- yttrium
- gas turbine
- Prior art date
Links
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к литейным жаропрочным коррозионностойким сплавам на основе никеля с хромом и кобальтом, и может быть использовано для изготовления литьем деталей горячего тракта газотурбинных установок (ГТУ), например рабочих лопаток газовой турбины с монокристаллической, направленной и равноосной структурами, работающих в агрессивных средах при температурах 800-1000°C.The invention relates to metallurgy, in particular to heat-resistant casting alloys based on nickel with chromium and cobalt, and can be used for casting parts of the hot path of gas turbine units (GTU), for example, gas turbine blades with single-crystal, directional and equiaxial structures, working in aggressive environments at temperatures of 800-1000 ° C.
Высокие прочностные характеристики таких сплавов достигаются за счет значительного количества (50-70 об.%) упрочняющей γ'-фазы (Ni3Al), легированной ниобием, титаном, танталом и т.д., а также упрочнением твердого раствора (γ-фазы) кобальтом, хромом, молибденом, вольфрамом и рением. Повышенную коррозионную стойкость обеспечивают высоким содержанием хрома (как правило, 6-10 мас.%) при отношении содержания титана к алюминию Ti/Al≥0,3, а также введением рения и редкоземельных элементов. Сопротивление окислению при повышенных температурах обеспечивают повышенным содержанием алюминия и тантала, снижением содержания хрома и, в первую очередь, молибдена и также введением редкоземельных элементов.High strength characteristics of such alloys are achieved due to a significant amount (50-70 vol.%) Of the hardening γ'-phase (Ni 3 Al) doped with niobium, titanium, tantalum, etc., as well as hardening of the solid solution (γ-phase ) cobalt, chromium, molybdenum, tungsten and rhenium. Increased corrosion resistance is ensured by a high chromium content (usually 6-10 wt.%) With a ratio of titanium to aluminum Ti / Al≥0.3, as well as the introduction of rhenium and rare earth elements. Oxidation resistance at elevated temperatures is provided by an increased content of aluminum and tantalum, a decrease in the content of chromium and, primarily, molybdenum, and also the introduction of rare earth elements.
Структурная стабильность на ресурс (исключение образования охрупчивающих фаз) и ограничение образования при кристаллизации неравновесных фаз, на месте которых после их распада при термообработке будут зарождаться поры и трещины, могут быть оценены по известной методике ФАКОМП.Structural stability per resource (eliminating the formation of embrittleing phases) and limiting the formation of nonequilibrium phases during crystallization, in the place of which pores and cracks will arise after their decomposition during heat treatment, can be evaluated using the well-known FACOMP method.
Характеристики длительной прочности, критические точки сплава и другие его физико-механические свойства также могут быть оценены по известным методикам.The characteristics of long-term strength, the critical points of the alloy and its other physical and mechanical properties can also be evaluated by known methods.
(H. Harada и др., Сб. Superalloys, 1988; p.p.733-742; Сб. Superalloys, 2000; p.p.729-736.)(H. Harada et al., Sat. Superalloys, 1988; p. P. 733-742; Sat. Superalloys, 2000; p. P. 729-736.)
Известен жаропрочный сплав на основе никеля для литья лопаток газовой турбины с монокристаллической структурой, содержащий кобальт, хром, молибден, вольфрам, тантал, алюминий, титан, гафний, рений, при следующем соотношении компонентов, мас.%: кобальт 9,3-10,0; хром 6,4-6,8; молибден 0,5-0,7; вольфрам 6,2-6,6; тантал 6,3-6,7; алюминий 5,45-5,75; титан 0,8-1,2; гафний 0,07-0,12, рений 2,8-3,2; никель - остальное. Максимальное содержание углерода в известном сплаве ограничено 60 ppm, бора - 30 ppm, циркония - 75 ppm, серы - 20 ppm, кремния - 400 ppm.Known heat-resistant alloy based on Nickel for casting gas turbine blades with a single crystal structure containing cobalt, chromium, molybdenum, tungsten, tantalum, aluminum, titanium, hafnium, rhenium, in the following ratio, wt.%: Cobalt 9.3-10, 0; chromium 6.4-6.8; molybdenum 0.5-0.7; tungsten 6.2-6.6; tantalum 6.3-6.7; aluminum 5.45-5.75; titanium 0.8-1.2; hafnium 0.07-0.12, rhenium 2.8-3.2; nickel - the rest. The maximum carbon content in the known alloy is limited to 60 ppm, boron - 30 ppm, zirconium - 75 ppm, sulfur - 20 ppm, silicon - 400 ppm.
(US 4643782, C22C 19/05, опубликовано 17.02.1987.)(US 4643782, C22C 19/05, published 02.17.1987.)
Литые рабочие лопатки газовой турбины, изготовленные из известного сплава, имеют повышенный объем неравновесной эвтектической γ'-фазы (6-8%), что при литье может привести к значительной пористости отливки, а также к снижению коррозионной стойкости и окислению лопаток в условиях воздействия агрессивной среды из-за неоптимальных соотношений легирующих элементов.Cast gas turbine blades made of a known alloy have an increased volume of non-equilibrium eutectic γ'-phase (6-8%), which during casting can lead to significant porosity of the casting, as well as to a decrease in corrosion resistance and oxidation of the blades under aggressive exposure environment due to suboptimal ratios of alloying elements.
Наиболее близким является жаропрочный сплав на основе никеля для изготовления методом направленной кристаллизацией рабочих лопаток газовых турбин с направленной и монокристаллической структурами. Известный сплав включает углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, тантал, рений, бор, ниобий, церий, иттрий, лантан, неодим и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,05-0,12; хром 5,0-6,0; кобальт 8,0-10,0; вольфрам 6,5-7,5; молибден 0,8-1,5; алюминий 5,5-6,0; тантал 4,4-5,4; рений 3,8-4,6; бор 0,001-0,02; ниобий 0,6-1,0; церий 0,005-0,10; иттрий 0,0001-0,002; лантан 0,001-0,05; неодим 0,0005-0,01; никель остальное.The closest is a heat-resistant nickel-based alloy for the manufacture by directional crystallization of gas turbine blades with directional and single-crystal structures. The known alloy includes carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, tantalum, rhenium, boron, niobium, cerium, yttrium, lanthanum, neodymium and nickel in the following ratio of components, wt.%: Carbon 0.05-0.12; chrome 5.0-6.0; cobalt 8.0-10.0; tungsten 6.5-7.5; molybdenum 0.8-1.5; aluminum 5.5-6.0; tantalum 4.4-5.4; rhenium 3.8-4.6; boron 0.001-0.02; niobium 0.6-1.0; cerium 0.005-0.10; yttrium 0.0001-0.002; lanthanum 0.001-0.05; neodymium 0.0005-0.01; nickel rest.
(RU 2148099, C22C 19/05, опубликовано 27.04.2000.)(RU 2148099, C22C 19/05, published 04/27/2000.)
Однако данный известный сплав при высоких показателях по жаропрочности имеет низкую коррозионную стойкость и пониженную стойкость к окислению из-за значительного содержания молибдена.However, this known alloy at high rates of heat resistance has low corrosion resistance and reduced oxidation resistance due to the significant content of molybdenum.
Целью изобретения и его техническим результатом является достижение: повышенной длительной прочности жаропрочного сплава для литых лопаток газовых турбин в сочетании с высоким сопротивлением окислению и коррозионным воздействиям; повышенной структурной стабильности на ресурс; улучшения технологических характеристик сплава. Кроме того, предлагаемый сплав обеспечивает получение рабочих лопаток газовых турбин с монокристаллической, направленной или равноосной структурами.The aim of the invention and its technical result is the achievement of: increased long-term strength of heat-resistant alloy for cast vanes of gas turbines in combination with high resistance to oxidation and corrosion; increased structural stability per resource; improving the technological characteristics of the alloy. In addition, the proposed alloy provides the production of working blades of gas turbines with single crystal, directional or equiaxial structures.
Технический результат достигается тем, что жаропрочный сплав на основе никеля для литья рабочих лопаток газотурбинных установок содержит углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, тантал, рений, бор, ниобий, церий, иттрий, титан, гафний, марганец и никель, при следующем соотношении компонентов, мас.%:The technical result is achieved in that the heat-resistant nickel-based alloy for casting rotor blades of gas turbine plants contains carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, tantalum, rhenium, boron, niobium, cerium, yttrium, titanium, hafnium, manganese and nickel, in the following ratio of components, wt.%:
при этом церий и иттрий содержатся в равных количествах, при суммарном содержании алюминия и титана 6,6-7,0 мас.% и отношении содержания титана к содержанию алюминия >0,75.while cerium and yttrium are contained in equal amounts, with a total aluminum and titanium content of 6.6-7.0 wt.% and the ratio of titanium to aluminum content> 0.75.
В сплаве по изобретению количество упрочняющей γ'-фазы (Ni3Al) составляет 56,7-58,9 ат.%, что обеспечивает высокий и стабильный уровень служебных характеристик, например, жаропрочность: 343-348 МПа за 103 часов при 900°C.In the alloy according to the invention, the amount of hardening γ'-phase (Ni 3 Al) is 56.7-58.9 at.%, Which provides a high and stable level of service characteristics, for example, heat resistance: 343-348 MPa for 10 3 hours at 900 ° C.
Оптимальное содержание вольфрама, рения, тантала дает повышенную жаропрочность литого сплава, однако дальнейшее увеличение их суммарного содержания вызывает значительный рост температуры растворения γ'-фазы, что можно компенсировать увеличением содержания кобальта, но это удорожает сплав.The optimal content of tungsten, rhenium, tantalum gives increased heat resistance of the cast alloy, however, a further increase in their total content causes a significant increase in the temperature of dissolution of the γ'-phase, which can be compensated by an increase in the content of cobalt, but this increases the cost of the alloy.
Гафний в сочетании с ниобием в заявленных концентрациях, обеспечивают достаточную пластичность литого сплава на длительный ресурс и стабилизацию карбидов.Hafnium in combination with niobium in the declared concentrations provide sufficient ductility of the cast alloy for a long life and stabilization of carbides.
При этом заявленные соотношения компонентов в сплаве исключают в процессе наработки появление охрупчивающих фаз и ограничивают выделение неравновесной эвтектической γ'-фазы, что обеспечивает пониженный объем газоусадочной пористости и повышает устойчивость изделия к образованию трещин. Высокое отношение содержания титана к содержанию алюминию >0,75 в сочетании с высоким содержанием хрома и рения, присутствием редкоземельных металлов и марганца способствует повышению коррозионной стойкости предлагаемого сплава.Moreover, the claimed ratios of the components in the alloy exclude the occurrence of embrittling phases during the running time and limit the release of the nonequilibrium eutectic γ'-phase, which provides a reduced volume of gas-shrink porosity and increases the resistance of the product to cracking. A high ratio of titanium to aluminum content> 0.75 in combination with a high chromium and rhenium content, the presence of rare earth metals and manganese contributes to an increase in the corrosion resistance of the proposed alloy.
Предлагаемый сплав по изобретению за счет изменения содержания углерода и бора позволяет получать лопатки с монокристаллической, направленной или равноосной структурами. При этом монокристаллическая структура достигается при содержании углерода и бора в сплаве преимущественно в диапазонах 0,001-0,02 и 0,0003-0,002 соответственно, а направленная и равноосная структуры - при содержании углерода и бора в сплаве преимущественно в диапазонах 0,04-0,12 и 0,004-0,01 соответственно.The proposed alloy according to the invention by changing the content of carbon and boron allows you to get blades with single crystal, directional or equiaxial structures. In this case, the single-crystal structure is achieved when the content of carbon and boron in the alloy is predominantly in the ranges of 0.001-0.02 and 0.0003-0.002, respectively, and the directional and equiaxial structures are achieved when the content of carbon and boron in the alloy is mainly in the ranges of 0.04-0, 12 and 0.004-0.01, respectively.
В сравнении со сплавом с монокристаллической структурой сплав с направленной и равноосной структурами будет иметь примерно равную структурную стабильность, но пониженные характеристики кратковременной и длительной прочности. Однако преимуществом сплавов с направленной и равноосной структурами является более низкая стоимость литых заготовок, в основном за счет повышенного выхода годного.In comparison with an alloy with a single-crystal structure, an alloy with directional and equiaxial structures will have approximately equal structural stability, but reduced characteristics of short-term and long-term strength. However, the advantage of alloys with directional and equiaxial structures is the lower cost of cast billets, mainly due to the increased yield.
Для получения литых рабочих лопаток газовой турбины из сплава по изобретению используют известные способы и устройства для литья турбинных лопаток из жаропрочных сплавов с монокристаллической, направленной и равноосной структурами. Термообработка литых заготовок включает гомогенизирующий отжиг при температуре около 1260°C в течение 3-10 часов.To obtain cast working blades of a gas turbine from an alloy according to the invention, known methods and devices for casting turbine blades from heat-resistant alloys with single-crystal, directional and equiaxial structures are used. Heat treatment of cast billets involves homogenizing annealing at a temperature of about 1260 ° C for 3-10 hours.
Достижение поставленного технического результата можно проиллюстрировать данными из таблиц 1 и 2.The achievement of the technical result can be illustrated by the data from tables 1 and 2.
Из представленных данных видно, что сплав по изобретению с монокристаллической структурой (МК) при примерно равных значениях по жаропрочности при температурах 800-950°C значительно (примерно на порядок) превосходит известный сплав по коррозионной стойкости. Сплавы с направленной (НК) и равноосной (PC) имеют ожидаемые более низкие служебные характеристики, однако достаточные для применения таких сплавов для изготовления литьем рабочих лопаток первых ступеней газовых турбин.From the presented data it is seen that the alloy according to the invention with a single crystal structure (MK) at approximately equal values in heat resistance at temperatures of 800-950 ° C significantly (about an order of magnitude) surpasses the known alloy in terms of corrosion resistance. Alloys with directional (NK) and equiaxial (PC) have the expected lower service characteristics, but sufficient for the use of such alloys for the manufacture of casting working blades of the first stages of gas turbines.
Достигаемое повышенное сопротивление агрессивным воздействиям среды предлагаемого сплава (по сравнению с известным аналогом) позволяют увеличить эксплуатационную надежность и срок службы изделий и, как следствие, приводит к снижению годовой потребности в металле. Причем стоимость шихтовых материалов сплава по изобретению на ≈15% ниже, чем у известного.The achieved increased resistance to aggressive environmental influences of the proposed alloy (compared with the known analogue) can increase the operational reliability and service life of products and, as a result, reduces the annual demand for metal. Moreover, the cost of the charge materials of the alloy according to the invention is ≈15% lower than that of the known one.
Узкие интервалы легирования позволяют уменьшить разброс значений служебных характеристик и обеспечивают гарантированные значения прочности и пластичности, закладываемые конструкторами в расчет изделия.Narrow alloying intervals reduce the variation in the values of service characteristics and provide guaranteed strength and ductility values, which are laid down by the designers in the calculation of the product.
Claims (1)
при этом он содержит церий и иттрий в равных количествах, а отношение содержания титана к содержанию алюминия составляет > 0,75. Nickel-based heat-resistant alloy for casting rotor blades of gas turbine plants containing carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, tantalum, rhenium, boron, niobium, cerium, yttrium and nickel, characterized in that it additionally contains titanium, hafnium and manganese in the following ratio of components, wt.%:
however, it contains cerium and yttrium in equal amounts, and the ratio of titanium to aluminum content is> 0.75.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013140805/02A RU2525883C1 (en) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | Refractory nickel-based alloy for casting gas turbine working blades |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013140805/02A RU2525883C1 (en) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | Refractory nickel-based alloy for casting gas turbine working blades |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2525883C1 true RU2525883C1 (en) | 2014-08-20 |
Family
ID=51384656
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013140805/02A RU2525883C1 (en) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | Refractory nickel-based alloy for casting gas turbine working blades |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2525883C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2626118C2 (en) * | 2015-09-17 | 2017-07-21 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Casting heat resistant nickel-based alloy |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2081930C1 (en) * | 1994-06-15 | 1997-06-20 | Акционерное общество "Пермские моторы" | Nickel-based casting heat resistant alloy |
RU2148099C1 (en) * | 1999-01-18 | 2000-04-27 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Heat-resistant nickel-based alloy |
RU2410457C1 (en) * | 2009-10-23 | 2011-01-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") | Refractory powder nickel-based alloy |
EP2330225A1 (en) * | 2008-10-02 | 2011-06-08 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Ni BASED HEAT-RESISTANT ALLOY |
-
2013
- 2013-09-05 RU RU2013140805/02A patent/RU2525883C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2081930C1 (en) * | 1994-06-15 | 1997-06-20 | Акционерное общество "Пермские моторы" | Nickel-based casting heat resistant alloy |
RU2148099C1 (en) * | 1999-01-18 | 2000-04-27 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Heat-resistant nickel-based alloy |
EP2330225A1 (en) * | 2008-10-02 | 2011-06-08 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Ni BASED HEAT-RESISTANT ALLOY |
RU2410457C1 (en) * | 2009-10-23 | 2011-01-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") | Refractory powder nickel-based alloy |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2626118C2 (en) * | 2015-09-17 | 2017-07-21 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Casting heat resistant nickel-based alloy |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6393993B2 (en) | Ni-base superalloy with high temperature strength and capable of hot forging | |
EP2612936B1 (en) | Rhenium-free single crystal superalloy for turbine blades and vane applications | |
US20170342527A1 (en) | Cobalt-based super alloy | |
JP5418589B2 (en) | Ni-based single crystal superalloy and turbine blade using the same | |
WO2014024734A1 (en) | Ni-BASED SINGLE CRYSTAL SUPERALLOY | |
JP5995157B2 (en) | Method for producing martensitic precipitation strengthened stainless steel | |
US6419765B1 (en) | Niobium-silicide based composites resistant to low temperature pesting | |
JP4115369B2 (en) | Ni-base superalloy | |
RU2539643C1 (en) | Heat-resistant alloy based on nickel for manufacture of blades of gas-turbine units and method of its heat treatment | |
JP2013208628A (en) | Ni-BASED ALLOY WELDING MATERIAL, AND WELDING WIRE, ROD AND POWDER USING THE SAME | |
JP2018131667A (en) | Ni-BASED ALLOY, GAS TURBINE MATERIAL, AND METHOD FOR PRODUCING Ni-BASED ALLOY HAVING EXCELLENT CREEP PROPERTY | |
JP2017020112A (en) | Method for producing two-phase Ni-Cr-Mo alloy | |
JP3944582B2 (en) | Ni-base superalloy | |
EP2876176A1 (en) | Ni-based casting superalloy and cast article therefrom | |
JP2014070230A (en) | METHOD FOR PRODUCING Ni-BASED SUPERALLOY | |
US20160281194A1 (en) | Gamma/gamma' hardened cobalt-based superalloy, powder and component | |
RU2525883C1 (en) | Refractory nickel-based alloy for casting gas turbine working blades | |
JP2014070276A (en) | Large-sized cast member made of nickel based alloy, and its manufacturing method | |
RU2524515C1 (en) | Refractory nickel-based alloy for casting gas turbine working blades | |
RU2581339C1 (en) | Blade of gas-turbine unit made of heat-resistant nickel-based alloy and manufacturing method thereof | |
RU2678353C1 (en) | Heat and corrosion resistant nickel-based alloy for casting of large-sized working and nozzle blades of gas-turbine units | |
RU2519075C1 (en) | Refractory nickel-based alloy for casting gas turbine hot section parts | |
US10240223B2 (en) | Ni-based alloy having excellent high-temperature creep characteristics, and gas turbine member using the same | |
RU2678352C1 (en) | Heat-resistant alloy based on nickel for casting of working blades for gas turbines | |
RU2542194C1 (en) | Refractory nickel-based alloy for casting gas turbine working blades |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20160603 |