RU2534325C1 - Способ получения жаропрочных сплавов - Google Patents
Способ получения жаропрочных сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2534325C1 RU2534325C1 RU2013135315/02A RU2013135315A RU2534325C1 RU 2534325 C1 RU2534325 C1 RU 2534325C1 RU 2013135315/02 A RU2013135315/02 A RU 2013135315/02A RU 2013135315 A RU2013135315 A RU 2013135315A RU 2534325 C1 RU2534325 C1 RU 2534325C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxide
- reaction mixture
- mixture
- synthesis
- nickel
- Prior art date
Links
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению жаропрочных сплавов. Может использоваться в области авиационного двигателестроения для получения лопаток и защитных покрытий на бандажных полках лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ). Готовят реакционную смесь, содержащую, мас.%: оксид никеля - 40,0-43,7, алюминий - 34,1-37,2, оксид хрома - 2,9-4,3, оксид кобальта - 12,0-13,2, оксид титана - 1,3-2,4, оксид молибдена - 3,1-3,9, углерод - 0,05-0,65, бор - 0,03-0,05, цирконий - 0,03-0,05. Размещают реакционную смесь в тугоплавкую форму, размещают форму в центрифуге, воспламеняют и проводят синтез при центробежном ускорении 200-300g. Обеспечивается получение сплава с малым удельным весом по одностадийной технологии с малыми энергозатратами и высоким выходом целевого продукта. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения жаропрочных сплавов (ЖС), которые могут быть использованы в области авиационного двигателестроения для получения лопаток и защитных покрытий на бандажных полках лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ).
Известен способ, по которому получают композиционный материал, который состоит из 2-2,8 об. % упрочняющей фазы Y2 O3 и матрицы, содержащей, мас.%: алюминий 26,8-29,2; кобальт 8,5-12,2; ниобий 2,2-3,6; хром 2,0-3,9; никель 53,5-58,2. Способ включает смешивание порошка сплава матрицы и упрочняющей фазы с одновременным измельчением порошка сплава до размера менее 10 мкм. Смесь экструдируют в капсуле при температуре 1100-1200°C с коэффициентом вытяжки более 15 и отжигают при температуре выше 0,8 Тпл сплава матрицы с градиентом температуры по длине экструдированной заготовки. (RU 2371496 C1, C22C 1/05, C22C 19/03, 27.10.2009 г.).
Недостатком известного способа является сложность технологии, использование высокотемпературного оборудования и большой расход электроэнергии.
Известен способ, в котором получают сплав на основе интерметаллида NiAl, который содержит, мас.%: алюминий 24-30, кобальт 8,0-18,0, ниобий 3-5, никель - остальное. Порошок сплава с размером частиц менее 10 мкм помещают в стальные капсулы и экструдируют с температурой подогрева от 1000 до 1200°С и коэффициентом вытяжки не менее 15. Далее удаляют материал капсулы с экструдированного полуфабриката, осуществляют механическую обработку полуфабриката для получения заготовки детали и термическую обработку заготовки при температуре от 1450 до 1550°C. (RU №2368682 C1, C22C 1/04, C22C 19/03, 27.09.2009 г.).
Недостатком известного способа является многостадийность процесса, использование высокотемпературного нагрева, использование в качестве исходного сырья металлов, что приводит к удорожанию продукта синтеза.
Наиболее близким аналогом к заявляемому является способ получения литого сплава в режиме горения, который включает приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксид молибдена, алюминий, углерод, оксид хрома III, оксид ниобия, оксид вольфрама и оксид кобальта, помещение реакционной смеси в тугоплавкую форму с размещенным между исходной смесью и стенкой формы функциональным слоем из оксида алюминия толщиной 5-10 мм, размещение формы на центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при центробежном ускорении 30-50g с последующим отделением литого сплава на основе кобальта от продукта синтеза, при этом исходную смесь готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид молибдена 1,1-1,8, алюминий 20,0-23,5, углерод 2,2-2,8, оксид хрома III 15,0-19,0, оксид ниобия 13,0-16,0, оксид вольфрама 1,0-2,8, оксид кобальта 35,0-45,0.
Недостатком этого способа является то, что он не позволяет получать жаропрочные сплавы на основе интерметаллидов алюминия с удельным весом 6,5 г/см3 для получения износостойких покрытий на лопатках газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ). Этот способ предназначен для получения «тяжелых» сплавов (p<8,0 г/см3).
Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка высокопроизводительной одностадийной технологии с малыми энергозатратами и высоким выходом целевого продукта, которая позволяет получать жаропрочные сплавы на основе алюминидов никеля с малым удельным весом (ρ<6,5 г/см3).
Технический результат достигается тем, что способ получения жаропрочных сплавов включает приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксиды кобальта, хрома, молибдена, а также алюминий и углерод, помещение реакционной смеси в тугоплавкую форму, размещение формы в центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при установившемся центробежном ускорении, при этом в реакционную смесь дополнительно вводят оксиды никеля и титана, а также бор и цирконий при следующим соотношении компонентов, мас.%: оксид никеля - 40,0-43,7, алюминий - 34,1-37,2, оксид хрома - 2,9-4,3, оксид кобальта - 12,0-13,2, оксид титана - 1,3-2,4, оксид молибдена - 3,1-3,9, углерод - 0,05-0,65, бор - 0,03-0,05, цирконий - 0,03-0,05, а синтез проводят при центробежном ускорении 200-300g. Кроме того, в смесь исходных компонентов могут быть введены функциональные добавки Al2O3, CaF2 и Na3AlF6, с суммарным содержанием до 20 мас.%.
Техническая задача, решается за счет выбора состава исходной смеси, включающей высокое содержание Al и оксида никеля, высокой перегрузки (200-300g), позволяющих получить жаропрочный сплавы на основе алюминида никеля с удельным весом менее 6,5 г/см3 и удельными характеристиками жаропрочности, превышающими характеристики промышленных сплавов. Высокое содержание никеля и алюминия позволяет сформировать в продуктах синтеза (ЖС) дисперсно-упрочняющую фазу NiAl, определяющую высокую жаройстойкость синтезированного ЖС. Введение в исходную смесь бора, циркония, оксида титана, а также наличие в смеси оксидов кобальта, хрома и молибдена позволяет сформировать пластичную матрицу, в которой распределена дисперсно-упрочняющая фаза. Вне заявленных пределов по составу и величине перегрузки формируется ЖС с низкими характеристиками по жаропрочности и весу целевого продукта.
Высокая перегрузка и функциональные добавки (ФД) - Al2O3, CaF2 и Na3AlF6, до 20%, уменьшающие вязкость расплава продуктов горения, позволяют осуществить высокий выход целевого продукта в слиток. Сущность способа подтверждается примерами.
Пример 1.
Готовят реакционную смесь исходных компонентов при следующем соотношении, мас.%: оксид никеля - 40,00, алюминий - 36,90, оксид хрома - 4,30, оксид кобальта - 12,67, оксид титана - 2,09, оксид молибдена - 3,90, углерод - 0,06, бор - 0,03, цирконий - 0,05 помещают смесь в тугоплавкую форму, размещают форму в центрифуге, воспламеняют смесь и проводят синтез в режиме горения при центробежном ускорении, равном 200g.
После завершения процесса горения, продукт синтеза охлаждают и извлекают из реактора. Продукт горения представляет собой двухслойный слиток: верхний слой - оксидный раствор на основе корунда, нижний слой - (целевой продукт) представляет собой жаропрочный сплав. Выход целевого продукта (жаропрочного сплава) составляет - 56 вес.% от веса целевых компонентов в исходной смеси (максимальный теоретически рассчитанный выход составляет 59 вес.%). Жаропрочный сплав содержит в своем составе, (вес.%): никель - 50,80, алюминий - 23,10, хром - 4,20, кобальт - 15,80, титан - 1,50, молибден - 4,50, углерод - 0,09, бор - 0,04, цирконий - 0,04. Плотность полученного жаропрочного сплава составляет 6,3 г/см3.
Пример 2.
Готовят реакционную смесь исходных компонентов при следующем соотношении, мас.%: оксид никеля - 33,82, алюминий - 29,76, оксид хрома - 2,32, оксид кобальта - 9,60, оксид титана - 1,91, оксид молибдена - 2,48, углерод - 0,05, бор - 0,03, цирконий - 0,03 и функциональные добавки Al2O3, CaF2 и Na3AlF6, с суммарным содержанием 20,00%, помещают в тугоплавкую форму, размещают форму в центрифуге, воспламеняют смесь и проводят синтез в режиме горения при центробежном ускорении, равном 250g.
После завершения процесса горения продукт синтеза охлаждают и извлекают из реактора. Продукт горения представляет собой двухслойный слиток: верхний слой - оксидный раствор на основе корунда, нижний слой (целевой продукт) представляет собой жаропрочный сплав. Выход целевого продукта (жаропрочного сплава) составляет 58,4 вес.% от веса целевых компонентов в исходной смеси.
Жаропрочный сплав содержит в своем составе, (вес.%): никель - 52,00, алюминий - 22,40, хром - 4,00, кобальт - 16,00, титан - 1,4, молибден - 4,00, углерод - 0,1, бор - 0,05, цирконий - 0,05. Плотность полученного жаропрочного сплава составляет 6,4 г/см3.
Все примеры сведены в таблицу 1.
Таблица 1 | |||||||||||
№ Примера | Состав реакционной смеси компонентов, мас.% | Величина перегрузки, g | |||||||||
оксид Ni | Al | оксид Cr | оксид Co | оксид Ti | оксид Mo | C | B | Zr | ФД | ||
1 | 40,00 | 36,90 | 4,30 | 12,67 | 2,09 | 3,90 | 0,06 | 0,03 | 0,05 | - | 200 |
2 | 33,82 | 29,76 | 2,32 | 9,60 | 1,91 | 2,48 | 0,05 | 0,03 | 0,03 | 20 | 250 |
3 | 35,93 | 31,62 | 2,46 | 10,20 | 2,04 | 2,64 | 0,05 | 0,03 | 0,03 | 15 | 250 |
4 | 38,04 | 33,48 | 2,60 | 10,80 | 2,16 | 2,79 | 0,05 | 0,04 | 0,04 | 10 | 250 |
5 | 42,27 | 37,20 | 2,90 | 12,00 | 2,40 | 3,10 | 0,05 | 0,04 | 0,04 | - | 250 |
6 | 43,70 | 34,10 | 3,37 | 13,20 | 1,30 | 3,60 | 0,65 | 0,05 | 0,03 | - | 300 |
Состав и свойства целевого материала по примерам представлены в таблице 2.
Таблица 2 | |||||||||||
№ примера | Состав ЖС, мас.% | Выход в слиток, вес.% | Плотность, г/см3 | ||||||||
Ni | Cr | Co | Ti | Mo | Al | C | B | Zr | |||
1 | 50,8 | 4,20 | 15,80 | 1,5 | 4,50 | 23,10 | 0,09 | 0,04 | 0,04 | 56,00 | 6,30 |
2 | 52,00 | 4,00 | 16,00 | 1,4 | 4,00 | 22,40 | 0,10 | 0,05 | 0,05 | 58,40 | 6,40 |
3 | 52,00 | 4,00 | 16,00 | 1,4 | 4,00 | 22,40 | 0,10 | 0,05 | 0,05 | 59,40 | 6,40 |
4 | 52,00 | 4,00 | 16,00 | 1,4 | 4,00 | 22,40 | 0,10 | 0,05 | 0,05 | 58,60 | 6,40 |
5 | 52,00 | 4,00 | 16,00 | 1,4 | 4,00 | 22,40 | 0,10 | 0,05 | 0,05 | 56,40 | 6,40 |
6 | 52,5 | 3,80 | 16,30 | 1,2 | 3,90 | 22,00 | 0,15 | 0,06 | 0,06 | 55,50 | 6,20 |
Таким образом, заявляемый способ получения жаропрочных сплавов позволяет получать жаропрочные сплавы на основе интерметаллида NiAl, обладающие малым удельным весом, которые используются в авиационной промышленности для изготовления наиболее нагруженных деталей машин и механизмов, например лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ), обладает высокой производительностью и малой энегоемкостью, экологически чист, т.к. в продуктах синтеза отсутствуют газообразные продукты, загрязняющие атмосферу, технологичен, т.к. графитовая форма используется многократно.
Claims (2)
1. Способ получения жаропрочного сплава, включающий приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксиды кобальта, хрома и молибдена, алюминий и углерод, помещение реакционной смеси в тугоплавкую форму, размещение формы в центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при установившемся центробежном ускорении, отличающийся тем, что в реакционную смесь дополнительно вводят оксиды никеля и титана, бор и цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
оксид никеля 40,0-43,7
алюминий 34,1-37,2
оксид хрома 2,9-4,3
оксид кобальта 12,0-13,2
оксид титана 1,3-2,4
оксид молибдена 3,1-3,9
углерод 0,05-0,65
бор 0,03-0,05
цирконий 0,03-0,05,
а синтез проводят при центробежном ускорении 200-300g.
а синтез проводят при центробежном ускорении 200-300g.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в смесь исходных компонентов дополнительно вводят функциональные добавки Al2O3, CaF2 и Na3AlF6 с суммарным содержанием до 20 мас.%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013135315/02A RU2534325C1 (ru) | 2013-07-29 | 2013-07-29 | Способ получения жаропрочных сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013135315/02A RU2534325C1 (ru) | 2013-07-29 | 2013-07-29 | Способ получения жаропрочных сплавов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2534325C1 true RU2534325C1 (ru) | 2014-11-27 |
Family
ID=53383013
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013135315/02A RU2534325C1 (ru) | 2013-07-29 | 2013-07-29 | Способ получения жаропрочных сплавов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2534325C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2607857C1 (ru) * | 2015-07-23 | 2017-01-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля |
RU2644702C1 (ru) * | 2017-04-25 | 2018-02-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля |
EA031920B1 (ru) * | 2017-06-07 | 2019-03-29 | Белорусский Национальный Технический Университет | Способ нанесения износостойкого покрытия |
RU2776265C1 (ru) * | 2021-04-20 | 2022-07-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук | Способ получения жаропрочных сплавов на основе молибдена |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6258719B1 (en) * | 1998-07-01 | 2001-07-10 | Honeywell International Inc. | Intermetallic aluminides and silicides articles, such as sputtering targets, and methods of making same |
RU2270877C1 (ru) * | 2004-09-01 | 2006-02-27 | Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской Академии наук | Способ получения литого сплава в режиме горения |
RU2354501C1 (ru) * | 2007-09-21 | 2009-05-10 | Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН | Способ получения порошковых материалов на основе алюминида никеля или алюминида титана |
RU2368682C1 (ru) * | 2008-04-08 | 2009-09-27 | Федеральное унитарное государственное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии имени И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") | ЖАРОПРОЧНЫЙ ПОРОШКОВЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА NiAl И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ |
-
2013
- 2013-07-29 RU RU2013135315/02A patent/RU2534325C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6258719B1 (en) * | 1998-07-01 | 2001-07-10 | Honeywell International Inc. | Intermetallic aluminides and silicides articles, such as sputtering targets, and methods of making same |
RU2270877C1 (ru) * | 2004-09-01 | 2006-02-27 | Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской Академии наук | Способ получения литого сплава в режиме горения |
RU2354501C1 (ru) * | 2007-09-21 | 2009-05-10 | Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН | Способ получения порошковых материалов на основе алюминида никеля или алюминида титана |
RU2368682C1 (ru) * | 2008-04-08 | 2009-09-27 | Федеральное унитарное государственное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии имени И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") | ЖАРОПРОЧНЫЙ ПОРОШКОВЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА NiAl И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2607857C1 (ru) * | 2015-07-23 | 2017-01-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля |
WO2017014675A1 (en) * | 2015-07-23 | 2017-01-26 | National University Of Science And Technology "Misis" | A method for obtaining electrodes from alloys based on nickel aluminide |
CN107848034A (zh) * | 2015-07-23 | 2018-03-27 | 俄罗斯国立科技大学莫斯科钢铁合金研究所 | 由基于镍铝化合物的合金制备电极的方法 |
CN107848034B (zh) * | 2015-07-23 | 2019-11-15 | 俄罗斯国立科技大学莫斯科钢铁合金研究所 | 由基于镍铝化合物的合金制备电极的方法 |
EA035488B1 (ru) * | 2015-07-23 | 2020-06-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля |
RU2644702C1 (ru) * | 2017-04-25 | 2018-02-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля |
EA031920B1 (ru) * | 2017-06-07 | 2019-03-29 | Белорусский Национальный Технический Университет | Способ нанесения износостойкого покрытия |
RU2776265C1 (ru) * | 2021-04-20 | 2022-07-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук | Способ получения жаропрочных сплавов на основе молибдена |
RU2813343C1 (ru) * | 2023-10-23 | 2024-02-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук | Способ получения жаропрочных сплавов на основе кобальта |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bewlay et al. | The science, technology, and implementation of TiAl alloys in commercial aircraft engines | |
US3890816A (en) | Elimination of carbide segregation to prior particle boundaries | |
CN106119608B (zh) | 制品和形成制品的方法 | |
US9039960B2 (en) | Methods for processing nanostructured ferritic alloys, and articles produced thereby | |
CN112921206B (zh) | 增材制造用高γ′含量镍基高温合金粉末、其使用方法、镍基高温合金构件 | |
KR20180040513A (ko) | 적층조형용 Ni계 초합금분말 | |
US6551372B1 (en) | High performance wrought powder metal articles and method of manufacture | |
JP7450639B2 (ja) | 低積層欠陥エネルギー超合金、構造部材及びその使用 | |
RU2623540C1 (ru) | Гранулируемый высокожаропрочный никелевый сплав и изделие, изготовленное из него | |
JP6476704B2 (ja) | ニッケル基鋳造合金及び熱間鍛造金型 | |
CN103555961A (zh) | 一种制备大尺寸钛铝合金铸锭的熔炼方法 | |
RU2534325C1 (ru) | Способ получения жаропрочных сплавов | |
JP2019044209A (ja) | 積層造形用Ni基超合金粉末 | |
JPWO2011122342A1 (ja) | Ni基合金、並びにそれを用いたガスタービン動翼及び静翼 | |
EP2520678B1 (en) | Nickel-base alloy | |
RU2365657C1 (ru) | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава | |
CN107475566A (zh) | 一种高温钛合金及其制备方法 | |
US20130142661A1 (en) | Nickel-based alloy | |
CN108330336A (zh) | 一种高抗氧化性能镧系镍基高温合金及其制备方法和应用 | |
JP2016069702A (ja) | ニッケル基鋳造合金の製造方法 | |
CN101429607B (zh) | 特种颗粒增强高温合金及其制备方法 | |
CN101429609B (zh) | 一种高温合金及其制备方法 | |
JP6213185B2 (ja) | ニッケル基合金 | |
RU2434067C1 (ru) | СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al | |
RU2813343C1 (ru) | Способ получения жаропрочных сплавов на основе кобальта |