RU2570130C1 - Жаропрочный сплав на основе никеля для литья лопаток газотурбинных установок - Google Patents
Жаропрочный сплав на основе никеля для литья лопаток газотурбинных установок Download PDFInfo
- Publication number
- RU2570130C1 RU2570130C1 RU2014123650/02A RU2014123650A RU2570130C1 RU 2570130 C1 RU2570130 C1 RU 2570130C1 RU 2014123650/02 A RU2014123650/02 A RU 2014123650/02A RU 2014123650 A RU2014123650 A RU 2014123650A RU 2570130 C1 RU2570130 C1 RU 2570130C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nickel
- blades
- casting
- heat
- ppm
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к металлургии, в частности к жаропрочным сплавам для деталей горячего тракта газотурбинных установок, работающих в агрессивных средах при температурах 750-900°С. Жаропрочный сплав на основе никеля для литья рабочих лопаток газотурбинных установок содержит, мас.%: углерод 0,02-0,13; хром 15,6-16,2; кобальт 8,2-8,8; вольфрам 2,4-2,8; молибден 1,5-2,0; алюминий 3,3-3,7; титан 3,3-3,7; ниобий 0,6-1,1; бор 0,005-0,015; тантал 1,5-2,0; гафний 0,00-0,2; цирконий 0,03-0,08; кальций 0,00-0,02; марганец ≤0,02; медь 0,00-0,05; сера ≤0,005; фосфор ≤0,005; азот 10-20 ppm; кислород 10-15 ppm, по меньшей мере, два элемента, выбранных из группы: кремний ≤0,25; магний 0,00-0,02; железо ≤0,2; никель остальное. Сплав характеризуется высокими характеристиками длительной прочности в сочетании с высоким сопротивлением окислению и коррозионным воздействиям, а также повышенной структурной однородностью. 2 табл.
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к составам жаропрочных сплавов на основе никеля для изготовления литьем лопаток с монокристаллической или равноосной структурами, работающих в агрессивных средах горячего тракта газотурбинных установок (ГТУ) при температурах 750-900°С.
Технологический процесс изготовления литьем рабочих лопаток горячего тракта ГТУ включает подготовку навески шихтовых материалов по требованиям химического состава, получение расплава навески, рафинирование и раскисление расплава, слив расплава с получением отвержденной заготовки, ее механообработку для удаления внешних дефектов и продуктов взаимодействия расплава с материалом тигля, контроль (качественный и количественный) химического состава заготовки, оценку расчетными методами служебных характеристик лопаток из полученной заготовки, расплавление шихтовой заготовки и литье рабочих лопаток, в частности лопаток с монокристаллической или равноосной структурой. При этом заготовка является продуктом, который его производитель поставляет потребителю для изготовления лопаток ГТУ.
Отдельные служебные характеристики рабочей лопатки по результатам (качественного и количественного) анализа состава ее заготовки, в том числе структурная стабильность на ресурс (исключение образования охрупчивающих фаз), склонность к выделению в литом состоянии неравновесных эвтектических фаз, на месте которых при термообработке литых лопаток образуются поры и трещины, характеристики длительной прочности, критические точки металла лопатки и другие физико-механические свойства лопатки могут быть оценены по известной методике ФАКОМП и другим по известным методикам.
(H. Harada и др. Сб. Superalloys, 1988; p.p. 733-742; H. Harada и др.. Сб. Superalloys, 2000; p.p. 729-736; H. Harada, Сб. Alloys Design for Nickel-base Superalloys, 1982, p.p. 721-735)
Известен состав жаропрочного сплава на основе никеля для литья изделий, преимущественно лопаток газотурбинных двигателей. Сплав содержит углерод, никель, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, титан, магний или кальций, редкоземельные металлы церий и иттрий, серу, азот и кислород.
(RU 2392338, С22С 1/02, опубликовано 20.06.2010, пример 2)
Известен жаропрочный сплав на основе никеля для литья лопаток газотурбинных двигателей, содержащий углерод, никель, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, рений, тантал, церий, иттрий, лантан, серу, азот, кислород.
(RU 2190680, С22С 1/02, С21С 5/52, С22В 7/00, опубликовано 10.10.2002, пример 1)
Наиболее близким по технической сущности является полученный вакуумной выплавкой жаропрочный сплав на основе никеля для литья лопаток с направленной и монокристаллической структурой, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, бор, тантал, гафний и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,005-0,12; хром 13,5-14,5; кобальт 8,0-12,0; вольфрам 3,0-5,0; молибден 1,5-2,5; алюминий 3,5-4,8; титан 3,4-4,3; ниобий 0,4-1,4; тантал 0,2 -1,0; гафний 0,1-0,4; бор 0,001-0,02; иттрий 0,005-0,05; никель остальное.
(RU 2131944, С22С 19/05, опубликовано 20.06.1999)
Однако при изготовлении литьем лопаток с монокристаллической структурой с использованием сплава известного состава даже незначительное отклонение от условий направленного теплоотвода отверждения расплава, например в областях перехода от пера профиля лопатки к полке, приводит к образованию паразитных зерен, нарушающих структурную однородность изделия. Кроме того, лопатки из шихтовой заготовки известного состава при высоких показателях жаропрочности имеют пониженную коррозионную стойкость и структурную стабильность. В процессе наработки в металле лопатки прогнозируется выпадение до 9% охрупчивающей σ-фазы и количество неравновесной эвтектической фазы до 10%, что чревато повышенной пористостью.
Задачей изобретения и его техническим результатом изобретения является обеспечение повышенной длительной прочности металла лопаток, полученных литьем с использованием предлагаемого сплава, в сочетании с высоким сопротивлением окислению и коррозионным воздействиям, а также повышение структурной стабильности на ресурс и уменьшение склонности к образованию посторонних паразитных зерен, нарушающих монокристаллическую структуру металла.
Технический результат достигается тем, что сплав на основе никеля для литья рабочих лопаток газотурбинных установок содержит углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, титан, ниобий, бор, тантал, гафний, цирконий, кальций, марганец, медь, серу, фосфор, азот, кислород и никель, а также, по меньшей мере, два элемента, выбранные из группы: кремний, магний и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,02-0,13; хром 15,6-16,2; кобальт 8,2-8,8; вольфрам 2,4-2,8; молибден 1,5-2,0; алюминий 3,3-3,7; титан 3,3-3,7; ниобий 0,6-1,1; бор 0,005-0,015; тантал 1,5-2,0; гафний 0,00-0,2; цирконий 0,03-0,08; кальций 0,00-0,02; марганец ≤0,02; медь 0,00-0,05; сера ≤0,005; фосфор ≤0,005; азот 10-20 ppm; кислород 10-15 ppm, по меньшей мере, два элемента, выбранных из группы: кремний ≤0,25; магний 0,00-0,02; железо ≤0,2; никель остальное.
Ограничение содержания кислорода, азота, меди, серы и фосфора, введение кальция и марганца в сочетании с наличием, по меньшей мере, двух дополнительных компонентов, выбранных из группы: кремний, магний и железо, повышает пластичность металла лопатки, его структурную однородность и коррозионную стойкость границ зерен.
Введение циркония совместно с присутствием в составе тантала, ниобия и гафния обеспечивает стабилизацию карбидов, достаточную пластичность литого металла на длительный ресурс и подавляет образование цепочек посторонних паразитных зерен в монокристаллической структуре металла лопатки. Минимальные концентрации гафния, кальция, меди и магния 0,00 мас.% не означают отсутствие указанных компонентов в сплаве, а невозможность их четкой идентификации с использованием принятых методов анализа (менее предела чувствительности метода определения концентрации компонента 0,00005 мас.%). При этом заявленные соотношения компонентов в сплаве обеспечивают образование упрочняющей фазы на уровне 44,7-46,2 ат.% и повышенную жаропрочность металла лопаток; исключают появление в процессе наработки охрупчивающих фаз и ограничивают выделение неравновесной эвтектической фазы. Лопатки, выплавленные из сплава по изобретению, имеют пониженный объем усадочной пористости и повышенную устойчивость к образованию трещин.
Достижение технического результата можно проиллюстрировать данными из таблиц 1 и 2. Данные приведены для сплава лопаток с монокристаллической структурой.
Изготовление сплава, предназначенного для литья лопаток и других изделий с монокристаллической структурой, включает подготовку навески шихтовых материалов по требованиям химического состава, получение расплава, рафинирование и раскисление расплава, слив расплава и его отверждение. После этого полученную заготовку механически обрабатывают для удаления внешних дефектов и продуктов взаимодействия расплава с материалом тигля, проводят контроль (качественный и количественный) химического состава и оценивают расчетными методами служебные характеристики лопаток из полученного сплава.
Из представленных данных следует, что все варианты осуществления изобретения превосходят известные варианты по комплексу служебных характеристик, в том числе по коррозионной стойкости на 30-50% и жаропрочности при температурах 800-850°С, а также отличаются повышенной структурной стабильностью на ресурс.
Более низкие значения показателей Mdy и Nv лопаток, полученных с использованием сплава согласно изобретению, по сравнению с критическими величинами Mdy≤0,928 и Nv≤2,36 свидетельствуют о том, что металл лопатки обладает повышенной структурной стабильностью на ресурс и исключено появление охрупчивающих фаз в процессе наработки.
Кроме того, сплав согласно изобретению может быть использован для литья лопаток ГТУ с равноосной структурой. При этом служебные характеристики прочности лопаток будут ниже на 10-15%.
Claims (1)
- Жаропрочный сплав на основе никеля для литья рабочих лопаток газотурбинных установок, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, титан, ниобий, бор, тантал, гафний и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий, кальций, марганец, медь, серу, фосфор, азот, кислород и, по меньшей мере, два элемента, выбранные из группы: кремний, магний и железо, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 0,02-0,13 хром 15,6-16,2 кобальт 8,2-8,8 вольфрам 2,4-2,8 молибден 1,5-2,0 алюминий 3,3-3,7 титан 3,3-3,7 ниобий 0,6-1,1 бор 0,005-0,015 тантал 1,5-2,0 гафний 0,00-0,2 цирконий 0,03-0,08 кальций 0,00-0,02 марганец ≤0,02 медь 0,00-0,05 сера ≤ 0,005 фосфор ≤ 0,005 азот 10-20 ppm кислород 10-15 ppm по меньшей мере, два элемента, выбранных из группы: кремний ≤ 0,25 магний 0,00-0,02 железо ≤ 0,2 никель остальное.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014123650/02A RU2570130C1 (ru) | 2014-06-11 | 2014-06-11 | Жаропрочный сплав на основе никеля для литья лопаток газотурбинных установок |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014123650/02A RU2570130C1 (ru) | 2014-06-11 | 2014-06-11 | Жаропрочный сплав на основе никеля для литья лопаток газотурбинных установок |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2570130C1 true RU2570130C1 (ru) | 2015-12-10 |
Family
ID=54846455
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014123650/02A RU2570130C1 (ru) | 2014-06-11 | 2014-06-11 | Жаропрочный сплав на основе никеля для литья лопаток газотурбинных установок |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2570130C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2131944C1 (ru) * | 1998-08-10 | 1999-06-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Жаропрочный сплав на основе никеля |
EP1041261A1 (en) * | 1997-12-15 | 2000-10-04 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine for power generation, and combined power generation system |
US20030005981A1 (en) * | 2000-11-16 | 2003-01-09 | Kazuhiro Ogawa | Ni-base heat resistant alloy and welded joint thereof |
RU2377336C2 (ru) * | 2004-09-03 | 2009-12-27 | Хэйнес Интернэшнл, Инк. | Сплав для газотурбинных двигателей |
RU2439185C1 (ru) * | 2010-12-21 | 2012-01-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля |
-
2014
- 2014-06-11 RU RU2014123650/02A patent/RU2570130C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1041261A1 (en) * | 1997-12-15 | 2000-10-04 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine for power generation, and combined power generation system |
RU2131944C1 (ru) * | 1998-08-10 | 1999-06-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Жаропрочный сплав на основе никеля |
US20030005981A1 (en) * | 2000-11-16 | 2003-01-09 | Kazuhiro Ogawa | Ni-base heat resistant alloy and welded joint thereof |
RU2377336C2 (ru) * | 2004-09-03 | 2009-12-27 | Хэйнес Интернэшнл, Инк. | Сплав для газотурбинных двигателей |
RU2439185C1 (ru) * | 2010-12-21 | 2012-01-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6514441B2 (ja) | 鉄を含む鋳造ニッケル基超合金 | |
EP2128283B1 (en) | Nickel-base casting superalloy and cast component for steam turbine using the same | |
CA2841329A1 (en) | Hot-forgeable ni-based superalloy excellent in high temperature strength | |
CA2586974C (en) | Nickel-base superalloy | |
JP2014156660A (ja) | ニッケル超合金およびニッケル超合金から製造された部品 | |
Liao et al. | Influence of microstructure and its evolution on the mechanical behavior of modified MAR-M247 fine-grain superalloys at 871° C | |
JP5981250B2 (ja) | 鋳造用Ni基合金、鋳造用Ni基合金の製造方法およびタービン鋳造部品 | |
JP6970438B2 (ja) | Ni基超合金 | |
JP2015529743A (ja) | ニッケル基超合金、ニッケル基超合金の方法、およびニッケル基超合金から形成された構成要素 | |
EP2913416A1 (en) | Article and method for forming an article | |
JP2011219787A (ja) | 蒸気タービンの鋳造部品用Ni基合金および蒸気タービンの鋳造部品 | |
RU2570130C1 (ru) | Жаропрочный сплав на основе никеля для литья лопаток газотурбинных установок | |
RU2439185C1 (ru) | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля | |
RU2562202C1 (ru) | Состав шихтовой заготовки жаропрочного сплава на основе никеля с равноосной структурой для литья рабочих лопаток газотурбинных установок | |
US8241560B2 (en) | Nickel base superalloy and single crystal castings | |
RU2678353C1 (ru) | Жаропрочный коррозионно-стойкий сплав на основе никеля для литья крупногабаритных рабочих и сопловых лопаток газотурбинных установок | |
RU2672463C1 (ru) | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него | |
RU2576290C1 (ru) | Жаропрочный сплав на основе никеля для литья сопловых лопаток с равноосной структурой газотурбинных установок | |
RU2610577C1 (ru) | ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО | |
TW201522656A (zh) | 高應力等軸晶鎳基合金 | |
EP2913417B1 (en) | Article and method for forming article | |
RU2678352C1 (ru) | Жаропрочный сплав на основе никеля для литья рабочих лопаток газотурбинных установок | |
RU2557117C1 (ru) | Композиционный материал на основе ниобия, упрочненный силицидами ниобия, и изделие, выполненное из него | |
RU2633679C1 (ru) | Литейный жаропрочный сплав на никелевой основе и изделие, выполненное из него | |
JP2014058702A (ja) | 鋳造用Ni基合金およびタービン鋳造部品 |