RU2600785C1 - Припой на основе титана для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия - Google Patents
Припой на основе титана для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2600785C1 RU2600785C1 RU2015132624/02A RU2015132624A RU2600785C1 RU 2600785 C1 RU2600785 C1 RU 2600785C1 RU 2015132624/02 A RU2015132624/02 A RU 2015132624/02A RU 2015132624 A RU2015132624 A RU 2015132624A RU 2600785 C1 RU2600785 C1 RU 2600785C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- solder
- niobium
- temperature
- intermetallide
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/32—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at more than 1550 degrees C
- B23K35/325—Ti as the principal constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C14/00—Alloys based on titanium
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокотемпературным припоям на основе титана, которое может найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта газотурбинных двигателей. Припой на основе титана для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия с температурой плавления не ниже 1350°С содержит, мас.%: алюминий 18,0-25,0, молибден 1,0-10,0, кремний 3,0-6,0, хром 10,0-15,0, гафний 1,0-5,0, титан - остальное. Припой обеспечивает привес при температуре 1350°С не выше, чем у сплава на основе интерметаллида ниобия, и величину эрозионной активности по отношению сплаву на основе интерметаллида ниобия не более 50 мкм при температуре 1500°С. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к высокотемпературным припоям на основе титана, которое может найти применение при изготовлении паяных деталей горячего тракта газотурбинных двигателей (ГТД).
Создание «чистого» газотурбинного двигателя (ГТД) с малым уровнем эмиссии оксидов азота и углерода, а также низким удельным расходом топлива является чрезвычайно важной экологической задачей. Для решения данной задачи необходимо повышение температуры газа в ГТД и соответственно применение материалов с повышенной рабочей температурой. Современные никелевые жаропрочные сплавы (НЖС) для литья монокристаллических лопаток ГТД достигли предельных рабочих температур 1100-1150°С, что составляет 80-85% от их температуры плавления. Поэтому был разработан новый жаропрочный сплав на основе интерметаллида ниобия с естественно композиционной структурой. Его рабочая температура может достигать 1350°С, что существенно может поднять КПД двигателя в целом. Однако для его широкого применения необходима разработка припоя для пайки бондажных полок неохлаждаемых лопаток и пайки заглушек знаковых отверстий рабочих лопаток с внутренней системой охлаждения. Также перспективно применение технологии высокотемпературной пайки для устранения некоторых литейных дефектов отливок лопаток и пайки износостойких материалов на торцы рабочих лопаток. При этом припой должен обеспечивать стойкость к окислению при температуре 1350°С, сопоставимую со стойкостью к окислению сплава, и иметь температуру полного расплавления не выше 1500°С для исключения оплавления микроструктуры сплава при пайке. Припои на основе ниобия имеют температуру плавления выше 1600°С, что делает невозможным их применения для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия. Использование никелевых припоев для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия также не представляется возможным из-за значительного эрозионного повреждения сплава при пайке. Применение бинарных припоев типа Pd-Ni также не перспективно, т.к. припои данного класса не могут обеспечить достаточный уровень стойкости к окислению. Наиболее перспективны для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия припои на основе интерметаллидов титана ввиду металлургической совместимости основы припоя и сплава. Припой на основе интерметаллидов титана также может найти свое применение при пайке высокожаропрочных интерметаллидных титановых сплавов и тугоплавких сплавов на основе таких металлов как Mo, W, Та.
Известен припой на основе титана (патент РФ 2235008, опубл. 27.08.2004), имеющий следующий химический состав в мас.%:
Цирконий | 19,0-26,0 |
Никель | 11,0-18,0 |
Медь | 13,0-20,0 |
Гафний | 0,1-0,3 |
Титан | Остальное |
Недостатком этого припоя являются низкая температура плавления (820-840°С), что делает невозможным его работоспособность при температуре 1350°С.
Известен сплав на основе интерметаллида титана (Патент РФ 2405849, опубл. 10.12.2010), имеющий следующий химический состав в мас.%:
Алюминий | 10,5-12,5 |
Ниобий | 38,0-42,0 |
Цирконий | 1,5-2,5 |
Молибден | 0,3-0,6 |
Вольфрам | 0,5-1,0 |
Кремний | 0,1-0,25 |
Углерод | 0,03-0,08 |
Тантал | 0,7-1,5 |
Титан | Остальное |
Недостатком этого сплава являются невысокая стойкость к окислению при температурах свыше 700°С.
Известен сплав на основе интерметаллида титана (патент РФ 2396366, опубл. 10.08.2010), имеющий следующий химический состав в мас.%:
Алюминий | 5,0-7,5 |
Цирконий | 3,0-5,0 |
Вольфрам | 5,0-7,5 |
Гафний | 0,005-0,2 |
Титан | Остальное |
Недостатком этого припоя являются невысокая стойкость к окислению при температурах свыше 780°С.
Известен припой на основе титана для пайки сплава на основе ниобия с температурой плавления не ниже 1350°С, содержащий алюминий, хром, титан, тантал, ниобий, гафний бор и кремний (ЕР 2343150 А2, В23K 35/28, опубл. 13.07.2011).
Недостатками данного припоя являются невозможность формирования качественного паяного соединения с малой величиной сборочных зазоров (менее 100 мкм) и невысокая жаропрочность паяных соединений, полученных при температуре пайки ниже 1500°С. В качестве легкоплавкой композиции с температурой плавления ниже 1500°С предлагается применение композиций, представляющие собой бинарные сплавы Ti-Si, Si-Cr, Ti-Cr, Hf-Cr соответственно (примеры №№12, 13, 14, 16).
Данные композиции не могут обеспечить высоких значений жаропрочности и жаростойкости паяных соединений вблизи выходной галтели.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип (патент РФ №2517096, опубл. 17.05.2013 г.), является припой на основе титана-циркония следующего состава, в мас.%:
Алюминий | 0,5-1,5 |
Цирконий | 45,0-50,0 |
Бериллий | 2,5-4,5 |
Титан | Остальное |
Недостатком припоя, известного из прототипа, является его невысокий уровень жаростойкости, низкая температура плавления и высокая эрозионная активность по отношению к сплаву на основе интерметаллида ниобия.
Техническая задача заявленного изобретения состояла в повышении стойкости к окислению припоя при температуре 1350°С, обеспечении температуры полного расплавления не ниже 1350°С и обеспечении величины эрозионной активности по отношению сплаву на основе интерметаллида ниобия не более 50 мкм.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка состава припоя для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия с температурой плавления не ниже 1350°С, обеспечивающего привес при температуре 1350°С, не выше чем у сплава на основе интерметаллида ниобия и величину эрозионной активности по отношению сплаву на основе интерметаллида ниобия не более 50 мкм при температуре 1500°С.
Поставленный технический результат достигается тем, что предложен припой на основе титана для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия с температурой плавления не ниже 1350°С, содержащий алюминий, гафний, молибден, кремний и хром, при следующем соотношении компонентов в мас.%:
Алюминий | 18,0-25,0 |
Молибден | 1,0-10,0 |
Кремний | 3,0-6,0 |
Хром | 10,0-15,0 |
Гафний | 1,0-5,0 |
Титан | Остальное |
Предпочтительно, содержание алюминия составляет от 35 до 45% от содержания титана.
Предпочтительно, содержание хрома составляет от 20 до 28% от содержания титана.
Предпочтительно, содержание кремния составляет от 8,0 до 9,5% от содержания титана.
Дополнительно припой может содержать бор в количестве 0,1-3%.
Увеличение содержания алюминия, а также введение кремния в заявленных количествах обеспечивает значительное повышение стойкости к окислению при повышенных температурах за счет образования интерметаллидов Ti5Si3 Ti3Si, TiAl. Также с целью повышения стойкости к окислению в состав припоя введен хром, повышающий плотность окисной пленки, образующейся в процессе окисления. Введение хрома в количестве менее 10% не позволит обеспечить высокую стойкость окисной пленки, а введение свыше 15% хрома приведет к росту температуры плавления припоя свыше 1500°С. Исключение из состава бериллия и циркония, а также введение молибдена и гафния повышает температуру полного расплавления припоя и соответственно рабочую температуру паяного соединения на 30-50°С. Также повышение содержания алюминия и введение молибдена и гафния способствует снижению эрозионной активности припоя по отношению к сплаву на основе интерметаллида ниобия с 200-300 до 17-22 мкм. Также для повышения стойкости к окислению в состав припоя может быть дополнительно введен бор, способствующей упрочнению пленки сложного оксида на поверхности припоя в процессе работы.
Примеры осуществления
Приведенный состав припоя предназначен для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия, имеющего следующий средний состав: Nb - 54%, Ti - 8,2%, Hf - 10,3%, Cr - 2,4%, Al - 1,3%, Si - 5,8%, Zr - 5,2%, Mo - 10,8%, Y - 2%. Сплав на основе интерметаллида ниобия предназначен для изготовления лопаток газотурбинных двигателей с повышенной рабочей температурой (до 1350°С). При этом он обладает невысокой температурой плавления, облегчающей получение монокристаллических отливок.
Выплавка предлагаемого припоя и припоя, известного из прототипа производилась в вакуумной дуговой печи гарнисажного типа. Для выплавки слитков использовался медный кристаллизатор с углублением в виде усеченного конуса диаметром от 20 до 35 мм и высотой 30 мм. Масса каждого слитка составила 80 г. После выплавки слитки подвергались обточке на токарном станке для снятия литейной корки.
Для оценки стойкости окислению методом электроэрозионной резки проволокой были вырезаны цилиндры диаметром 5 мм и высотой 10 мм. Исследуемые образцы были подвергнуты нагреву на воздухе при температуре 1350°С в течение 2 часов. Стойкость к окислению оценивалась по относительному привесу образцов до и после нагрева на воздухе (отношению изменения массы образцов к начальной массе образцов).
Для определения температур полного расплавления из слитков предлагаемого припоя и прототипа методом электроэрозионной резки проволокой были вырезаны пластины 2×2×1 мм. Определение температур полного расплавления припоев производилось на дифференциальном сканирующем калориметре DSC 404 F-1.
Для определения величины эрозионной активности припоя по отношению к сплаву на основе интерметаллида ниобия методом электроэрозионной резки проволокой были вырезаны пластины 2×2×1 мм. А из слитка сплава на основе ниобия - пластины 15×15×2 мм. Образцы предлагаемого припоя и припоя прототипа были помещены в центре пластин сплава на основе ниобия и подвергнуты нагреву в вакуумной печи сопротивления при температуре 1500°С при давлении остаточных газов 1·10-5 мм рт.ст. Выдержка при температуре 1500°С при этом составила 5 мин. После охлаждения образцы были разрезаны электроэрозионной резкой проволокой в плоскости перпендикулярной плоскости пластины и проходящей через центр пластины (место укладки образцов припоя). Из полученной половинки образца был изготовлен микрошлиф и исследован на металлографическом микроскопе Olympus GX51. При этом оценивалась глубина слоя сплава на основе интерметаллида ниобия, растворенная припоем в месте его укладки.
Химический состав и свойства припоев приведены в таблице 1.
По данным таблицы 1 видно, что предлагаемый припой:
- имеет температуру плавления не ниже 1400°С;
- обеспечивает относительный привес (2,3-3,9%) при температуре 1350°С в 3 раза ниже чем у сплава на основе интерметаллида ниобия (12,3%) и более чем в 22 раза по сравнению с припоем прототипом (90,0%);
- обладает величиной эрозионной активности 17-22 мкм при температуре 1500°С, что более чем в 15 раз меньше чем у припоя прототипа (350 мкм).
Применение предлагаемого припоя при пайке таких деталей горячего тракта ГТД как бондажных полок неохлаждаемых лопаток и заглушек знаковых отверстий рабочих лопаток с внутренней системой охлаждения, изготовленных из сплава на основе ниобий кремний, позволит существенно расширить сферу применения сплава на основе интерметаллида ниобия и обеспечить значительный экономический эффект от увеличения КПД ГТД.
Claims (5)
1. Припой на основе титана для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия с температурой плавления не ниже 1350°С, содержащий алюминий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гафний, молибден, кремний и хром при следующем соотношении компонентов мас.%:
Алюминий 18,0-25,0
Молибден 1,0-10,0
Кремний 3,0-6,0
Хром 10,0-15,0
Гафний 1,0-5,0
Титан Остальное
2. Припой на основе титана по п. 1, отличающийся тем, что содержание алюминия составляет от 35 до 45% от содержания титана.
3. Припой на основе титана по п. 1, отличающийся тем, что содержание хрома составляет от 20 до 28% от содержания титана.
4. Припой на основе титана по п. 1, отличающийся тем, что содержание кремния составляет от 8,0 до 9,5% от содержания титана.
5. Припой на основе титана по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит бор в количестве 0,1-3 мас.%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015132624/02A RU2600785C1 (ru) | 2015-08-05 | 2015-08-05 | Припой на основе титана для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015132624/02A RU2600785C1 (ru) | 2015-08-05 | 2015-08-05 | Припой на основе титана для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2600785C1 true RU2600785C1 (ru) | 2016-10-27 |
Family
ID=57216352
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015132624/02A RU2600785C1 (ru) | 2015-08-05 | 2015-08-05 | Припой на основе титана для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2600785C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1763135A1 (ru) * | 1990-11-16 | 1992-09-23 | Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" | Припой дл пайки сплавов на основе тугоплавких металлов |
EP2343150A2 (en) * | 2001-05-23 | 2011-07-13 | Rolls-Royce Corporation | High temperature melting braze materials for bonding niobium based alloys |
RU2517096C1 (ru) * | 2013-05-17 | 2014-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "МИФИ-АМЕТО" | Быстрозакаленный припой из сплава на основе титана-циркония |
RU2525003C1 (ru) * | 2013-08-07 | 2014-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МАТИ-Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского" (МАТИ) | Сплав на основе алюминида титана и способ обработки заготовок из него |
-
2015
- 2015-08-05 RU RU2015132624/02A patent/RU2600785C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1763135A1 (ru) * | 1990-11-16 | 1992-09-23 | Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" | Припой дл пайки сплавов на основе тугоплавких металлов |
EP2343150A2 (en) * | 2001-05-23 | 2011-07-13 | Rolls-Royce Corporation | High temperature melting braze materials for bonding niobium based alloys |
RU2517096C1 (ru) * | 2013-05-17 | 2014-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "МИФИ-АМЕТО" | Быстрозакаленный припой из сплава на основе титана-циркония |
RU2525003C1 (ru) * | 2013-08-07 | 2014-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МАТИ-Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского" (МАТИ) | Сплав на основе алюминида титана и способ обработки заготовок из него |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2881626B2 (ja) | 単結晶ニッケル・ベース超合金 | |
JP6346799B2 (ja) | Cuを添加したNi−Cr−Fe基合金ろう材 | |
JP5663530B2 (ja) | タービンブレード及びベーン用途向けのレニウムを含まない単結晶超合金 | |
US5066459A (en) | Advanced high-temperature brazing alloys | |
JP6328398B2 (ja) | 耐酸化性に優れた高強度チタン合金及びこれを用いたコンプレッサー部品 | |
JP5216839B2 (ja) | 偏析特性に優れるNi基耐熱合金,ガスタービン部材およびスタービン | |
US9878403B2 (en) | Ni-based alloy for welding material and welding wire, rod and power | |
CA2841329A1 (en) | Hot-forgeable ni-based superalloy excellent in high temperature strength | |
JP2011162808A (ja) | Ni基鍛造合金と、それを用いた蒸気タービンプラント用部品 | |
JPH09225679A (ja) | ぬれ性・耐食性に優れたNi基耐熱ろう材 | |
JP6490407B2 (ja) | Ni基鋳造超合金および該Ni基鋳造超合金からなる鋳造物 | |
JP6267890B2 (ja) | Ni基鋳造超合金および該Ni基鋳造超合金からなる鋳造物 | |
JP6970438B2 (ja) | Ni基超合金 | |
RU2600785C1 (ru) | Припой на основе титана для пайки сплава на основе интерметаллида ниобия | |
JP7224768B2 (ja) | クラッド物品およびクラッド物品の形成方法 | |
JP4911753B2 (ja) | Ni基超耐熱合金及びそれを用いたガスタービン部品 | |
US3314784A (en) | Cobalt-base alloy resistant to thermal shock | |
JP5427642B2 (ja) | ニッケル基合金及びそれを用いたランド用ガスタービン部品 | |
RU2581337C1 (ru) | Жаропрочный сплав на основе никеля для литья деталей горячего тракта газотурбинных установок, имеющих равноосную структуру | |
JPH09227975A (ja) | 耐高温硫化腐食性Ni基合金 | |
RU2283361C1 (ru) | Жаропрочный сплав на основе кобальта и изделие, выполненное из этого сплава | |
JP2010084167A (ja) | Ni基合金及び、Ni基合金を用いた上記タービン用高温部材 | |
RU2596535C2 (ru) | Припой для пайки алюминия и его сплавов | |
RU2610577C1 (ru) | ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО | |
RU2335386C2 (ru) | Припой на основе никеля |