RU2600787C1 - Copper-nickel alloy and article made therefrom - Google Patents

Copper-nickel alloy and article made therefrom Download PDF

Info

Publication number
RU2600787C1
RU2600787C1 RU2015125064/02A RU2015125064A RU2600787C1 RU 2600787 C1 RU2600787 C1 RU 2600787C1 RU 2015125064/02 A RU2015125064/02 A RU 2015125064/02A RU 2015125064 A RU2015125064 A RU 2015125064A RU 2600787 C1 RU2600787 C1 RU 2600787C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
nickel
copper
titanium
silicon
Prior art date
Application number
RU2015125064/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Николаевич Каблов
Александр Геннадьевич Евгенов
Алексей Михайлович Рогалев
Виктор Ананьевич Калицев
Святослав Васильевич Неруш
Виталий Андреевич Игнатов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ")
Priority to RU2015125064/02A priority Critical patent/RU2600787C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2600787C1 publication Critical patent/RU2600787C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/002Alloys based on nickel or cobalt with copper as the next major constituent

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, specifically to nickel-based alloys intended for production of parts and assemblies, having high wear and corrosion resistance, antifriction properties, used in aircraft industry. Nickel-based alloy contains, in wt%: copper 29.5-32.5; iron 1.6-2.9; silicon 4.7-5.1; manganese 0.5-1.8; molybdenum 0.1-0.3; tungsten 0.8-1.2; titanium 0.1-0.3; carbon 0.05-0.35; magnesium 0.03-0.30; dysprosium 0.035; calcium 0.02; cerium 0.07; nickel - balance. Alloy is characterised by high values of ductility, ultimate strength and hardness.
EFFECT: longer service life and higher reliability of articles made from alloy.
2 cl, 2 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления деталей и узлов, обладающих высоким уровнем износо- и коррозионной стойкости, антифрикционных свойств, применяемых в авиационной промышленности.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to nickel-based alloys intended for the manufacture of parts and assemblies with a high level of wear and corrosion resistance, antifriction properties used in the aviation industry.

Уровень надежности топливной аппаратуры ГТД во многом определяется применением современных электронных систем управления, контроля и диагностики. Вместе с тем большое влияние на работоспособность этой системы оказывают материалы для деталей особо ответственного назначения, к которым относятся золотниковые пары. От их бесперебойной работы зависит надежность не только топливной аппаратуры, но и ГТД в целом. Повышение ресурса золотниковых деталей в настоящее время является одной из наиболее актуальных задач, особенно в связи с расширившимся применением топлив с высоким содержанием серы, т.к. ресурс агрегатов гидроавтоматики определяется ресурсом золотниковых деталей, применяемых в них. Традиционные пары, такие как бронза-сталь и сталь-сталь, не выдерживают жестких условий эксплуатации применения новых топлив из-за недостаточной прочности и износостойкости (для бронз) или из-за склонности к схватыванию при превышении определенных условий эксплуатации.The reliability level of gas turbine engine equipment is largely determined by the use of modern electronic control systems, monitoring and diagnostics. At the same time, materials for especially critical parts, which include spool pairs, have a great influence on the operability of this system. The reliability of not only the fuel equipment, but also the gas turbine engine as a whole depends on their uninterrupted operation. Increasing the life of spool parts is currently one of the most urgent tasks, especially in connection with the expanded use of fuels with a high sulfur content, because the resource of hydraulic power units is determined by the resource of spool parts used in them. Traditional fumes, such as bronze-steel and steel-steel, do not withstand the harsh operating conditions of the use of new fuels due to insufficient strength and wear resistance (for bronzes) or because of the tendency to set when exceeding certain operating conditions.

Дальнейшее повышение ресурсных характеристик золотниковых деталей возможно за счет разработки нового сплава, который бы сочетал в себе высокую коррозионную стойкость с более высокими прочностными характеристиками и твердостью, что позволит повысить износостойкость медно-никелевой композиции.A further increase in the resource characteristics of the spool parts is possible due to the development of a new alloy that would combine high corrosion resistance with higher strength characteristics and hardness, which will increase the wear resistance of the copper-nickel composition.

Известен сплав (CN 1405343, опубл. 26.03.2003 г. ) имеющий следующий химический состав в мас.%:Known alloy (CN 1405343, publ. March 26, 2003) having the following chemical composition in wt.%:

МедьCopper 28,0-33,028.0-33.0 ЖелезоIron 1,0-2,01.0-2.0 КремнийSilicon 0,1-1,00.1-1.0 МарганецManganese 1,0-2,01.0-2.0 ТитанTitanium 0,40-0,800.40-0.80 АлюминийAluminum 2,0-4,02.0-4.0 УглеродCarbon 0,05-0,300.05-0.30 НикельNickel остальноеrest

Недостатками указанного сплава является низкая износостойкость, поскольку основной упрочняющей фазой является не силицидная, имеющая исключительно высокую микротвердость, а типичная для жаропрочных сплавов γ′-фаза типа Ni3(Al, Ti), имеющая меньшую микротвердость. Изделия имеют склонность к схватыванию при превышении определенных условий эксплуатации. Из данного сплава изготавливаются рабочие валы топливных насосов, инструменты и приборы для нефтяных скважин, хирургические инструменты.The disadvantages of this alloy are low wear resistance, since the main hardening phase is not silicide, which has an extremely high microhardness, but a γ′-phase of Ni 3 (Al, Ti) type, which has a lower microhardness, typical of heat-resistant alloys. Products have a tendency to set when exceeding certain operating conditions. The working shafts of fuel pumps, tools and instruments for oil wells, and surgical instruments are made from this alloy.

Из уровня техники (патент РФ №2278178, МПК С22С 19/03, опубл. 20.06.2006 г. ) известен сплав на основе никеля, который применятся в деталях узлов трения систем автоматического управления ГТД следующего состава в мас.%:The prior art (RF patent No. 2278178, IPC C22C 19/03, publ. 06/20/2006) known alloy based on Nickel, which is used in the details of friction units of automatic control systems of gas turbine engines of the following composition in wt.%:

МедьCopper 30,0-33,030.0-33.0 КремнийSilicon 2,5-3,22.5-3.2 АлюминийAluminum 2,5-3,22.5-3.2 ТитанTitanium 0,5-0,10.5-0.1 МагнийMagnesium 0,03-0,300.03-0.30 ЛантанLanthanum 0,07-0,250.07-0.25 СкандийScandium 0,01-0,030.01-0.03 НикельNickel остальноеrest

Недостатком указанного сплава и изделий из него является его недостаточно высокие механические свойства.The disadvantage of this alloy and products from it is its insufficiently high mechanical properties.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип (патент РФ №2191843, МПК С22С 19/03, опубл. 19.01.2001 г. ), является сплав следующего состава, в мас.%:The closest analogue taken as a prototype (RF patent No. 2191843, IPC С22С 19/03, publ. 19.01.2001), is an alloy of the following composition, in wt.%:

МедьCopper 30,0-32,030.0-32.0 ЖелезоIron 1,5-2,81.5-2.8 КремнийSilicon 3,9-4,33.9-4.3 МарганецManganese 0,5-1,50.5-1.5 ТитанTitanium 0,05-0,250.05-0.25 УглеродCarbon 0,05-0,300.05-0.30 МагнийMagnesium 0,03-0,200.03-0.20 НиобийNiobium 0,05-0,250.05-0.25 НикельNickel остальноеrest

Недостатками этого сплава является низкий предел прочности σв=1200 МПа, а также невысокие значение твердости HRC 38-40 ед., что негативно сказывается в работе, поскольку в жестких условиях эксплуатации, а также вследствие недостаточной прочности и износостойкости сплав имеет склонность к схватыванию.The disadvantages of this alloy are the low tensile strength σ in = 1200 MPa, as well as the low hardness value HRC of 38-40 units, which negatively affects the work, since under severe operating conditions, as well as due to insufficient strength and wear resistance, the alloy has a tendency to set.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка состава нового деформируемого высокопрочного износо- и коррозионностойкого медно-никелевого сплава для деталей узлов трения систем автоматического управления и опытных технологий его получения.The technical task of the present invention is to develop the composition of a new deformable high-strength wear-resistant and corrosion-resistant copper-nickel alloy for parts of friction units of automatic control systems and experimental technologies for its production.

Техническим результатом изобретения является разработка сплава на основе никеля и изделия, выполненного из него, обладающих по сравнению с прототипом более высокими механическими свойствами, такими как ударная вязкость, предел прочности и твердости.The technical result of the invention is the development of an alloy based on Nickel and products made from it, possessing, in comparison with the prototype, higher mechanical properties, such as impact strength, tensile strength and hardness.

Для достижения поставленного технического результата предлагается сплав на основе никеля, содержащий медь, железо, кремний, марганец, титан, магний, углерод, дополнительно содержащий молибден, вольфрам, диспрозий, кальций и церий при следующем соотношении компонентов в мас.%:To achieve the technical result, we propose a nickel-based alloy containing copper, iron, silicon, manganese, titanium, magnesium, carbon, additionally containing molybdenum, tungsten, dysprosium, calcium and cerium in the following ratio of components in wt.%:

МедьCopper 29,5-32,529.5-32.5 ЖелезоIron 1,6-2,91.6-2.9 КремнийSilicon 4,7-5,14.7-5.1 МарганецManganese 0,5-1,80.5-1.8 МолибденMolybdenum 0,1-0,30.1-0.3 ВольфрамTungsten 0,8-1,20.8-1.2 ТитанTitanium 0,1-0,30.1-0.3 УглеродCarbon 0,05-0,350.05-0.35 МагнийMagnesium 0,03-0,300.03-0.30 ДиспрозийDysprosium 0,0350,035 КальцийCalcium 0,020.02 ЦерийCerium 0,070,07 НикельNickel остальное,rest,

и изделие, выполненное из этого сплава.and an article made of this alloy.

Введение дополнительного компонента в сплав - вольфрама - в заявленном соотношении с другими компонентами позволяет повысить ударную вязкость, причем вольфрам также компенсирует снижение ударной вязкости с ростом содержания кремния до 5,1%.The introduction of an additional component in the alloy - tungsten - in the stated ratio with other components can increase the toughness, and tungsten also compensates for the decrease in toughness with an increase in silicon content up to 5.1%.

Введение титана и молибдена в указанных количествах обусловлено необходимостью комплексного модифицирования структуры, которое способствует измельчению микрозерна за счет образования дополнительных плоскостей скольжения в процессе деформации и тем самым повышает твердость сплава. Для обеспечения низких значений уровня газовых примесей в качестве технологических добавок вводят щелочноземельные элементы магний и кальций в количестве 0,07 и 0,02% соответственно, а в качестве раскислителя - церия и диспрозия на 0,07 и 0,035%.The introduction of titanium and molybdenum in the indicated amounts is due to the need for complex modification of the structure, which contributes to the refinement of micrograins due to the formation of additional slip planes during deformation and thereby increases the hardness of the alloy. To ensure low levels of gas impurities, alkaline earth elements magnesium and calcium are introduced in the amount of 0.07 and 0.02%, respectively, and cerium and dysprosium are 0.07 and 0.035% as deoxidants.

Введение углерода, помимо частичного раскисляющего действия, обеспечивает образование карбидов, способствующих повышению твердости сплава.The introduction of carbon, in addition to a partial deoxidizing effect, provides the formation of carbides, which increase the hardness of the alloy.

Примеры осуществления изобретения.Examples of carrying out the invention.

Сплав выплавляют в вакуумных индукционных печах с использованием как чистых шихтовых материалов, так и отходов собственного производства на стандартном оборудовании по принятой технологии. Разлив металла производится, в основном, в металлические формы (медные, чугунные изложницы). Затем слитки сплава подвергают деформации на прессе на прутки, поковки, шайбы. Полученные литые заготовки продеформируют с 045-90 на прутки 015-50 мм. Прутки подвергают термообработке, состоящей из закалки и старения.The alloy is smelted in vacuum induction furnaces using both pure charge materials and domestic waste using standard equipment using accepted technology. Metal spillage is carried out mainly in metal forms (copper, cast-iron molds). Then the alloy ingots are subjected to deformation in the press on bars, forgings, washers. The resulting cast billets are deformed from 045-90 to bars 015-50 mm. The rods are subjected to heat treatment, consisting of hardening and aging.

Составы и свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа приведены в таблицах 1 и 2.The compositions and properties of the proposed alloy and prototype alloy are shown in tables 1 and 2.

Figure 00000001
Figure 00000001

Из таблицы 2 видно, что заявленным изобретением обеспечивается прирост механических свойств предлагаемого сплава по сравнению со сплавом-прототипом: по пределу прочности на 10%, по твердости на 15-10%.From table 2 it is seen that the claimed invention provides an increase in the mechanical properties of the proposed alloy compared with the prototype alloy: tensile strength by 10%, hardness by 15-10%.

Использование предлагаемого сплава позволит повысить ресурс и надежность изделий авиационной техники.Using the proposed alloy will improve the resource and reliability of aircraft products.

Claims (2)

1. Сплав на основе никеля, содержащий медь, железо, кремний, марганец, титан, магний и углерод, отличающийся тем, что он дополнительно содержит молибден, вольфрам, диспрозий, кальций и церий при следующем соотношении компонентов в мас. %
Медь 29,5-32,5 Железо 1,6-2,9 Кремний 4,7-5,1 Марганец 0,5-1,8 Молибден 0,1-0,3 Вольфрам 0,8-1,2 Титан 0,1-0,3 Углерод 0,05-0,35 Магний 0,03-0,30 Диспрозий 0,035 Кальций 0,02 Церий 0,07 Никель остальное
1. Nickel-based alloy containing copper, iron, silicon, manganese, titanium, magnesium and carbon, characterized in that it further comprises molybdenum, tungsten, dysprosium, calcium and cerium in the following ratio of components in wt. %
Copper 29.5-32.5 Iron 1.6-2.9 Silicon 4.7-5.1 Manganese 0.5-1.8 Molybdenum 0.1-0.3 Tungsten 0.8-1.2 Titanium 0.1-0.3 Carbon 0.05-0.35 Magnesium 0.03-0.30 Dysprosium 0,035 Calcium 0.02 Cerium 0,07 Nickel rest
2. Изделие из сплава на основе никеля, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1. 2. A nickel-based alloy product, characterized in that it is made of an alloy according to claim 1.
RU2015125064/02A 2015-06-25 2015-06-25 Copper-nickel alloy and article made therefrom RU2600787C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015125064/02A RU2600787C1 (en) 2015-06-25 2015-06-25 Copper-nickel alloy and article made therefrom

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015125064/02A RU2600787C1 (en) 2015-06-25 2015-06-25 Copper-nickel alloy and article made therefrom

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2600787C1 true RU2600787C1 (en) 2016-10-27

Family

ID=57216489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015125064/02A RU2600787C1 (en) 2015-06-25 2015-06-25 Copper-nickel alloy and article made therefrom

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2600787C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU159037A1 (en) * 1962-10-19 1963-11-22
US3578440A (en) * 1968-03-25 1971-05-11 Int Nickel Co Nickel-copper alloy
US5725687A (en) * 1994-11-16 1998-03-10 The Foundation: The Research Institute Of Electric And Magnetic Alloys Wear-resistant high permability alloy and method of manufacturing the same and magnetic recording and reproducing head
RU2191843C2 (en) * 2001-01-19 2002-10-27 Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Nickel-base alloy and article made of thereof
RU2341576C2 (en) * 2007-01-09 2008-12-20 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Casting copper-bearing alloy based on nickel

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU159037A1 (en) * 1962-10-19 1963-11-22
US3578440A (en) * 1968-03-25 1971-05-11 Int Nickel Co Nickel-copper alloy
US5725687A (en) * 1994-11-16 1998-03-10 The Foundation: The Research Institute Of Electric And Magnetic Alloys Wear-resistant high permability alloy and method of manufacturing the same and magnetic recording and reproducing head
RU2191843C2 (en) * 2001-01-19 2002-10-27 Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Nickel-base alloy and article made of thereof
RU2341576C2 (en) * 2007-01-09 2008-12-20 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Casting copper-bearing alloy based on nickel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2841329C (en) Hot-forgeable ni-based superalloy excellent in high temperature strength
CA2901259C (en) Nickel-cobalt alloy
RU2499068C1 (en) Nickel-base superalloy, and parts made from above said superalloy
US8685316B2 (en) Ni-based heat resistant alloy, gas turbine component and gas turbine
JP2007031734A (en) High strength bolt having excellent delayed fracture resistance, and method for producing the same
CN112135916B (en) Piston for an internal combustion engine and use of a piston for an internal combustion engine
US9506125B2 (en) Aircraft engine shaft comprising a maraging steel having a tensile strength of 2300MPa or more
KR20130121755A (en) Steel for stream turbine blade with excellent strength and toughness
CN102199739A (en) Heat resistant steel for exhaust valve
JP6427272B2 (en) bolt
CA2930161A1 (en) Maraging steel
JP2010280950A (en) Heat resistant steel for exhaust valve and method for producing the same
JP2016132824A (en) HIGH STRENGTH Ni-BASED SUPER ALLOY
EP2447385B1 (en) Heat-resistant steel for engine valve having excellent high-temperature strength
CN105164291A (en) Alloy composition
RU2600787C1 (en) Copper-nickel alloy and article made therefrom
CN1030721C (en) Improved austinetic Cr-Ni alloy designed for oil country tubular products
US8741215B2 (en) Heat-resisting steel for engine valves excellent in high temperature strength
JPH08127831A (en) Synchronizer ring made of copper alloy excellent in wear resistance
JP2014208869A (en) Precipitation-strengthened martensitic steel
RU2385358C1 (en) Cast alloy on aluminium base
CN102400060A (en) Novel nitrogen-containing austenitic heat-resistant steel
RU2600467C1 (en) High-strength beryllium-containing steel
JP6657917B2 (en) Maraging steel
JPH06228713A (en) Austenitic heat resistant cast steel excellent in strength at high temperature and machinability and exhaust system parts using same