RU2610577C1 - CASTING ALLOY BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND Ni3Al, AND ARTICLE OUT OF IT - Google Patents
CASTING ALLOY BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND Ni3Al, AND ARTICLE OUT OF IT Download PDFInfo
- Publication number
- RU2610577C1 RU2610577C1 RU2015151685A RU2015151685A RU2610577C1 RU 2610577 C1 RU2610577 C1 RU 2610577C1 RU 2015151685 A RU2015151685 A RU 2015151685A RU 2015151685 A RU2015151685 A RU 2015151685A RU 2610577 C1 RU2610577 C1 RU 2610577C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- intermetallic compound
- intermetallic
- alloy based
- rest
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
- C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
- C22C19/057—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being less 10%
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным жаропрочным сплавам на основе интерметаллида Ni3Al, предназначенным для изготовления методом направленной кристаллизации и монокристаллического литья деталей газотурбинных двигателей авиационной промышленности, например сопловых и рабочих лопаток, блоков сопловых лопаток, сегментов камеры сгорания, створок и т.д.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to heat-resistant foundry alloys based on intermetallic Ni 3 Al, intended for the manufacture by directional crystallization and single-crystal casting of parts of gas turbine engines of the aviation industry, for example nozzle and rotor blades, nozzle blade blocks, segments of the combustion chamber, wings and etc.
Для нового поколения авиационных и ракетных двигателей необходимы материалы, которые можно эксплуатировать при высоких температурах в агрессивных средах. Разработка таких материалов в современном авиастроении, особенно материалов на основе интерметаллидов, обладающих высокой жаростойкостью, термической стабильностью и надежностью эксплуатации при высоких температурах, является актуальной проблемой.For a new generation of aircraft and rocket engines, materials are needed that can be operated at high temperatures in aggressive environments. The development of such materials in modern aircraft manufacturing, especially materials based on intermetallic compounds with high heat resistance, thermal stability and reliable operation at high temperatures, is an urgent problem.
Известен сплав на основе интерметаллида Ni3Al, имеющий следующий химический состав, мас. %:Known alloy based on intermetallic Ni 3 Al, having the following chemical composition, wt. %:
(Патент США №4613368, B22F 3/00, опубл. 23.09.1986).(US Patent No. 4613368, B22F 3/00, publ. 09/23/1986).
Недостатком этого сплава является его неработоспособность при температурах выше 800°С.The disadvantage of this alloy is its inoperability at temperatures above 800 ° C.
Известен сплав на основе интерметаллида Ni3Al, имеющий следующий химический состав, мас. %:Known alloy based on intermetallic Ni 3 Al, having the following chemical composition, wt. %:
(РФ №2308499 C1, C22C 9/03, опубл. 20.10.2007).(RF №2308499 C1, C22C 9/03, publ. 20.10.2007).
Сплав имеет хорошую кратковременную прочность, но недостаточно высокую жаропрочность при 1200°С на базе 100 часов.The alloy has good short-term strength, but not high enough heat resistance at 1200 ° C for 100 hours.
Известен сплав на основе интерметаллида Ni3Аl, содержащий следующие компоненты, мас. %:Known alloy based on intermetallic Ni 3 Al containing the following components, wt. %:
(РФ №2256716 C1, С22С 19/05, опубл. 20.07.2005).(RF №2256716 C1, С22С 19/05, publ. 20.07.2005).
Сплав обладает повышенным пределом ползучести в интервале температур 900-1000°С и повышенной малоцикловой усталостью при 900°С, но имеет недостаточно высокую кратковременную прочность и предел текучести при комнатной температуре.The alloy has an increased creep strength in the temperature range of 900-1000 ° C and increased low-cycle fatigue at 900 ° C, but has a short enough strength and yield strength at room temperature.
Известен сплав на основе интерметаллида Ni3Al, содержащий, маc. %:Known alloy based on intermetallic Ni 3 Al containing, by weight. %:
(РФ №2198233 C1, С22С 19/05, опубл. 10.02.2003).(RF No. 2198233 C1, C22C 19/05, publ. 02/10/2003).
Сплав указанного состава в интервале температур 900-1100°С имеет хорошую жаропрочность, а при 1200°С на базе 100 часов для кристаллографической ориентации (КГО) [001] недостаточную.The alloy of this composition in the temperature range 900-1100 ° C has good heat resistance, and at 1200 ° C on the basis of 100 hours for crystallographic orientation (KGO) [001] is insufficient.
Известен сплав на основе интерметаллида Ni3Al, имеющий следующий состав, мас. %:Known alloy based on intermetallic Ni 3 Al, having the following composition, wt. %:
(РФ №2221890 C1, С22С 19/03, опубл. 20.01.2004).(RF №2221890 C1, С22С 19/03, published on January 20, 2004).
Сплав имеет недостаточно высокую жаропрочность при 1200°С на базе испытания 100 часов, обладает недостаточным пределом кратковременной прочности и пределом текучести при комнатной температуре для КГО [001].The alloy has insufficiently high heat resistance at 1200 ° C based on a test of 100 hours, has an insufficient short-term strength and yield strength at room temperature for KGO [001].
Наиболее близким сплавом к предложенному по изобретению является сплав на основе интерметаллида Ni3Al, содержащий, мас. %:The closest alloy to the proposed according to the invention is an alloy based on intermetallic Ni 3 Al containing, by weight. %:
(РФ №2434068 C1, C22C 19/05, опубл. 20.11.2011).(RF No. 2434068 C1, C22C 19/05, published on November 20, 2011).
Известный сплав обладает повышенной жаропрочностью при температуре 1200°С на базе 100 часов, а также хорошей кратковременной прочностью и пределом текучести при комнатной температуре для КГО [001]. Недостатком этого сплава является недостаточно высокая коррозионная стойкость в сульфидно-оксидной среде при температурах до 850°С и недостаточная малоцикловая стойкость на базе 1×104 циклов при температурах вплоть до 750°С монокристаллов с кристаллографической ориентацией (КГО) [001].The known alloy has high heat resistance at a temperature of 1200 ° C for 100 hours, as well as good short-term strength and yield strength at room temperature for KGO [001]. The disadvantage of this alloy is the insufficiently high corrosion resistance in a sulfide-oxide medium at temperatures up to 850 ° С and insufficient low-cycle resistance based on 1 × 10 4 cycles at temperatures up to 750 ° С of single crystals with crystallographic orientation (KGO) [001].
Изделия из этого сплава, например бандажные полки ГТД, створки регулируемого сопла, имеют низкий ресурс работы из-за указанных недостатков сплава.Products from this alloy, for example, GTE retaining shelves, flaps of an adjustable nozzle, have a low service life due to the indicated disadvantages of the alloy.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в разработке сплава на основе интерметаллида Ni3Al с монокристаллической структурой с КГО [001] и изделия, выполненного из него, обладающих высокой коррозионной стойкостью в сульфидно-оксидной среде при температурах до 850°С, высокой долговечностью в условиях малоцикловой усталости при рабочих температурах до 750°С, работоспособного до температуры 1250°С с кратковременными забросами до 1300°С.The problem to which the present invention is directed, is to develop an alloy based on intermetallic Ni 3 Al with a single crystal structure with KGO [001] and products made from it, having high corrosion resistance in a sulfide-oxide medium at temperatures up to 850 ° C, high durability in conditions of low-cycle fatigue at operating temperatures up to 750 ° C, operable up to a temperature of 1250 ° C with short-term casts up to 1300 ° C.
Техническим результатом изобретения является повышение показателей по малоцикловой усталости на базе 1×104 цикла при температурах до 750°С, коррозионной стойкости в сульфидно-оксидной среде при температурах до 850°С для КГО [001], кратковременной прочности при 1250 и 1300°С, что обеспечивает повышение ресурса работы изделий, выполненных из этого сплава, и делает его работоспособным до температуры 1250°С с кратковременными забросами до 1300°С.The technical result of the invention is to increase low-cycle fatigue based on 1 × 10 4 cycles at temperatures up to 750 ° C, corrosion resistance in a sulfide-oxide medium at temperatures up to 850 ° C for KGO [001], short-term strength at 1250 and 1300 ° C that provides an increase in the service life of products made of this alloy, and makes it workable up to a temperature of 1250 ° C with short-term casts up to 1300 ° C.
Технический результат достигается тем, что литой сплав на основе интерметаллида Ni3Al, содержащий алюминий, хром, молибден, вольфрам, титан, тантал, рений, кобальт, лантан, гафний и никель, дополнительно содержит редкоземельный элемент празеодим при следующем соотношении компонентов, мас. %:The technical result is achieved by the fact that the cast alloy based on Ni 3 Al intermetallic containing aluminum, chromium, molybdenum, tungsten, titanium, tantalum, rhenium, cobalt, lanthanum, hafnium and nickel, additionally contains a rare-earth element praseodymium in the following ratio of components, wt. %:
При этом в качестве неизбежных примесей сплав может содержать: железо, ниобий, марганец не более 0,3 мас. % каждой; серу и фосфор не более 0,005 мас. % каждой; олово и сурьму не более 0,003 мас. % каждой; свинец не более 0,001 мас. %; висмут не более 0,0005 мас. %.Moreover, as inevitable impurities, the alloy may contain: iron, niobium, manganese not more than 0.3 wt. % of each; sulfur and phosphorus not more than 0.005 wt. % of each; tin and antimony not more than 0.003 wt. % of each; lead not more than 0.001 wt. %; bismuth is not more than 0.0005 wt. %
Технический результат достигается и в изделии, выполненном из заявленного сплава.The technical result is achieved in the product made of the claimed alloy.
Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.
Введение в сплав 0,01-0,2 мас. % празеодима совместно с лантаном обеспечивает формирование в сульфидно-оксидной среде при температурах до 850°С плотной пленки сложного состава, состоящей из изоморфных тугоплавких оксидов с высокой температурой плавления, (La,Pr)2O3 (Тпл=2210-2296°С), и сульфидов (La,Pr)S (Тпл=2175-2230°С), что обеспечивает уплотнение защитной пленки на поверхности сплава и улучшает ее адгезию с основой, в результате чего создаются условия для повышения коррозионной стойкости в сульфидно-оксидной среде при температурах до 850°С включительно.Introduction to the alloy of 0.01-0.2 wt. % praseodymium together with lanthanum provides the formation in a sulfide-oxide medium at temperatures up to 850 ° С of a dense film of complex composition consisting of isomorphic refractory oxides with a high melting point, (La, Pr) 2 O 3 (T pl = 2210-2296 ° С ), and sulfides (La, Pr) S (T pl = 2175-2230 ° C), which ensures the sealing of the protective film on the alloy surface and improves its adhesion to the base, as a result of which conditions are created for increasing corrosion resistance in the sulfide-oxide medium at temperatures up to 850 ° C inclusive.
Увеличение по сравнению с известным сплавом содержания кобальта и рения позволяет обеспечить одновременное повышение характеристик прочности, пластичности и вязкости разрушения за счет улучшения прочности когерентных межфазных слоев γ'/γ и упрочнения γ' и γ фаз. Такая комбинация элементов в сплаве обеспечивает высокую долговечность сплава в условиях малоцикловой усталости на базе 1×104 цикла при рабочих температурах до 750°С включительно и работоспособность до температуры 1250°С с кратковременными забросами до 1300°С.An increase in the content of cobalt and rhenium compared to the known alloy makes it possible to simultaneously increase the strength, ductility and fracture toughness characteristics by improving the strength of coherent interfacial layers γ '/ γ and hardening γ' and γ phases. Such a combination of elements in the alloy provides high durability of the alloy under low-cycle fatigue on the basis of 1 × 10 4 cycles at operating temperatures up to 750 ° C inclusive and working capacity up to a temperature of 1250 ° C with short-term casts up to 1300 ° C.
Примеры осуществленияExamples of implementation
Шихтовую заготовку из предлагаемого сплава различных составов и сплава-прототипа выплавляли из чистых шихтовых материалов в вакуумной индукционной печи с тиглем из основной футеровки. После разливки сплавов в кокили D=50 мм отбирали стружку на химический анализ. Результаты химанализа сплавов приведены в таблице 1. Перед последующими операциями шихтовую заготовку протачивали по поверхности на глубину 1-2 мм для удаления слоя, контактирующего с чугуном, затем разрезали на мерные заготовки весом по 2 кг для последующего переплава.The charge stock from the proposed alloy of various compositions and the prototype alloy was smelted from pure charge materials in a vacuum induction furnace with a crucible from the main lining. After casting the alloys in the chill mold D = 50 mm, chips were taken for chemical analysis. The results of the chemical analysis of the alloys are shown in Table 1. Before subsequent operations, the billet was machined along the surface to a depth of 1-2 mm to remove the layer in contact with cast iron, then cut into measured billets weighing 2 kg for subsequent remelting.
Образцы D=16 мм и длиной 150 мм получали методом направленной кристаллизации в вакууме 1,5-2,5×10-3 мм рт.ст. Поверхность образцов и деталей контролировалась путем выявления микроструктуры в смеси соляной кислоты и перекиси водорода. При наличии одного макрозерна вдоль оси образца отливка считается монокристалической, при наличии двух и более зерен без выклинивания - столбчатой структурой.Samples D = 16 mm and a length of 150 mm were obtained by directional crystallization in a vacuum of 1.5-2.5 × 10 -3 mm Hg. The surface of the samples and parts was monitored by detecting the microstructure in a mixture of hydrochloric acid and hydrogen peroxide. In the presence of one macro-grain along the axis of the sample, the casting is considered to be single-crystal, in the presence of two or more grains without wedging, it is a columnar structure.
Свойства предлагаемого сплава с различным соотношением компонентов и сплава-прототипа, полученных по одной и той же технологической схеме, приведены в таблице 2.The properties of the proposed alloy with a different ratio of components and the prototype alloy obtained by the same technological scheme are shown in table 2.
Из таблицы 2 видно, что свойства предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni3Al существенно выше, чем известного. Малоцикловая на базе 1×104 цикла выносливость предполагаемого сплава при 750°С выше на 12-15%, чем у сплава-прототипа. Скорость сульфидно-оксидной коррозии при 850°С предполагаемого сплава ниже в 2 раза, чем у сплава-прототипа. Предел кратковременной прочности при 1250°С и при 1300°С нельзя сравнить со свойствами сплава-прототипа, поскольку при этих температурах прочностные характеристики сплава-прототипа настолько низки, что даже не оцениваются.From table 2 it is seen that the properties of the proposed alloy based on intermetallic Ni 3 Al is significantly higher than the known. The low-cycle endurance of the proposed alloy at a base of 1 × 10 4 cycles at 750 ° C is 12-15% higher than that of the prototype alloy. The sulfide-oxide corrosion rate at 850 ° C of the proposed alloy is 2 times lower than that of the prototype alloy. The short-term strength at 1250 ° C and at 1300 ° C cannot be compared with the properties of the prototype alloy, since at these temperatures the strength characteristics of the prototype alloy are so low that they are not even evaluated.
Использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni3Al повышает надежность изделий и увеличивает ресурс их работы и повышает их рабочие температуры.The use of the proposed alloy based on intermetallic Ni 3 Al increases the reliability of products and increases their service life and increases their operating temperatures.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015151685A RU2610577C1 (en) | 2015-12-02 | 2015-12-02 | CASTING ALLOY BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND Ni3Al, AND ARTICLE OUT OF IT |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015151685A RU2610577C1 (en) | 2015-12-02 | 2015-12-02 | CASTING ALLOY BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND Ni3Al, AND ARTICLE OUT OF IT |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2610577C1 true RU2610577C1 (en) | 2017-02-13 |
Family
ID=58458600
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015151685A RU2610577C1 (en) | 2015-12-02 | 2015-12-02 | CASTING ALLOY BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND Ni3Al, AND ARTICLE OUT OF IT |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2610577C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2700442C1 (en) * | 2019-06-04 | 2019-09-17 | Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" | Nickel heat-resistant alloy for monocrystalline casting |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000328162A (en) * | 1999-05-24 | 2000-11-28 | Toshiba Corp | Nickel base single crystal heat resistant superalloy, its production and turbine blade using nickel base single crystal heat resistant superalloy |
US20090041615A1 (en) * | 2007-08-10 | 2009-02-12 | Siemens Power Generation, Inc. | Corrosion Resistant Alloy Compositions with Enhanced Castability and Mechanical Properties |
RU2398906C1 (en) * | 2009-09-07 | 2010-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | ALLOY ON BASE OF INTER-METALLIDE Ni3Al |
RU2434067C1 (en) * | 2010-07-01 | 2011-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | ALLOY ON BASE OF INTER-METALLIDE Ni3Al |
RU2434068C1 (en) * | 2010-10-05 | 2011-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | ALLOY ON BASE OF INTER-METALLIDE Ni3Al |
-
2015
- 2015-12-02 RU RU2015151685A patent/RU2610577C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000328162A (en) * | 1999-05-24 | 2000-11-28 | Toshiba Corp | Nickel base single crystal heat resistant superalloy, its production and turbine blade using nickel base single crystal heat resistant superalloy |
US20090041615A1 (en) * | 2007-08-10 | 2009-02-12 | Siemens Power Generation, Inc. | Corrosion Resistant Alloy Compositions with Enhanced Castability and Mechanical Properties |
RU2398906C1 (en) * | 2009-09-07 | 2010-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | ALLOY ON BASE OF INTER-METALLIDE Ni3Al |
RU2434067C1 (en) * | 2010-07-01 | 2011-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | ALLOY ON BASE OF INTER-METALLIDE Ni3Al |
RU2434068C1 (en) * | 2010-10-05 | 2011-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | ALLOY ON BASE OF INTER-METALLIDE Ni3Al |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2700442C1 (en) * | 2019-06-04 | 2019-09-17 | Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" | Nickel heat-resistant alloy for monocrystalline casting |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102165364B1 (en) | Cast nickel-based superalloy including iron | |
JP4036091B2 (en) | Nickel-base heat-resistant alloy and gas turbine blade | |
CA2586974C (en) | Nickel-base superalloy | |
EP2420584A1 (en) | Nickel-base single-crystal superalloy and turbine wing using same | |
JP4719583B2 (en) | Unidirectional solidification nickel-base superalloy excellent in strength, corrosion resistance and oxidation resistance and method for producing unidirectional solidification nickel-base superalloy | |
JP5626920B2 (en) | Nickel-base alloy castings, gas turbine blades and gas turbines | |
JP5558050B2 (en) | Nickel-base superalloy for unidirectional solidification with excellent strength and oxidation resistance | |
JP5063550B2 (en) | Nickel-based alloy and gas turbine blade using the same | |
JP6970438B2 (en) | Ni-based superalloy | |
RU2610577C1 (en) | CASTING ALLOY BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND Ni3Al, AND ARTICLE OUT OF IT | |
US11268169B2 (en) | Ni-based superalloy cast article and Ni-based superalloy product using same | |
RU2434068C1 (en) | ALLOY ON BASE OF INTER-METALLIDE Ni3Al | |
RU2439185C1 (en) | Heat-resistant cast alloy on basis of nickel | |
RU2434069C1 (en) | Cast heat resistant alloy on base of nickel | |
RU2588949C1 (en) | ALLOY BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND Ni3Al AND ARTICLE MADE THEREFROM | |
JP5427642B2 (en) | Nickel-based alloy and land gas turbine parts using the same | |
RU2433196C1 (en) | CASTABLE ALLOY ON BASIS OF INTERMETALLIC COMPOUND Ni3Al AND ITEM MADE FROM IT | |
CN108504903B (en) | Ni-based superalloy | |
RU2351673C1 (en) | CAST ALLOY ON BASIS OF INTERMETALLIDE Ni3Al AND PRODUCT IMPLEMENTED FROM IT | |
RU2655483C1 (en) | HEAT-RESISTANT CAST Ni-BASED ALLOY AND PRODUCT MADE OF IT | |
RU2672463C1 (en) | Heat-resistant nickel-based cast alloy and an article made therefrom | |
RU2398906C1 (en) | ALLOY ON BASE OF INTER-METALLIDE Ni3Al | |
RU2737835C1 (en) | Nickel-based heat-resistant wrought alloy and article made from it | |
RU2794497C1 (en) | Heat-resistant nickel-based alloy and a product made from it | |
RU2656908C1 (en) | Heat-resistant cast nickel-based alloy and article made therefrom |