RU2633679C1 - Cast heat-resistant nickel-based alloy and product made thereof - Google Patents

Cast heat-resistant nickel-based alloy and product made thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2633679C1
RU2633679C1 RU2016150164A RU2016150164A RU2633679C1 RU 2633679 C1 RU2633679 C1 RU 2633679C1 RU 2016150164 A RU2016150164 A RU 2016150164A RU 2016150164 A RU2016150164 A RU 2016150164A RU 2633679 C1 RU2633679 C1 RU 2633679C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
nickel
molybdenum
chromium
titanium
Prior art date
Application number
RU2016150164A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Николаевич Каблов
Николай Васильевич Петрушин
Ольга Геннадиевна Оспенникова
Эльвира Гайсаевна Аргинбаева
Александр Валерьевич Горюнов
Евгений Сергеевич Елютин
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 RU2016150164A priority Critical patent/RU2633679C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2633679C1 publication Critical patent/RU2633679C1/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
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/056Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: nickel-base heat-resistant alloy contains, wt %: carbon 0.05-0.15, chromium 11.9-12.7, cobalt 10.0-12.0, tungsten 4.0-5.2, molybdenum 1.5-2.1, titanium 3.2-4.2, aluminium, 3.2-4.0; tantalum, 1.5-2.9; boron, 0.001-0.015; zirconium, 0.008-0.08, cerium 0.002-0.02, yttrium 0.002-0.02, lanthanum 0.002-0.02, calcium 0.001-0.01, nickel is the rest.
EFFECT: alloy is characterised by high values of long-term strength, corrosion resistance, high phase stability and reduction of volume fraction of nonequilibrium phases precipitates.
3 cl, 2 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе и получаемым из них изделий с поликристаллической (равноосной) или направленной (монокристаллической) структурами, например, рабочих лопаток газотурбинных установок (ГТУ) и газотурбинных двигателей (ГТД), работающих в агрессивных средах при температурах до 900-1000°C.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the production of casting heat-resistant nickel-based alloys and products obtained from them with polycrystalline (equiaxial) or directional (single crystal) structures, for example, working blades of gas turbine units (GTU) and gas turbine engines (GTE) operating in aggressive environments at temperatures up to 900-1000 ° C.

Из /RU 2131944 C1, 20.06.1999/ известен жаропрочный сплав на основе никеля с монокристаллической структурой, предназначенный для изготовления преимущественно методами направленной кристаллизации деталей высокотемпературных узлов газовых турбин с направленной и монокристаллической структурами с высоким выходом годных отливок по макроструктуре, следующего химического состава, масс. %:From / RU 2131944 C1, 06/20/1999 /, a heat-resistant nickel-based alloy with a single crystal structure is known, intended for the manufacture mainly of directed crystallization of parts of high-temperature components of gas turbines with directional and single crystal structures with high yield of castings according to the macrostructure, the following chemical composition, mass . %:

углеродcarbon 0,005-0,120.005-0.12 хромchromium 13,5-14,513.5-14.5 кобальтcobalt 8,0-12,08.0-12.0 вольфрамtungsten 3,0-5,03.0-5.0 молибденmolybdenum 1,5-2,51.5-2.5 титанtitanium 3,4-4,33.4-4.3 алюминийaluminum 3,5-4,83.5-4.8 ниобийniobium 0,4-1,40.4-1.4 танталtantalum 0,2-1,00.2-1.0 гафнийhafnium 0,1-0,40.1-0.4 борboron 0,001-0,020.001-0.02 иттрийyttrium 0,005-0,050.005-0.05 никельnickel остальноеrest

Недостатком известного сплава является склонность к образованию вредных топологически плотно упакованных (далее - ТПУ) фаз, объемная доля которых в структуре материала турбинной лопатки из этого сплава после 1000 ч наработки может достигать 10%, что значительно уменьшает ее дальнейшую работоспособность.A disadvantage of the known alloy is the tendency to form harmful topologically tightly packed (hereinafter referred to as TPU) phases, the volume fraction of which in the structure of the material of a turbine blade of this alloy after 1000 hours of operation can reach 10%, which significantly reduces its further performance.

Из /RU 2519075 C1, 10.06.2014/ известен жаропрочный сплав на основе никеля, предназначенный для литья деталей горячего тракта газотурбинных установок, например, турбинных рабочих лопаток с поликристаллической (равноосной) или направленной (монокристаллической) структурами, работающих в агрессивных средах при температурах до 700-1000°C, следующего химического состава, масс. %:From / RU 2519075 C1, 06/10/2014 / a nickel-based heat-resistant alloy is known for casting parts of the hot path of gas turbine plants, for example, turbine rotor blades with polycrystalline (equiaxial) or directional (monocrystalline) structures operating in aggressive environments at temperatures up to 700-1000 ° C, the following chemical composition, mass. %:

углеродcarbon 0,08-0,100.08-0.10 хромchromium 8,85-9,158.85-9.15 кобальтcobalt 10,4-10,810.4-10.8 вольфрамtungsten 5,60-5,855.60-5.85 молибденmolybdenum 0,20-0,300.20-0.30 титанtitanium 3,0-3,23.0-3.2 алюминийaluminum 3,7-3,93.7-3.9 ниобийniobium 0,10-0,150.10-0.15 танталtantalum 3,9-4,13.9-4.1 гафнийhafnium 0,10-0,150.10-0.15 борboron 0,08-0,0120.08-0.012 иттрийyttrium 0,010-0,0120.010-0.012 ренийrhenium 2,9-3,12.9-3.1 церийcerium 0,01-0,0120.01-0.012 лантанlanthanum 0,010-0,0120.010-0.012 магнийmagnesium 0,010-0,0120.010-0.012 никельnickel остальное,rest,

при этом суммарное содержание церия, иттрия, лантана и магния - не менее 0,40-0,048 масс. %, суммарное содержание гафния и ниобия - 0,2-0,3 масс. %, а суммарное содержание алюминия и титана - 6,8-7,1 масс. % при отношении содержания титана к содержанию алюминия 0,81-0,825.the total content of cerium, yttrium, lanthanum and magnesium is not less than 0.40-0.048 mass. %, the total content of hafnium and niobium is 0.2-0.3 mass. %, and the total content of aluminum and titanium is 6.8-7.1 mass. % with a ratio of titanium to aluminum content of 0.81-0.825.

Недостатком известного сплава является низкая коррозионная стойкость: сравнительная коррозионная стойкость log [metal loss(mm/20 h)] составляет от -0,553 до -0,595, что ограничивает длительную работоспособность деталей из этого сплава в коррозионных средах при повышенных до 1000°C температурах. К его недостаткам следует также отнести повышенное (не менее 0,40 масс. %) суммарное содержание церия, иттрия, лантана и магния, в результате чего, сегрегируя в процессе направленной кристаллизации в междендритные области монокристаллических отливок рабочих лопаток, они понижают локальную температуру ликвидуса сплава, повышая склонность жидкого сплава к образованию при монокристаллическом литье посторонних кристаллов, препятствующих дальнейшему формированию монокристаллической структуры отливаемых рабочих лопаток, особенно в местах перехода от пера к полке замка лопаток. В связи с этим сплав обладает недостаточной технологичностью при изготовлении рабочих лопаток газовых турбин с монокристаллической структурой.A disadvantage of the known alloy is its low corrosion resistance: the comparative corrosion resistance of log [metal loss (mm / 20 h)] is from -0.553 to -0.595, which limits the long-term performance of parts of this alloy in corrosive environments at temperatures elevated to 1000 ° C. Its disadvantages also include the increased (not less than 0.40 wt.%) Total content of cerium, yttrium, lanthanum and magnesium, as a result of which, segregating in the process of directed crystallization into single-dendritic regions of single-crystal castings of working blades, they lower the local liquidus temperature of the alloy , increasing the tendency of a liquid alloy to form foreign crystals during single-crystal casting, which impede further formation of a single-crystal structure of molded working blades, especially in places the passage from the pen to the shelf lock blades. In this regard, the alloy has a lack of manufacturability in the manufacture of gas turbine blades with a single crystal structure.

Наиболее близким аналогом является литейный жаропрочный сплав на никелевой основе, известный из /JP 4911753 В2, 04.04.2012/, предназначенный для изготовления лопаток промышленных газовых турбин с поликристаллической (равноосной) и направленной (столбчатой или монокристаллической) структурами, следующего химического состава, масс. %:The closest analogue is a nickel-based foundry heat-resistant alloy, known from / JP 4911753 B2, 04/04/2012 /, intended for the manufacture of blades for industrial gas turbines with polycrystalline (equiaxed) and directional (columnar or single-crystal) structures of the following chemical composition, mass. %:

углеродcarbon 0,05-0,150.05-0.15 хромchromium 9-129-12 кобальтcobalt 9-119-11 вольфрамtungsten 6-96-9 молибденmolybdenum менее 1less than 1 титанtitanium 4-54-5 алюминийaluminum 4-54-5 ниобийniobium менее 1less than 1 танталtantalum менее 3less than 3 гафнийhafnium 0,5-2,50.5-2.5 борboron 0,005-0,0150.005-0.015 ренийrhenium менее 3less than 3 цирконийzirconium менее 0,05less than 0.05 никельnickel остальноеrest

Дополнительные исследования показали, что повышенное до 2,5 масс. % содержание гафния приводит к тому, что он, сегрегируя при литье в междендритные области деталей из сплава, способствует образованию значительного количества неравновесных фаз эвтектического происхождения типа Ni3(Al,Hf) или Ni5Hf с низкими температурами плавления и тем самым понижает температуру солидуса сплава. В результате повышается опасность образования в процессе кристаллизации значительной пористости и кристаллизационных горячих трещин в отливках изделий сложной геометрии. Это может привести к оплавлению междендритных областей в отливках изделий из сплава при их термической обработке на твердый раствор и/или баротермической обработке при устранении литейной пористости. Указанный недостаток сплава-прототипа, связанный с особенностями его легирования, приводит к снижению технологичности при литье, а именно к необходимости проведения длительной многоступенчатой термической и/или баротермической обработки деталей. К другому недостатку сплава-прототипа следует отнести его низкую фазовую стабильность, проявляющуюся в склонности к образованию ТПУ фаз, объемная доля которых в структуре материала турбинной лопатки из этого сплава после 1000 ч наработки может достигать 10% и более, что значительно уменьшает ее дальнейшую работоспособность.Additional studies have shown that increased to 2.5 mass. The% content of hafnium leads to the fact that it, segregating during casting into the interdendritic regions of the alloy parts, contributes to the formation of a significant number of nonequilibrium phases of eutectic origin such as Ni 3 (Al, Hf) or Ni 5 Hf with low melting points and thereby lowers the solidus temperature alloy. As a result, the risk of formation of significant porosity and crystallization hot cracks in the castings of products of complex geometry increases during crystallization. This can lead to the fusion of the interdendritic regions in the castings of alloy products during their heat treatment to a solid solution and / or barothermal treatment to eliminate casting porosity. The specified disadvantage of the prototype alloy, associated with the peculiarities of its alloying, leads to a decrease in manufacturability during casting, namely, the need for a long multi-stage thermal and / or barothermic treatment of parts. Another disadvantage of the prototype alloy is its low phase stability, which is manifested in the tendency to form TPU phases, the volume fraction of which in the structure of the material of a turbine blade of this alloy after 1000 hours of operation can reach 10% or more, which significantly reduces its further performance.

Технической задачей настоящего изобретения является создание литейного жаропрочного сплава на никелевой основе с повышенными физико-химическими свойствами, необходимыми для повышения эксплуатационных характеристик лопаток газовых турбин, работающих в агрессивных средах при температурах до 900-1000°C.An object of the present invention is to provide a casting heat-resistant nickel-based alloy with enhanced physicochemical properties necessary to increase the operational characteristics of gas turbine blades operating in aggressive environments at temperatures up to 900-1000 ° C.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение длительной прочности, относительной коррозионной стойкости жаропрочного сплава на основе никеля при повышении его фазовой стабильности, а также снижение объемной доли выделений неравновесных фаз и, как следствие, обеспечение возможности получать из сплава изделия сложной формы с поликристаллической (равноосной) или направленной (монокристаллической) структурой, а также проводить их термическую и/или баротермическую обработку.The technical result of the present invention is to increase the long-term strength, the relative corrosion resistance of a heat-resistant nickel-based alloy with an increase in its phase stability, as well as a decrease in the volume fraction of the precipitation of nonequilibrium phases and, as a result, the ability to obtain products of complex shape with polycrystalline (equiaxial) or directional (monocrystalline) structure, as well as conduct their thermal and / or barothermic treatment.

Для достижения поставленного технического результата предложен жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, тантал, бор, цирконий, а также церий, иттрий, лантан и кальций при следующем соотношении компонентов, масс. %:To achieve the technical result, a heat-resistant nickel-based alloy containing carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, titanium, aluminum, tantalum, boron, zirconium, as well as cerium, yttrium, lanthanum and calcium is proposed in the following ratio of components, masses. %:

углеродcarbon 0,05-0,150.05-0.15 хромchromium 11,9-12,711.9-12.7 кобальтcobalt 10,0-12,010.0-12.0 вольфрамtungsten 4,0-5,24.0-5.2 молибденmolybdenum 1,5-2,11.5-2.1 титанtitanium 3,2-4,23.2-4.2 алюминийaluminum 3,2-4,03.2-4.0 танталtantalum 1,5-2,91.5-2.9 борboron 0,001-0,0150.001-0.015 цирконийzirconium 0,008-0,080.008-0.08 церийcerium 0,002-0,020.002-0.02 иттрийyttrium 0,002-0,020.002-0.02 лантанlanthanum 0,002-0,020.002-0.02 кальцийcalcium 0,001-0,010.001-0.01 никельnickel остальноеrest

Сплав может дополнительно содержать рений в количестве 0,9-3 масс. %.The alloy may additionally contain rhenium in an amount of 0.9-3 mass. %

Также предложено изделие, выполненное из данного сплава на никелевой основе, имеющее равноосную или монокристаллическую структуру.Also proposed is an article made of this nickel-based alloy having an equiaxed or single crystal structure.

Введение в состав предлагаемого сплава церия, иттрия, лантана и кальция при заявленном соотношении легирующих элементов приводит к тому, что в процессе литья происходит взаимодействие вышеуказанных элементов с примесями серы, кислорода, азота с образованием сульфидов, оксидов и нитридов, которые при литье концентрируются в прибыльной части (литниках) отливки детали. В результате содержание вредных примесей серы, кислорода и азота в объеме твердого раствора сплава понижается и, как следствие, повышается длительная прочность. При термической и/или баротермической обработке отливок из сплава на внутренних поверхностях неизбежно имеющихся литейных и гомогенизационных микропор происходит взаимодействие вышеуказанных элементов с остатками примесей серы, кислорода, азота с образованием внутри микропор дисперсных сульфидов, оксидов и нитридов. Таким образом, уменьшается образование дополнительных концентраторов напряжений в виде отдельных частиц сульфидов, оксидов и нитридов. В результате также повышаются длительная прочность и сопротивление сплава коррозии.The introduction of the proposed alloy of cerium, yttrium, lanthanum and calcium at the stated ratio of alloying elements leads to the fact that during the casting process, the above elements interact with impurities of sulfur, oxygen, nitrogen with the formation of sulfides, oxides and nitrides, which are concentrated in a profitable casting parts (sprues) of the casting part. As a result, the content of harmful impurities of sulfur, oxygen, and nitrogen in the volume of the alloy solid solution decreases and, as a result, the long-term strength increases. During thermal and / or barothermic treatment of alloy castings on the inner surfaces of inevitably founding and homogenizing micropores, the above elements interact with the remains of sulfur, oxygen, and nitrogen impurities to form dispersed sulfides, oxides, and nitrides inside the micropores. Thus, the formation of additional stress concentrators in the form of individual particles of sulfides, oxides and nitrides is reduced. As a result, the long-term strength and resistance of the alloy to corrosion are also increased.

Молибден и хром, имея коэффициенты распределения между γ'- и γ-фазами, равные ~0,3 и ~0,2 соответственно, растворяются в основном в γ-твердом растворе сплава. Поэтому повышение содержания молибдена до 1,5-2,1 масс. % и хрома до 11,9-12,7 масс. % в предлагаемом сплаве при заявленном сбалансированном суммарном содержании легирующих элементов вызывает увеличение периода кристаллической решетки γ-твердого раствора и тем самым повышение относительной разности периодов кристаллических решеток γ- и γ'-фаз (γ/γ'-мисфита), что способствует увеличению длительной прочности сплава.Molybdenum and chromium, having distribution coefficients between the γ 'and γ phases equal to ~ 0.3 and ~ 0.2, respectively, are dissolved mainly in the γ-solid alloy solution. Therefore, increasing the molybdenum content to 1.5-2.1 mass. % and chromium to 11.9-12.7 mass. % in the proposed alloy with the claimed balanced total content of alloying elements causes an increase in the period of the crystal lattice of the γ-solid solution and thereby an increase in the relative difference between the periods of the crystal lattices of the γ- and γ'-phases (γ / γ'-misfit), which increases the long-term strength alloy.

Пониженное до 4,0-5,2 масс. % содержание вольфрама в предлагаемом сплаве приводит к снижению плотности и также способствует повышению высокотемпературной фазовой стабильности γ-твердого раствора и МеС-карбидов и, следовательно, достижению более высоких показателей длительной прочности.Reduced to 4.0-5.2 mass. The tungsten content in the proposed alloy leads to a decrease in density and also helps to increase the high-temperature phase stability of the γ-solid solution and MeC-carbides and, therefore, to achieve higher values of long-term strength.

Исключение из химического состава заявляемого сплава γ'-образующего элемента гафния наряду с повышением содержания γ-стабилизирующих элементов молибдена и хрома способствуют снижению объемной доли выделений неравновесных фаз эвтектического происхождения типа Ni3(Al,Hf) или Ni5Hf в литой структуре сплава, что позволяет получать из него сложнопрофильные изделия с поликристаллической (равноосной) или направленной (монокристаллической) структурой без образования в процессе кристаллизации литейной рыхлоты и горячих микротрещин, а также проводить термическую и/или баротермическую обработку изделий с целью снижения их пористости без опасности оплавления.The exclusion from the chemical composition of the inventive alloy of the γ'-forming element of hafnium along with an increase in the content of γ-stabilizing elements of molybdenum and chromium contribute to a decrease in the volume fraction of precipitates of eutectic origin of the Ni 3 (Al, Hf) or Ni 5 Hf type in the cast alloy structure, which allows to obtain complex products with polycrystalline (equiaxial) or directional (monocrystalline) structure from it without the formation of foundry friability and hot microcracks during crystallization, as well as odit thermal and / or barothermal processing products in order to reduce their porosity without the danger of melting.

Кроме того, соотношение компонентов предлагаемого сплава - хрома, кобальта, вольфрама, молибдена, титана, алюминия, тантала, рения (при наличии), циркония и никеля, обеспечивает повышение фазовой стабильности, заключающееся в устранении склонности сплава к образованию ТПУ фаз.In addition, the ratio of the components of the proposed alloy — chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, titanium, aluminum, tantalum, rhenium (if any), zirconium and nickel, provides an increase in phase stability, which eliminates the tendency of the alloy to form TPU phases.

Известно, что для обеспечения фазовой стабильности значение характеризующего ее параметра ΔЕ должно соответствовать условию: 0,02≥ΔE≥-0,04. Указанный параметр вычисляется по следующей формуле:

Figure 00000001
где Zi - концентрация i-го элемента, атомн. %, Ai - атомная масса i-го элемента, Ei - количество валентных электронов i-го элемента, n=9 или 10 - количество компонентов сплава (хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, тантал, рений (при наличии), цирконий, никель) (Самойлов А.И., Морозова Г.И., Кривко А.И., Афоничева О.С. Аналитический метод оптимизации легирования жаропрочных никелевых сплавов // Материаловедение. 2000. №2. С. 14-17).It is known that to ensure phase stability, the value of the parameter ΔE characterizing it must correspond to the condition: 0.02≥ΔE≥-0.04. The specified parameter is calculated by the following formula:
Figure 00000001
where Z i is the concentration of the i-th element, atom. %, A i is the atomic mass of the i-th element, E i is the number of valence electrons of the i-th element, n = 9 or 10 is the number of alloy components (chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, titanium, aluminum, tantalum, rhenium (at availability), zirconium, nickel) (Samoilov AI, Morozova GI, Krivko AI, Afonicheva OS An analytical method for optimizing alloying of heat-resistant nickel alloys // Material Science. 2000. No. 2. P. 14 -17).

Для предлагаемого сплава данное значение находится в интервале от -0,007 до -0,032, притом как для сплава-прототипа оно составляет от -0,123 до -0,055, то есть выходит за пределы критических значений. Это свидетельствует об отсутствии склонности предлагаемого сплава к образованию вредных ТПУ фаз, а также дестабилизирующим твердофазным карбидным реакциям типа МеС→Me6C+γ'.For the proposed alloy, this value is in the range from -0.007 to -0.032, while for the prototype alloy it is from -0.123 to -0.055, that is, beyond critical values. This indicates the lack of propensity of the proposed alloy to the formation of harmful TPU phases, as well as destabilizing solid-phase carbide reactions of the type MeC → Me 6 C + γ '.

Изделия из предлагаемого сплава, например, рабочие лопатки газовых турбин с поликристаллической (равноосной) и направленной (монокристаллической) структурами будут иметь высокие показатели длительной прочности и коррозионной стойкости, обеспечивающие повышение надежности и ресурса работы.Products from the proposed alloy, for example, gas turbine blades with polycrystalline (equiaxial) and directional (monocrystalline) structures will have high indicators of long-term strength and corrosion resistance, providing increased reliability and service life.

Примеры осуществления.Examples of implementation.

В вакуумной индукционной печи было осуществлено 4 плавки предлагаемого сплава и 2 плавки сплава-прототипа. Выплавленные сплавы переплавляли в вакуумных установках для равноосной или направленной кристаллизации и получали изделия с поликристаллической (равноосной) или направленной (монокристаллической) структурой в виде отливок диаметром ~16 мм и длиной соответственно 70 и 160 мм.In a vacuum induction furnace, 4 melts of the proposed alloy and 2 melts of the prototype alloy were carried out. The melted alloys were remelted in vacuum units for equiaxial or directional crystallization to obtain products with a polycrystalline (equiaxial) or directional (single crystal) structure in the form of castings with a diameter of ~ 16 mm and a length of 70 and 160 mm, respectively.

Химический состав предлагаемого сплава и сплава-прототипа приведен в таблице 1.The chemical composition of the proposed alloy and the prototype alloy are shown in table 1.

Далее из полученных отливок изготавливали образцы для дифференциального термического анализа и количественной металлографии, по результатам которых определяли температуру плавления и объемную долю выделений фазы эвтектического происхождения.Further, samples were made from the obtained castings for differential thermal analysis and quantitative metallography, the results of which were used to determine the melting temperature and volume fraction of precipitates of the eutectic origin.

Полученные отливки из сплавов подвергали термической обработке, включающей гомогенизирующий отжиг и двухступенчатое старение.The obtained alloy castings were subjected to heat treatment, including homogenizing annealing and two-stage aging.

Из термически обработанных таким образом отливок изготавливали образцы для определения плотности и механических испытаний на длительную прочность (длина образца 70 мм, рабочая база 25 мм, рабочий диаметр 5 мм), по результатам которых определяли время до разрушения при заданных температурах и напряжениях.Samples were made from heat-treated castings in this way to determine the density and mechanical tests for long-term strength (sample length 70 mm, working base 25 mm, working diameter 5 mm), the results of which determined the time to failure at given temperatures and stresses.

Механические испытания на длительную прочность проводили по ГОСТ 10145-81.Mechanical tests for long-term strength were carried out according to GOST 10145-81.

Испытания образцов с поликристаллической (равноосной) структурой проводили в атмосфере воздуха при температуре 900°C и напряжении 260 МПа.Testing of samples with a polycrystalline (equiaxial) structure was carried out in an atmosphere of air at a temperature of 900 ° C and a voltage of 260 MPa.

Испытания образцов с направленной (монокристаллической) структурой проводили в атмосфере воздуха при температуре 1000°C и напряжениях 200 и 140 МПа.Tests of samples with a directed (single-crystal) structure were carried out in an atmosphere of air at a temperature of 1000 ° C and stresses of 200 and 140 MPa.

Оценку коррозионной стойкости сплавов проводили расчетным путем, сравнивая полученные по известному регрессионному уравнению относительные значения потери массы сплава logjmetal loss(mm/20 h)] при выдержке в расплаве солей Na2S04+NaCl в течение 20 ч при температуре 900°С (Harada Н., Yamazaki М., Sakuma N. at al. Alloy design for nickel-base superalloys // In: Proc. Conf. "High Temperature Alloys for Gas Turbines 1982@, held in Liege, Belgium, 406 Okt. 1982 / D. Reidel Publishing Co.)The corrosion resistance of the alloys was estimated by calculation, comparing the relative values of the mass loss of the alloy logjmetal loss (mm / 20 h)] obtained according to the well-known regression equation when the Na2S04 + NaCl salts were kept in the melt for 20 h at a temperature of 900 ° С (Harada N., Yamazaki M., Sakuma N. at al. Alloy design for nickel-base superalloys // In: Proc. Conf. "High Temperature Alloys for Gas Turbines 1982 @, held in Liege, Belgium, 406 Okt. 1982 / D. Reidel Publishing Co.)

Полученные характеристики композиций предложенного сплава и сплава-прототипа приведены в таблице 2.The obtained characteristics of the compositions of the proposed alloy and alloy prototype are shown in table 2.

Как видно из таблицы 2, предлагаемый сплав обладает повышенными в сравнении со сплавом-прототипом характеристиками длительной прочности и коррозионной стойкости.As can be seen from table 2, the proposed alloy has improved in comparison with the prototype alloy characteristics of long-term strength and corrosion resistance.

Сплав имеет более высокие значения температуры плавления выделений неравновесной фазы эвтектического происхождения (на 14-52°C) и меньшую ее объемную долю в структуре отливок изделий из сплава (в 2-4 раза), чем из сплава, взятого за прототип. Кроме того, абсолютные значения параметра ΔE, характеризующего фазовую стабильность, у предлагаемого сплава не выходят за рамки критических значений и составляют от -0,007 до -0,032, в отличие от сплава-прототипа, у которого значения параметра ΔЕ составляют от -0,123 до -0,055, что свидетельствует о повышении фазовой стабильности предлагаемого сплава - отсутствии склонности к образованию вредных ТПУ фаз, а также дестабилизирующим твердофазным карбидным реакциям типа MeC→Ме6С+γ'.The alloy has a higher melting temperature of precipitates of a non-equilibrium phase of eutectic origin (by 14-52 ° C) and a lower volume fraction in the structure of castings of alloy products (2-4 times) than from an alloy taken as a prototype. In addition, the absolute values of the ΔE parameter characterizing the phase stability of the proposed alloy do not go beyond the critical values and range from -0.007 to -0.032, in contrast to the prototype alloy, in which the ΔE parameter values are from -0.123 to -0.055, which indicates an increase in the phase stability of the proposed alloy - the absence of a tendency to form harmful TPU phases, as well as destabilizing solid-phase carbide reactions of the type MeC → Me 6 C + γ '.

Сниженная объемная доля выделений неравновесной фазы эвтектического происхождения обеспечивает технологическое преимущество предлагаемого сплава, которое заключается в возможности получать из него изделия сложной формы с поликристаллической (равноосной) или направленной (монокристаллической) структурой без образования в процессе кристаллизации литейной рыхлоты и горячих микротрещин, а также проводить термическую и/или баротермическую обработку изделия без опасности оплавления.The reduced volume fraction of precipitates of a non-equilibrium phase of eutectic origin provides the technological advantage of the proposed alloy, which consists in the possibility of producing articles of complex shape from it with a polycrystalline (equiaxial) or directional (monocrystalline) structure without the formation of cast friability and hot microcracks during crystallization, as well as thermal and / or barothermic processing of the product without the risk of reflow.

Описанные преимущества позволят использовать предлагаемый сплав для производства рабочих лопаток газовых турбин ГТУ и ГТД, длительно работающих в агрессивных средах при температурах до 900-1000°C.The described advantages will make it possible to use the proposed alloy for the production of gas turbine blades for gas turbine engines and gas turbine engines, which operate continuously in aggressive environments at temperatures up to 900-1000 ° C.

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Claims (4)

1. Жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, тантал, бор и цирконий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит церий, иттрий, лантан и кальций при следующем соотношении компонентов, мас. %:1. A heat-resistant nickel-based alloy containing carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, titanium, aluminum, tantalum, boron and zirconium, characterized in that it additionally contains cerium, yttrium, lanthanum and calcium in the following ratio of components, wt. %: углеродcarbon 0,05-0,150.05-0.15 хромchromium 11,9-12,711.9-12.7 кобальтcobalt 10,0-12,010.0-12.0 вольфрамtungsten 4,0-5,24.0-5.2 молибденmolybdenum 1,5-2,11.5-2.1 титанtitanium 3,2-4,23.2-4.2 алюминийaluminum 3,2-4,03.2-4.0 танталtantalum 1,5-2,91.5-2.9 борboron 0,001-0,0150.001-0.015 цирконийzirconium 0,008-0,080.008-0.08 церийcerium 0,002-0,020.002-0.02 иттрийyttrium 0,002-0,020.002-0.02 лантанlanthanum 0,002-0,020.002-0.02 кальцийcalcium 0,001-0,010.001-0.01 никельnickel остальноеrest
2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит рений в количестве 0,9-3 мас. %.2. The alloy according to claim 1, characterized in that it further comprises rhenium in an amount of 0.9-3 wt. % 3. Изделие из жаропрочного сплава на основе никеля, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1 или 2.3. A product of a heat-resistant nickel-based alloy, characterized in that it is made of an alloy according to claim 1 or 2.
RU2016150164A 2016-12-20 2016-12-20 Cast heat-resistant nickel-based alloy and product made thereof RU2633679C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016150164A RU2633679C1 (en) 2016-12-20 2016-12-20 Cast heat-resistant nickel-based alloy and product made thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016150164A RU2633679C1 (en) 2016-12-20 2016-12-20 Cast heat-resistant nickel-based alloy and product made thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2633679C1 true RU2633679C1 (en) 2017-10-16

Family

ID=60129543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016150164A RU2633679C1 (en) 2016-12-20 2016-12-20 Cast heat-resistant nickel-based alloy and product made thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2633679C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6458318B1 (en) * 1999-06-30 2002-10-01 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Heat resistant nickel base alloy
WO2008046708A1 (en) * 2006-10-17 2008-04-24 Siemens Aktiengesellschaft Nickel-base superalloys
RU2443792C2 (en) * 2006-07-25 2012-02-27 ПАУЭР СИСТЕМЗ МФГ., ЭлЭлСи Nickel-based alloy to be used in gas turbines
JP4911753B2 (en) * 2003-12-26 2012-04-04 川崎重工業株式会社 Ni-base superalloy and gas turbine component using the same
JP5413543B1 (en) * 2012-06-07 2014-02-12 新日鐵住金株式会社 Ni-based alloy

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6458318B1 (en) * 1999-06-30 2002-10-01 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Heat resistant nickel base alloy
JP4911753B2 (en) * 2003-12-26 2012-04-04 川崎重工業株式会社 Ni-base superalloy and gas turbine component using the same
RU2443792C2 (en) * 2006-07-25 2012-02-27 ПАУЭР СИСТЕМЗ МФГ., ЭлЭлСи Nickel-based alloy to be used in gas turbines
WO2008046708A1 (en) * 2006-10-17 2008-04-24 Siemens Aktiengesellschaft Nickel-base superalloys
JP5413543B1 (en) * 2012-06-07 2014-02-12 新日鐵住金株式会社 Ni-based alloy

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2781478C (en) Rhenium-free single crystal superalloy for turbine blades and vane applications
KR100810838B1 (en) Superalloy compositions, articles, and methods of manufacture
US11118247B2 (en) Highly processable single crystal nickel alloys
JP4885530B2 (en) High strength and high ductility Ni-base superalloy, member using the same, and manufacturing method
US20110052443A1 (en) Nickel-Based Superalloys and Articles
US20160201167A1 (en) Nickel-Based Superalloys and Articles
US10519787B2 (en) Low rhenium single crystal superalloy for turbine blades and vane applications
US20110076181A1 (en) Nickel-Based Superalloys and Articles
CN102803528B (en) Nickel-base single-crystal superalloy and turbine wing using same
CA2586974C (en) Nickel-base superalloy
JP4719583B2 (en) Unidirectional solidification nickel-base superalloy excellent in strength, corrosion resistance and oxidation resistance and method for producing unidirectional solidification nickel-base superalloy
US20110076182A1 (en) Nickel-Based Superalloys and Articles
KR100219929B1 (en) Hot corrosion resistant single crystar nickel-based superalloys
RU2633679C1 (en) Cast heat-resistant nickel-based alloy and product made thereof
RU2434068C1 (en) ALLOY ON BASE OF INTER-METALLIDE Ni3Al
RU2434069C1 (en) Cast heat resistant alloy on base of nickel
US8241560B2 (en) Nickel base superalloy and single crystal castings
RU2349663C1 (en) ALLOY ON BASIS OF INTERMETALLIC COMPOUND Ni3Al AND PRODUCT, MADE OF IT
RU2610577C1 (en) CASTING ALLOY BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND Ni3Al, AND ARTICLE OUT OF IT
Shi et al. Effect of Nb content on microstructure stability and stress rupture properties of single crystal superalloy containing Re and Ru
RU2685926C1 (en) Nickel-based intermetallic alloy and article made from it
RU2530932C1 (en) Nickel-based cast heat resistant alloy and product made from it
RU2570130C1 (en) Heat-resistant alloy based on nickel for casting of blades of gas-turbine units
RU2516215C1 (en) ALLOY BASED ON INTERMETALLIDE Ni3Al WITH SINGLE-CRYSTAL STRUCTURE AND PRODUCT MADE FROM IT
RU2569283C1 (en) Ni3Al INTERMETALLIDE-BASED ALLOY AND ARTICLES MADE THEREOF