RU2655483C1 - Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него - Google Patents

Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него Download PDF

Info

Publication number
RU2655483C1
RU2655483C1 RU2017120799A RU2017120799A RU2655483C1 RU 2655483 C1 RU2655483 C1 RU 2655483C1 RU 2017120799 A RU2017120799 A RU 2017120799A RU 2017120799 A RU2017120799 A RU 2017120799A RU 2655483 C1 RU2655483 C1 RU 2655483C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
heat
nickel
titanium
corrosion
Prior art date
Application number
RU2017120799A
Other languages
English (en)
Inventor
Евгений Николаевич Каблов
Виктор Васильевич Сидоров
Дмитрий Евгеньевич Каблов
Павел Георгиевич Мин
Виталий Евгеньевич Вадеев
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 RU2017120799A priority Critical patent/RU2655483C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2655483C1 publication Critical patent/RU2655483C1/ru

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

Изобретение относится к металлургии, в частности к коррозионно-стойким жаропрочным сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления деталей газотурбинных двигателей и установок, длительно работающих в агрессивных средах при температурах до 700°С. Жаропрочный литейный сплав на основе никеля содержит, мас. %: углерод до 0,08, хром 16-21; алюминий 0,3-2,0; титан 0,5-2,0; молибден 2,0-3,5; железо 8,0-20,0; ниобий 4,0-6,0; бор до 0,02; вольфрам до 2,5; кобальт до 10,2; цирконий до 0,08; лантан до 0,20; барий до 0,03; рений до 0,02; гафний до 0,10; никель - остальное. Повышается длительная прочность, коррозионная стойкость, структурная стабильность, увеличивается ресурс работы сплава при температуре 650°С. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к коррозионно-стойким жаропрочным сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления деталей газотурбинных двигателей и установок, длительно работающих в агрессивных средах при температурах до 700°С.
Известен жаропрочный никелевый сплав следующего химического состава, мас. %:
хром 15-23
молибден 2-4
ниобий или тантал 4-8
алюминий не более 0,2
титан не более 0,2
углерод не более 0,10
кремний не более 0,50
бор 0,005-0,015
железо до 30,0
марганец до 1,0
никель или кобальт 45-60
(US 3046108 А, 24.07.1962).
Сплав имеет невысокие значения длительной прочности при температурах в интервале 600-650°С, а также пониженную коррозионную стойкость.
Известен жаропрочный никелевый сплав следующего химического состава, мас. %:
углерод 0,005-0,03
хром 14-18
железо 15-45
алюминий 0,5-2,0
азот 0,005-0,05
титан 0,5-2,0
ниобий 1,5-5,0
никель остальное
(US 8043068 В2, 25.10.2011).
Сплав имеет пониженную структурную стабильность: в процессе эксплуатации в его структуре происходят необратимые изменения и образуются нежелательные топологически плотноупакованные (ТПУ) фазы (σ, δ и др.), которые охрупчивают металл и тем самым понижают механические свойства.
Известен сплав на основе никеля следующего химического состава, мас. %:
хром 17-21
углерод 0,01-0,05
марганец max 0,35
кремний max 0,35
фосфор 0,004-0,020
сера max 0,0025
молибден 2,5-3,1
ниобий 5,2-5,8
титан 0,5-1,0
алюминий 1,2-1,7
кобальт 8-10
вольфрам 0,8-1,4
бор 0,003-0,008
медь max 0,3
железо 8-10
никель остальное
(US 8551266 В2, 08.10.2013).
Сплав имеет пониженные характеристики длительной и кратковременной прочности при температуре 650°С, а также склонен к образованию ТПУ фаз (σ, δ и др.) в процессе эксплуатации.
Наиболее близким аналогом является сплав на никелевой основе, предназначенный для получения различных деталей газотурбинного двигателя, таких как диски, лопатки, валы, кожуха, и содержащий, мас. %:
углерод не более 0,10
хром 12-20
молибден до 4
вольфрам до 6
кобальт 5-12
железо до 14
ниобий 4-8
алюминий 0,6-2,6
титан 0,4-1,4
фосфор 0,003-0,03
бор 0,003-0,015
никель остальное
причем суммарное содержание молибдена и вольфрама составляет 2-8 мас. %, суммарное содержание алюминия и титана составляет 2-6 ат. %, отношение количества алюминия к титану (в ат. %) составляет 1,5, отношение суммарного содержания алюминия и титана (в ат. %) к содержанию ниобия (в ат. %) составляет 0,8-1,3 (US 6730264 В2, 04.05.2004).
Данный сплав имеет невысокие значения длительной прочности, коррозионной стойкости и ограниченный ресурс работы в составе двигателя из-за образования в структуре σ-фазы в процессе эксплуатации.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка жаропрочного сплава на основе никеля с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение длительной прочности, коррозионной стойкости, структурной стабильности, увеличение ресурса работы сплава при температуре 650°С.
Для достижения технического результата предложен жаропрочный литейный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, алюминий, титан, молибден, железо, ниобий, бор, вольфрам, кобальт, а также цирконий, лантан, барий, рений и гафний при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод до 0,08
хром 16-21
алюминий 0,3-2,0
титан 0,5-2,0
молибден 2,0-3,5
железо от более 11,0 до 20,0
ниобий 4,0-6,0
бор до 0,02
вольфрам до 2,5
кобальт до 10,2
цирконий до 0,08
лантан до 0,20
барий до 0,03
рений до 0,02
гафний до 0,10
никель остальное
Также предложено изделие, выполненное из данного сплава.
По сравнению со сплавом-прототипом в предлагаемом сплаве содержатся небольшие строго регламентированные количества циркония, лантана, бария, рения и гафния.
Было установлено, что дополнительное введение в сплав лантана и бария позволили снизить скорость высокотемпературной сульфидно-оксидной и хлоридной коррозии за счет создания на поверхности металла защитного барьерного слоя на основе термодинамически высокостабильных соединений с лантаном и барием, который ослабляет диффузионные потоки ионов серы и кислорода, а также уменьшает микропористость оксидной пленки.
Введение циркония совместно с гафнием обеспечивает стабилизацию структурных составляющих сплава, в частности карбидов, способствует упрочнению границ зерен за счет подавления образования легкоплавких соединений, тем самым повышается ресурс работы двигателя и исключается образование в процессе наработки охрупчивающих фаз.
Введение рения позволяет дополнительно упрочнить γ-твердый раствор сплава и тем самым повысить жаропрочные свойства.
Помимо положительного влияния лантана на коррозионные свойства сплава было также установлено, что при его введении в структуре образуются мелкодисперсные наноразмерные частицы γ'-фазы, которые выделяются в γ-твердом растворе между более крупными частицами γ'-фазы, блокируют и задерживают перемещение дислокаций в процессе ползучести металла при повышенной температуре и напряжении, тем самым обеспечивая повышение жаропрочности.
Примеры осуществления
В вакуумной индукционной печи ВИАМ2002 было выплавлено пять плавок предлагаемого сплава и одна плавка сплава, взятого за прототип. Масса каждой плавки составляла 10 кг. Все плавки были переплавлены в вакуумной плавильно-разливочной установке УППФ-У и отлиты в керамические блоки с заготовками под образцы с равноосной структурой.
После проведения термической обработки из заготовок были изготовлены образцы для испытаний на длительную прочность при высоких температурах, а также образцы для испытаний на сульфидно-оксидную и хлоридную коррозию.
Составы образцов сплавов приведены в таблице 1.
Испытания на длительную прочность проводили при температуре 650°С и напряжении 650 МПа. От каждой плавки были испытаны два образца. Результаты испытания приведены в таблице 2.
Испытания на коррозию проводили по циклическому режиму. Один цикл испытаний включал:
- нанесение на горячую поверхность образцов солевой корки водного раствора смеси солей 75% Na2SO4 + 25% NaCl (для сульфидно-оксидной коррозии) или 3,5% водного раствора NaCl (для хлоридной коррозии);
- выдержку образцов при Т=650°С в течение 1 часа в нагревательной печи;
- охлаждение на воздухе.
Общая продолжительность испытаний - 30 циклов.
Оценку стойкости образцов к коррозии проводили по удельному изменению (убыли) массы путем взвешивания образцов через каждые 5 циклов.
На каждый вид испытаний на коррозию было изготовлено по 6 образцов. Усредненные результаты испытаний по 6-и образцам на длительную прочность и коррозию приведены в таблице 2.
Полученные результаты показывают, что время до разрушения предлагаемого сплава при испытаниях на длительную прочность при температуре 650°С заметно превосходит долговечность сплава-прототипа, т.е. срок службы предлагаемого сплава в сравнении со сплавом-прототипом может быть увеличен.
Предлагаемый сплав обладает более высокой коррозионной стойкостью при температуре 650°С в сульфидно-оксидной и хлоридной среде, чем сплав-прототип: удельное изменение (убыль) массы образцов в обеих средах у предлагаемого сплава существенно меньше.
Металлографический анализ структуры разрушенных образцов после испытаний на длительную прочность при температуре 650°С не выявил образования охрупчивающих ТПУ-фаз (σ, μ и т.д.), что подтверждает фазовую и структурную стабильность предлагаемого сплава.
Таким образом, предлагаемый сплав существенно превосходит известный сплав по долговечности и коррозионной стойкости, что позволит повысить ресурс работы и надежность изделий газотурбинных двигателей и установок, длительно работающих в агрессивных средах при повышенных температурах и напряжениях.
Figure 00000001
* элементы в сплаве присутствуют, но в меньшем количестве, нежели предел чувствительности метода определения концентрации компонентов (менее 0,00005 мас. %)
Figure 00000002

Claims (3)

1. Жаропрочный литейный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, алюминий, титан, молибден, железо, ниобий, бор, вольфрам, кобальт, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий, лантан, барий, рений и гафний при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод до 0,08 хром 16-21 алюминий 0,3-2,0 титан 0,5-2,0 молибден 2,0-3,5 железо от более 11,0 до 20,0 ниобий 4,0-6,0 бор до 0,02 вольфрам до 2,5 кобальт до 10,2 цирконий до 0,08 лантан до 0,20 барий до 0,03 рений до 0,02 гафний до 0,10 никель остальное
2. Изделие из жаропрочного литейного сплава на основе никеля, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1.
RU2017120799A 2017-06-14 2017-06-14 Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него RU2655483C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017120799A RU2655483C1 (ru) 2017-06-14 2017-06-14 Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017120799A RU2655483C1 (ru) 2017-06-14 2017-06-14 Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2655483C1 true RU2655483C1 (ru) 2018-05-28

Family

ID=62560583

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017120799A RU2655483C1 (ru) 2017-06-14 2017-06-14 Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2655483C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115354194A (zh) * 2022-09-06 2022-11-18 中国科学院金属研究所 一种增材修复用镍基高温合金材料及其应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5480283A (en) * 1991-10-24 1996-01-02 Hitachi, Ltd. Gas turbine and gas turbine nozzle
RU2112069C1 (ru) * 1996-06-14 1998-05-27 Акционерное общество открытого типа "Пермские моторы" Литейный жаропрочный сплав на основе никеля
RU2441089C1 (ru) * 2010-12-30 2012-01-27 Юрий Васильевич Кузнецов КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ Fe-Cr-Ni, ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕГО И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ
JP2016056436A (ja) * 2014-09-12 2016-04-21 新日鐵住金株式会社 Ni基耐熱合金
RU2601720C1 (ru) * 2015-08-05 2016-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Жаропрочный свариваемый сплав на основе кобальта и изделие, выполненное из него

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5480283A (en) * 1991-10-24 1996-01-02 Hitachi, Ltd. Gas turbine and gas turbine nozzle
RU2112069C1 (ru) * 1996-06-14 1998-05-27 Акционерное общество открытого типа "Пермские моторы" Литейный жаропрочный сплав на основе никеля
RU2441089C1 (ru) * 2010-12-30 2012-01-27 Юрий Васильевич Кузнецов КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ Fe-Cr-Ni, ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕГО И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ
JP2016056436A (ja) * 2014-09-12 2016-04-21 新日鐵住金株式会社 Ni基耐熱合金
RU2601720C1 (ru) * 2015-08-05 2016-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Жаропрочный свариваемый сплав на основе кобальта и изделие, выполненное из него

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115354194A (zh) * 2022-09-06 2022-11-18 中国科学院金属研究所 一种增材修复用镍基高温合金材料及其应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
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
KR101470069B1 (ko) 터빈 날개 및 베인 용도를 위한 저레늄 단결정 초합금
CA2901259A1 (en) Nickel-cobalt alloy
KR101687320B1 (ko) Ni기 단결정 초합금
RU2518838C2 (ru) МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ СУПЕРСПЛАВ НА ОСНОВЕ Ni И ЛОПАТКА ТУРБИНЫ
JP5876915B2 (ja) 高強度単結晶超合金
EP2381000B1 (en) Ni-based single crystal superalloy
RU2655483C1 (ru) Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
KR100219929B1 (ko) 고온내식성 단결정 니켈계 초내열 합금
RU2655484C1 (ru) Жаропрочный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
JP5595495B2 (ja) ニッケル基超合金
RU2672463C1 (ru) Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
JP2002235135A (ja) 産業用タービンの単結晶ブレードのための非常に高い耐高温腐食性をもつニッケル系超合金
CA2727105C (en) Improved low sulfur nickel-base single crystal superalloy with ppm additions of lanthanum and yttrium
RU2610577C1 (ru) ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
RU2588949C1 (ru) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
RU2656908C1 (ru) Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
RU2684000C1 (ru) Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
WO2005064027A1 (ja) Ni基超耐熱合金及びそれを用いたガスタービン部品
RU2685895C1 (ru) Жаропрочный литейный сплав на основе кобальта и изделие, выполненное из него
RU2794497C1 (ru) Жаропрочный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
RU2790495C1 (ru) Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
CN108504903B (zh) Ni基超合金
RU2433196C1 (ru) ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
RU2351673C1 (ru) ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО