RU2656908C1 - Heat-resistant cast nickel-based alloy and article made therefrom - Google Patents
Heat-resistant cast nickel-based alloy and article made therefrom Download PDFInfo
- Publication number
- RU2656908C1 RU2656908C1 RU2017135537A RU2017135537A RU2656908C1 RU 2656908 C1 RU2656908 C1 RU 2656908C1 RU 2017135537 A RU2017135537 A RU 2017135537A RU 2017135537 A RU2017135537 A RU 2017135537A RU 2656908 C1 RU2656908 C1 RU 2656908C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- nickel
- heat
- long
- yttrium
- 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
- C22C19/056—Alloys 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%
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к коррозионностойким жаропрочным сплавам для деталей горячего тракта газотурбинных двигателей и установок, длительно работающих в агрессивных средах при температурах 750-1000°C.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to corrosion-resistant heat-resistant alloys for parts of the hot tract of gas turbine engines and installations, long-term working in aggressive environments at temperatures of 750-1000 ° C.
Известен жаропрочный сплав на основе никеля следующего химического состава, мас.%:Known heat-resistant alloy based on Nickel of the following chemical composition, wt.%:
по меньшей мере два элемента, выбранных из группы:at least two elements selected from the group:
(RU 2538054 С1, 10.01.2015).(RU 2538054 C1, 01/10/2015).
Сплав имеет невысокие характеристики длительной и кратковременной прочности, повышенную пористость в отливках и пониженную коррозионную стойкость.The alloy has low characteristics of long-term and short-term strength, increased porosity in castings and reduced corrosion resistance.
Известен жаропрочный сплав на основе никеля следующего химического состава, мас.%:Known heat-resistant alloy based on Nickel of the following chemical composition, wt.%:
(RU 2539643 С1, 20.01.2015).(RU 2539643 C1, 01.20.2015).
Сплав имеет достаточно высокие прочностные и пластические характеристики, но отличается пониженной структурной стабильностью при длительной работе, связанной с выпадением охрупчивающей σ-фазы, которая существенно понижает жаропрочные свойства сплава и ограничивает ресурс работы двигателя.The alloy has a fairly high strength and plastic characteristics, but is characterized by reduced structural stability during long-term operation associated with the precipitation of the embrittling σ-phase, which significantly reduces the heat-resistant properties of the alloy and limits the life of the engine.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является жаропрочный сплав на основе никеля для литья рабочих лопаток газотурбинных установок, содержащий, мас.%:The closest analogue taken as a prototype is a heat-resistant nickel-based alloy for casting rotor blades of gas turbine plants, containing, wt.%:
по меньше мере два элемента, выбранных из группы:at least two elements selected from the group:
по меньше мере два элемента, выбранных из группы:at least two elements selected from the group:
(RU 2562202 С1, 10.09.2015).(RU 2562202 C1, 09/10/2015).
Сплав, взятый за прототип, имеет удовлетворительную коррозионную стойкость в агрессивных средах при рабочих температурах 750-1000°C и достаточно высокие характеристики кратковременной прочности и пластичности, однако он имеет невысокие характеристики длительной прочности при испытаниях на базе 500-1000 часов, а также невысокую технологичность (выход годного) при отливке деталей.The alloy taken as a prototype has satisfactory corrosion resistance in aggressive environments at operating temperatures of 750-1000 ° C and fairly high characteristics of short-term strength and ductility, but it has low characteristics of long-term strength when tested on the basis of 500-1000 hours, as well as low processability (suitable yield) when casting parts.
Таким образом, известные сплавы при рабочих температурах 750-1000°C не обладают оптимальным сочетанием служебных свойств (жаропрочность, пластичность, сопротивление высокотемпературной коррозии, структурно-фазовая стабильность в процессе эксплуатации), а также высокой технологичностью при отливке деталей.Thus, the known alloys at operating temperatures of 750-1000 ° C do not have the optimal combination of service properties (heat resistance, ductility, high-temperature corrosion resistance, structural and phase stability during operation), as well as high adaptability to casting parts.
Задачей предложенного изобретения является разработка жаропрочного литейного сплава на основе никеля с оптимизированным сочетанием служебных свойств и высокой технологичностью.The objective of the invention is to develop a heat-resistant cast alloy based on nickel with an optimized combination of service properties and high adaptability.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение характеристик длительной прочности при рабочих температурах до 1000°C в сочетании с высоким сопротивлением сплава коррозионному воздействию в агрессивных средах, а также повышенная фазово-структурная стабильность сплава при длительном режиме работы (более 500 часов).The technical result of the invention is to increase the characteristics of long-term strength at operating temperatures of up to 1000 ° C in combination with high resistance of the alloy to corrosion in aggressive environments, as well as increased phase-structural stability of the alloy during long-term operation (more than 500 hours).
Для достижения технического результата предложен жаропрочный литейный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, титан, лантан, иттрий, барий, кальций, магний, бор, при этом он дополнительно содержит церий, празеодим, рений, гафний и цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.%:To achieve a technical result, a heat-resistant nickel-based casting alloy is proposed containing carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, titanium, lanthanum, yttrium, barium, calcium, magnesium, boron, while it additionally contains cerium, praseodymium, rhenium, hafnium and zirconium in the following ratio of components, wt.%:
Также предложено изделие, выполненное из данного сплава.Also proposed is a product made of this alloy.
По сравнению со сплавом-прототипом в предлагаемом сплаве содержатся небольшие строго регламентированные количества церия, празеодима, рения, гафния и циркония.Compared with the prototype alloy, the proposed alloy contains small strictly regulated amounts of cerium, praseodymium, rhenium, hafnium and zirconium.
Было установлено, что комплексное введение в сплав, содержащий лантан и иттрий, церия и празеодима позволило дополнительно повысить коррозионную стойкость и эксплуатационную надежность сплава при температурах 750-1000°C за счет создания на поверхности металла надежного защитного барьерного слоя.It was found that the complex introduction to the alloy containing lanthanum and yttrium, cerium and praseodymium further improved the corrosion resistance and operational reliability of the alloy at temperatures of 750-1000 ° C by creating a reliable protective barrier layer on the metal surface.
Комплексное легирование сплава лантаном, иттрием, церием и празеодимом позволило также повысить характеристики длительной прочности сплава за счет дополнительного упрочнения γ-твердого раствора ультрадисперсными наночастицами размером до 100 нм.Complex alloying of the alloy with lanthanum, yttrium, cerium and praseodymium also made it possible to increase the long-term strength characteristics of the alloy due to additional hardening of the γ-solid solution with ultrafine nanoparticles up to 100 nm in size.
Рений дополнительно упрочняет γ-твердый раствор, замедляет диффузионные процессы при высокотемпературной ползучести и тем самым способствует повышению жаропрочности. Кроме того, рений совместно с лантаном, иттрием, церием и празеодимом позволяет повысить структурную стабильность сплава в процессе эксплуатации и исключить образования в структуре охрупчивающих фаз типа σ и μ.Rhenium additionally strengthens the γ-solid solution, slows down the diffusion processes during high-temperature creep, and thereby enhances the heat resistance. In addition, rhenium together with lanthanum, yttrium, cerium, and praseodymium can increase the structural stability of the alloy during operation and exclude the formation of embrittlement phases of the σ and μ type in the structure.
Введение гафния и циркония позволяет нейтрализовать вредное влияние примесей серы, фосфора, кислорода и других за счет их связывания в тугоплавкие, химически стойкие соединения. Кроме того, гафний и цирконий входят в состав γ'-фазы и дополнительно ее стабилизируют, тем самым обеспечивая повышение длительной прочности.The introduction of hafnium and zirconium allows you to neutralize the harmful effects of impurities of sulfur, phosphorus, oxygen and others due to their binding to refractory, chemically stable compounds. In addition, hafnium and zirconium are part of the γ'-phase and additionally stabilize it, thereby providing an increase in long-term strength.
Предлагаемый сплав может быть использован для получения деталей как с равноосной, так с направленной и монокристаллической структурой.The proposed alloy can be used to obtain parts with both equiaxial, so with directional and single crystal structure.
Примеры осуществления.Examples of implementation.
В вакуумной индукционной печи было выплавлено пять сплавов предлагаемого состава и один сплав состава, взятого за прототип. Полученные заготовки были переплавлены в установке направленной кристаллизации и отлиты керамические блоки с заготовками под образцы с монокристаллической структурой с кристаллографической ориентацией.In the vacuum induction furnace, five alloys of the proposed composition and one alloy of the composition taken as a prototype were smelted. The obtained preforms were remelted in a directional crystallization unit and ceramic blocks with preforms were cast for samples with a single crystal structure with a crystallographic orientation.
Из заготовок после проведения термической обработки были изготовлены образцы для проведения испытаний на длительную прочность, а также образцы для испытаний на сульфидно-оксидную и хлоридную коррозию.After heat treatment, samples were prepared from billets for carrying out tests for long-term strength, as well as samples for testing for sulfide-oxide and chloride corrosion.
Испытания на длительную прочность проводили при температуре 870°C и напряжениях 360 и 275 МПа на базе соответственно 100 и 1000 часов, при температуре 900°C и напряжении 295 МПа на базе 500 часов, а также при температуре 1000°C и напряжении 120 МПа на базе 500 часов.Long-term strength tests were carried out at a temperature of 870 ° C and voltages of 360 and 275 MPa on the basis of 100 and 1000 hours, respectively, at a temperature of 900 ° C and a voltage of 295 MPa on the basis of 500 hours, as well as at a temperature of 1000 ° C and a voltage of 120 MPa at base of 500 hours.
Испытания на коррозию проводили по циклическому режиму. Один цикл испытаний включал:Corrosion tests were carried out in a cyclic mode. One test cycle included:
- создание на горячей поверхности образцов солевой корки водного раствора смеси солей 75% Na2SO4+25% NaCl (для сульфидно-оксидной коррозии) или 3,5% водного раствора NaCl (для хлоридной коррозии);- creating on a hot surface of the samples of the salt crust of an aqueous solution of a mixture of salts of 75% Na 2 SO 4 + 25% NaCl (for sulfide-oxide corrosion) or a 3.5% aqueous solution of NaCl (for chloride corrosion);
- выдержка образцов при Т=850°C в течение 1 часа в нагревательной печи;- exposure of samples at T = 850 ° C for 1 hour in a heating furnace;
- охлаждение на воздухе.- air cooling.
Общая продолжительность испытаний - 30 циклов.The total test duration is 30 cycles.
Оценку стойкости образцов к коррозии проводили по удельному изменению (убыли) массы путем взвешивания образцов через каждые 5 циклов.The corrosion resistance of the samples was evaluated by the specific change (decrease) in the mass by weighing the samples every 5 cycles.
Содержание компонентов (мас. %) в сплавах и результаты испытаний на длительную прочность и коррозию приведены в таблицах 1 и 2 соответственно.The content of components (wt.%) In the alloys and the test results for long-term strength and corrosion are shown in tables 1 and 2, respectively.
Полученные результаты испытаний свидетельствуют, что долговечность предлагаемого сплава при испытаниях на длительную прочность при всех режимах заметно превосходит долговечность сплава-прототипа, т.е. предлагаемый сплав обладает более высоким уровнем жаропрочности.The obtained test results indicate that the durability of the proposed alloy when tested for long-term strength under all conditions significantly exceeds the durability of the prototype alloy, i.e. the proposed alloy has a higher level of heat resistance.
Предлагаемый сплав обладает высокой коррозионной стойкостью при температуре испытаний 850°C в сравнении со сплавом-прототипом: удельное изменение (убыль) массы образцов как при сульфидно-оксидной, так и при хлоридной коррозии практически в 2 раза меньше, чем у сплава-прототипа.The proposed alloy has high corrosion resistance at a test temperature of 850 ° C in comparison with the prototype alloy: the specific change (decrease) in the mass of the samples with both sulfide-oxide and chloride corrosion is almost 2 times less than that of the prototype alloy.
Проведенный металлографический анализ структуры разрушенных образцов после испытаний на длительную прочность на базе 500-1000 часов не выявил в ней охрупчивающих ТПУ-фаз (σ, μ и др.), что свидетельствует о высокой фазовой и структурной стабильности предлагаемого сплава.The metallographic analysis of the structure of the destroyed samples after testing for long-term strength on the basis of 500-1000 hours did not reveal embrittlement TPU phases (σ, μ, etc.) in it, which indicates a high phase and structural stability of the proposed alloy.
При отливке монокристаллических лопаток турбины из предлагаемого сплава была подтверждена его хорошая технологичность - выход годного лопаток по отклонениям от КГО составил 85-90%.When casting single-crystal turbine blades from the proposed alloy, its good processability was confirmed - the yield of the blades according to deviations from KGO was 85-90%.
Таким образом, предлагаемый сплав существенно превосходит сплав-прототип по долговечности и коррозионной стойкости, обладает высокой фазово-структурной стабильностью, что позволяет повысить ресурс работы и надежность деталей газотурбинных двигателей и установок, которые длительно эксплуатируются в агрессивных средах при повышенных температурах и напряжениях.Thus, the proposed alloy significantly exceeds the prototype alloy in terms of durability and corrosion resistance, has a high phase-structural stability, which allows to increase the service life and reliability of parts of gas turbine engines and plants that are used for a long time in aggressive environments at elevated temperatures and voltages.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017135537A RU2656908C1 (en) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Heat-resistant cast nickel-based alloy and article made therefrom |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017135537A RU2656908C1 (en) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Heat-resistant cast nickel-based alloy and article made therefrom |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2656908C1 true RU2656908C1 (en) | 2018-06-07 |
Family
ID=62560404
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017135537A RU2656908C1 (en) | 2017-10-05 | 2017-10-05 | Heat-resistant cast nickel-based alloy and article made therefrom |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2656908C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5413543B1 (en) * | 2012-06-07 | 2014-02-12 | 新日鐵住金株式会社 | Ni-based alloy |
EP2743362A1 (en) * | 2011-08-09 | 2014-06-18 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Ni-BASED HEAT-RESISTANT ALLOY |
RU2520934C1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-06-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Heat-resistant nickel alloy with higher resistance to sulphide corrosion combined with high heat resistance |
RU2562202C1 (en) * | 2014-06-11 | 2015-09-10 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" | Composition of nickel-based heat-resistant alloy charge of equiaxial structure for gas turbine working blade casting |
JP2016056436A (en) * | 2014-09-12 | 2016-04-21 | 新日鐵住金株式会社 | Ni-BASED HEAT RESISTANT ALLOY |
RU2623940C2 (en) * | 2015-06-23 | 2017-06-29 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Casting nickel alloy with increased heat strength and resistance to sulfide corrosion |
-
2017
- 2017-10-05 RU RU2017135537A patent/RU2656908C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2743362A1 (en) * | 2011-08-09 | 2014-06-18 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Ni-BASED HEAT-RESISTANT ALLOY |
JP5413543B1 (en) * | 2012-06-07 | 2014-02-12 | 新日鐵住金株式会社 | Ni-based alloy |
RU2520934C1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-06-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Heat-resistant nickel alloy with higher resistance to sulphide corrosion combined with high heat resistance |
RU2562202C1 (en) * | 2014-06-11 | 2015-09-10 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" | Composition of nickel-based heat-resistant alloy charge of equiaxial structure for gas turbine working blade casting |
JP2016056436A (en) * | 2014-09-12 | 2016-04-21 | 新日鐵住金株式会社 | Ni-BASED HEAT RESISTANT ALLOY |
RU2623940C2 (en) * | 2015-06-23 | 2017-06-29 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" | Casting nickel alloy with increased heat strength and resistance to sulfide corrosion |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2650659C2 (en) | FABRICABLE, HIGH STRENGTH, OXIDATION RESISTANT Ni-Cr-Co-Mo-Al ALLOYS | |
JP5663530B2 (en) | Rhenium-free single crystal superalloy for turbine blade and vane applications | |
CA2841329A1 (en) | Hot-forgeable ni-based superalloy excellent in high temperature strength | |
CA2586974C (en) | Nickel-base superalloy | |
US8877122B2 (en) | Ni-based single crystal superalloy and turbine blade incorporating the same | |
KR20040095712A (en) | Nickel-base alloy | |
EP0053948B1 (en) | Nickel-chromium-cobalt base alloys and castings thereof | |
JP5595495B2 (en) | Nickel-base superalloy | |
RU2656908C1 (en) | Heat-resistant cast nickel-based alloy and article made therefrom | |
RU2672463C1 (en) | Heat-resistant nickel-based cast alloy and an article made therefrom | |
RU2674274C1 (en) | Heat-resistant nickel-based cast alloy and an article made therefrom | |
WO2000034540A1 (en) | Alloys for high temperature service in aggressive environments | |
RU2655483C1 (en) | HEAT-RESISTANT CAST Ni-BASED ALLOY AND PRODUCT MADE OF IT | |
US9150944B2 (en) | Low sulfur nickel-base single crystal superalloy with PPM additions of lanthanum and yttrium | |
RU2447172C1 (en) | Refractory alloy | |
RU2434069C1 (en) | Cast heat resistant alloy on base of nickel | |
JPH09268337A (en) | Forged high corrosion resistant superalloy alloy | |
RU2588949C1 (en) | ALLOY BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND Ni3Al AND ARTICLE MADE THEREFROM | |
RU2610577C1 (en) | CASTING ALLOY BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND Ni3Al, AND ARTICLE OUT OF IT | |
RU2678353C1 (en) | Heat and corrosion resistant nickel-based alloy for casting of large-sized working and nozzle blades of gas-turbine units | |
RU2794497C1 (en) | Heat-resistant nickel-based alloy and a product made from it | |
RU2685895C1 (en) | Cobalt-based heat-resistant cast alloy and article made therefrom | |
RU2655484C1 (en) | HEAT-RESISTANT Ni-BASED ALLOY AND PRODUCT MADE OF IT | |
RU2740929C1 (en) | Nickel-based heat-resistant foundry alloy and article made therefrom | |
RU2353691C2 (en) | Composition of heat-resistant nickel alloy (versions) |