RU2672463C1 - 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
RU2672463C1
RU2672463C1 RU2018109405A RU2018109405A RU2672463C1 RU 2672463 C1 RU2672463 C1 RU 2672463C1 RU 2018109405 A RU2018109405 A RU 2018109405A RU 2018109405 A RU2018109405 A RU 2018109405A RU 2672463 C1 RU2672463 C1 RU 2672463C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
alloy
nickel
resistant
corrosion
Prior art date
Application number
RU2018109405A
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 RU2018109405A priority Critical patent/RU2672463C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2672463C1 publication Critical patent/RU2672463C1/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%
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C30/00Alloys containing less than 50% by weight of each constituent

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, а именно к коррозионно-стойким жаропрочным сплавам для деталей горячего тракта газотурбинных двигателей и установок, работающих в агрессивных средах до 750-1000°С. Жаропрочный литейный сплав на основе никеля содержит, мас. %: углерод до 0,15; хром 13-17; алюминий 3-4; титан 3-5; кобальт 8-11; вольфрам 2-6; молибден 0,3-2; тантал 0,3-2,3; ниобий 0,1-2,0; бор до 0,02; гафний до 0,15; цирконий до 0,10; кальций до 0,05; магний до 0,05; лантан до 0,30; церий до 0,05; иттрий до 0,30; барий до 0,03; рений до 0,15; никель - остальное. Сплав характеризуется высокими значениями длительной прочности при температурах 870-980°С и стойкости к сульфидно-оксидной и хлоридной коррозии, а также он имеет структурную стабильность на ресурс. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к коррозионностойким жаропрочным сплавам для деталей горячего тракта газотурбинных двигателей и установок, длительно работающих в агрессивных средах при температурах до 750-1000°С.
Известен жаропрочный сплав на основе никеля следующего химического состава, масс. %:
хром 15-18
кобальт 8-11
молибден 0,75-2,2
вольфрам 1,8-3,0
ниобий 0,5-2,0
тантал 1-3
алюминий 3-4
углерод 0,1-0,2
титан 3-4
бор 0,01-0,05
цирконий 0,01-0,2
никель остальное
(US 3459545 А, 05.08.1969).
Сплав имеет недостаточно высокие характеристики кратковременной и длительной прочности, а также низкую коррозионную стойкость.
Известен жаропрочный сплав на основе никеля следующего химического состава, масс. %:
углерод 0,07-0,12
хром 18,3-19,5
кобальт 3,7-4,5
вольфрам 4,6-5,2
алюминий 3,2-3,5
титан 3,9-4,2
тантал 0,9-1,2
ниобий 0,1-0,25
бор 0,008-0,012
церий 0,01-0,012
иттрий 0,01-0,012
молибден 0,15-0,30
гафний 0,05-0,20
марганец 0,01-0,012
никель остальное.
(RU 2581337 С1, 20.04.2016).
Данный сплав отличается пониженной структурной стабильностью при длительной работе, связанной с выпадением охрупчивающей σ-фазы, которая существенно понижает жаропрочность сплава, а также повышенной пористостью в отливках.
Наиболее близким аналогом является жаропрочный сплав на основе никеля для литья рабочих лопаток газотурбинных установок, содержащий масс. %:
углерод 0,02-0,13
хром 15,6-16,2
кобальт 8,2-8,8
вольфрам 2,4-2,8
молибден 1,5-2,0
алюминий 3,3-3,7
титан 3,3-3,7
ниобий 0,6-1,1
бор 0,005-0,015
тантал 1,5-2,0
гафний 0,00-0,2
цирконий 0,03-0,08
кальций 0,00-0,02
марганец ≤0,02
медь 0,00-0,05
сера ≤0,005
фосфор ≤0,005
азот 10-20 ppm
кислород 10-20 ppm
по меньше мере, два элемента,
выбранных из группы:
кремний ≤0,25
магний 0,00-0,02
железо ≤0,2
никель остальное.
(RU 2570130 С1, 10.12.2015).
Сплав, взятый за прототип, имеет невысокие характеристики длительной прочности и пониженную коррозионную стойкость при рабочих температурах 750-1000°С.
Таким образом, известные сплавы при рабочих температурах 750-1000°С не обладают оптимальным сочетанием служебных свойств (жаропрочность, пластичность, сопротивление высокотемпературной коррозии, структурная стабильность в процессе эксплуатации) в сочетании с высокими технологическими характеристиками.
Задачей предложенного изобретения является разработка жаропрочного литейного сплава на основе никеля с улучшенным сочетанием служебных свойств и высокими технологическими характеристиками.
Техническим результатом предложенного изобретения является повышение длительной прочности при температурах 870-980°С с одновременным повышением стойкости к сульфидно-оксидной и хлоридной коррозии, а также повышение структурной стабильности сплава на ресурс.
Для достижения технического результата предложен жаропрочный литейный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, титан, ниобий, бор, тантал, гафний, цирконий, кальций, магний, а также лантан, церий, иттрий, барий, рений при следующем соотношении компонентов, масс. %:
углерод до 0,15
хром 13-17
алюминий 3-4
титан 3-5
кобальт 8-11
вольфрам 2-6
молибден 0,3-2
тантал 0,3-2,3
ниобий 0,1-2,0
бор до 0,02
гафний до 0,15
цирконий до 0,10
кальций до 0,05
магний до 0,05
лантан до 0,30
церий до 0,05
иттрий до 0,30
барий до 0,03
рений до 0,15
никель остальное.
Также предложено изделие, выполненное из данного сплава.
По сравнению со сплавом-прототипом в предлагаемом сплаве содержатся небольшие строго регламентированные количества лантана, церия, иттрия, бария и рения.
Было установлено, что дополнительное комплексное введение в сплав лантана, церия и иттрия позволило повысить высокотемпературную коррозионную стойкость сплава в сульфидно-оксидной и хлоридной средах. Указанные добавки за счет внутреннего окисления создают защитный барьерный слой на поверхности металла и тем самым тормозят диффузионные потоки ионов серы и кислорода с поверхности вглубь металла.
Наряду с влиянием на коррозионные свойства сплавов, лантан, церий и иттрий способствуют выделению из γ-твердого раствора ультрадисперсных наночастиц γ'-фазы размером до 100 нм, которые являются препятствием для перемещения дислокаций в процессе высокотемпературной ползучести, тем самым обеспечивая повышение жаропрочности.
Барий является эффективным раскислителем, и его введение в расплав перед присадкой лантана, церия и иттрия позволяет повысить и стабилизировать степень усвоения этих элементов.
Рений дополнительно упрочняет γ-твердый раствор, замедляет диффузионные процессы при высокотемпературной ползучести и тем самым способствует повышению жаропрочности.
Введение в сплав рения, а также лантана, церия и иттрия позволяет повысить структурную стабильность сплава на ресурс за счет замедления диффузионных процессов при высокотемпературной ползучести и исключения появления в процессе наработки охрупчивающих фаз.
Предлагаемый сплав может быть использован для получения деталей как с равноосной, так с направленной и монокристаллической структурой.
Пример 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 установке направленной кристаллизации УВНК-9А и отлиты в блоки с заготовками под образцы с монокристаллической структурой с кристаллографической ориентацией <001>.
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 870°С и напряжениях 340 и 245 МПа на базе соответственно 100 и 1000 часов, а также при температуре 980°С и напряжении 160 МПа на базе 100 часов. От каждой плавки было испытано по два образца. Результаты испытаний 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=850°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 приведены в таблице 2.
Полученные результаты показывают, что долговечность предлагаемого сплава при испытаниях на длительную прочность при всех режимах заметно превосходят долговечность сплава - прототипа, т.е. предлагаемый сплав обладает более высоким уровнем жаропрочности.
Предлагаемый сплав обладает высокой коррозионной стойкостью при температуре испытаний 850°С: удельное изменение (убыль) массы образцов как при сульфидно-оксидной, так и при хлоридной коррозии почти в 2 раза меньше, чем у сплава-прототипа.
Металлографический анализ структуры разрушенных образцов после испытаний на длительную прочность при температуре 870°С и напряжении 245 МПа на базе более 1000 часов (табл. 2) не выявил образования охрупчивающих ТПУ-фаз (σ, μ и др.), что подтверждает высокую фазовую и структурную стабильность предлагаемого сплава.
Таким образом, предлагаемый сплав существенно превосходит известный сплав по долговечности и коррозионной стойкости, обладает фазовой стабильностью, что позволяет 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 масс. %)
Figure 00000002

Claims (3)

1. Жаропрочный литейный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, титан, ниобий, бор, тантал, гафний, цирконий, кальций и магний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит лантан, церий, иттрий, барий, рений при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углерод до 0,15 хром 13-17 алюминий 3-4 титан 3-5 кобальт 8-11 вольфрам 2-6 молибден 0,3-2 тантал 0,3-2,3 ниобий 0,1-2,0 бор до 0,02 гафний до 0,15 цирконий до 0,10 кальций до 0,05 магний до 0,05 лантан до 0,30 церий до 0,05 иттрий до 0,30 барий до 0,03 рений до 0,15 никель остальное
2. Изделие из жаропрочного литейного сплава на основе никеля, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1.
RU2018109405A 2018-03-16 2018-03-16 Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него RU2672463C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018109405A RU2672463C1 (ru) 2018-03-16 2018-03-16 Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018109405A RU2672463C1 (ru) 2018-03-16 2018-03-16 Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2672463C1 true RU2672463C1 (ru) 2018-11-14

Family

ID=64328101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018109405A RU2672463C1 (ru) 2018-03-16 2018-03-16 Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2672463C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691790C1 (ru) * 2019-02-20 2019-06-18 Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ "Современные технологии металлургии" (ООО "НТЦ "СТМ") Литейный никелевый сплав

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2131944C1 (ru) * 1998-08-10 1999-06-20 Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Жаропрочный сплав на основе никеля
US6623869B1 (en) * 2001-06-19 2003-09-23 Sumitomo Metal Ind Metal material having good resistance to metal dusting
US8313591B2 (en) * 2008-12-25 2012-11-20 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Austenitic heat resistant alloy
RU2520934C1 (ru) * 2013-03-15 2014-06-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Жаропрочный никелевый сплав, обладающий высоким сопротивлением к сульфидной коррозии в сочетании с высокой жаропрочностью
RU2567140C2 (ru) * 2011-07-12 2015-11-10 Сименс Акциенгезелльшафт Сплав на основе никеля, применение и способ
RU2623940C2 (ru) * 2015-06-23 2017-06-29 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Литейный никелевый сплав с повышенной жаропрочностью и стойкостью к сульфидной коррозии

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2131944C1 (ru) * 1998-08-10 1999-06-20 Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Жаропрочный сплав на основе никеля
US6623869B1 (en) * 2001-06-19 2003-09-23 Sumitomo Metal Ind Metal material having good resistance to metal dusting
US8313591B2 (en) * 2008-12-25 2012-11-20 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Austenitic heat resistant alloy
RU2567140C2 (ru) * 2011-07-12 2015-11-10 Сименс Акциенгезелльшафт Сплав на основе никеля, применение и способ
RU2520934C1 (ru) * 2013-03-15 2014-06-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Жаропрочный никелевый сплав, обладающий высоким сопротивлением к сульфидной коррозии в сочетании с высокой жаропрочностью
RU2623940C2 (ru) * 2015-06-23 2017-06-29 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Литейный никелевый сплав с повышенной жаропрочностью и стойкостью к сульфидной коррозии

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691790C1 (ru) * 2019-02-20 2019-06-18 Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ "Современные технологии металлургии" (ООО "НТЦ "СТМ") Литейный никелевый сплав

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR0126120B1 (ko) 터빈 엔진용 단결정 니켈기저 초합금
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
CA2901259C (en) Nickel-cobalt alloy
KR101470069B1 (ko) 터빈 날개 및 베인 용도를 위한 저레늄 단결정 초합금
JP5876915B2 (ja) 高強度単結晶超合金
RU2672463C1 (ru) Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
KR100219929B1 (ko) 고온내식성 단결정 니켈계 초내열 합금
KR20040095712A (ko) 니켈계 합금
RU2674274C1 (ru) Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
RU2484167C1 (ru) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
JP5595495B2 (ja) ニッケル基超合金
EP0053948B1 (en) Nickel-chromium-cobalt base alloys and castings thereof
RU2684000C1 (ru) Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
RU2655483C1 (ru) Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
US9150944B2 (en) Low sulfur nickel-base single crystal superalloy with PPM additions of lanthanum and yttrium
RU2439185C1 (ru) Жаропрочный литейный сплав на основе никеля
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
RU2794497C1 (ru) Жаропрочный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
RU2685895C1 (ru) Жаропрочный литейный сплав на основе кобальта и изделие, выполненное из него
RU2610577C1 (ru) ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
RU2655484C1 (ru) Жаропрочный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
RU2690623C1 (ru) Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
RU2685908C1 (ru) Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
JPH0310039A (ja) 高温強度および高温耐食性にすぐれたNi基単結晶超合金