RU2674274C1 - 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 PDFInfo
- Publication number
- RU2674274C1 RU2674274C1 RU2018110149A RU2018110149A RU2674274C1 RU 2674274 C1 RU2674274 C1 RU 2674274C1 RU 2018110149 A RU2018110149 A RU 2018110149A RU 2018110149 A RU2018110149 A RU 2018110149A RU 2674274 C1 RU2674274 C1 RU 2674274C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- nickel
- heat
- long
- resistant
- 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%
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 литейным коррозионно-стойким жаропрочным сплавам на основе никеля, предназначенным для литья деталей горячего тракта газотурбинных двигателей и установок с монокристаллической структурой, длительно работающих в агрессивных средах при температурах до 700-1000°С. Жаропрочный литейный сплав на основе никеля, содержащий, мас. %: углерод до 0,02; хром 11,5-13,0; кобальт 8-9,5; вольфрам 6-7,5; молибден 0,1-0,7; титан 4,0-5,0; алюминий 3,7-4,5; ниобий 0,8-1,2; марганец до 0,30; кремний до 0,30; магний до 0,10; кальций до 0,05; лантан до 0,20; церий до 0,20; иттрий до 0,20; празеодим до 0,20: неодим до 0,20; барий до 0,10; никель - остальное. Повышаются значения длительной прочности при температурах 900-1000°С и стойкости к сульфидно-оксидной и хлоридной коррозии. Сплав характеризуется повышенной структурной стабильностью сплава на ресурс. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.
Description
Изобретение относится к металлургии, а именно к литейным коррозионностойким жаропрочным сплавам на основе никеля, предназначенным для литья деталей горячего тракта газотурбинных двигателей и установок с монокристаллической структурой, например, рабочих лопаток газовой турбины, длительно работающих в агрессивных средах при температурах до 700-1000°С.
Известен жаропрочный сплав на основе никеля следующего химического состава, масс. %:
алюминий | 3,35-3,65 |
титан | 4,85-5,15 |
тантал | 2,3-2,7 |
хром | 11,50-12,50 |
кобальт | 11,50-12,50 |
железо | 0,0-0,15 |
медь | 0,0-0,10 |
вольфрам | 3,3-3,7 |
молибден | 1,7-2,10 |
углерод примерно | 0,04-0,12 |
бор | 0,010-0,020 |
цирконий | 0,0-20 миллионных долей |
гафний | 0,0-0,05 |
сера | 0,0-0,0012 |
азот | 0,0-25 миллионных долей |
кислород | 0,0-10 миллионных долей |
никель и случайные примеси | остальное |
(RU 2443792 С2, 27.02.2012).
Сплав отличается пониженной структурной стабильностью при длительной работе, связанной с выпадением охрупчивающей σ-фазы, которая существенно понижает жаропрочность сплава, а также пониженной коррозионной стойкостью. Кроме того, из-за высокого содержания тантала (до 5 масс. %) сплав достаточно дорогой.
Известен жаропрочный сплав на основе никеля следующего химического состава, масс. %:
углерод | 0,07-0,12 |
хром | 12,9-13,5 |
кобальт | 5,3-5,9 |
вольфрам | 6,7-7,3 |
молибден | 0,8-1,20 |
алюминий | 3,2-3,5 |
титан | 4,4-4,7 |
бор | 0,010-0,015 |
медь | ≤0,04 |
сера | ≤0,005 |
фосфор | ≤0,005 |
азот | ≤15 ppm |
кислород | ≤15 ppm |
кальций | ≤0,02 |
магний | ≤0,02 |
марганец | 0,01-0,3 |
по меньшей мере два элемента, выбранные из | |
группы: железо, кремний и барий | ≤0,2 |
каждого по меньшей мере два элемента, выбранные из | |
группы: иттрий, лантан, неодим и самарий | 0,005-0,05 каждого |
никель | остальное |
(RU 2562202 С1, 10.09.2015).
Данный сплав имеет умеренные характеристики коррозионной стойкости, пластичности и невысокие значения длительной прочности при рабочих температурах.
Наиболее близким аналогом является жаропрочный сплав на основе никеля для литья рабочих лопаток газотурбинных установок, содержащий, масс. %:
углерод | 0,005-0,12 |
хром | 11,5-12,4 |
кобальт | 8,0-8,7 |
вольфрам | 6,7-7,4 |
молибден | 0,25-0,55 |
титан | 4,0-4,2 |
алюминий | 3,9-4,2 |
бор | 0,001-0,012 |
марганец | ≤0,12 |
кремний | ≤0,10 |
ниобий | 0,8-1,0 |
магний | ≤0,12 |
кальций | ≤0,12 |
медь | ≤0,05 |
железо | ≤0,1 |
сера | ≤0,005 |
фосфор | ≤0,005 |
азот | ≤10 ppm |
кислород | ≤10 ppm |
никель | остальное. |
Отношение содержания титана к содержанию алюминия составляет 0,95-1,07 (RU 2542194 С1, 20.02.2015).
Сплав, взятый за прототип, имеет невысокие характеристики длительной прочности и пониженную коррозионную стойкость при рабочих температурах 700-1000°С.
Таким образом, известные сплавы при рабочих температурах 700-1000°С не обладают оптимальным сочетанием служебных свойств (жаропрочность, пластичность, сопротивление высокотемпературной коррозии, структурная стабильность в процессе эксплуатации).
Задачей предложенного изобретения является разработка жаропрочного литейного сплава на основе никеля с улучшенным сочетанием служебных свойств.
Техническим результатом предложенного изобретения является повышение длительной прочности при температурах 900-1000°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 коррозионностойких сплав на никелевой основе, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, марганец, кремний, магний, кальций, а также лантан, церий, иттрий, празеодим, неодим, барий при следующем соотношении компонентов, масс. %:
углерод | до 0,02 |
хром | 11,5-13,0 |
кобальт | 8-9,5 |
вольфрам | 6-7,5 |
молибден | 0,1-0,7 |
титан | 4,0-5,0 |
алюминий | 3,7-4,5 |
ниобий | 0,8-1,2 |
марганец | до 0,30 |
кремний | до 0,30 |
магний | до 0,10 |
кальций | до 0,10 |
лантан | до 0,20 |
церий | до 0,20 |
иттрий | до 0,20 |
празеодим | до 0,20 |
неодим | до 0,20 |
барий | до 0,10 |
никель | остальное. |
Также предложено изделие, выполненное из данного сплава.
Было установлено, что комплексное введение в сплав лантана, церия, иттрия, празеодима и неодима в присутствии марганца и кремния позволяют повысить высокотемпературную коррозионную стойкость сплава в хлоридной и сульфидно-оксидной средах. Указанные добавки создают защитный барьерный слой на поверхности металла за счет их внутреннего окисления и тем самым тормозят диффузионные потоки ионов серы и кислорода с поверхности вглубь металла.
Кроме того, лантан, церий, иттрий, празеодим и неодим 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, иттрия, празеодима и неодима позволяет повысить и стабилизировать степень усвоения этих элементов.
Ограничение содержания углерода до 0,02 масс. % наряду с введением в сплав лантана, церия, иттрия, празеодима и неодима позволяют повысить структурную стабильность сплава на ресурс за счет замедления диффузионных процессов при высокотемпературной ползучести и исключения появления в процессе наработки охрупчивающих фаз.
Пример осуществления.
В вакуумной индукционной печи ВИАМ2002 были проведены 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 по ГОСТ 10145-81 при температуре 900°С и напряжениях 375, 350 и 275 МПа на базе 100 -1000 часов, а также при температуре 1000°С и напряжении 130 МПа на базе 1000 часов. От каждой плавки было испытано по два образца.
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.
Каждый вид испытаний на коррозионную стойкость проводили над 6-ю образцами, после чего высчитывали усредненное значение их удельного изменения (убыли) массы.
Результаты испытаний на длительную прочность и стойкость образцов сплава к сульфидно-оксидной и хлоридной коррозии приведены в таблице 2.
Полученные результаты показывают, 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.
Он также обладает высокой коррозионной стойкостью при температуре испытаний 850°С: удельное изменение (убыль) массы образцов как при сульфидно-оксидной, так и при хлоридной коррозии приблизительно в 2 раза меньше, чем у сплава-прототипа.
Металлографический анализ структуры разрушенных образцов после испытаний на длительную прочность при температурах 900 и 1000°С и напряжении 275 и 140 МПа соответственно 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 сплав-прототип 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.
* элементы в сплаве присутствуют, но в меньшем количестве, нежели предел чувствительности метода определения концентрации компонентов (менее 0,00005 масс. %)
Claims (3)
1. Жаропрочный литейный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, марганец, кремний, магний и кальций, отличающийся тем, что он дополнительно содержит лантан, церий, иттрий, празеодим, неодим и барий при следующем соотношении компонентов, мас. %:
2. Изделие из жаропрочного литейного сплава на основе никеля, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018110149A RU2674274C1 (ru) | 2018-03-22 | 2018-03-22 | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018110149A RU2674274C1 (ru) | 2018-03-22 | 2018-03-22 | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2674274C1 true RU2674274C1 (ru) | 2018-12-06 |
Family
ID=64603527
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018110149A RU2674274C1 (ru) | 2018-03-22 | 2018-03-22 | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2674274C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU208686U1 (ru) * | 2021-10-03 | 2021-12-29 | Антон Владимирович Новиков | Блок из трех полых направляющих лопаток турбины для газотурбинных двигателей и энергетических установок |
Citations (6)
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 |
US6702906B2 (en) * | 2000-11-16 | 2004-03-09 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Ni-base heat resistant alloy and welded joint thereof |
WO2008046708A1 (en) * | 2006-10-17 | 2008-04-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Nickel-base superalloys |
RU2377336C2 (ru) * | 2004-09-03 | 2009-12-27 | Хэйнес Интернэшнл, Инк. | Сплав для газотурбинных двигателей |
RU2542194C1 (ru) * | 2014-02-19 | 2015-02-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" | Жаропрочный сплав на основе никеля для литья рабочих лопаток газотурбинных установок |
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 |
-
2018
- 2018-03-22 RU RU2018110149A patent/RU2674274C1/ru active
Patent Citations (6)
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 |
US6702906B2 (en) * | 2000-11-16 | 2004-03-09 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Ni-base heat resistant alloy and welded joint thereof |
RU2377336C2 (ru) * | 2004-09-03 | 2009-12-27 | Хэйнес Интернэшнл, Инк. | Сплав для газотурбинных двигателей |
WO2008046708A1 (en) * | 2006-10-17 | 2008-04-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Nickel-base superalloys |
RU2542194C1 (ru) * | 2014-02-19 | 2015-02-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" | Жаропрочный сплав на основе никеля для литья рабочих лопаток газотурбинных установок |
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)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU208686U1 (ru) * | 2021-10-03 | 2021-12-29 | Антон Владимирович Новиков | Блок из трех полых направляющих лопаток турбины для газотурбинных двигателей и энергетических установок |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4061495A (en) | Platinum group metal-containing alloy | |
CA2841329C (en) | Hot-forgeable ni-based superalloy excellent in high temperature strength | |
CA2901259C (en) | Nickel-cobalt alloy | |
JP4387940B2 (ja) | ニッケル基超合金 | |
JP5394715B2 (ja) | 耐酸化性を有する溶接可能なニッケル−鉄−クロム−アルミニウム合金 | |
US2712498A (en) | Nickel chromium alloys having high creep strength at high temperatures | |
KR20130054904A (ko) | 터빈 블레이드 및 베인 용도를 위한 레늄 없는 단일 결정체 초합금 | |
RU2674274C1 (ru) | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него | |
SE465373B (sv) | Austenitiskt rostfritt staal | |
IL99184A (en) | An alloy based on nickel cobalt and iron and items made from it | |
RU2672463C1 (ru) | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него | |
EP0053948B1 (en) | Nickel-chromium-cobalt base alloys and castings thereof | |
RU2588949C1 (ru) | СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО | |
RU2655483C1 (ru) | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него | |
RU2656908C1 (ru) | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него | |
RU2439185C1 (ru) | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля | |
RU2794497C1 (ru) | Жаропрочный 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 | |
RU2684000C1 (ru) | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него | |
RU2690623C1 (ru) | Жаропрочный литейный 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 | |
RU2740929C1 (ru) | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него | |
RU2655484C1 (ru) | Жаропрочный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него | |
BR0106337B1 (pt) | Composição de aço para a fabricação de peças, particularmente válvulas |