RU2684000C1 - 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
RU2684000C1
RU2684000C1 RU2018118074A RU2018118074A RU2684000C1 RU 2684000 C1 RU2684000 C1 RU 2684000C1 RU 2018118074 A RU2018118074 A RU 2018118074A RU 2018118074 A RU2018118074 A RU 2018118074A RU 2684000 C1 RU2684000 C1 RU 2684000C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
alloy
nickel
resistant
corrosion
Prior art date
Application number
RU2018118074A
Other languages
English (en)
Inventor
Евгений Николаевич Каблов
Виктор Васильевич Сидоров
Павел Георгиевич Мин
Виталий Евгеньевич Вадеев
Александр Борисович Ечин
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 RU2018118074A priority Critical patent/RU2684000C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2684000C1 publication Critical patent/RU2684000C1/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

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 для деталей горячего тракта газотурбинных двигателей и установок, длительно работающих в агрессивных средах при температурах до 700-1000°С. Жаропрочный литейный сплав на основе никеля содержит, мас.%: углерод 0,03-0,15, хром 11-14, кобальт 8-10, молибден 1,3-2,5, вольфрам 3,4-4,6, тантал 3,5-5,0, ниобий до 1,0, алюминий 2,8-4,2, титан 3,3-4,6, бор 0,005-0,03, цирконий 0,01-0,10, гафний до 0,6, барий до 0,10, лантан до 0,2, иттрий до 0,2, церий до 0,2, никель - остальное. Сплав характеризуется высокими значениями длительной прочности при температурах 927-982°С, стойкости к сульфидно-оксидной и хлоридной коррозии, а также повышенной структурной стабильностью на ресурс. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к коррозионно-стойким 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. %:
хром 9,5-14
кобальт 7-11
молибден 1,0-2,5
вольфрам 3,0-4,0
тантал 1,0-4,0
ниобий до 1,0
алюминий 3,0-4,0
титан 3,0-5,0
титан и алюминий совместно 6,5-8,0
бор 0,005-0,05
цирконий 0,01-0,25
углерод 0,02-0,25
никель остальное
(US 3619182 А, 09.11.1971).
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) наряду с высокими технологическими характеристиками.
Задачей предложенного изобретения является разработка жаропрочного литейного сплава на основе никеля с улучшенными служебными свойствами и высокими технологическими характеристиками.
Техническим результатом предложенного изобретения является повышение длительной прочности при температурах 927-982°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, молибден, вольфрам, тантал, ниобий, алюминий, титан, бор, цирконий, при этом он дополнительно содержит гафний, барий, лантан, иттрий и церий, при следующем соотношении компонентов, масс. %:
углерод 0,03-0,15
хром 11-14
кобальт 8-10
молибден 1,3-2,5
вольфрам 3,4-4,6
тантал 3,5-5,0
ниобий до 1,0
алюминий 2,8-4,2
титан 3,3-4,6
бор 0,005-0,03
цирконий 0,01-0,10
гафний до 0,60
барий до 0,10
лантан до 0,2
иттрий до 0,2
церий до 0,2
никель остальное.
Также предложено изделие, выполненное из данного сплава.
Было установлено, что дополнительное введение в сплав редкоземельных металлов лантана, иттрия и церия в заданном количестве позволяет 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, указанные редкоземельные металлы 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 длительной прочности при температурах 927-982°С.
Введение в сплав редкоземельных металлов позволяет повысить структурную стабильность сплава на ресурс за счет замедления диффузионных процессов при высокотемпературной ползучести и исключения появления в процессе наработки охрупчивающих фаз.
Барий является эффективным раскислителем, и его введение в расплав перед присадкой редкоземельных металлов позволяет повысить и стабилизировать степень усвоения этих элементов.
Введение гафния обеспечивает стабилизацию структурных составляющих сплава, в частности, карбидов, способствует упрочнению границ зерен за счет подавления образования там легкоплавких соединений.
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 плавильно-заливочной установке УППФ-У и отлиты блоки с заготовками под образцы.
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 927°С и напряжении 282 МПа на базе 50-100 часов и при температуре 982°С и напряжении ПО МПа на базе 800-1000 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 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 927°С и напряжении 282 МПа на базе 50-100 часов и при температуре 982°С и напряжении 110 МПа на базе 800-1000 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 никелевой основе, содержащий углерод, хром, кобальт, молибден, вольфрам, тантал, ниобий, алюминий, титан, бор и цирконий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гафний, барий, лантан, иттрий и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод 0,03-0,15 хром 11-14 кобальт 8-10 молибден 1,3-2,5 вольфрам 3,4-4,6 тантал 3,5-5,0 ниобий до 1,0 алюминий 2,8-4,2 титан 3,3-4,6 бор 0,005-0,03 цирконий 0,01-0,10 гафний до 0,60 барий до 0,10 лантан до 0,2 иттрий до 0,2 церий до 0,2 никель остальное
2. Изделие из жаропрочного литейного сплава на основе никеля, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1.
RU2018118074A 2018-05-16 2018-05-16 Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него RU2684000C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018118074A RU2684000C1 (ru) 2018-05-16 2018-05-16 Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018118074A RU2684000C1 (ru) 2018-05-16 2018-05-16 Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2684000C1 true RU2684000C1 (ru) 2019-04-03

Family

ID=66089841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018118074A RU2684000C1 (ru) 2018-05-16 2018-05-16 Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2684000C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3619182A (en) * 1968-05-31 1971-11-09 Int Nickel Co Cast nickel-base alloy
EP0207874B1 (en) * 1985-05-09 1991-12-27 United Technologies Corporation Substrate tailored coatings for superalloys
WO2002050323A2 (en) * 2000-12-15 2002-06-27 Rolls-Royce Corporation Nickel diffusion braze alloy and method for repair of superalloys
RU2249060C2 (ru) * 2002-05-07 2005-03-27 Юнайтид Текнолоджиз Копэрейшн Металлическое покрытие (варианты) и способ его нанесения
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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3619182A (en) * 1968-05-31 1971-11-09 Int Nickel Co Cast nickel-base alloy
EP0207874B1 (en) * 1985-05-09 1991-12-27 United Technologies Corporation Substrate tailored coatings for superalloys
WO2002050323A2 (en) * 2000-12-15 2002-06-27 Rolls-Royce Corporation Nickel diffusion braze alloy and method for repair of superalloys
RU2249060C2 (ru) * 2002-05-07 2005-03-27 Юнайтид Текнолоджиз Копэрейшн Металлическое покрытие (варианты) и способ его нанесения
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wahl et al. New single crystal superalloys, CMSX®-8 and CMSX®-7
JP6393993B2 (ja) 高温強度に優れた熱間鍛造可能なNi基超合金
CA2901259C (en) Nickel-cobalt alloy
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
EP2128283B1 (en) Nickel-base casting superalloy and cast component for steam turbine using the same
KR20140126677A (ko) 철을 포함하는 주조 니켈-기제 초합금
BR112016011895B1 (pt) Liga forjável de níquel-cromo-cobalto-titânio-alumínio endurecedora, eseus usos
EP2942411B1 (en) High strength single crystal nickel based superalloy
KR100219929B1 (ko) 고온내식성 단결정 니켈계 초내열 합금
RU2672463C1 (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
RU2674274C1 (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
RU2434069C1 (ru) Литейный жаропрочный сплав на основе никеля
RU2439185C1 (ru) Жаропрочный литейный сплав на основе никеля
US9150944B2 (en) Low sulfur nickel-base single crystal superalloy with PPM additions of lanthanum and yttrium
RU2690623C1 (ru) Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
RU2581337C1 (ru) Жаропрочный сплав на основе никеля для литья деталей горячего тракта газотурбинных установок, имеющих равноосную структуру
RU2610577C1 (ru) ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
RU2685908C1 (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
RU2685895C1 (ru) Жаропрочный литейный сплав на основе кобальта и изделие, выполненное из него
RU2655484C1 (ru) Жаропрочный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
RU2678353C1 (ru) Жаропрочный коррозионно-стойкий сплав на основе никеля для литья крупногабаритных рабочих и сопловых лопаток газотурбинных установок
RU2794497C1 (ru) Жаропрочный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него