RU2695097C1 - Деформируемый жаропрочный сплав на основе никеля - Google Patents
Деформируемый жаропрочный сплав на основе никеля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2695097C1 RU2695097C1 RU2019100783A RU2019100783A RU2695097C1 RU 2695097 C1 RU2695097 C1 RU 2695097C1 RU 2019100783 A RU2019100783 A RU 2019100783A RU 2019100783 A RU2019100783 A RU 2019100783A RU 2695097 C1 RU2695097 C1 RU 2695097C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nickel
- alloy
- tungsten
- cobalt
- molybdenum
- Prior art date
Links
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 43
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 20
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title abstract description 47
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title abstract description 47
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 17
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 10
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 4
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 4
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 4
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000691 Re alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001257 Nb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 229910001362 Ta alloys Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 is known Chemical compound 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000012031 short term test Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
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
- C22C19/057—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being less 10%
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 области металлургии, в частности к жаропрочным сплавам на никелевой основе, и может быть использовано для изготовления дисков турбин газотурбинных двигателей и установок, предназначенных для работы в условиях активного воздействия высоких термических напряжений, температур, статических и переменных нагрузок. Деформируемый жаропрочный сплав на основе никеля содержит, мас. %: углерод 0,03-0,12, хром 7,0-10,0, кобальт 16,0-28,0, вольфрам 2,5-6,0, молибден 2,8-4,8, титан 2,5-5,4, алюминий 3,2-4,6, ниобий 0,5-3,0, тантал 2,6-4,6, гафний 0,05-0,2, рений 1,0-3,0, бор 0,005-0,015, цирконий 0,005-0,03, церий 0,01-0,05, лантан 0,01-0,05, иттрий 0,01-0,05, магний 0,01-0,06, никель - остальное. Сплав характеризуется высокими значениями длительной, кратковременной прочности и пластичности в температурном интервале от 20 до 850°С. 1 ил., 3 табл., 3 пр.
Description
Предполагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности, к жаропрочным сплавам на никелевой основе, и может быть использовано для изготовления дисков турбин газотурбинных двигателей и установок, предназначенных для работы в условиях активного воздействия высоких термических напряжений, температур, статических и переменных нагрузок.
Известен жаропрочный никелевый сплав, предназначенный для работы при высоких нагрузках и температурах, в частности, в газотурбинных двигателях, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, гафний, бор, цирконий, магний, церий, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| углерод | 0,03-0,08 |
| хром | 9,0-11,0 |
| кобальт | 14,0-16,0 |
| вольфрам | 5,5-6,5 |
| молибден | 3,2-3,8 |
| титан | 3,8-4,2 |
| алюминий | 3,4-4,2 |
| ниобий | 1,5-2,2 |
| гафний | 0,2-0,4 |
| бор | 0,005-0,055 |
| цирконий | 0,001-0,055 |
| магний | 0,01-0,06 |
| церий | 0,001-0,55 |
| никель | остальное |
(описание изобретения к патенту РФ №2590792, С22С 19/05, опубл. 10.07.2016).
Сплав характеризуется высокими показателями длительной и кратковременной прочности во всем диапазоне рабочих температур, пластичности при горячей и холодной обработке. Его предел текучести при 20°С, равный (1185-1228) МПа и длительной прочности при 650°С (1108-1120) МПа стали соответствовать лучшему мировому аналогу - сплаву LSHR. Однако предел кратковременной прочности при 20°С (он уступает этому материалу). Кроме того в литературе указывается, что новое поколение никелевых жаропрочных сплавов для дисков газовых турбин должно обеспечивать более высокую работоспособность причем до температур (830-850)°С.
За рубежом наиболее высокую активность в деле создания нового поколения никелевых жаропрочных сплавов для дисков газовых турбин демонстрирует фирмы, Simens и др. В частности, известен созданный General Electric дисковый сплав, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, тантал, гафний, бор, цирконий при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| углерод | 0,02-0,1 |
| хром | 11,5-14,3 |
| кобальт | 17,1-20,9 |
| вольфрам | 1,0-5,0 |
| молибден | 1,3-4,9 |
| титан | 1,7-5,0 |
| алюминий | 2,1-3,7 |
| ниобий | 0,9-2,5 |
| тантал | 4,4-5,6 |
| гафний | 0,0-0,6 |
| бор | 0,01-0,05 |
| цирконий | 0,02-0,08 |
| никель | остальное |
(патент USA №210/033665 А1, опубликован 02.12.2010).
При этом 0.55≤Al/Ti≤l,85 (для более узкого и более эффективного сплава 0.85≤Al/Ti≤l,02) Имеется также еще одно условие: l,31≤Mo/(Mo+W)≤4,2 (для более узкого и более эффективного сплава 0,51≤Mo/(Mo+W)≤0,76).
Известен жаропрочный никелевый сплав фирмы General Electric для изготовления дисков газовых турбин, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, гафний, бор, цирконий при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| углерод | 0,04-0,2 |
| хром | 11,4-16,0 |
| кобальт | 18,0-30,0 |
| вольфрам | 0,0-0,0 |
| молибден | 5,5-7,5 |
| титан | 2,5-4,0 |
| алюминий | 2,5-3,5 |
| ниобий | 0,0-2,0 |
| гафний | 0,0-2,0 |
| бор | 0,01-0,05 |
| цирконий | 0,03-0,09 |
| никель | остальное |
(патент US 2010/033666 А1).
Сплав характеризуется следующими показателями: 
Его особенность заключается в том, что, поскольку состав легирующих элементов всех последних сплавов примерно один и тот же, то обеспечение наиболее высоких показателей достигается оптимальным соотношением между отдельными элементами или группами элементов. В частности, в данном патенте указаны следующие условия легирования:
1) Ti/Al=0.71-1.6 (мас%/мас%) или Al/Ti=l,4-0,625 (мас%/мас%)
2) Mo(Mo+W)=0,51-l,0 (мас%)
В составе известных сплавов отсутствует рений Re (обеспечивающий высокотемпературную прочность сплавов), поэтому их эффективность при температурах более 750°С резко снижается.
Известен жаропрочный сплав на основе никеля для производства ответственных деталей ГТД и ГТУ - дисков газовых турбин, имеющий следующий химический состав (мас. %):
| углерод | 0,6-0,13 |
| хром | 8,0-12,0 |
| кобальт | 14,0-16,0 |
| вольфрам | 5,4-7,0 |
| молибден | 2,0-3,5 |
| титан | 3,0-4,5 |
| алюминий | 3,0-4,5 |
| ниобий | 1,5-2,5 |
| тантал | 0,5-4,5 |
| гафний | 0,05-0,5 |
| рений | 0,2-0,7 |
| бор | 0,005-0,05 |
| цирконий | 0,001-0,05 |
| магний | 0,001-0,05 |
| железо | 0,01-1,0 |
| марганец | 0,001-0,5 |
| кремний | 0,001-0,5 |
| никель | остальное |
(описание изобретения к патенту РФ №2410457, С22С 19/05, опубл. 27.01.2011).
Сплав характеризуется высокими показателями прочности, низкими ползучестью и скоростью распространения усталостных трещин при высоких температурах.
Однако уровень его кратковременной прочности σb и предела текучести σ0.2 при комнатной температуре (1600 МПа и 1150 МПа соответственно) уступает показателям сплавов МЕ3 (Rene104) и LSHR (равны 1650 и 1160, 1700 и 1210 МПа, соответственно), что снижает возможность удовлетворения требований конструкторов применительно к созданию перспективных объектов новой техники.
Наиболее близким к предлагаемому является жаропрочный никелевый сплав для дисков газотурбинных двигателей, содержащий кобальт, хром, вольфрам, молибден, рений, ванадий, алюминий, титан, ниобий, углерод, бор, лантан, церий, магний и скандий при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| кобальт | 14,0-15,9 |
| хром | 9,7-12,0 |
| вольфрам | 1,5-3,5 |
| молибден | 3,5-4,5 |
| рений | 0,5-2,5 |
| ванадий | 0,4-0,7 |
| алюминий | 3,5-4,2 |
| титан | 2,5-3,5 |
| ниобий | 2,5-4,0 |
| углерод | 0,04-0,10 |
| бор | 0,007-0,014 |
| лантан | 0,005-0,015 |
| церий | 0,003-0,010 |
| магний | 0,004-0,015 |
| скандий | 0,003-0,015 |
| никель | остальное |
(описание изобретения к патенту РФ №2280091, МПК С22С 19/05, опубл. 20.07.2006, Бюл. №20.).
Известный сплав характеризуется высокими показателями прочности, низкими ползучести и скоростью распространения усталостных трещин при высоких температурах до 850°С.
Однако уровень его кратковременной прочности σв и предела текучести σ0.2 при комнатной температуре составляет 1535 МПа и 1177 МПа, соответственно, что снижает эффективность данного сплава в реальной конструкции, так как при высоких температурах эксплуатируется только венец диска, а ступица, воспринимающая всю нагрузку, формируемую центробежной силой, работает при значительно меньших температурах. По этой причине недостаток прочности при малых температурах приводит к значительному увеличению размеров и веса диска, что отрицательным образом сказывается на удельной тяге газотурбинного двигателя.
Задачей изобретения является увеличение надежности и ресурса дисков из жаропрочного никелевого сплава при более высоких термодинамических параметрах процессов.
Техническим результатом, на который направлено изобретение, является повышение длительной и кратковременной прочности жаропрочного сплава на основе никеля при хорошей пластичности во всем температурном интервале (от 20 до 850°С), который планируется к реализации в новых поколениях газотурбинных двигателей.
Технический результат достигается тем, что деформируемый жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, рений, бор, церий, лантан, магний, в отличие от известного, дополнительно содержит тантал, гафний, цирконий, иттрий при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| углерод | 0,03-0,12 |
| хром | 7,0-10,0 |
| кобальт | 16,0-28,0 |
| вольфрам | 2,5-6,0 |
| молибден | 2,8-4,8 |
| титан | 2,5-5,4 |
| алюминий | 3,2-4,6 |
| ниобий | 0,5-3,0 |
| тантал | 2,6-4,6 |
| гафний | 0,05-0,2 |
| рений | 1,0-3,0 |
| бор | 0,005-0,015 |
| цирконий | 0,005-0,03 |
| церий | 0,01-0,05 |
| лантан | 0,01-0,05 |
| иттрий | 0,01-0,05 |
| магний | 0,01-0,06 |
| никель | остальное. |
Изобретение поясняется фиг., на которой изображена зависимость напряжение-деформация при растяжении образца предлагаемого сплава, выплавка (ВИ+ВДП)+ТО+деформация 1180°С + двухступенчатое старение.
Химический состав заявляемого сплава отличается от прототипа наличием тантала, содержанием титана, кобальта, хрома и рения, а также концентрацией вольфрама.
Увеличение содержания титана в сочетании с танталом обеспечивает повышение количества упрочняющей γ'-фазы, а также способствует росту температур ее растворения и замедлению ее коагуляции в процессе эксплуатации, за счет подавления диффузионных процессов, что положительным образом сказывается на фазовой стабильности и росте рабочих температур.
Содержание хрома, являющегося основным элементом, повышающим жаростойкость никелевых сплавов, в предлагаемом сплаве несколько ниже, чем в прототипе, что обеспечивает возможность введения большего количества тугоплавких элементов, таких как рений, вольфрам и молибден, без риска образования охрупчивающих ТПУ-соединений на их основе. При этом жаростойкость предлагаемого сплава сохраняется на достаточном уровне.
Увеличение содержания кобальта положительным образом сказывается на технологичности сплава за счет расширения интервала между температурами полного растворения упрочняющей γ'-фазой (Tпрγ') и температурой солидус (TS). Также кобальт положительным образом сказывается на пластичности сплава.
Кроме того, поскольку состав легирующих элементов известных сплавов примерно один и тот же, то обеспечение наиболее высоких показателей достигается оптимальным соотношением между отдельными элементами или группами элементов. Исследования прочностных характеристик более 100 известных сплавов показали, что:
1) на уровень прочностных характеристик при 20°С (σв и σ0,2) наибольшее влияние оказывают Ti, Nb, Та, Аl и W;
2) Ti, Та и Nb оказывают положительное влияние на длительную прочность при температурах до 650°С;
3) При температурах выше 650°С наиболее эффективно влияют Аl, Та, Nb и Re;
Следовательно, для достижения высоких прочностных свойств во всем температурном диапазоне эксплуатации перспективных сплавов необходимо в максимально возможной степени использовать сплав Ti, Nb, Та и Re.
Однако увеличение легирования фазы на основе Ni3Al такими γ'-образующими элементами, как Ti, Nb, Та, Hf и др. может привести к распаду γ'-частиц и образованию охрупчивающих электронных соединений типа η (на базе Ni3Ti), δ (на базе Ni3Nb, Та) и т.д.
Известна нижняя граница соотношения в γ'-фазе Аl и других γ'-образующих элементов, т.е. если:
то охрупчивающие соединения не будут образовываться.
Выполненные авторами исследования показали, что для получения высокопрочных и жаропрочных дисковых никелевых сплавов оптимальным является соотношение:
При этом должно быть обеспечено соотношение:
Кроме того, никелевая γ-матрица должна быть упрочнена Cr и Со на уровне
19≤(СCr+СCo)≤39 мас%
Увеличение в составе сплава рения позволяет для снижения удельного веса и при этом увеличения высокотемпературной прочности частично использовать вместо тяжелого вольфрама более легкий молибден при следующем соотношении:
Гафний в составе сплава является сильным карбидообразователем. Это один из редких элементов, который позволяет одновременно повысить и прочность, и пластичность сплава.
Лантан, иттрий и церий заметно повышают жаростойкость сплава, также они значительно тормозят диффузионные процессы по границам зерен. Кроме того введение иттрия обеспечивает выпадение карбидов МС в процессе их кристаллизации при более высоких температурах (близких к ликвидус), чем в сплавах без иттрия, в которых «пик» выпадения карбидов находится вблизи солидуса.
Дополнительное введение в состав циркония повышает пластичность сплава и снижает скорость развития трещин.
Кроме того, из сплава исключен ванадий и скандий. Несмотря на положительное влияние ванадия на жаропрочность никелевых сплавов его эффективность относительно невелика, при этом он оказывает заметное отрицательное влияние на жаростойкость. Скандий вводится в сплавы для раскисления и рафинирования металла. В предложенном сплаве с этой ролью эффективно справляется комплекс легирования состоящий из La, Се и Y.
Пример осуществления.
С целью экспериментальной проверки методом (ВИ+ВДП) были отлиты заготовки и разработан режим их деформации. Из деформированных заготовок были изготовлены плоские образцы на растяжение с размерами рабочей части 8×3,5×1,5 мм, которые перед испытанием шлифовались для снятия напряженного слоя. Кратковременные испытания проводились при температуре 20°С.
Для апробации сплава были выплавлены три опытных состава предлагаемого сплава, содержание компонентов в которых приведено в таблице 1.
В таблице 2 представлены механические свойства образцов предлагаемого сплава в деформированном состоянии, полученного из металла ВИ и металла (ВИ+ВДП, многократный переплав) - сравнительные механические свойства при растяжении предлагаемого сплава после горячей деформации и упрочняющей термической обработки.
На фиг. приведена диаграмма растяжения образца из металла (ВИ+ВДП) при 20°С. Видно, что предел прочности материала σB превышает 1700 МПа при высоком уровне пластичности.
Сравнительные прочностные характеристики предлагаемого сплава и прототипа приведены в таблице 3.
* - где в числителе минимальные, а в знаменателе максимальные значения.
Предлагаемый дисковый сплав имеет наиболее высокие показатели прочности (при удовлетворительной пластичности) как при комнатных, так и высоких (750°С и выше) температурах. Предлагаемый сплав, полученный двойным вакуумным переплавом (ВИ+ВДП), имеет после деформации и двухступенчатого старения пределы прочности и текучести при 20°С, равные (1708 и 1205) МПа соответственно, а пластичность около 11%. Такие показатели не имеет ни один отечественный сплав, а среди зарубежных он соответствует самым высоким параметрам.
Предлагаемое техническое решение направлено на повышение длительной и кратковременной прочности при хорошей пластичности во всем температурном интервале, который планируется к реализации в новых поколениях газотурбинных двигателей. Это в свою очередь обеспечивает существенное увеличение надежности и ресурса дисков турбин при более высоких термодинамических параметрах процессов.
Claims (2)
- Деформируемый жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, рений, бор, церий, лантан и магний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тантал, гафний, цирконий, иттрий при следующем соотношении компонентов, мас. %:
-
углерод 0,03-0,12 хром 7,0-10,0 кобальт 16,0-28,0 вольфрам 2,5-6,0 молибден 2,8-4,8 титан 2,5-5,4 алюминий 3,2-4,6 ниобий 0,5-3,0 тантал 2,6-4,6 гафний 0,05-0,2 рений 1,0-3,0 бор 0,005-0,015 цирконий 0,005-0,03 церий 0,01-0,05 лантан 0,01-0,05 иттрий 0,01-0,05 магний 0,01-0,06 никель остальное
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019100783A RU2695097C1 (ru) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Деформируемый жаропрочный сплав на основе никеля |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019100783A RU2695097C1 (ru) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Деформируемый жаропрочный сплав на основе никеля |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2695097C1 true RU2695097C1 (ru) | 2019-07-19 |
Family
ID=67309523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019100783A RU2695097C1 (ru) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Деформируемый жаропрочный сплав на основе никеля |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2695097C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2721261C1 (ru) * | 2019-12-11 | 2020-05-18 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля с низким температурным коэффициентом линейного расширения и изделие, выполненное из него |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2088684C1 (ru) * | 1990-11-19 | 1997-08-27 | Инко Эллойз Интернэшнл Инк. | Сплав, стойкий к окислению (варианты) |
| US6383312B1 (en) * | 1997-10-30 | 2002-05-07 | Alstom Ltd | Nickel base alloy |
| RU2280091C1 (ru) * | 2004-12-21 | 2006-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава |
| JP5413543B1 (ja) * | 2012-06-07 | 2014-02-12 | 新日鐵住金株式会社 | Ｎｉ基合金 |
| WO2017077137A2 (en) * | 2015-11-06 | 2017-05-11 | Innomaq 21, S.L. | Method for the economic manufacturing of metallic parts |
| 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 |
-
2019
- 2019-01-10 RU RU2019100783A patent/RU2695097C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2088684C1 (ru) * | 1990-11-19 | 1997-08-27 | Инко Эллойз Интернэшнл Инк. | Сплав, стойкий к окислению (варианты) |
| US6383312B1 (en) * | 1997-10-30 | 2002-05-07 | Alstom Ltd | Nickel base alloy |
| RU2280091C1 (ru) * | 2004-12-21 | 2006-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава |
| JP5413543B1 (ja) * | 2012-06-07 | 2014-02-12 | 新日鐵住金株式会社 | Ｎｉ基合金 |
| 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 |
| WO2017077137A2 (en) * | 2015-11-06 | 2017-05-11 | Innomaq 21, S.L. | Method for the economic manufacturing of metallic parts |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2721261C1 (ru) * | 2019-12-11 | 2020-05-18 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля с низким температурным коэффициентом линейного расширения и изделие, выполненное из него |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5278936B2 (ja) | 耐熱超合金 | |
| RU2289637C2 (ru) | Сплав на основе никеля | |
| CN110317990B (zh) | 一种Ni-Co-Al-Cr-Fe系单晶高熵高温合金及其制备方法 | |
| JP5696995B2 (ja) | 耐熱超合金 | |
| JP2017075403A (ja) | ニッケル基耐熱超合金 | |
| JP5995158B2 (ja) | Ｎｉ基超耐熱合金 | |
| CN110205523A (zh) | 一种具有高拉伸强度的镍基粉末高温合金及其制备方法 | |
| JP4409409B2 (ja) | Ｎｉ−Ｆｅ基超合金とその製造法及びガスタービン | |
| CN115747577B (zh) | 涡轮盘用变形高温合金及其制备方法 | |
| JP2014070230A (ja) | Ｎｉ基超耐熱合金の製造方法 | |
| JP2022501495A (ja) | 耐クリープ性チタン合金 | |
| RU2697674C1 (ru) | Жаропрочный никелевый сплав | |
| RU2695097C1 (ru) | Деформируемый жаропрочный сплав на основе никеля | |
| RU2365657C1 (ru) | Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава | |
| Logunov et al. | The challenges in development of nickel-based heat-resistant superalloys for gas turbine disks and creation of a new superalloy with increased operational characteristics | |
| JP5932622B2 (ja) | オーステナイト系耐熱鋼およびタービン部品 | |
| CN116065109B (zh) | 一种难变形镍基高温合金的热处理工艺及锻件 | |
| CN108866387A (zh) | 一种燃气轮机用高强抗热腐蚀镍基高温合金及其制备工艺和应用 | |
| JP2004256840A (ja) | 複合強化型Ｎｉ基超合金とその製造方法 | |
| JP6095237B2 (ja) | 高温クリープ特性に優れたＮｉ基合金およびこのＮｉ基合金を用いたガスタービン用部材 | |
| JP2004107777A (ja) | オーステナイト系耐熱合金とその製造方法および蒸気タービン部品 | |
| JPH06287667A (ja) | 耐熱鋳造Ｃｏ基合金 | |
| CN106636755A (zh) | 一种镍基高温合金和燃气涡轮发动机部件 | |
| RU2765297C1 (ru) | Никелевый гранульный жаропрочный сплав для дисков газовых турбин | |
| JPH07238349A (ja) | 耐熱鋼 |