RU2721261C1 - Heat-resistant deformable nickel-based alloy with low temperature coefficient of linear expansion and article made from it - Google Patents
Heat-resistant deformable nickel-based alloy with low temperature coefficient of linear expansion and article made from it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2721261C1 RU2721261C1 RU2019140925A RU2019140925A RU2721261C1 RU 2721261 C1 RU2721261 C1 RU 2721261C1 RU 2019140925 A RU2019140925 A RU 2019140925A RU 2019140925 A RU2019140925 A RU 2019140925A RU 2721261 C1 RU2721261 C1 RU 2721261C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nickel
- heat
- alloy
- niobium
- linear expansion
- 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
- C22C19/057—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being less 10%
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным деформируемым сплавам на основе никеля с низким температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР) и может быть использовано в качестве материала для изготовления свариваемых деталей газотурбинных двигателей (ГТД) с рабочей температурой до 650°С - корпусов камеры сгорания и турбины, элементов сопряжения компрессора и др.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to heat-resistant wrought nickel-based alloys with a low temperature coefficient of linear expansion (TLCR) and can be used as a material for the manufacture of welded parts of gas turbine engines (GTE) with a working temperature of up to 650 ° C - camera bodies combustion and turbines, compressor mating elements, etc.
Основными требованиями, предъявляемыми к этому классу материалов, являются: высокие характеристики кратковременной и длительной прочности в диапазоне от комнатной до максимальной рабочей температуры, жаростойкость и технологичность. Применение же сплавов с повышенной жаропрочностью и пониженным ТКЛР в деталях и узлах корпуса камеры сгорания ГТД позволит уменьшить компенсационные зазоры и термические напряжения в процессе их работы, тем самым повысив ресурс, КПД и надежность газотурбинного двигателя.The main requirements for this class of materials are: high characteristics of short-term and long-term strength in the range from room to maximum working temperature, heat resistance and manufacturability. The use of alloys with increased heat resistance and low thermal expansion coefficient in parts and units of the casing of the gas turbine engine will reduce the compensation clearances and thermal stresses during their operation, thereby increasing the resource, efficiency and reliability of the gas turbine engine.
Известен деформируемый сплав с контролируемым тепловым расширением следующего химического состава, масс. %:Known wrought alloy with controlled thermal expansion of the following chemical composition, mass. %:
(US 5283032 А, 01.02.1994).(US 5283032 A, 02/01/1994).
Данный сплав имеет невысокие значения кратковременной прочности при комнатной температуре (σв≤1200 МПа) и длительной прочности на базе 500 ч при температуре 650°С (σ500 650≤510 МПа).This alloy has low values of short-term strength at room temperature (σ in ≤1200 MPa) and long-term strength on the basis of 500 hours at a temperature of 650 ° C (σ 500 650 ≤510 MPa).
Известен суперсплав с малым коэффициентом расширения с повышенной прочностью следующего химического состава, масс. %:Known superalloy with a low coefficient of expansion with increased strength of the following chemical composition, mass. %:
(US 5425912 А, 20.06.1995).(US 5,425,912 A, 6/20/1995).
Известен сплав на основе никеля следующего химического состава, масс. %:Known alloy based on Nickel of the following chemical composition, mass. %:
(RU 1520871 С1, 22.12.1987).(RU 1520871 C1, 12/22/1987).
Эти сплавы отличаются низким ТКЛР по сравнению с другими жаропрочными никелевыми сплавами, но не обладают комплексом свойств, необходимым для материала высоконагруженных ответственных деталей горячего тракта ГТД, работающих в условиях с повышенными требованиями по неизменности зазоров.These alloys are characterized by low thermal expansion coefficient in comparison with other heat-resistant nickel alloys, but do not have the set of properties necessary for the material of highly loaded critical parts of the hot gas turbine engine working in conditions with increased requirements for the invariance of gaps.
Наиболее близким аналогом является свариваемый жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля с пониженным ТКЛР следующего химического состава, масс. %:The closest analogue is a weldable heat-resistant deformable alloy based on nickel with low thermal expansion coefficient of the following chemical composition, mass. %:
(RU 2404275 С1, 20.11.2010).(RU 2404275 C1, 11/20/2010).
Данный сплав имеет невысокие значения жаростойкости при температуре 600°С (0,10 г/м2 ч) и технологичности (коэффициент выдавки (Квыд) и коэффициент отбортовки (Котб) равны 0,17 и 1,15 соответственно).This alloy has a low value of heat resistance at a temperature of 600 ° C (0.10 g / m 2 h), and processability (pads coefficient (K vyd) and flanging coefficient (K sel) are 0.17 and 1.15 respectively).
Задачей предложенного изобретения является разработка свариваемого жаропрочного деформируемого сплава на основе никеля, обладающего оптимальным сочетанием служебных свойств, обеспечивающим изготовление деталей более сложной формы.The objective of the proposed invention is to develop a weldable heat-resistant deformable alloy based on nickel, which has the optimal combination of service properties, providing the manufacture of parts of a more complex shape.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение жаростойкости при температуре 600°С и технологичности (коэффициента выдавки (Квыд) до значений 0,35-0,4 и коэффициента отбортовки (Котб) до значений 1,45-1,6).The technical result of the proposed invention is to increase the heat resistance at a temperature of 600 ° C and processability (pads coefficient (K vyd) to a value of 0.35-0.4 and flanging coefficient (K sel) to values 1.45-1.6).
Для достижения поставленного технического результата предложен жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля, содержащий, масс. %:To achieve the technical result, a heat-resistant wrought nickel-based alloy containing, mass. %:
Предпочтительно, чтобы суммарное содержание ниобия и тантала составляло не более трехкратного содержания титана.Preferably, the total content of niobium and tantalum is not more than three times the content of titanium.
Также предложено изделие, выполненное из вышеуказанного жаропрочного сплава на основе никеля.Also proposed is a product made of the above heat-resistant nickel-based alloy.
По сравнению со сплавом-прототипом в предлагаемом сплаве содержатся небольшие строго регламентируемые количества кальция, бария и иттрия.Compared with the prototype alloy, the proposed alloy contains small strictly regulated amounts of calcium, barium and yttrium.
Было установлено, что дополнительное введение в сплав кальция и бария совместно с магнием способствует более глубокому очищению расплава от вредных примесей, что положительно влияет на технологичность сплава при деформации. Особенно эффективно введение кальция и бария совместно с редкоземельными металлами - лантаном, церием, скандием и иттрием. Кальций и барий по сравнению с магнием имеют более низкую упругость пара при температурах плавки, что позволяет использовать их для раскисления расплава перед присадкой редкоземельных металлов и тем самым стабилизировать их усвоение.It was found that the additional introduction of calcium and barium into the alloy together with magnesium contributes to a deeper purification of the melt from harmful impurities, which positively affects the processability of the alloy during deformation. Especially effective is the introduction of calcium and barium together with rare earth metals - lanthanum, cerium, scandium and yttrium. Compared to magnesium, calcium and barium have lower vapor elasticity at melting temperatures, which makes it possible to use them for deoxidation of the melt before the addition of rare-earth metals and thereby stabilize their absorption.
Введение иттрия в сплав, содержащий лантан, церий и скандий, позволяет уменьшить значение привеса при температуре 600°С (т.е. улучшить жаростойкость) за счет концентрации его по границам зерен и фаз.The introduction of yttrium into an alloy containing lanthanum, cerium, and scandium makes it possible to reduce the gain at a temperature of 600 ° C (i.e., to improve heat resistance) due to its concentration along grain and phase boundaries.
Влияние редкоземельных металлов лантана, скандия и иттрия в заявленных пределах концентраций в совокупности намного превосходит вклад каждого из указанных элементов в упрочнение границ зерен и фаз по отдельности. Как следствие, наблюдается значительное улучшение жаростойкости при высоких температурах порядка 600°С.The influence of the rare-earth metals lanthanum, scandium and yttrium within the stated concentration limits far exceeds the contribution of each of these elements to the strengthening of grain boundaries and phases separately. As a result, there is a significant improvement in heat resistance at high temperatures of about 600 ° C.
Соблюдение суммарного содержания ниобия и тантала не более трехкратного содержания титана позволит исключить выделения топологических плотноупакованных фаз, что дополнительно повысит пластичность и, как следствие, технологичность сплава.Observance of the total content of niobium and tantalum of not more than three times the content of titanium will eliminate the allocation of topological close-packed phases, which will further increase the ductility and, as a consequence, the manufacturability of the alloy.
При заявленном содержании и соотношениях компонентов в предлагаемом сплаве обеспечивается фазовая и структурная стабильность материала, тем самым повышается жаростойкость и технологичность.When the claimed content and proportions of the components in the proposed alloy provides phase and structural stability of the material, thereby increasing the heat resistance and manufacturability.
Примеры осуществления.Examples of implementation.
В вакуумно-индукционной установке были выплавлены (с заливкой в металлические изложницы) опытные плавки из предлагаемого сплава различных составов и сплава - прототипа.In the vacuum induction installation, experimental melts from the proposed alloy of various compositions and the prototype alloy were smelted (with pouring into metal molds).
Химические составы приведены в таблице 1.Chemical compositions are shown in table 1.
Осадку слитков проводили в изотермических условиях с получением промежуточных полуфабрикатов - сутунок. Сутунки механически обрабатывали по всем поверхностям до удаления окалины и дефектов. После механической обработки полуфабрикаты (сутунки) подвергали прокатке при температуре 1080°С до толщины 4 мм. Термическую обработку горячекатаных полуфабрикатов проводили при температуре 1080°С. Далее проводили холодную прокатку до толщины 1,5 мм.Precipitation of the ingots was carried out in isothermal conditions to obtain intermediate semi-finished products - slider. The sutuns were mechanically treated on all surfaces until descaling and defects were removed. After machining, the semi-finished products (suture) were rolled at a temperature of 1080 ° C to a thickness of 4 mm. Heat treatment of hot-rolled semi-finished products was carried out at a temperature of 1080 ° C. Next, cold rolling was carried out to a thickness of 1.5 mm.
Полученные листы разрезали на заготовки, которые подвергали термической обработке. После этого из них были изготовлены плоские образцы для определения жаростойкости и технологичности (коэффициент выдавки (Квыд), коэффициент отбортовки (Котб)).The resulting sheets were cut into blanks, which were subjected to heat treatment. Thereafter it was made flat samples to determine the heat resistance and processability (pads coefficient (K vyd) flanging coefficient (K sel)).
Жаростойкость определяли после выдержки образцов в воздушной атмосфере печи в течение 100 часов при температуре 600°С в соответствии с ГОСТ 6130-71.Heat resistance was determined after holding the samples in the air atmosphere of the furnace for 100 hours at a temperature of 600 ° C in accordance with GOST 6130-71.
Технологичность определяли в соответствии с ГОСТ 17040-80.Manufacturability was determined in accordance with GOST 17040-80.
Результаты испытаний приведены в таблице 2.The test results are shown in table 2.
Как видно из данных таблицы 2, предлагаемый сплав превосходит сплав-прототип по технологичности (коэффициент выдавки kвыд увеличен в 2-2,35 раз, коэффициент отбортовки kотб - в 1,26-1,4 раз), а также по значениям жаростойкости при температуре 600°С в 1,9-2,06 раз (привес массы снижен до значений 0,047-0,051 г/м2ч).As seen from Table 2, the proposed alloy surpasses the prototype alloy for manufacturability (pads coefficient k vyd increased in 2-2,35 times flanging coefficient k sel - in 1,26-1,4 times) as well as by the values of heat resistance at a temperature of 600 ° C 1.9-2.06 times (weight gain is reduced to 0.047-0.051 g / m 2 h).
Использование предлагаемого жаропрочного деформируемого сплава с низким ТКЛР в деталях и узлах корпуса камеры сгорания ГТД позволит изготавливать детали и узлы более сложной формы, уменьшить компенсационные зазоры и термические напряжения в процессе его работы, тем самым повысив ресурс, КПД и надежность газотурбинного двигателя.The use of the proposed heat-resistant wrought alloy with low thermal expansion coefficient in the parts and units of the gas turbine engine combustion chamber housing will make it possible to manufacture parts and assemblies of a more complex shape, reduce the compensation gaps and thermal stresses during its operation, thereby increasing the resource, efficiency and reliability of the gas turbine engine.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019140925A RU2721261C1 (en) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | Heat-resistant deformable nickel-based alloy with low temperature coefficient of linear expansion and article made from it |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019140925A RU2721261C1 (en) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | Heat-resistant deformable nickel-based alloy with low temperature coefficient of linear expansion and article made from it |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2721261C1 true RU2721261C1 (en) | 2020-05-18 |
Family
ID=70735340
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019140925A RU2721261C1 (en) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | Heat-resistant deformable nickel-based alloy with low temperature coefficient of linear expansion and article made from it |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2721261C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1053094A (en) * | 1989-12-15 | 1991-07-17 | 英科合金国际有限公司 | Oxidation resistant low expansion superalloys |
RU2088684C1 (en) * | 1990-11-19 | 1997-08-27 | Инко Эллойз Интернэшнл Инк. | Oxidation-resistant alloy (variants) |
RU2154692C1 (en) * | 1999-04-23 | 2000-08-20 | Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина | High-strength invar alloy |
RU2404275C1 (en) * | 2009-10-28 | 2010-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик-Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Heat-resistant wrought nickel-based alloy |
RU2695097C1 (en) * | 2019-01-10 | 2019-07-19 | Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" | Deformable nickel-based heat-resistant alloy |
-
2019
- 2019-12-11 RU RU2019140925A patent/RU2721261C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1053094A (en) * | 1989-12-15 | 1991-07-17 | 英科合金国际有限公司 | Oxidation resistant low expansion superalloys |
RU2088684C1 (en) * | 1990-11-19 | 1997-08-27 | Инко Эллойз Интернэшнл Инк. | Oxidation-resistant alloy (variants) |
RU2154692C1 (en) * | 1999-04-23 | 2000-08-20 | Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина | High-strength invar alloy |
RU2404275C1 (en) * | 2009-10-28 | 2010-11-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик-Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Heat-resistant wrought nickel-based alloy |
RU2695097C1 (en) * | 2019-01-10 | 2019-07-19 | Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" | Deformable nickel-based heat-resistant alloy |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110551920B (en) | High-performance easy-processing nickel-based wrought superalloy and preparation method thereof | |
CA2841329C (en) | Hot-forgeable ni-based superalloy excellent in high temperature strength | |
RU2377336C2 (en) | Alloy for gasturbine engine | |
US20190040501A1 (en) | Nickel-cobalt alloy | |
JPWO2014050698A1 (en) | Precipitation strengthened martensitic steel and method for producing the same | |
KR102534136B1 (en) | High-temperature nickel-base alloy | |
KR101809853B1 (en) | Austenitic steel excellent in high temperature strength | |
CN113604706B (en) | Low-density low-expansion high-entropy high-temperature alloy and preparation method thereof | |
US20190360078A1 (en) | Nickel-base superalloy | |
EP0544836B1 (en) | Controlled thermal expansion alloy and article made therefrom | |
RU2601720C1 (en) | Heat-resistant welded cobalt-based alloy and article made therefrom | |
RU2721261C1 (en) | Heat-resistant deformable nickel-based alloy with low temperature coefficient of linear expansion and article made from it | |
EP0053948B1 (en) | Nickel-chromium-cobalt base alloys and castings thereof | |
RU2507289C1 (en) | Titanium-based alloy and item made from it | |
EP2503012A1 (en) | Precipitation hardened heat-resistant steel | |
JP6787246B2 (en) | Alloy original plate for heat-resistant parts, alloy plate for heat-resistant parts, and gasket for exhaust system parts of engine | |
RU2794496C1 (en) | Heat-resistant nickel-based casting alloy and a product made from it | |
RU2790495C1 (en) | Heat-resistant nickel-based casting alloy and a product made from it | |
RU2777099C1 (en) | Heat-resistant welded nickel-based alloy and a product made of it | |
RU2740929C1 (en) | Nickel-based heat-resistant foundry alloy and article made therefrom | |
US10240223B2 (en) | Ni-based alloy having excellent high-temperature creep characteristics, and gas turbine member using the same | |
RU2737835C1 (en) | Nickel-based heat-resistant wrought alloy and article made from it | |
CN115772626B (en) | Nickel-based superalloy, and preparation method and application thereof | |
RU2794497C1 (en) | Heat-resistant nickel-based alloy and a product made from it | |
JP3840762B2 (en) | Heat resistant steel with excellent cold workability |