RU2737835C1 - Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него - Google Patents

Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него Download PDF

Info

Publication number
RU2737835C1
RU2737835C1 RU2020118382A RU2020118382A RU2737835C1 RU 2737835 C1 RU2737835 C1 RU 2737835C1 RU 2020118382 A RU2020118382 A RU 2020118382A RU 2020118382 A RU2020118382 A RU 2020118382A RU 2737835 C1 RU2737835 C1 RU 2737835C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nickel
alloy
heat
molybdenum
term
Prior art date
Application number
RU2020118382A
Other languages
English (en)
Inventor
Евгений Николаевич Каблов
Борис Самуилович Ломберг
Максим Вадимович Ахмедзянов
Михаил Михайлович Бакрадзе
Иван Сергеевич Мазалов
Елена Борисовна Чабина
Ольга Игоревна Расторгуева
Александр Викторович Скугорев
Original Assignee
Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация (АО "ОДК")
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 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация (АО "ОДК") filed Critical Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация (АО "ОДК")
Priority to RU2020118382A priority Critical patent/RU2737835C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2737835C1 publication Critical patent/RU2737835C1/ru
Priority to PCT/RU2021/000237 priority patent/WO2021246908A1/ru
Priority to CN202180047552.6A priority patent/CN115768911A/zh

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%

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)
  • Forging (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к области металлургии, в частности к жаропрочным деформируемым сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления деталей газотурбинных двигателей. Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля содержит, мас.%: кобальт 12,0-16,0, хром 9,0-12,0, вольфрам 4,0-6,0, молибден 4,0-6,0, алюминий 4,0-5,5, титан 2,0-3,5, тантал 0,5-2,5, углерод 0,08-0,13, магний 0,003-0,05, лантан 0,002-0,05, бор 0,003-0,03, церий и/или неодим каждого 0,005-0,02, никель - остальное. Обеспечивается повышение кратковременной и длительной прочности и пластичности сплава при температурах до 800°С. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным деформируемым сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления деталей газотурбинных двигателей (ГГД), работающих до температуры 800°С.
Основными требованиями, предъявляемыми к этому классу материалов, являются: высокие характеристики кратковременной и длительной прочности, рабочая температура и технологичность.
Из уровня техники известен жаропрочный сплав марки ЭП718 (ГОСТ 5632-2014), применяемый для изготовления лопаток компрессора, на никелевой основе следующего химического состава, мас.%:
углерод не более 0,1
хром 14,0-16,0
молибден 4,0-5,2
ниобий 0,8-1,5
вольфрам 2,5-3,5
алюминий 0,9-1,4
титан 1,9-2,4
церий не более 0,1
бор не более 0,008
цирконий не более 0,02
никель 43,0-47,0
железо и примеси остальное
Недостатками этого сплава являются ограничение рабочей температуры (до 650°С) и при этом невысокая длительная прочность при температуре 800°С (245 МПа).
Известен жаропрочный сплав (RU2074899, МПК С22С 30/00, С22С 19/03, опубл. 10.03.1997), применяемый для изготовления лопаток компрессора, на железоникелевой основе следующего химического состава, мас.%:
углерод 0,01-0,06
хром 15,5-18,5
молибден 2,8-3,5
ниобий 5,1-5,9
никель 51,5-56,5
алюминий 0,3-0,7
титан 0,6-1,1
ванадий 0,2-0,7
бор 0,004-0,01
иттрий 0,02-0,6
железо остальное
Недостатками этого сплава являются ограничение рабочей температуры (до 650°С) и при этом невысокая длительная прочность при температуре 650°С (710 МПа).
Наиболее близким аналогом является жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля ЭП220 (ГОСТ 23705-79), предназначенный для изготовления лопаток ГТД и ГТУ методом штамповки и имеющий следующий состав, мас.%:
углерод не более 0,08
хром 9,0-12,0
кобальт 14,0-16,0
молибден 5,0-8,0
вольфрам 5,0-7,0
алюминий 3,9-4,8
титан 2,2-2,9
бор не более 0,02
ванадии 0,2-0,8
никель и примеси остальное
Данный сплав имеет недостаточно высокие механические свойства для его применения в перспективных ГТД, а именно: кратковременную прочность и удлинение на уровне 1150 МПа и 15% соответственно при нормальной температуре, 940 МПа и 14% при 800°С, длительная прочность при 800°С составляет 470 МПа.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении предлагаемого изобретения и не может быть реализовано при использовании прототипа, являются низкие механические свойства сплава.
Технической задачей предлагаемого изобретения является получение жаропрочного деформируемого сплава на основе никеля с более высокими механическими свойствами.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение кратковременной и длительной прочности и пластичности сплава при температурах до 800°С.
Для достижения поставленного технического результата предложен жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий, мас.%:
кобальт 12,0-16,0
хром 9,0-12,0
вольфрам 4,0-6,0
молибден 4,0-6,0
алюминий 4,0-5,5
титан 2,0-3,5
тантал 0,5-2,5
углерод 0,08-0,13
магний 0,003-0,05
лантан 0,002-0,05
бор 0,003-0,03
церий и/или неодим 0,005-0,02 каждого
никель остальное
Также предлагается изделие из вышеуказанного жаропрочного сплава на основе никеля.
Основу предложенного сплава составляет γ'-фаза на основе соединения (Ni,Co,Cr)3(Al,Ti,Ta,W) различной морфологии и γ-твердый раствор на основе никеля и кобальта, также в сплаве присутствуют карбиды типа МеС. Содержание кобальта в количестве 12-16 мас.% обеспечивает пластичность сплава, что позволяет получать из него заготовки методом деформации. За счет повышения содержания углерода в металле увеличивается доля карбидной фазы, которая обеспечивает дополнительное упрочнение сплава.
Легирование сплава танталом в заданном количестве, наряду с соблюдением заданного содержания вольфрама и молибдена, повышает стабильность и механические свойства сплава при высоких температурах.
Тантал в основном входит в составы γ'-фазы и карбидной фазы и увеличивает их стабильность при высоких температурах, а вольфрам и молибден преимущественно распределяются в γ-твердом растворе и повышают его прочность.
Магний, бор, лантан, церий и/или неодим добавляют в процессе выплавки для очищения расплава от оксидов и снижения количества вредных примесей, что положительно влияет на механические свойства (кратковременную и длительную прочность, пластичность во всем диапазоне рабочих температур).
Комплексное микролегирование лантаном и неодимом способствует удалению вредных примесей с границ зерен и других внутренних поверхностей раздела в материале, а также способствует реализации механизма упрочнения - формированию по границам зерен и фаз выделений интерметаллидной фазы NixP3My глобулярной морфологии.
В отличие от прототипа, в качестве легирующего элемента в предлагаемый сплав не добавляют ванадий, поскольку он ухудшает окалиностойкость сплава при температурах, близких к 800°С.
При заявленном содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве на основе никеля достигается наибольший эффект повышения кратковременной и длительной прочности сплава во всем диапазоне рабочих температур.
Пример осуществления.
Была проведена выплавка исходных электродов в вакуумноиндукционной печи с последующим вакуумно-дуговым переплавом для получения слитков из предлагаемого сплава различных составов и сплава - прототипа.
Химические составы приведены в таблице №1.
Изготовление прутков из слитков предлагаемого сплава различных составов и сплава-прототипа проходило в два этапа: ковка слитка на прессе 1600 тс и экструзия заготовки на пруток на прессе «Блисс».
Полученные прутки разрезали на заготовки, которые подвергали термической обработке. После этого из них были изготовлены цилиндрические образцы для определения механических свойств: кратковременной прочности
Figure 00000001
предела текучести
Figure 00000002
относительного удлинения σ20 и сужения ψ20 при 20°С, кратковременной прочности
Figure 00000003
относительного удлинения σ800 и сужения ψ800, длительной прочности на базе 100 часов
Figure 00000004
при 800°С. Механические свойства определяли на разрывных и универсальных испытательных машинах. Результаты испытаний приведены в таблице №2.
Как видно из данных таблицы №2, предлагаемый сплав превосходит сплав-прототип по значениям кратковременной и длительной прочности и пластичности сплава (относительное удлинение и сужение) при температурах до 800°С.
Использование предлагаемого жаропрочного деформируемого сплава на основе никеля дает возможность создать ГТД с повышенными тактико-техническими параметрами, повышает надежность изделий и увеличивает ресурс их работы.
Figure 00000005
Figure 00000006

Claims (3)

1. Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля, содержащий кобальт, хром, вольфрам, молибден, алюминий, титан, углерод, бор и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тантал, магний, лантан, церий и/или неодим при следующем соотношении компонентов, мас %:
кобальт 12,0-16,0 хром 9,0-12,0 вольфрам 4,0-6,0 молибден 4,0-6,0 алюминий 4,0-5,5 титан 2,0-3,5 тантал 0,5-2,5 углерод 0,08-0,13 магний 0,003-0,05 лантан 0,002-0,05 бор 0,003-0,03 церий и/или неодим 0,005-0,02 каждого никель остальное
2. Изделие из жаропрочного деформируемого сплава на основе никеля, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1.
RU2020118382A 2020-06-03 2020-06-03 Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него RU2737835C1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020118382A RU2737835C1 (ru) 2020-06-03 2020-06-03 Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
PCT/RU2021/000237 WO2021246908A1 (ru) 2020-06-03 2021-06-02 Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
CN202180047552.6A CN115768911A (zh) 2020-06-03 2021-06-02 耐热锻造镍基合金及其制品

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020118382A RU2737835C1 (ru) 2020-06-03 2020-06-03 Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2737835C1 true RU2737835C1 (ru) 2020-12-03

Family

ID=73792519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020118382A RU2737835C1 (ru) 2020-06-03 2020-06-03 Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN115768911A (ru)
RU (1) RU2737835C1 (ru)
WO (1) WO2021246908A1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3228095A (en) * 1960-04-13 1966-01-11 Rolls Royce Method of making turbine blades
RU2365657C1 (ru) * 2008-02-21 2009-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава
RU2571674C1 (ru) * 2014-10-07 2015-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава
JP6150192B2 (ja) * 2015-03-30 2017-06-21 日立金属株式会社 Ni基超耐熱合金の製造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1087051A (en) * 1963-04-26 1967-10-11 Int Nickel Ltd Nickel-chromium alloys
FR1451347A (fr) * 1964-07-10 1966-01-07 Alliages devant servir à hautes températures
US5938863A (en) * 1996-12-17 1999-08-17 United Technologies Corporation Low cycle fatigue strength nickel base superalloys
AU2001243302A1 (en) * 2000-02-29 2001-09-12 General Electric Company Nickel base superalloys and turbine components fabricated therefrom
JP2007105735A (ja) * 2005-10-11 2007-04-26 Hitachi Ltd 摩擦圧接方法
US8992700B2 (en) * 2009-05-29 2015-03-31 General Electric Company Nickel-base superalloys and components formed thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3228095A (en) * 1960-04-13 1966-01-11 Rolls Royce Method of making turbine blades
RU2365657C1 (ru) * 2008-02-21 2009-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава
RU2571674C1 (ru) * 2014-10-07 2015-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава
JP6150192B2 (ja) * 2015-03-30 2017-06-21 日立金属株式会社 Ni基超耐熱合金の製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГОСТ 23705-79. Прутки горячекатаные и кованые из жаропрочных сплавов. Технические условия. *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021246908A1 (ru) 2021-12-09
CN115768911A (zh) 2023-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2841329C (en) Hot-forgeable ni-based superalloy excellent in high temperature strength
US20190040501A1 (en) Nickel-cobalt alloy
US20170081750A1 (en) Nickel-based heat-resistant superalloy
EP2479302B1 (en) Ni-based heat resistant alloy, gas turbine component and gas turbine
US20030164213A1 (en) Ni-base alloy, heat-resistant spring made of the alloy, and process for producing the spring
EP2610360A1 (en) Co-based alloy
JP6476704B2 (ja) ニッケル基鋳造合金及び熱間鍛造金型
EP0593824A1 (en) Nickel aluminide base single crystal alloys and method
RU2601720C1 (ru) Жаропрочный свариваемый сплав на основе кобальта и изделие, выполненное из него
RU2737835C1 (ru) Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
JP6738010B2 (ja) 高温強度特性および高温クリープ特性に優れたニッケル基合金
RU2434068C1 (ru) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al
RU2439185C1 (ru) Жаропрочный литейный сплав на основе никеля
RU2433196C1 (ru) ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
RU2353691C2 (ru) Состав жаропрочного никелевого сплава (варианты)
RU2256717C1 (ru) Жаропрочный свариваемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
RU2610577C1 (ru) ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
CN111254317A (zh) 一种镍基铸造合金及其制备方法
TR2022019439T2 (tr) Isıya dayanıklı dövülmüş nikel bazlı alaşım ve bu alaşımdan yapılan bir ürün.
RU2571674C1 (ru) Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава
RU2777099C1 (ru) Жаропрочный свариваемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
EP3626846B1 (en) Turbine wheel incorporating nickel-based alloy
RU2285059C1 (ru) Жаропрочный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава
RU2685926C1 (ru) Интерметаллидный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
RU2721261C1 (ru) Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля с низким температурным коэффициентом линейного расширения и изделие, выполненное из него

Legal Events

Date Code Title Description
QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180706

Effective date: 20220426