RU2750946C1 - Металлический сплав с высокими эксплуатационными характеристиками для аддитивного производства деталей машин - Google Patents

Металлический сплав с высокими эксплуатационными характеристиками для аддитивного производства деталей машин Download PDF

Info

Publication number
RU2750946C1
RU2750946C1 RU2020130787A RU2020130787A RU2750946C1 RU 2750946 C1 RU2750946 C1 RU 2750946C1 RU 2020130787 A RU2020130787 A RU 2020130787A RU 2020130787 A RU2020130787 A RU 2020130787A RU 2750946 C1 RU2750946 C1 RU 2750946C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
less
alloy
mass
high performance
metal alloy
Prior art date
Application number
RU2020130787A
Other languages
English (en)
Inventor
Антонелла ДИМАТТЕО
Якопо ДЖОВАННЕТТИ
Original Assignee
НУОВО ПИНЬОНЕ ТЕКНОЛОДЖИ - С.р.л.
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 НУОВО ПИНЬОНЕ ТЕКНОЛОДЖИ - С.р.л. filed Critical НУОВО ПИНЬОНЕ ТЕКНОЛОДЖИ - С.р.л.
Application granted granted Critical
Publication of RU2750946C1 publication Critical patent/RU2750946C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0433—Nickel- or cobalt-based alloys
    • 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
    • C22C19/07—Alloys based on nickel or cobalt based on cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/009—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of turbine components other than turbine blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F05D2220/321—Application in turbines in gas turbines for a special turbine stage
    • F05D2220/3212—Application in turbines in gas turbines for a special turbine stage the first stage of a turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/22—Manufacture essentially without removing material by sintering
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/23—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together
    • F05D2230/232—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together by welding
    • F05D2230/234—Laser welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/30—Manufacture with deposition of material
    • F05D2230/31—Layer deposition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/17—Alloys
    • F05D2300/175—Superalloys
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

Изобретение относится к металлургии, а именно к металлическому сплаву с высокими эксплуатационными характеристиками и может быть использовано для аддитивного производства деталей машин, в частности сопла газовой турбины. Металлический сплав для изготовления сопла газовой турбины методом аддитивного производства, состоящий из, мас.%: O 0,01–0,05, N 0,005–0,025, S менее 0,003, C 0,005–0,07, Mn 0,6–0,8, Si 0,8–1,0, P менее 0,04, Cr 27–33, Ni 11–12, W 5–9, Fe 0,4–0,7, Ta менее 0,001, B менее 0,003, Cu менее 0,001, Zr менее 0,003, Co - остальное. Сплав характеризуется высокими эксплуатационными характеристиками, а именно высокой устойчивостью к высокотемпературному окислению и коррозии, высокой стойкостью к термической усталости, а также удовлетворительной свариваемостью. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 пр.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Варианты осуществления объекта изобретения, описанного в настоящем документе, относятся главным образом к металлическому сплаву с высокими эксплуатационными характеристиками для аддитивного производства деталей машин, в частности, деталей машин, подвергающихся стрессовому воздействию при высокой температуре газа. Примеры деталей машин представляют собой статорные детали газовых турбин, такие как сопла.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Детали двигателей внутреннего сгорания, такие как детали газовой турбины (например, лопатки, сопла, кожухи, камеры сгорания), должны быть изготовлены из металлических сплавов, выполненных с возможностью выдерживать высокотемпературные рабочие условия. Это особенно относится к деталям, которые расположены рядом с камерами сгорания газовой турбины, такими как сопла турбины. Температура рабочего газа, образованного продуктами сгорания в соплах первой ступени, может составлять 1100 °C или выше, в то время как в самой нижней по потоку ступени турбины температура падает до приблизительно 650–700 °C.
Для производства деталей вращения, таких как лопасти первой ступени турбины, используются специальные высокотемпературные сплавы на основе никеля. Эти сплавы являются дорогостоящими, но обязательными с точки зрения необходимости выдерживать совместное стрессовое воздействие высокой температуры и высоких динамических напряжений, образованных в роторной части турбомашины.
Неподвижные детали, такие как сопла, неподвижные лопатки или другие статорные детали газовых турбин, часто производят с использованием менее дорогих сплавов на основе кобальта, таких как FSX414. Эти материалы имеют относительно высокое содержание углерода в диапазоне 0,2–0,3% по массе и широко применяются в процессах литья. Углерод, как правило, осаждается в форме карбидов, которые обеспечивают высокую механическую прочность. Неподвижные детали турбомашины часто имеют сложную форму. При их производстве можно воспользоваться преимуществом современной технологии аддитивного производства, такой как технология DMLM (прямого лазерного плавления металлов, Direct Metal Laser Melting). Аддитивное производство позволяет изготавливать сложные механические детали, начав с файла, содержащего данные о форме готового изделия, которые непосредственно используются для управления источником энергии, таким как лазерный генератор или пучок электронов.
Однако широко используемые сплавы аддитивного производства, такие как сплавы CoCrMo, оказались неподходящими при производстве деталей турбомашин, которые работают в условиях высоких температур. Это особенно связано с образованием хрупкой фазы при рабочей температуре выше 900 °C.
С другой стороны, сплавы FSX414 непригодны для аддитивных производственных процессов, поскольку они приводят к трещинам при быстром охлаждении последовательно расплавленных слоев порошкового материала.
В частности, сопла первой ступени подвергаются воздействию наиболее высоких температур газа в турбине, но меньшим механическим напряжениям, чем лопатки. Сопла должны иметь превосходную устойчивость к высокотемпературному окислению и коррозии, высокую стойкость против термической усталости, относительно хорошую свариваемость для упрощения производства и ремонта, а также хорошие литейные качества.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, существует потребность в металлическом сплаве, который является экономически доступным и технически приемлемым для аддитивного производства высокотемпературных деталей турбомашин, таких как статорные детали, например, сопла.
Важной концепцией является обеспечение сплава, в котором выбранные элементы в выбранных диапазонах позволяют существенно повысить устойчивость к высокотемпературному окислению и коррозии, обеспечить высокую стойкость к термической усталости, относительно хорошую свариваемость для упрощения производства и ремонта за счет сокращения до минимума микроструктурных дефектов.
Этот сплав может быть изготовлен с помощью традиционных процессов, таких как порошковая металлургия и литье по выплавляемым моделям, а также инновационных технологий аддитивного производства (например, способов прямого лазерного плавления металлов, Direct Metal Laser Melting).
Первые варианты осуществления объекта изобретения, описанного в настоящем документе, представляют собой металлический сплав с высокими эксплуатационными характеристиками, имеющий номинальную композицию, состоящую из:
O до 0,1 масс.%
N до 0,03 масс.%
S менее 0,004 масс.%
C до 0,20 масс.%
Mn 0,6–1,4 масс.%
Si 0,75–2,0 масс.%
S менее 0,05 масс.%
Cr 25–35 масс.%
Ni 10,6–15,6 масс.%
W 2–10 масс.%
Fe 0,3–0,9 масс.%
Ta менее 0,04 масс.%
B до 0,008 масс.%
Cu менее 0,02 масс.%
Zr менее 0,003 масс.%
Co остальное,
в зависимости от массы сплава.
В целом указанный сплав демонстрирует в значительной степени и, по существу, уменьшенное количество микроструктурных дефектов после обработки с помощью технологий аддитивного производства по сравнению с традиционными сплавами на основе кобальта, при этом демонстрируя устойчивость к высокотемпературному окислению и коррозии и высокую стойкость против термической усталости.
Вторые варианты осуществления объекта изобретения, описанного в настоящем документе, представляют собой деталь газовой турбины, такую как статорная деталь, например, сопло, выполненную из вышеуказанного сплава.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Сопроводительные графические материалы, которые включены в настоящий документ и составляют часть описания, иллюстрируют примеры осуществления настоящего объекта изобретения и вместе с подробным описанием объясняют эти варианты осуществления. На графических материалах показано следующее:
На Фиг. 1 представлена микрофотография, полученная с помощью оптического микроскопа (увеличение 50X) микроструктуры традиционного сплава "FSX414" предшествующего уровня техники, изготовленного с помощью процесса аддитивного производства, на которой виден высокий уровень микроструктурных дефектов; и
На Фиг. 2 представлена микрофотография, полученная с помощью оптического микроскопа (увеличение 50X) микроструктуры нового сплава, на которой не видно дефектов (трещин или пор).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
В последующем описании примеров осуществления даются ссылки на сопроводительные графические материалы.
Последующее описание не ограничивает настоящее изобретение. Вместо этого объем настоящего изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.
Ссылка в данном описании на «один вариант осуществления» или «вариант осуществления» означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления, включены в по меньшей мере один вариант осуществления описанного объекта изобретения. Таким образом, появление фраз «в одном варианте осуществления», «в варианте осуществления» в различных местах по всему данному описанию не обязательно относится к одному и тому же варианту осуществления изобретения. Кроме того, конкретные признаки, структуры или характеристики можно комбинировать любым приемлемым способом в одном или более вариантах осуществления.
Первые варианты осуществления объекта изобретения, описанного в настоящем документе, представляют собой металлический сплав с высокими эксплуатационными характеристиками, имеющий номинальную композицию, состоящую из:
O до 0,1 масс.%
N до 0,03 масс.%
S менее 0,004 масс.%
C до 0,20 масс.%
Mn 0,6–1,4 масс.%
Si 0,76–2,0 масс.%
S менее 0,05 масс.%
Cr 25–35 масс.%
Ni 10,6–15,6 масс.%
W 2–10 масс.%
Fe 0,3–0,9 масс.%
Ta менее 0,04 масс.%
B менее 0,008 масс.%
Cu менее 0,02 масс.%
Zr менее 0,003 масс.%
Co остальное,
в зависимости от массы сплава.
Следует понимать, что вышеуказанный сплав содержит уменьшенные количества углерода и бора, чтобы демонстрировать в значительной степени и по существу уменьшенное количество микроструктурных дефектов после обработки с помощью технологий аддитивного производства по сравнению с лучшими в настоящее время в своем классе сплавами (т. е. FSX414), при этом демонстрируя устойчивость к высокотемпературному окислению и коррозии и высокую стойкость против термической усталости, как будет показано в последующих рабочих примерах.
Под термином «до» подразумевается, что данный элемент присутствует и содержится в масс.%, включая верхнее предельное значение.
Под термином «менее» подразумевается, что масс.% находится в диапазоне от верхнего предельного значения включительно до 0 (нуля) включительно, таким образом элемент может отсутствовать.
В некоторых вариантах осуществления высокопроизводительного металлического сплава C присутствует в количестве до 0,15 масс.%, предпочтительно в количестве до 0,10 масс.%, более предпочтительно в количестве 0,001–0,07 масс.%. Снижение количества углерода позволяет достичь преимущественного баланса между механическими свойствами и высоким качеством микроструктуры в сплаве, изготовленном с помощью аддитивного производства; более того, уменьшение количества углерода обеспечивает улучшенные механические свойства в сплаве, изготовленном с помощью литья по выплавляемым моделям.
В других вариантах осуществления высокопроизводительного металлического сплава B присутствует в количеств менее 0,004 масс.%. Уменьшение количества бора позволяет улучшить технологичность аддитивного производства.
В других вариантах осуществления высокопроизводительного металлического сплава N присутствует в количестве 0,001–0,025 масс.%. Наличие азота позволяет повысить прочность сплава.
В других вариантах осуществления высокопроизводительного металлического сплава Mn присутствует в количестве 0,6–1,0 масс.%. Эти количества марганца улучшают механические свойства с момента образования твердого раствора в процессе приготовления.
В других вариантах осуществления высокопроизводительного металлического сплава Si присутствует в количестве 0,8–1,5 масс.%. Эти количества кремния улучшают механические свойства с момента образования твердого раствора в процессе приготовления.
В других вариантах осуществления высокопроизводительного металлического сплава Ni присутствует в количестве 10,8–13,5 масс.%. Эти количества никеля улучшают механические свойства с момента образования твердого раствора в процессе приготовления.
В других вариантах осуществления высокопроизводительного металлического сплава Fe присутствует в количестве 0,4–0,8 масс.%.
В предпочтительных вариантах осуществления металлический сплав с высокими эксплуатационными характеристиками имеет номинальную композицию, состоящую из:
O до 0,1 масс.%
N 0,001–0,025 масс.%
S менее 0,004 масс.%
C 0,001–0,07 масс.%
Mn 0,6–1,0 масс.%
Si 0,8–1,5 масс.%
S менее 0,05 масс.%
Cr 25–35 масс.%
Ni 10,8–13,5 масс.%
W 2–10 масс.%
Fe 0,4–0,9 масс.%
Ta менее 0,04 масс.%
B менее 0,004 масс.%
Cu менее 0,02 масс.%
Zr менее 0,003 масс.%
Co остальное,
в зависимости от массы сплава.
В наиболее предпочтительных вариантах осуществления высокопроизводительного металлического сплава
O 0,01–0,05 масс.%
N 0,005–0,025 масс.%
S менее 0,003 масс.%
C 0,005–0,07 масс.%
Mn 0,6–0,8 масс.%
Si 0,8–1,0 масс.%
P менее 0,04 масс.%
Cr 27–33 масс.%
Ni 11–12 масс.%
W 5–9 масс.%
Fe 0,4–0,7 масс.%
Ta менее 0,001 масс.%
B менее 0,003 масс.%
Cu менее 0,001 масс.%
Zr менее 0,003 масс.%
Co остальное,
в зависимости от массы сплава.
Наиболее предпочтительный вариант осуществления представляет собой металлический сплав с высокими эксплуатационными характеристиками, имеющий номинальную композицию, состоящую из:
O 0,036 масс.%
N 0,024 масс.%
S менее 0,003 масс.%
C 0,009 масс.%
Mn 0,71 масс.%
Si 0,91 масс.%
P менее 0,04 масс.%
Cr 29,76 масс.%
Ni 11,04 масс.%
W 6,98 масс.%
Fe 0,55 масс.%
Ta менее 0,001 масс.%
B менее 0,003 масс.%
Cu менее 0,001 масс.%
Zr менее 0,003 масс.%
Co остальное,
в зависимости от массы сплава.
Другой наиболее предпочтительный вариант осуществления представляет собой металлический сплав с высокими эксплуатационными характеристиками, имеющий номинальную композицию, состоящую из:
O 0,026 масс.%
N 0,007 масс.%
S менее 0,003 масс.%
C 0,039 масс.%
Mn 0,71 масс.%
Si 0,91 масс.%
P менее 0,04 масс.%
Cr 29,73 масс.%
Ni 11,05 масс.%
W 6,98 масс.%
Fe 0,54 масс.%
Ta менее 0,001 масс.%
B менее 0,003 масс.%
Cu менее 0,001 масс.%
Zr менее 0,003 масс.%
Co остальное,
в зависимости от массы сплава.
Как показано на Фиг. 1, наблюдаемые микроструктурные дефекты по сравнению с лучшими в настоящее время в своем классе сплавами на основе кобальта (т. е. FSX414) характеризуются линейным проявлением.
С другой стороны, как показано на Фиг. 2, описанный в настоящем документе сплав демонстрирует однородную поверхность без микроструктурных дефектов или неоднородностей.
Сплав, описанный в настоящем документе, можно получить посредством процессов аддитивного производства, таких как: электронно-лучевая плавка (EBM, electron beam melting), селективная лазерная плавка (SLM, selective laser melting), селективное лазерное спекание (SLS, selective laser sintering), лазерное формообразование металла (LMF, laser metal forming), прямое лазерное спекание металлов (DMLS, direct metal laser sintering) и прямое лазерное плавление металлов (DMLM, direct metal laser melting).
В целом процесс изготовления сплава можно осуществлять до тех пор, пока не будет достигнута требуемая толщина и форма сплава.
Однако в предпочтительных процессах сплав получают посредством прямого лазерного плавления металлов (DMLM, direct metal laser melting) без необходимости в процессе горячего изостатического прессования (HIP, Hot Isostatic Press). Затем полученный раствор сплава надлежащим образом растворяют и выдерживают.
Следует понимать, что все аспекты, определенные как предпочтительные и преимущественные для сплава, следует считать такими же предпочтительными и преимущественными также для соответствующих процессов изготовления.
Вторые варианты осуществления объекта изобретения, описанного в настоящем документе, представляют собой деталь газовой турбины, такую как статорная деталь, например, сопло, выполненную из вышеуказанного сплава.
Сопла, а в частности, сопла первой ступени подвергаются воздействию наиболее высоких температур газа в турбине, но меньшим механическим напряжениям, чем лопатки. Сопла, выполненные из вышеуказанного сплава, имеют превосходную устойчивость к высокотемпературному окислению и коррозии, высокую стойкость против термической усталости, относительно хорошую свариваемость для упрощения производства и ремонта, а также хорошие литейные качества.
Следует также понимать, что все комбинации предпочтительных аспектов сплава и процесса изготовления, а также их применение в областях применения газовой турбины, как указано выше, следует считать раскрытыми в настоящем документе.
Хотя описанные варианты осуществления объекта изобретения, описанного в настоящем документе, были полностью описаны выше со всеми подробностями и деталями в связи с несколькими примерами осуществления, для обычных специалистов в данной области будет очевидно, что возможны множество модификаций, изменений и исключений без существенного отклонения от новых идей, принципов и концепций, изложенных в настоящем документе, а также преимуществ объекта изобретения, перечисленных в прилагаемой формуле изобретения. Поэтому истинный объем описанных инноваций стоит определять только путем самого широкого толкования приложенной формулы изобретения, чтобы охватить все такие модификации, изменения и исключения. Кроме того, порядок или последовательность любых этапов процесса или способа можно варьировать или переупорядочивать в соответствии с альтернативными вариантами осуществления.
ПРИМЕРЫ
Пример 1.
Приготавливали сплав, имеющий следующую номинальную композицию:
O 0,036 масс.%
N 0,024 масс.%
S менее 0,003 масс.%
C 0,009 масс.%
Mn 0,71 масс.%
Si 0,91 масс.%
P менее 0,04 масс.%
Cr 29,76 масс.%
Ni 11,04 масс.%
W 6,98 масс.%
Fe 0,55 масс.%
Ta менее 0,001 масс.%
B менее 0,003 масс.%
Cu менее 0,001 масс.%
Zr менее 0,003 масс.%
Co остальное,
в зависимости от массы сплава.
Сплав получали посредством DMLM, причем источник энергии имел энергетическую мощность около 250 Вт. Полученная толщина слоя порошка составила приблизительно 0,05 мм.
Интервал сканирования источника энергии предпочтительно регулировали таким образом, чтобы обеспечить значительное перекрытие соседних линий сканирования. Перекрывающее сканирование с помощью источника энергии позволило снизить напряжение при последующем соседнем сканировании и может по существу обеспечить непрерывно термообработанный материал.
Затем полученный раствор сплава растворяли и выдерживали.
Пример 2.
Приготавливали сплав, имеющий следующую номинальную композицию:
O 0,026 масс.%
N 0,007 масс.%
S менее 0,003 масс.%
C 0,039 масс.%
Mn 0,71 масс.%
Si 0,91 масс.%
P менее 0,04 масс.%
Cr 29,73 масс.%
Ni 11,05 масс.%
W 6,98 масс.%
Fe 0,54 масс.%
Ta менее 0,001 масс.%
B менее 0,003 масс.%
Cu менее 0,001 масс.%
Zr менее 0,003 масс.%
Co остальное,
в зависимости от массы сплава.
Сплав получали посредством DMLM в тех же условиях, что и в примере 1.
Сравнительный пример 3.
Приготавливали традиционный сплав FSX414, имеющий следующую номинальную композицию:
S 0,02 масс.%
C 0,29 масс.%
Mn 0,44 масс.%
Si 0,9 масс.%
P 0,01 масс.%
Cr 28,9 масс.%
Ni 10,6 масс.%
W 7,0 масс.%
Fe 0,05 масс.%
B 0,012 масс.%
Co остальное,
в зависимости от массы сплава.
Сплав получали посредством DMLM в тех же условиях, что и в примере 1.
Пример 4.
Образцы, полученные в примере 1 и в примере 3 (например, традиционный FSX414) с помощью одного и того же процесса аддитивного производства, и параметры исследовали по направлению нарастания. Их подготавливали с помощью традиционных способов к металлографическому исследованию посредством оптического микроскопа (увеличение 50X). Как показано на Фиг. 1, наблюдаемые микроструктурные дефекты по сравнению с лучшими в настоящее время в своем классе сплавами на основе кобальта (т. е. FSX414 из примера 3) характеризуются линейным проявлением.
С другой стороны, как показано на Фиг. 2, сплав из примера 1 демонстрирует однородную поверхность без микроструктурных дефектов или неоднородностей.

Claims (8)

1. Металлический сплав для изготовления сопла газовой турбины методом аддитивного производства, состоящий из, мас.%:
O 0,01–0,05 N 0,005–0,025 S менее 0,003 C 0,005–0,07 Mn 0,6–0,8 Si 0,8–1,0 P менее 0,04 Cr 27–33 Ni 11–12 W 5–9 Fe 0,4–0,7 Ta менее 0,001 B менее 0,003 Cu менее 0,001 Zr менее 0,003 Co остальное
2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он состоит из, мас.%:
O 0,036 N 0,024 S менее 0,003 C 0,009 Mn 0,71 Si 0,91 P менее 0,04 Cr 29,76 Ni 11,04 W 6,98 Fe 0,55 Ta менее 0,001 B менее 0,003 Cu менее 0,001 Zr менее 0,003 Co остальное
3. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что он состоит из, мас.%:
O 0,026 N 0,007 S менее 0,003 C 0,039 Mn 0,71 Si 0,91 P менее 0,04 Cr 29,73 Ni 11,05 W 6,98 Fe 0,54 Ta менее 0,001 B менее 0,003 Cu менее 0,001 Zr менее 0,003 Co остальное
4. Сплав по любому из пп. 1–3, отличающийся тем, что он получен посредством процесса аддитивного производства, выбранного из следующего: электронно-лучевая плавка (EBM), селективная лазерная плавка (SLM), селективное лазерное спекание (SLS), лазерное формообразование металла (LMF), прямое лазерное спекание металлов (DMLS) и прямое лазерное плавление металлов (DMLM).
5. Сопло газовой турбины, изготовленное из металлического сплава, отличающееся тем, что оно изготовлено из сплава по любому из пп. 1–4.
RU2020130787A 2018-03-15 2019-03-15 Металлический сплав с высокими эксплуатационными характеристиками для аддитивного производства деталей машин RU2750946C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102018000003601A IT201800003601A1 (it) 2018-03-15 2018-03-15 Lega metallica ad elevate prestazioni per la produzione additiva di componenti di macchine/high-performance metal alloy for additive manufacturing of machine components
IT102018000003601 2018-03-15
PCT/EP2019/025069 WO2019174789A1 (en) 2018-03-15 2019-03-15 High-performance metal alloy for additive manufacturing of machine components

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2750946C1 true RU2750946C1 (ru) 2021-07-06

Family

ID=62167849

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020130787A RU2750946C1 (ru) 2018-03-15 2019-03-15 Металлический сплав с высокими эксплуатационными характеристиками для аддитивного производства деталей машин

Country Status (9)

Country Link
US (1) US11584976B2 (ru)
EP (1) EP3837387B1 (ru)
CN (1) CN111788322A (ru)
AU (1) AU2019235121B2 (ru)
CA (1) CA3093487C (ru)
IT (1) IT201800003601A1 (ru)
MY (1) MY195234A (ru)
RU (1) RU2750946C1 (ru)
WO (1) WO2019174789A1 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113351884B (zh) * 2021-08-11 2021-10-15 天津大学 基于激光增材制造技术连接CuCrZr/W异种互不固溶合金的方法
CN114703403B (zh) * 2022-06-07 2023-01-24 中国航发北京航空材料研究院 CoCrMo合金、其制备方法及其用途

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59232247A (ja) * 1983-06-13 1984-12-27 Hitachi Ltd ガスタービン用溶接構造ノズルの製造方法
JPS63162831A (ja) * 1986-12-25 1988-07-06 Hitachi Metals Ltd Ｃｏ基鋳造用超耐熱合金
JPH10226838A (ja) * 1997-02-19 1998-08-25 Hitachi Metals Ltd 燃焼器用鋳造部品およびその製造方法
RU2311472C2 (ru) * 2002-09-27 2007-11-27 Нуово Пиньоне Холдинг Спа Сплав на основе кобальта для покрытия объектов, подвергающихся эрозии жидкостями
RU2454476C2 (ru) * 2006-09-15 2012-06-27 Хэйнес Интернэшнл, Инк. Допускающий обработку давлением сплав кобальта (варианты)
RU2567759C2 (ru) * 2010-09-20 2015-11-10 Сименс Акциенгезелльшафт Суперсплав на основе никеля
WO2016071177A1 (en) * 2014-11-03 2016-05-12 Nuovo Pignone Srl Metal alloy for additive manufacturing of machine components

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6075839A (en) 1997-09-02 2000-06-13 Varian Medical Systems, Inc. Air cooled end-window metal-ceramic X-ray tube for lower power XRF applications
JP3629920B2 (ja) 1997-10-20 2005-03-16 株式会社日立製作所 ガスタービン用ノズル，発電用ガスタービン，Ｃｏ基合金及び溶接材料
EP2676684B1 (de) * 2012-06-18 2015-01-07 Biotronik AG Kobaltlegierung für medizinische Implantate und Stent aus der Legierung
CN106319289B (zh) * 2016-08-29 2018-06-15 深圳市圆梦精密技术研究院 Co-Cr-W合金及其加工方法和应用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59232247A (ja) * 1983-06-13 1984-12-27 Hitachi Ltd ガスタービン用溶接構造ノズルの製造方法
JPS63162831A (ja) * 1986-12-25 1988-07-06 Hitachi Metals Ltd Ｃｏ基鋳造用超耐熱合金
JPH10226838A (ja) * 1997-02-19 1998-08-25 Hitachi Metals Ltd 燃焼器用鋳造部品およびその製造方法
RU2311472C2 (ru) * 2002-09-27 2007-11-27 Нуово Пиньоне Холдинг Спа Сплав на основе кобальта для покрытия объектов, подвергающихся эрозии жидкостями
RU2454476C2 (ru) * 2006-09-15 2012-06-27 Хэйнес Интернэшнл, Инк. Допускающий обработку давлением сплав кобальта (варианты)
RU2567759C2 (ru) * 2010-09-20 2015-11-10 Сименс Акциенгезелльшафт Суперсплав на основе никеля
WO2016071177A1 (en) * 2014-11-03 2016-05-12 Nuovo Pignone Srl Metal alloy for additive manufacturing of machine components

Also Published As

Publication number Publication date
EP3837387A1 (en) 2021-06-23
US11584976B2 (en) 2023-02-21
MY195234A (en) 2023-01-11
US20200399740A1 (en) 2020-12-24
AU2019235121A1 (en) 2020-10-15
CA3093487A1 (en) 2019-09-19
WO2019174789A1 (en) 2019-09-19
CA3093487C (en) 2023-03-28
CN111788322A (zh) 2020-10-16
IT201800003601A1 (it) 2019-09-15
EP3837387B1 (en) 2023-01-25
AU2019235121B2 (en) 2021-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1650319B1 (en) Ni-Fe based super alloy, process of producing the same, and gas turbine
RU2750946C1 (ru) Металлический сплав с высокими эксплуатационными характеристиками для аддитивного производства деталей машин
WO2016071177A1 (en) Metal alloy for additive manufacturing of machine components
JP7450639B2 (ja) 低積層欠陥エネルギー超合金、構造部材及びその使用
CN112024870A (zh) 一种3d打印用smtgh3230球形粉末及其制备方法和应用
JP5597598B2 (ja) Ｎｉ基超合金と、それを用いたガスタービンのタービン動・静翼
EP3426811B1 (en) High oxidation-resistant alloy, production method and gas turbine applications using the same
US11306372B2 (en) Cobalt-based alloy powder, cobalt-based alloy sintered body, and method for producing cobalt-based alloy sintered body
CN114934211B (zh) 镍基高温合金、镍基高温合金粉末和镍基高温合金构件
Kablov et al. Intermetallic Ni3Al-base alloy: a promising material for turbine blades
US20220341003A1 (en) Nickel-based alloy for additive manufacturing, method and product
CN112024869A (zh) 一种3d打印用smtgh5188球形粉末及其制备方法和应用
RU206356U1 (ru) Лопатка турбины для газотурбинных двигателей и энергетических установок
RU207292U1 (ru) Лопатка турбины для газотурбинных двигателей и установок
RU206355U1 (ru) Лопатка турбины ДГ-90
RU207259U1 (ru) Лопатка второй ступени турбины ДГ-90
RU2767961C1 (ru) Сплав на основе кобальта
RU2751039C1 (ru) Сплав с высокой стойкостью к окислению и применения для газовых турбин с использованием этого сплава
CN116024457A (zh) 一种抗拉强度大于750MPa的高强TiAl合金及其增材制造方法
US20190241995A1 (en) Nickel Based Alloy with High Fatigue Resistance and Methods of Forming the Same
Bi et al. Study on the deposition of Ni-base waspaloy powder via high power fiber laser
KR20190058195A (ko) 니켈기 단결정 초내열합금 및 이의 제조방법