RU2766197C1 - Cast heat-resistant nickel-based alloy and an article made from it - Google Patents

Cast heat-resistant nickel-based alloy and an article made from it Download PDF

Info

Publication number
RU2766197C1
RU2766197C1 RU2021121222A RU2021121222A RU2766197C1 RU 2766197 C1 RU2766197 C1 RU 2766197C1 RU 2021121222 A RU2021121222 A RU 2021121222A RU 2021121222 A RU2021121222 A RU 2021121222A RU 2766197 C1 RU2766197 C1 RU 2766197C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
nickel
group
increase
resistant nickel
Prior art date
Application number
RU2021121222A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Владимирович Шильников
Илья Викторович Кабанов
Александр Евгеньевич Шильников
Борис Владимирович Троянов
Татьяна Александровна Топилина
Original Assignee
Акционерное общество "Металлургический завод "Электросталь"
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 "Металлургический завод "Электросталь" filed Critical Акционерное общество "Металлургический завод "Электросталь"
Priority to RU2021121222A priority Critical patent/RU2766197C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2766197C1 publication Critical patent/RU2766197C1/en

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
    • C22C19/056—Alloys 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)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, namely to cast heat-resistant nickel-based alloys, and can be used for making casts, for example, working and nozzle blades of gas turbine engines with an equiaxial structure, operating under conditions of high temperatures and stresses. Cast heat-resistant nickel-based alloy contains the following, wt.%: carbon up to 0.15, chromium 12.0–16.0, cobalt 12.0–16.0, molybdenum 3.0–5.0, aluminum 4.0–5.0, titanium 3.0–4.0, boron up to 0.05, zirconium up to 0.05, silicon up to 0.20, manganese up to 0.15, at least one element from the group: magnesium, calcium and barium up to 0.10, at least one element from the group: cerium, praseodymium and neodymium up to 0.10, nickel — the rest. Casting for production of working and nozzle blades of gas turbine engine can be made from the alloy.
EFFECT: provides an increase in mechanical properties, long-term strength with a simultaneous increase in resistance to high-temperature gas corrosion (heat resistance), as well as an increase in the structural stability of the alloy for a resource.
2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным жаропрочным сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления отливок, например, рабочих и сопловых лопаток газотурбинных двигателей с равноосной структурой, работающих в условиях высоких температур и напряжений. Литейный жаропрочный сплав на основе никеля содержит, мас. %: углерод до 0,15; хром 12,0-16,0; кобальт 12,0-16,0; молибден 3,0-5,0; алюминий 4,0-5,0; титан 3,0-4,0; бор до 0,05; цирконий до 0,05; кремний до 0,20; марганец до 0,15; по меньшей мере один элемент из группы: магний, кальций и барий до 0,10; по меньшей мере один элемент из группы: по меньшей мере один элемент из группы: церий, празеодим и неодим до 0,10; никель - остальное. Обеспечивается повышение механических свойств, длительной прочности с одновременным повышением стойкости к высокотемпературной газовой коррозии (жаростойкости), а также повышение структурной стабильности сплава на ресурс.SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, namely to nickel-based cast heat-resistant alloys, and can be used for the manufacture of castings, for example, working and nozzle blades of gas turbine engines with an equiaxed structure operating at high temperatures and stresses. Cast high-temperature nickel-based alloy contains, wt. %: carbon up to 0.15; chromium 12.0-16.0; cobalt 12.0-16.0; molybdenum 3.0-5.0; aluminum 4.0-5.0; titanium 3.0-4.0; boron up to 0.05; zirconium up to 0.05; silicon up to 0.20; manganese up to 0.15; at least one element from the group: magnesium, calcium and barium up to 0.10; at least one element from the group: at least one element from the group: cerium, praseodymium and neodymium up to 0.10; nickel - the rest. EFFECT: increase in mechanical properties, long-term strength with simultaneous increase in resistance to high-temperature gas corrosion (heat resistance), as well as increase in the structural stability of the alloy for a resource.

Предлагаемое изобретение относится к композиции литейного жаропрочного сплава на основе никеля, предназначенного для изготовления отливок, например, рабочих и сопловых лопаток газотурбинных двигателей с равноосной структурой, работающих в условиях высоких температур и напряжений.The present invention relates to a nickel-based cast superalloy composition intended for the manufacture of castings, for example, working and nozzle blades of gas turbine engines with an equiaxed structure operating under conditions of high temperatures and stresses.

Известен «Литейный жаропрочный сплав на основе никеля» (Патент RU №2153020 (С22С 19/05) 2000) следующего химического состава, мас. %:Known "Cast heat-resistant nickel-based alloy" (Patent RU No. 2153020 (C22C 19/05) 2000) of the following chemical composition, wt. %:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Сплав отличается пониженной жаропрочностью и структурной стабильностью при длительной работе, связанной с выпадением охрупчивающей σ-фазы, которая существенно понижает жаропрочность сплава, а также пониженной стойкостью к газовой коррозии.The alloy is characterized by reduced heat resistance and structural stability during long-term operation, associated with the precipitation of an embrittling σ-phase, which significantly reduces the heat resistance of the alloy, as well as reduced resistance to gas corrosion.

Известен литейный жаропрочный сплав IN-731 (см. книгу "Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок" /Под ред. Симса Ч.Т., Столоффа Н.С.. Хагеля У.К.: Пер. с англ. В 2-х книгах. Кн. 2. /Под ред. Шалина Р.Е. - М.: Металлургия, 1995. - 384 с.) следующего химического состава, мас. %:Known casting high-temperature alloy IN-731 (see the book "Superalloys II: High-temperature materials for aerospace and industrial power plants" /Edited by Sims Ch.T., Stoloff N.S.. Hagel W.K.: Per. In 2 books, Book 2. / Under the editorship of Shalin RE - M.: Metallurgy, 1995. - 384 pp.) of the following chemical composition, wt. %:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Сплав имеет пониженную структурную стабильность (в нем выделяется -4-5% охрупчивающей σ-фазы) и склонен к деформационному разупрочнению в процессе наработки. Оба этих фактора снижают пластичность сплава и, как следствие, приводят к понижению характеристик выносливости и преждевременному разрушению изделийThe alloy has a reduced structural stability (-4-5% of the embrittling σ-phase is released in it) and is prone to deformation softening in the process of operating time. Both of these factors reduce the ductility of the alloy and, as a result, lead to a decrease in endurance characteristics and premature failure of products.

Наиболее близким по технической сущности является жаропрочный сплав на основе никеля Rene 77 для литья с равноосной структурой интегральных колес ТКР и рабочих лопаток (сб. Superalloys, A Technical Guide, стр. 36, 1988). Известный сплав содержит следующее соотношение компонентов, мас. %:The closest in technical essence is a nickel-based heat-resistant alloy Rene 77 for casting with an equiaxed structure of the integral TKR wheels and rotor blades (Sat. Superalloys, A Technical Guide, p. 36, 1988). Known alloy contains the following ratio, wt. %:

Figure 00000005
Figure 00000005

Однако данный сплав при достаточно высоких показателях жаропрочности и пониженной плотности имеет умеренною коррозионную стойкость. Сплав имеет пониженную структурную стабильность на ресурс (в нем выделяется 3-4% охрупчивающей σ-фазы) и склонен к деформационному старению с значительным снижением пластичности.However, this alloy, with sufficiently high heat resistance and low density, has moderate corrosion resistance. The alloy has a reduced structural stability per resource (3-4% of the embrittling σ-phase is released in it) and is prone to strain aging with a significant decrease in ductility.

Предлагается жаропрочный литейный сплав на основе никеля, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас. %:We offer a nickel-based heat-resistant cast alloy containing components in the following ratio, wt. %:

Figure 00000006
Figure 00000006

Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит, по меньшей мере, один элемент из группы: магний, кальций и барий, по меньшей мере, один элемент из группы: церий, празеодим и неодим при следующем соотношении компонентов, мас. %:The proposed alloy differs from the prototype in that it additionally contains at least one element from the group: magnesium, calcium and barium, at least one element from the group: cerium, praseodymium and neodymium in the following ratio, wt. %:

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Задачей предложенного изобретения является разработка литейного жаропрочного сплава на основе никеля с улучшенным сочетанием служебных свойств.The objective of the proposed invention is to develop a nickel-based cast heat-resistant alloy with an improved combination of service properties.

Технический результат - повышение механических свойств, длительной прочности с одновременным повышением стойкости к высокотемпературной газовой коррозии (жаростойкости), а также повышение структурной стабильности сплава на ресурс.The technical result is an increase in mechanical properties, long-term strength with a simultaneous increase in resistance to high-temperature gas corrosion (heat resistance), as well as an increase in the structural stability of the alloy for a resource.

Это достигается за счет того, что предлагаемая композиция обеспечивает повышение механических свойств и стойкости сплава к высокотемпературной газовой коррозии. Установлено, что введение в сплав по меньшей мере одного редкоземельного металла (РЗМ) из церпевой группы: церий, празеодим и неодим, в заданных количествах создают защитный барьерный слой на поверхности металла за счет их окисления и тем самым тормозят диффузионные потоки ионов кислорода с поверхности вглубь металла.This is achieved due to the fact that the proposed composition provides an increase in the mechanical properties and resistance of the alloy to high-temperature gas corrosion. It has been established that the introduction of at least one rare-earth metal (REM) from the cerpe group into the alloy: cerium, praseodymium and neodymium, in given amounts, creates a protective barrier layer on the metal surface due to their oxidation and thereby inhibits the diffusion fluxes of oxygen ions from the surface to the depths. metal.

Сбалансированное сочетание легирующих элементов наряду с введением в сплав РЗМ позволяют повысить структурную стабильность сплава на ресурс за счет замедления диффузионных процессов при высокотемпературной ползучести и исключения появления в процессе наработки охрупчивающих фаз.A balanced combination of alloying elements, along with the introduction of rare-earth metals into the alloy, makes it possible to increase the structural stability of the alloy for a resource by slowing down diffusion processes during high-temperature creep and eliminating the appearance of embrittling phases during the development.

Кроме того, введение по меньшей мере одного щелочноземельного элемента из группы: магний, кальций и барий в расплав перед присадкой РЗМ (церия, празеодима и неодима) позволяет повысить и стабилизировать степень усвоения этих элементов, что повышает структурную стабильность сплава на ресурс.In addition, the introduction of at least one alkaline earth element from the group: magnesium, calcium and barium into the melt before the addition of REM (cerium, praseodymium and neodymium) allows you to increase and stabilize the degree of assimilation of these elements, which increases the structural stability of the alloy for a resource.

Также предложено изделие, выполненное из данного сплава.A product made of this alloy is also proposed.

Пример осуществления.Implementation example.

В вакуумной индукционной печи был изготовлен и опробован литейный жаропрочный сплав предлагаемого состава, мас. %:In a vacuum induction furnace, a cast heat-resistant alloy of the proposed composition was manufactured and tested, wt. %:

Figure 00000009
Figure 00000009

Также был получен сплав по составу - прототипу.Was also obtained alloy composition - the prototype.

Механические свойства при 20°С и при рабочей температуре 870°С предлагаемого сплава и сплава - прототипа определены по стандартным методикам испытания и представлены в таблице 1.Mechanical properties at 20°C and at an operating temperature of 870°C of the proposed alloy and prototype alloy are determined by standard test methods and are presented in table 1.

Figure 00000010
Figure 00000010

Таким образом, предел прочности, предел текучести и относительное сужение у сплава предлагаемого состава имеет более высокий уровень, чем у прототипа.Thus, the tensile strength, yield strength and relative narrowing of the alloy of the proposed composition has a higher level than that of the prototype.

Долговечность предлагаемого сплава (39 часов) при испытаниях па длительную прочность (температура - 980°С, напряжение = 150 Н/мм2) заметно превосходит долговечность сплава - прототипа (20 часов), т.е. предлагаемый сплав обладает более высоким уровнем жаропрочности.The durability of the proposed alloy (39 hours) when tested for long-term strength (temperature - 980°C, stress = 150 N/mm 2 ) significantly exceeds the durability of the prototype alloy (20 hours), i.e. the proposed alloy has a higher level of heat resistance.

Таким образом, предлагаемый сплав существенно превосходит сплав-прототип по результатам испытаний, что позволяет повысить ресурс работы и надежность изделий газотурбинных двигателей и установок, длительно работающих в агрессивных средах при повышенных температурах и напряжениях.Thus, the proposed alloy significantly exceeds the prototype alloy according to the test results, which allows to increase the service life and reliability of products of gas turbine engines and installations that operate for a long time in aggressive environments at elevated temperatures and stresses.

Claims (3)

1. Литейный жаропрочный сплав на никелевой основе, содержащий углерод, хром, кобальт, молибден, алюминий, титан, бор, цирконий, кремний и марганец, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по меньшей мере один элемент из группы: магний, кальций и барий, по меньшей мере один элемент из группы: церий, празеодим и неодим при следующем соотношении компонентов, мас.%:1. Cast nickel-based heat-resistant alloy containing carbon, chromium, cobalt, molybdenum, aluminum, titanium, boron, zirconium, silicon and manganese, characterized in that it additionally contains at least one element from the group: magnesium, calcium and barium , at least one element from the group: cerium, praseodymium and neodymium in the following ratio of components, wt.%: углеродcarbon до 0,15 up to 0.15 хромchromium 12,0-16,0 12.0-16.0 кобальтcobalt 12,0-16,0 12.0-16.0 молибденmolybdenum 3,0-5,0 3.0-5.0 алюминийaluminum 4,0-5,0 4.0-5.0 титанtitanium 3,0-4,0 3.0-4.0 борboron до 0,05 up to 0.05 цирконийzirconium до 0,05 up to 0.05 кремнийsilicon до 0,20 up to 0.20 марганецmanganese до 0,15 up to 0.15 по меньшей мере один элементat least one element из группы: магний, кальций и барийfrom the group: magnesium, calcium and barium до 0,10 up to 0.10 по меньшей мере один элементat least one element из группы: церий, празеодим и неодимfrom the group: cerium, praseodymium and neodymium до 0,10 up to 0.10 никельnickel остальное rest
2. Отливка из литейного жаропрочного сплава на никелевой основе для изготовления рабочих и сопловых лопаток газотурбинного двигателя, отличающаяся тем, что она выполнена из сплава по п. 1.2. Casting from nickel-based heat-resistant casting alloy for the manufacture of working and nozzle blades of a gas turbine engine, characterized in that it is made of an alloy according to claim 1.
RU2021121222A 2021-07-19 2021-07-19 Cast heat-resistant nickel-based alloy and an article made from it RU2766197C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021121222A RU2766197C1 (en) 2021-07-19 2021-07-19 Cast heat-resistant nickel-based alloy and an article made from it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021121222A RU2766197C1 (en) 2021-07-19 2021-07-19 Cast heat-resistant nickel-based alloy and an article made from it

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2766197C1 true RU2766197C1 (en) 2022-02-09

Family

ID=80214923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021121222A RU2766197C1 (en) 2021-07-19 2021-07-19 Cast heat-resistant nickel-based alloy and an article made from it

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2766197C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2070597C1 (en) * 1993-08-17 1996-12-20 Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Cast refractory alloy on the base of nickel
RU2133784C1 (en) * 1996-02-29 1999-07-27 Сосьете Насьональ Д'Этюд э де Констрюксьон де Мотер Д'Авиасьон "СНЕКМА" Method of heat treatment of nickel-base superalloy
JP2001073053A (en) * 1999-06-30 2001-03-21 Sumitomo Metal Ind Ltd Ni BASE HEAT RESISTANT ALLOY
RU2256717C1 (en) * 2004-06-25 2005-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") High-temperature nickel-based weldable alloy and article made from this alloy
JP5413543B1 (en) * 2012-06-07 2014-02-12 新日鐵住金株式会社 Ni-based alloy
EP2743362B1 (en) * 2011-08-09 2016-12-14 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Ni-BASED HEAT-RESISTANT ALLOY
RU2623940C2 (en) * 2015-06-23 2017-06-29 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Casting nickel alloy with increased heat strength and resistance to sulfide corrosion

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2070597C1 (en) * 1993-08-17 1996-12-20 Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Cast refractory alloy on the base of nickel
RU2133784C1 (en) * 1996-02-29 1999-07-27 Сосьете Насьональ Д'Этюд э де Констрюксьон де Мотер Д'Авиасьон "СНЕКМА" Method of heat treatment of nickel-base superalloy
JP2001073053A (en) * 1999-06-30 2001-03-21 Sumitomo Metal Ind Ltd Ni BASE HEAT RESISTANT ALLOY
RU2256717C1 (en) * 2004-06-25 2005-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") High-temperature nickel-based weldable alloy and article made from this alloy
EP2743362B1 (en) * 2011-08-09 2016-12-14 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Ni-BASED HEAT-RESISTANT ALLOY
JP5413543B1 (en) * 2012-06-07 2014-02-12 新日鐵住金株式会社 Ni-based alloy
RU2623940C2 (en) * 2015-06-23 2017-06-29 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Casting nickel alloy with increased heat strength and resistance to sulfide corrosion

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9738953B2 (en) Hot-forgeable Ni-based superalloy excellent in high temperature strength
JP5663530B2 (en) Rhenium-free single crystal superalloy for turbine blade and vane applications
JP5127749B2 (en) Ni-base alloy for turbine rotor of steam turbine and turbine rotor of steam turbine using the same
JP4036091B2 (en) Nickel-base heat-resistant alloy and gas turbine blade
JP6476704B2 (en) Nickel base casting alloy and hot forging die
JP2012255196A (en) Ni-BASED SUPERALLOY, AND TURBINE ROTOR AND STATOR BLADE FOR GAS TURBINE USING THE SAME
JP5553636B2 (en) Weld filler
RU2766197C1 (en) Cast heat-resistant nickel-based alloy and an article made from it
JP5595495B2 (en) Nickel-base superalloy
JPH09268337A (en) Forged high corrosion resistant superalloy alloy
RU2588949C1 (en) ALLOY BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND Ni3Al AND ARTICLE MADE THEREFROM
RU2434069C1 (en) Cast heat resistant alloy on base of nickel
CN111254317B (en) Nickel-based casting alloy and preparation method thereof
RU2386714C1 (en) Heat-resistant granular nickel-based alloy
JPH06287667A (en) Heat resistant cast co-base alloy
RU2794496C1 (en) Heat-resistant nickel-based casting alloy and a product made from it
JP2017137534A (en) Nickel-based alloy
RU2672463C1 (en) Heat-resistant nickel-based cast alloy and an article made therefrom
RU2790495C1 (en) Heat-resistant nickel-based casting alloy and a product made from it
US20180002784A1 (en) Ni-BASED ALLOY HAVING EXCELLENT HIGH-TEMPERATURE CREEP CHARACTERISTICS, AND GAS TURBINE MEMBER USING THE SAME
JPH07238349A (en) Heat resistant steel
RU2740929C1 (en) Nickel-based heat-resistant foundry alloy and article made therefrom
RU2610577C1 (en) CASTING ALLOY BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND Ni3Al, AND ARTICLE OUT OF IT
RU2685926C1 (en) Nickel-based intermetallic alloy and article made from it
RU2585148C1 (en) Heat-resistant nickel-based alloy for casting with equiaxial structure integrated wheels and working blades