RU2775419C1 - Сплав на основе интерметаллида Ni3Al и способ его получения - Google Patents
Сплав на основе интерметаллида Ni3Al и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775419C1 RU2775419C1 RU2021133435A RU2021133435A RU2775419C1 RU 2775419 C1 RU2775419 C1 RU 2775419C1 RU 2021133435 A RU2021133435 A RU 2021133435A RU 2021133435 A RU2021133435 A RU 2021133435A RU 2775419 C1 RU2775419 C1 RU 2775419C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- alloy
- vacuum induction
- nickel
- intermetallic compound
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 39
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 39
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical compound [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 36
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 229910001005 Ni3Al Inorganic materials 0.000 title abstract 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 61
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000007713 directional crystallization Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 13
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 11
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 11
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000001995 intermetallic alloy Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 8
- 230000005712 crystallization Effects 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 230000000996 additive Effects 0.000 claims 1
- 230000003068 static Effects 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 239000000047 product Substances 0.000 description 8
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 6
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- -1 nickel-lanthanum Chemical compound 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N HCl Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N tin hydride Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000001787 Dendrites Anatomy 0.000 description 1
- 229910003301 NiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atoms Chemical group 0.000 description 1
- 238000005039 chemical industry Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910000907 nickel aluminide Inorganic materials 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N nickel(II) oxide Inorganic materials [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000005068 transpiration Effects 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным жаропрочным сплавам на основе интерметаллида Ni3Al и способам получения отливок из них методом направленной кристаллизации с монокристаллической структурой для изготовления деталей горячего тракта газотурбинных двигателей авиационного назначения. Жаропрочный литейный сплав содержит, мас.%: алюминий 8,0-9,0, хром 5,0-6,5, вольфрам 2,5-4,5, молибден 3,0-4,5, титан 0,8-1,5, цирконий 0,01-0,08, кобальт 0,1-0,5, лантан 0,005-0,05, кальций 0,001-0,01, никель и неизбежные примеси – остальное. Способ получения жаропрочного литейного сплава на основе интерметаллида Ni3Al включает вакуумную индукционную выплавку интерметаллидного сплава, вакуумный индукционный переплав методом высокоградиентной направленной кристаллизации с монокристаллической структурой. При вакуумной индукционной выплавке проводят расплавление в вакууме шихтовых материалов, присадку в расплав активных легирующих и рафинирующих добавок, причем в качестве шихтовых материалов используют никель, хром, вольфрам, молибден и кобальт, количество которого составляет 0,1-0,5 мас.%, в качестве активных легирующих добавок в расплав вводят алюминий, титан и цирконий, а в качестве рафинирующих добавок в расплав последовательно вводят кальций в количестве 0,001-0,01 мас.% и лантан в количестве 0,005-0,05 мас.%. Литейный жаропрочный сплав на основе интерметаллида Ni3Al с монокристаллической структурой КГО <001> обладает повышенной статической долговечностью при температурах 800, 900 и 1000°С и термоциклической долговечностью в интервале температур 100 ↔ 850°С и 100 ↔ 1050°С и высоким выходом годного. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным жаропрочным сплавам на основе интерметаллида Ni3Al и способам получения отливок из них методом направленной кристаллизации с монокристаллической структурой для изготовления деталей горячего тракта газотурбинных двигателей авиационного назначения, например, сопловых и рабочих лопаток, элементов камеры сгорания, створок и проставок регулируемого сопла и др.
Известен коррозионностойкий сплав на основе никеля (CN 102171373 В, С22С 19/05, опубл. 19.06.2013) со следующим химическим составом, мас. %:
| С | ≤0,1 |
| Si | ≤1,0 |
| Mn | ≤1,0 |
| Cr | ≤15-28 |
| Fe | ≤15,0 |
| W | 5-20 |
| Al | 0,5-2,0 |
| Ti | 0,5-2,0 |
| Nd | 0,001-0,1 |
| В | 0,005-0,01 |
| Ni и примеси | остальное |
Сплав предназначен для применения в паронагревательных установках и для химической промышленности, но его рабочая температура ограничена 700°С.
Известен сплав на основе интерметаллида Ni3Al, а также и изделие, выполненное из этого сплава (RU 2304179 C1, С22С 19/05, опубл. 10.08.2007) со следующим химическим составом, мас. %:
| Al | 8,0-9,0 |
| Cr | 4,5-6,5 |
| W | 2,0-4,2 |
| Мо | 2,5-4,5 |
| Ti | 1,0-2,0 |
| С | 0,10-0,18 |
| Hf | 0,40-0,60 |
| Ni | остальное |
Изделие, сопловые лопатки и блоки сопловых лопаток отливаются методом точного литья по выплавляемым моделям, имеют поликристаллическую структуру и ограниченный ресурс эксплуатации при температурах 1200-1250°С.
Известен сплав на основе интерметаллида Ni3Al (RU 2198233 С2, С22С 19/05, опубл. 10.02.2003) со следующим химическим составом, мас. %:
| Al | 7,8-9,0 |
| Cr | 5,0-6,5 |
| W | 2,7-4,0 |
| Мо | 3,0-4,0 |
| Ti | 0,8-1,2 |
| С | 0,001-0,005 |
| Sn | 0,03-0,05 |
| Zr | 0,05-0,5 |
| Ni | остальное |
Изделие, выполненное из этого сплава, например, элементы камеры сгорания, створки и проставки регулируемого сопла и др., изготовленное методом направленной кристаллизации с дендритной столбчатой или монокристаллической структурами, имеет недостаточно высокий выход годного, что в свою очередь снижает коэффициент использования металла (КИМ) в изделии.
Известен способ получения отливок из литейного интерметаллидного никелевого сплава с монокристаллической структурой кристаллографической ориентации (КГО) <111> с использованием перегрева расплава в тигле и контроля скорости охлаждения сплава при кристаллизации (RU 2254962 C1, B22D 27/04, опубл. 27.06.2005), который обеспечивает повышение механических свойств сплавов за счет создания оптимальной структуры в процессе литья и высокий выход годного. Однако, при изготовлении отливок из интерметаллидного никелевого сплава с монокристаллической структурой КГО <001> выход годного по монокристаллической структуре значительно снижается и сплав имеет недостаточно высокую статическую долговечность в диапазоне температур 800-И 000°С.
В патенте US 5312584 А, С30В 11/00, опубл. 17.05.1994, представлен нетрадиционный способ получения монокристаллических отливок - лопаток, в т.ч. и с транспирационным охлаждением, из никель-алюминида с применением в качестве источника энергии импульсов лазера без использования традиционных форм и стержней. Однако, при изготовлении отливок из литейного интерметаллидного никелевого сплава в промышленных условиях такой экзотический способ не пригоден из-за его высокой трудоемкости.
Известен метод получения интерметаллидного никелевого монокристаллического сплава с использованием затравочного кристалла (CN 101255604 А, В22С 9/04, опубл. 03.09.2008). Такой способ, при перенесении его в серийное производство, является трудозатратным.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип (RU 2078443 С1, С22С 19/05 опубл. 27.04.1997) является сплав на основе никеля, имеющий следующим химический состав, мас. %:
| Al | 7,8-9,5 |
| Cr | 5,0-7,0 |
| W | 2,7-4,5 |
| Mo | 3,0-4,3 |
| Ti | 1,3-2,0 |
| С | 0,001-0,02 |
| Zr | 0,05-0,04 |
| Ni | остальное |
Изделие, выполненное из этого сплава, например, охлаждаемые сопловые лопатки, блоки сопловых лопаток, охлаждаемые рабочие лопатки и др., изготовленное методом направленной кристаллизации с монокристаллической структурой кристаллографической ориентации (КГО) <001>, имеет пониженную статическую долговечность в диапазоне температур 800÷1000°С и недостаточную термоциклическую долговечность в интервале температур 100 ↔ 850°С и 100 ↔ 1050°С, что снижает ресурс работы изделия, и неудовлетворительный выход годного.
Техническая задача заявленного изобретения заключается в разработке литейного жаропрочного сплава на основе интерметаллида Ni3Al с монокристаллической структурой кристаллографической ориентации <001> и способа его получения, обладающего повышенными характеристиками статической и термоциклической долговечности при средних температурах.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка литейного жаропрочного сплава на основе интерметаллида Ni3Al с монокристаллической структурой КГО <001> и способа его получения, заключающегося в изготовлении отливок методом высокоградиентной направленной кристаллизации с температурным градиентом на фронте кристаллизации 80÷150°С/см и обладающего повышенной статической долговечностью (по времени до разрушения) при температурах 800, 900 и 1000°С и термоциклической долговечностью (по количеству циклов до разрушения) в интервале температур 100 ↔ 850°С и 100 ↔ 1050°С и высоким выходом годного.
Для достижения поставленного технического результата предложен жаропрочный литейный сплав на основе интерметаллида Ni3Аl, содержащий алюминий, никель, хром, вольфрам, молибден, титан, цирконий, при этом он дополнительно содержит кобальт, лантан и кальций при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| алюминий | 8,0-9,0 |
| хром | 5,0-6,5 |
| вольфрам | 2,5-4,5 |
| Молибден | 3,0-4,5 |
| титан | 0,8-1,5 |
| цирконий | 0,01-0,08 |
| кобальт | 0,1-0,5 |
| лантан | 0,005-0,05 |
| кальций | 0,001-0,01 |
| никель и неизбежные примеси | остальное |
Заявлен также способ получения вышеприведенного жаропрочного литейного сплава на основе интерметаллида Ni3Аl, включающий вакуумную индукционную выплавку интерметаллидного сплава, вакуумный индукционный переплав методом высокоградиентной направленной кристаллизации с монокристаллической структурой, при этом при вакуумной индукционной выплавке проводят расплавление в вакууме шихтовых материалов, присадку в расплав активных легирующих и рафинирующих добавок, причем в качестве шихтовых материалов используют никель, хром, вольфрам, молибден и кобальт, количество которого составляет 0,1-0,5 мас. %, в качестве активных легирующих добавок в расплав вводят алюминий, титан и цирконий, а в качестве рафинирующих добавок в расплав последовательно вводят кальций в количестве 0,001-0,01 мас. % и лантан в количестве 0,005-0,05 мас. %.
Предпочтительно, вакуумный индукционный переплав проводят методом высокоградиентной направленной кристаллизации с температурным градиентом на фронте кристаллизации 80÷150°С/см с монокристаллической структурой кристаллографической ориентации <001>.
Предпочтительно, при вакуумном индукционном переплаве расплав перегревают на 200-260°С выше температуры ликвидуса сплава, выдерживают в индукционном тигле в течение 1-3 мин и заливают в керамические формы, прогретые в печи подогрева до температур на 200-260°С выше температуры ликвидуса сплава.
Предпочтительно, заливку расплава при высокоградиентной направленной кристаллизации проводят в керамические формы с монокристаллической затравкой кристаллографической ориентации <001>.
Предпочтительно, после заливки расплава в керамические формы их перемещают со скоростью 5÷10 мм/мин в ванну охлаждения.
Интерметаллидное соединение Ni3Аl (γ'-фаза) имеет упорядоченную гранецентрированную кубическую решетку (ГЦК) типа L12, способное растворять в себе по принципу замещения переходные металлы с сохранением высокой степени порядка и координации структуры L12. Позицию никеля замещают атомы Со, Cr, Mo, W; позицию алюминия - Ti, Zr, Cr, Mo, W в кристаллической решетке соединения Ni3Аl по степени снижения способности замещения. Согласно теории гетерофазного строения интерметаллидный сплав должен быть несколько разупорядочен (иметь степень порядка S<1), что достигается легированием или воздействием термической обработки, при этом фазовый состав будет распадаться с выделением неупорядоченной γ-фазы в количестве ~10-15% (по массе), что способствует формированию самоорганизующейся структуры. Образование неупорядоченной γ-фазы в некоторой степени решает вопрос повышенной хрупкости интерметаллидного соединения при комнатной температуре. Легирующие элементы Со, Cr, Mo, W в первую очередь будут замещать позицию Ni в γ-твердом растворе никеля. Дополнительно легируя литейный интерметаллидный сплав кобальтом в количестве 0,1-0,5% масс., мы изменяем соотношение фаз в сплаве в сторону увеличения содержания γ-фазы, таким образом, обеспечивая технологическую пластичность при отливке полуфабрикатов. Кобальт также снижает энергию дефектов упаковки структуры и затрудняет поперечное скольжение дислокаций, что приводит к повышению термоциклической долговечности в интервалах температур 100 ↔ 850°С и 100 ↔ 1050°С. Введение лантана в количестве 0,005-0,05% масс, при заявленных пределах легирования основными элементами, в частности, алюминием и хромом, способствует образованию сложной оксидной пленки типа NiО•CrАl2O4, плотно прилегающей к основному сплаву и сохраняющей свою сплошность до 1200°С, что положительно сказывается на термоциклической долговечности сплава. Частицы с повышенным содержанием лантана препятствуют продвижению дислокаций и распространению трещины по границам дендритов, что благоприятно отражается на статической долговечности при температурах 800, 900 и 1000°С. Кальций в заявленных количествах 0,001-0,01% масс. вводится для рафинирования расплава, снижения содержание газов, в первую очередь, кислорода.
Пример 1. Выплавку литейного жаропрочного сплава на основе интерметаллида Ni3Аl проводили на чистых шихтовых материалах вакуумным индукционным методом. После расплавления шихты при температуре 1550-1570°С, состоящей из никеля, хрома, вольфрама, молибдена и кобальта, производили последовательно присадку титана, циркония и алюминия при температуре 1450-1470°С, затем проводили рафинирование поочередно кальцием и лантаном в виде лигатур никель- кальций и никель-лантан. Отливку заготовок под образцы проводили вакуумным индукционным методом на установке для высокоградиентной направленной кристаллизации, в которой в качестве охладителя используется жидкое олово. Предварительно в керамические формы помещали монокристаллические затравки кристаллографической ориентации <001>. Навеску от прутковой (шихтовой) заготовки жаропрочного интерметаллидного сплава расплавляли в индукционном тигле, при этом температура расплава достигала Т=1580÷1600°С, жидкий металл перед сливом выдерживали в тигле 1÷2 мин, затем расплав сливали в керамическую форму нагретую в печи подогрева форм до Т=1580÷1600°С. Керамическую форму с залитым в нее жидким металлом перемещали в ванну охлаждения со скоростью 5÷6 мм/мин при температурном градиенте на фронте кристаллизации 80°С/см. После охлаждения формы и удаления керамики литые заготовки под образцы отрезали от подложки и подвергали травлению в смеси соляной кислоты и перекиси водорода на наличие макрограниц. А отрезанные конуса, к которым передавалась кристаллографическая ориентация <001> от затравок, подвергали проверке на разориентацию рентгеноструктурным методом. Установлено после макротравления и контроля затравок, что 9 литых прутков из 10 имеют монокристаллическую структуру с КГО <001> с минимальной разориентацией субзерен от 3 до 5°.
Пример 2. Выплавку литейного жаропрочного сплава на основе интерметаллида Ni3Аl проводили на чистых шихтовых материалах вакуумным индукционным методом с экспресс-анализом по основным легирующим элементам и возможностью дошихтовки в процессе плавки. После расплавления шихты при температуре 1550-1570°С, состоящей из никеля, хрома, вольфрама, молибдена и кобальта, производили последовательно присадку титана, циркония и алюминия при температуре 1460-1480°С, затем проводили рафинирование поочередно кальцием и лантаном в виде лигатур никель-кальций и никель-лантан. Отливку заготовок под образцы проводили вакуумным индукционным методом на установке для высокоградиентной направленной кристаллизации, в которой в качестве охладителя используется жидкое олово. Навеску от прутковой (шихтовой) заготовки жаропрочного интерметаллидного сплава расплавляли в индукционном тигле, при этом температура расплава достигала Т=1600÷1620°С, жидкий металл перед сливом выдерживали в тигле 1+2 мин, затем расплав сливали в керамическую форму нагретую в печи подогрева форм до Т=1600÷1620°С. Керамическую форму с залитым в нее жидким металлом перемещали в ванну охлаждения со скоростью 7÷8 мм/мин при температурном градиенте на фронте кристаллизации 120°С/см. После макротравления и контроля затравок установлено, что 9 литых прутков из 10 имеют монокристаллическую структуру с КГО <001>, а на десятом прутке от середины его длины появляется субзерно с разориентацией до 10°.
Пример 3. Выплавку литейного жаропрочного сплава на основе интерметаллида Ni3Аl проводили на чистых шихтовых материалах вакуумным индукционным методом. После расплавления шихты при температуре 1550-1570°С, состоящей из никеля, хрома, вольфрама, молибдена и кобальта, производили последовательно присадку титана, циркония и алюминия при температуре 1480-1500°С, затем проводили рафинирование поочередно кальцием и лантаном в виде лигатур никель-кальций и никель-лантан. Отливку заготовок под образцы проводили вакуумным индукционным методом на установке для высокоградиентной направленной кристаллизации, которая помимо ванны охлаждения оснащена тепловыми экранами. Навеску от прутковой (шихтовой) заготовки жаропрочного интерметаллидного сплава расплавляли в индукционном тигле, при этом температура расплава достигала Т=1620÷1640°С, жидкий металл перед сливом выдерживали в тигле 1+2 мин, затем расплав сливали в керамическую форму нагретую в печи подогрева форм до Т=1620÷1640°С. Керамическую форму с помещенными в нее затравками КГО <001> и залитым жидким сплавом перемещали в ванну охлаждения со скоростью 8÷10 мм/мин при температурном градиенте на фронте кристаллизации 150°С/см. После макротравления и контроля затравок установлено, что все 10 литых прутков имеют монокристаллическую структуру с КГО <001> с минимальной разориентацией субзерен от 3 до 5°.
Составы предлагаемого жаропрочного литейного сплава на основе интерметаллида Ni3Аl и режимы его получения представлены в таблице №1. Свойства, в частности статическая и термоциклическая долговечность и выход годного, полученных образцов из жаропрочного литейного сплава на основе интерметаллида Ni3Аl и сплава-прототипа приведены в таблице №2.
Из таблицы №2 видно, что свойства предлагаемого жаропрочного литейного сплава на основе интерметаллида Ni3Аl, изготовленного по предлагаемому способу, выше, чем свойства образцов сплава-прототипа: статическая долговечность по времени до разрушения при температуре 800°С и напряжении 480 МПа - на 40,2-55,9%; статическая долговечность по времени до разрушения при температуре 900°С и напряжении 260 МПа - на 34,0-44,0%; статическая долговечность по времени до разрушения при температуре 1000°С и напряжении 150 МПа - на 26,7-36,2%; термоциклическая долговечность в интервале температур 100 ↔ 850°С, при размахе напряжения 1080 МПа - на 49,7-53,8%; термоциклическая долговечность в интервале температур 100 ↔ 1050°С, при размахе напряжения 590 МПа - на 32,3-36,7%; выход годного - на 35,7%.
Использование предлагаемого жаропрочного литейного сплава на основе интерметаллида Ni3Аl, полученного по предлагаемому способу, для изготовления изделий, в частности, охлаждаемых сопловых лопаток, блоков сопловых лопаток, охлаждаемых рабочих лопаток и др., позволяет повысить прочностные характеристики по сравнению с серийными материалами ~ на 30%, что соответственно увеличит ресурс их работы, а повышение выхода годного - на 35,7% при изготовлении отливок по предлагаемому способу увеличивает КИМ изделия.
Claims (7)
1. Жаропрочный литейный сплав на основе интерметаллида Ni3Al, содержащий алюминий, хром, вольфрам, молибден, титан, цирконий, никель и неизбежные примеси, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кобальт, лантан и кальций при следующем соотношении компонентов, мас.%:
2. Способ получения жаропрочного литейного сплава на основе интерметаллида Ni3Al по п. 1, включающий вакуумную индукционную выплавку интерметаллидного сплава, вакуумный индукционный переплав методом высокоградиентной направленной кристаллизации с монокристаллической структурой, при этом при вакуумной индукционной выплавке проводят расплавление в вакууме шихтовых материалов, присадку в расплав активных легирующих и рафинирующих добавок, причем в качестве шихтовых материалов используют никель, хром, вольфрам, молибден и кобальт, количество которого составляет 0,1-0,5 мас.%, в качестве активных легирующих добавок в расплав вводят алюминий, титан и цирконий, а в качестве рафинирующих добавок в расплав последовательно вводят кальций в количестве 0,001-0,01 мас.% и лантан в количестве 0,005-0,05 мас.%.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что вакуумный индукционный переплав проводят методом высокоградиентной направленной кристаллизации с температурным градиентом на фронте кристаллизации 80-150°С/см с монокристаллической структурой кристаллографической ориентации <001>.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что при вакуумном индукционном переплаве расплав перегревают на 200-260°С выше температуры ликвидуса сплава, выдерживают в индукционном тигле в течение 1-3 мин и заливают в керамические формы, прогретые в печи подогрева до температур на 200-260°С выше температуры ликвидуса сплава.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что заливку расплава при высокоградиентной направленной кристаллизации проводят в керамические формы с монокристаллической затравкой кристаллографической ориентации <001>.
6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что после заливки расплава в керамические формы их перемещают со скоростью 5-10 мм/мин в ванну охлаждения.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2775419C1 true RU2775419C1 (ru) | 2022-06-30 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2824506C1 (ru) * | 2023-08-30 | 2024-08-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ВИАМ) | Сплав на основе интерметаллида Ni3Al, способ его получения и способ изготовления из него изделия |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2078443C1 (ru) * | 1994-06-16 | 1997-04-27 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Жаропрочный сплав на основе никеля |
| RU2278902C1 (ru) * | 2004-11-29 | 2006-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе |
| RU2356965C1 (ru) * | 2007-11-16 | 2009-05-27 | Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской Академии Наук (Государственное учреждение) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТЕЙНОГО ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА ИЛИ ИЗДЕЛИЯ ИЗ СПЛАВА ТИПА ВКНА НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al (ВАРИАНТЫ) И ИЗДЕЛИЯ, ПОЛУЧЕННЫЕ ЭТИМИ СПОСОБАМИ |
| RU2433196C1 (ru) * | 2010-10-29 | 2011-11-10 | Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН | ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО |
| US20140064982A1 (en) * | 2012-08-30 | 2014-03-06 | Hitachi, Ltd. | Ni Base Alloy and Gas Turbine Blade and Gas Turbine Utilizing the Same |
| RU2569283C1 (ru) * | 2014-09-18 | 2015-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО |
| RU2588949C1 (ru) * | 2015-04-01 | 2016-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2078443C1 (ru) * | 1994-06-16 | 1997-04-27 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Жаропрочный сплав на основе никеля |
| RU2278902C1 (ru) * | 2004-11-29 | 2006-06-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе |
| RU2356965C1 (ru) * | 2007-11-16 | 2009-05-27 | Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской Академии Наук (Государственное учреждение) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТЕЙНОГО ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА ИЛИ ИЗДЕЛИЯ ИЗ СПЛАВА ТИПА ВКНА НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al (ВАРИАНТЫ) И ИЗДЕЛИЯ, ПОЛУЧЕННЫЕ ЭТИМИ СПОСОБАМИ |
| RU2433196C1 (ru) * | 2010-10-29 | 2011-11-10 | Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН | ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО |
| US20140064982A1 (en) * | 2012-08-30 | 2014-03-06 | Hitachi, Ltd. | Ni Base Alloy and Gas Turbine Blade and Gas Turbine Utilizing the Same |
| RU2569283C1 (ru) * | 2014-09-18 | 2015-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО |
| RU2588949C1 (ru) * | 2015-04-01 | 2016-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2824506C1 (ru) * | 2023-08-30 | 2024-08-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ВИАМ) | Сплав на основе интерметаллида Ni3Al, способ его получения и способ изготовления из него изделия |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR0126120B1 (ko) | 터빈 엔진용 단결정 니켈기저 초합금 | |
| CN111364096B (zh) | 基底触发单晶高温合金定向凝固工艺 | |
| EP2314727B1 (en) | Nickle-based superalloys and articles | |
| US20160201167A1 (en) | Nickel-Based Superalloys and Articles | |
| WO1994000611A9 (en) | Single crystal nickel-based superalloy | |
| EP2612935B1 (en) | Low rhenium single crystal superalloy for turbine blades and vane applications | |
| CN108441741B (zh) | 一种航空航天用高强度耐腐蚀镍基高温合金及其制造方法 | |
| JP4719583B2 (ja) | 強度、耐食性及び耐酸化特性に優れた一方向凝固用ニッケル基超合金及び一方向凝固ニッケル基超合金の製造方法 | |
| JP2014034720A (ja) | Ｎｉ基単結晶超合金 | |
| US5925198A (en) | Nickel-based superalloy | |
| US20110076182A1 (en) | Nickel-Based Superalloys and Articles | |
| EP2154258B1 (en) | Nickel-base superalloy, unidirectional-solidification process therefor, and castings formed therefrom | |
| JP3820430B2 (ja) | Ｎｉ基単結晶超合金、その製造方法およびガスタービン部品 | |
| RU2775419C1 (ru) | Сплав на основе интерметаллида Ni3Al и способ его получения | |
| JP2010163659A (ja) | Ｎｉ基単結晶超合金 | |
| US6383448B1 (en) | Nickel-based superalloy | |
| JPH0559474A (ja) | 単結晶生成品を製造するための改良された、特性の均衡したニツケルをベースとする超合金 | |
| CN115558823A (zh) | 具有优异的高温力学及热疲劳性能的镍基高温合金及其制备方法 | |
| JP2000239771A (ja) | Ｎｉ基超合金、その製造方法およびガスタービン部品 | |
| JP4607490B2 (ja) | ニッケル基超合金及び単結晶鋳造品 | |
| RU2215804C2 (ru) | Жаропрочный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него | |
| JP2005139548A (ja) | ニッケル基超合金及び単結晶鋳造品 | |
| WO2024075560A1 (ja) | Ｓｂによる耐酸化性の劣化を予防したＮｉ基超合金の製造方法、Ｓｂによる耐酸化性の劣化を予防したＮｉ基超合金部材 | |
| RU2131944C1 (ru) | Жаропрочный сплав на основе никеля | |
| RU2824506C1 (ru) | Сплав на основе интерметаллида Ni3Al, способ его получения и способ изготовления из него изделия |