RU2777099C1 - Жаропрочный свариваемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него - Google Patents
Жаропрочный свариваемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него Download PDFInfo
- Publication number
- RU2777099C1 RU2777099C1 RU2021131937A RU2021131937A RU2777099C1 RU 2777099 C1 RU2777099 C1 RU 2777099C1 RU 2021131937 A RU2021131937 A RU 2021131937A RU 2021131937 A RU2021131937 A RU 2021131937A RU 2777099 C1 RU2777099 C1 RU 2777099C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- nickel
- temperature
- heat
- titanium
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 58
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 58
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 56
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 52
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 27
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 21
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 12
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 11
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 10
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N Hafnium Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium(0) Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 8
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 8
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 9
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 8
- 230000001965 increased Effects 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 5
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 229910001247 waspaloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 Nickel-cobalt Chemical compound 0.000 description 1
- 229920002803 Thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным деформируемым сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления деталей и компонентов газотурбинных двигателей, энергетических установок, силовых машин, работающих длительно при температурах от 600 до 800°С и вплоть до температуры 900°С. Жаропрочный свариваемый сплав на основе никеля содержит, мас.%: углерод 0,005-0,10, хром 13,0-19,0, кобальт 10,0-21,0, молибден 2,0-6,5, вольфрам 0,7-3,0, ниобий 3,6-4,65, алюминий 1,9-2,6, титан 0,4-1,15, цирконий 0,11-0,25, бор 0,0001-0,008, лантан 0,0001-0,08, магний не более 0,06, железо не более 2,0, по меньшей мере один компонент, выбранный из тантала, ванадия и гафния: тантал 0,1-3,0, ванадий не более 0,8, гафний не более 0,1, никель и неизбежные примеси - остальное. Обеспечиваются высокие значения длительной прочности сплава при температуре 700°С, кратковременной прочности при комнатной и повышенной температуре при структурной стабильности при температуре от 800 до 900°С. Также обеспечена возможность холодной деформации сплава и свариваемость методом аргонодуговой сварки. 2 н.п. ф-лы, 3 табл., 6 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным деформируемым сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления деталей и компонентов газотурбинных двигателей, энергетических установок, силовых машин, работающих длительно при температурах от 600°С до 800°С и вплоть до температуры 900°С, в том числе, для нагруженных деталей и компонентов статора, изготовленных с применением сварки плавлением.
К жаропрочным свариваемым сплавам для статорных деталей газотурбинного двигателя (ГТД) предъявляются требования к характеристикам кратковременной прочности, длительной прочности, технологичности, необходимой при изготовлении полуфабрикатов и деталей из листового проката, в том числе требуется способность материала к сварке плавлением, например, способом аргонодуговой сварки.
Высокие характеристики кратковременной и длительной прочности при повышенных температурах в никелевых сплавах достигаются за счет дисперсионного упрочнения аустенитной структуры никелевого твердого раствора выделениями интерметаллидных фаз: γ'-фазы (Ni3Al) или γ''-фазы (Ni3Nb) при выдержке в области определенных температур (температур старения), при которых происходит их наиболее интенсивное выделение. Уровень механических характеристик никелевых жаропрочных сплавов при повышенных температурах, особенно длительная прочность, определяется, с одной стороны, количеством образовавшейся при старении частиц упрочняющей фазы, с другой - их стабильностью, т.е. способностью сохранять морфологию и необходимую объемную долю частиц с ростом температуры.
Количество упрочняющей фазы регулируется, в основном, содержанием в никелевом сплаве таких элементов, как алюминий и титан, которое ограничено в той степени, при которой будет затруднена сварка деталей из-за образования горячих трещин, а также повышена твердость листовых полуфабрикатов, что ухудшает возможность холодной деформации при изготовлении деталей. Ниобий также входит в состав упрочняющей γ'-фазы, а при соотношении в сплаве атомных долей ниобия к сумме алюминия и титана менее 1,3, образует самостоятельную метастабильную фазу γ'' (Ni3Nb), упрочняющая способность которой ограничена до температуры 650°С, выше которой происходит ее полиморфное превращение в фазу δ, таким образом долю γ'' -фазы стремятся сократить в пользу образования γ'-фазы.
Помимо желательного выделения упрочняющих фаз, в сплавах с ограниченной долей алюминия и высоким содержанием титана и ниобия может образовываться более стабильная при высокой температуре η-фаза (Ni3TiNb), ограничивая объем выделений γ'-фазы при более низких температурах старения. Выделяясь по границам аустенитных зерен, η-фаза не вносит значительного вклада в упрочнение, при этом, снижает пластичность сплава в области рабочих температур. По мере частичного растворения γ'-фазы, может образовываться дополнительное количество η-фазы.
Таким образом, при создании жаропрочных свариваемых сплавов требуется повышение значений длительной прочности при средней температуре 700°С и увеличение стабильности микроструктуры вплоть до температур 900°С при ограниченном дисперсном упрочнении для сохранения возможности производства деталей методами холодной деформации листа и аргонодуговой сварки.
Из уровня техники известен жаропрочный свариваемый сплав на никелевой основе ЭП693 (ХН68ВМТЮК), работоспособный до 900°С (ГОСТ 5632-2014), следующего химического состава, масс. %:
углерод | не более 0,1 |
кремний | не более 0,5 |
хром | 17,0-20,0 |
марганец | не более 0,4 |
кобальт | 5,0-8,0 |
вольфрам | 5,0-7,0 |
молибден | 3,0-5,0 |
алюминий | 1,6-2,3 |
железо | не более 5,0 |
титан | 1,1-1,6 |
сера | 0,015 |
бор | не более 0,005 |
фосфор | 0,015 |
церий | не более 0,005 |
никель | остальное. |
Сплав обладает недостаточным уровнем кратковременной и длительной прочности в среднем интервале температур, кратковременная прочность при нормальной температуре σв 20=1080 МПа, длительная прочность при температуре 700°С составляет σ100 700=490 МПа, а при температуре 900°С σ100 900=90 МПа. Кроме того, избыточное содержание тугоплавких элементов, наряду с высоким содержанием хрома, может приводить к выделению топологически плотноупакованных фаз (ТПУ-фаз) неблагоприятной пластинчатой морфологии при эксплуатации.
Известен жаропрочный сплав марки Waspaloy (стандарт AMS 5704) следующего химического состава, масс. %:
углерод | 0,02-0,1 |
хром | 18,0-21,0 |
медь | не более 0,1 |
кобальт | 12,0-15,0 |
железо | не более 2,0 |
молибден | 3,5-5,0 |
марганец | не более 0,1 |
алюминий | 1,2-1,6 |
фосфор | не более 0,015 |
титан | 2,75-3,25 |
сера | не более 0,015 |
бор | 0,003-0,01 |
кремний | 0,15 |
цирконий | 0,02-0,08 |
никель и примеси | остальное. |
Сплав имеет недостаточную кратковременную и длительную прочность при температуре 700°С, так как его эффективное упрочнение в области старения затруднено из-за падения пластичности и растрескивания сварных соединений. Кратковременная прочность сплава Waspaloy при нормальной температуре σв 20=1335 МПа длительная прочность при температуре 700°С составляет σ100 700=515 МПа, при температуре 925°С σ100 925=66 МПа.
Известен никель-кобальтовый сплав (RU 2640695 С2, С22С 19/05, опубл. 11.01.2018) следующего химического состава, вес. %:
углерод | до 0,1 |
хром | 13,0-23,0 |
кобальт | 12,0-35,0 |
молибден | 1,0-6,0 |
ниобий и тантал | 4,7-5,7 |
алюминий | не более 3,0 |
титан | не более 2,0 |
бор | не более 0,02 |
цирконий | до 0,1 |
магний | не более 0,01 |
фосфор | не более 0,03 |
железо | не более 10,0 |
вольфрам | не более 4,0 |
ванадий | не более 4,0 |
никель и примеси | остальное. |
Причем содержание кобальта должно быть от 11,5 до 35 (ат. %), а суммарное содержание алюминия и титана должно быть от 3,0 до 5,6 (ат. %). При этом строго ограничено содержание титана: не более 0,8 (ат. %), преимущественно от 0,05 до 0,5 (ат. %), таким образом, чтобы соотношение алюминия к титану составляло более 5, что призвано обеспечить структурную стабильность. Сплав обладает мелким зерном и высоким уровнем кратковременной прочности, относительно высоким уровнем длительной прочности при температуре 700°С σ100 700=690 МПа.
Заявлено, что его структурная стабильность длительно сохраняется при температуре 800°С. Однако, в связи с высоким содержанием ниобия, при котором соотношение суммы атомных долей алюминия и титана к ниобию в сплаве составляет менее 1,3, стабильность упрочняющей γ'-фазы ограничена и при температурах 900-1030°С происходит ее полное растворение. Таким образом, заявленный сплав работоспособен до температуры 800°С.
Наиболее близким по заданным параметрам является жаропрочный свариваемый сплав ВЖ172 на основе никеля (RU 2256717 C1, С22С 19/05, опубл. 20.07.2005) с рабочей температурой до 900°С, имеющий следующий состав, масс %:
Углерод | 0,02-0,10 |
Хром | 12,0-20,0 |
Кобальт | 8,0-20,0 |
Молибден | 3,5-7,0 |
Вольфрам | 0,5-3,0 |
Ниобий | 3,2-6,5 |
Алюминий | 1,0-1,8 |
Титан | 1,0-1,6 |
Цирконий | 0,4-1,4 |
Бор | 0,0001-0,006 |
Магний | 0,003-0,06 |
Лантан | 0,003-0,08 |
Никель | Остальное. |
Сплав обладает высокой прочностью при нормальной температуре σв 20=1320 - 1400 МПа, длительная прочность при температуре 700°С составляет σ100 700=620 МПа, при температуре 900°С σ100 900=80 МПа. Недостатком сплава является его структурная нестабильность при температуре 800°С, следствием которой является частичное растворение упрочняющей γ'-фазы и выделение в соответствующем объеме η-фазы, что приводит к снижению свойств кратковременной и длительной прочности. Кроме того, завышенное содержание циркония ведет к образованию нерастворимой эвтектической фазы с низкой температурой плавления.
Технической задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка жаропрочного свариваемого сплава на основе никеля с повышенной длительной прочностью материала для деталей статора ГТД при температуре 700°С (σ100 700), повышенной кратковременной прочностью при нормальной и повышенной температуре (σв 20, σв 800), обеспечением структурной стабильности при температуре 800°С и до температуры 900°С. Кроме того, при достижении указанных механических свойств должна быть обеспечена возможность холодной деформации сплава и свариваемость методом аргонодуговой сварки.
Для достижения поставленного технического результата предложен жаропрочный свариваемый сплав на основе никеля, содержащий кобальт, хром, вольфрам, молибден, ниобий, алюминий, титан, цирконий, углерод, бор, железо, магний, лантан, никель и неизбежные примеси, при этом он дополнительно содержит, по меньшей мере, один компонент, выбранный из тантала, ванадия и гафния, при этом сплав содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %:
Углерод | 0,005-0,10 |
Хром | 13,0-19,0 |
Кобальт | 10,0-21,0 |
Молибден | 2,0-6,5 |
Вольфрам | 0,7-3,0 |
Ниобий | 3,6-4,65 |
Алюминий | 1,9-2,6 |
Титан | 0,4-1,15 |
Цирконий | 0,11-0,25 |
Бор | 0,0001-0,008 |
Лантан | 0,0001-0,08 |
Магний | не более 0,06 |
Железо | не более 2,0 |
по меньшей мере один компонент, выбранный из тантала, ванадия и гафния:
Тантал | 0,1-3,0 |
Ванадий | не более 0,8 |
Гафний | не более 0,1 |
Никель и неизбежные примеси | остальное. |
Предпочтительно, содержание титана выбирается такое, чтобы соотношение алюминия к титану в атомных долях в предлагаемом сплаве составляло не менее Al/Ti≥3,7, при суммарном содержании алюминия и титана в атомных долях 6,3≥Al+Ti≥5,7 (ат. %), а содержание ниобия в сплаве в атомных долях составляет Nb≤2,8 (ат. %), причем соотношение суммы алюминия и титана к ниобию в атомных долях составляет (Al+Ti)/Nb≥2,2.
Также предложена деталь статора газотурбинного двигателя, выполненная из заявленного жаропрочного свариваемого сплава на основе никеля.
Предпочтительно, заявленная деталь статора газотурбинного двигателя, выполненная из жаропрочного свариваемого сплава на основе никеля, изготовлена с применением холодной деформации и аргонодуговой сварки полученных компонентов.
Кроме того, заявленная деталь статора газотурбинного двигателя, выполненная из жаропрочного свариваемого сплава на основе никеля в готовом состоянии подвергается упрочняющей термической обработке: отжигу, нагреву при температуре закалки, закалке, выполняемой путем охлаждения изделия на воздухе, в воде, в масле, в иной среде с коэффициентом теплопроводности, превышающий таковой для воздушной среды, выдержке-старению в области температур выделения упрочняющей γ'-фазы, осуществляемой при различных температурах с промежуточным охлаждением, охлаждению после старения любым из способов, при этом температура отжига выбрана в диапазоне от 40 до 120°С ниже температуры полного растворения упрочняющей γ'-фазы, температура закалки выбрана в диапазоне: от 10°С ниже температуры полного растворения упрочняющей γ'-фазы до 20°С выше температуры полного растворения упрочняющей γ'-фазы, температура первого нагрева для выделения упрочняющей γ'-фазы выбрана в диапазоне от 200 до 250°С ниже температуры полного растворения упрочняющей γ'-фазы, а температура второго нагрева для выделения упрочняющей γ'-фазы выбрана в диапазоне от 260 до 330°С ниже температуры полного растворения упрочняющей γ'-фазы, старение выполняется более чем за две операции в диапазоне указанных температур.
Увеличение механических свойств, прежде всего, длительной прочности в интервале температур 600-900°С в предлагаемом сплаве достигается за счет повышения доли алюминия с одновременным снижением доли титана, по сравнению с содержанием этих элементов в сплаве-прототипе. Соотношение алюминия к титану в атомных долях в предлагаемом сплаве не менее 3,7, при суммарном содержании титана и алюминия от 5,7 до 6,3 (ат. %), при которых обеспечивается возможность сварки плавлением и термической обработки готовых сварных соединений. Ниобий по настоящему изобретению находится в строго определенных пределах, суммарно не более 2,8 (ат. %), причем соотношение атомных долей суммы алюминия и титана к ниобию в сплаве должно быть более 2,2 для сохранения структурной стабильности. Содержание кобальта в указанных пределах определяет технологические свойства сплава, такие как возможность холодной прокатки и формовки, а также свариваемость методом аргонодуговой сварки. Кроме того, при легировании кобальтом в выбранных диапазонах обеспечивается эффективное упрочнение при старении и структурная стабильность сплава при температурах 800-900°С.Добавки тантала, циркония и ванадия в указанных пределах, не приводящих к образованию легкоплавких эвтектик, повышают эффективность дисперсного упрочнения при ограниченной доле частиц, увеличивая параметр гранецентрированной кубической решетки γ'-фазы, что более эффективно препятствует движению дислокаций. Сбалансированное, с точки зрения концентрации валентных электронов, легирование хромом, вольфрамом и молибденом обеспечивает высокотемпературные свойства сплава вплоть до 900°С, без риска образования ТПУ фаз, ведущих к потере пластичности. Добавки бора и лантана оказывают существенное влияние на прочность границ зерен и обеспечивают повышенную долговечность сплава, а магний, введенный в указанных пределах, способствует снижению количества вредных примесей и удалению окислов. Помимо ниобия и тантала, обеспечивающих в соединении с углеродом в выбранном диапазоне легирования образование стабильных карбидов, введение в сплав гафния позволяет повысить дисперсность карбидной фазы, что является важным при получении сплава методами металлургии гранул. Содержание железа до указанного предела способствует повышению технологической пластичности и свариваемости.
Примеры осуществления.
Была проведена выплавка слитков в вакуумно-индукционной печи из предлагаемого сплава различных составов и сплава - прототипа. Химический состав опытных плавок и плавки сплава-прототипа приведены в таблице 1.
Химический состав сплава по настоящему изобретению выбран с учетом оптимальных соотношений компонентов в атомных долях, которые указаны в сравнении со сплавом аналогом и другими в таблице 2.
Из слитков предлагаемого сплава и сплава-прототипа изготавливали кованые заготовки методом всесторонней горячей деформации на гидравлическом прессе усилием 1600 тс, после чего получившиеся кованые заготовки подвергали горячей прокатке на стане горячей прокатки типа «дуо».
Из полученных таким образом горячекатаных листов толщиной 12 мм отбирали образцы для испытаний. Часть листов прокатывали далее до толщины 4 мм, после чего подвергали отжигу, щелочно-кислотному травлению для обеспечения гладкой, свободной от окалины поверхности, и прокатывали на стане холодной прокатки типа «кварто» до толщины 2,0 мм. Из полученных холоднокатаных листов отбирали заготовки для изготовления образцов, предназначенных для проведения испытаний механических свойств, а также подвергали аргонодуговой сварке встык без присадочной проволоки.
Заготовки от горячего проката 12 мм, холодного проката 2,0 мм и сварных стыков, полученные аргонодуговой сваркой, подвергали термической обработке по одинаковому режиму для всех плавок, состоящему из отжига и закалки на воздухе, а также последующего 2-х этапного старения. Часть заготовок подвергли выдержке при температуре 800°С в течение 500 часов для исследования стабильности микроструктуры.
После термической обработки, из заготовок были изготовлены цилиндрические и плоские образцы для определения механических свойств (кратковременной и длительной прочности). Испытания проводили на разрывных и универсальных испытательных машинах. Результаты приведены в таблице 3.
Как видно из данных таблицы 3, предлагаемый сплав превосходит сплав-прототип по значениям кратковременной прочности на 10% при нормальной температуре, по длительной прочности на 10% при температуре 700°С и 900°С. Предлагаемый сплав при повышении механических свойств может быть подвергнут холодной деформации, детали из него соединены методом аргонодуговой сварки, после чего, сварное соединение может быть упрочнено без образования трещин.
Использование предлагаемого жаропрочного свариваемого сплава на основе никеля дает возможность создать ГТД, газотурбинные и энергетические установки с повышенными характеристиками за счет повышения температуры работы деталей статора из предлагаемого сплава до 800°С длительно и максимально вплоть до 900°С.
Claims (5)
1. Жаропрочный свариваемый сплав на основе никеля, содержащий кобальт, хром, вольфрам, молибден, ниобий, алюминий, титан, цирконий, углерод, бор, железо, магний, лантан, никель и неизбежные примеси, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по меньшей мере один компонент, выбранный из тантала, ванадия и гафния, при этом сплав содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:
по меньшей мере один компонент, выбранный из тантала, ванадия и гафния:
2. Деталь статора газотурбинного двигателя из жаропрочного свариваемого сплава на основе никеля, отличающаяся тем, что она выполнена из жаропрочного свариваемого сплава на основе никеля по п. 1.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2777099C1 true RU2777099C1 (ru) | 2022-08-01 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2824504C1 (ru) * | 2023-11-01 | 2024-08-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ВИАМ) | Гранулируемый свариваемый жаропрочный никелевый сплав и изделие, выполненное из него |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3228095A (en) * | 1960-04-13 | 1966-01-11 | Rolls Royce | Method of making turbine blades |
RU2256717C1 (ru) * | 2004-06-25 | 2005-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Жаропрочный свариваемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него |
RU2567140C2 (ru) * | 2011-07-12 | 2015-11-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Сплав на основе никеля, применение и способ |
JP6341017B2 (ja) * | 2014-09-12 | 2018-06-13 | 新日鐵住金株式会社 | Ni基耐熱合金 |
US10472701B2 (en) * | 2016-02-18 | 2019-11-12 | Daido Steel Co., Ltd. | Ni-based superalloy for hot forging |
GB2587635A (en) * | 2019-10-02 | 2021-04-07 | Alloyed Ltd | A Nickel-based alloy |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3228095A (en) * | 1960-04-13 | 1966-01-11 | Rolls Royce | Method of making turbine blades |
RU2256717C1 (ru) * | 2004-06-25 | 2005-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Жаропрочный свариваемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него |
RU2567140C2 (ru) * | 2011-07-12 | 2015-11-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Сплав на основе никеля, применение и способ |
JP6341017B2 (ja) * | 2014-09-12 | 2018-06-13 | 新日鐵住金株式会社 | Ni基耐熱合金 |
US10472701B2 (en) * | 2016-02-18 | 2019-11-12 | Daido Steel Co., Ltd. | Ni-based superalloy for hot forging |
GB2587635A (en) * | 2019-10-02 | 2021-04-07 | Alloyed Ltd | A Nickel-based alloy |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2824504C1 (ru) * | 2023-11-01 | 2024-08-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ВИАМ) | Гранулируемый свариваемый жаропрочный никелевый сплав и изделие, выполненное из него |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110551920B (zh) | 一种高性能易加工镍基变形高温合金及其制备方法 | |
JP3838216B2 (ja) | オーステナイト系ステンレス鋼 | |
US20190040501A1 (en) | Nickel-cobalt alloy | |
JP5413543B1 (ja) | Ni基合金 | |
US6730264B2 (en) | Nickel-base alloy | |
JP5278936B2 (ja) | 耐熱超合金 | |
JP5270123B2 (ja) | 窒化物強化可能なコバルト−クロム−鉄−ニッケル合金 | |
US8444778B2 (en) | Low-thermal-expansion Ni-based super-heat-resistant alloy for boiler and having excellent high-temperature strength, and boiler component and boiler component production method using the same | |
WO2011062231A1 (ja) | 耐熱超合金 | |
US7507306B2 (en) | Precipitation-strengthened nickel-iron-chromium alloy and process therefor | |
EP2479302B1 (en) | Ni-based heat resistant alloy, gas turbine component and gas turbine | |
WO2018151222A1 (ja) | Ni基耐熱合金およびその製造方法 | |
WO2009154161A1 (ja) | オーステナイト系耐熱合金ならびにこの合金からなる耐熱耐圧部材とその製造方法 | |
EP2330225A1 (en) | Ni BASED HEAT-RESISTANT ALLOY | |
JP2015510035A (ja) | 改善された性質を有するチタン合金 | |
KR20190046729A (ko) | 지열 발전 터빈 로터용 저합금강 및 지열 발전 터빈 로터용 저합금 물질, 및 이들의 제조 방법 | |
JP3308090B2 (ja) | Fe基超耐熱合金 | |
JP2014070230A (ja) | Ni基超耐熱合金の製造方法 | |
JPH09165655A (ja) | 高温機器用オーステナイトステンレス鋼およびその製造方法 | |
JP2005002451A (ja) | 耐熱ばね用Fe−Ni−Cr基合金および耐熱ばねの製造方法 | |
JP3535112B2 (ja) | 耐溶損性・高温強度に優れた熱間工具鋼および該熱間工具鋼からなる高温用部材 | |
JP5265325B2 (ja) | クリープ強度に優れる耐熱鋼およびその製造方法 | |
WO2017170433A1 (ja) | Ni基超耐熱合金の製造方法 | |
JP4116134B2 (ja) | 耐高温へたり性に優れるオーステナイト系ステンレス鋼およびその製造方法 | |
RU2777099C1 (ru) | Жаропрочный свариваемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него |