RU2789527C1 - Жаропрочный гранулируемый сплав на основе никеля - Google Patents
Жаропрочный гранулируемый сплав на основе никеля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2789527C1 RU2789527C1 RU2022103749A RU2022103749A RU2789527C1 RU 2789527 C1 RU2789527 C1 RU 2789527C1 RU 2022103749 A RU2022103749 A RU 2022103749A RU 2022103749 A RU2022103749 A RU 2022103749A RU 2789527 C1 RU2789527 C1 RU 2789527C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- less
- temperature
- alloy
- heat resistant
- content
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к металлургии, а именно к жаропрочным гранулируемым сплавам на никелевой основе, предназначенным для изготовления критических деталей ГТД, ЖРД и для применения в других деталях, эксплуатирующихся длительное время при температурах выше 500°С с рабочей температурой до 750°С или кратковременно при температурах до 800°С. Жаропрочный гранулируемый сплав на основе никеля содержит, мас. %: Cr 8,0-11,0, Со 14,0-18,0, W 4,5-5,9, Мо 3,0-5,5, Al 4,5-6,0, Ti 1,5-3,0, Nb 2,0-3,5, Hf от 0,08 до менее 0,2, С от 0,02 до менее 0,08, В от 0,006 до менее 0,019, Mg от 0,003 до менее 0,005, Се от 0,001 до менее 0,01, Zr от 0,003 до менее 0,01, Ni остальное. Сплав характеризуется высокими значениями механических свойств при комнатной температуре и при 800°С, а также высокой долговечностью при испытаниях на длительную прочность при 650°С и сопротивление малоцикловой усталости (МЦУ) при 650°С. 1 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно, к составу гранулируемого жаропрочного сплава на никелевой основе, получаемого прямым горячим изостатическим прессованием (ГИП) гранул с последующей термической обработкой, закалочным охлаждением и старением. Данный сплав предназначен для изготовления критических деталей ГТД и ЖРД и для применения в других деталях, эксплуатирующийся длительное время при температурах выше 500°С с рабочей температурой до 750°С, или используемых кратковременно при температурах до 800°С.
Особенностью сплава является его относительно высокая пластичность при комнатной и рабочих температурах:
- при комнатной температуре σВ≥1422 МПа, σ0.2≥1000 Мпа, δ≥18%, Ψ≥18%, КCU≥39 Дж/см2.
- при температуре до 800°С σВ≥1150 МПа, σ0.2≥1079 МПа, δ≥7%, Ψ≥15%;
- 100-часовая длительная прочность при температуре 650°С и σ=980-1000 МПа, при температуре 750°С и σ=667-706 МПа.
- сопротивление малоцикловой усталости (МЦУ) при температуре 650°С, σ=980 МПа и частоте нагружения f=1 Гц число циклов до разрушения N≥5000-7000 циклов.
Известным аналогом предлагаемого сплава является никелевый гранулируемый сплав ЭП741НП следующего химического состава (в масс. %):
Cr | 8,0-10,0 |
Со | 15,0-16,5 |
W | 6,5-7,2 |
Мо | 2,2-3,0 |
Al | 4,7-5,2 |
Ti | 1,3-1,7 |
Nb | 1,2-1,6 |
Hf | - |
С | 0,06 |
В | 0,015 |
Mg | 0,02 |
Се | 0,01 |
Zr | 0,015 |
Ni | остальное |
Недостаток сплава - относительно низкие значения σB и σ0.2 при комнатной температуре 1250 МПа и 833 МПа.
Прототипом предлагаемого сплава является «Жаропрочный сплав на основе никеля» патент РФ 2160789 от 20.11.1998 года следующего химического состава (в масс. %):
Cr | 8,0-11,0 |
Со | 14,0-18,0 |
W | 4,5-5,9 |
Мо | 3,0-5,5 |
Al | 4,5-6,0 |
Ti | 1,5-3,0 |
Nb | 2,0-3,5 |
Hf | 0,2-1,5 |
С | 0,02-0,08 |
В | 0,01-0,035 |
Mg | 0,005-0,1 |
Се | 0,01-0,06 |
Zr | 0,01-0,1 |
Ni | остальное |
Недостатком сплава-прототипа являются относительно низкие значения долговечности материала при испытаниях на длительную прочность при температурах 650°С и 750°С. При испытаниях на растяжение при температуре 800°С не обеспечиваются требуемые характеристики прочности и пластичности σB≥1150 МПа, σ0.2≥1079 МПа, δ≥7%, Ψ≥15%.
Сплав также не обеспечивает требуемое число циклов 5000-7000 при 650°С и σ≥1000 МПа до разрушения при испытаниях материала на сопротивление МЦУ.
Целью, на достижение которой направлено заявляемое изобретение, является создание новых видов ГТД (газотурбинных двигателей), ЖРД/ТРД (жидкостных ракетных двигателей), (твердотопливных ракетных двигателей) с повышенным ресурсом эксплуатации длительное время при температурах выше 500°С и/или используемых кратковременно при температурах до 800°С. Материал наряду с характеристиками прочности, долговечности и сопротивления МЦУ при комнатной и рабочей температурах должен иметь более высокие показатели пластичности и ударной вязкости.
Технический результат - повышение характеристик длительной прочности и сопротивления МЦУ при рабочих температурах в сочетании с повышенными значениями прочностных и пластических характеристик при комнатной температуре.
Предлагаемый сплав отличается от известного тем, что содержание бора, гафния, церия и циркония устанавливается ниже минимального значения и компоненты взяты в следующем соотношении, мас. %:
1. вместо содержания В 0,01-0,035 масс % (прототип) предлагается ввести содержание В от 0.006 до менее 0.019 масс. %;
2. вместо содержания Hf 0,2-1,5 масс % (прототип) предлагается ввести содержание Hf от 0.08 до менее 0.2 масс. %;
3. вместо содержания Се 0,01-0,06 масс % (прототип) предлагается ввести содержание Се от 0.001 до менее 0.05 масс. %;
4. вместо содержания Zr 0,01-0,1 масс. % (прототип) предлагается ввести содержание Zr от 0.003 до менее 0.01 масс. %;
5. Hf входит в состав карбидов (Hf, Nb, Ti)C, образующихся в процессе кристаллизации слитка при температурах двухфазной области (жидкий расплав - γ-твердый раствор) и сохраняющихся в гранулах и в компактном материале. Hf, как легирующий компонент, активно связывает избыточный углерод. Предлагаемый нижний уровень содержания Hf 0,08 масс. % является достаточным для указанной цели. Содержание Hf свыше 0,2 масс. % уменьшает пластичность сплавов и, как следствие, снижает ресурсные характеристики материала, например, сопротивление МЦУ.
6. В (бор) содержание от 0,006 до менее 0,019 мас. %, он в жаропрочных никелевых сплавах почти не влияет на прочностные свойства сплава при температурах ниже 600°С. Бор необходим для обеспечения заданного уровня долговечности образцов при испытаниях на длительную прочность при температурах 650-800°С. Эксперименты показывают, что при испытании сплава на длительную прочность предлагаемая концентрация атомов бора 0,006 масс. % достаточна для его оптимального содержания на границе зерен. Остальные атомы бора сосредоточены в боридах и карбоборидах. Образование мелких (0,3-0,8 мкм) зернограничных карбоборидов типа Ме23(В, С)6 положительно влияет на результаты испытаний, тогда как образование крупных (3-10 мкм) карбоборидов типа Ме(В, С), являющихся концентраторами напряжений, снижает показатели прочности и пластичности при комнатной температуре, а также характеристики долговечности.
7. Се (церий) содержание от 0,001 до менее 0,01 мас. %, он является одним из самых активных рафинирующих элементов, связывающих в сплаве вредные примеси S и Р. Предлагаемый нижний уровень содержания церия 0,001 мас. % является достаточным для сужения содержания S и Р что обеспечит требуемый комплекс характеристик при комнатной и рабочих температурах.
8. Zr (цирконий) содержание от 0,003 до менее 0,01 мас. %, он адсорбируется на границах зерен и положительно влияет на длительную прочность сплавов. Предлагаемый нижний уровень содержания циркония 0,003 мас. % является достаточным для обеспечения требуемого комплекса характеристик при рабочих температурах.
9. Ni (никель) - остальное.
Пример
По технологии ВИП (вакуумно-индукционная плавка) → ВДП (вакуумно-индукционный переплав) → PREP (плазменная плавка и центробежное распыление вращающейся заготовки) → ГИП (Горячее изостатическое прессование) → Термическая обработка был изготовлен и опробован сплав предлагаемого химического состава:
Cr | 9,1 |
Со | 16,2 |
W | 5,1 |
Мо | 4,2 |
Al | 4,9 |
Ti | 1,8 |
Nb | 2,6 |
Hf | 0,1 |
С | 0,04 |
В | 0,006 |
Mg | 0,005 |
Се | 0,004 |
Zr | 0,0038 |
Ni | остальное |
По аналогичной технологии был получен сплав-прототип.
Механические характеристики предлагаемого сплава и сплава-прототипа представлены в Таблице.
Из представленных данных видно, что образцы предлагаемого гранулированного сплава показали значения длительной прочности на 12% больше и число циклов при испытаниях на малоцикловую усталость (МЦУ) на 65% больше, чем в случае образцов из сплава-прототипа.
Claims (2)
- Жаропрочный гранулируемый сплав на основе никеля, содержащий хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, титан, ниобий, гафний, углерод, бор, магний, церий, цирконий при следующем соотношении компонентов, мас. %:
-
Cr 8,0-11,0 Со 14,0-18,0 W 4,5-5,9 Мо 3,0-5,5 Al 4,5-6,0 Ti 1,5-3,0 Nb 2,0-3,5 Hf от 0,08 до менее 0,2 С от 0,02 до менее 0,08 В от 0,006 до менее 0,019 Mg от 0,003 до менее 0,005 Се от 0,001 до менее 0,01 Zr от 0,003 до менее 0,01 Ni остальное
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2789527C1 true RU2789527C1 (ru) | 2023-02-06 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2044095C1 (ru) * | 1993-04-28 | 1995-09-20 | Акционерное общество открытого типа "Всероссийский институт легких сплавов" | Жаропрочный сплав на основе никеля |
RU2160789C2 (ru) * | 1998-11-20 | 2000-12-20 | Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им. акад. В.П. Глушко | Жаропрочный сплав на основе никеля |
CN104404308A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-03-11 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 一种具有高拉伸强度的镍基粉末高温合金 |
RU2590792C1 (ru) * | 2015-04-09 | 2016-07-10 | Открытое акционерное общество "Ступинская металлургическая компания" | Жаропрочный никелевый сплав для получения изделий методом металлургии гранул |
WO2017077137A2 (en) * | 2015-11-06 | 2017-05-11 | Innomaq 21, S.L. | Method for the economic manufacturing of metallic parts |
CN108441705B (zh) * | 2018-03-16 | 2020-06-09 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种高强度镍基变形高温合金及其制备方法 |
RU2765297C1 (ru) * | 2021-02-25 | 2022-01-28 | Акционерное общество "Ступинская металлургическая компания" | Никелевый гранульный жаропрочный сплав для дисков газовых турбин |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2044095C1 (ru) * | 1993-04-28 | 1995-09-20 | Акционерное общество открытого типа "Всероссийский институт легких сплавов" | Жаропрочный сплав на основе никеля |
RU2160789C2 (ru) * | 1998-11-20 | 2000-12-20 | Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им. акад. В.П. Глушко | Жаропрочный сплав на основе никеля |
CN104404308A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-03-11 | 北京钢研高纳科技股份有限公司 | 一种具有高拉伸强度的镍基粉末高温合金 |
RU2590792C1 (ru) * | 2015-04-09 | 2016-07-10 | Открытое акционерное общество "Ступинская металлургическая компания" | Жаропрочный никелевый сплав для получения изделий методом металлургии гранул |
WO2017077137A2 (en) * | 2015-11-06 | 2017-05-11 | Innomaq 21, S.L. | Method for the economic manufacturing of metallic parts |
CN108441705B (zh) * | 2018-03-16 | 2020-06-09 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种高强度镍基变形高温合金及其制备方法 |
RU2765297C1 (ru) * | 2021-02-25 | 2022-01-28 | Акционерное общество "Ступинская металлургическая компания" | Никелевый гранульный жаропрочный сплав для дисков газовых турбин |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1842934B1 (en) | Heat-resistant superalloy | |
US8883072B2 (en) | Ni-base alloy, high-temperature member for steam turbine and welded rotor for turbine using the same, and method for manufacturing the same | |
NO142676B (no) | Koboltsuperlegering med god hoeytemperaturoksydasjons- og korrosjonsbestandighet | |
US6419765B1 (en) | Niobium-silicide based composites resistant to low temperature pesting | |
US20020104594A1 (en) | Niobium-silicide based composites resistant to high temperature oxidation | |
RU2789527C1 (ru) | Жаропрочный гранулируемый сплав на основе никеля | |
US2948606A (en) | High temperature nickel base alloy | |
JPH06306550A (ja) | 耐熱鋼及びその熱処理方法 | |
JPH09268337A (ja) | 鍛造製高耐食超耐熱合金 | |
RU2695097C1 (ru) | Деформируемый жаропрочный сплав на основе никеля | |
RU2283361C1 (ru) | Жаропрочный сплав на основе кобальта и изделие, выполненное из этого сплава | |
JP2004107777A (ja) | オーステナイト系耐熱合金とその製造方法および蒸気タービン部品 | |
US10240223B2 (en) | Ni-based alloy having excellent high-temperature creep characteristics, and gas turbine member using the same | |
RU2471879C1 (ru) | Жаропрочный и жаростойкий титановый сплав | |
RU2790495C1 (ru) | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него | |
CN105886954A (zh) | 一种飞机发动机风扇叶片用合金 | |
RU2678353C1 (ru) | Жаропрочный коррозионно-стойкий сплав на основе никеля для литья крупногабаритных рабочих и сопловых лопаток газотурбинных установок | |
JP5981357B2 (ja) | 耐熱鋼および蒸気タービン構成部品 | |
RU2655483C1 (ru) | Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него | |
US3047381A (en) | High temperature heat and creep resistant alloy | |
RU2428497C1 (ru) | Жаропрочный никелевый сплав для получения изделий методом металлургии гранул | |
RU2297467C1 (ru) | СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО | |
RU2807233C2 (ru) | Жаропрочный сплав на основе никеля и изделие, изготовленное из него | |
RU2471880C1 (ru) | Жаропрочный и жаростойкий титановый сплав | |
RU2160789C2 (ru) | Жаропрочный сплав на основе никеля |