UA126255C2 - Жароміцний сплав на основі ніобію - Google Patents

Жароміцний сплав на основі ніобію Download PDF

Info

Publication number
UA126255C2
UA126255C2 UAA202006291A UAA202006291A UA126255C2 UA 126255 C2 UA126255 C2 UA 126255C2 UA A202006291 A UAA202006291 A UA A202006291A UA A202006291 A UAA202006291 A UA A202006291A UA 126255 C2 UA126255 C2 UA 126255C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
alloy
niobium
heat
alloys
resistant
Prior art date
Application number
UAA202006291A
Other languages
English (en)
Inventor
Микола Павлович Бродніковський
Микола Олександрович Крапівка
Тамара Леонідівна Кузнєцова
Олена Анатоліївна Рокицька
Юлія Юхимівна Зубець
Original Assignee
Інститут Проблем Матеріалознавства Ім. І.М. Францевича Нан України
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 Інститут Проблем Матеріалознавства Ім. І.М. Францевича Нан України filed Critical Інститут Проблем Матеріалознавства Ім. І.М. Францевича Нан України
Priority to UAA202006291A priority Critical patent/UA126255C2/uk
Publication of UA126255C2 publication Critical patent/UA126255C2/uk

Links

Landscapes

  • Adornments (AREA)

Abstract

Винахід належить до металургії і стосується жароміцного сплаву на основі ніобію. Сплав містить, мас. %: титан - 12,9-13,5; алюміній - 1,5-1,9; хром - 6,5-7,2; молібден - 8,5-9,1; ітрій - 0,2-0,3; лантан - 0,3-0,5; ніобій - решта. Технічний результат: межа плину при стиску (б0,2) при 20, 900 та 1200 °C складає 1400, 1720 та 410 МПа, відповідно; відносне зменшення зразків (ε) при 20, 900 та 1200 °C складає 8-10, 21 та 60 %, відповідно; щільність дорівнює 7,4 г/см3.

Description

Винахід належить до металургії сплавів тугоплавких металів, а саме сплавів на основі ніобію, які використовуються як конструкційні матеріали в промисловості, зокрема для газотурбінних двигунів (ГТД).
На даний час ефективним напрямком у розробці матеріалів для розвитку будування ГІД є отримання багатокомпонентних сплавів на основі ніобію із щільністю біля 7 д/ст?, підвищеної жароміцності та жаростійкості при температурі експлуатації до 1200 "с.
Відомі промислові сплави не можуть бути використані через низькі механічні властивості та жаростійкість при температурі вище 1000 "С, а також високу щільність.
Використання системи Мр-Ті-АІ як основи сплавів дозволяє створювати жароміцні сплави з питомою вагою близько 7 а/ст3. Підбором додаткових компонент та зміною їх співвідношення можливе управління фазовим складом та механічними властивостями багатокомпонентних ніобієвих сплавів.
В даний час актуальною є проблема розробки нового класу високотемпературних композиційних матеріалів, які складаються із ніобієвої матриці і зміцнюючої фази - силіцидів ніобію з легуючими елементами хромом, гафнієм та титаном. Так, при щільності на рівні 6,6-7,2 г/см? ці матеріали залишаються працездатним при температурах приблизно на 200 "С вище робочих температур монокристалічних жароміцних нікелевих сплавів. |(ЗепКком О.М. МесНапісаї! ргорепіев ої Іом/-депзйу, геїгасіогу тийі-ргіпсіра! єїетепі аїЇоувз ої Ше Ст-МБ-Ті-У-2г вевівт /0.М. зЗепком, 5.М. БепКома, О.В. Мігасіє//Магїег. сі. Епдіпеегіпа: А. 2013. Р. 51-62).
Ці відомі сплави відрізняються заниженою пластичністю і жаростійкістю.
Відомий ніобієвий сплав на основі системи МБ-Ті-АІ-ВН7, що містить (мас. 95): 40-42 Ті і 3,0- 7,0 АІ, жаростійкий, високопластичний і може розглядатися як плакуючий матеріал для листових жароміцних ніобієвих сплавів.
Недоліком відомого матеріалу є те, що він має низьку жароміцність.
Відомий ніобієвий сплав на основі системи МБ-Ті-АІ-ВНВ, в якій введено (мас. 95): 20 Ті, 5,0- 7,0 Мо та 0,7-1,4 7, жароміцний. Маючи відносно низьку щільність, може бути використаним для виготовлення великогабаритних зварних екранів і сопел двигунів, що працюють у виробах разової дії в вакуумі при температурах до 1500 "С.
Недоліком відомого матеріалу є те, що він має знижену жаростійкість при роботі у
Зо агресивних середовищах та при довготривалому використанні.
Відомий ніобієвий сплав на основі системи МБ-Ті-АІ-ВНІО, який містить (мас. Ус): 32-36 Ті, 8,0-9,0 АЇ, 3,0-5,0 М ї 0,5-2,5 71 розглядається як перспективний матеріал для виготовлення лопаток компресора ГТД з робочою температурою до 700-750 "С. (О.Г. Оспенникова, В.Н.
Подьяков, Ю.В. Столянков "Тугоплавкие сплавь! для новой техники". Трудьі ВИАМ. Мо 10 (46) 2016. - б. 55-64)|.
Недоліком відомого сплаву є низька робоча температура.
Відомий жароміцний інтерметалідний сплав на основі МОБ-АІ для виготовлення деталей авіаційно-космічної техніки, що працює при температурах до 1600 "С. Цей сплав на основі системи МБ-АЇ, що містить ніобій, алюміній, вольфрам, тантал, хром, кремній та рідкісноземельні метали. (Патент ВО Мо 2257422, публ. від 27.07.2005.
Недоліком відомого сплаву є висока щільність (28 г/сму), що робить його не придатним для використання у ряді конструкцій.
Відомий ніобієвий сплав на основі системи МбБ-Ті-АЇ, найбільш близький за технічною суттю до винаходу, що заявляється, є багатокомпонентний жароміцний ніобієвий сплав системи МбБ-Ті-
А (МБ-16Ст-16А1І-16Ті-16Мо-451) ат. 965. У сплаві МО-16Ст-16Ті-16Мо-16А1І-45і утворюється понад 90 95 (06.) ОЦК твердого розчину на основі МБ. Хром і кремній утворюють фази, що зміцнюють, які в сумі складають до 10 95 (06.). (Н.П. Бродниковский, А.С. Кулаков, Н.А. Крапивка, Д.Н.
Бродниковский, А.В. Самелюк, С.А. Фирстов. Многокомпонентнье жаропрочньюе сплавь! с ниобием //Злектронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научньїх трудов. К. ІПМ НАН
України, 2016. Вип. 22. - С. 20-30.
Відомий ніобієвий сплав має окремі недоліки, в тому числі, низьку пластичність, нестабільність хімічного складу дендритів, розкид характеристик в'язкості руйнування за рахунок різного розміру елементів структури і нерівномірності розподілу частинок інтерметалідів.
В основу винаходу "Жароміцний сплав на основі ніобію" була поставлена задача удосконалення складу сплаву на основі системи Мр-Ті-АЇ для підвищення характеристик: пластичності, жаростійкості та жароміцності, яка досягається введенням У та іа, при співвідношенні компонентів, що заявляється, мас. 9о: титан - 12,9-13,5; алюміній - 1,5-1,9; хром - 6,5-7,2; молібден - 8,5-9,1; ітрій - 0,2-0,3; лантан - 0,3-0,5; ніобій - решта.
Суть винаходу полягає в тому, що жароміцний сплав на основі ніобію, що містить Ст, АЇ, Ті,
Мо, який відрізняється тим, що додатково містить У та Га і має наступний склад інгредієнтів, мас. 9о: титан 12,9-13,5 алюміній 1,5-1,9 хром 6,5-72 молібден 8,5-9,1 ітрій 0,2-0,3 лантан 0,3-0,5 ніобій решта.
Необхідні властивості жароміцного сплаву, що заявляється, забезпечуються тим, що до складу сплаву на основі ніобію: вводиться оптимальна кількість (до 10 ат. 95) молібдену, який сприяє підвищенню міцності сплаву при підвищених температурах, при цьому сплави ніобію з вмістом Мо до 10 95 мають задовільну пластичність; підвищується вміст титану в ніобієвому сплаві до рівня 21 ат.95, що приводить до твердорозчинного зміцнення при збереженні пластичних характеристик сплаву. Крім того, введення титану в ніобієвий сплав до рівня 21 ат. 95 приводить до зменшення температури плавлення і інтервалу кристалізації сплаву. Останнє збільшує однорідність структури сплаву; зменшення вмісту у складі сплаву хрому і алюмінію до 10 та 5 ат. 95, відповідно, сприяє підвищенню жароміцності внаслідок збільшення піку зміцнення в області 800-1100 "С за рахунок випадіння більш дисперсних частинок інтерметалідів СтеМЬ, АїІСт», ТізАЇ, ТіСт» при втраті сталості твердого розчину в процесі деформації в цьому інтервалі температур; введення до складу сплаву хрому та ітрію значно поліпшує жаростійкі властивості сплаву за рахунок створення бар'єрного шару У2Оз-Сі2Оз для опору сплаву окисненню при термічних витримках в інтервалах температур 1000-1200 70; необхідність введення до складу сплаву У та Іа пов'язана і з очищенням твердого розчину від шкідливих домішок, що значно підвищує пластичність та жаростійкість сплаву. При цьому глибоке розкислення сплаву за рахунок введення їа приводить до зменшення вірогідності утворення метастабільних фаз а, а", 0), які зменшують пластичність сплаву.
Одержували жароміцний сплав, що заявляється, литвом у вакуумно-дуговій плавильній установці із високочистих вихідних компонентів: високочистого ніобію марки НБ-1, йодованого титану, електролітичного хрому ЕРХ, високочистого алюмінію А0ОО. Оскільки до складу сплаву входять легко летючі, хімічно активні компоненти - хром та алюміній, лиття сплавів проводили з використанням для захисної атмосфери високочистого аргону при надмірному тиску аргону - 0,2-0,4 атм.
Внаслідок того, що підвищення чистоти сплавів за домішками втілення сприяє не тільки підвищенню механічних характеристик, жаростійкості але й покращенню технологічних ливарних характеристик і зменшенню кількості кристалізаційних і термічних тріщин, при виплавці сплаву були проведені комплексні засоби їх очистки від домішок втілення - 0, М, С, Н.
Для очистки аргону перед проведенням плавок робили переплав гетеру Ті-2г, який поглинає з атмосфери печі домішки кисню, азоту, парів води та вуглецевих сполук. Проводилося розкислення розплаву ітрієм та лантаном, що дозволило одержати залишкову концентрацію домішок втілення в злитках на рівні: О - 0,006-0,017 96; С - 003-0,05 95; М-0,001-0,003 95; Н «0,001 о.
Для експериментального випробування запропонованого сплаву було виплавлено декілька злитків, близьких по складу до запропонованого сплаву, а також для порівняння за такою ж технологією був виплавлений сплав-прототип.
Із отриманих зливків сплавів виготовляли зразки для випробувань механічних властивостей та жаростійкості. Склади сплавів, що досліджувались, та результати випробувань наведені в таблиці. Механічні характеристики сплавів в литому стані вказані при температурах 20 "с, 900 "С та 1200 "С (межу плинності - бо» та відносного зменшення зразків - є, при стиску), а жаростійкість - при 1000 "С.
Механічні випробування сплавів проводили на машині для механічних випробувань типу 1246, виробництва НІКІМП. Експериментальні дослідження інтервалів кристалізації сплавів були проведені методом диференційно-термічного аналізу на установці ВДТА-8М3.
Дослідження рівномірності хімічного складу сплаву по довжині зразків та по зерну проведене на установці "Сатерах-5Х-50".
Таблиця
Порівняльні характеристики запропонованого сплаву та відомого сплаву пня Механічні властивості при
Хімічний склад, мас. о. й (в литому стані) бог, МПа, є, У (при | Жаро- |Температур-| Мікро
Сплав (при "С тс стій- | ний. Інтер- | Структура
Ме пп 7200) 0/900/1000)) кість й вал. | сплаву . ! при Кристалізації,
Ті | Су АЇ о М Па МЬ 1000 "с Ат 10 год. та/сте
Рівномірна
Ме1 2,9,6,51,518,5 - | 0,2 0,3 (решта)! 380/1750/410) 8/21/65 | 0,55 | 100-1102С нн структура
Ме2 317,0 1,619,2 | - Ю,250,4 (рештад!420/1720/380| 10/25/60 | 0,51 | 110-120"С |тесаме
Мез П3,8|7,2 1,99,8 |- 0,3 0,5 (решта)! 400/1740/420| 6/19/55 | 0,5 |100-120"С |тесаме
Грубоден- дритна
Прото7,4 512,56,523,114 (решта)! 500/1610/2801 0,2/26/45 | 2,01 | 200-250 с | Структура тип сплаву (25-50
МКМ)
Як видно з таблиці, використання пропонованого сплаву забезпечує одержання значно більшої (х в 4 рази) жаростійкості при 1000 "С, ніж при застосуванні відомого сплаву. Сплав, який заявляється, визначається набагато вищим рівнем пластичності при температурі 20 "С та міцності при температурах 900 та 1200 "С в порівнянні з відомим сплавом.
Результати диференційно-термічного аналізу (ДТА) експериментальних сплавів дозволили встановити, що інтервал кристалізації сплаву - прототипу системи МБ-ТІ-АЇІ (МБ-16Ст-16А1І-16Т1- 16Мо-45і) ат. 95 складає - 250 С, що значно перевищує допустимі межі для технологічних ливарних сплавів. Підвищений інтервал кристалізації сплаву-прототипу теоретично обумовлений наявністю в сплавах кремнію (495 ат.), оскільки подвійні сплави кремнію з основними компонентами сплаву відрізняються широкими інтервалами кристалізації: Мр-5і (280 "С), Мо-51і (300 "С), Ті-5і (170 "С) та інші. Крім того, в системі існують легкоплавкі евтектики:
АІ-5і (577 7С), Ті-5і (135072), що свідчить про вірогідність широкого інтервалу початку та закінчення кристалізації сплаву і, відповідно, формуванню дендритної структури та до сегрегації окремих компонентів сплаву.
Інтервал кристалізації сплаву, що заявляється, значно менше і складає «1007, що знаходиться в межах допуску для ливарних сплавів. Тому морфологія вихідної литої структури заявлених експериментальних сплавів системи Мр-ТІ-АЇ, легованих Ст, Мо, МУ та І а відрізняється більшою рівномірністю, меншими розмірами дендритів та відсутністю суцільних виділень на межах зерен, що також посприяло підвищенню як характеристик жароміцності, пластичності, так і пластичності.
Порівняльний аналіз властивостей запропонованого сплаву з найближчим аналогом дозволяє зробити висновок, що запропонований сплав має більш високу жаростійкість, жароміцність та пластичність.
Використання запропонованого технічного рішення як конструкційного матеріалу для виготовлення жаростійких, жароміцних деталей, що працюють при температурах до 1200 С, є перспективним.
Зокрема, запропонований сплав може використовуватись в авіаційній промисловості для робочих лопаток газотурбінних двигунів (ГТД), що дозволить проводити розробки
Зо високоекономічних ГТД нового покоління.

Claims (1)

  1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Жароміцний сплав на основі ніобію, що містить хром, алюміній, титан, молібден, який відрізняється тим, що додатково містить ітрій та лантан і має наступний склад інгредієнтів,
    маб. о: титан 12,9-13,5 алюміній 1,5-1,9 хром 6,5-7,2 молібден 8,5-9,1 ітрій 0,2-0,3 лантан 0,3-0,5 ніобій решта.
UAA202006291A 2020-09-29 2020-09-29 Жароміцний сплав на основі ніобію UA126255C2 (uk)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA202006291A UA126255C2 (uk) 2020-09-29 2020-09-29 Жароміцний сплав на основі ніобію

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA202006291A UA126255C2 (uk) 2020-09-29 2020-09-29 Жароміцний сплав на основі ніобію

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA126255C2 true UA126255C2 (uk) 2022-09-07

Family

ID=89835668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA202006291A UA126255C2 (uk) 2020-09-29 2020-09-29 Жароміцний сплав на основі ніобію

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA126255C2 (uk)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5595616A (en) Method for enhancing the oxidation resistance of a molybdenum alloy, and a method of making a molybdenum alloy
KR102185626B1 (ko) 고 엔트로피 합금 복합재 및 이의 제조방법
Ma et al. Effects of Mo and Zr composite additions on the microstructure, mechanical properties and oxidation resistance of multi-elemental Nb-Si based ultrahigh temperature alloys
WO2022233283A1 (zh) 长时稳定性好的高温合金及其制备方法
RU2618038C2 (ru) Способ получения жаропрочного сплава на основе ниобия
JP6030250B1 (ja) ケイ化ニオブ基複合材とそれを用いた高温部品及び高温熱機関
WO2015079558A1 (ja) ケイ化ニオブ基複合材並びにこれを用いた高温部品及び高温熱機関
CN113652591B (zh) 兼具高比强度、高塑性和高韧性的富Ti高熵合金及其制备
UA126255C2 (uk) Жароміцний сплав на основі ніобію
JPH03226538A (ja) TiAl基耐熱合金及びその製造方法
EP3725901A1 (en) Cobalt-based alloy powder, cobalt-based alloy sintered body, and method for manufacturing cobalt-based alloy sintered body
CN114000086B (zh) 一种可用于1300℃以上的新型铂铱基超高温多元合金粘结层及其制备方法
JP6189855B2 (ja) ケイ化ニオブ基複合材並びにこれを用いたガスタービン用タービン動翼、ガスタービン用タービン静翼及び高温部品並びに当該高温部品を用いたガスタービン、ジェットエンジン及び高温熱機関
US20240110261A1 (en) TiAl ALLOY, TiAl ALLOY POWDER, TiAl ALLOY COMPONENT, AND PRODUCTION METHOD OF THE SAME
CN112281042B (zh) 一种Mo-Ti-Cr-C合金材料及其制备方法
JPH1161303A (ja) 酸化物分散強化型合金、その合金の製造方法およびその合金を用いた高温耐熱部品
JP5279187B2 (ja) 発電ガスタービン用軽量耐熱材料
JP4276853B2 (ja) ニオブ基複合材料
KR20240071457A (ko) 고온특성이 우수한 탄화물 강화형 나이오븀계 합금, 나이오븀계 합금 분말, 이를 이용한 부품
JP2001271165A (ja) Ti−Al系合金の耐高温酸化性の表面改質方法
CN115094286A (zh) 一种稀土微合金化的Mo-Ti-Si-B-Y超高温材料及其制备方法
CN116790936A (zh) 一种复合共格析出强化Cu-Ni-Co-Al-Ti-Nb-V-Si耐高温合金及其制备方法
CN116145012A (zh) 一种具有高温抗氧化性能的高熵合金及其制备方法
CN116590572A (zh) 一种抗氧化高温钛合金及其制备方法
JP2022045612A (ja) チタン合金、その製造方法およびそれを用いたエンジン部品