WO2008108686A1 - Composition of a heat-resisting nickel-based alloy used for single crystal casting - Google Patents
Composition of a heat-resisting nickel-based alloy used for single crystal casting Download PDFInfo
- Publication number
- WO2008108686A1 WO2008108686A1 PCT/RU2008/000127 RU2008000127W WO2008108686A1 WO 2008108686 A1 WO2008108686 A1 WO 2008108686A1 RU 2008000127 W RU2008000127 W RU 2008000127W WO 2008108686 A1 WO2008108686 A1 WO 2008108686A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- alloy
- rhenium
- tantalum
- tungsten
- heat
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
- C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
Definitions
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Known alloy CMSX-IO used to produce castings of blades with a single crystal structure of the following chemical composition (wt.%): Carbon - up to 0.04, chromium - 1.8-2.5, cobalt - 1.5.2.5, titanium - 0 , 1-0.5, aluminum - 5.5-6.1, molybdenum - 0.25-0.6, tungsten - 3.5-6.0, tantalum - 8.0-9.0, rhenium - 6 , 2-6.8, niobium - 0.01-0.1, hafnium - up to 0.04, boron - up to 0.01, yttrium - up to 0.01, cerium - up to 0.01, lanthanum - up to 0, 01, manganese - up to 0.04, silicon - up to 0.05, zirconium - up to 0.01, sulfur - up to 0.001, vanadium - up to 0.01 nickel - the rest up to
- the technical result to which the claimed invention is directed according to the first embodiment is the development of an alloy with a higher level of heat resistance and a lower tendency to form topologically tightly packed (TPU) phases, especially during long-term operation, i.e. increasing the long-term strength properties of the alloy.
- TPU topologically tightly packed
- the composition of the heat-resistant nickel alloy containing nickel, chromium, cobalt, tungsten, aluminum, tantalum, rhenium, molybdenum, yttrium, lanthanum and cerium additionally contains titanium and niobium in the following ratio of components (wt.%): Chromium - 1.0-4.0, aluminum 4.5-7.0, titanium ⁇ 2.0, molybdenum ⁇ 4.0, tungsten - 8.0-14.0, tantalum - 5.0-10.0, rhenium - 4.0-7.0,
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) cobalt - 2.0-5.0, niobium ⁇ 2.0, yttrium - 0.003-0.1, lanthanum - 0.001-0.1, cerium - 0.003-0.1 carbon ⁇ 0.1 nickel - the rest is up to 100% .
- tantalum is also characterized by high cohesive strength, which is also characteristic of the alloy, claimed in a given ratio of components. Tantalum is distributed between the ⁇ matrix and the strengthening ⁇ 'phase, stabilizing and strengthening both main phases of the heat-resistant alloy.
- content of tantalum is more than 10.0 wt.%, The probability of its precipitation from the solid solution in the form of Ni-Ta intermetallic compounds increases, and when the content is less than May 5.0. % its effect on properties is practically absent.
- the introduction of the claimed composition of a heat-resistant alloy of the specified amount of chromium is due to the need to increase its heat resistance.
- the probability of the formation of a topologically close-packed (TPU) phase based on chromium increases, which embrittle the alloy, in addition, in alloys with a rather high rhenium content, the chromium content can be reduced to May 4.0. %, since rhenium refers to elements that increase the resistance of the alloy to gas corrosion.
- the system of microalloying additives namely the combined use of lanthanum, yttrium and cerium in the claimed amounts ensures the stabilization of structural defects in the single crystals of the inventive alloy, and together with other components of the alloy composition provides increased heat resistance compared to the prototype.
- a feature of the inventive alloy according to the second embodiment is the similarity of the effects of rhenium, tungsten, tantalum, cobalt and a system of microalloying additives (yttrium, lanthanum and cerium), but besides this, the properties of the inventive alloy according to the second embodiment are affected by the presence of titanium, molybdenum, niobium and possibly carbon.
- Carbon may be introduced into the alloy to form the second hardening phase of heat-resistant alloys — carbides.
- the total content in the inventive alloy of carbon and carbide-forming elements ensures the absence of embrittlement TPU phases.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
The invention relates to metallurgy and can be used for producing rotor and nozzle blade for gas-turbine engines operating at temperatures greater than 1000°C. In order to improve the heat resistance and long-term strength properties, in the first embodiment, the inventive alloy contains, in mass %: 1.0-4.0 chromium, 4.5-7.0 aluminium, 8.0-14.0 tungsten, 5.0-10.0 tantalum, 4.0-7.0 rhenium, 2.0-5.0 cobalt, 0.003-0.1 yttrium, 0.001-0.1 lanthanum, 0.003-0.1 cerium, the rest being nickel. In order to increase the heat resistance and to improve the casting properties of the alloy, the processing plasticity and corrosion resistance thereof, in the second embodiment, the inventive alloy contains, in mass %: 1.0-4.0 chromium, 4.5-7.0 aluminium, ≤ 2.0 titanium, ≤ 4.0 molybdenum, 8.0-14.0 tungsten, 5.0-10.0 tantalum, 4.0-7.0 rhenium, 2.0-5.0 cobalt, ≤ 2.0 niobium, 0.003-0.1 yttrium, 0.001-0.1 lanthanum, 0.003-0.1 cerium, ≤ 0.1 carbon, the rest being nickel.
Description
«Cocтaв жаропрочного никелевого сплава для монокристального литья «Cocoa of heat-resistant nickel alloy for single crystal casting
(варианты))).(options))).
Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к производству никелевых жаропрочных сплавов, используемых для изготовления методом монокристального литья деталей газотурбинных двигателей, например, турбинных лопаток длительно работающих при высоких температурах 1000°- 11000C.The invention relates to the metallurgy of alloys, and in particular to the production of heat-resistant nickel alloys used for the production of parts of gas turbine engines, for example, turbine blades, working for a long time at high temperatures of 1000 ° - 1100 0 C.
Известен жаропрочный сплав CMSX - 4, который применяется в качестве материала для монокристальных лопаток и представляет собой безуглеродистый монокристальный ренийсодержащий сплав (патент США JЧ« 4643782, МПК С 22 С 19/05, 1987.02.17.) - аналог.Known heat-resistant alloy CMSX - 4, which is used as a material for single-crystal vanes and is a carbon-free single-crystal rhenium-containing alloy (US patent JCH "4643782, IPC C 22 C 19/05, 1987.02.17.) - analogue.
Известный сплав имеет следующий химический состав (мac.%): кобальт - 9,3-10,0 хром - 6.4-6,8. молибден - 0,5-0,7, вольфрам - 6,2-6,6, тантал - 6,3-6,7, алюминий - 5,45-5,75, титан - 0,8-1,2, гафний - 0,02-0,12, рений - 2,8-3,2, никель - остальное до 100%.Known alloy has the following chemical composition (wt.%): Cobalt - 9.3-10.0 chromium - 6.4-6.8. molybdenum - 0.5-0.7, tungsten - 6.2-6.6, tantalum - 6.3-6.7, aluminum - 5.45-5.75, titanium - 0.8-1.2, hafnium - 0.02-0.12, rhenium - 2.8-3.2, nickel - the rest is up to 100%.
Известный сплав имеет невысокую жаропрочность (предел сточасовой прочности при температуре 10000C равен 26 кгс/мм2) и кроме того, у него проявляется фазовая нестабильность, связанная с выделением топологически плотноупакованных фаз (ТПУ) фаз.The known alloy has low heat resistance (the limit of hourly strength at a temperature of 1000 0 C is 26 kgf / mm 2 ) and in addition, it exhibits phase instability associated with the release of topologically close-packed phases (TPU) phases.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
Известен сплав CMSX-IO применяемый для получения отливок лопаток с монокристаллической структурой следующего химического состава (мac.%): углерод - до 0,04, хром - 1,8-2,5, кобальт - 1,5.2,5, титан - 0,1-0,5, алюминий - 5,5-6, 1 , молибден - 0,25-0,6, вольфрам - 3,5-6,0, тантал - 8,0-9,0, рений - 6,2-6,8, ниобий - 0,01-0,1, гафний - до 0,04, бор - до 0,01, иттрий - до 0,01 , церий - до 0,01, лантан - до 0,01 , марганец - до 0,04, кремний - до 0,05, цирконий - до 0,01 , сера - до 0,001, ванадий - до 0,01 никель - остальное до 100%, (патент США JY2 5 540790, МГЖ: С 22 С 19/05, 1996.07.30) - прототип.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Known alloy CMSX-IO used to produce castings of blades with a single crystal structure of the following chemical composition (wt.%): Carbon - up to 0.04, chromium - 1.8-2.5, cobalt - 1.5.2.5, titanium - 0 , 1-0.5, aluminum - 5.5-6.1, molybdenum - 0.25-0.6, tungsten - 3.5-6.0, tantalum - 8.0-9.0, rhenium - 6 , 2-6.8, niobium - 0.01-0.1, hafnium - up to 0.04, boron - up to 0.01, yttrium - up to 0.01, cerium - up to 0.01, lanthanum - up to 0, 01, manganese - up to 0.04, silicon - up to 0.05, zirconium - up to 0.01, sulfur - up to 0.001, vanadium - up to 0.01 nickel - the rest up to 100%, (US patent JY2 5 540790, MGZH: C 22 C 19/05, 1996.07.30) - prototype.
Предел длительной (сточасовой) прочности известного сплава при температуре 10000C составляет 29-30 кгс/мм2. При этом отмечается сравнительно высокая дисперсия долговечности образцов при ихThe long-term (hourly) strength of the known alloy at a temperature of 1000 0 C is 29-30 kgf / mm 2 . In this case, a relatively high dispersion of the durability of the samples during their
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
испытании на ползучесть, что свидетельствует о недостаточной сбалансированности химического состава сплава, принятого за прототип.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) creep test, indicating a lack of balance in the chemical composition of the alloy, taken as a prototype.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение по первому варианту является разработка сплава с более высоким уровнем жаропрочности и меньшей склонностью к образованию топологически плотноупакованных (ТПУ) фаз, особенно при длительной эксплуатации, т.е. повышение долговременных прочностных свойств сплава.The technical result to which the claimed invention is directed according to the first embodiment is the development of an alloy with a higher level of heat resistance and a lower tendency to form topologically tightly packed (TPU) phases, especially during long-term operation, i.e. increasing the long-term strength properties of the alloy.
Указанный технический результат достигается тем, что состав никелевого жаропрочного сплава содержит никель, хром, кобальт, вольфрам, рений, тантал, иттрий, лантан и церий при следующем соотношении компонентов (мac.%): хром - 1,0-4,0, алюминий - 4,5-7,0, вольфрам - 8,0-14,0, тантал - 5,0-10,0, рений - 4,0-7,0, кобальт - 2,0-5,0, иттрий - 0,003-0,1. лантан - 0,001-0,1, церий - 0,003-0,1 никель - остальное до 100%.The specified technical result is achieved in that the composition of the heat-resistant nickel alloy contains nickel, chromium, cobalt, tungsten, rhenium, tantalum, yttrium, lanthanum and cerium in the following ratio of components (wt.%): Chromium - 1.0-4.0, aluminum - 4.5-7.0, tungsten - 8.0-14.0, tantalum - 5.0-10.0, rhenium - 4.0-7.0, cobalt - 2.0-5.0, yttrium - 0.003-0.1. lanthanum - 0.001-0.1, cerium - 0.003-0.1 nickel - the rest is up to 100%.
Известен жаропрочный сплав ЖC-32 -ВИ химический состав которого включает (мac.%): хром 4,3-5,6, кобальт - 8,0-10,0, вольфрам - 7,7-9,5, алюминий - 5,6-6,3, рений - 3,5-4,5,The heat-resistant alloy ZhC-32-VI is known whose chemical composition includes (wt.%): Chromium 4.3-5.6, cobalt - 8.0-10.0, tungsten - 7.7-9.5, aluminum - 5 , 6-6.3, rhenium - 3.5-4.5,
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
тантал 3,5-4,5, ниобий 0 1,4-1,8, углерод - 0,12-0,18, молибден - 0,8-1,4, бор - 0,02, церий - 0,025, никель - остальное до 100%.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) tantalum 3.5-4.5, niobium 0 1.4-1.8, carbon - 0.12-0.18, molybdenum - 0.8-1.4, boron - 0.02, cerium - 0.025, nickel - the rest is up to 100%.
Недостатком известного сплава является низкий предел длительной прочности, а также возможность фазовых превращений с образованием ТПУ фаз (σ, μ) или карбидов МебС.A disadvantage of the known alloy is the low limit of long-term strength, as well as the possibility of phase transformations with the formation of TPU phases (σ, μ) or MebC carbides.
Известен сплав CMSX-10 применяемый для получения отливок лопаток с монокристаллической структурой следующего химического состава (мac.%): углерод - до 0,04, хром - 1,8-2,5, кобальт - 1,5.2,5, титан - 0,1-0,5, алюминий - 5,5-6,1, молибден - 0,25-0,6, вольфрам - 3,5-6,0, тантал - 8,0-9,0, рений - 6,2-6,8, ниобий - 0,01-0,1, гафний - до 0,04, бор - до 0,01, иттрий - до 0,01, церий - до 0,01, лантан - до 0,01, марганец - до 0,04,Known alloy CMSX-10 used to produce castings of blades with a single crystal structure of the following chemical composition (wt.%): Carbon - up to 0.04, chromium - 1.8-2.5, cobalt - 1.5.2.5, titanium - 0 , 1-0.5, aluminum - 5.5-6.1, molybdenum - 0.25-0.6, tungsten - 3.5-6.0, tantalum - 8.0-9.0, rhenium - 6 , 2-6.8, niobium - 0.01-0.1, hafnium - up to 0.04, boron - up to 0.01, yttrium - up to 0.01, cerium - up to 0.01, lanthanum - up to 0, 01, manganese - up to 0.04,
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
кремний - до 0,05, цирконий - до 0,01, сера - до 0,001, ванадий - до 0,01 никель - остальное до 100%, (патент США JY2 5 540790, МГЖ: С 22 СSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) silicon - up to 0.05, zirconium - up to 0.01, sulfur - up to 0.001, vanadium - up to 0.01 nickel - the rest up to 100%, (US patent JY2 5 540790, MGZH: C 22 C
19/05, 1996.07.30) - прототип.19/05, 1996.07.30) - prototype.
Предел длительной (сточасовой) прочности известного сплава при температуре 10000C составляет 29-30 кгс/мм2. При этом отмечается сравнительно высокая дисперсия долговечности образцов при их испытании на ползучесть, что свидетельствует о недостаточной сбалансированности химического состава сплава, принятого за прототип.The long-term (hourly) strength of the known alloy at a temperature of 1000 0 C is 29-30 kgf / mm 2 . At the same time, a relatively high dispersion of the durability of the samples during their creep test is noted, which indicates an insufficient balance of the chemical composition of the alloy adopted as a prototype.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение по второму варианту, является повышение жаропрочности никелевых сплавов для монокристального литья, например, лопаток газотурбинных двигателей, улучшение литейных свойств сплава, его технологической пластичности и повышение коррозионной стойкости заявляемого сплава.The technical result to which the claimed invention is directed according to the second embodiment is to increase the heat resistance of nickel alloys for single crystal casting, for example, gas turbine engine blades, improve the casting properties of the alloy, its technological plasticity and increase the corrosion resistance of the claimed alloy.
Указанный технический результат достигается тем, что состав жаропрочного никелевого сплава, содержащий никель, хром, кобальт, вольфрам, алюминий, тантал, рений, молибден, иттрий, лантан и церий дополнительно содержит титан и ниобий при следующем соотношении компонентов (мac.%): хром - 1,0-4,0, алюминий 4,5-7,0, титан < 2,0, молибден < 4,0, вольфрам - 8,0-14,0, тантал - 5,0-10,0, рений - 4,0-7,0,The specified technical result is achieved in that the composition of the heat-resistant nickel alloy containing nickel, chromium, cobalt, tungsten, aluminum, tantalum, rhenium, molybdenum, yttrium, lanthanum and cerium additionally contains titanium and niobium in the following ratio of components (wt.%): Chromium - 1.0-4.0, aluminum 4.5-7.0, titanium <2.0, molybdenum <4.0, tungsten - 8.0-14.0, tantalum - 5.0-10.0, rhenium - 4.0-7.0,
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
кобальт - 2,0-5,0, ниобий < 2,0, иттрий - 0,003-0,1, лантан - 0,001-0,1, церий - 0,003-0,1 углерод < 0,1 никель - остальное до 100%.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) cobalt - 2.0-5.0, niobium <2.0, yttrium - 0.003-0.1, lanthanum - 0.001-0.1, cerium - 0.003-0.1 carbon <0.1 nickel - the rest is up to 100% .
Развитие современных жаропрочных никелевых сплавов (ЖС) последних поколений связано главным образом с применением двух основных подходов в области материаловедения и технологии:The development of modern heat-resistant nickel alloys (ZhS) of the latest generations is mainly associated with the application of two main approaches in the field of materials science and technology:
- введением в систему легирования новых тугоплавких металлов, например, тантала и рения;- introduction of new refractory metals, for example, tantalum and rhenium, into the alloying system;
- использованием технологии направленной кристаллизации для получения монокристаллов.- using directional crystallization technology to produce single crystals.
Заявителем и авторами проведены теоретические и экспериментальные исследования, касающиеся влияния рения на структуру и свойства современных монокристальных жаропрочных сплавов, отличающихся высоким уровнем структурной стабильности. На основании полученных результатов был сделан вывод о том, что содержание рения должно быть ограничено сверху и это предельное содержание рения не должно превышать 7,0% от массового состава.The applicant and the authors conducted theoretical and experimental studies regarding the effect of rhenium on the structure and properties of modern single-crystal heat-resistant alloys, characterized by a high level of structural stability. Based on the results, it was concluded that the rhenium content should be limited from above and that the maximum rhenium content should not exceed 7.0% of the mass composition.
Указанное ограничение связано со следующими особенностями физико-химических свойств рения:The specified limitation is associated with the following features of the physicochemical properties of rhenium:
- рений в отличие от тантала, вольфрама и ряда других тугоплавких металлов, практически не растворяется в γ'-фазе, количество которой современных сплавах достигает 60-70oб.%. Это означает, что даже- rhenium, unlike tantalum, tungsten and a number of other refractory metals, practically does not dissolve in the γ'-phase, the amount of which in modern alloys reaches 60-70 vol.%. This means that even
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
- при полном отсутствии ликвации содержание рения в матрице более чем в вдвое превышает его номинальное значение в сплаве, что увеличивает склонность матрицы сплавов к выделению из неё рений содержащих фаз;SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) - in the complete absence of segregation, the rhenium content in the matrix is more than double its nominal value in the alloy, which increases the tendency of the alloy matrix to separate rhenium containing phases from it;
- рений не относится к числу сильных карбидообразующих элементов, но может активно стремиться к образованию промежуточных ТПУ фаз;- rhenium is not among the strong carbide-forming elements, but can actively seek the formation of intermediate TPU phases;
- рений является одним из наиболее сильно ликвирующих элементов жаропрочных сплавов. При этом выравнивание его концентрации происходит очень медленно;- Rhenium is one of the most highly liquified elements of heat-resistant alloys. Moreover, the alignment of its concentration occurs very slowly;
- в сплаве даже с небольшим количеством рения (в зависимости от наличия в составе и количества других компонентов сплава) возможно выделение из матрицы хрупких пластин σ-фазы.- in the alloy, even with a small amount of rhenium (depending on the presence in the composition and the amount of other components of the alloy), it is possible to isolate the brittle plates of the σ phase from the matrix.
В заявляемых сплавах по первому и второму вариантах количество рения и система легирования сбалансированы таким образом, чтобы минимизировать возможность образования ТПУ фаз и, следовательно, охрупчивания сплавов.In the inventive alloys according to the first and second embodiments, the amount of rhenium and the alloying system are balanced in such a way as to minimize the possibility of formation of TPU phases and, consequently, embrittlement of the alloys.
Особенностью заявляемого сплава по первому варианту (KC-3) является высокое содержание вольфрама в пределах от 8,0 до 14,0 мac.%. Верхний предел содержания вольфрама ограничивает область концентраций, при выходе за которую возрастает вероятность выделения вольфрама из твердого раствора в виде α-фазы , которая не является таким эффективным упрочнителем как γ'-фаза на основе NiЗАl, а при содержании вольфрама ниже 8,0 мac.% его стабилизирующее воздействие на структуру ослабляется.A feature of the inventive alloy according to the first embodiment (KC-3) is a high tungsten content in the range from 8.0 to 14.0 wt.%. The upper limit of the tungsten content limits the concentration range, beyond which increases the likelihood of tungsten precipitating from the solid solution in the form of the α phase, which is not such an effective hardener as the Ni'l phase based on NiZA, and when the tungsten content is below 8.0 wt. % its stabilizing effect on the structure is weakened.
Заявляемое количество тантала вводится в состав никелевого жаропрочного сплава на фоне высокого содержания вольфрама. Система легирования заявляемого сплава (KC-3) сбалансирована таким образом,The claimed amount of tantalum is introduced into the composition of the heat-resistant nickel alloy against the background of a high tungsten content. The alloy system of the inventive alloy (KC-3) is balanced in such a way
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
чтобы в сплаве не происходило выделения α-фазы несмотря на то, что тантал так же, как и вольфрам имеет ОЦК решетку.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) so that the α phase does not release in the alloy despite the fact that tantalum, like tungsten, has a bcc lattice.
Влияние тантала на свойства заявляемого сплава во многом сходно с влиянием вольфрама, тантал также характеризуется высокой когезивной прочностью, что характерно и для заявляемого, в заданном соотношении компонентов, сплава. Тантал распределяется между γ- матрицей и упрочняющей γ '-фазой, стабилизируя и упрочняя обе основные фазы жаропрочного сплава. При содержании тантала больше 10,0 мac.% возрастает вероятность его выпадения из твердого раствора в виде интерметаллидов Ni-Ta, а при содержании - меньше 5,0 мае. % его воздействие на свойства практически отсутствует.The effect of tantalum on the properties of the claimed alloy is largely similar to the effect of tungsten, tantalum is also characterized by high cohesive strength, which is also characteristic of the alloy, claimed in a given ratio of components. Tantalum is distributed between the γ matrix and the strengthening γ 'phase, stabilizing and strengthening both main phases of the heat-resistant alloy. When the content of tantalum is more than 10.0 wt.%, The probability of its precipitation from the solid solution in the form of Ni-Ta intermetallic compounds increases, and when the content is less than May 5.0. % its effect on properties is practically absent.
Введение в заявляемый состав жаропрочного сплава указанного количества хрома, обусловлено необходимостью повышения его жаростойкости. При увеличении содержания хрома выше 4,0 мac.% возрастает вероятность образования топологически-плотноупакованной (ТПУ) фазы на основе хрома, которая охрупчивает сплав, кроме того, в сплавах с довольно высоким содержанием рения содержание хрома может быть снижено до 4,0 мае. %, так как рений относится к элементам, повышающим сопротивление сплава газовой коррозии.The introduction of the claimed composition of a heat-resistant alloy of the specified amount of chromium is due to the need to increase its heat resistance. With an increase in chromium content above 4.0 wt.%, The probability of the formation of a topologically close-packed (TPU) phase based on chromium increases, which embrittle the alloy, in addition, in alloys with a rather high rhenium content, the chromium content can be reduced to May 4.0. %, since rhenium refers to elements that increase the resistance of the alloy to gas corrosion.
Легирование сплава кобальтом в заявляемых количествах обусловлено необходимостью улучшения технологических характеристик сплава - технологической пластичности и литейных свойств, а также стойкости к коррозиии.The alloying of the alloy with cobalt in the claimed amounts is due to the need to improve the technological characteristics of the alloy - technological plasticity and casting properties, as well as corrosion resistance.
Система микролегирующих добавок, а именно совместное использование лантана, иттрия и церия в заявляемых количествах обеспечивает стабилизацию структурных дефектов в монокристаллах заявляемого сплава, а совместно с остальными компонентами состава сплава обеспечивает повышение жаропрочности по сравнению с прототипом.The system of microalloying additives, namely the combined use of lanthanum, yttrium and cerium in the claimed amounts ensures the stabilization of structural defects in the single crystals of the inventive alloy, and together with other components of the alloy composition provides increased heat resistance compared to the prototype.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
Особенностью заявляемого сплава по второму варианту является аналогичность влияния рения, вольфрама, тантала, кобальта и системы микролегирующих добавок (иттрий, лантан и церий), но кроме этого на свойства заявляемого сплава по второму варианту влияет наличие в его составе титана, молибдена, ниобия и возможно углерода.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) A feature of the inventive alloy according to the second embodiment is the similarity of the effects of rhenium, tungsten, tantalum, cobalt and a system of microalloying additives (yttrium, lanthanum and cerium), but besides this, the properties of the inventive alloy according to the second embodiment are affected by the presence of titanium, molybdenum, niobium and possibly carbon.
Титан - это один из основных γ' образующих элементов, количество которого с одной стороны обеспечивает образование необходимого содержания упрочняющей γ' - фазы, а с другой стороны, ограничивает объем избыточной эвтектики (γ'+γ).Titanium is one of the main γ 'forming elements, the amount of which on the one hand ensures the formation of the necessary content of the strengthening γ' phase, and on the other hand, limits the volume of excess eutectic (γ '+ γ).
Ниобий и молибден - обеспечивают повышение долговечности материала в области температур ~ 10000C. Молибден является упрочнителем твердого раствора, однако наиболее существенно его вклад проявляется в изменении параметра γ-твердого раствора и, как следствие, морфологии упрочняющей вторичной γ'- фазы, делая её кубической и тем самым, обеспечивая высокое сопротивление ползучести жаропрочных сплавов.Niobium and molybdenum - provide an increase in the durability of the material in the temperature range of ~ 1000 0 C. Molybdenum is a hardener of a solid solution, however, its contribution is most significant in changing the parameter of the γ-solid solution and, as a consequence, the morphology of the hardening secondary γ'-phase, making it cubic and thereby providing high creep resistance of heat-resistant alloys.
В состав сплава может вводиться углерод для образования второй упрочняющей фазы жаропрочных сплавов - карбидов. Суммарное содержание в заявляемом сплаве углерода и карбидообразующих элементов обеспечивает отсутствие охрупчивающих ТПУ фаз.Carbon may be introduced into the alloy to form the second hardening phase of heat-resistant alloys — carbides. The total content in the inventive alloy of carbon and carbide-forming elements ensures the absence of embrittlement TPU phases.
Заявляемый состав жаропрочного никелевого сплава по второму варианту в количественном и качественном составе обеспечивает наряду с повышением жаропрочности, улучшением литейных свойств сплава и его технологической пластичности, повышение коррозионной стойкости. Примеры конкретного выполнения.The inventive composition of heat-resistant nickel alloy according to the second variant in quantitative and qualitative composition provides, along with increased heat resistance, improved casting properties of the alloy and its technological ductility, increased corrosion resistance. Examples of specific performance.
Для апробации результатов были отлиты сплавы по первому и второму вариантам. Отливка сплавов осуществлялась в вакуумно- индукционной печи «Kpиcтaлл» емкостью 5-10 кг. Порядок введения компонентов заявляемых составов сплавов является стандартным:To test the results, alloys were cast according to the first and second variants. Alloy casting was carried out in a Kristall vacuum induction furnace with a capacity of 5-10 kg. The order of introduction of the components of the claimed alloy compositions is standard:
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
никель, хром, кобальт, вольфрам, молибден, тантал, углерод, плавление, раскисление углеродом, последующее введение титана, алюминия и микролегирующих добавок (элементы с высокой активностью к кислороду) и разливка.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) nickel, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, tantalum, carbon, melting, carbon deoxidation, the subsequent introduction of titanium, aluminum and microalloying additives (elements with high activity to oxygen) and casting.
Для апробации сплава по первому варианту были выплавлены два состава сплава (один заявляемый и один сплав прототип -CMSX-IO), содержащие компоненты (в мac.%) приведенные в Таблице 1.To test the alloy according to the first embodiment, two alloy compositions were melted (one of the claimed and one prototype alloy -CMSX-IO) containing the components (in wt.%) Shown in Table 1.
Монокристальная структура, ориентация оси роста [100].Monocrystal structure, orientation of the growth axis [100].
Таблица 1.Table 1.
После чего литые образцы подвергались высокотемпературному газостатическому уплотнению (заявляемый сплав), термической обработке и испытывались. Результаты испытаний: Сплав CMSX-10 (прототип): T=1000°C, σlOO= 290 MTIa., Заявляемый сплав. T=1000°C, σlOO= ЗЗОМПа,After that, the cast samples were subjected to high-temperature gas-static sealing (the inventive alloy), heat treatment and were tested. Test results: CMSX-10 alloy (prototype): T = 1000 ° C, σlOO = 290 MTIa., The inventive alloy. T = 1000 ° C, σlOO = ZZOMPa,
Для апробации сплава по второму варианту были выплавлены два состава сплава (один заявляемый и один сплав прототип - CMSX-10), содержащие компоненты (в мac.%) приведенные в Таблице 2.To test the alloy according to the second embodiment, two alloy compositions were smelted (one claimed and one prototype alloy - CMSX-10) containing the components (in wt.%) Shown in Table 2.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
После чего литые образцы без последующей механической обработки испытывались. Результаты испытаний: Сплав CMSX-10 (прототип): T=1000°C, σlOO= ЗООМПа, Заявляемый сплав.After that, cast samples without subsequent mechanical processing were tested. Test results: CMSX-10 alloy (prototype): T = 1000 ° C, σlOO = ZOOMPa, The inventive alloy.
При температуре T=1000°C и σ=300MПa долговечность τ=174,2 час. При температуре T=1000°C и σ=250MПa долговечность τ=648 час. При температуре T=800°C и σ=750MПa долговечность τ=бoлee 680 час.At a temperature of T = 1000 ° C and σ = 300 MPa, the durability is τ = 174.2 hours. At a temperature of T = 1000 ° C and σ = 250 MPa, the durability is τ = 648 hours. At a temperature of T = 800 ° C and σ = 750 MPa, the durability is τ = more than 680 hours.
Введение дополнительных легирующих элементов в заявляемый сплав по второму варианту приводит к улучшению литейной дендритной структуры - количество литейных микропор уменьшается на 20-30%, что может оказать положительное влияние на характеристики усталости сплава и долговечность на больших ресурсах.The introduction of additional alloying elements in the inventive alloy according to the second embodiment leads to an improvement in the foundry dendritic structure - the number of foundry micropores is reduced by 20-30%, which can have a positive effect on the fatigue characteristics of the alloy and durability over long resources.
Приведенные результаты испытаний показывают, что по сравнению с прототипом заявляемые сплавы по первому и второму вариантам обеспечивают достижение технического результата.The test results show that, compared with the prototype of the inventive alloys according to the first and second options ensure the achievement of a technical result.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
Claims
1. Состав жаропрочного никелевого сплава для монокристаллического литья содержащий никель, хром, кобальт, вольфрам, алюминий, рений, тантал, иттрий, лантан и церий отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении (мac.%): хром - 1,0-4,0 алюминий 4,5-7,0 вольфрам - 8,0-14,0 тантал - 5,0-10,0 рений - 4,0-7,0 кобальт 2,0-5,0 иттрий - 0,003-0,1 лантан - 0,001-0,1 церий - 0,003-0,1 никель - остальное до 100%.1. The composition of the heat-resistant nickel alloy for single-crystal casting containing nickel, chromium, cobalt, tungsten, aluminum, rhenium, tantalum, yttrium, lanthanum and cerium characterized in that it contains components in the following ratio (wt.%): Chromium - 1.0 -4.0 aluminum 4.5-7.0 tungsten - 8.0-14.0 tantalum - 5.0-10.0 rhenium - 4.0-7.0 cobalt 2.0-5.0 yttrium - 0.003 -0.1 lanthanum - 0.001-0.1 cerium - 0.003-0.1 nickel - the rest is up to 100%.
2. Состав жаропрочного никелевого сплава для монокристаллического литья содержащий никель, хром, кобальт, вольфрам, алюминий, тантал, рений, молибден, иттрий, лантан и церий отличающийся тем, что он дополнительно содержит титан и ниобий при следующем соотношении компонентов (мac.%): хром - 1,0-4,0 алюминий 4,5-7,0 титан < 2,0 молибден < 4,0 вольфрам - 8,0-14,02. The composition of the heat-resistant nickel alloy for single crystal casting containing nickel, chromium, cobalt, tungsten, aluminum, tantalum, rhenium, molybdenum, yttrium, lanthanum and cerium characterized in that it additionally contains titanium and niobium in the following ratio of components (wt.%) : chromium - 1.0-4.0 aluminum 4.5-7.0 titanium <2.0 molybdenum <4.0 tungsten - 8.0-14.0
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) тантал- 5,0-10,0 рений 4,0-7,0 кобальт 2,0-5,0 ниобий < 2,0 иттрий -0,003-0,1 лантан -0,001-0,1 церий -0,003-0,1 углерод < 0,1 никель - остальное до 100%.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) tantalum - 5.0-10.0 rhenium 4.0-7.0 cobalt 2.0-5.0 niobium <2.0 yttrium -0.003-0.1 lanthanum -0.001-0.1 cerium -0.003-0, 1 carbon <0.1 nickel - the rest is up to 100%.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007108479/02A RU2353691C2 (en) | 2007-03-07 | 2007-03-07 | Composition of heat-resistant nickel alloy (versions) |
| RU2007108479 | 2007-03-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2008108686A1 true WO2008108686A1 (en) | 2008-09-12 |
Family
ID=39738476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2008/000127 WO2008108686A1 (en) | 2007-03-07 | 2008-03-06 | Composition of a heat-resisting nickel-based alloy used for single crystal casting |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2353691C2 (en) |
| WO (1) | WO2008108686A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115803467A (en) * | 2020-06-09 | 2023-03-14 | 联合发动机制造集团股份公司 | Heat-resistant nickel-based alloy and article thereof |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2516215C1 (en) * | 2012-12-27 | 2014-05-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | ALLOY BASED ON INTERMETALLIDE Ni3Al WITH SINGLE-CRYSTAL STRUCTURE AND PRODUCT MADE FROM IT |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1827121A3 (en) * | 1991-06-28 | 1995-07-09 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Nickel-base monocrystalline alloy |
| US6007645A (en) * | 1996-12-11 | 1999-12-28 | United Technologies Corporation | Advanced high strength, highly oxidation resistant single crystal superalloy compositions having low chromium content |
-
2007
- 2007-03-07 RU RU2007108479/02A patent/RU2353691C2/en not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-03-06 WO PCT/RU2008/000127 patent/WO2008108686A1/en active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1827121A3 (en) * | 1991-06-28 | 1995-07-09 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Nickel-base monocrystalline alloy |
| US6007645A (en) * | 1996-12-11 | 1999-12-28 | United Technologies Corporation | Advanced high strength, highly oxidation resistant single crystal superalloy compositions having low chromium content |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115803467A (en) * | 2020-06-09 | 2023-03-14 | 联合发动机制造集团股份公司 | Heat-resistant nickel-based alloy and article thereof |
| CN115803467B (en) * | 2020-06-09 | 2024-05-10 | 联合发动机制造集团股份公司 | Heat resistant nickel base alloys and articles therefrom |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007108479A (en) | 2008-09-20 |
| RU2353691C2 (en) | 2009-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9945019B2 (en) | Nickel-based heat-resistant superalloy | |
| CN110317990B (en) | Ni-Co-Al-Cr-Fe monocrystal high-entropy high-temperature alloy and preparation method thereof | |
| JP2881626B2 (en) | Single crystal nickel-based superalloy | |
| JP5278936B2 (en) | Heat resistant superalloy | |
| JP5696995B2 (en) | Heat resistant superalloy | |
| JP4036091B2 (en) | Nickel-base heat-resistant alloy and gas turbine blade | |
| JP2007162041A (en) | Ni-BASE SUPERALLOY WITH HIGH STRENGTH AND HIGH DUCTILITY, MEMBER USING THE SAME, AND MANUFACTURING METHOD OF THE MEMBER | |
| JP2012107328A (en) | Polycrystal nickel-based heat-resistant superalloy excellent in mechanical property at high temperature | |
| JP4805803B2 (en) | Ni-based alloy and turbine rotor | |
| JP5595495B2 (en) | Nickel-base superalloy | |
| JP2004256840A (en) | COMPOSITE REINFORCED TYPE Ni BASED SUPERALLOY, AND PRODUCTION METHOD THEREFOR | |
| RU2353691C2 (en) | Composition of heat-resistant nickel alloy (versions) | |
| JP4635065B2 (en) | Ni-based alloy for steam turbine turbine rotor and steam turbine turbine rotor | |
| CN114231767B (en) | Method for controlling sigma phase precipitation of hot corrosion resistant nickel-based superalloy | |
| JPH1121645A (en) | Ni-base superalloy having heat resistance, production of ni-base superalloy having heat resistance, and ni-base superalloy parts having heat resistance | |
| JPWO2019193630A1 (en) | Ni-based superalloy castings and Ni-based superalloy products using them | |
| EP2415888A2 (en) | Improved low sulfur nickel-base single crystal superalloy with ppm additions of lanthanum and yttrium | |
| US4976791A (en) | Heat resistant single crystal nickel-base super alloy | |
| JP2011219853A (en) | Single crystal nickel-base superalloy excellent in creep characteristic | |
| RU2626118C2 (en) | Casting heat resistant nickel-based alloy | |
| EP0045563B1 (en) | Nickel-base alloy for single crystal casting | |
| RU2348725C2 (en) | Content of heat-resistant nickel alloy for single-crystal casting (versions) | |
| RU2794497C1 (en) | Heat-resistant nickel-based alloy and a product made from it | |
| RU2768947C1 (en) | Heat-resistant nickel alloy for casting parts with monocrystalline structure | |
| WO2008108688A1 (en) | Composition of a heat-resisting nickel-based alloy used for single crystal casting (variants) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 08741803 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 08741803 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |