WO2021246908A1 - Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него - Google Patents

Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него Download PDF

Info

Publication number
WO2021246908A1
WO2021246908A1 PCT/RU2021/000237 RU2021000237W WO2021246908A1 WO 2021246908 A1 WO2021246908 A1 WO 2021246908A1 RU 2021000237 W RU2021000237 W RU 2021000237W WO 2021246908 A1 WO2021246908 A1 WO 2021246908A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nickel
alloy
proposed
based heat
molybdenum
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/000237
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Евгений Николаевич КАБЛОВ
Борис Самуилович ЛОМБЕРГ
Максим Вадимович АХМЕДЗЯНОВ
Михаил Михайлович БАКРАДЗЕ
Иван Сергеевич МАЗАЛОВ
Елена Борисовна ЧАБИНА
Ольга Игоревна РАСТОРГУЕВА
Александр Викторович СКУГОРЕВ
Original Assignee
Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК")
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 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") filed Critical Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК")
Priority to CN202180047552.6A priority Critical patent/CN115768911A/zh
Publication of WO2021246908A1 publication Critical patent/WO2021246908A1/ru

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
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%

Definitions

  • the invention relates to the field of metallurgy, namely to high-temperature deformable nickel-based alloys, and can be used for the manufacture of parts for gas turbine engines (GGD) operating up to a temperature of 800 ° C.
  • GMD gas turbine engines
  • the main requirements for this class of materials are: high characteristics of short-term and long-term strength, operating temperature and manufacturability.
  • the closest analogue is a heat-resistant wrought alloy based on nickel EP220 (GOST 23705-79), intended for the manufacture of GTE and GTU blades by stamping and having the following composition, wt. %:
  • This alloy has insufficiently high mechanical properties for its use in promising gas turbine engines, namely: short-term strength and elongation at the level of 1150 MPa and 15%, respectively, at normal temperature, 940 MPa and 14% at 800 ° C, long-term strength at 800 ° C is 470 MPa.
  • the technical objective of the present invention is to obtain a heat-resistant wrought alloy based on nickel with higher mechanical properties.
  • the technical result of the proposed invention is to increase the short-term and long-term strength and ductility of the alloy at temperatures up to 800 ° C.
  • the basis of the proposed alloy is a g'-phase based on a compound (Ni, Co, Cr) 3 (Al, Ti, Ta, W) of various morphologies and a g-solid solution based on nickel and cobalt, and carbides of the MeC type are also present in the alloy.
  • Cobalt content in the amount of 12-16 wt. % ensures the plasticity of the alloy, which makes it possible to obtain blanks from it by the deformation method.
  • the proportion of the carbide phase increases, which provides additional hardening of the alloy.
  • Tantalum is mainly a part of the g'-phase and carbide phase and increases their stability at high temperatures, while tungsten and molybdenum are predominantly distributed in the g-solid solution and increase its strength.
  • Magnesium, boron, lanthanum, cerium and / or neodymium are added during the smelting process to purify the melt from oxides and reduce the amount of harmful impurities, which has a positive effect on the mechanical properties (short-term and long-term strength, plasticity over the entire operating temperature range).
  • the melting of the initial electrodes was carried out in a vacuum induction furnace, followed by vacuum arc remelting to obtain ingots from the proposed alloy of various compositions and the prototype alloy.
  • the resulting rods were cut into blanks, which were subjected to heat treatment. After that, cylindrical samples were made from them to determine the mechanical properties: short-term strength yield point relative elongation a 20 and narrowing y 20 prp 20 ° C, short-term strength ⁇ 00 , relative elongation s 800 and narrowing ⁇ 800 , long-term strength based on 100 hours eg 8 d0 ° at 800 ° C. Mechanical properties were determined using tensile and universal testing machines.
  • the proposed alloy is superior to the prototype alloy in terms of the short-term and long-term strength and ductility of the alloy (elongation and contraction) at temperatures up to 800 ° C.
  • the use of the proposed heat-resistant wrought alloy based on nickel makes it possible to create a gas turbine engine with increased tactical and technical parameters, increases the reliability of products and increases their service life.

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)
  • Forging (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии. Предложен жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий, масс. %: 12,0-16,0 кобальта, 9,0-12,0 хрома, 4,0-6,0 вольфрама, 4,0-6,0 молибдена, 4,0-5,5 алюминия, 2,0-3,5 титана, 0,5-2,5 тантала, 0,08-0,13 углерода, 0,003-0,05 магния, 0,002-0,05 лантана, 0,003-0,03 бора, 0,005-0,02 церия и/или неодима (каждого), никель - основа. Также предложено изделие из вышеуказанного жаропрочного сплава на основе никеля. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение кратковременной и длительной прочности и пластичности сплава при температурах до 800°С.

Description

ЖАРОПРОЧНЫЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным деформируемым сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления деталей газотурбинных двигателей (ГГД), работающих дотемпературы 800 °С.
Основными требованиями, предъявляемыми к этому классу материалов, являются: высокие характеристики кратковременной и длительной прочности, рабочая температура и технологичность.
Из уровня техники известен жаропрочный сплав марки ЭП718(ГОСТ 5632-2014), применяемый для изготовления лопаток компрессора, на никелевой основе следующего химического состава, масс. %:
Углерод не более 0,1
Хром 14,0-16,0
Молибден 4, 0-5, 2
Ниобий 0,8- 1,5
Вольфрам 2, 5 -3,5
Алюминий 0,9 - 1,4
Титан 1,9- 2,4
Церий не более 0,1
Бор не более 0,008
Цирконий не более 0,02
Никель 43,0-47,0 железо и примеси - остальное.
Недостатками этого сплава являются ограничение рабочей температуры (до 650 °С) и при этом невысокая длительная прочность при температуре 800 °С (245 МПа). Известен жаропрочный cnnaB(RU2074899, МПК С22С 30/00, С22С 19/03, опубл. 10.03.1997), применяемый для изготовления лопаток компрессора, на железоникелевой основе следующего химического состава, масс. %:
5 Углерод 0,01 -0,06 Хром 15,5-18,5 Молибден 2,8-3 ,5 Ниобий 5,1 -5,9 Алюминий 0,3 - 0,7
10 Ванадий 0,2 - 0,7 Титан 0,6- 1,1 Бор 0,004-0,01 Никель 51,5-56,5 Иттрий 0,02 - 0,6
15 железо - остальное.
Недостатками этого сплава являются ограничение рабочей температуры (до 650 °С) и при этом невысокая длительная прочность при температуре 650 °С (710 МПа).
20 Наиболее близким аналогом является жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля ЭП220(ГОСТ 23705-79), предназначенный для изготовления лопаток ГТД и ГТУ методом штамповки и имеющий следующий состав, масс. %:
Углерод не более 0,08
25 Хром 9,0-12,0 Молибден 5, 0-8, 0 кобальт 14,0-16,0 вольфрам 5, 0-7, 0 Алюминий 3,9 -4,8
ВО Ванадий 0,2-0, 8 Титан 2, 2-2, 9
Бор не более 0,02 никель и примеси - остальное.
Данный сплав имеет недостаточно высокие механические свойства для его применения в перспективных ГТД, а именно: кратковременную прочность и удлинение на уровне 1150 МПа и 15 % соответственно при нормальной температуре, 940 МПа и 14 % при 800°С, длительнаяпрочность при 800°С составляет 470 МПа.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении предлагаемого изобретения и не может быть реализовано при использовании прототипа, являются низкие механические свойства сплава.
Технической задачей предлагаемого изобретения является получение жаропрочного деформируемого сплава на основе никеля с более высокими механическими свойствами.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение кратковременной и длительной прочности и пластичности сплава при температурах до 800°С.
Для достижения поставленного технического результата предложен жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий, масс. %:
Кобальт 12,0 - 16,0 Хром 9,0 - 12,0 Вольфрам 4,0 - 6,0 Молибден 4,0 - 6,0 Алюминий 4,0 - 5,5 Титан 2,0 - 3,5 Тантал 0,5 - 2,5 Углерод 0,08 - 0,13 Магний 0,003 - 0,05 Лантан 0,002 - 0,05 Бор 0,003 - 0,03 церий и/или неодим 0,005 - 0,02 каждого никель - остальное.
Также предлагается изделие из вышеуказанного жаропрочного сплава на основе никеля.
Основу предложенного сплава составляет g'-фаза на основе соединения (Ni,Co,Cr)3(Al,Ti,Ta,W) различной морфологии и g-твердый раствор на основе никеля и кобальта, также в сплаве присутствуют карбиды типа МеС. Содержание кобальта в количестве 12-16 масс. % обеспечивает пластичность сплава, что позволяет получать из него заготовки методом деформации. За счет повышения содержания углерода в металле увеличивается доля карбидной фазы, которая обеспечивает дополнительное упрочнение сплава.
Легирование сплава танталом в заданном количестве, наряду с соблюдением заданного содержания вольфрама и молибдена, повышает стабильность и механические свойства сплава при высоких температурах.
Тантал в основном входит в составы g'-фазы и карбидной фазы и увеличивает их стабильность при высоких температурах, а вольфрам и молибден преимущественно распределяются в g-твёрдом растворе и повышают его прочность.
Магний, бор, лантан, церий и/или неодим добавляют в процессе выплавки для очищения расплава от оксидов и снижения количества вредных примесей, что положительно влияет на механические свойства (кратковременную и длительную прочность, пластичность во всем диапазоне рабочих температур).
Комплексное микролегирование лантаном и неодимом способствует удалению вредных примесей с границ зерен и других внутренних поверхностей раздела в материале, а также способствует реализации механизма упрочнения - формированию по границам зерен и фаз выделений интерметаллидной фазы NixP3My глобулярной морфологии. В отличие от прототипа, в качестве легирующего элемента в предлагаемый сплав не добавляют ванадий, поскольку он ухудшает окалиностойкость сплава при температурах, близких к 800 °С.
При заявленном содержании и соотношении компонентов в предлагаемом сплаве на основе никеля достигается наибольший эффект повышения кратковременной и длительной прочности сплава во всем диапазоне рабочих температур.
Пример осуществления.
Была проведена выплавка исходных электродов в вакуумноиндукционной печи с последующим вакуумно-дуговым переплавом для получения слитков из предлагаемого сплава различных составов и сплава -прототипа.
Химические составы приведены в таблице N° 1.
Изготовление прутков из слитков предлагаемого сплава различных составов и сплава-прототипа проходило в два этапа: ковка слитка на прессе 1600 тс и экструзия заготовки на пруток на прессе «Блисс».
Полученные прутки разрезали на заготовки, которые подвергали термической обработке. После этого из них были изготовлены цилиндрические образцы для определения механических свойств: кратковременной прочности
Figure imgf000006_0001
предела текучести
Figure imgf000006_0002
относительного удлинения а20и сужения y20prp 20 °С, кратковременной прочности^00, относительного удлинения s800 и сужения ф800, длительной прочности на базе 100 часов ег8 д0° при 800 °С. Механические свойства определяли на разрывных и универсальных испытательных машинах.
Результаты испытаний приведены в таблице N° 2.
Как видно из данных таблицы J b 2, предлагаемый сплав превосходит сплав-прототип по значениям кратковременной и длительной прочности и пластичности сплава (относительное удлинение и сужение) при температурах до 800° С. Использование предлагаемого жаропрочного деформируемого сплава на основе никеля дает возможность создать ГТД с повышенными тактико- техническими параметрами, повышает надежность изделий и увеличивает ресурс их работы.
Таблица 1. Составы предлагаемого сплава и сплава прототипа
Figure imgf000008_0001
Таблица 2. Механические свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа
Figure imgf000008_0002

Claims

Формула изобретения
1. Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля, содержащий кобальт, хром, вольфрам, молибден, алюминий, титан, углерод, бор, никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тантал, магний, лантан, церий и/или неодим, при следующем соотношении компонентов, масс. %:
Кобальт 12,0 - 16,0 Хром 9,0 - 12,0 Вольфрам 4,0 - 6,0 Молибден 4,0 - 6,0 Алюминий 4,0 - 5,5 Титан 2,0 - 3,5 Тантал 0,5 - 2,5 Углерод 0,08 - 0,13 Магний 0,003 - 0,05 Лантан 0,002 - 0,05 Бор 0,003 - 0,03 церий и/или неодим 0,005 - 0,02 каждого никель - остальное.
2. Изделие из жаропрочного сплава на основе никеля, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава по п. 1.
PCT/RU2021/000237 2020-06-03 2021-06-02 Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него WO2021246908A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180047552.6A CN115768911A (zh) 2020-06-03 2021-06-02 耐热锻造镍基合金及其制品

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020118382 2020-06-03
RU2020118382A RU2737835C1 (ru) 2020-06-03 2020-06-03 Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021246908A1 true WO2021246908A1 (ru) 2021-12-09

Family

ID=73792519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/000237 WO2021246908A1 (ru) 2020-06-03 2021-06-02 Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN115768911A (ru)
RU (1) RU2737835C1 (ru)
WO (1) WO2021246908A1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3228095A (en) * 1960-04-13 1966-01-11 Rolls Royce Method of making turbine blades
JPH10195564A (ja) * 1996-12-17 1998-07-28 United Technol Corp <Utc> 切削仕上げ面を有する高強度ニッケル超合金品
RU2365657C1 (ru) * 2008-02-21 2009-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава
RU2571674C1 (ru) * 2014-10-07 2015-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава
JP6150192B2 (ja) * 2015-03-30 2017-06-21 日立金属株式会社 Ｎｉ基超耐熱合金の製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1087051A (en) * 1963-04-26 1967-10-11 Int Nickel Ltd Nickel-chromium alloys
FR1451347A (fr) * 1964-07-10 1966-01-07 Alliages devant servir à hautes températures
KR100862346B1 (ko) * 2000-02-29 2008-10-13 제너럴 일렉트릭 캄파니 니켈계 초합금 및 그로부터 제조된 터빈 구성요소
JP2007105735A (ja) * 2005-10-11 2007-04-26 Hitachi Ltd 摩擦圧接方法
US8992700B2 (en) * 2009-05-29 2015-03-31 General Electric Company Nickel-base superalloys and components formed thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3228095A (en) * 1960-04-13 1966-01-11 Rolls Royce Method of making turbine blades
JPH10195564A (ja) * 1996-12-17 1998-07-28 United Technol Corp <Utc> 切削仕上げ面を有する高強度ニッケル超合金品
RU2365657C1 (ru) * 2008-02-21 2009-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава
RU2571674C1 (ru) * 2014-10-07 2015-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава
JP6150192B2 (ja) * 2015-03-30 2017-06-21 日立金属株式会社 Ｎｉ基超耐熱合金の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115768911A (zh) 2023-03-07
RU2737835C1 (ru) 2020-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9945019B2 (en) Nickel-based heat-resistant superalloy
CA2841329C (en) Hot-forgeable ni-based superalloy excellent in high temperature strength
CA2901259C (en) Nickel-cobalt alloy
RU2289637C2 (ru) Сплав на основе никеля
EP2479302B1 (en) Ni-based heat resistant alloy, gas turbine component and gas turbine
EP0593824A1 (en) Nickel aluminide base single crystal alloys and method
JP5788360B2 (ja) 排気バルブ用耐熱鋼
RU2601720C1 (ru) Жаропрочный свариваемый сплав на основе кобальта и изделие, выполненное из него
RU2365657C1 (ru) Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава
US7306682B2 (en) Single-crystal Ni-based superalloy with high temperature strength, oxidation resistance and hot corrosion resistance
JP2004256840A (ja) 複合強化型Ｎｉ基超合金とその製造方法
RU2737835C1 (ru) Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
EP0460678A1 (en) Nickel-based heat-resistant alloy for dies
JP6738010B2 (ja) 高温強度特性および高温クリープ特性に優れたニッケル基合金
RU2434068C1 (ru) СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al
CN111254317B (zh) 一种镍基铸造合金及其制备方法
RU2433196C1 (ru) ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
RU2353691C2 (ru) Состав жаропрочного никелевого сплава (варианты)
RU2610577C1 (ru) ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Ni3Al И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
RU2256717C1 (ru) Жаропрочный свариваемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него
RU2571674C1 (ru) Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава
RU2280091C1 (ru) Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава
JPH10226837A (ja) ガスタービンディスク用耐熱鋼
TR2022019439T2 (tr) Isıya dayanıklı dövülmüş nikel bazlı alaşım ve bu alaşımdan yapılan bir ürün.
RU2285059C1 (ru) Жаропрочный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава

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: 21817804

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: 21817804

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1