Патент на изобретение №2255998
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) ТВЕРДЫЙ СПЛАВ И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
(57) Реферат:
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к твердым сплавам, в которых в качестве связки используются жаропрочные сплавы. Может применяться для изготовления деталей горячего тракта авиационных газовых турбин. Твердый сплав содержит следующие компоненты, мас.%: Ni 12,0-45,0; Al 1,2-5,4; Cr 0,8-3,9; Ti 0,1-0,9; W 0,4-2,4; Мо 0,5-2,4; карбид переходного металла, выбранного из группы, включающей Ti, Cr, Zr, W, Nb, 40,0-85,0. Техническим результатом является повышение прочности и твердости при температуре 1000°С. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к твердым сплавам и изделиям, получаемым из них. Твердые сплавы на основе карбидов переходных металлов, в которых в качестве связки используются жаропрочные сплавы на основе интерметаллидного соединения Ni3Аl, характеризуются высокими механическими свойствами при повышенных температурах и очень хорошей коррозионной стойкостью, что позволяет говорить о перспективности использования их для работы в узлах и деталях горячего тракта авиационных газовых турбин, поверхности которых испытывают значительные контактные нагрузки и эксплуатируются длительно при температурах до 1000°С. К таким деталям можно отнести сопрягаемые элементы жаровых труб и камер сгорания, вкладыши сопловых аппаратов, бандажные полки и реборды рабочих и сопловых лопаток. Кроме того, существует возможность использования сплавов в виде механически легированного композиционного порошка для покрытий при восстановлении деталей двигателя из жаропрочных сплавов. Твердые сплавы на основе карбидов титана и карбидов вольфрама известны своей износостойкостью, стойкостью к коррозии и используются в качестве штампового и инструментального материала. Но недостатком этих сплавов является то, что сплавы на основе карбида вольфрама с кобальтовой связкой при возникновении высоких температур выходят из строя из-за разупрочнения связки, а сплавы на основе карбида титана со стальной связкой также работоспособны лишь до температур 400-500°С /Р.Киффер, П.Шварцкопф. Твердые сплавы. – М.: 1987 г., Якоб Кюбарсепп. Твёрдые сплавы со стальной связкой. – Таллинн: Валгус – ТТУ, 1991 г./. Известны композиты на основе карбида титана и карбида вольфрама со связками из высокохромистой инструментальной стали, никель-молибденовыми и кобальтовыми сплавами, где карбид титана составляет 70-95% объема композита, обладающие высокой эррозионной стойкостью при комнатной температуре, но имеющие недостаточную износостойкость при повышенных температурах /Патент США № 5.574.954/. Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является твердый спеченный сплав, содержащий тугоплавкие соединения переходных металлов с углеродом и азотом, а именно карбид и нитрид титана, карбид хрома, а также никель, хром, титан и алюминий, при следующем содержании компонентов (мас.%): Сr 1-5 Аl 1-3 Ti 1-3 Ni 17-19 TiN 10-20 Сr2С3 5-10 TiC ост. причем суммарное содержание нитрида титана, карбида хрома и карбида титана составляет 70-80 мас.% /Авторское свидетельство СССР № 1499963, БИ № 12 1999 г./. Недостатком сплава является недостаточно высокая прочность и твердость его при высоких температурах, что не позволяет использовать сплав и детали, выполненные из него, например бандажные полки лопаток и вкладыши соплового аппарата при температурах до 1000°С. Технической задачей предлагаемого изобретения является создание твердого сплава с повышенной прочностью и твердостью, позволяющей использовать изделия, выполненные из него при высоких температурах до 1000°С в качестве деталей ГТД. Для достижения поставленной технической задачи предлагается твердый сплав, содержащий тугоплавкое соединение переходного металла с углеродом, никель, алюминий, хром, титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам и молибден, а в качестве тугоплавкого соединения с углеродом содержит карбид переходного металла, выбранного из группы: титан, хром, цирконий, вольфрам, ниобий, при следующем соотношении компонентов (мас.%): Ni 12,0-45,0 Al 1,2-5,4 Cr 0,8-3,9 Ti 0,1-0,9 W 0,4-2,4 Мо 0,5-2,4 карбид переходного металла, выбранный из группы: Ti, Cr, Zr, W, Nb 40,0-85,0 и изделие, выполненное из него. Предложенное содержание Al и Ni образует в связке твердого сплава интерметаллид никеля. Авторами было установлено, что при дополнительном легировании связки твердого сплава на основе интерметаллида никеля молибденом и вольфрамом из-за большой удельной доли твердорастворного упрочнения и использования карбидов, выбранных из группы: титан, хром, цирконий, вольфрам, ниобий, достигается наибольший эффект повышения твердости и прочности на изгиб материала при высоких температурах, что позволяет повысить рабочую температуру сплава с 800 до 1000°С и, следовательно, тепловые и силовые нагрузки материала, а также срок службы и надежность. Примеры осуществления. Сплав изготавливали методом механического легирования порошков с последующим их компактированием. Исходные компоненты подвергались обработке в аттриторе. Порошок компактировали двумя путями: горячей экструзией и спеканием. В первом случае механически легированный порошок экструдировали на прутковый полуфабрикат. Образцы для испытаний изготавливались шлифованием. Во втором случае механически легированный порошок прессовали и спекали. Испытывались спеченные образцы. Испытания по измерению твердости осуществлялись согласно ГОСТ 9013-84 на лабораторном оборудовании и по методике ИМЕТ им. А.А.Байкова РАН. Испытания по определению прочности на изгиб проводились по методикам ФГУП ВИАМ и ЦИАМ на лабораторном оборудовании. Испытания по определению термостойкости осуществлялись по методике ФГУП ВИАМ (СТП 595-14-150-85). Составы и свойства предлагаемого твердого сплава и сплава – прототипа приведены в таблицах 1 и 2. Из таблицы 2 видно, что свойства предлагаемого твердого сплава при 1000°С выше, чем свойства известного сплава-прототипа: предел прочности при изгибе при температуре 1000°С – на 28-30 %; твердость при температуре 1000°С – на 20-40 %, термостойкость – на 20-40%. Таким образом, использование предлагаемого твердого сплава с повышенной прочностью и твердостью при температуре 1000°С повышает износостойкость изделий, выполненных из него, и, следовательно, тепловые и силовые нагрузки, их ресурс и надежность.
Формула изобретения
1. Твердый сплав, содержащий тугоплавкое соединение переходного металла с углеродом, никель, алюминий, хром, титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам и молибден, а в качестве тугоплавкого соединения с углеродом содержит карбид переходного металла, выбранного из группы титан, хром, цирконий, вольфрам, ниобий, при следующем соотношении компонентов, маc.%: Ni 12,0-45,0 Аl 1,2-5,4 Cr 0,8-3,9 Ti 0,1-0,9 W 0,4-2,4 Мо 0,5-2,4 Карбид переходного металла, выбранного из группы Ti, Cr, Zr, W, Nb 40,0-85,0 2. Изделие из твердого сплава, отличающееся тем, что оно выполнено из твердого сплава по п.1.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
