Патент на изобретение №2257420
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе никеля, предназначенным для тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах в газотурбинных двигателях. Предложен жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, гафний, бор, цирконий и магний, при этом он содержит компоненты при следующем соотношении, масс.%: углерод 0,02-0,10, хром 9,0-11,0, кобальт 14,0-16,0, вольфрам более 5,5-6,5, молибден 3,0-3,8, титан 4,0-4,2, алюминий 3,4-4,2, ниобий 1,5-2,2, гафний 0,1-0,2, бор 0,005-0,05, цирконий 0,001-не более 0,005, магний 0,001-0,05, никель остальное. Технический результат – повышение длительной прочности, сопротивления малоцикловой усталости, трещиностойкости и повышение срока службы изделий из предлагаемого сплава. 2 табл.
Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к металлургии жаропрочных сплавов на основе никеля, предназначенных для тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах в газотурбинных двигателях. Известен жаропрочный никелевый сплав, предназначенный для деталей газовых турбин, состава (в масс.%): Углерод – 0,03-0,08 Хром – 13,0-16,0 Кобальт – 8,0-11,0 Молибден – 4,0-6,0 Ниобий – 2,4-3,5 Титан – 2,4-3,0 Алюминий – 2,2-2,8 Бор – Церий – Лантан – (а.с. СССР №274924, С 22 С 19/00, 1970 год) Недостатком этого сплава для дисков газовых турбин является общий низкий уровень его механических характеристик, который не удовлетворяет современным требованиям, предъявляемым к жаропрочным сплавам нового поколения. Известен жаропрочный сплав на основе никеля, состава (в масс.%): Углерод – 0,03-0,10 Хром – 9,0-11,0 Кобальт – 14,0-16,0 Вольфрам – 3,8-5,5 Молибден – 3,1-4,1 Титан – 3,2-4,0 Алюминий – 3,5-4,2 Ниобий – 1,6-2,1 Гафний – 0,2-0,8 Бор – 0,005-0,05 Цирконий – 0,005-0,05 Магний – 0,001-0,05 Никель – остальное При отношении содержания вольфрама к содержанию молибдена 1,0-1,6 (патент РФ 2009244, С 22 С 19/05, 1992 г.) – прототип. Недостатком этого сплава является низкая длительная прочность при рабочей температуре 650°С и низкие характеристики надежности, такие как сопротивление малоцикловой усталости (МЦУ) и трещиностойкость (Кi100). Предлагается сплав на основе никеля, содержащий компоненты в следующем соотношении (в масс.%) Углерод – 0,02-0,10 Хром – 9,0-11,0 Кобальт – 14,0-16,0 Вольфрам – более 5,5-6,5 Молибден – 3,0-3,8 Титан – 4,0-4,2 Алюминий – 3,4-4,2 Ниобий – 1,5-2,2 Гафний – 0,1-0,2 Бор – 0,005-0,05 Цирконий – 0,001 – не более 0,005 Магний – 0,001-0,05 Никель – остальное Предлагаемый сплав отличается от прототипа следующим соотношением компонентов (в масс.%) Углерод – 0,02-0,10 Хром – 9,0-11,0 Кобальт – 14,0-16,0 Вольфрам – более 5,5-6,5 Молибден – 3,0-3,8 Титан – 4,0-4,2 Алюминий – 3,4-4,2 Ниобий – 1,5-2,2 Гафний – 0,1-0,2 Бор – 0,005-0,05 Цирконий – 0,001 – не более 0,005 Магний – 0,001-0,05 Никель – остальное Технический результат – повышение длительной прочности, сопротивления малоцикловой усталости, трещиностойкости и, как следствие, повышение срока службы изделий из предлагаемого сплава. Это достигается за счет неожиданного эффекта, когда повышение прочности матрицы сплава в широком интервале температур сопровождается повышением характеристик пластичности, что приводит к повышению надежности сплава. Появление такого эффекта вызвано одновременным упрочнением тела и границ зерен, равномерным распределением стабильных карбидов в объеме сплава и формированием однородного зерна с извилистыми границами. Пример Методом металлургии гранул были изготовлены и опробованы сплавы предлагаемого состава (№1, 2, 3) и состава – прототипа. Составы сплавов приведены в таблице 1.
Механические свойства при 20°С и при рабочей температуре 650°С предлагаемого сплава и сплава-прототипа определены по стандартным методикам испытания и представлены в таблице 2.
Из таблицы 2 видно, что сплав предлагаемого состава превосходит прототип по пределу прочности более чем на 40 МПа, а по пределу текучести более чем на 50 МПа при более высоком уровне пластичности. Кроме того, предлагаемый сплав при рабочей температуре 650° имеет более высокий уровень длительной прочности и сопротивления малоцикловой усталости, выше на 100 МПа, при значительно более высокой трещиностойкости (кi100 выше на 10 МПа·м1/2). Таким образом, применение предлагаемого сплава для изготовления дисков газотурбинных двигателей нового поколения позволит повысить ресурс работы двигателя в 1,5-2 раза.
Формула изобретения
Жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, гафний, бор, цирконий и магний, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: Углерод 0,02-0,10 Хром 9,0-11,0 Кобальт 14,0-16,0 Вольфрам Более 5,5-6,5 Молибден 3,0-3,8 Титан 4,0-4,2 Алюминий 3,4-4,2 Ниобий 1,5-2,2 Гафний 0,1-0,2 Бор 0,005-0,05 Цирконий 0,001 Не более 0,005 Магний 0,001-0,05 Никель Остальное
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0,01
B