Патент на изобретение №2257422
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) ИНТЕРМЕТАЛЛИДНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИОБИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным интерметаллидным сплавам на основе Nb-Al для изготовления деталей авиационно-космической техники, работающих при температурах до 1600°С. Предложен интерметаллидный сплав на основе системы Nb-Al, содержащий ниобий, алюминий, вольфрам и тантал, при этом он дополнительно содержит хром, кремний, иттрий, лантан и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%: хром 1,0-10,0, алюминий 14,0-20,0, вольфрам 1,0-15,0, тантал 1,0-15,0, кремний 0,1-5,0, иттрий 0,003-0,1, лантан 0,001-0,1, церий 0,003-0,1, ниобий – остальное. Технический результат – повышение жаропрочности и жаростойкости сплава. 2 табл.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к изысканию жаропрочного интерметаллидного сплава на основе системы Nb-Al для изготовления деталей авиационно-космической техники с рабочими температурами до 1600°С. Известен ниобиевый сплав по патенту США №5741376 кл. С 22 С 27/02, НКИ: 148-422, 1998 г., содержащий следующий состав, мас.%: Титан 26,0-34,0 Хром 6,0-10,0 Алюминий 6,0-12,0 Кремний 9,0-18,0 Ниобий – основа Этот сплав обладает недостаточной прочностью при пониженных температурах. Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является ниобиевый сплав на основе интерметаллидного соединения Nb3Аl, описанный в патенте Японии 06122935 опубл. 06.05.94 г., кл. С 22 С 27/02 следующего атомарного состава: Nb1-x-y-zWxTayAlz, где 0,01 0,01 0,18 а в мас.% состава: Тантал 1,0-15,0 Вольфрам 1,0-15,0 Алюминий 18,0-26,0 Ниобий – остальное Известный сплав отличается повышенной прочностью на сжатие при температуре 1600°С по сравнению с бинарными сплавами системы Nb-Аl. Недостатком известного сплава являются невысокая жаростойкость и жаропрочность при 1400-1600°С. Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание сплава с более высокими жаропрочными характеристиками. Решение поставленной задачи достигается тем, что к известному сплаву, содержащему тантал, вольфрам, алюминий и ниобий, добавлен хром в количестве 1,0-10 мас.%, кремний в количестве 0,1-5,0 мас.%, иттрий и церий каждый в количестве 0,003-0,1 мac.%, лантан в количестве 0,001-0,1 мас.% и уменьшено количественное содержание алюминия до 14,0-20,0 мас%. Предлагаемый сплав имеет следующее соотношение компонентов, мас.%: Хром 1,0-10,0 Алюминий 14,0-20,0 Вольфрам 1,0-15,0 Тантал 1,0-15,0 Кремний 0,1-5,0 Иттрий 0,003-0,1 Лантан 0,001-0,1 Церий 0,003-0,1 Ниобий – остальное Оптимальное сочетание упрочнения твердого раствора с дисперсионным упрочнением и повышением жаростойкости позволяет существенно повысить жаростойкость, жаропрочность и высокотемпературную твердость материала и обеспечить стабильность этих свойств в условиях длительной эксплуатации. Наличие вольфрама и кремния позволяет значительно снизить скорость окисления и повысить жаропрочность. Введение легирующих элементов ниже минимального содержания не позволяет получить желаемый эффект. Превышение содержания легирующих элементов то сравнению с максимально заявленным значением крайне нежелательно, так как приводит к структурной нестабильности с появлением охрупчивающих интерметаллидных фаз, а также скоплению дефектов по границам зерен, чти в конечном счете снижает жаропрочные и жаростойкие характеристики материала и требует более частой замены штампового инструмента. Наличие хрома позволяет повысить стойкость к окислению до 1500°С. Наличие иттрия, лантана и церия позволяет обеспечить низкую окисляемость материала на воздухе при повышенных температурах. Одновременно они являются микролегирующими добавками, повышающими прочностные характеристики. Предлагаемый сплав получают комбинированным способом, включающим в себя литье и метод порошковой металлургии. Комбинированный способ получения предлагаемого сплава включает два этапа. Тантал и вольфрам вводят на первом этапе. На первом этапе получают литую заготовку сплава состава Nb – (14-20) мас.% Аl, содержащую 0,003-0,1 мас.% Y, Се, и La 0,001-0,1 мас.% в качестве микролегирующих добавок. Данная заготовка имеет низкую пластичность при комнатной температуре и легко измельчается в порошок. На втором этапе, осуществляемом методом порошковой металлургии, полученный порошок сплава Nb-Аl с микролегирующими добавками смешивается с указанными количествами порошков остальных легирующих элементов – кремния и хрома. Химический состав выплавленных сплавов и сплава-прототипа представлен в табл.1. Свойства выплавленных сплавов и сплава-прототипа приведены в табл.2.
Таким образом, использование сплава позволяет повысить жаростойкость и жаропрочность предложенного сплава, что необходимо при изготовлении деталей авиационно-космической техники.
Формула изобретения
Интерметаллидный сплав на основе системы Nb-Al, содержащий ниобий, алюминий, вольфрам и тантал, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хром, кремний, иттрий, лантан и церий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Хром 1,0-10,0 Алюминий 14,0-20,0 Вольфрам 1,0-15,0 Тантал 1,0-15,0 Кремний 0,1-5,0 Иттрий 0,003-0,1 Лантан 0,001-0,1 Церий 0,003-0,1 Ниобий Остальное
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
х
В 1600, МПа