Патент на изобретение №2348726

(54) ЖАРОПРОЧНЫЙ ПОРОШКОВЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии. Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля содержит компоненты в следующем соотношении (мас.%): углерод 0,04-0,08, хром 10,0-12,0, кобальт 14,0-16,0, вольфрам 2,5-3,5, молибден 4,0-5,0, титан 2,5-3,1, алюминий 3,5-4,4, ниобий 3,0-3,5, бор 0,005-0,05, магний 0,001-0,05, ванадий 0,4-0,8, церий 0,001-0,05, лантан 0,001-0,08, скандий 0,001-0,05, железо 0,01-1,0, марганец 0,001-0,5, кремний 0,001-0,5, никель – остальное. Изобретение направлено на повышение прочности, ползучести и на снижение скорости распространения усталостной трещины при рабочих температурах изделия из данного сплава. Сплав может быть использован для изготовления деталей газотурбинных двигателей. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к порошковой 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 (мас. %):

(патент РФ 2131943, С22С 19/05, 1999 год).

Недостатком этого сплава являются низкие характеристики прочности, жаропрочности и чувствительность сплава к концентраторам напряжений при рабочих температурах, что существенно снижает ресурс работы изделия.

Известен жаропрочный сплав на основе никеля, состава (мас. %):

(патент РФ 2257420, С22С 19/05, 2005 год) – прототип.

Недостатком этого сплава являются низкие характеристики прочности (_в ^650°С) и ползучести (_0,2/100) и высокая скорость распространения усталостной трещины (СРТУ) при рабочих температурах.

Предлагается сплав на основе никеля, содержащий компоненты в следующем соотношении (мас. %):

Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит ванадий, церий, лантан, скандий, железо, марганец, кремний при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Технический результат – повышение характеристик прочности, ползучести и снижение скорости распространения усталостной трещины при рабочих температурах и, как следствие, повышение ресурса работы и надежности изделия из предлагаемого сплава.

Это достигается тем, что предлагаемый состав порошкового сплава обеспечивает одновременное увеличение прочности границ и тела зерна за счет карбидного упрочнения, упрочнения -матрицы и выделений ‘-фазы, а также позволяет исключить образование внутренних пор в процессе распыления порошка и, в результате, прессовать из него плотные беспористые заготовки, что повышает прочностные характеристики и характеристики ползучести сплава и снижает скорость распространения усталостной трещины.

Пример

Методом порошковой металлургии был изготовлен и опробован сплав предлагаемого состава, мас. %:

Также был получен сплав по составу-прототипу.

Механические свойства при рабочей температуре 650°С предлагаемого сплава и сплава-прототипа определены по стандартным методикам испытания и представлены в таблице.

Таблица
650°С
	Предел прочности B	Предел текучести 0,2	Относительное удлинение	Относительное сужение	Предел ползучести 0,2/100	Длительная прочность 100	СРТУ К= 44 МРа·м0,5
	МПа		%		МПа		мм/цикл
предлагаемый	1590	1189	12,6	16,3	973	1140	1,5·10-4
прототип	1420	1088	7,5	7,8	830	1097	8,2·10-4

Таким образом, сплав предлагаемого состава позволяет при повышенной температуре повысить предел прочности на 10-12%, предел текучести на 8-10%, предел ползучести на 15-18% и предел длительной прочности на 4-6%. При этом предлагаемый сплав имеет скорость распространения усталостной трещины в 5-6 раз меньше, чем у прототипа.

В результате этого применение предлагаемого сплава для изготовления валов, дисков и других деталей газотурбинных двигателей позволит повысить их ресурс в 1,6 раза и снизить вес двигателя в 1,2 раза.

Формула изобретения

Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, бор и магний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ванадий, церий, лантан, скандий, железо, марганец и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%: