Патент на изобретение №2368682

(54) ЖАРОПРОЧНЫЙ ПОРОШКОВЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА NiAl И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению жаропрочных порошковых сплавов на основе интерметаллидов. Может использоваться в авиационном машиностроении, энергетике. Сплав на основе интерметаллида NiAl содержит, мас.%: алюминий 24-30, кобальт 8,0-18,0, ниобий 3-5, никель – остальное. Порошок сплава с размером частиц менее 10 мкм помещают в стальные капсулы и экструдируют с температурой подогрева от 1000 до 1200°С и коэффициентом вытяжки не менее 15. Далее удаляют материал капсулы с экструдированного полуфабриката, осуществляют механическую обработку полуфабриката для получения заготовки детали и термическую обработку заготовки при температуре от 1450 до 1550°С. Сплав обладает высокой прочностью при 1100°С в термообработанном состоянии. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к сплаву на основе интерметаллида NiAl, обладающему высокой жаростойкостью, а также к способу его получения. Предложен жаропрочный порошковый сплав на основе интерметаллида NiAl, дополнительно включающий кобальт и ниобий, и способ его получения.

Интерес к разработке материалов NiAl в значительной степени продиктован высокими физико-механическими показателями этих сплавов, к которым можно отнести, в частности, жаростойкость, низкую плотность и коррозионную стойкость. Совокупность перечисленных свойств делает возможным и экономически оправданным применение порошковых сплавов NiAl в качестве жаропрочных конструкционных материалов, используемых для изготовления газовых турбин и теплотехнического оборудования. В настоящее время материалы на основе NiAl используются в химической промышленности, в авиационном машиностроении и в энергетике.

Известен жаропрочный композиционный материал, описанный в патенте RU 2135619. Материал содержит (ат.%): алюминий 35-48, никель 23-48, ниобий и/или титан до 12, вольфрам и/или молибден 30-4. При этом вольфрам и/или молибден наносят на поверхность порошка NiAl перед спеканием. Сплав обладает повышенной жаропрочностью при 1100°С и стойкостью к окислению.

Технология получения материала отличается многостадийностью и требует использования дорогостоящих реагентов, таких как карбонилы вольфрама и/или молибдена, и сложного аппаратурного оформления.

Известен принятый в качестве ближайшего аналога интерметаллический порошковый сплав NiAl, раскрытый в RU 2148671. Сплав дополнительно содержит хром и тантал с суммарной долей до 12 ат.% и, по меньшей мере, один элемент из группы, включающей железо, молибден, вольфрам, ниобий и гафний с индивидуальной долей до 1 ат.% и с общей для группы долей не выше 3 ат.%. Сплав обладает прочностью выше 90 МПа при 1000°С и хорошей стойкостью к тепловому удару.

Однако с целью расширения температурного диапазона применения сплава, а также для повышения надежности и долговечности изделий из сплава в условиях высоких температур необходимо дальнейшее увеличение прочности.

Задачей настоящего изобретения является получение материала с более высокой прочностью (170 мПа) при температуре 1100°С в термообработанном состоянии.

Указанная задача решается путем получения порошкового сплава на основе интерметаллида NiAl, в котором для повышения жаропрочности часть никеля замещена кобальтом, а часть алюминия замещена ниобием.

Сплав имеет следующий состав, мас.%: алюминий 24-30%, кобальт 8,0-18,0%, ниобий 3-5%, никель – остальное.

В предпочтительном варианте осуществления сплав имеет следующий состав, мас.%:

алюминий 29,2%, кобальт 13,4%, ниобий 4,2%, никель 53,2%.

Способ получения заявленного порошкового сплава на основе интерметаллида NiAl включает следующие этапы:

– капсулирование порошка, имеющего средний размер частиц менее 10 мкм,

– экструзию с температурой подогрева от 1000 до 1200°С и коэффициентом вытяжки не менее 15,

– удаление материала капсулы с экструдированного полуфабриката,

– механическую обработку полуфабриката для получения заготовки детали,

– термическую обработку заготовки при температуре от 1450 до 1550°С.

Пример осуществления

Исходный порошок сплава загружают в шаровую мельницу и измельчают до среднего размера частиц менее 10 мкм.

Продукт помещают в стальные капсулы и экструдируют с коэффициентом вытяжки не менее 15 с температурой подогрева в печи от 1000 до 1200°С. Материал капсулы (стальную оболочку) удаляют с экструдированного полуфабриката механической обработкой (на шлифовальных, токарных или фрезеровальных станках) или химическим травлением. Осуществляют механическую обработку полуфабриката на токарно-фрезерных станках или электроэрозионном оборудовании.

Полученную заготовку детали термически обрабатывают в вакуумной или газовой печи при температуре от 1450 до 1550°С в течение 1 часа.

Образцы полученного сплава испытывали на растяжение при температуре 1100°С. Данные, полученные в результате испытаний, представлены в таблице, где содержание никеля, алюминия, кобальта и ниобия указано в мас.%.

Формула изобретения

1. Жаропрочный порошковый сплав на основе интерметаллида NiAl, содержащий ниобий, кобальт, алюминий и никель, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

3. Способ получения жаропрочного порошкового сплава на основе интерметаллида NiAl по п.1, включающий капсулирование порошка сплава со средним размером частиц менее 10 мкм, экструзию при температуре 1000-1200°С с коэффициентом вытяжки не менее 15, удаление материала капсулы с экструдированного полуфабриката, механическую обработку полуфабриката для получения заготовки детали и термическую обработку заготовки при температуре 1450-1550°С.