Патент на изобретение №2368683

(54) ПОРОШКОВЫЙ ЖАРОПРОЧНЫЙ НИКЕЛЕВЫЙ СПЛАВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к жаропрочным никелевым сплавам. Может использоваться в газотурбинных двигателях для изготовления тяжело нагруженных деталей, работающих при повышенных температурах. Порошковый жаропрочный никелевый сплав содержит, мас.%: углерод 0,03-0,08; 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; гафний 0,005-0,2; железо 0,01-1,0; марганец 0,001-0,5; кремний 0,001-0,5; ванадий 0,4-0,8; церий 0,001-0,05; лантан 0,001-0,08; скандий 0,001-0,05; никель – остальное. Сплав обладает высокой длительной прочностью, низкой чувствительностью к надрезу, низкой скоростью распространения усталостной трещины при рабочих температурах. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к порошковой металлургии жаропрочных никелевых сплавов, и может быть использовано в газотурбинных двигателях для изготовления тяжело нагруженных деталей, работающих при повышенных температурах.

Известен жаропрочный никелевый сплав, предназначенный для деталей газовых турбин, состава (в мас.%):

(патент РФ 2257420, C22C 19/05, 2004 год).

Недостатками этого сплава являются низкие характеристики конструкционной прочности и чувствительность сплава к надрезу при рабочих температурах, что существенно снижает его ресурс и увеличивает частоту ремонтов двигателя.

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

(патент РФ 2294393, C22C 19/05, 2005 год) – прототип.

Недостатками этого сплава являются низкие характеристики длительной прочности (₁₀₀^620°C) и чувствительность к надрезу (^надр₁₀₀/^гл₁₀₀<1,0), что значительно снижает его ресурс, а также высокая скорость распространения усталостной трещины (СРТУ) при рабочих температурах, что существенно увеличивает частоту ремонтов двигателя.

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

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

Технический результат – повышение длительной прочности, уменьшение чувствительности к надрезу и, как следствие, повышение ресурса, а также снижение скорости распространения усталостной трещины при рабочих температурах и, как следствие, увеличение времени между ремонтами двигателя.

Это достигается за счет того, что предлагаемая композиция обеспечивает устранение в структуре наследственных границ гранул и значительное упрочнение границ зерен, что позволяет повысить длительную прочность как на гладких образцах, так и, еще более существенно, на образцах с надрезом, то есть обеспечить нечувствительность к надрезу (^надр₁₀₀/^гл₁₀₀>1), а также снизить 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 620°С предлагаемого сплава и сплава-прототипа определены по стандартным методикам испытания и представлены в таблице.

Таким образом, сплав предлагаемого состава позволяет при рабочей температуре повысить предел длительной прочности на 8-12% на гладких образцах и на 22-25% на образцах с надрезом, тем самым, обеспечить нечувствительность к надрезу ^гл_100/^надр₁₀₀1,1, а также снизить скорость распространения усталостной трещины в 1,6-1,8 раза. При этом предел прочности и предел текучести у сплава предлагаемого состава имеет более высокий уровень, чем у прототипа.

В результате этого применение предлагаемого сплава для изготовления валов, дисков и других деталей газотурбинных двигателей позволит повысить их ресурс в 1,3-1,5 раза и увеличить время между ремонтами двигателя в 1,4-1,6 раза.

Формула изобретения

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