Патент на изобретение №2371502

(54) ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в авиакосмической отрасли для получения жаропрочного коррозионного сплава на основе никеля для изготовления изделий, работающего в агрессивных средах длительное время при температурах 550-800°С. Предложен жаропрочный сплав на основе никеля. Сплав содержит, мас.%: углерод 0,025-0,035, бор 0,015-0,025, цирконий 0,015-0,025, хром 11,2-11,5, кобальт 14,7-15,0, молибден 3,3-3,5, алюминий 3,75-3,95, титан 5,0-5,2, тантал 1,9-2,1, вольфрам 0,5-0,7, ниобий 0,05-0,25, гафний 0,15-0,25, марганец 0,10-0,20, никель – остальное. Суммарное содержание титана и алюминия составляет 8,8-9,1 мас.%, отношение титана к алюминию составляет 1,32-1,36 мас.%, а суммарное содержание гафния и ниобия составляет 0,25-0,35 мас.%. 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в авиакосмической отрасли для получения жаропрочного коррозионностойкого сплава на основе никеля, используемого для изготовления изделий методом порошковой металлургии, работающего в агрессивных средах длительное время при температурах 550-800°С.

Известен жаропрочный коррозионностойкий сплав на основе никеля марки RR 1000, содержащий (мас.%): углерод 0,12-0,033; бор 0,01-0,025; цирконий 0,05-0,07; гафний 0,5-1,0; хром 14,35-15,15; кобальт 14,0-19,0; молибден 4,25-5,25; алюминий 2,85-3,15; титан 3,45-4,15; тантал 1,35-2,15; никель – остальное (Patent US 5897718, МПК С22С 19/05, 1999 г.)

Недостатком известного сплава является невысокий уровень коррозионностойкости в агрессивной среде, низкая жаропрочность сплава при 750°С на базах 100 и 1000 часов и, как следствие, низкий ресурс работоспособности изделий, изготовленных из этого сплава.

Известен сплав следующего состава (мас.%): углерод 0,03-0,1; бор 0,01-0,1; цирконий 0-0,6; хром 10,0-14,0; кобальт 14,0-22,0; молибден 2,0-6,0; алюминий 3,0-5,0; титан 3,0-5,0; тантал 0,5-6,0; никель – остальное (Patent US 5662749, МПК С22С 1/04,1997 г.), прототип.

Недостатком этого сплава является его низкая коррозионная стойкость и жаропрочность и, как следствие, недостаточный ресурс изделий, изготовленных из этого сплава.

Предлагается сплав на основе никеля следующего состава (мас.%):

при этом суммарное содержание титана и алюминия должно составлять 8,8-9,1 мас.% при отношении титана к алюминию, равном 1,32-1,36, а суммарное содержание гафния и ниобия составлять 0,25-0,35 мас.%.

Технический результат – повышение жаропрочности и коррозионной стойкости и, как следствие, повышение ресурса службы изделий, изготовленных из этого сплава.

Предложенный сплав имеет повышенное количество упрочняющей ‘-фазы и повышенную температуру ее растворения (1206°C) по сравнению со сплавом-прототипом. Увеличение содержания упрочняющей ‘-фазы приводит к торможению диффузионных процессов, протекающих в сплаве, меняет характер перемещения дислокаций по границам раздела фаз. Повышение температуры растворения упрочняющей ‘-фазы позволяет повысить сопротивление ползучести сплава и тем самым повысить его жаропрочность.

Предложенный сплав имеет высокую структурную стабильность (mis-mash), в нем отсутствуют нежелательные – и -фазы, которые ведут к разупрочнению сплава в процессе его высокотемпературной эксплуатации.

Высокая структурная стабильность предлагаемого сплава обеспечивает снижение скорости диффузии продуктов сгорания топлива в объем металла и тем самым повышает коррозионную стойкость сплава при его работе в агрессивной среде.

Пример

На вакуумно-индукционной печи были сделаны две плавки массой 20 кг каждая с расчетным содержанием легирующих элементов, соответствующим химическому составу сплава-прототипа и предлагаемого сплава. В таблице 1 представлен химический состав полученных сплавов.

Затем от полученных плавок были отобраны заготовки и переплавлены в порционной вакуумно-индукционной печи с заливкой блока образцов. Были изготовлены образцы из полученного блока и проведены испытания сплавов на жаропрочность при температуре 750°С. Одновременно были изготовлены образцы для определения объема упрочняющей ‘-фазы, температуры растворения ‘-фазы, наличия нежелательных – и -фаз, структурной стабильности и коррозионной стойкости сплавов.

Полученные результаты исследований представлены в таблице 2.

Таблица 2
Характери- стика	Объем упрочняющей ‘-фазы, атм.%	Тем-ра растворения ‘-фазы Тсол. °С	Разница параметров решетки при 750°С (mismash)	Жаропрочность при 750°С, МПа	Структур. Стабильность сплава Md, наличие – и -фаз	Скорость коррозии – lg(v)
100 час	1000 ч
Сплав- прототип
56,1	1170	-0,008	668	532	0,928	0,185
					следы
Предлагае- мый сплав	57,4	1206	-0,005	699	556	0,921	0,101
					нет

Как видно из таблицы, предлагаемый состав сплава позволяет повысить жаропрочность на 4,5-6,5% и коррозионностойкость на 80-85% по сравнению со сплавом-прототипом.

Таким образом, предложенный сплав позволит повысить жаропрочность и коррозионностойкость сплава и тем самым увеличит срок службы на 15-20% изделий, используемых в авиакосмической технике в агрессивных средах при температуре 550-800°С.

Формула изобретения

Жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, бор, цирконий, хром, кобальт, молибден, алюминий, титан, тантал, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам, ниобий, гафний, марганец при следующем соотношении компонентов, мас.%:

при этом суммарное содержание титана и алюминия составляет 8,8-9,1 мас.%,
отношение титана к алюминию составляет 1,32-1,36 мас.%,
а суммарное содержание гафния и ниобия составляет 0,25-0,35 мас.%.