Интерметаллидный сплав на основе ниобия

Интерметаллидный сплав на основе ниобия

Реферат

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:

Nb_1-x-y-zW_xTa_yAl_z,

где 0,01≤х≤0,15

0,01≤у≤0,15

0,18≤z≤0,26

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.

Таблица 1.
№ п/п	Сплав	Химические элементы, % масс.
Сr	Аl	W	Та	Si	Y	La	Се	Nb
1	минимум	1,0	14,0	1,0	1,0	0,1	0,003	0,001	0,003	ocт.
2	средний	6	17,0	10,0	10,0	3	0,007	0,007	0,007	ocт.
3	максимум	10,0	20,0	15,0	15,0	5,0	0,1	0,1	0,1	ocт.
4	прототип		18,0	10,0	10,0	-	-	-	-	ocт.

Таблица 2
№ п/п	Сплав	Прочность σВ 1600, МПа
1	минимум	185,5
2	средний	190,6
3	максимум	200,3
4	прототип	181,5

Таким образом, использование сплава позволяет повысить жаростойкость и жаропрочность предложенного сплава, что необходимо при изготовлении деталей авиационно-космической техники.

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