Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля

Жаропрочный порошковый сплав на основе никеля

Реферат

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. %):

Углерод	- 0,02-0,10
Хром	- 8,0-10,0
Вольфрам	- 5,2-5,9
Молибден	- 3,6-4,3
Титан	- 1,5-3,4
Алюминий	- 4,3-5,3
Ниобий	- 1,0-2,0
Гафний	- 0,1-0,4
Бор	- 0,001-0,05
Цирконий	- 0,001-0,05
Магний	- 0,001-0,08
Церий	- 0,001-0,06
Никель	- остальное

(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. %):

Углерод	- 0,02-0,10
Хром	- 9,0-11,0
Кобальт	- 14,0-16,0
Вольфрам	- более 5,5-6,5
Молибден	- 3,0-3,8
Титан	- 4,0-4,2
Алюминий	- 3,4-4,2
Ниобий	- 1,5-2,2
Гафний	- 0,1-0,2
Бор	- 0,005-0,05
Цирконий	- 0,001 - не более 0,005
Магний	- 0,001-0,05
Никель	- остальное

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

Недостатком этого сплава являются низкие характеристики прочности (σ_в ^650°С) и ползучести (σ_0,2/100) и высокая скорость распространения усталостной трещины (СРТУ) при рабочих температурах.

Предлагается сплав на основе никеля, содержащий 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

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

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 γ-матрицы и выделений γ'-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. %:

Углерод	- 0,06
Хром	- 11,0
Кобальт	- 15,0
Вольфрам	- 3,0
Молибден	- 4,5
Титан	- 2,8
Алюминий	- 4,0
Ниобий	- 3,2
Бор	- 0,015
Магний	- 0,02
Ванадий	- 0,6
Церий	- 0,01
Лантан	- 0,02
Скандий	- 0,01
Железо	- 0,5
Марганец	- 0,3
Кремний	- 0,2
Никель	- остальное

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 прочностиσB	Предел текучестиσ0,2	Относительное удлинениеδ	Относительное сужениеψ	Предел ползучестиσ0,2/100	Длительная прочностьσ100	СРТУΔК=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.

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.%:

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