Жаропрочный и жаростойкий сплав на основе хрома

Жаропрочный и жаростойкий сплав на основе хрома

Реферат

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для изготовления деталей, работающих при высоких температурах и в агрессивных средах.

Известен сплав на основе хрома, содержащий железо, вольфрам, цирконий или гафний, титан, окисел лантаноида, марганец (RU 2236480 C1, С22С 27/06, 20.09.2004).

Наиболее близким аналогом изобретения является жаростойкий и жаропрочный сплав на основе хрома, содержащий, мас.%: Ni 31-35, W 1-3, V 0,1-0,4, Ti 0,05-0,3, Cr - остальное [МиТОМ №8, 2013, с.12-17].

Структура известного сплава состоит из двух фаз (без учета неметаллических включений): α-фаза - твердый раствор никеля в хроме с объемно-центрированной кубической кристаллической решеткой (ОЦК) и γ-фаза - твердый раствор хрома в никеле с гранецентрированной кубической кристаллической решеткой (ГЦК) в соотношении, примерно, 50:50% Указанные фазы, определяющие прочность сплава, обладают различными механическими свойствами, твердость α-фазы составляет около 600 HV, а твердость γ-фазы - 400 HV.

Техническим результатом изобретения является увеличение прочностных характеристик сплава, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств сплава, а именно длительную прочность.

Для достижения технического результата жаростойкий и жаропрочный сплав на основе хрома, содержащий никель, вольфрам, ванадий, и титан имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:

никель	25-29	азот	не более 0,04
вольфрам	5-10	кремний	не более 0,1
ванадий	0,1-0,4	алюминий	не более 0,06
титан	0,05-0,3	железо	не более 0,5
кислород	не более 0,08	хром	остальное

Увеличение в сплаве содержания вольфрама обеспечивает повышение пределов прочности, текучести и твердости за счет изменения количественного соотношения фаз, а также состава и свойств более прочной и твердой α-фазы.

Увеличение содержания легирующего элемента, в частности вольфрама, способствует усилению атомных связей в кристаллических решетках фаз в том случае, если он находится в твердом растворе. В соответствии с диаграммой состояния «Cr-W» эти элементы образуют непрерывный ряд твердых растворов. Кроме того, легирование вольфрамом повышает температуру солидус хромистых сплавов (фиг. 1) и, соответственно, их жаропрочность.

Структура предлагаемого сплава состоит из двух фаз: α-фаза - твердый раствор вольфрама и никеля в хроме с объемноцентрированной кубической кристаллической решеткой (ОЦК) и γ-фаза - твердый раствор хрома в никеле с гранецентрированной кубической кристаллической решеткой (ГЦК). Количественное соотношение α-фазы и у фазы зависит от содержания вольфрама в сплаве, при этом количество α-фазы составляет не менее 60%.

Увеличение количества α-фазы, а также повышение ее твердости за счет образования твердого раствора, содержащего не только никель, но и вольфрам, обеспечивает повышение твердости, предела прочности и предела текучести сплава (см. таблицу 1).

Таблица 1
Сплав	Механические свойства
Твердость, HRC	σв, МПа	σ0.2, МПа	δ, %
Известный	33-36	1117-1166	931-1033	13-23
Изобретение	44-46	1350-1370	1220-1250	12-16

Повышение содержания вольфрама в сплаве более 10% приводит к снижению технологичности сплава, а именно к резкому снижению пластичности и обрабатываемости резанием за счет повышения твердости сплава. Содержание вольфрама менее 5% не обеспечивает заметного повышения механических свойств сплава.

Результаты определения свойств разных плавок заявленного сплава при 20°С, представленные в таблице 2, свидетельствуют о повышении твердости и прочностных свойств.

Таблица 2
Сплав	Состав, мас.%	Механические свойства
Ni	W	V	Ti	Cr	HRC	σв, МПа	σ0.2, МПа	δ, %
Прототип	35	2	0,24	0,10	Основа	35	1125	1020	18
Изобретение Плавка 1	25	8	0,1	0,12	44	1356	1227	15
Плавка 2	29	10	0,4	0,15	46	1368	1245	12

Вследствие повышения температуры плавления при легировании вольфрамом сплава на основе хрома повышаются его механические свойства при высоких температурах (см. таблицу 3).

Таблица 3
Температура, °С	Прототип	Предлагаемый сплав (плавка 1)
σв, МПа	σ0,2, МПа	δ, %	σв, МПа	σо,2, МПа	δ, %
800	530	290	21	642	410	17
1000	240	90	36	312	155	28

Жаростойкий и жаропрочный сплав на основе хрома, содержащий никель, вольфрам, ванадий, титан, кислород, азот, кремний, алюминий и железо, отличающийся тем, что он имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:

никель	25-29
вольфрам	5-10
ванадий	0,1-0,4
титан	0,05-0,3
кислород	не более 0,08
азот	не более 0,04
кремний	не более 0,1
алюминий	не более 0,06
железо	не более 0,5
хром	остальное