Литейный сплав на основе никеля

Литейный сплав на основе никеля

Реферат

 

(19)RU(11)722330(13)C(51)  МПК ⁵    _C22C19/05Статус: по данным на 17.12.2012 - прекратил действиеПошлина: учтена за 20 год с 11.01.2012 по 10.01.2013

(54) ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ

Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно сплавов, содержащих никель, алюминий, титан, хром, кобальт в качестве основы, а также вольфрам, молибден, углерод, обеспечивающие карбидное упрочнение сплавов, используемых для изготовления высокожаропрочных деталей методом точного литья с направленной кристаллизацией. Широко известны в металлургии сплавы, содержащие никель, алюминий, титан, хром, кобальт, углерод, вольфрам, молибден, ниобий, ванадий, а также бор, цирконий, обладающие высокими жаропрочными свойствами и служащие для отливки горячих высоконагруженных деталей газотурбинных двигателей, например лопаток. Однако указанные сплавы обладают недостаточно высокими показателями жаропрочности при температурах 975-1100^оС, кроме того, некоторые из них содержат дефицитные ингредиенты. Из описанных в литературе жаропрочных сплавов, применяемых для изготовления деталей газотурбинных двигателей, наиболее близким по составу ингредиентов к заявляемому является сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, титан, вольфрам, молибден, ниобий, алюминий, бор, цирконий, ванадий, церий, гафний, иттрий при следующем соотношении указанных ингредиентов, мас. % : Углерод 0,05-0,25 Хром 2,5-10,0 Кобальт 5,0-15,0 Титан 0,1-4,0 Вольфрам 6,0-16,0 Молибден 0,1-2,5 Ниобий 0,5-5,0 Алюминий 4,0-8,0 Бор 0,003-0,2 Цирконий 0,01-1,0 Ванадий 0,1-3,0 Церий 0,02-0,1 Гафний 0,1-3,0 Иттрий 0,02-0,05 Никель Остальное до 100% Данный сплав с равноосной структурой обладает следующими свойствами: предел 100-часовой длительной прочности при 1050^оС равен 12-13 кг/мм², предел 40-часовой длительной прочности при 975^оС равен 24-25 кг/мм², относительное удлинение при 20^оС равно 5-10%. Однако данные для этого сплава, полученного методом направленной кристаллизации, отсутствуют. Для получения показателей жаропрочности и жаростойкости сплава, выбранного за прототип, с направленной структурой две смеси ингредиентов сплавляли в вакуумно-индукционной печи и переплавляли в печи для направленной кристаллизации в вакууме при 10^-2-10^-3 мм рт.ст. Характеристики полученных сплавов и составы ингредиентов приведены в табл.1. Как видно из табл. 1, сплав, выбранный за прототип, с направленной структурой обладает следующими свойствами: предел 40-часовой длительной прочности при 975^оС равен 26 кг/мм², долговечность при 1100^оС и напряжении 12 кг/мм² равна 50-60 ч, привес образцов данного сплава при выдержке при 1100^оС в течение 100 ч составляет 3 г/м²ч, плотность сплава 8,66 г/см³. Однако непрерывное развитие техники, в частности создание новых перспективных газотурбинных двигателей, требует повышения уровня жаропрочности для горячих нагруженных деталей газотурбинных двигателей. Кроме того, сплав выбранный за прототип, обладает следующими недостатками: высокая плотность, пониженная жаростойкость. Совместное присутствие гафния и циркония в композиции сплава при направленной кристаллизации приводит к повышенному количеству упрочняющей ^l-фазы и образованию на поверхности деталей "струйных дефектов" - участков с мелкозернистой равноосной структурой. Целью изобретения является повышение жаропрочности и жаростойкости сплава в интервале температур 975-1100^оС при понижении плотности сплава. Для достижения указанной цели в известный сплав, содержащий никель, алюминий, титан, хром, кобальт, молибден, ниобий, вольфрам, углерод, бор, церий, иттрий, ванадий в следующих соотношениях, мас.%: Углерод 0,02 0,50 Хром 2,0 10,0 Кобальт 5,0 15,0 Титан 0,2 4,0 Вольфрам 5,0 15,0 Молибден 0,5 5,0 Ниобий 0,5 5,0 Алюминий 4,5 8,0 Бор 0,01 0,3 Ванадий 0,1 3,0 Церий 0,005 0,1 Иттрий 0,005 0,05 Никель Остальное до 100 % дополнительно вводят лантан в количестве 0,001-0,2 мас.%. Особенностью данного сплава является то, что из известного сплава исключили такие элементы, как гафний и цирконий, которые отрицательно влияли на склонность материала к направленной кристаллизации. Для получения сплава были подготовлены три смеси ингредиентов: смеси переплавляли в печи для направленной кристаллизации в вакууме при разрежении 10^-2-10^-3 мм рт.ст., т.е. в условиях, идентичных тем, в которых выплавляли сплав, взятый за прототип. Характеристики полученных сплавов и составы ингредиентов приведены в табл.2. Как видно из табл.2, заявляемый сплав с направленной структурой обладает следующими свойствами: предел 40-часовой длительной прочности при 975^оС равен 27 кг/мм², долговечность сплава при 1100^оС и напряжении 12 кг/мм² равна 70-110 ч, привес образцов при 1100^оС и выдержке 100 ч составляет 1,5 г/м²ч плотность сплава 8,4-8,53 г/см³. Как показал эксперимент, повышение жаропрочности вызвано дополнительным выделением упрочняющей фазы на основе Ni₃(Al, Ti) при введении лантана. Кроме того, сплав обладает хорошими технологическими свойствами: полученные отливки не имеют "струйного дефекта".

Формула изобретения

ЛИТЕЙНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ, содержащий углерод, хром, кобальт, титан, вольфрам, молибден, ниобий, бор, ванадий, церий и иттрий, отличающийся тем, что, с целью повышения жаропрочности и жаростойкости в интервале температур 900 - 1100^oС при одновременном снижении плотности, он дополнительно содержит лантан при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод 0,02 - 0,5 Хром 2 - 10 Кобальт 5 - 15 Титан 0,2 - 4 Вольфрам 5 - 15 Молибден 0,5 - 5 Ниобий 0,5 - 5 Алюминий 4,5 - 8 Бор 0,01 - 0,3 Ванадий 0,1 - 3 Церий 0,005 - 0,1 Иттрий 0,005 - 0,05 Лантан 0,001 - 0,2 Никель Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1