Сплав на основе никеля

 

1. СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ, содержащий углерод, хром, {собальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, церий и бор, отличающийся тем, что, с. целью повышения жаропрочности , он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: Углерод0,06-0,1 Хрой 14,0-16,0 Кобальт8-10 Вольфрам . 6,2-8,0 Молибден0,2-2,0 Титан3,0-4,4 Алюминий . 3,4-5,0 Церий0,015-0,012 Бор0,01-0,015 (Л НикельОстальное 2. Сплав по П.1, отличающийся .тем, что отношение титана : к алюминию составляет 0,9-1,1.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (I9) (II) (>I)4 С 22 С 19 05

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ If

Н АВТОРСЯОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3416321/22-02 (22) 05.04,82 (46) 07 ° 11.88. Бюп. У 41 (71) Научно-производственное объединение по технологии машиностроения

"ЦНИИТМАШ"« Производственное объединение "Невский завод им. В.И.Ленина", Производственное объединение "Ленинградский завод турбинных лопаток" им.50- летия СССР и Научно-производст-. венное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И.Ползунова (72) В.П.Лубенец, М.А.Эндзелин, Л.Г.Голеньшина, Л.В.Мясникова, Э .Л.Кац,.Е,Т.Долбенко, Л.П.Трусов, А.В.Круглов, Г.В.Анисимова, А.М.3a" мошникова, Е, Н.Масалева, В.В.Ртищев,.

Я.Е.Чивиксин, Е.И.Розанов, Г.В.Баженов и А.А.Кринский (53) 669.24-018.821 (088.8) . (56) Химушин Ф.Ф. Жаропрочные стали и сплавы. H. "Металлургия", 1969, с. 460.

Авторское свидетельство СССР и 869362, кл. С 22 С 19/05, 1980. (54)(57) .1. СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ« содержащий углерод, хром, крбальт« вольфрам, молибден, титан, алюминий« церийибор, отличающийся

1 тем, что, с. целью повышения жаропрочности, он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.Ж:

Углерод . 0,06-0,1

Хром 14 0-16,0

Кобальт 8-10

Вольфр ам 6«2

Молибден 0,2-2,0

Титан 3,0-4,4

Апюминий 3,4-5,0

Церий 0 «015-0 «01 2 Я

Бор 0,01-0,015

Никель Ост апьное

2. Сплав по п.1, о т л и ч а юшийся,тем, что отношение титана . к алюминию составляет 0,9-1,1 °

1039235. Изобретение относится к области металлургии и касается разработки состава сплава никеля, используемого для литья лопаток газовых турбин, в частности направленной кристаллизацииi

Известен сплав на основе никеля

ЖС6К, содержащий мас.Ж:

Углерод 0,13-0,20

Хром 9,5-12,0

Молибден 3,5-4,8

Вольфрам 4,5-5,5

- Кобальт 4,0-5,0

Алюминий 5, О"6,0.

Титан 2,5-а 2

Никель Остальное

Сплав обладает высокой жаропрочностью, но низкой коррозионной стойкостью в среде продуктов сгорания топлива .вследствие высокого объемного содержания (>55X) упрочняющей фазы и высокой напряженности межфазных границ, способствующих более легкому протеканию процессов коррозии„ 25

Наиболее близким к заявленному яв.ляется сплав на основе никеля, содержащий, мас. .

Углерод -с0,1

Хром 1 2-14 ЗО

Кобальт 4,0-6,0

Титан 4,5-5,5

Алюминий 2, 8-3, 2

Вольфрам 4,0-6,0

Молибден 1,5-2,5

Ниобий 0,5-1,0

Бор 0,01-0,05

Цирконий 0,05-0,01

Церий 0,005"0 0l

Никель ° Остальное,10

Указанный сплав имеет хорошую кор-! розионную стойкость, но недостатком его является пониженная длительная жаропрочность вследствие пониженной температуры рекристаплизации твердого; 5 раствора и нестабильности упрочняющей глобулярной j -фазы, которая с тече..< нием времени имеет тенденцию перехода в игольчатую †.фазу, некогерентно связанную с основным - твердым раст50 вором, что приводит к ускоренному падению жаропрочности во времени.

Целью изобретения является повы-шение жиропрочности сплава на основе никеля.

Для достижения поставленной цели сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, титан, бор, церий, содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Углерод 0,06-0, 10

Хром 14, 0-16,0

Кобальт 8,0-10,0

Вольфрам 6,2-8,0

Молибден 0,2-2,0

Титан 3,0-4,4

Алюминий 3,4-5,0

Церий, 0,015"0,02

Бор 0,01-0,015

Никель Остальное

Отношение Ti!Al 0,9-1,1.

Увеличение в сплаве содержания алнминия до 3,4-5,0 мас. . при уменьшении в сравнении с прототипом содержания титана, до 3,0-4,4 мас.% при соотношении Ti/Àl 0,9-1 1 приводит к более эффективному легированию алюминием упрочняющей -фазы, препятствует потере ею когерентности с твердым раствором и исключает nepef рождение во времени -фазы в иголь) ча тую ко гере нтную т вердому р аст вору -фазу. Это увеличивает термодинамическую и кинематическию стабильность

1 упрочняющей -фазы в контакте с матрицей при высокой температуре,приводя тем самым к увеличению жаропрочности сплава при длительных сроках эксплуатации.

Содержание алюминия до 3,4 мас.X. не обеспечивает необходимой жаропрочности, а свыше 5,0 вызывает охрупчиванне сплава.

Легирование титаном должно быть не ниже 3 для получения II" -4àçû типа Ni> (Al, Ti), более прочной чем, Ni>Al, и не вьппе 4,4 для того, чтобы избежать появления -фазы (Ni Ti) ° . Кроме того, указанное количество титана (3,0-4,,4X) при соотношении

Ti/A1 = 0,9-1,1 является благоприятным с точки зрения сохранения высокой коррозионной стойкости сплава. Наиболее благоприятным с точки зрения жаропрочности и коррозионной стойкости является соотношение Ti/Al 0,9-1,1 °

При Ti/Al ниже 0,9 уменьшается коррозионная стойкость, свыше 1,1 уменьшается жаропрочность.

Увеличение в сплаве количества вольфрама до 6,2-8 мас. приводит к повышению жаропрочности сплава на ни келевой основе за счет усиления в сравнении с прототипом прочности меж-: атомных связей в решетке g - тВердого раствора и увеличения энергии актиТвблиив l

Содериание злеиентов»

Г 1

Хниигесхий состав предлагаемого и известного сплавов

Cr .Со )) ))о Al . Ti ИЪ .Kr Се В

8,0 6,2

О2 5» За

I 0Ь6 140

0,015 0»01

0,017 0,012

0,02 0,015

94 71 .1 5 42,40

2,,0,08 !5;2

3 О, 10 16 » О

2,6 5,О, 4,4

l0»D Е,О

4»5 4»0 1»7 3»0 5»4 0»2 0»015 0»02 0»015

Известии)) cats 0 )О )М»0

Содвриание примесаФ ва всех сплавах: 0,12-0,17X Sf «.0,11-0,!4X Nnl 0,07-0,12Х Ре) 0,0)0-6»0123" Й," 0,015-0,0172 Р, Таблица 2

Сравнительные свойства предлагаемого и известного сплавов

i Изве стный сплав

Предлагаемый сплав

1г з

Показатели

Предел прочности при

93 К бв ° МП

980 1000 . 1150 970

Предел прочности при

1123 К» 68 » ИПа

840 860 890

820

Предел длительной прочности за 10 ч при 1123 К, G- 19

ИПа 280 290 300

260 м

10392 вации самодиффузии. Кроме того, входя в состав - фазы, вольфрам повышает ее прочность и термическую стабильность» что также благоприятно сказывается на уровне жаропрочности предлагаемого сплава. Максимальное содержание вольфрама следует ограничить SX» чтобы не превысить предельной растворимости его в твердом растворе.

Содержание кобальта в количестве

8-10Х преследует цель упрочнить твердый раствор за счет затруднения про- цессов диффузии и передвижения дисло- 15 каций, что позволяет сохранить жаропрочность до более высоких темпера% тур, увеличить стабильность свойств в течение длительной эксплуатации.

При отливке деталей из предлагаемогд сплава на основе никеля целесообразно применять вакуумную выплавку и разливку. Химический состав и сравнительные свойства предложенного и

35 4 известного сплава приведены в табл.1 и 2.

Из них следует, что при одинаковых условиях испытания преимущество предложенного сплава на основе никеля состоит в более высокой в сравнении с прототипом жаропрочности при сохранении высокой коррозионной стойкости

Справочные данные по другим свой-.. ствам сплава приведены s табл. 3.

Предлагаемый сплав на основе нике-. ля предназначен для использования s качестве жаропрочного коррозионное . стойкого материала литых деталей, в частности лопаток газовых турбин с длительным сроком службы при температуре 1123 К.

Предлагаемый сплав прошел стадию опытно-промышленного опробования на

ПО "Ленинградский завод турбинных ло. латок".

«а«в««ав«йнв«ав«««««

2 039235 6

Продолжение табл.2

«««««««««

Предлагаемый cnnas

Б Е

««««« «

Иэве етний

cnnas

Показатели

Предел .длительной прочности

sa 10 ч при 1123 К, G 10

МПа 180 190 200

160

0,023 0 014 0,020 0,037!

Таблица 3

Свойства предложенного сплава на основе никеля

Характеристика

Временное сопротивление, бз, МПа 980-1150 840-890

710-750

Предел текучести, G<, МПа

15-20

Относительное удлинение, 9, % Относительное сужение, (p - %

22-35 й

Ударная вязкость КСБ- Х, МДж/м

0,25

Предел длительной прочности за

10 ч, G 10, МПа

280-300

Предел длительной прочности за

10 ч, 6 10, MIIa

180-200

Длительная пластичность после

1000 ч, %

5-9

Коррозия: суммарная величина слоя после 850 С, 1000 ч, мм

0,014-0,023. Составитель

Редактор Н. Сильнягина Техред М.Моргентал Корректор Л. Пилипенко

Тираж 595 Подпи сиое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и,открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,- д. 4/5,Заказ 5571.Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4

Коррозионная стойкость: суммарная величина измененного сдоя за 10 ч при 1123 К, з мм

Температура испытания, К

293 1123

790-870

6-12

15-21