Корозионно-стойкий и стойкий к окислению сплав на основе интерметаллического соединения типа никельалюминида

 

Корозионно-стойкий и стойкий к окислению высокотемпературный сплав повышенной вязкости при комнатной температуре для направленной кристаллизации на основе интерметаллического соединения типа никельалюминида следующего состава: AI 10-20 ат.%; .5-8.0 ат.%; Nb 2-10 ат.%; В 0,1-2,0 ат.%; N1 остальное, причем сумма AI, Si, Nb и В составляет не более 25 ат.%. По меньшей мере, на 90 об.% сплав состоит из интерметаллических фаз М1зА1, NiaSi и NIsNb. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)з С 22 С 19/03

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4830948/02 (22) 25.07.90 (31) 2789/89 (32) 26,07.89 (33) CH (46) 30,07.93. Бюл. М 28 (71) Асеа Браун Бовери АГ (СН) (72) Мохамед Назми (EG) и Маркус Штаубли (СН) (73) Асеа Браун Бовери АГ (CH) (56) Патент Швейцарии М 669396А5, кл. С 22 С 19/03, 15.03.90. (54) КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЙ И СТОЙКИЙ К ОКИСЛЕНИЮ СПЛАВ НА ОСНОВЕ

ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ

ТИПА НИКЕЛЬАЛЮМИНИДА

Изобретение касается дальнейшего развития и усовершенствования сплавов на основе интерметаллического соединения

Й!ЗА! с повышающими теплостойкость и неокисляемость добавками. В более узком плане оно касается корозионно-стойкого и . стойкого к окислению высокотемпературного сплава повышенной вязкости при комнатной температуре для направленного затвердевания на основе интерметаллического соединения типа никельалюминида.

В основе изобретения лежит цель, заключающаяся в получении сплава высокой пластичности при комнатной температуре, с высокой коррозионной стойкостью к окислению, в особенности по отношению к сульфидированию при высоких температурах. и . одновременно с высокой термостойкостью в области температур от 400 до 800 С, который был бы хорошо пригоден для направленной кристаллизации и состоял в (57) Корозионно-стойкий и стойкий к окислению высокотемпературный сплав повышенной вязкости при комнатной температуре для направленной кристаллизации на основе интерметаллического соединения типа никельалюминида следующего состава: Al

10-20 ат.%; S !=0,5-8,0 ат,%; N b 2-10 ат.%; В

0,1-2,0 ат.%; Ni остальное, причем сумма Al, Si, Nb и В составляет не более 25 ат.%. По меньшей мере, на 90 об.% сплав состоит иэ инте рметаллических фаз М !ЗА i, Й !э8 i u

М!ЗИЬ. 4 з,п.ф-лы, 1 ил. основном из интерметаллического соединения типа никельалюминид с другими добавками. Такой сплав должен иметь в интервале температур от 400 до 700 С предел текучести в горячем состоянии как минимум 900 МПа и предел прочности при растяжении в горячем состоянии как минимум 950 МПа. Кроме того, он должен иметь высокие пластичность и вязкость прежде всего в условиях комнатной температуры.

Механические характеристики при комнатной температуре должны иметь как минимум следующие значения:

Предел текучести при растяжении 700 МПа

Предел прочности при растяжении 900 МПа

Относительное удлинение 4%

Зта цель достигается тем, что названный вначале высокотемпературный сплав имеет следующий состав, ат%:

1831511

Аl 10-20

Sl 0,5-8

Nb 2-10

В 0,1-2

Nl Остальное, 5 причем суммарное содержание Al, Sl, Nb u

В составляет не более 25 ат, и что он, по меньшей мере; на 90 об. f состоит из смеси интерметаллических фаз Й!зА1; Й!з$! и

Nl3Nb 10

На чертеже показана графическая зависимость предела текучести сгт и предела прочности ов при растяжении для нового сплава на основе интерметаллического соединения типа никельалюминид от температуры, Кривая 1 представляет ход предела текучести для нового сплава с 17,5 ат. Al; 2 ат. Si;4 ат. j 1чЬ; 05 ат,% В, Nl — остальное. Она имеет максимум выше 1100 МПа 20 при температуре примерно 5000С, При

700 С предел текучести составляет 950

МПа, при 800 С более 800 МПа. Кривая 2 характеризует зависимость предела прочности для того же сплава. Величина его воз- 25 растает от 950 МПа при комнатной температуре до более 1130 МПа при 500 С и падает при 700 С до 950 МПа.

П р и и е р 1. В вакуумной печи выплавляется сплав следующего состава, ат.%:

Al 17,5

Sl 2

Nb 4

В 0,5

Ni Остальное 35

Расплав отливается в заготовки диаметром примерно 140 мм и высотой примерно

160 мм, Расплав кристаллизуется в вакууме в форме штабиков диаметром примерно 15 мм и длиной примерно 1140 мм.

Штабики используются без дальнейшей. термической обработки непосредственно для испытания на растяжение. Полученные таким образом значения пределов текучести и прочности в зависимости от темпера- 45 туры приведены на чертеже в виде кривых 1 и 2. При комнатной температуре измеренное относительное удлинение составляло

70. Таким образом, вплоть до разрыва материал проявлял высокую пластичность для интерметаллического соединения. Тем самым удовлетворяется требование сравнительно высоких пластичности и вязкости при комнатной температуре.

Пример 2. 55

Аналогично первому примеру выплавляется в вакууме следующий сплав, ат.7;:

А! 20

Sl 1

Nb 3

В 0,2

Nl Остальное

Расплав аналогично первому примеру разливался, плавился, вновь подвергался направленному затвердеванию в форме штабиков. Изготовленные таким образом штабики имели такие же размеры, как и в первом примере. Прочностные характеристики были сравнимы с приведенными на рисунке. Максимумы, однако, смешались в сторону более низких температур чуть ниже

500 С. . Пример 3. В вакууме выплавлялся сплав следующего состава, ат. :

Al 15

Si 3

Nb 6

В 0,5

Ni Остальное

Получение направленно затвердевших штабиков и образцов для испытания íà растяжение производилось аналогично примера 1. Прочностные характеристики были величинами того же порядка, что и в этом примере. Максимумы, однако, были смещены в сторону более высоких температур (примерно 600 С).

Пример 4. Выплавленный в вакууме сплав имел следующий состав, ат.7ь:

Al 11

Sl 5

Nb 8

B 0,5

Ni Остальное

Все повторялось точно так же, как в первом примере. Показатели прочности находились незначительно выше над приведенными в первом примере. Максимумы находились при температуре 700 С.

Изобретение не ограничено приведенными примерами осуществления. В принципе коррозионно-стойкий и стойкий к окислению высокотемпературный сплав с высокой вязкостью при комнатной температуре для направленного затвердевания на основе интерметаллического соединения типа никельалюминида имеет следующим состав, ат.%:

Al 10-20

$! 0,5-8

Nb 2-210

В 0,1-2

Nl Остальное причем суммарное содержание Al, SI, Nb u

В составляет не более 25 ат. Он содержит как минимум 90 об. смеси интерметаллических фаз Й!зА1, Й!з$! и й!зМЬ.

Кремнйй благоприятно воздействует на высокотемпературную корроэионную стой1831511 кость, тогда как повышает жаропрочность и смещает ее максимум в сторону более высоких температур. Пластичность при комнатной температуре сравнительно высока, что 5 благоприятно сказывается .на монтаже узлов при сооружении термических машин и при их эксплуатации.

Формула изобретения 10

1. Коррозионно-стойкий и стойкий к окислению сплав на основе интерметаллического соединения типа никельалюминида для направленной кристаллизации, включающий алюминий, кремний, бор и никель, 15 отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных свойств в интервале температур до 800 С, он дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов, ат.7: 20

Алюминий 10-20

Кремний 0,5-8,0

Бор 0,1-2,0

Ниобий 2-10

Никель Остальное, 25 при этом он содержит 90 об. 7ь смеси интерметаллических фаз й!зА1, Мз$! и й!зйЬ, а суммарное содержание алюминия, кремния, ниобия и бора не превышает 25 ат.

2. Сплав по и. 1, о т л и ч а ю щ и й-с я 30 тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, ат. Я,;

Алюминий 17,5

Кремний 2

Ниобий 4 бор 0,5

Никель Остальное.

3. Сплав по и. 1, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, ат, :

Алюминий 20

Кремний 1

Ниобий 3

Бор 0,2

Никель Остальное

4. Сплав по и. 1, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, ат,7;:

Алюминий 15

Кремний 3

Ниобий 6

Бор 0,5

Никель Остальное

5. Сплав поп.1,отлича ющийс я тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, ат. :

Алюминий 11

Кремний 5

Ниобий 8

Бор 0,5

Никель Остальное

120

1ОО во

600

4.ОО

400 600 800 1000 Ц00 ° ) Составитель Е. Носырева

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор А. Обручар

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2542 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5