Сплав на основе интерметаллида ni3al

Авторы патента:

Аргинбаева Эльвира Гайсаевна (RU)

Туренко Елена Юрьевна (RU)

Шестаков Александр Викторович (RU)

Базылева Ольга Анатольевна (RU)

Каблов Евгений Николаевич (RU)

C22C19/05 - с хромом

Владельцы патента RU 2434068:

Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным жаропрочным сплавам на основе интерметаллида Ni₃Al, предназначенным для изготовления методом направленной кристаллизации и монокристаллического литья, например, сопловых и рабочих лопаток, блоков сопловых лопаток, сегментов камеры сгорания, створок и других деталей газотурбинных двигателей авиационной промышленности. Предложен сплав на основе интерметаллида Ni₃Al, имеющий следующий химический состав, мас.%: Al 8,2-8,7, Cr 2,5-6,0, Мо 2,8-4,2, W 2,8-4,5, Ti 0,01-1,2, Та 0,5-5,5, Re 0,01-1,4, Co 0,01-5,5, С 0,015-0,08, La 0,015-0,4, Hf 0,01-0,6, Zr 0,01-0,08, Y 0,015-0,15, Ni - остальное. Технический результат - получение сплава с повышенной жаропрочностью при температуре 1200°С на базе 100 часов, кратковременной прочностью и пределом текучести при комнатной температуре для КГО [001]. 2 табл.

Известен сплав на основе интерметаллида Ni₃Al следующего химического состава, мас.%:

Al	11,5
Мо	1,0
Со	11,5
Hf	1,7
Zr	0,05
В	0,1
Nb	0,5
Ni	остальное

(патент США №4613368)

Недостатком этого сплава является его неработоспособность при температурах выше 800°С.

Известен сплав на основе интерметаллида Ni₃Al следующего химического состава, мас.%:

Al	8,2-8,6
Cr	4,8-5,2
Мо	2,5-3,0
W	2,0-2,4
Ti	1,2-1,5
Та	1,2-1,6
Re	0,05-1,2
С	0,001-0,02
La	0,015-0,3
Zr	0,05-0,5
Ni	остальное

(Патент РФ №2308499)

Сплав имеет недостаточно высокую жаропрочность при 1200°С на базе испытания 100 часов.

Известен сплав на основе интерметаллида Ni₃Al следующего химического состава, мас.%:

Al	7,7-8,7
Cr	5,0-6,0
Mo	4,5-5,5
W	2,5-3,5
Ti	0,3-0,8
Re	1,2-1,8
Co	4,0-6,0
С	0,001-0,02
La	0,002-0,2
Zr	0,05-0,5
Ni	остальное

(Патент РФ №2256716)

Сплав обладает недостаточной кратковременной прочностью и пределом текучести при комнатной температуре.

Известен сплав на основе интерметаллида Ni₃Al следующего химического состава, мас.%:

Al	7,8-9,0
Cr	5,0-6,5
Mo	3,0-4,0
W	2,7-4,0
Ti	0,8-1,2
С	0,001-0,005
Zr	0,05-0,50
Sn	0,03-0,05
Ni	остальное

(Патент РФ №2198233)

Сплав обладает недостаточной жаропрочностью при температуре 1200°С на базе испытания 100 часов для кристаллографической ориентации (КГО) [001].

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе интерметаллида Ni₃Al, имеющий химический состав, мас.%:

Al	7,7-8,7
Cr	5,0-6,0
Mo	4,5-5,5
W	2,5-3,5
Ti	0,3-0,8
Та	0,1-1,0
Re	1,2-1,8
Co	3,5-4,5
С	0,005-0,01
La	0,015-0,025
Ni	остальное

(Патент РФ №2221890)

Сплав обладает недостаточной жаропрочностью при температуре 1200°С на базе испытания 100 часов, кратковременной прочностью (σ²⁰ _в) и пределом текучести (σ²⁰ _0,2) при комнатной температуре для КГО [001].

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка сплава на основе интерметаллида Ni₃Al, обеспечивающего повышенную жаропрочность при температуре 1200°С на базе 100 часов, кратковременную прочность и предел текучести при комнатной температуре для КГО [001].

Для достижения поставленной технической задачи предлагается сплав на основе интерметаллида Ni₃Al, содержащий алюминий, хром, молибден, вольфрам, титан, тантал, рений, кобальт, углерод, лантан, никель, который дополнительно содержит гафний, цирконий, иттрий при следующем соотношении компонентов мас.%:

Al	8,2-8,7
Cr	2,5-6,0
Mo	2,8-4,2
W	2,8-4,5
Ti	0,01-1,2
Та	0,5-5,5
Re	0,01-1,4
Co	0,01-5,5
С	0,015-0,08
La	0,015-0,4
Hf	0,01-0,6
Zr	0,01-0,08
Y	0,015-0,15
Ni	остальное

Установлено, что при введении в состав предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni₃Al гафния, циркония, иттрия при заявленном содержании и соотношениях компонентов наблюдается связывание кислорода в соединение Y₂O₃, упрочнение твердого раствора сплава и образование мелкодисперсных интерметаллидных фаз типа Hf₂Al₃, HfAl, YRe₂, YNi₅, YNi₄, ZrAl₃, при этом достигается снижение степени ликвационной неоднородности, повышение жаропрочности при температуре 1200°С на базе 100 часов, повышение кратковременной прочности и предела текучести при комнатной температуре для КГО [001].

Примеры осуществления

Шихтовую заготовку из предлагаемого сплава и сплава-прототипа выплавляли из чистых шихтовых материалов в вакуумной индукционной печи с тиглем из основной футеровки. После разливки сплавов в кокили ⌀60 мм проводили на химический анализ. Результаты химического анализа составов предлагаемого сплава и сплава-прототипа приведены в таблице 1.

Содержание легирующих элементов, газов, примесей, таких как сера, фосфор, сурьма, висмут, определяли по стандартным методикам.

Последующий переплав осуществлялся методом высокоградиентной направленной кристаллизации.

Свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа, полученных по одной и той же технологической схеме на стандартных образцах КГО [001], приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что жаропрочность при температуре 1200°С на базе 100 часов (σ¹²⁰⁰ ₁₀₀) повышена на 15-25%, предел текучести (σ²⁰ _0,2) повышен на 4-7%, предел прочности (σ²⁰ _В) повышен на 2-5%.

Использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni₃Al повышает надежность изделий, таких как рабочие и сопловые лопатки и увеличивает ресурс их работы.

Таблица 1
Составы предлагаемого сплава и сплава-прототипа
Состав	Содержание элементов, мас.%
Al	Cr	Mo	W	Ti	Та	Re	Co	С	La	Hf	Zr	Y	Ni
I	8,2	6,0	3,5	4,5	0,01	3,0	0,01	5,5	0,05	0,2	0,3	0,05	0,15	Осн.
II	8,7	4,3	4,2	2,8	0,6	0,5	1,4	0,01	0,015	0,4	0,6	0,08	0,08	Осн.
III	8,5	2,5	2,8	3,6	1,2	5,5	0,7	2,7	0,08	0,015	0,01	0,01	0,015	Осн.
Прототип	8,2	5,5	5,0	2,5	0,6	0,5	1,5	4,0	0,01	0,025	-	-	-	Осн.

Таблица 2
Свойства предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni₃Al и сплава-прототипа для КГО [001]
Свойства	Жаропрочность при температуре 1200°С на базе 100 ч, σ¹²⁰⁰ ₁₀₀, МПа	Предел текучести при комнатной температуре, σ²⁰ _0,2, МПа	Предел прочности при комнатной температуре σ²⁰ _В, МПа
I	40	550	930
II	45	580	950
III	50	565	920
Прототип	38	540	900

Сплав на основе интерметаллида Ni₃Al, содержащий алюминий, хром, молибден, вольфрам, титан, углерод, лантан, кобальт, рений, тантал, никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гафний, цирконий, иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Al	8,2-8,7
Cr	2,5-6,0
Мо	2,8-4,2
W	2,8-4,5
Ti	0,01-1,2
Та	0,5-5,5
Re	0,01-1,4
Co	0,01-5,5
С	0,015-0,08
La	0,015-0,4
Hf	0,01-0,6
Zr	0,01-0,08
Y	0,015-0,15
Ni	остальное

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным сплавам на основе интерметаллида Ni3Al, предназначенных для изготовления методом направленной кристаллизации, например, сопловых и рабочих лопаток, блоков сопловых лопаток, сегментов камеры сгорания, створок, форсунок и других деталей газотурбинных двигателей авиационной промышленности.

Жаропрочный сплав на основе никеля, способ изготовления детали и деталь турбомашины // 2433197

Изобретение относится к металлургии, в частности к жаропрочным сплавам на основе никеля. .

Литейный сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него // 2433196

Изобретение относится к области металлургии, в частности к литейным сплавам на основе интерметаллида Ni3Al и изделиям из них, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям, и может быть использовано для изготовления деталей авиационных газотубинных двигателей.

Порошковый жаропрочный сплав на основе никеля // 2428498

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам порошковых жаропрочных сплавов на основе никеля, и может быть использовано для тяжелонагруженных деталей - дисков и валов, работающих при повышенных температурах в газотурбинных двигателях.

Жаропрочный никелевый сплав для получения изделий методом металлургии гранул // 2428497

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным сплавам на никелевой основе для изделий, изготавливаемых методом металлургии гранул, предназначенных для работы при высоких температурах и нагрузках.

Жаропрочный сплав на никелевой основе // 2425901

Изобретение относится к области металлургии жаропрочных сплавов на основе никеля и может быть использовано для изготовления из этих сплавов высокотемпературных элементов энергетического оборудования.

Аморфный сплав на основе никеля для литья микропроводов // 2424349

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам для литья коррозионно-стойких микропроводов, используемых при получении термопар с высокой термо-ЭДС.

Жаропрочный сплав, рассчитанный на образование мелкодисперсных выделений карбида ti-nb-cr или карбида ti-nb-zr-cr // 2424347

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам, применяемым при производстве водорода конверсией. .

Высокопрочный коррозионно-стойкий сплав для использования в нефтяной промышленности // 2418880

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению сплавов системы Ni-Fe-Cr, применяемых в глубоких нефтяных или газовых скважинах, а также морской среде.

Aморфный, износостойкий наноструктурированный сплав на основе никеля системы ni-cr-mo-wc // 2418091

Изобретение относится к области металлургии, а именно к прецизионным сплавам, в частности к аморфным, износостойким наноструктурированным сплавам на основе никеля системы Ni-Cr-Mo-WC.

Литейный жаропрочный сплав на основе никеля // 2434069

Изобретение относится к металлургии сплавов, в частности к производству никелевых жаропрочных сплавов с поликристаллической равноосной структурой и изготовлению из них деталей газотурбинных двигателей, например сопловых и рабочих лопаток газовых турбин и роторов

Жаропрочный сплав на никелевой основе для монокристаллического литья // 2439184

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе никеля, предназначенным для производства методом направленной кристаллизации деталей высокотемпературных газовых турбин ГТД и ГТУ, преимущественно монокристаллических лопаток и других элементов горячего тракта турбины

Жаропрочный литейный сплав на основе никеля // 2439185

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным литейным сплавам на основе никеля, используемым для изготовления высоконагруженных деталей, а именно лопаток газовых турбин с направленной столбчатой и монокристаллической структурой, работающих при температурах 1000°С и выше

Сварочная проволока для сварки корпусных деталей из разнородных сталей // 2440876

Изобретение относится к сварке и может быть использовано для выполнения разнородных сварных соединений корпусных конструкций атомного и энергетического машиностроения из низколегированных сталей и заварки выборок при исправлении дефектов

Упрочненный гамма-штрих фазой суперсплав на основе никеля // 2441088

Изобретение относится к области металлургии, в частности к упрочненным гамма-штрих фазой суперсплавам на основе никеля, и может быть использовано в деталях газовых турбин

Коррозионно-стойкий сплав на основе fe-cr-ni, изделие из него и способ изготовления изделия // 2441089

Изобретение относится к области металлургии, а именно к коррозионно-стойким сплавам на основе системы Fe-Cr-Ni, предназначенным для изготовления высоконагруженных деталей

Сплав на основе никеля для применения в газовых турбинах // 2443792

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, подходящим для литья конструктивных элементов газовой турбины

Литейный никелевый жаропрочный сплав // 2446221

Изобретение относится к области металлургии, в частности к литейным никелевым жаропрочным сплавам для изготовления деталей, например лопаток газотурбинных двигателей, работающих при температурах 1000°С и выше в условиях сложного комплексного нагружения, отливаемых методом направленной кристаллизации и имеющих направленную столбчатую или монокристальную структуру

Жаропрочный хромоникелевый сплав с аустенитной структурой // 2446223

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным хромоникелевым сплавам с аустенитной структурой, и может быть использовано при изготовлении отливок для коллекторов и реакционных труб печей риформинга крупнотоннажных агрегатов аммиака и метанола с температурой эксплуатации до 1200°С и давлении до 50 атм

Жаропрочный сплав // 2447172

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам с литой структурой на хромоникелевой основе с карбидным упрочнением, и может быть использовано при создании установок высокотемпературного пиролиза для нефтехимических отраслей промышленности