×
10.06.2014
216.012.d038

ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ ДЛЯ ЛИТЬЯ ДЕТАЛЕЙ ГОРЯЧЕГО ТРАКТА ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к металлургии, в частности к литейным жаропрочным коррозионно-стойким сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления литьем деталей горячего тракта газотурбинных установок, например рабочих лопаток газотурбинного двигателя с равноосной, направленной и монокристаллической структурами, работающих в агрессивных средах при температурах 700-1000°C. Жаропрочный сплав на основе никеля для литья деталей горячего тракта газотурбинных установок содержит, мас.%: углерод 0,08-0,10, хром 8,85-9,15, кобальт 10,4-10,8, вольфрам 5,60-5,85, молибден 0,20-0,30, титан 3,0-3,2, алюминий 3,7-3,9, тантал 3,9-4,1, рений 2,9-3,1, ниобий 0,10-0,15, церий 0,010-0,012, иттрий 0,010-0,012, лантан 0,010-0,012, магний 0,010-0,012, гафний 0,10-0,15, бор 0,08-0,012, никель - остальное. Cуммарное содержание церия, иттрия, лантана и магния составляет не менее 0,040-0,048 мас.%, суммарное содержание гафния и ниобия - 0,2-0,3 мас.%, а суммарное содержание алюминия и титана - 6,8-7,1 мас.% при отношении содержания титана к содержанию алюминия 0,81-0,825. Сплав характеризуется повышенной длительной прочностью в сочетании с высоким сопротивлением окислению и коррозионным воздействиям. 2 табл.
Основные результаты: Жаропрочный сплав на основе никеля для литья деталей горячего тракта газотурбинных установок, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, тантал, рений, ниобий, церий, иттрий, лантан, магний, гафний, бор и никель, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: при этом суммарное содержание церия, иттрия, лантана и магния - не менее 0,040-0,048 мас.%, суммарное содержание гафния и ниобия - 0,2-0,3 мас.%, а суммарное содержание алюминия и титана - 6,8-7,1 мас.% при отношении содержания титана к содержанию алюминия 0,81-0,825.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейным жаропрочным коррозионно-стойким сплавам на основе никеля с хромом и кобальтом, и может быть использовано для изготовления литьем деталей горячего тракта газотурбинных установок, например рабочих лопаток газотурбинного двигателя с равноосной, направленной и монокристаллической структурами, работающих в агрессивных средах при температурах 700-1000°C.

Высокие прочностные характеристики таких сплавов достигаются за счет значительного количества (30-70 об.%) упрочняющей γ'-фазы (Ni3Al), легированной элементами ниобием, титаном, танталом и т.д., а также упрочнением твердого раствора (γ'-фазы) кобальтом, хромом, молибденом, вольфрамом и рением. Повышенную коррозионную стойкость обеспечивают высоким содержанием хрома (как правило 9-16 мас.%), высоким отношением содержания титана к алюминию Ti/Al≥1,0, а также введением рения и редкоземельных элементов. Сопротивление окислению при повышенных температурах обеспечивают повышенным содержанием алюминия и тантала, снижением содержания хрома и, в первую очередь, молибдена, а также введением редкоземельных элементов.

Структурная стабильность на ресурс (исключение образования охрупчивающих фаз) и ограничение образования при кристаллизации неравновесных фаз, на месте которых после их распада при термообработке будут зарождаться поры и трещины, могут быть оценены по известной методике ФАКОМП.

Характеристики длительной прочности, критические точки сплава и другие его физико-механические свойства также могут быть оценены по известным методикам.

(H.Harada и др., Сб. Superalloys, 1988; p.p.733-742; Сб. Superalloys, 2000; p.p.729-736.)

Известен литейный жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, тантал, рений, ниобий, церий, иттрий, лантан, магний, гафний, бор и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0,12-0,18, хром 4,3-5,6, кобальт 8,0-10,0, вольфрам 10,9-12,5, молибден 2,5-3,5, титан 0,9-1,3, алюминий 5,65-6,25, тантал 0,15-0,35, рений 0,15-0,35, ниобий 4,0-4,8, церий 0,005-0,025, иттрий 0,005-0,025, лантан 0,005-0,05, гафний 0,01-0,1, бор 0,005-0,015, железо 0,1-1,0 и никель - остальное.

(RU 94023000, С22С 19/05, опубликовано 20.04.1997)

Недостатком известного сплава является его низкая коррозионная стойкость из-за пониженных содержаний хрома и рения, а также неоптимальным отношением содержания титана к содержанию алюминия. Кроме того, известный сплав имеет недостаточные стойкость к окислению и жаропрочность при температурах 850-950°C и пониженную структурную стабильность на ресурс в процессе наработки.

Известен жаропрочный сплав на основе никеля для изготовления литьем с направленной кристаллизацией (DS) элементов газовых турбин с монокристаллической структурой. Известный сплав включает углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, тантал, рений, ниобий, церий, иттрий, лантан, магний, гафний, бор, железо, ванадий, марганец, родий, кремний, другие элементы и никель, при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод 0-0,15, хром 14,0-18,0, кобальт 2,0-4,0, вольфрам 1,7-2,8, молибден 1,0-2,4, титан 0-0,4, алюминий не менее 4,5, тантал 9,0-11,0, ниобий 0-0,25, гафний не менее 0,1, бор 0-0,02, никель - остальное, при этом суммарное содержание церия, лантана, иттрия, актиноидов и лантаноидов составляет 0-0,5, суммарное содержание рения, молибдена, вольфрама и рутения - 2,0-8,0, а суммарное содержание магния, кальция и меди - 0-0,5.

(US 2010296962, С22С 19/05, опубликовано 25.11.2010.)

Данный известный сплав также имеет низкую коррозионную стойкость ввиду весьма низкой величины отношения содержания титана к содержанию алюминия, недостаточные: стойкость к окислению; жаропрочность при температурах 850-950°C; структурную стабильность на ресурс в процессе наработки.

Таким образом, известные сплавы при рабочих температурах 800-1000°C в условиях агрессивной среды не обладают оптимальным сочетанием служебных характеристик (жаропрочность, сопротивление коррозии и окислению, структурной стабильностью на ресурс) с высокими технологическими характеристиками.

Целью изобретения и его техническим результатом является достижение: повышенной длительной прочности литых изделий в сочетании с высоким сопротивлением окислению и коррозионным воздействиям; повышенной структурной стабильности на ресурс; улучшения технологических характеристик сплава.

Технический результат достигается тем, что жаропрочный сплав на основе никеля для литья деталей горячего тракта газотурбинных установок содержит углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, тантал, рений, ниобий, церий, иттрий, лантан, магний, гафний, бор и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,08-0,10
хром 8,85-9,15
кобальт 10,4-10,8
вольфрам 5,60-5,85
молибден 0,20-0,30
титан 3,0-3,2
алюминий 3,7-3,9
тантал 3,9-4,1
рений 2,9-3,1
ниобий 0,10-0,15
церий 0,010-0,012
иттрий 0,010-0,012
лантан 0,010-0,012
магний 0,010-0,012
гафний 0,10-0,15
бор 0,08-0,012
никель остальное

при этом суммарное содержание церия, иттрия, лантана и магния - не менее 0,040-0,048 мас.%, суммарное содержание гафния и ниобия - 0,2-0,3 мас.%, а суммарное содержание алюминия и титана - 6,8-7,1 мас.% при отношении содержания титана к содержанию алюминия 0,81-0,825.

В сплаве по изобретению количество упрочняющей γ'-фазы (Ni3Al) составляет 57,2-59,4 ат.%, что обеспечивает высокий и стабильный уровень служебных характеристик, например жаропрочность: 309 - 317 МПа за 103 часов при 900°C.

Оптимальное содержание вольфрама, рения, тантала дает повышенную жаропрочность литого сплава, однако дальнейшее увеличение их суммарного содержания вызывает значительный рост температуры растворения γ'-фазы, что можно компенсировать увеличением содержания кобальта, но это удорожает сплав.

Заявленные содержания ниобия и гафния, включая их суммарное содержание, обеспечивают достаточную пластичность литого сплава на длительный ресурс и стабилизацию карбидов. При этом заявленные соотношения компонентов в сплаве исключают в процессе наработки появление охрупчивающих фаз и ограничивают выделение неравновесной эвтектической γ'-фазы (менее 1%), что обеспечивает пониженный объем усадочной пористости и повышает устойчивость к образованию трещин.

Достижение поставленного технического результата можно проиллюстрировать данными из таблиц 1 и 2.

Из данных табл.2, где приведены полученные с использованием известных расчетных методик характеристики сплавов с направленной структурой (DS) видно, что сплав по изобретению превосходит известный прототип по комплексу служебных характеристик.

Достигаемые повышенные значения жаропрочности и повышенное сопротивление агрессивным воздействиям среды предлагаемого сплава (по сравнению с известным) позволяют увеличить эксплуатационную надежность и срок службы изделий и, как следствие, приводит к снижению годовой потребности в металле. Причем стоимость шихтовых материалов сравниваемых сплавов примерно одинаковы.

Кроме того, узкие интервалы легирования позволяют уменьшить разброс значений служебных характеристик и обеспечивают гарантированные значения прочности и пластичности, закладываемые конструкторами в расчет изделия.

Заявленный состав сплава обеспечивает повышение характеристик жаропрочности в состоянии (DS) при 900°C на ~ 5,0% по напряжению (или практически в 1,2 раза по ресурсу), повышение сопротивления коррозионным воздействиям в агрессивных средах в 10-12 раз, возможность использования сплава в равноосном состоянии.

Таблица 1
Содержание компонентов, мас.% Сплав по изобретению Известный сплав
Вариант 1 Вариант 2
углерод 0,08 0,10 0,06
хром 8,85 9,15 14,0
кобальт 10,4 10,8 4,0
вольфрам 5,60 5,85 2.4
молибден 0,20 0,30 2,0
титан 3,0 3,2 0,4
алюминий 3,7 3,9 5,0
тантал 3,9 4,1 8,0
рений 2,9 3,1 2,0
ниобий 0,10 0,15 0,25
церий 0,010 0,012 0,015
иттрий 0,010 0,012 0,015
лантан 0,010 0,012 0,015
магний 0,010 0,012 0,015
гафний 0,10 0,15 0,05
бор 0,08 0,012 0,02
никель остальное остальное остальное
суммарное содержание церия, иттрия, лантана и магния в равных долях 0,040 0,048 0,5
суммарное содержание гафния и ниобия 0,2 0,3 0,4
суммарное содержание алюминия и титана 6,7 7,1 5,4
отношение содержания титана к содержанию алюминия 0,81 0,8205 0,08

Таблица 2
Характеристики сплава Сплав по изобретению Известный сплав
Вариант 1 Вариант 2
1. Упрочняющая γ'-фаза
1.1. Объем γ'-фазы, ат.% 57,2 59,4 51,1
1.2. Суммарное содержание титана и алюминия, мас.% 6,7 7,1 5,4
1.3. Сольвус Тγ' осредненный,°С 1219 1232 1197
1.4. Степень
залегированности γ'-фазы
1,023 1,072 1,269
1.5. Отношение содержания Ti/Al 0,81 0,82 0,08
1.6. Mismash при 900°С 0,0 -0,003 0,007
1.7. Количество неравновесной γ'-фазы, межось-литой,% <1 <1,5 ~6
2. Энергия дефектов упаковки в γ'-фазе 1,507 0,636 2,916
3. Плотность т/м3 8,63 8,62 8,5
4. Структурная стабильность ФАКОМП, MdyKp≤0,928 осреднен. с ТО 0,911 0,925 0,919
5. Длительная прочность
1) 400 407 356
2) 317 309 280
6. Сравнительная коррозионная стойкость lg Metall loss (JN792=0,26) -0,595 -0,553 0,015
lg corros Rate (JN792=0,1) -0,185 -0,256 0,366

Жаропрочный сплав на основе никеля для литья деталей горячего тракта газотурбинных установок, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, тантал, рений, ниобий, церий, иттрий, лантан, магний, гафний, бор и никель, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: при этом суммарное содержание церия, иттрия, лантана и магния - не менее 0,040-0,048 мас.%, суммарное содержание гафния и ниобия - 0,2-0,3 мас.%, а суммарное содержание алюминия и титана - 6,8-7,1 мас.% при отношении содержания титана к содержанию алюминия 0,81-0,825.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 174 items.
10.01.2013
№216.012.17d7

Электролит для электрохимической обработки

Изобретение относится к электрохимическим и электрофизическим способам обработки материалов, а именно - к электролитам для электрохимической обработки острых кромок после слесарной зачистки в изделиях, преимущественно из нержавеющих и жаропрочных сплавов. Электролит для электрохимической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471595
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.02.2013
№216.012.2456

Способ доводки двигателя

Изобретение относится к области разработки двигателей, в частности к способам доводки двигателя (ДВС). Способ доводки ДВС заключается в разработке варианта конструкции ДВС, проведении поузловых, полноразмерных и экспериментальных испытаний, определении по их положительным результатам...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474804
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.284a

Способ обеспечения вибрационной прочности деталей

Изобретение относится к способам обеспечения вибрационной прочности деталей сложной геометрической формы. Техническим результатом является корректировка вибрационных характеристик детали путем изменения геометрии конкретного места на детали для обеспечения ее вибрационной прочности. Определяют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475834
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.04.2013
№216.012.3710

Способ электрошлакового переплава

Изобретение относится к электрометаллургии и может быть использовано при выплавке слитков электрошлаковым переплавом расходуемых электродов. Способ включает переплав расходуемого электрода на переменном токе с наложением на шлаковую и металлическую ванны переменного электромагнитного поля. При...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479649
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.05.2013
№216.012.3fe6

Способ изготовления электрода-инструмента при объемной электрохимической обработке (эхо)

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки. При изготовлении электрода-инструмента для объемной электрохимической обработки к его двум деталям подключают положительный полюс источника постоянного импульсно-циклического тока и источник импульсного тока с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481928
Дата охранного документа: 20.05.2013
27.05.2013
№216.012.448c

Способ перемешивания шлаковой ванны при электрошлаковом переплаве расходуемого электрода

Изобретение относится к спецэлектрометаллургии и может быть использовано при изготовлении слитка стали электрошлаковым переплавом расходуемого электрода. В способе продувку ведут смесью азота с кислородом с расходом 0,7-1,2 л на 1 кг переплавляемого расходуемого электрода при 1,43-2,45 л/мин, а...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483125
Дата охранного документа: 27.05.2013
27.05.2013
№216.012.44a0

Электрохимический способ получения покрытий на металлическом изделии

Изобретение относится к электрохимической технологии формирования износостойких, диэлектрических, антикоррозионных и декоративных оксидных или оксидно-керамических покрытий на электропроводящие изделия, в частности для нанесения неорганических покрытий на детали и изделия из алюминиевых,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483145
Дата охранного документа: 27.05.2013
10.06.2013
№216.012.4748

Приспособление для поддержки заклепок

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройству для клепки крупногабаритных деталей цилиндрическими заклепками. Приспособление содержит упор и рукоятку. Также содержит зафиксированный на основании посредством ребер жесткости стержень с вмонтированной в него при помощи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483828
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.06.2013
№216.012.50bf

Установка электрошлакового переплава и способ ее управления

Изобретения относятся к специальной электрометаллургии и могут быть использованы на установках для электрошлаковой выплавки сплошных и полых слитков или заготовок. Установка содержит технологическую оснастку для расходуемого электрода и формируемого слитка, по меньшей мере одну с закрепленной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486264
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.07.2013
№216.012.544b

Способ электрошлакового переплава

Изобретение относится к электрометаллургии и может быть использовано при выплавке слитков электрошлаковым переплавом расходуемых электродов. В способе используют по меньшей мере две затравки, которые выполняют в виде цилиндра или параллелепипеда, изолируют от корпуса кристаллизатора и размещают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487182
Дата охранного документа: 10.07.2013
Showing 1-10 of 168 items.
10.01.2013
№216.012.17d7

Электролит для электрохимической обработки

Изобретение относится к электрохимическим и электрофизическим способам обработки материалов, а именно - к электролитам для электрохимической обработки острых кромок после слесарной зачистки в изделиях, преимущественно из нержавеющих и жаропрочных сплавов. Электролит для электрохимической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471595
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.02.2013
№216.012.2456

Способ доводки двигателя

Изобретение относится к области разработки двигателей, в частности к способам доводки двигателя (ДВС). Способ доводки ДВС заключается в разработке варианта конструкции ДВС, проведении поузловых, полноразмерных и экспериментальных испытаний, определении по их положительным результатам...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474804
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.284a

Способ обеспечения вибрационной прочности деталей

Изобретение относится к способам обеспечения вибрационной прочности деталей сложной геометрической формы. Техническим результатом является корректировка вибрационных характеристик детали путем изменения геометрии конкретного места на детали для обеспечения ее вибрационной прочности. Определяют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475834
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.04.2013
№216.012.3710

Способ электрошлакового переплава

Изобретение относится к электрометаллургии и может быть использовано при выплавке слитков электрошлаковым переплавом расходуемых электродов. Способ включает переплав расходуемого электрода на переменном токе с наложением на шлаковую и металлическую ванны переменного электромагнитного поля. При...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479649
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.05.2013
№216.012.3fe6

Способ изготовления электрода-инструмента при объемной электрохимической обработке (эхо)

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим методам обработки. При изготовлении электрода-инструмента для объемной электрохимической обработки к его двум деталям подключают положительный полюс источника постоянного импульсно-циклического тока и источник импульсного тока с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481928
Дата охранного документа: 20.05.2013
27.05.2013
№216.012.448c

Способ перемешивания шлаковой ванны при электрошлаковом переплаве расходуемого электрода

Изобретение относится к спецэлектрометаллургии и может быть использовано при изготовлении слитка стали электрошлаковым переплавом расходуемого электрода. В способе продувку ведут смесью азота с кислородом с расходом 0,7-1,2 л на 1 кг переплавляемого расходуемого электрода при 1,43-2,45 л/мин, а...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483125
Дата охранного документа: 27.05.2013
27.05.2013
№216.012.44a0

Электрохимический способ получения покрытий на металлическом изделии

Изобретение относится к электрохимической технологии формирования износостойких, диэлектрических, антикоррозионных и декоративных оксидных или оксидно-керамических покрытий на электропроводящие изделия, в частности для нанесения неорганических покрытий на детали и изделия из алюминиевых,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483145
Дата охранного документа: 27.05.2013
10.06.2013
№216.012.4748

Приспособление для поддержки заклепок

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройству для клепки крупногабаритных деталей цилиндрическими заклепками. Приспособление содержит упор и рукоятку. Также содержит зафиксированный на основании посредством ребер жесткости стержень с вмонтированной в него при помощи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483828
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.07.2013
№216.012.544b

Способ электрошлакового переплава

Изобретение относится к электрометаллургии и может быть использовано при выплавке слитков электрошлаковым переплавом расходуемых электродов. В способе используют по меньшей мере две затравки, которые выполняют в виде цилиндра или параллелепипеда, изолируют от корпуса кристаллизатора и размещают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487182
Дата охранного документа: 10.07.2013
20.07.2013
№216.012.57db

Способ рентгеноструктурного контроля детали

Использование: для рентгеноструктурного контроля детали. Сущность: заключается в том, что осуществляют снятие рентгенограммы с контролируемой детали, выполняют определение параметра, зависящего от наработки детали, при этом снятие рентгенограммы с контролируемой детали на предполагаемой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488099
Дата охранного документа: 20.07.2013
+ добавить свой РИД