×
10.11.2015
216.013.8d38

Результат интеллектуальной деятельности: СУПЕРСПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002567759
Дата охранного документа
10.11.2015
Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, в частности к суперсплавам на основе никеля, которые могут быть использованы в деталях газовой турбины. Суперсплав на основе никеля содержит, вес.%: C ≤0,1; Si ≤0,2; Mn ≤0,2; P ≤0,005; S ≤0,0015; Al 4,0-5,5; B ≤0,03; Co 5,0-9,0; Cr 18,0-22,0; Cu ≤0,1; Fe ≤0,5; Hf 0,9-1,3; Mg ≤0,002; Mo ≤0,5; N ≤0,0015; Nb ≤0,01; O ≤0,0015; Ta 4,8-5,2; Ti 0,8-2,0; W 1,8-2,5; Zr ≤0,01; Ni - остальное. Сплав характеризуется высокими показателями коррозионной стойкости и сопротивления ползучести. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Настоящее изобретение относится к суперсплаву (жаропрочному сплаву) на основе никеля, который может применяться в деталях турбин, в частности деталях газовой турбины с направленно кристаллизованной (DS) или монокристаллической (SX) структурой.

Суперсплавы на основе никеля часто применяются для деталей, которые работают в горячей и коррозионной среде, таких как рабочие и направляющие лопатки газовых турбин, которые подвергаются действию горячих и коррозионных газообразных продуктов сгорания (рабочих газов), приводящих в действие турбину. В таких средах необходимы высокая прочность и сильное сопротивление химическим коррозионным воздействиям при высоких температурах.

Хотя суперсплавы на основе никеля с высокой прочностью и сильным сопротивлением химическим коррозионным воздействиям при высоких температурах известны из уровня техники, например из EP 0325760 A1, EP 1914327 A1, US 2003/0041930 A1, US 2005/0194068 A1, JP 10-317080 A и документов, цитированных в этих документах, выполненные из этих материалов детали все же должны быть защищены коррозионно-стойкими покрытиями наподобие так называемых MCrAlY-покрытий, где M обозначает железо (Fe), кобальт (Co) или никель (Ni), Cr обозначает хром, Al обозначает алюминий, а Y обозначает активный элемент, в частности иттрий (Y). Однако в качестве активного элемента в дополнение к иттрию или как альтернатива иттрию может использоваться кремний (Si) и/или по меньшей мере один из редкоземельных элементов или гафний (Hf). Кроме того, часто на коррозионно-стойкое покрытие наносят теплобарьерные покрытия, чтобы снизить температуру, испытываемую этим покрытием и нижележащим суперсплавом на основе никеля.

Имеется тенденция к повышению температуры рабочих газов, т.е. входной температуры на входе турбины, что связано с желанием повысить кпд турбины, который, в свою очередь, зависит от входной температуры на входе турбины. Таким образом, все части деталей турбины, т.е. суперсплав детали и коррозионно-стойкое покрытие, а также теплобарьерное покрытие следует улучшать, чтобы позволить деталям работать при более высоких температурах.

Кроме того, имеется желание не покрывать некоторые зоны рабочих или направляющих лопаток турбины, в частности участки крепления лопаток, которыми рабочие или направляющие лопатки крепятся к ротору или корпусу. Это, однако, означает, что коррозионная стойкость самого суперсплава должна быть достаточно высокой.

Настоящее изобретение направлено на улучшение суперсплава на основе никеля.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить суперсплав на основе никеля, который обеспечивает высокую коррозионную стойкость в сочетании с высоким сопротивлением ползучести. Кроме того, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить деталь турбины, в частности рабочую или направляющую лопатку турбины, с высокой коррозионной стойкостью и высоким сопротивлением ползучести.

Эти задачи решены суперсплавом на основе никеля по пункту 1 и деталью турбины по пункту 5 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения содержат дальнейшие усовершенствования настоящего изобретения.

Предлагаемый изобретением суперсплав на основе никеля содержит (в вес.%):

углерод (C): ≤0,1
кремний (Si): ≤0,2
марганец (Mn): ≤0,2
фосфор (P): ≤0,005
сера (S): ≤0,0015
алюминий (Al): 4,0-5,5
бор (B): ≤0,03
кобальт (Co): 5,0-9,0
хром (Cr): 18,0-22,0
медь (Cu): ≤0,1
железо (Fe): ≤0,5
гафний (Hf): 0,9-1,3
марганец (Mg): ≤0,002
молибден (Mo) ≤0,5
азот (N): ≤0,0015
ниобий (Nb): ≤0,01
кислород (O): ≤0,0015
тантал (Ta): 4,8-5,2
титан (Ti): 0,8-2,0
вольфрам (W): 1,8-2,5
цирконий (Zr): ≤0,01
никель (Ni) и неизбежные примеси Остальное

В частности, предлагаемый изобретением суперсплав на основе никеля может содержать (в вес.%):

C: 0,03-0,07
Si: ≤0,2
Mn: ≤0,2
P: ≤0,005
S: ≤0,0015
Al: 4,2-4,4
B: ≤0,01
Co: 7,8-8,5
Cr: 18,2-19,2
Cu: ≤0,1
Fe: ≤0,5
Hf: 1,0-1,2
Mg: ≤0,002
Mo: ≤0,5
N: ≤0,0015
Nb: ≤0,01
O: ≤0,0015
Ta: 4,9-5,1
Ti: 1,1-1,3
W: 2,0-2,4
Zr: 0,003-0,007
Ni и неизбежные примеси Остальное

Хотя предлагаемый изобретением суперсплав на основе никеля демонстрирует высокую коррозионную стойкость и сопротивление ползучести при всех указанных выше составах, составы согласно первому и второму варианту показывают особенно хорошие результаты в отношении коррозионной стойкости и сопротивления ползучести.

Предлагаемая изобретением деталь турбины, которой может быть, в частности, рабочая или направляющая лопатка газовой турбины, выполнена из предлагаемого изобретением суперсплава на основе никеля. Если деталь турбины является деталью газовой турбины, выгодно, если она имеет направленно кристаллизованную структуру (DS-структуру) или монокристаллическую структуру (SX-структуру).

При изготовлении рабочей или направляющей лопатки газовой турбины из предлагаемого изобретением суперсплава на основе никеля коррозионная стойкость рабочей или направляющей лопатки достаточно высока настолько, что нет необходимости снабжать коррозионно-стойким покрытием участок крепления (или участки крепления) рабочей или направляющей лопатки. Поэтому в следующем усовершенствовании детали турбины, представляющей собой рабочую или направляющую лопатку, эта деталь содержит участок крепления без покрытия.

Дополнительные признаки, свойства и преимущества настоящего изобретения станут ясными из следующего описания вариантов реализации настоящего изобретения в сочетании с приложенным чертежом.

Фиг. 1 схематически показывает рабочую или направляющую лопатку газовой турбины.

Фиг. 1 показывает вид в перспективе рабочей лопатки 120 или направляющей лопатки 130 ротора газовой турбины, которая может быть газовой турбиной летательного аппарата или электростанции для генерации электроэнергии. Однако похожие рабочие или направляющие лопатки применяются также в паровых турбинах или компрессорах.

Рабочая или направляющая лопатка 120, 130 простирается вдоль продольной оси 121 и имеет последовательно вдоль своей продольный оси 121 зону крепления (так называемый хвостовик лопатки), примыкающую полку 403 и перо 406, простирающееся от полки 403 до верхнего конца 415. В качестве направляющей лопатки 130 лопатка может иметь дополнительную полку на своем верхнем конце и еще один участок крепления, простирающийся от этой дополнительной полки. Участок крепления в показанном варианте реализации имеет форму головки молотка (Т-образную форму). Однако возможны также другие конфигурации, такие как елочного типа или ласточкин хвост.

Рабочая или направляющая лопатка 120, 130 имеет переднюю кромку 409, которая обращена к входящему рабочему газу, и заднюю кромку 412, которая обращена от входящего рабочего газа. Перо простирается от передней к задней кромке и образует аэродинамическую поверхность, позволяющую передать импульс от протекающего рабочего газа на рабочую лопатку 120. В направляющей лопатке 130 перо позволяет направлять протекающие рабочие газы так, чтобы оптимизировать передачу импульса на рабочие лопатки турбины и, следовательно, чтобы оптимизировать передачу импульса от протекающего рабочего газа турбине.

Рабочая или направляющая лопатка 120, 130 целиком выполнена из суперсплава на основе никеля и сформирована способом литья по выплавляемым моделям. В настоящем варианте реализации участок пера 406 и конечные части полки 403 покрыты коррозионно-стойким покрытием, например MCrAlY-покрытием, и лежащим поверх коррозионно-стойкого покрытия теплобарьерным покрытием. Участок крепления 400 не покрывают.

Согласно изобретению суперсплав на основе никеля применяется в качестве основного материала рабочей или направляющей лопатки 120, 130 турбины. Суперсплав на основе никеля содержит (в вес.%):

C: ≤0,1, предпочтительно 0,03-0,07
Si: ≤0,2
Mn: ≤0,2
P: ≤0,005
S: ≤0,0015
Al: 4,0-5,5, предпочтительно 4,2-4,4
B: ≤0,03, предпочтительно ≤0,01
Co: 5,0-9,0, предпочтительно 7,8-8,5
Cr: 18,0-22,0, предпочтительно 18,2-19,2
Cu: ≤0,1
Fe: ≤0,5
Hf: 0,9-1,3, предпочтительно 1,0-1,2
Mg: ≤0,002
Mo: ≤0,5
N: ≤0,0015
Nb: ≤0,01
O: ≤0,0015
Ta: 4,8-5,2, предпочтительно 4,9-5,1
Ti: 0,8-2,0, предпочтительно 1,1-1,3
W: 1,8-2,5, предпочтительно 2,0-2,4
Zr: ≤0,01, предпочтительно 0,003-0,007
Ni и неизбежные примеси Остальное

Упомянутый суперсплав на основе никеля предлагает высокое сопротивление ползучести и одновременно высокую коррозионную стойкость, так что нет необходимости в покрытии участка крепления 400 рабочей или направляющей лопатки 120, 130.

Предпочтительно литье по выплавляемым моделям проводят с направленной кристаллизацией детали так, чтобы получить направленно кристаллизованную структуру (DX-структуру) или монокристаллическую структуру (SX-структуру). При направленной кристаллизации дендритные кристаллы ориентируются вдоль направленного теплового потока и образуют либо столбчатую структуру кристаллических зерен (т.е. зерен, которые проходят по всей длине заготовки и называются здесь, в соответствии с обычно используемой терминологией, направленно кристаллизованными (DX)), либо монокристаллическую структуру, т.е. вся заготовка состоит из одного кристалла. В этом процессе следует избегать перехода к глобулярной (поликристаллической) кристаллизации, так как ненаправленный рост неизбежно образует поперечные и продольные межзеренные границы, что сводит на нет благоприятные свойства направленно кристаллизованной (DX) или монокристаллической (SX) детали.

Согласно конкретному примеру суперсплав на основе никеля, имеющий следующий состав, образует основной материал рабочей или направляющей лопатки 120 турбины:

C: 0,04
Si: 0,001
Al: 4,2
B: 0,001
Co: 8,0
Cr: 18,2
Fe: 0,07
Hf: 0,9
Nb: 0,008
Ta: 4,9
Ti: 1,1
W: 2,0
Ni и неизбежные примеси Остальное

В сравнении, например, с суперсплавом на никелевой основе типа IN-6203 указанный выше суперсплав может обеспечить то же время до разрушения (при испытании на релаксацию напряжений), что и IN-6203, но при температуре примерно на 20°C выше, чем IN-6203. Более того, вышеуказанный сплав имеет низкое число электронных дырок Nv 2,59. Число электронных дырок является мерой тенденции к образованию хрупких фаз при высоких температурах. Чем ниже число электронных дырок Nv, тем меньше тенденция к образованию хрупких фаз. Менее хрупкие фазы, в свою очередь, уменьшают вероятность проблем с механической целостностью.

Рабочие или направляющие лопатки 120, 130 турбины, выполненные из основного материала согласно предлагаемому изобретением суперсплаву на основе никеля, в частности, выполненные из суперсплава по первому или второму конкретному примеру, демонстрируют коррозионную стойкость, которая достаточна высока настолько, что нет необходимости предусматривать коррозионно-стойкое покрытие на участке крепления 400.


СУПЕРСПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 951-960 of 1,427 items.
18.05.2018
№218.016.5228

Система защиты против тлеющего разряда для машины высокого напряжения, ремонтный лак и способ изготовления

Изобретение относится к системе защиты против тлеющего разряда для машины высокого напряжения, включающей в себя оболочковое тело для токонесущего проводника машины высокого напряжения, причем оболочковое тело имеет электропроводный лак (10), причем к электропроводному лаку (10) добавлен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653141
Дата охранного документа: 08.05.2018
18.05.2018
№218.016.524f

Модульный многоточечный вентильный преобразователь для высоких напряжений

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для формирования преобразователя. Техническим результатом является уменьшение потерь мощности при коммутации за счет генерирования отрицательных напряжения для двухполярного тока. В модульном многоточечном вентильном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002652690
Дата охранного документа: 08.05.2018
29.05.2018
№218.016.526e

Контур циркуляции водяного пара и способ эксплуатации контура циркуляции водяного пара

Изобретение относится к энергетике. Контур циркуляции водяного пара включает турбину высокого давления, конденсатор и парогенератор. Парогенератор соединен первой линией трубопровода с турбиной высокого давления. В направлении хода пара между парогенератором и турбиной высокого давления для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653617
Дата охранного документа: 11.05.2018
29.05.2018
№218.016.52a5

Ротор с выступающими полюсами

Изобретение относится к области электротехники, в частности к ротору с выступающими полюсами. Ротор имеет по меньшей мере два направленных радиально наружу полюсных сердечника, окружающую полюсный сердечник электрическую обмотку и полюсный наконечник. Полюсный наконечник в окружном направлении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653595
Дата охранного документа: 15.05.2018
29.05.2018
№218.016.537c

Усовершенствованная диагностика для многоуровневого привода среднего напряжения с использованием механического шунтирования

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводах среднего напряжения. Техническим результатом является повышение точности обнаружения операций шунтирования, отказов или неправильных соединений в силовой ячейке. В системе и способе для осуществления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653864
Дата охранного документа: 15.05.2018
29.05.2018
№218.016.539f

Способ эксплуатации паровой турбины

Изобретение относится к энергетике. Способ эксплуатации паровой турбины осуществляют путем разгона паровой турбины до номинального числа оборотов с помощью приспособления, причем в турбине до достижения номинального числа оборотов создают вакуум. Изобретение позволяет ускорить подключение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653615
Дата охранного документа: 11.05.2018
29.05.2018
№218.016.53d1

Охлаждение активной части электрической машины

Изобретение относится области электротехники, в частности к ротору электрической машины. Технический результат – улучшение охлаждения. Ротор содержит по меньшей мере два зубца, имеющих магнитопроницаемый материал, по меньшей мере одну обмоточную канавку, расположенную между зубцами, причем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653861
Дата охранного документа: 15.05.2018
29.05.2018
№218.016.55ac

Ходовая часть рельсового транспортного средства

Ходовая часть (1) рельсового транспортного средства (901) включает в себя раму, опирающуюся на колесные пары (3, 4). На каждой колесной паре с обеих сторон ходовой части расположено по одному треугольному рычагу (8) для горизонтального осевого ведения колесной пары. Каждый треугольный рычаг...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654429
Дата охранного документа: 17.05.2018
29.05.2018
№218.016.55bf

Система и способ для снабжения энергосистемы энергией от источника возобновляемой энергии периодического действия

Изобретение относится к энергетике. Возобновляемую энергию, выработанную ветроэлектростанцией или другими возобновляемыми источниками энергии, используют для снабжения энергией местной или национальной энергосети. По меньшей мере часть возобновляемой энергии накапливают путем использования...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654266
Дата охранного документа: 17.05.2018
29.05.2018
№218.016.5643

Короткозамкнутый ротор и стержень с прорезью

Изобретение относится к короткозамкнутому ротору для электрической машины, включающему в себя пакет сердечника ротора, который имеет паз (6), прилитое на осевом конце (7) пакета сердечника ротора короткозамыкающее кольцо (8), которое имеет материал (108), являющийся алюминием, стержень (9),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654523
Дата охранного документа: 21.05.2018
Showing 941-944 of 944 items.
04.04.2018
№218.016.353f

Узел деталей работающей на текучей среде энергомашины, способ монтажа

Изобретение относится к способу монтажа и узлу (А) деталей работающей на текучей среде энергомашины (FEM), в частности турбокомпрессора (TCO), с продольной осью (X). Для особенно простого и точного монтажа предусмотрено, что узел включает в себя внутренний пучок (IB) для расположения во внешнем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002645835
Дата охранного документа: 28.02.2018
04.04.2018
№218.016.3602

Устройство с ходовой частью

Группа изобретений относится к системам передач для локомотивов и моторных вагонов. Экипажная часть транспортного средства (12), в частности рельсового транспортного средства содержит ходовую часть (10), тяговые двигатели и блок силового питания. Ходовая часть (10) содержит колесные пары (14.1,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646203
Дата охранного документа: 01.03.2018
04.04.2018
№218.016.3735

Инжекционное охлаждение роторных лопаток и статорных лопаток газовой турбины

Компонент турбины содержит полый элемент с аэродинамическим профилем и инжекционную трубку, расположенную внутри полого элемента. Полый элемент содержит полость, имеющую противоположные заднюю и переднюю части, образованные внутренними поверхностями соответствующих областей задней и передней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002646663
Дата охранного документа: 06.03.2018
20.02.2019
№219.016.bc4c

Двухсплавная лопатка

Изобретение относится к двухсплавной лопатке для газовой турбины, а именно к лопатке, имеющей по меньшей мере две части поверхности с разным составом. Лопатка (51) для ротора (35) газовой турбины (28, 30), содержащая литую подложку (70), включает хвостовик (55) для соединения лопатки (51) с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002680169
Дата охранного документа: 18.02.2019
+ добавить свой РИД