×
09.06.2018
218.016.5a5e

Результат интеллектуальной деятельности: Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к металлургии, в частности к коррозионно-стойким жаропрочным сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления деталей газотурбинных двигателей и установок, длительно работающих в агрессивных средах при температурах до 700°С. Жаропрочный литейный сплав на основе никеля содержит, мас. %: углерод до 0,08, хром 16-21; алюминий 0,3-2,0; титан 0,5-2,0; молибден 2,0-3,5; железо 8,0-20,0; ниобий 4,0-6,0; бор до 0,02; вольфрам до 2,5; кобальт до 10,2; цирконий до 0,08; лантан до 0,20; барий до 0,03; рений до 0,02; гафний до 0,10; никель - остальное. Повышается длительная прочность, коррозионная стойкость, структурная стабильность, увеличивается ресурс работы сплава при температуре 650°С. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.

Изобретение относится к металлургии, а именно к коррозионно-стойким жаропрочным сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления деталей газотурбинных двигателей и установок, длительно работающих в агрессивных средах при температурах до 700°С.

Известен жаропрочный никелевый сплав следующего химического состава, мас. %:

хром 15-23
молибден 2-4
ниобий или тантал 4-8
алюминий не более 0,2
титан не более 0,2
углерод не более 0,10
кремний не более 0,50
бор 0,005-0,015
железо до 30,0
марганец до 1,0
никель или кобальт 45-60

(US 3046108 А, 24.07.1962).

Сплав имеет невысокие значения длительной прочности при температурах в интервале 600-650°С, а также пониженную коррозионную стойкость.

Известен жаропрочный никелевый сплав следующего химического состава, мас. %:

углерод 0,005-0,03
хром 14-18
железо 15-45
алюминий 0,5-2,0
азот 0,005-0,05
титан 0,5-2,0
ниобий 1,5-5,0
никель остальное

(US 8043068 В2, 25.10.2011).

Сплав имеет пониженную структурную стабильность: в процессе эксплуатации в его структуре происходят необратимые изменения и образуются нежелательные топологически плотноупакованные (ТПУ) фазы (σ, δ и др.), которые охрупчивают металл и тем самым понижают механические свойства.

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

хром 17-21
углерод 0,01-0,05
марганец max 0,35
кремний max 0,35
фосфор 0,004-0,020
сера max 0,0025
молибден 2,5-3,1
ниобий 5,2-5,8
титан 0,5-1,0
алюминий 1,2-1,7
кобальт 8-10
вольфрам 0,8-1,4
бор 0,003-0,008
медь max 0,3
железо 8-10
никель остальное

(US 8551266 В2, 08.10.2013).

Сплав имеет пониженные характеристики длительной и кратковременной прочности при температуре 650°С, а также склонен к образованию ТПУ фаз (σ, δ и др.) в процессе эксплуатации.

Наиболее близким аналогом является сплав на никелевой основе, предназначенный для получения различных деталей газотурбинного двигателя, таких как диски, лопатки, валы, кожуха, и содержащий, мас. %:

углерод не более 0,10
хром 12-20
молибден до 4
вольфрам до 6
кобальт 5-12
железо до 14
ниобий 4-8
алюминий 0,6-2,6
титан 0,4-1,4
фосфор 0,003-0,03
бор 0,003-0,015
никель остальное

причем суммарное содержание молибдена и вольфрама составляет 2-8 мас. %, суммарное содержание алюминия и титана составляет 2-6 ат. %, отношение количества алюминия к титану (в ат. %) составляет 1,5, отношение суммарного содержания алюминия и титана (в ат. %) к содержанию ниобия (в ат. %) составляет 0,8-1,3 (US 6730264 В2, 04.05.2004).

Данный сплав имеет невысокие значения длительной прочности, коррозионной стойкости и ограниченный ресурс работы в составе двигателя из-за образования в структуре σ-фазы в процессе эксплуатации.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка жаропрочного сплава на основе никеля с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение длительной прочности, коррозионной стойкости, структурной стабильности, увеличение ресурса работы сплава при температуре 650°С.

Для достижения технического результата предложен жаропрочный литейный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, алюминий, титан, молибден, железо, ниобий, бор, вольфрам, кобальт, а также цирконий, лантан, барий, рений и гафний при следующем соотношении компонентов, мас. %:

углерод до 0,08
хром 16-21
алюминий 0,3-2,0
титан 0,5-2,0
молибден 2,0-3,5
железо от более 11,0 до 20,0
ниобий 4,0-6,0
бор до 0,02
вольфрам до 2,5
кобальт до 10,2
цирконий до 0,08
лантан до 0,20
барий до 0,03
рений до 0,02
гафний до 0,10
никель остальное

Также предложено изделие, выполненное из данного сплава.

По сравнению со сплавом-прототипом в предлагаемом сплаве содержатся небольшие строго регламентированные количества циркония, лантана, бария, рения и гафния.

Было установлено, что дополнительное введение в сплав лантана и бария позволили снизить скорость высокотемпературной сульфидно-оксидной и хлоридной коррозии за счет создания на поверхности металла защитного барьерного слоя на основе термодинамически высокостабильных соединений с лантаном и барием, который ослабляет диффузионные потоки ионов серы и кислорода, а также уменьшает микропористость оксидной пленки.

Введение циркония совместно с гафнием обеспечивает стабилизацию структурных составляющих сплава, в частности карбидов, способствует упрочнению границ зерен за счет подавления образования легкоплавких соединений, тем самым повышается ресурс работы двигателя и исключается образование в процессе наработки охрупчивающих фаз.

Введение рения позволяет дополнительно упрочнить γ-твердый раствор сплава и тем самым повысить жаропрочные свойства.

Помимо положительного влияния лантана на коррозионные свойства сплава было также установлено, что при его введении в структуре образуются мелкодисперсные наноразмерные частицы γ'-фазы, которые выделяются в γ-твердом растворе между более крупными частицами γ'-фазы, блокируют и задерживают перемещение дислокаций в процессе ползучести металла при повышенной температуре и напряжении, тем самым обеспечивая повышение жаропрочности.

Примеры осуществления

В вакуумной индукционной печи ВИАМ2002 было выплавлено пять плавок предлагаемого сплава и одна плавка сплава, взятого за прототип. Масса каждой плавки составляла 10 кг. Все плавки были переплавлены в вакуумной плавильно-разливочной установке УППФ-У и отлиты в керамические блоки с заготовками под образцы с равноосной структурой.

После проведения термической обработки из заготовок были изготовлены образцы для испытаний на длительную прочность при высоких температурах, а также образцы для испытаний на сульфидно-оксидную и хлоридную коррозию.

Составы образцов сплавов приведены в таблице 1.

Испытания на длительную прочность проводили при температуре 650°С и напряжении 650 МПа. От каждой плавки были испытаны два образца. Результаты испытания приведены в таблице 2.

Испытания на коррозию проводили по циклическому режиму. Один цикл испытаний включал:

- нанесение на горячую поверхность образцов солевой корки водного раствора смеси солей 75% Na2SO4 + 25% NaCl (для сульфидно-оксидной коррозии) или 3,5% водного раствора NaCl (для хлоридной коррозии);

- выдержку образцов при Т=650°С в течение 1 часа в нагревательной печи;

- охлаждение на воздухе.

Общая продолжительность испытаний - 30 циклов.

Оценку стойкости образцов к коррозии проводили по удельному изменению (убыли) массы путем взвешивания образцов через каждые 5 циклов.

На каждый вид испытаний на коррозию было изготовлено по 6 образцов. Усредненные результаты испытаний по 6-и образцам на длительную прочность и коррозию приведены в таблице 2.

Полученные результаты показывают, что время до разрушения предлагаемого сплава при испытаниях на длительную прочность при температуре 650°С заметно превосходит долговечность сплава-прототипа, т.е. срок службы предлагаемого сплава в сравнении со сплавом-прототипом может быть увеличен.

Предлагаемый сплав обладает более высокой коррозионной стойкостью при температуре 650°С в сульфидно-оксидной и хлоридной среде, чем сплав-прототип: удельное изменение (убыль) массы образцов в обеих средах у предлагаемого сплава существенно меньше.

Металлографический анализ структуры разрушенных образцов после испытаний на длительную прочность при температуре 650°С не выявил образования охрупчивающих ТПУ-фаз (σ, μ и т.д.), что подтверждает фазовую и структурную стабильность предлагаемого сплава.

Таким образом, предлагаемый сплав существенно превосходит известный сплав по долговечности и коррозионной стойкости, что позволит повысить ресурс работы и надежность изделий газотурбинных двигателей и установок, длительно работающих в агрессивных средах при повышенных температурах и напряжениях.

* элементы в сплаве присутствуют, но в меньшем количестве, нежели предел чувствительности метода определения концентрации компонентов (менее 0,00005 мас. %)

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 354 items.
20.04.2013
№216.012.36e0

Эпоксидная композиция холодного отверждения

Изобретение относится к области создания двухкомпонентных эпоксидных композиций холодного отверждения для изготовления препрегов, которые могут быть использованы в строительстве, а также в авиационной, машиностроительной, судостроительной и других областях техники. Предлагаемая эпоксидная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479601
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.04.2013
№216.012.3a7d

Состав для получения защитного покрытия на стальных деталях

Изобретение относится к химической поверхностной обработке стальных деталей и может быть использовано при изготовлении валов газотурбинных двигателей, шасси вертолетов и других деталей для защиты от коррозии при эксплуатации в различных климатических условиях, в том числе при повышенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480534
Дата охранного документа: 27.04.2013
10.06.2013
№216.012.489a

Сплав на основе титана

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при температурах до 650°С, например для деталей корпуса и статорных лопаток компрессора высокого давления газотурбинных двигателей. Сплав на основе титана...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484166
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.06.2013
№216.012.489b

Сплав на основе интерметаллида nial и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству сплавов на основе интерметаллида NiАl и изделиям, получаемым из них методом направленной кристаллизации, с монокристаллической или столбчатой структурами, например лопаток газовых турбин, работающих при температурах до 1200°С....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484167
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.07.2013
№216.012.59cf

Эпоксидная композиция для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов методом вакуумной инфузии

Изобретение относится к эпоксидным композициям холодного отверждения и может быть использовано для изготовления конструкций, в том числе крупногабаритных, из полимерных композиционных материалов (ПКМ) методом вакуумной инфузии в областях техники. Эпоксидная композиция включает эпоксидную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488612
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.08.2013
№216.012.6531

Устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции

Использование: для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции. Сущность: заключается в том, что устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции включает приводной блок, имеющий, по крайней мере, один магнит, расположенный на внешней поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491542
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.09.2013
№216.012.670a

Способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией

Изобретение относится к металлургии. Способ включает отливку монокристаллической заготовки произвольной кристаллографической ориентации, ее травление на макроструктуру, определение ориентации заготовки как угла между ее геометрической осью и плоскостью выбранной кристаллографической ориентации,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492025
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.670b

Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения лопаток стационарных ГТД и ГТУ, створок и проставок реактивного сопла, дисковых заготовок. Устройство содержит вакуумную камеру с торцевыми крышками, индукционную плавильную печь, печь подогрева литейных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492026
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.670d

Способ получения металлического порошка

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению мелкодисперсных металлических порошков заданного гранулометрического состава. Может использоваться для соединения, ремонта и изготовления деталей газотурбинных двигателей (ГТД), двигателей внутреннего сгорания, применяемых в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492028
Дата охранного документа: 10.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e9a

Способ получения высокоармированного композиционного материала al-sic и изделие, полученное на его основе

Изобретение относится к способам получения композиционных материалов для теплоотводящих оснований полупроводниковых приборов, в частности, композиционного материала Al-SiC, имеющего металлическое покрытие, и изделиям, полученным с использованием этих материалов. Способ включает пропитку порошка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493965
Дата охранного документа: 27.09.2013
Showing 1-10 of 330 items.
10.01.2013
№216.012.18ce

Клеевая композиция

Изобретение относится к клеевой композиции для крепления резин на основе полярных и неполярных каучуков между собой и к металлам в изделиях авиационной, автомобильной промышленности и судостроения. Клеевая композиция включает бутадиеннитрильный каучук, фенолоформальдегидный олигомер,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471842
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18fb

Способ нанесения покрытия для защиты от высокотемпературного окисления поверхности внутренней полости охлаждаемых лопаток турбин из безуглеродистых жаропрочных сплавов на основе никеля

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения жаростойких хромоалюминидных покрытий, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбиностроении. Проводят насыщение поверхности внутренней полости лопатки углеродом путем заполнения внутренней полости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471887
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.04.2013
№216.012.36e0

Эпоксидная композиция холодного отверждения

Изобретение относится к области создания двухкомпонентных эпоксидных композиций холодного отверждения для изготовления препрегов, которые могут быть использованы в строительстве, а также в авиационной, машиностроительной, судостроительной и других областях техники. Предлагаемая эпоксидная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479601
Дата охранного документа: 20.04.2013
10.06.2013
№216.012.489b

Сплав на основе интерметаллида nial и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству сплавов на основе интерметаллида NiАl и изделиям, получаемым из них методом направленной кристаллизации, с монокристаллической или столбчатой структурами, например лопаток газовых турбин, работающих при температурах до 1200°С....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484167
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.07.2013
№216.012.5951

Способ изготовления полых изделий из композиционных материалов

Изобретение относится к области технологии формования конструкций из полимерных композиционных материалов, предназначенных для изготовления быстровозводимых арочных мостов, при сооружении тоннелей, ангаров и других строительных конструкций. Согласно способу заполняют газом надувную внутреннюю...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488486
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.07.2013
№216.012.59cf

Эпоксидная композиция для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов методом вакуумной инфузии

Изобретение относится к эпоксидным композициям холодного отверждения и может быть использовано для изготовления конструкций, в том числе крупногабаритных, из полимерных композиционных материалов (ПКМ) методом вакуумной инфузии в областях техники. Эпоксидная композиция включает эпоксидную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488612
Дата охранного документа: 27.07.2013
10.09.2013
№216.012.670b

Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения лопаток стационарных ГТД и ГТУ, створок и проставок реактивного сопла, дисковых заготовок. Устройство содержит вакуумную камеру с торцевыми крышками, индукционную плавильную печь, печь подогрева литейных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492026
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.670d

Способ получения металлического порошка

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению мелкодисперсных металлических порошков заданного гранулометрического состава. Может использоваться для соединения, ремонта и изготовления деталей газотурбинных двигателей (ГТД), двигателей внутреннего сгорания, применяемых в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492028
Дата охранного документа: 10.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e9a

Способ получения высокоармированного композиционного материала al-sic и изделие, полученное на его основе

Изобретение относится к способам получения композиционных материалов для теплоотводящих оснований полупроводниковых приборов, в частности, композиционного материала Al-SiC, имеющего металлическое покрытие, и изделиям, полученным с использованием этих материалов. Способ включает пропитку порошка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493965
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.12.2013
№216.012.9015

Способ изготовления бескремнеземной керамической формы для литья по выплавляемым моделям

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для литья из жаропрочных сплавов преимущественно на основе никеля, кобальта и ниобия лопаток газотурбинных двигателей и газотурбинных установок. На модельный блок наносят по крайней мере два слоя огнеупорной суспензии,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502578
Дата охранного документа: 27.12.2013
+ добавить свой РИД