×
09.06.2018
218.016.6034

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

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления деталей горячего тракта газотурбинных двигателей и установок, длительно работающих при температурах до 1000°C. Жаропрочный литейный сплав на основе никеля содержит, мас.%: углерод до 0,15, хром 12-15, кобальт 3-7, вольфрам 5-9, молибден 0,5-2, алюминий 2-5, титан 3-6, лантан до 0,20, иттрий до 0,20, церий до 0,20, празеодим до 0,20, рений до 0,20, гафний до 0,10, барий до 0,10, кальций до 0,10, магний до 0,10, бор до 0,02, цирконий до 0,10, никель остальное. Сплав характеризуется высокими характеристиками длительной прочности при рабочих температурах до 1000°C и сопротивления сплава коррозионному воздействию в агрессивных средах, а также высокой фазово-структурной стабильностью при длительном режиме работы (более 500 часов). 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к коррозионностойким жаропрочным сплавам для деталей горячего тракта газотурбинных двигателей и установок, длительно работающих в агрессивных средах при температурах 750-1000°C.

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

углерод 0,08-0,11
хром 14,6-15,1
кобальт 8,5-8,9
вольфрам 6,5-6,9
молибден 0,3-0,6
алюминий 3,9-4,1
титан 3,6-3,8
бор 0,01-0,013
кальций 0,01-0,20
кремни ≤0,1
марганец 0,15-0,30
сера ≤0,005
фосфор ≤0,005
магний 0,01-0,20
медь ≤0,05
азот 10-20 ppm
кислород 10-15 ppm,

по меньшей мере два элемента, выбранных из группы:

железо ≤0,2
ванадий ≤0,10
барий ≤0,01
никель остальное

(RU 2538054 С1, 10.01.2015).

Сплав имеет невысокие характеристики длительной и кратковременной прочности, повышенную пористость в отливках и пониженную коррозионную стойкость.

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

углерод 0,05-0,09
хром 15,4-15,8
кобальт 10,0-10,4
вольфрам 5,0-5,3
молибден 1,6-1,8
титан 4,3-4,5
алюминий 3,0-3,2
бор 0,06-0,09
цирконий <0,015
гафний 0,2-0,3
кремний <0,1
железо <0,1
медь <0,05
сера <0,005
азот <20 ppm
кислород <15 ppm
церий <0,015
ниобий 0,1-0,2
иттрий <0,03
марганец <0,1
фосфор <0,005
никель остальное

(RU 2539643 С1, 20.01.2015).

Сплав имеет достаточно высокие прочностные и пластические характеристики, но отличается пониженной структурной стабильностью при длительной работе, связанной с выпадением охрупчивающей σ-фазы, которая существенно понижает жаропрочные свойства сплава и ограничивает ресурс работы двигателя.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является жаропрочный сплав на основе никеля для литья рабочих лопаток газотурбинных установок, содержащий, мас.%:

углерод 0,07-0,12
хром 12,9-13,5
кобальт 5,3-5,9
вольфрам 6,7-7,3
молибден 0,8-1,2
алюминий 3,2-3,5
титан 4,4-4,7
бор 0,010-0,015
медь ≤0,04
сера ≤0,005
фосфор ≤0,005
азот ≤15 ppm
кислород ≤15 ppm
кальций ≤0,02
магний ≤0,02
марганец 0,01-0,30,

по меньше мере два элемента, выбранных из группы:

железо, кремний, ≤0,2 каждого,
барий

по меньше мере два элемента, выбранных из группы:

иттрий, лантан,
неодим и самарий 0,005-0,05 каждого

никель остальное

(RU 2562202 С1, 10.09.2015).

Сплав, взятый за прототип, имеет удовлетворительную коррозионную стойкость в агрессивных средах при рабочих температурах 750-1000°C и достаточно высокие характеристики кратковременной прочности и пластичности, однако он имеет невысокие характеристики длительной прочности при испытаниях на базе 500-1000 часов, а также невысокую технологичность (выход годного) при отливке деталей.

Таким образом, известные сплавы при рабочих температурах 750-1000°C не обладают оптимальным сочетанием служебных свойств (жаропрочность, пластичность, сопротивление высокотемпературной коррозии, структурно-фазовая стабильность в процессе эксплуатации), а также высокой технологичностью при отливке деталей.

Задачей предложенного изобретения является разработка жаропрочного литейного сплава на основе никеля с оптимизированным сочетанием служебных свойств и высокой технологичностью.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение характеристик длительной прочности при рабочих температурах до 1000°C в сочетании с высоким сопротивлением сплава коррозионному воздействию в агрессивных средах, а также повышенная фазово-структурная стабильность сплава при длительном режиме работы (более 500 часов).

Для достижения технического результата предложен жаропрочный литейный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, титан, лантан, иттрий, барий, кальций, магний, бор, при этом он дополнительно содержит церий, празеодим, рений, гафний и цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод до 0,15
хром 12-15
кобальт 3-7
вольфрам 5-9
молибден 0,5-2
алюминий 2-5
титан 3-6
лантан до 0,20
иттрий до 0,20
церий до 0,20
празеодим до 0,20
рений до 0,20
гафний до 0,10
барий до 0,10
кальций до 0,10
магний до 0,10
бор до 0,02
цирконий 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 церия, празеодима, рения, гафния и циркония.

Было установлено, что комплексное введение в сплав, содержащий лантан и иттрий, церия и празеодима позволило дополнительно повысить коррозионную стойкость и эксплуатационную надежность сплава при температурах 750-1000°C за счет создания на поверхности металла надежного защитного барьерного слоя.

Комплексное легирование сплава лантаном, иттрием, церием и празеодимом позволило также повысить характеристики длительной прочности сплава за счет дополнительного упрочнения γ-твердого раствора ультрадисперсными наночастицами размером до 100 нм.

Рений дополнительно упрочняет γ-твердый раствор, замедляет диффузионные процессы при высокотемпературной ползучести и тем самым способствует повышению жаропрочности. Кроме того, рений совместно с лантаном, иттрием, церием и празеодимом позволяет повысить структурную стабильность сплава в процессе эксплуатации и исключить образования в структуре охрупчивающих фаз типа σ и μ.

Введение гафния и циркония позволяет нейтрализовать вредное влияние примесей серы, фосфора, кислорода и других за счет их связывания в тугоплавкие, химически стойкие соединения. Кроме того, гафний и цирконий входят в состав γ'-фазы и дополнительно ее стабилизируют, тем самым обеспечивая повышение длительной прочности.

Предлагаемый сплав может быть использован для получения деталей как с равноосной, так с направленной и монокристаллической структурой.

Примеры осуществления.

В вакуумной индукционной печи было выплавлено пять сплавов предлагаемого состава и один сплав состава, взятого за прототип. Полученные заготовки были переплавлены в установке направленной кристаллизации и отлиты керамические блоки с заготовками под образцы с монокристаллической структурой с кристаллографической ориентацией.

Из заготовок после проведения термической обработки были изготовлены образцы для проведения испытаний на длительную прочность, а также образцы для испытаний на сульфидно-оксидную и хлоридную коррозию.

Испытания на длительную прочность проводили при температуре 870°C и напряжениях 360 и 275 МПа на базе соответственно 100 и 1000 часов, при температуре 900°C и напряжении 295 МПа на базе 500 часов, а также при температуре 1000°C и напряжении 120 МПа на базе 500 часов.

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

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

- выдержка образцов при Т=850°C 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.

Содержание компонентов (мас. %) в сплавах и результаты испытаний на длительную прочность и коррозию приведены в таблицах 1 и 2 соответственно.

Полученные результаты испытаний свидетельствуют, что долговечность предлагаемого сплава при испытаниях на длительную прочность при всех режимах заметно превосходит долговечность сплава-прототипа, т.е. предлагаемый сплав обладает более высоким уровнем жаропрочности.

Предлагаемый сплав обладает высокой коррозионной стойкостью при температуре испытаний 850°C в сравнении со сплавом-прототипом: удельное изменение (убыль) массы образцов как при сульфидно-оксидной, так и при хлоридной коррозии практически в 2 раза меньше, чем у сплава-прототипа.

Проведенный металлографический анализ структуры разрушенных образцов после испытаний на длительную прочность на базе 500-1000 часов не выявил в ней охрупчивающих ТПУ-фаз (σ, μ и др.), что свидетельствует о высокой фазовой и структурной стабильности предлагаемого сплава.

При отливке монокристаллических лопаток турбины из предлагаемого сплава была подтверждена его хорошая технологичность - выход годного лопаток по отклонениям от КГО составил 85-90%.

Таким образом, предлагаемый сплав существенно превосходит сплав-прототип по долговечности и коррозионной стойкости, обладает высокой фазово-структурной стабильностью, что позволяет повысить ресурс работы и надежность деталей газотурбинных двигателей и установок, которые длительно эксплуатируются в агрессивных средах при повышенных температурах и напряжениях.

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