×
15.11.2018
218.016.9d83

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

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к металлургии, а именно к коррозионно-стойким жаропрочным сплавам для деталей горячего тракта газотурбинных двигателей и установок, работающих в агрессивных средах до 750-1000°С. Жаропрочный литейный сплав на основе никеля содержит, мас. %: углерод до 0,15; хром 13-17; алюминий 3-4; титан 3-5; кобальт 8-11; вольфрам 2-6; молибден 0,3-2; тантал 0,3-2,3; ниобий 0,1-2,0; бор до 0,02; гафний до 0,15; цирконий до 0,10; кальций до 0,05; магний до 0,05; лантан до 0,30; церий до 0,05; иттрий до 0,30; барий до 0,03; рений до 0,15; никель - остальное. Сплав характеризуется высокими значениями длительной прочности при температурах 870-980°С и стойкости к сульфидно-оксидной и хлоридной коррозии, а также он имеет структурную стабильность на ресурс. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.

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

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

хром 15-18
кобальт 8-11
молибден 0,75-2,2
вольфрам 1,8-3,0
ниобий 0,5-2,0
тантал 1-3
алюминий 3-4
углерод 0,1-0,2
титан 3-4
бор 0,01-0,05
цирконий 0,01-0,2
никель остальное

(US 3459545 А, 05.08.1969).

Сплав имеет недостаточно высокие характеристики кратковременной и длительной прочности, а также низкую коррозионную стойкость.

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

углерод 0,07-0,12
хром 18,3-19,5
кобальт 3,7-4,5
вольфрам 4,6-5,2
алюминий 3,2-3,5
титан 3,9-4,2
тантал 0,9-1,2
ниобий 0,1-0,25
бор 0,008-0,012
церий 0,01-0,012
иттрий 0,01-0,012
молибден 0,15-0,30
гафний 0,05-0,20
марганец 0,01-0,012
никель остальное.

(RU 2581337 С1, 20.04.2016).

Данный сплав отличается пониженной структурной стабильностью при длительной работе, связанной с выпадением охрупчивающей σ-фазы, которая существенно понижает жаропрочность сплава, а также повышенной пористостью в отливках.

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

углерод 0,02-0,13
хром 15,6-16,2
кобальт 8,2-8,8
вольфрам 2,4-2,8
молибден 1,5-2,0
алюминий 3,3-3,7
титан 3,3-3,7
ниобий 0,6-1,1
бор 0,005-0,015
тантал 1,5-2,0
гафний 0,00-0,2
цирконий 0,03-0,08
кальций 0,00-0,02
марганец ≤0,02
медь 0,00-0,05
сера ≤0,005
фосфор ≤0,005
азот 10-20 ppm
кислород 10-20 ppm
по меньше мере, два элемента,
выбранных из группы:
кремний ≤0,25
магний 0,00-0,02
железо ≤0,2
никель остальное.

(RU 2570130 С1, 10.12.2015).

Сплав, взятый за прототип, имеет невысокие характеристики длительной прочности и пониженную коррозионную стойкость при рабочих температурах 750-1000°С.

Таким образом, известные сплавы при рабочих температурах 750-1000°С не обладают оптимальным сочетанием служебных свойств (жаропрочность, пластичность, сопротивление высокотемпературной коррозии, структурная стабильность в процессе эксплуатации) в сочетании с высокими технологическими характеристиками.

Задачей предложенного изобретения является разработка жаропрочного литейного сплава на основе никеля с улучшенным сочетанием служебных свойств и высокими технологическими характеристиками.

Техническим результатом предложенного изобретения является повышение длительной прочности при температурах 870-980°С с одновременным повышением стойкости к сульфидно-оксидной и хлоридной коррозии, а также повышение структурной стабильности сплава на ресурс.

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

углерод до 0,15
хром 13-17
алюминий 3-4
титан 3-5
кобальт 8-11
вольфрам 2-6
молибден 0,3-2
тантал 0,3-2,3
ниобий 0,1-2,0
бор до 0,02
гафний до 0,15
цирконий до 0,10
кальций до 0,05
магний до 0,05
лантан до 0,30
церий до 0,05
иттрий до 0,30
барий до 0,03
рений до 0,15
никель остальное.

Также предложено изделие, выполненное из данного сплава.

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

Было установлено, что дополнительное комплексное введение в сплав лантана, церия и иттрия позволило повысить высокотемпературную коррозионную стойкость сплава в сульфидно-оксидной и хлоридной средах. Указанные добавки за счет внутреннего окисления создают защитный барьерный слой на поверхности металла и тем самым тормозят диффузионные потоки ионов серы и кислорода с поверхности вглубь металла.

Наряду с влиянием на коррозионные свойства сплавов, лантан, церий и иттрий способствуют выделению из γ-твердого раствора ультрадисперсных наночастиц γ'-фазы размером до 100 нм, которые являются препятствием для перемещения дислокаций в процессе высокотемпературной ползучести, тем самым обеспечивая повышение жаропрочности.

Барий является эффективным раскислителем, и его введение в расплав перед присадкой лантана, церия и иттрия позволяет повысить и стабилизировать степень усвоения этих элементов.

Рений дополнительно упрочняет γ-твердый раствор, замедляет диффузионные процессы при высокотемпературной ползучести и тем самым способствует повышению жаропрочности.

Введение в сплав рения, а также лантана, церия и иттрия позволяет повысить структурную стабильность сплава на ресурс за счет замедления диффузионных процессов при высокотемпературной ползучести и исключения появления в процессе наработки охрупчивающих фаз.

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

Пример 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 установке направленной кристаллизации УВНК-9А и отлиты в блоки с заготовками под образцы с монокристаллической структурой с кристаллографической ориентацией <001>.

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 870°С и напряжениях 340 и 245 МПа на базе соответственно 100 и 1000 часов, а также при температуре 980°С и напряжении 160 МПа на базе 100 часов. От каждой плавки было испытано по два образца. Результаты испытаний 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=850°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 приведены в таблице 2.

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

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

Металлографический анализ структуры разрушенных образцов после испытаний на длительную прочность при температуре 870°С и напряжении 245 МПа на базе более 1000 часов (табл. 2) не выявил образования охрупчивающих ТПУ-фаз (σ, μ и др.), что подтверждает высокую фазовую и структурную стабильность предлагаемого сплава.

Таким образом, предлагаемый сплав существенно превосходит известный сплав по долговечности и коррозионной стойкости, обладает фазовой стабильностью, что позволяет 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 масс. %)

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 291-300 of 354 items.
27.04.2019
№219.017.3bea

Интерметаллидный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным интерметаллидным сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления методами точного литья деталей газотурбинных двигателей. Сплав на основе интерметаллида никеля содержит, мас.%: 8,1 - 8,6 Аl, 5,6 - 6,3 Сr 4,5 - 5,5...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685926
Дата охранного документа: 23.04.2019
27.04.2019
№219.017.3bf1

Антибликовый экран на основе силикатного стекла, антибликовое и антибликовое электрообогревное покрытия для него

Изобретение относится к области антибликового остекления приборов радиоэлектронной техники. Антибликовое покрытие содержит первый внутренний слой из TiO толщиной 10-17 нм, второй слой из SiO толщиной 27-36 нм, третий слой из TiO толщиной 102-120 нм и четвертый слой из SiO толщиной 87-95 нм....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685887
Дата охранного документа: 23.04.2019
27.04.2019
№219.017.3ca1

Теплостойкое термореактивное связующее для полимерной оснастки из полимерных композиционных материалов

Изобретение относится к теплостойкому связующему для полимерной оснастки из полимерных композиционных материалов, которое может быть использовано в изделиях авиакосмической техники. Теплостойкое термореактивное бисмалеимидное связующее содержит, мас.% от общей массы компонентов: бисмалеимид -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686036
Дата охранного документа: 23.04.2019
08.05.2019
№219.017.48f9

Металлокерамический композиционный материал на основе интерметаллидной матрицы и способ его получения

Изобретение относится к металлургии, а именно к высокотемпературным композиционным материалам на основе интерметаллидной матрицы для обеспечения двигателей повышенной мощности и ресурса. Металлокерамический композиционный материал с интерметаллидной матрицей на основе NiAl содержит, масс.%: Al...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002686831
Дата охранного документа: 30.04.2019
09.05.2019
№219.017.4a94

Состав для покрытия по металлу

Изобретение относится к области полимерных композиций на эпоксидной основе. Предложен состав для защиты внутренней поверхности топливных баков-кессонов летательных аппаратов, изготовленных из алюминиевых сплавов, от коррозии при длительной эксплуатации в среде топлива и может также применяться...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002260610
Дата охранного документа: 20.09.2005
09.05.2019
№219.017.4aa9

Способ получения элемента соплового аппарата турбины и соплового аппарата турбины

Изобретение может быть использовано при получении отливок с направленной и монокристаллической структурой из никелевых жаропрочных сплавов. Изготавливают модель элемента соплового аппарата, состоящую из стартовой и лопаточной частей. Стартовую часть модели изготавливают в виде двух пластин в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002265496
Дата охранного документа: 10.12.2005
09.05.2019
№219.017.4aaa

Способ получения элемента рабочего колеса турбины и рабочего колеса турбины

Изобретение может быть использовано при получении отливок с направленной и монокристаллической структурой из никелевых жаропрочных сплавов. Изготавливают модель элемента колеса турбины, состоящего из дисковой и лопаточной частей. Дисковую часть модели изготавливают в виде двух пластин, имеющих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002265497
Дата охранного документа: 10.12.2005
09.05.2019
№219.017.4b7a

Способ термической обработки изделий из жаропрочных, деформируемых, дисперсионно-твердеющих сплавов на никелевой основе

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке изделий из жаропрочных, деформируемых, дисперсионно-твердеющих сплавов на никелевой основе. Предложен способ термической обработки изделий из жаропрочных, деформируемых, дисперсионно-твердеющих сплавов на никелевой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002256723
Дата охранного документа: 20.07.2005
09.05.2019
№219.017.4b7e

Жаростойкий сплав на основе интерметаллида nial и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным жаростойким сплавам на основе интерметаллида NiAl и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям с монокристаллической структурой, таким как, например, рабочие и сопловые лопатки, проставки соплового аппарата...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002256714
Дата охранного документа: 20.07.2005
18.05.2019
№219.017.5447

Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой

Изобретение может быть использовано для получения деталей турбин авиационного и энергетического назначения. Устройство содержит вакуумную камеру, загрузочную шлюзовую камеру, направляющие для перемещения литейных форм, печь подогрева форм и плавильно-заливочную печь, расположенные в вакуумной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002267380
Дата охранного документа: 10.01.2006
Showing 291-300 of 330 items.
20.05.2019
№219.017.5c7a

Препрег

Изобретение относится к области создания высокопрочных полимерных композиционных материалов конструкционного назначения на основе волокнистых арамидных наполнителей в виде нитей, жгутов, тканей и полимерных связующих, которые могут быть использованы в различных областях техники (машино-,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002687926
Дата охранного документа: 16.05.2019
20.05.2019
№219.017.5c9e

Полимерный композиционный материал с интегрированным вибропоглощающим слоем

Изобретение относится к слоистым полимерным композиционным материалам (ПКМ) с повышенными вибропоглощающими свойствами и может быть использовано для снижения вибрации и структурного шума в малонагруженных элементах конструкции изделий авиационной техники. Полимерный композиционный материал с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002687938
Дата охранного документа: 16.05.2019
31.05.2019
№219.017.7045

Керамический композиционный материал

Изобретение относится к керамическим композиционным материалам, армированным гомогенно диспергированными нитевидными кристаллами карбида кремния, и может быть использовано при изготовлении теплонагруженных узлов и деталей перспективных газотурбинных двигателей, работающих при температурах до...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689947
Дата охранного документа: 29.05.2019
06.06.2019
№219.017.7447

Жаропрочный литейный сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к металлургии, в частности к коррозионностойким жаропрочным сплавам на основе никеля, и может быть использовано для деталей горячего тракта газотурбинных двигателей и установок. Жаропрочный литейный сплав на основе никеля содержит, мас. %: углерод 0,005-0,18, хром 13-15,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690623
Дата охранного документа: 04.06.2019
09.06.2019
№219.017.796c

Способ получения литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на никелевой основе с применением различного вида отходов, и может быть использовано при получении шихтовых заготовок для литья изделий. Обеспечивается снижение в сплаве содержания вредных примесей,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002392338
Дата охранного документа: 20.06.2010
09.06.2019
№219.017.7a23

Установка для нанесения защитных покрытий

Изобретение относится к установке для нанесения защитных покрытий и может найти применение для получения защитных покрытий на изделиях авиационной техники. Для повышения качества покрытий за счет устранения их остаточной пористости и расширения технологических возможностей установки при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002318078
Дата охранного документа: 27.02.2008
09.06.2019
№219.017.7ad9

Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала при изготовлении обшивки, лонжеронов, шпангоутов, фюзеляжа, крыльев, агрегатов и других деталей летательных аппаратов. Сплав на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002356977
Дата охранного документа: 27.05.2009
09.06.2019
№219.017.7add

Низковязкая силоксановая композиция

Изобретение относится к области низковязких силоксановых композиций, способных отверждаться при комнатной температуре с образованием эластомерных материалов, которые могут быть использованы в качестве диэлектриков и изоляторов. Предложена низковязкая силоксановая композиция, включающая, мас.ч.:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002356117
Дата охранного документа: 20.05.2009
09.06.2019
№219.017.7ade

Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов Может использоваться для деталей и узлов авиакосмической и ракетной техники, изготовление которых требует высокой технологической пластичности сплава. Сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 2,0-6,5;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002356976
Дата охранного документа: 27.05.2009
09.06.2019
№219.017.7ae0

Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов. Может использоваться для изготовления деталей и узлов авиакосмической и ракетной техники, материал которых работает в условиях высоких температур. Сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 3,0-7,0,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002356978
Дата охранного документа: 27.05.2009
+ добавить свой РИД