×
27.04.2019
219.017.3bb6

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

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к металлургии, в частности к жаропрочным сплавам для деталей горячего тракта газотурбинных двигателей и установок, длительно работающих в агрессивных средах при температурах 750-1000°С. Жаропрочный литейный сплав на основе кобальта содержит, мас.%: углерод 0,15-0,35, вольфрам 6-8, никель 9-11,5, бор до 0,025, железо до 2,0, хром 27-35, кремний до 1,0, марганец до 1,0, иттрий до 0,3, барий до 0,1, кобальт - остальное. Сплав характеризуется высокими значениями длительной прочности при температурах 815-870°С, коррозионной стойкости, а также высокой структурной стабильностью на ресурс. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.

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

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

хром 21,0
вольфрам 11,0
ниобий 2,0

железо 2,0

марганец 0,3
кремний 0,3
углерод 0,45
кобальт остальное

(Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок, книга 2, Москва, Металлургия, 1995, с. 354).

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

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

Никель 10,0
хром 25,5
вольфрам 7,5
марганец 0,7
кремний 0,7
углерод 0,5
кобальт остальное

(Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок, книга 2, Москва, Металлургия, 1995, с. 354).

Сплав отличается повышенной пористостью и имеет невысокие значения длительной прочности.

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

углерод 0,01-0,06
хром 24,0-34,0

никель 20,0-35,0

вольфрам 7,0-14,0
молибден 0,5-5,0
титан 1,3-3,5
азот 0,3-3,0
лантан 0,003-0,10
магний 0,003-0,08
бор 0,0003-0,008
церий 0,0003-0,06
кобальт остальное (RU 2283361 С1, 10.09.2006).

Сплав имеет невысокие характеристики длительной прочности и повышенную загрязненность неметаллическими включениями в виде нитридов и карбонитридов.

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

углерод 0,1-0,6
вольфрам 6,0-8,0

никель 9,3-11,5

бор не более 0,050

железо 0-6,0

хром 27,0-35,0
кобальт остальное (GB 1112937 А, 23.11.1965).

Сплав, взятый за прототип, отличается пониженной фазово-структурной стабильностью с образованием хрупких ТПУ фаз при длительной работе, которые понижают жаропрочность сплава.

Таким образом, известные сплавы при рабочих температурах 750-1000°С не обладают оптимальным сочетанием эксплуатационных свойств (длительная прочность, фазово-структурная стабильность в процессе эксплуатации, коррозионная стойкость).

Задачей предложенного изобретения является разработка жаропрочного литейного сплава на основе кобальта с улучшенным сочетанием эксплуатационных свойств.

Техническим результатом предложенного изобретения является повышение длительной прочности при температурах 815-870°С, а также повышение коррозионной стойкости и структурной стабильности сплава на ресурс.

Для достижения технического результата предложен жаропрочный литейный сплав на основе кобальта, содержащий углерод, вольфрам, никель, бор, железо, хром, при этом он дополнительно содержит кремний, марганец, иттрий и барий, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

углерод 0,15-0,35
вольфрам 6-8

никель 9-11,5

бор до 0,025

железо до 2,0

хром 27-35
кремний до 1,0
марганец до 1,0

иттрий до 0,3

барий до 0,1
кобальт остальное

Также предложено изделие, выполненное из данного сплава.

По сравнению со сплавом-прототипом в предлагаемом сплаве содержатся небольшие строго регламентированные количества иттрия и бария, а также сплав дополнительно легирован кремнием и марганцем.

Было установлено, что дополнительное введение в сплав иттрия позволило стабилизировать структуру сплава за счет замедления диффузионных процессов массопереноса при высокотемпературной ползучести и исключения образования хрупких ТПУ фаз в процессе испытаний сплава.

Кроме того, как показали микроструктурные исследования, иттрий способствует дополнительному распаду γ - твердого раствора с выделением из него в процессе термической обработки наноструктурных составляющих размером до 100 нм, которые препятствуют передвижению дислокаций в процессе ползучести.

В результате замедления высокотемпературных диффузионных процессов и образования наноструктурных составляющих повышаются характеристики длительной прочности предлагаемого сплава при температурах 815-870°С.

Барий является эффективным раскислителем, особенно в условиях выплавки сплава в вакууме, и его введение в расплав перед присадкой иттрия позволяет повысить и стабилизировать степень его усвоения.

Введение в сплав кремния и марганца позволило повысить высокотемпературную коррозионную стойкость сплава в сульфидно-оксидной и хлоридной средах. Указанные элементы создают защитный барьерный слой на поверхности металла и тем самым тормозят диффузионные потоки ионов серы, кислорода и хлора из внешней среды вглубь металла.

Содержание бора в предлагаемом сплаве ограничено до 0,025 масс. %, что определяется пределом его растворимости в матрице сплава. При превышении указанного содержания бора образуются легкоплавкие боридные фазы, которые располагаются, в основном, по границам зерен, нарушают их сплошность и тем самым понижают механические свойства сплава.

Пример осуществления

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

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.

Химические составы сплавов приведены в таблице 1.

Испытания на длительную прочность проводили при температуре 815°С и напряжении 140 МПа на базе 50-100 часов и при температуре 870°С и напряжении 80 МПа на базе 500-1000 часов. От каждой плавки было испытано по два образца. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Испытания коррозионной стойкости сплава 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 составляла 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 заметно превосходит долговечность сплава-прототипа, особенно при испытаниях на базе 500-1000 часов.

Предлагаемый сплав обладает высокой коррозионной стойкостью при температуре испытаний 850°С. Как видно из таблицы 2, удельное изменение (убыль) массы образцов при сульфидно-оксидной и 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 80 МПа на базе 500-1000 часов не выявил образования хрупких ТПУ-фаз при длительных высокотемпературных испытаниях. Это подтверждает высокую структурно-фазовую стабильность предлагаемого сплава.

Таким образом, предлагаемый сплав существенно превосходит известный сплав по долговечности и высокотемпературной коррозионной стойкости. Сплав обладает структурно-фазовой стабильностью, что позволяет повысить ресурс работы и надежность изделий газотурбинных установок, которые длительно работают 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 21-30 of 354 items.
10.12.2014
№216.013.0fe7

Полимерная композиция на основе цианового эфира, модифицированная термопластом, препрег на ее основе и изделие, выполненное из него

Группа изобретений относится к полимерным композициям на основе циановых эфиров, модифицированных полисульфонами, упрочняемыми волокнистыми наполнителями и применяемыми для создания конструкционных полимерных композиционных материалов (ПКМ) с рабочей температурой до 200°C и изделий из них,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535488
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0fed

Полициануратная композиция, препрег на ее основе и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к полимерным композициям на основе циановых эфиров, упрочняемым волокнистыми наполнителями и применяемым для создания конструкционных полимерных композиционных материалов (ПКМ) с рабочей температурой до 200°C и изделий из них, которые могут быть использованы в авиационной,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535494
Дата охранного документа: 10.12.2014
27.01.2015
№216.013.21bc

Полимерная композиция

Изобретение относится к полимерным композициям с наполнителем в виде полых микросфер. Полимерная композиция для полимерных композиционных материалов содержит олигоцианурат, полые микросферы, дополнительно содержит эпоксидный олигомер с вязкостью менее 5 Па·с при комнатной температуре, при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540084
Дата охранного документа: 27.01.2015
10.02.2015
№216.013.2695

Способ производства литейных жаропрочных сплавов на основе никеля (варианты)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству литейных жаропрочных сплавов на основе никеля, как безуглеродистых, так и содержащих углерод, для изготовления лопаток и других деталей газотурбинных двигателей с монокристаллической структурой. Способ производства литейных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541330
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.03.2015
№216.013.31c1

Защитное технологическое покрытие

Изобретение относится к области производства силикатных материалов, которые могут быть использованы как защитные технологические покрытия от окисления и в качестве высокотемпературной смазки при технологических нагревах в процессе изготовления деталей и полуфабрикатов в машиностроении и в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544205
Дата охранного документа: 10.03.2015
20.03.2015
№216.013.322c

Способ химического никелирования и раствор для его осуществления

Изобретение относится к области химической металлизации поверхности металломатричных композиционных материалов, в частности металломатричного композиционного материала алюминий-карбид кремния. Способ включает обезжиривание, первую промывку, травление, вторую промывку, химическое осаждение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544319
Дата охранного документа: 20.03.2015
10.04.2015
№216.013.3897

Способ удаления покрытия из нитрида циркония с подложки из титана или титановых сплавов

Изобретение относится к технологии удаления защитных покрытий из нитрида циркония с изделий, содержащих подложку из титана или титановых сплавов, в частности лопаток газотурбинных двигателей. В способе покрытие из нитрида циркония с подложки из титана или титанового сплава удаляют путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545975
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.3f80

Связующее, способ его получения и композиционный материал, изготовленный на основе связующего

Группа изобретений относится к связующим типа фенольно-фурановых связующих, используемым для изготовления изделий общепромышленного назначения, в том числе композиционных материалов, способам получения таких связующих, а также к композиционным материалам на их основе. Связующее получено из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547744
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.406b

Припой на основе свинца

Изобретение может быть использовано для изготовления припоев на основе свинца. Припой содержит компоненты в следующих соотношениях, мас.%: олово 4,0-7,0; индий 0,5-2,0; медь 0,001-0,1; сурьма 0,2-1,0; натрий 0,001-0,2; висмут 1,0-3,0; никель 0,1-0,5; церий 0,005-0,1; цинк 0,001-0,3; свинец -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547979
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.406f

Способ получения покрытия на алюминиевых сплавах

Изобретение относится к области нанесения покрытий на алюминий или его сплавы путем плазменного электролитического оксидирования. Способ включает нанесение на алюминиевый сплав оксидного покрытия путем плазменного электролитического оксидирования в водном электролите при наложении переменного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547983
Дата охранного документа: 10.04.2015
Showing 21-30 of 330 items.
10.01.2015
№216.013.1977

Магнитный материал и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к магнитному материалу, содержащему празеодим, железо, кобальт, бор, медь и, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы гадолиний (Gd), диспрозий (Dy), самарий (Sm), церий (Ce). Материал дополнительно содержит цинк...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537947
Дата охранного документа: 10.01.2015
27.01.2015
№216.013.21bc

Полимерная композиция

Изобретение относится к полимерным композициям с наполнителем в виде полых микросфер. Полимерная композиция для полимерных композиционных материалов содержит олигоцианурат, полые микросферы, дополнительно содержит эпоксидный олигомер с вязкостью менее 5 Па·с при комнатной температуре, при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540084
Дата охранного документа: 27.01.2015
10.02.2015
№216.013.2695

Способ производства литейных жаропрочных сплавов на основе никеля (варианты)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству литейных жаропрочных сплавов на основе никеля, как безуглеродистых, так и содержащих углерод, для изготовления лопаток и других деталей газотурбинных двигателей с монокристаллической структурой. Способ производства литейных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541330
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.03.2015
№216.013.31c1

Защитное технологическое покрытие

Изобретение относится к области производства силикатных материалов, которые могут быть использованы как защитные технологические покрытия от окисления и в качестве высокотемпературной смазки при технологических нагревах в процессе изготовления деталей и полуфабрикатов в машиностроении и в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544205
Дата охранного документа: 10.03.2015
20.03.2015
№216.013.322c

Способ химического никелирования и раствор для его осуществления

Изобретение относится к области химической металлизации поверхности металломатричных композиционных материалов, в частности металломатричного композиционного материала алюминий-карбид кремния. Способ включает обезжиривание, первую промывку, травление, вторую промывку, химическое осаждение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544319
Дата охранного документа: 20.03.2015
10.04.2015
№216.013.3f80

Связующее, способ его получения и композиционный материал, изготовленный на основе связующего

Группа изобретений относится к связующим типа фенольно-фурановых связующих, используемым для изготовления изделий общепромышленного назначения, в том числе композиционных материалов, способам получения таких связующих, а также к композиционным материалам на их основе. Связующее получено из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547744
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.406b

Припой на основе свинца

Изобретение может быть использовано для изготовления припоев на основе свинца. Припой содержит компоненты в следующих соотношениях, мас.%: олово 4,0-7,0; индий 0,5-2,0; медь 0,001-0,1; сурьма 0,2-1,0; натрий 0,001-0,2; висмут 1,0-3,0; никель 0,1-0,5; церий 0,005-0,1; цинк 0,001-0,3; свинец -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547979
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.406f

Способ получения покрытия на алюминиевых сплавах

Изобретение относится к области нанесения покрытий на алюминий или его сплавы путем плазменного электролитического оксидирования. Способ включает нанесение на алюминиевый сплав оксидного покрытия путем плазменного электролитического оксидирования в водном электролите при наложении переменного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547983
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.04.2015
№216.013.41ff

Способ определения прочности сцепления покрытия с кремниевой подложкой

Изобретение относится к исследованиям механических свойств покрытий, а именно к способам определения прочности сцепления покрытий с подложкой. Способ определения прочности сцепления покрытия с кремниевой подложкой заключается в том, что покрытие с внешним серебряным слоем соединяют с деталями...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548393
Дата охранного документа: 20.04.2015
20.04.2015
№216.013.453a

Способ фиксации керамического волокна в зажимах разрывной машины и приспособление для его осуществления

Изобретение относится к способам испытаний волокон на прочность при растяжении, в частности к способам захвата волокна в зажимах разрывной машины, и к приспособлениям для осуществления таких способов, и может быть использовано в химической, авиационной промышленности. Сущность: фиксируют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549220
Дата охранного документа: 20.04.2015
+ добавить свой РИД