Вид РИД
Изобретение
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным сплавам на основе интерметаллида Ni3Al и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям с поликристаллической структурой, таким как сопловые лопатки, проставки соплового аппарата, крупногабаритные створки и другие детали ГТД авиационной и автомобильной промышленности.
Известен сплав на основе интерметаллида Ni3Al следующего химического состава, мас.%:
|
(Патент Франции №2603902)
Недостатком этого сплава является не превышающая 900°С рабочая температура и склонность к трещинообразованию при увеличении количества теплосмен.
Изделия из этого сплава используются, например, для проставок соплового аппарата с ограниченным ресурсом работы при температурах эксплуатации до 900°С.
Известен сплав на основе интерметаллида Ni3Al следующего химического состава, мас.%:
|
(Патент РФ №2230812)
Недостатком этого сплава является низкая кратковременная прочность при комнатной температуре и недостаточная жаропрочность при температурах 1000-1200°С.
Изделия из этого сплава, например рабочие или сопловые лопатки ГТД, имеют короткий ресурс работы, а также ограниченную номенклатуру отливаемых деталей.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе интерметаллида Ni3Al, имеющий химический состав, мас.%:
|
(Патент РФ №2245387)
Сплав-прототип обладает недостаточно высокими кратковременной прочностью при 1200-1250°С, жаропрочностью при 1200°С и рабочими температурами.
Изделия из этого сплава, например сопловые лопатки, блоки сопловых лопаток ГТД, створки регулируемого сопла, имеют недостаточную долговечность и ограниченную номенклатуру отливаемых деталей.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка сплава и изделия, выполненного из него, обладающих повышенными кратковременной прочностью при 1200-1250°С, жаропрочностью при 1200°С и рабочими температурами.
Для достижения поставленной технической задачи предлагается сплав на основе интерметаллида Ni3Al, содержащий алюминий, хром, вольфрам, молибден, титан, углерод, никель, который дополнительно содержит гафний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
|
и изделие, выполненное из него.
Авторами было установлено, что при введении гафния и заявленном содержании и соотношениях компонентов в предлагаемом сплаве на основе интерметаллида Ni3Al наблюдается образование по границам зерен сложных дисперсных жаростойких карбидов типа МеС на основе гафния, благоприятной округлой формы; одновременно снижается степень ликвационной неоднородности сплава и упрочнение дендритов, что способствует снижению скорости диффузии при высоких температурах как в объеме зерна, так и по границам и обеспечивает повышение кратковременной прочности при температурах 1200-1250°С, жаропрочности при температуре 1200°С и рабочих температур изделия.
Примеры осуществления
Шихтовую заготовку из предлагаемого сплава различных составов и сплава-прототипа выплавляли из чистых шихтовых материалов в вакуумной индукционной печи с тиглем из основной футеровки. После разливки сплавов в кокили ⊘ 60 мм отбирали стружку на химический анализ. Результаты химического анализа составов сплава приведены в таблице 1.
Содержание легирующих элементов, газов и примесей, таких как железо, кремний, сера, фосфор, свинец, висмут, олово и сурьма, определяли по стандартным методикам.
Перед последующими операциями шихтовую заготовку протачивали по поверхности на глубину 1-2 мм для удаления слоя, контактирующего с чугуном, затем разрезали на мерные заготовки весом по 6 кг для последующего переплава.
Образцы ⊘ 16 мм и длиной 75 мм получали методом точного литья по выплавляемым моделям с поликристаллической структурой.
Свойства предлагаемого сплава с различным соотношением компонентов и сплава- прототипа, полученных по одной и той же технологической схеме, приведены в таблице 2.
|
|
Из таблицы 2 видно, что кратковременная прочность при 1200°С (σB 1200) на 33,33-46,67% у предлагаемого сплава выше, чем у сплава-прототипа; при 1250°С (σB 1250) - сплав-прототип не работает; жаропрочность при температуре 1200°С на базе 500 часов (σ500 1200) у предлагаемого сплава на 40,0-80,0% выше, чем у сплава-прототипа; рекомендуемые рабочие температуры у предлагаемого сплава на 50-150°С выше, чем у сплава-прототипа.
Использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni3Al повышает коэффициент полезного действия изделий, температуру газа перед турбиной и увеличивает их ресурс работы в 2 раза.
Al8,0-9,0Cr4,5-6,5W2,0-4,2Мо2,5-4,5Ti1,0-2,0С0,10-0,18Hf0,4-0,6Niостальноеc0c1211none13381.СплавнаосновеинтерметаллидаNiAl,содержащийалюминий,хром,вольфрам,молибден,титан,углерод,никель,отличающийсятем,чтоондополнительносодержитгафнийприследующемсоотношениикомпонентов,мас.%:12.ИзделиеизсплаванаосновеинтерметаллидаNiAl,отличающеесятем,чтооновыполненоизсплавапоп.1.2