×
10.09.2015
216.013.7783

Результат интеллектуальной деятельности: ВЫСОКОПРОЧНАЯ ДИСПЕРСИОННО-ТВЕРДЕЮЩАЯ СТАЛЬ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию высокопрочных дисперсионно-твердеющих сталей для высоконагруженных зубчатых колес и подшипников, работающих при температуре до 500°C. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,22-0,27, кремний 0,2-0,4, марганец 0,2-0,6, хром 3,3-4,0, кобальт 8,0-9,5, никель 6,0-6,9, молибден 2,5-3,0, вольфрам 0,4-0,6, ванадий 0,20-0,24, ниобий 0,05-0,15, иттрий 0,008-0,01, лантан 0,04-0,05, церий 0,02-0,03, неодим 0,015-0,02, азот 0,03-0,04, железо - остальное. Повышаются предел текучести, ударная вязкость и теплопрочность стали при пределе прочности σ не менее 1800 МПа. 2 табл.
Основные результаты: Высокопрочная дисперсионно-твердеющая сталь, содержащая углерод, хром, кобальт, никель, молибден, вольфрам, ванадий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кремний, марганец, ниобий, иттрий, лантан, церий, неодим и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию высокопрочных дисперсионно-твердеющих сталей для высоконагруженных зубчатых колес и подшипников, работающих при температуре до 500°C и используемых, например, для редукторов вертолетов, авиационных газотурбинных двигателей (ГТД).

Известна высокопрочная дисперсионно-твердеющая сталь AerMet-100 (патент США US 5087415, 11.02.1992 г.) следующего химического состава, мас.%:

Углерод 0,2-0,33

Хром 2,0-4,0

Никель 10,5-15,0

Молибден 0,75-1,75

Кобальт 8,0-17,0

Железо - остальное

Недостатком стали AerMet-100 является наличие избыточного количества дефицитного кобальта 8-17 мас.%, и никеля 10,5-15 мас.%, что создает трудности в термической и химико-термической обработках, не обеспечивает оптимальной структуры диффузионного слоя и сильно увеличивает общую стоимость стали.

Известна также высокопрочная дисперсионно-твердеющая сталь HY180 (Патент США US 3502462, 24.03.1970 г.) следующего состава, мас.%:

Углерод 0,1-0,16

Хром 0,5-3,0

Молибден 0,7-1,5

Кобальт 6,0-10,0

Никель 9,5-14,0

Железо - остальное

Несмотря на то, что стоимость стали HY180 ниже, чем AerMet-100 из-за более низкого содержания кобальта, недостатком стали является значительно более низкие значения прочности и пластичности, что, в первую очередь, связано с низким содержанием углерода и молибдена.

Известна сталь следующего состава (Патент США US 6176946, 23.01.2001 г.), мас.%:

Углерод 0,05-0,24

Хром 3,5-9,0

Молибден 2-2,5

Кобальт 15,0-28,0

Никель 1,5-9,5

Ванадий<0,2

Железо - остальное

Недостатком данной стали является высокое содержание хрома (до 9 мас.%), который является сильным карбидообразующим элементом, способствующим резкому увеличению концентрации углерода в диффузионном слое и формированию грубых карбидов, снижающих контактно-усталостную прочность. Кроме того, избыточное легирование стали аустенитообразующим элементом никелем (до 9,5 мас.%) приводит к формированию замкнутой карбидной сетки и резкому снижению механических свойств. Сталь также содержит излишнее количество дорогостоящего кобальта.

Наиболее близким аналогом является высокопрочная сталь следующего химического состава (Заявка на изобретение РСТ WO 2009131739 A2, 29.11.2009 г.), мас.%:

Углерод 0,20-0,33

Хром 0,8-3,0

Молибден 0,5-2,5

Кобальт 4,0-8,0

Никель 7,0-11,0

Вольфрам 0,5-5,9

Ванадий 0,05-0,2

Титан 0,02

Легирование стали неоптимально вследствие недостаточного количества карбидообразующих элементов хрома и молибдена, которые оказывают высокий упрочняющий эффект при вторичном твердении. Избыточное количество вольфрама (до 5,9 мас.%) способствует формированию карбидной фазы W6C, нерастворимой при закалке, и крупнозернистой структуры, что вызывает нестабильность значений ударной вязкости. Кроме того, сталь содержит большое количество никеля (до 11 мас.%), что увеличивает количество остаточного аустенита в слое при диффузионном насыщении, препятствует диффузии углерода вглубь, способствует выделению карбидов по границам зерен и образованию карбидной сетки. Наличие повышенного количества остаточного аустенита и карбидной сетки способствует понижению механических свойств диффузионного слоя.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение предела текучести, ударной вязкости и теплопрочности стали при пределе прочности стали σв не менее 1800 МПа.

Для достижения технического результата предлагается высокопрочная дисперсионно-твердеющая сталь, микролегированная РЗМ (редкоземельными металлами), содержащая углерод, хром, кобальт, никель, молибден, вольфрам, ванадий, железо, которая дополнительно содержит кремний, марганец, ниобий, редкоземельные элементы - иттрий, неодим, лантан, церий, азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод 0,22-0,27

Кремний 0,2-0,4

Марганец 0,2-0,6

Хром 3,3-4,0

Кобальт 8,0-9,5

Никель 6,0-6,9

Молибден 2,5-3,0

Вольфрам 0,4-0,6

Ванадий 0,20-0,24

Ниобий 0,05-0,15

Иттрий 0,008-0,01

Лантан 0,04-0.05

Церий 0,02-0,03

Неодим 0,015-0,02

Азот 0,03-0,04

Предлагаемая сталь отличается повышенным количеством Cr и Мо. Вышеуказанные элементы задерживают карбидовыделение, удерживая при повышении температуры отпуска большое количество углерода в твердом растворе, препятствуют коагуляции цементита (Fe3C) при высоких температурах отпуска и образуют собственные мелкодисперсные фазы (Cr7C3, Ме7Сз), приводящие к повышение прочности. Повышенное содержание карбидообразующих элементов (Cr и Мо) способствует при диффузионном насыщении увеличению концентрации углерода в слое и формированию глобулярных карбидов, оказывающих блокирующее влияние на сдвиги при пластической деформации и тем самым повышают теплопрочность и механические свойства.

Кроме того, пониженное легирование стали вольфрамом и никелем позволяет наряду с прочностью повысить ее пластичность, ударную вязкость и обеспечить формирование оптимальной структуры диффузионного слоя (наличие мелкодисперсного мартенсита и карбидов). Легирование стали никелем не должно превышать ~6,9 мас.%, поскольку дальнейшее его увеличение не повышает прочность и вязкость, но увеличивает ее стоимость и понижает механические свойства диффузионного слоя.

Введение в сталь заявленного количества ванадия 0,20-0,24 мас.%, ниобия 0,05-0,15 мас.% и азота 0,03-0,04 мас.% обеспечивает формирование устойчивых карбонитридов и нитридов этих элементов, которые практически не растворимы в аустените, вследствие чего они задерживают рост зерна при нагреве под закалку и способствуют повышению ударной вязкости стали.

Церий, лантан, неодим являются поверхностно активными элементами в жидком железе. Они обладают более высокой раскислительной способностью, чем алюминий и являются хорошими десульфаторами стали, измельчают зерно и повышают ударную вязкость стали.

Таким образом, повышение количества хрома и молибдена при пониженном легировании вольфрамом и никелем, микролегирование ниобием, ванадием в сочетании с азотом, а также микролегирование редкоземельными металлами при заявленном содержании и соотношении компонентов повышают механические свойства высокопрочной дисперсионно-твердеющей стали.

Примеры осуществления

Сталь (примеры 1-3) выплавляли в вакуумно-индукционной печи. Химический состав предлагаемой стали и стали прототипа приведен в табл. 1. Слитки предлагаемой стали подвергали горячей пластической деформации (ковки) с получением прутков различного сечения для изготовления образцов с целью проведения механических испытаний. После предварительной термообработки изготавливали образцы для определения твердости (ГОСТ 9013-59) механических свойств, измеренных по ГОСТ 1497-84 (Испытания на растяжение при комнатной температуре) и ГОСТ 9454-78 (Испытания на ударную вязкость). На образцах после упрочняющей термической обработки обеспечивалась твердость 52-53 HRC. На стали-прототипе - 49 HRC.

Механические свойства предлагаемой стали и стали-прототипа приведены в табл. 2. Как видно из табл. 2, предлагаемая сталь превосходит сталь-прототип по пределу прочности, пределу текучести, по ударной вязкости и теплопрочности.

Применение предлагаемой высокопрочной дисперсионно-твердеющей стали позволит снизить массу, повысить надежность и ресурс работы изделий авиационного моторостроения.

Высокопрочная дисперсионно-твердеющая сталь, содержащая углерод, хром, кобальт, никель, молибден, вольфрам, ванадий и железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кремний, марганец, ниобий, иттрий, лантан, церий, неодим и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 181-190 из 368.
25.08.2017
№217.015.ab37

Способ нанесения покрытия для защиты деталей из сплавов на основе ниобия от высоких температур

Изобретение относится к покрытиям металлических материалов и может быть использовано для защиты деталей из сплава на основе ниобия от высокотемпературной газовой коррозии в условиях высоких температур. Осуществляют получение на поверхности деталей конденсированного слоя из сплава системы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612334
Дата охранного документа: 07.03.2017
25.08.2017
№217.015.ad69

Полимерный звукопоглощающий материал и способ его изготовления

Изобретение относится к области звукопоглощающих полимерных композиционных материалов. При изготовлении полимерного звукопоглощающего материала разрезают и размещают внутри слоя ячеистой структуры пористый звукопоглощающий наполнитель толщиной не менее 3 мм посредством его вдавливания. Затем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612674
Дата охранного документа: 13.03.2017
25.08.2017
№217.015.b2a4

Волокнистый композиционный материал

Изобретение относится к области металлургии, в частности к волокнистым композиционным материалам, армированным непрерывными и дискретными волокнами оксида алюминия, предназначенным для использования в качестве конструкционного материала для изготовления изделий, таких как корпуса вентилятора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613830
Дата охранного документа: 21.03.2017
25.08.2017
№217.015.b32f

Лаковая композиция

Изобретение относится к лакокрасочным покрытиям, в частности к лаковым композициям с высокими электроизоляционными свойствами и низкой влагопроницаемостью, предназначенным для защиты плат печатного монтажа и элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), и может быть использовано в авиастроении,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613915
Дата охранного документа: 22.03.2017
25.08.2017
№217.015.b346

Способ получения деформированных полуфабрикатов из интерметаллидных титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячей обработке давлением сплавов на основе интерметаллида титана, и может использоваться при изготовлении деталей газотурбинных двигателей. Способ получения деформированных полуфабрикатов из гамма-сплава Ti-43Al-3Nb-2W-0,5Si включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613829
Дата охранного документа: 21.03.2017
25.08.2017
№217.015.b375

Способ изготовления расходуемых электродов из сплавов на основе интерметаллидов титана и алюминия

Изобретение относится к изготовлению расходуемого электрода для выплавки слитков титан-алюминиевых сплавов, содержащих 15-63 мас. % алюминия. Способ включает приготовление шихты путем смешивания титановой губки и алюминиевого полуфабриката, подачу порций шихты в коническую матрицу и последующее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613832
Дата охранного документа: 21.03.2017
25.08.2017
№217.015.b37b

Способ получения полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу получения полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов, и может быть использовано в авиастроении и машиностроении. Способ получения полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов, включающий нагрев в β-области, деформацию, охлаждение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613828
Дата охранного документа: 21.03.2017
25.08.2017
№217.015.b514

Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе тинана, и может быть использовано при изготовлении тяжелонагруженных деталей и узлов, работающих при температуре до 600°С. Сплав на основе титана содержит, мас. %: алюминий 6,0-8,0, молибден - 0,4-1,3, олово - 1,5-3,5,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614355
Дата охранного документа: 24.03.2017
25.08.2017
№217.015.b555

Сплав на основе гамма-алюминида титана

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе интерметаллидов титана и алюминия, и может быть использовано для изготовления методами литья или обработки давлением изделий, предназначенных для применения в конструкции авиационных газотурбинных двигателей и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614354
Дата охранного документа: 24.03.2017
25.08.2017
№217.015.b58e

Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве высокопрочного конструкционного термически упрочняемого материала. Сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 1,5-4,5; ванадий 13,5-19,0; хром 2,0-5,0;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614356
Дата охранного документа: 24.03.2017
Показаны записи 181-190 из 334.
25.08.2017
№217.015.ab37

Способ нанесения покрытия для защиты деталей из сплавов на основе ниобия от высоких температур

Изобретение относится к покрытиям металлических материалов и может быть использовано для защиты деталей из сплава на основе ниобия от высокотемпературной газовой коррозии в условиях высоких температур. Осуществляют получение на поверхности деталей конденсированного слоя из сплава системы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612334
Дата охранного документа: 07.03.2017
25.08.2017
№217.015.ad69

Полимерный звукопоглощающий материал и способ его изготовления

Изобретение относится к области звукопоглощающих полимерных композиционных материалов. При изготовлении полимерного звукопоглощающего материала разрезают и размещают внутри слоя ячеистой структуры пористый звукопоглощающий наполнитель толщиной не менее 3 мм посредством его вдавливания. Затем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612674
Дата охранного документа: 13.03.2017
25.08.2017
№217.015.b2a4

Волокнистый композиционный материал

Изобретение относится к области металлургии, в частности к волокнистым композиционным материалам, армированным непрерывными и дискретными волокнами оксида алюминия, предназначенным для использования в качестве конструкционного материала для изготовления изделий, таких как корпуса вентилятора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613830
Дата охранного документа: 21.03.2017
25.08.2017
№217.015.b32f

Лаковая композиция

Изобретение относится к лакокрасочным покрытиям, в частности к лаковым композициям с высокими электроизоляционными свойствами и низкой влагопроницаемостью, предназначенным для защиты плат печатного монтажа и элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), и может быть использовано в авиастроении,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613915
Дата охранного документа: 22.03.2017
25.08.2017
№217.015.b346

Способ получения деформированных полуфабрикатов из интерметаллидных титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячей обработке давлением сплавов на основе интерметаллида титана, и может использоваться при изготовлении деталей газотурбинных двигателей. Способ получения деформированных полуфабрикатов из гамма-сплава Ti-43Al-3Nb-2W-0,5Si включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613829
Дата охранного документа: 21.03.2017
25.08.2017
№217.015.b375

Способ изготовления расходуемых электродов из сплавов на основе интерметаллидов титана и алюминия

Изобретение относится к изготовлению расходуемого электрода для выплавки слитков титан-алюминиевых сплавов, содержащих 15-63 мас. % алюминия. Способ включает приготовление шихты путем смешивания титановой губки и алюминиевого полуфабриката, подачу порций шихты в коническую матрицу и последующее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613832
Дата охранного документа: 21.03.2017
25.08.2017
№217.015.b37b

Способ получения полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу получения полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов, и может быть использовано в авиастроении и машиностроении. Способ получения полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов, включающий нагрев в β-области, деформацию, охлаждение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613828
Дата охранного документа: 21.03.2017
25.08.2017
№217.015.b514

Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе тинана, и может быть использовано при изготовлении тяжелонагруженных деталей и узлов, работающих при температуре до 600°С. Сплав на основе титана содержит, мас. %: алюминий 6,0-8,0, молибден - 0,4-1,3, олово - 1,5-3,5,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614355
Дата охранного документа: 24.03.2017
25.08.2017
№217.015.b555

Сплав на основе гамма-алюминида титана

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе интерметаллидов титана и алюминия, и может быть использовано для изготовления методами литья или обработки давлением изделий, предназначенных для применения в конструкции авиационных газотурбинных двигателей и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614354
Дата охранного документа: 24.03.2017
25.08.2017
№217.015.b58e

Сплав на основе титана и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к созданию титановых сплавов, предназначенных для использования в качестве высокопрочного конструкционного термически упрочняемого материала. Сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 1,5-4,5; ванадий 13,5-19,0; хром 2,0-5,0;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614356
Дата охранного документа: 24.03.2017
+ добавить свой РИД