Результат интеллектуальной деятельности: Гранулируемый сплав на основе хрома и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в металлообрабатывающей промышленности для изготовления инструментов для высокотемпературной изотермической штамповки с целью получения полуфабрикатов из жаропрочных сплавов на никелевой основе, например дисков газотурбинных двигателей (ГТД).

Известен хроммолибденовый сплав (US 3030206 A, 17.04.1962), используемый для изготовления лопаток ГТД, следующего химического состава, мас. %:

Недостатком этого сплава является низкая для современных лопаток ГТД рабочая температура (1100°C).

Известен сплав на основе хрома (RU 2060289 C1, 20.05.1996), применяемый для производства плавильно-формующего оборудования, работающего в контакте с расплавом стекломассы, следующего химического состава, мас. %

Недостатком этого сплава является недостаточно высокая жаростойкость, склонность к межкристаллитной коррозии при температуре

1200°С и рост зерен, что приводит к снижению твердости в процессе эксплуатации.

Известен сплав на основе хрома (SU 1256430 A1, 27.08.1996), используемый для работы в агрессивных средах при высоких температурах в течение длительного времени, следующего химического состава, мас. %:

Недостатком этого сплава является низкая жаропрочность и жаростойкость при температурах выше 1100°С.

Наиболее близким аналогом является сплав на основе хрома (RU 2221892 С1, 20.01.2004), предназначенный для изготовления инструментов для высокотемпературной изотермической штамповки, следующего химического состава, мас. %:

Недостатками сплава-прототипа являются относительно невысокая рабочая температура 1200°С, его низкая технологичность (повышенная хрупкость), обусловленная присутствием интерметаллидных соединений алюминия, сложность технологии изготовления и невозможность создания крупногабаритных изделий.

Техническим результатом предлагаемой группы изобретений является повышение рабочей температуры до 1250°C, обеспечение рабочего ресурса до 50 испытаний с усилием 450 МПа при остаточной деформации сплава на основе хрома не более 0,5%.

Для достижения поставленного технического результата предложен гранулируемый сплав на основе хрома, содержащий молибден, железо, кислород, вольфрам, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Предпочтительное массовое соотношение хрома к молибдену составляет 2:1.

Также предложено изделие, выполненное из вышеуказанного гранулируемого сплава на основе хрома.

Для достижения высоких показателей термостойкости и остаточной деформации сплав на основе хрома дополнительно легировали вольфрамом, что в присутствии молибдена и железа приводит к выделению по границам зерен дисперсных частиц интерметаллида Fe₂Mo и также частиц интерметаллидных соединений железа с вольфрамом, что повышает прочность границ и замедляет диффузию элементов сплава при высоких температурах.

Предпочтительное соотношение хрома к молибдену составляет 2:1. Как известно, молибден с хромом образуют ряд непрерывных твердых растворов, поэтому при данном соотношении сохраняется матричная фаза α-твердого раствора на основе Cr, обеспечивающая высокую жаропрочность и сопротивление износу при температурах выше 1100°C с образованием вторичной фазы Fe₂Mo.

Примеры осуществления

В вакуумной индукционной печи с тиглем из основной футеровки было выплавлено 3 образца шихтовых заготовок различных составов в керамических формах диаметром 40 мм. Состав 2 выплавили с соотношением хрома к молибдену 2:1.

Шихтовые заготовки подвергали дробеструйной обработке до полного удаления остатков керамики с поверхности заготовок. Затем отбирали стружку образцов на химический анализ. Результаты химического анализа состава сплавов приведены в таблице 1.

Содержание хрома, молибдена, железа и вольфрама в стружке образцов определяли в соответствии с ГОСТ 24018.0-90. Содержание кислорода определяли в соответствии с ГОСТ 17745-90.

После этого слитки подвергались распылению на установке плазменного распыления с получением гранул размером до 1 мм. Гранулы подвергались размолу в планетарной мельнице до размера менее 100 мкм и засыпались в вакууме в капсулы из стали Ст3.

Образцы шихтовых заготовок изготавливались методом ГИП в среде аргона при температуре 1300-1400°С.

Механические свойства полученных заготовок из предлагаемого сплава и сплава-прототипа приведены в таблице 2.

Все свойства измерялись по 10 образцам с доверительной вероятностью 0,8.

Остаточную деформацию после 50 циклов при Т=1250°С и σ=450 МПа измеряли по ГОСТ 8817-82.

Твердость измеряли методом Роквелла по ГОСТ 9013-59.

Из таблицы 2 видно, что свойства предлагаемого сплава на основе хрома выше, чем свойства сплава-прототипа: рабочая температура - на 50°С; остаточная деформация после 50 циклов нагружения при температуре 1250°С и напряжении 450 МПа - на 28 - 44%. Состав 2, где реализовано предпочтительное соотношение хрома к молибдену, обладает более высокими механическими свойствами.

Использование предлагаемого сплава на основе хрома для изготовления изделий, в частности штампов для изотермической штамповки, увеличивает ресурс их работы, повышает коэффициент использования металла за счет точности геометрии полуфабрикатов и позволяет обрабатывать новые классы материалов.