×
20.03.2019
219.016.e399

Результат интеллектуальной деятельности: ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ КОБАЛЬТА И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ ЭТОГО СПЛАВА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области металлургии жаропрочных деформируемых свариваемых сплавов на основе кобальта и может быть использовано для изготовления жаровых труб камер сгорания, стабилизаторов пламени и других горячих узлов и двигателей ГТД, работающих при температуре до 1300°С. Предложены жаропрочный сплав на основе кобальта и изделие, выполненное из него. Сплав содержит, в мас.%: 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. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение значений характеристик жаропрочности и жаростойкости сплава на основе кобальта. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии жаропрочных деформируемых свариваемых сплавов на основе кобальта и изделий, выполненных из этих сплавов для авиационной техники, машиностроения и других отраслей народного хозяйства, и может быть использовано для изготовления жаровых труб камер сгорания, стабилизаторов пламени, теплозащитных экранов и других горячих узлов и двигателей ГТД, работающих при температурах до 1300°С.

Параметры горячих узлов ГТД возрастают с повышением температуры горения газа вплоть до стехиометрической.

Повышение температуры газа может быть достигнуто путем разработки новых, более жаропрочных по сравнению с серийными сплавов. Однако для материалов на никелевой основе возможности существенного увеличения жаропрочности свариваемых сплавов практически исчерпаны. В силу этих причин актуальной становится задача разработки сплавов на кобальтовой основе.

Кобальтовые сплавы являются наиболее высокотемпературными материалами из свариваемых сплавов, поэтому основными требованиями к ним являются высокое значение пределов длительной прочности в области рабочих температур 900-1300°С, хорошая деформируемость, позволяющая получить качественный холоднокатаный лист, хорошие свариваемость и жаростойкость.

Применение сплавов, обладающих указанными свойствами, позволяет улучшить весь комплекс технических характеристик двигателя, повысить его ресурс и надежность, снизить расход топлива.

Из серийных отечественных деформируемых свариваемых сплавов наиболее жаропрочным в настоящее время является сплав ВЖ-145 следующего химического состава (мас.%).

кобальт25,0÷32,0;
хром20,0÷25,0;
вольфрам10,0÷16,0;
алюминий0,2÷0,7;
углерод0,02÷0,1

элемент выбранный из группы:

ниобий или лантан0,01÷0,1
никельостальное

(Авторское свидетельство №1072501, БИ №40, 1990 г.).

Сплав на никелевой основе ВЖ145 обладает хорошими технологическими показателями деформируемости и свариваемости, но его рабочая температура ограничена 1030-1040°С, что определяет достаточно высокий расход воздуха на охлаждение наиболее высокотемпературных узлов и деталей двигателя, снижающий параметры последнего.

Известен также жаропрочный деформируемый свариваемый сплав на основе никеля, ВЖ155, который упрочняется посредством химико-термической обработки и имеет существенно более высокие, чем сплав ВЖ145, показатели жаропрочности и рабочих температур. Сплав имеет следующий химический состав (мас.%):

углерод0,01÷0,07
хром20,0÷30,0
кобальт10,0÷20,0
вольфрам5,0÷16,0
молибден0,5÷5,0
титан2,0÷4,0
лантан0,02÷0,08
магний0,02÷0,10
азот0,5÷2,0
никельостальное

(Патент РФ №2164959).

Данный сплав может длительно эксплуатироваться до температуры 1200°С.

Однако для перспективных двигателей 5-6 поколения остро стоит вопрос о разработке сплава, способного к длительной эксплуатации при температурах до 1300°С.

Для выполнения этого требования рассматриваемый сплав не обладает необходимым уровнем жаропрочности и жаростойкости.

Наиболее близким по составу и назначению к предлагаемому сплаву является высокотемпературный жаропрочный деформируемый свариваемый сплав Hajnes alloy No 188 на основе кобальта, имеющий следующий химический состав (мас.%):

углерод0,01÷0,15
хром21,0÷23,0
вольфрам13,0÷15,0
никель20,0÷24,0
лантан0,03÷0,12
кремний0,2÷0,50
железоmax 3,0
марганецmax 1,25
бор0,015
кобальтостальное

(Патент США №3418111).

Сплав Hajnes 188, как и сплав ВЖ145, обладает хорошими технологическими характеристиками, но может применяться для деталей, длительно работающих при температурах не выше 1150°С, а относительно невысокие показатели жаростойкости не позволяют обеспечить при этих температурах длительный ресурс их работы.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка высокожаропрочного свариваемого сплава на основе кобальта, обладающего повышенными значениями характеристик жаропрочности, жаростойкости при рабочей температуре до 1300°С, а также изделия, выполненного из этого сплава толщиной до 10 мм.

Для решения поставленной задачи предлагается жаропрочный сплав на основе кобальта, содержащий: углерод, хром, никель, вольфрам, лантан, бор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит молибден, титан, азот, магний, церий при следующим соотношении компонентов (мас.%):

Углерод0,01÷0,06
хром24,0÷34,0
никель20,0÷35,0
вольфрам7,0÷14,0
молибден0,5÷5,0
титан1,3÷3,5
азот0,3÷3,0
лантан0,003÷0,10
магний0,003÷0,08
бор0,0003÷0,008
церий0,0003÷0,06
кобальтостальное

и изделие, выполненное из него.

Введение в предлагаемый сплав молибдена повышает его жаропрочность как за счет увеличения легированности γ-твердого раствора, так и посредством изменения электронной структуры последнего.

Легирование азотом и титаном позволяет образовывать мелкодисперсные частицы нитридов титана, обладающие высокой структурной стабильностью вплоть до плавления основы и выполняющие функции упрочняющей фазы. Кобальтовая основа предлагаемого сплава обеспечивает высокие скорости диффузии титана и азота и соответственно образование их нитридов на глубине до 5÷10 мм, что позволяет изготавливать из него не только листы, но и кольца.

Усложнение микролегирования сплава посредством введения магния и церия улучшает деформируемость материала за счет повышения его чистоты от легкоплавких и неметаллических включений и лучшего качества границ зерен, что позволяет также улучшить жаропрочность на верхних границах температур испытания, где имеет место зернограничное разрушение, и повышает жаростойкость материала при температурах 900÷1300°С за счет образования более качественной окисной пленки.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Для практического осуществления изобретения в лабораторных условиях вакуумно-индукционной печи были выплавлены сплавы предлагаемого состава, прототип и аналог. В таблице 1 представлены химические составы сплавов, где примеры 1-3 предлагаемые состав, 4 - прототип-HS 188, 5 - аналог-ВЖ155.

Заливка металла плавок производилась в круглые металлические изложницы. Полученные слитки были обточены резцом по конусной поверхности «как чисто», а затем прокованы сутунки. Сутунки были простроганы с поверхности и прокатаны с нагрева 1130°С на горячекатаные листы толщиной 2 мм. Горячекатаные листы отожжены при температуре 1110°С и подвергнуты щелочно-кислотному травлению поверхности. После травления листы прокатаны на холоднокатаные листы толщиной 1,0 мм.

Холоднокатаные листы в печи CS-80 подвергнуты химико-термической обработке в токе азота, после чего из них изготовлены образцы для испытания механических свойств. Результаты испытания представлены в таблице 2.

Как видно из данных таблицы 2, предлагаемый сплав превосходит прототип и аналог по максимальной рабочей температуре на 80÷250°С, по значениям временного сопротивления и пределам длительной прочности в области температур работы на 30÷40%, а по жаростойкости в 1,5÷2 раза.

Таким образом, применение предлагаемого сплава позволит повысить весь комплекс технических характеристик двигателя, а также ресурс и надежность таких его элементов, как жаровые трубы камер сгорания, стабилизаторов пламени, теплозащитных экранов и других горячих узлов и деталей.

Предлагаемый сплав найдет применение в ГТД нового поколения, также газотурбинных и газоперекачивающих установках.

Таблица 1
Химический состав сплава и сплава прототипа и аналога.
Хим. эл-т №пл.ССчNiWMoTiNLaMgВСеСо
10,0124,020,07,00,51,30,300,0030,0030,00030,0003Ост.
20,0329,027,610,42,82,51,510,040,0340,00450,024Ост.
30,0634,035,014,05,03,53,000,10,0800,0080,06Ост.
40,0922,121,814,2---0,08-0,007-Ост.
50,0426,8OCT.9,62,22,91,430,050,050--15,4

Углерод0,01-0,06Хром24,0-34,0Никель20,0-35,0Вольфрам7,0-14,0Молибден0,5-5,0Титан1,3-3,5Азот0,3-3,0Лантан0,003-0,10Магний0,003-0,08Бор0,0003-0,008Церий0,0003-0,06КобальтОстальноеc0c1211none13451.Жаропрочныйсплавнаосновекобальта,содержащийуглерод,хром,никель,вольфрам,лантан,бор,отличающийсятем,чтоондополнительносодержитмолибден,титан,азот,магний,церийприследующимсоотношениикомпонентов,мас.%:12.Изделиеизжаропрочногосплаванаосновекобальта,отличающеесятем,чтооновыполненоизсплавапоп.1.2

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 354.
20.04.2013
№216.012.36e0

Эпоксидная композиция холодного отверждения

Изобретение относится к области создания двухкомпонентных эпоксидных композиций холодного отверждения для изготовления препрегов, которые могут быть использованы в строительстве, а также в авиационной, машиностроительной, судостроительной и других областях техники. Предлагаемая эпоксидная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479601
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.04.2013
№216.012.3a7d

Состав для получения защитного покрытия на стальных деталях

Изобретение относится к химической поверхностной обработке стальных деталей и может быть использовано при изготовлении валов газотурбинных двигателей, шасси вертолетов и других деталей для защиты от коррозии при эксплуатации в различных климатических условиях, в том числе при повышенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480534
Дата охранного документа: 27.04.2013
10.06.2013
№216.012.489a

Сплав на основе титана

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при температурах до 650°С, например для деталей корпуса и статорных лопаток компрессора высокого давления газотурбинных двигателей. Сплав на основе титана...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484166
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.06.2013
№216.012.489b

Сплав на основе интерметаллида nial и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству сплавов на основе интерметаллида NiАl и изделиям, получаемым из них методом направленной кристаллизации, с монокристаллической или столбчатой структурами, например лопаток газовых турбин, работающих при температурах до 1200°С....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484167
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.07.2013
№216.012.59cf

Эпоксидная композиция для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов методом вакуумной инфузии

Изобретение относится к эпоксидным композициям холодного отверждения и может быть использовано для изготовления конструкций, в том числе крупногабаритных, из полимерных композиционных материалов (ПКМ) методом вакуумной инфузии в областях техники. Эпоксидная композиция включает эпоксидную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488612
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.08.2013
№216.012.6531

Устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции

Использование: для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции. Сущность: заключается в том, что устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции включает приводной блок, имеющий, по крайней мере, один магнит, расположенный на внешней поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491542
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.09.2013
№216.012.670a

Способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией

Изобретение относится к металлургии. Способ включает отливку монокристаллической заготовки произвольной кристаллографической ориентации, ее травление на макроструктуру, определение ориентации заготовки как угла между ее геометрической осью и плоскостью выбранной кристаллографической ориентации,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492025
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.670b

Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения лопаток стационарных ГТД и ГТУ, створок и проставок реактивного сопла, дисковых заготовок. Устройство содержит вакуумную камеру с торцевыми крышками, индукционную плавильную печь, печь подогрева литейных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492026
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.670d

Способ получения металлического порошка

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению мелкодисперсных металлических порошков заданного гранулометрического состава. Может использоваться для соединения, ремонта и изготовления деталей газотурбинных двигателей (ГТД), двигателей внутреннего сгорания, применяемых в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492028
Дата охранного документа: 10.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e9a

Способ получения высокоармированного композиционного материала al-sic и изделие, полученное на его основе

Изобретение относится к способам получения композиционных материалов для теплоотводящих оснований полупроводниковых приборов, в частности, композиционного материала Al-SiC, имеющего металлическое покрытие, и изделиям, полученным с использованием этих материалов. Способ включает пропитку порошка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493965
Дата охранного документа: 27.09.2013
Показаны записи 1-10 из 322.
10.01.2013
№216.012.18ce

Клеевая композиция

Изобретение относится к клеевой композиции для крепления резин на основе полярных и неполярных каучуков между собой и к металлам в изделиях авиационной, автомобильной промышленности и судостроения. Клеевая композиция включает бутадиеннитрильный каучук, фенолоформальдегидный олигомер,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471842
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18fb

Способ нанесения покрытия для защиты от высокотемпературного окисления поверхности внутренней полости охлаждаемых лопаток турбин из безуглеродистых жаропрочных сплавов на основе никеля

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения жаростойких хромоалюминидных покрытий, и может быть использовано в авиационном и энергетическом турбиностроении. Проводят насыщение поверхности внутренней полости лопатки углеродом путем заполнения внутренней полости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471887
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.04.2013
№216.012.36e0

Эпоксидная композиция холодного отверждения

Изобретение относится к области создания двухкомпонентных эпоксидных композиций холодного отверждения для изготовления препрегов, которые могут быть использованы в строительстве, а также в авиационной, машиностроительной, судостроительной и других областях техники. Предлагаемая эпоксидная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479601
Дата охранного документа: 20.04.2013
10.06.2013
№216.012.489b

Сплав на основе интерметаллида nial и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству сплавов на основе интерметаллида NiАl и изделиям, получаемым из них методом направленной кристаллизации, с монокристаллической или столбчатой структурами, например лопаток газовых турбин, работающих при температурах до 1200°С....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484167
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.07.2013
№216.012.5951

Способ изготовления полых изделий из композиционных материалов

Изобретение относится к области технологии формования конструкций из полимерных композиционных материалов, предназначенных для изготовления быстровозводимых арочных мостов, при сооружении тоннелей, ангаров и других строительных конструкций. Согласно способу заполняют газом надувную внутреннюю...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488486
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.07.2013
№216.012.59cf

Эпоксидная композиция для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов методом вакуумной инфузии

Изобретение относится к эпоксидным композициям холодного отверждения и может быть использовано для изготовления конструкций, в том числе крупногабаритных, из полимерных композиционных материалов (ПКМ) методом вакуумной инфузии в областях техники. Эпоксидная композиция включает эпоксидную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488612
Дата охранного документа: 27.07.2013
10.09.2013
№216.012.670b

Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения лопаток стационарных ГТД и ГТУ, створок и проставок реактивного сопла, дисковых заготовок. Устройство содержит вакуумную камеру с торцевыми крышками, индукционную плавильную печь, печь подогрева литейных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492026
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.670d

Способ получения металлического порошка

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению мелкодисперсных металлических порошков заданного гранулометрического состава. Может использоваться для соединения, ремонта и изготовления деталей газотурбинных двигателей (ГТД), двигателей внутреннего сгорания, применяемых в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492028
Дата охранного документа: 10.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e9a

Способ получения высокоармированного композиционного материала al-sic и изделие, полученное на его основе

Изобретение относится к способам получения композиционных материалов для теплоотводящих оснований полупроводниковых приборов, в частности, композиционного материала Al-SiC, имеющего металлическое покрытие, и изделиям, полученным с использованием этих материалов. Способ включает пропитку порошка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493965
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.12.2013
№216.012.9015

Способ изготовления бескремнеземной керамической формы для литья по выплавляемым моделям

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для литья из жаропрочных сплавов преимущественно на основе никеля, кобальта и ниобия лопаток газотурбинных двигателей и газотурбинных установок. На модельный блок наносят по крайней мере два слоя огнеупорной суспензии,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502578
Дата охранного документа: 27.12.2013
+ добавить свой РИД