Результат интеллектуальной деятельности: СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА NiAl

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 и направленной столбчатой структурами, таким как, например, сопловые лопатки, блоки сопловых лопаток, створки регулируемого сопла и другие детали газотурбинных двигателей авиационной и автомобильной промышленности.

Известен сплав на основе интерметаллида Ni₃Al следующего химического состава, мас.%:

(Патент США №4613368). Недостатком этого сплава является низкая (<3%) пластичность при температурах 600-800°С и невысокая рабочая температура (до 800°С).

Изделия из этого сплава используются для наземных силовых установок при температурах эксплуатации до 800°С.

Известен сплав на основе интерметаллида Ni₃Al следующего химического состава, мас.%:

(Патент РФ №2230812). Недостатками этого сплава являются недостаточные кратковременная прочность при комнатной температуре и жаропрочность при температурах 1000-1200°С.

Изделия из этого сплава, например бандажные полки рабочих лопаток и вкладыши соплового аппарата газовых турбин имеют ограниченный ресурс работы.

Известен сплав на основе интерметаллида Ni₃Al следующего химического состава, мас.%:

(Патент РФ №2304179). Недостатком известного сплава является недостаточная жаропрочность при температурах 1100-1200°С на базе испытания 500 часов.

Сплав предназначен для сопловых лопаток и проставок соплового аппарата и других деталей ГТД.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе интерметаллида Ni₃Al, имеющий химический состав, мас.%:

(Патент РФ №2215054). Недостатками сплава-прототипа являются недостаточно высокие жаропрочность при температурах 1100-1200°С на базе 100 часов, жаростойкость при 1250°С (привес за 100 часов) и рабочая температура (1250°С).

Сплав предназначен для деталей камеры сгорания, высокотемпературного крепежа авиационных двигателей, резьбовых захватов испытательных машин и не может быть использован для лопаток турбин.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание сплава на основе интерметаллида Ni₃Al, обладающего повышенной жаропрочностью при температурах 1100-1200°C на базе 100 часов и жаростойкостью при 1250°С, повышение его рабочей температуры до 1300°С, которая подтверждается значениями кратковременной прочности.

Для достижения поставленной технической задачи предложен сплав на основе интерметаллида Ni₃Al, содержащий алюминий, хром, вольфрам, титан, цирконий, углерод, иттрий, никель, который дополнительно содержит лантан и бор при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Авторами было установлено, что при введении в состав лантана и бора, при заявленном содержании и соотношениях компонентов в предлагаемом сплаве на основе интерметаллида Ni₃Al наблюдается снижение содержания кислорода в расплаве и образование мелкодисперсной интерметаллидной и боридной фаз, при этом достигается наибольший эффект повышения жаропрочности сплава при температурах 1100-1200°C, жаростойкости при 1250°C, повышение рабочей температуры.

Примеры осуществления

Шихтовую заготовку из предлагаемого сплава и сплава-прототипа выплавляли из чистых шихтовых материалов в вакуумной индукционной печи с тиглем из основной футеровки. После разливки сплавов в кокили ⌀ 90 мм отбирали стружку на химический анализ. Результаты химического анализа составов сплава приведены в таблице 1.

С целью повышения жаропрочности сплава при высоких температурах, а также стабильности свойств механически обработанные образцы и детали термообрабатывали на воздухе по следующему режиму: отжиг при температуре 1150±10°C в течение 1 ч, охлаждение на воздухе.

Свойства предлагаемого сплава и сплава-прототипа, полученных по одной и той же технологической схеме, приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что свойства предлагаемого сплава выше, чем свойства сплава-прототипа: жаропрочность при температуре 1100°С на базе испытания 100 часов на образцах с поликристаллической (равноосной) структурой (σ¹¹⁰⁰ ₁₀₀) - на 30,95-38,1%, с направленной столбчатой структурой - на 18,2-27,3%; жаропрочность при температуре 1200°C на базе испытания 100 часов с поликристаллической (равноосной) структурой (σ¹²⁰⁰ ₁₀₀) - на 80,0-100%, с направленной столбчатой структурой - на 75,0-100%; жаростойкость при 1250°С на 24-36%; рабочая температура - на 50°С.

Использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni₃Al повышает температуру газа перед турбиной, тягу двигателя, надежность деталей и увеличивает ресурс их работы.