Вид РИД
Изобретение
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным интерметаллидным сплавам на основе Ni3Al и изделиям, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям с монокристаллической структурой, таким как рабочие и сопловые лопатки газотурбинных двигателей, используемых в авиационной промышленности.
Известен сплав на основе интерметаллида Ni3Al (Патент США №4990199), следующего химического состава мас.%:
|
Сплав обладает недостаточно высокими качествами - не превышающая 850°С рабочая температура и неудовлетворительная долговечность при рабочей температуре.
Изделия из этого сплава используются в наземных газоперекачивающих установках с ограниченным ресурсом работы.
Известен сплав на основе интерметаллида Ni3Al (Патент РФ 2256716), следующего химического состава мас.%:
|
Недостатком этого сплава является не превышающая 1100°С рабочая температура и недостаточная долговечность при рабочей температуре.
Изделия из этого сплава могут быть использованы в газотурбинных двигателях с ограниченным ресурсом работы.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является сплав на основе интерметаллида Ni3Al (Патент РФ 2237093), имеющий химический состав мас.%:
|
Сплав обладает недостаточно высокими жаропрочностью и кратковременной прочностью при температуре 1200°С, а также циклической термостойкостью при нагреве и охлаждении 200↔1200°С.
Применение изделий из этого сплава ограничено для двигателей нового поколения.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка сплава и изделия, выполненного из него, обладающих повышенными жаропрочностью и кратковременной прочностью при температуре 1200°С и циклической термостойкостью при нагреве и охлаждении 200↔1200°С.
Для достижения поставленной технической задачи предлагается сплав на основе интерметаллида Ni3Al, содержащий алюминий, хром, молибден, вольфрам, титан, углерод, рений, лантан, никель, который дополнительно содержит тантал и цирконий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
|
и изделие, выполненное из него.
Авторами было установлено, что при введении тантала и циркония и заявленном содержании и соотношениях компонентов в предлагаемом сплаве на основе интерметаллида Ni3Al наблюдается образование эвтектической термостабильной структуры в осях дендритов и одновременно образование гетерофазной структуры в межосных пространствах, что способствует снижению скорости диффузии при высоких температурах, как в объеме зерна, так и по границам и обеспечивает повышение жаропрочности и кратковременной прочности при температуре 1200°С и термоусталости сплава.
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 ⊘50 мм отбирали стружку на химический анализ. Результаты химанализа 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 2 кг для последующего переплава методом высокоградиентной направленной кристаллизации. После переплава получали образцы ⊘16 мм и длиной 150 мм.
Свойства предлагаемого сплава с различным соотношением компонентов и сплава-прототипа приведены в таблице 2.
|
Из таблицы 2 видно, что свойства предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni3Al выше, чем свойства известного. Предел длительной прочности (жаропрочность) при температуре 1200°С на базе 100 часов (σ100 1200) предлагаемого сплава на 10,0-20,0% выше, чем известного сплава; предел кратковременной прочности при температуре 1200°С (σB 1200) - на 14,8-19,3%; термостойкость циклическая при 200↔1200°С, Vн=Vохл.=1 мин у предлагаемого сплава выше на 28,9-29,4%, чем у сплава-прототипа.
Использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида Ni3Al повышает надежность изделий и увеличивает ресурс их работы.
Al8,2-8,6Cr4,8-5,2Мо2,5-3,0W2,0-2,4Ti1,2-1,5С0,001-0,02Re0,05-1,2La0,015-0,3Та1,2-1,6Zr0,05-0,5Niостальноеc0c1211none13341.СплавнаосновеинтерметаллидаNiAl,содержащийалюминий,хром,молибден,вольфрам,титан,углерод,рений,лантан,никель,отличающийсятем,чтоондополнительносодержиттанталицирконийприследующемсоотношениикомпонентов,мас.%:12.ИзделиеизсплаванаосновеинтерметаллидаNiAl,отличающеесятем,чтооновыполненоизсплавапоп.1.2