Вид РИД
Изобретение
Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к порошковой металлургии жаропрочных никелевых сплавов, и может быть использовано в газотурбинных двигателях для изготовления тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах.
Известен жаропрочный порошковый никелевый сплав, предназначенный для деталей газовых турбин, мас.%:
|
(Патент РФ 2131943, С22С 19/05, 1999 год).
Недостатком этого сплава являются низкие характеристики прочности, жаропрочности и чувствительность сплава к концентраторам напряжений при рабочих температурах, что существенно снижает ресурс работы изделия и его надежность.
Известен жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, мас.%:
|
(патент РФ 2160789, С22С 19/05, 2000 год) - прототип.
Недостатком этого сплава являются низкая прочность (σВ, σ0,2), что увеличивает удельный вес изделия, низкая жаропрочность (σ100), что уменьшает ресурс работы, а также низкое сопротивление МЦУ (σN=104) и высокая скорость распространения усталостной трещины (СРТУ) при рабочих температурах, что уменьшает эксплуатационную надежность.
Предлагается жаропрочный порошковый никелевый сплав, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.%:
|
Предлагаемый сплав отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит железо, марганец и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
|
Технический результат - повышение характеристик прочности, жаропрочности и сопротивления МЦУ при снижении скорости распространения усталостной трещины при рабочих температурах и, как следствие, увеличение ресурса и надежности двигателя и уменьшение его удельного веса по отношению к общему весу самолета.
Это достигается тем, что предлагаемый состав порошкового сплава обеспечивает в процессе распыления получение дисперсного порошка стойкой микроструктурой без внутренних пор и, в результате, позволяет прессовать из него плотные заготовки с однородной мелкозернистой структурой, что в свою очередь повышает прочность, жаропрочность и сопротивление МЦУ и снижает скорость распространения усталостной трещины. Все это приводит к увеличению ресурса и надежности двигателя и уменьшению его удельного веса.
Пример
Методом порошковой металлургии был изготовлен и опробован сплав предлагаемого состава, мас.%:
|
Также был получен сплав по составу-прототипу.
Механические свойства при 20°С и при рабочей температуре 650°С предлагаемого сплава и сплава-прототипа определены по стандартным методикам испытания и представлены в таблице 1.
|
Таким образом, сплав предлагаемого состава превосходит прототип по характеристикам прочности: на 8-10% по пределу прочности и на 16-20% по пределу текучести; а также на 13-17% - по жаропрочности при рабочей температуре 650°С. При этом сплав предлагаемого состава обладает более высокими характеристиками надежности, такими как сопротивление МЦУ (выше на 15-20%) и скорость распространения усталостной трещины (в 2-3 раза меньше), чем прототип.
В результате этого применение предлагаемого сплава для изготовления валов, дисков и других деталей газотурбинных двигателей позволит, за счет высокой прочности, снизить удельный вес двигателя на 10-15%, за счет высокой жаропрочности, повысить ресурс работы 1,2-1,4 раза. А также, за счет высокого сопротивления МЦУ и низкой скорости распространения усталостной трещины, увеличить эксплуатационную надежность на 10-12%.
Жаропрочный порошковый никелевый сплав, содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий, гафний, бор, цирконий, магний и церий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит железо, марганец и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%: