×
21.05.2020
220.018.1f5a

Результат интеллектуальной деятельности: Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля с низким температурным коэффициентом линейного расширения и изделие, выполненное из него

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным деформируемым сплавам на основе никеля с низким коэффициентом линейного расширения. Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля, содержащий, мас. %: углерод 0,02-0,08, кобальт 18,0-25,0, железо 20,0-35,0, хром 0,3-1,2, вольфрам 0,05-2,0, молибден 0,05-2,0, тантал 0,1-2,0, алюминий 0,1-1,0, титан 1,5-2,7, ниобий 4,0-6,0, бор 0,003-0,020, лантан до 0,05, церий до 0,05, магний до 0,05, скандий до 0,05, кальций до 0,05, барий до 0,05, иттрий до 0,05, никель - остальное. Сплав характеризуется высокими значениями жаростойкости при температуре 600°С и технологичности. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 4 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным деформируемым сплавам на основе никеля с низким температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР) и может быть использовано в качестве материала для изготовления свариваемых деталей газотурбинных двигателей (ГТД) с рабочей температурой до 650°С - корпусов камеры сгорания и турбины, элементов сопряжения компрессора и др.

Основными требованиями, предъявляемыми к этому классу материалов, являются: высокие характеристики кратковременной и длительной прочности в диапазоне от комнатной до максимальной рабочей температуры, жаростойкость и технологичность. Применение же сплавов с повышенной жаропрочностью и пониженным ТКЛР в деталях и узлах корпуса камеры сгорания ГТД позволит уменьшить компенсационные зазоры и термические напряжения в процессе их работы, тем самым повысив ресурс, КПД и надежность газотурбинного двигателя.

Известен деформируемый сплав с контролируемым тепловым расширением следующего химического состава, масс. %:

углерод до 0,2
марганец до 1
кремний 0,1-0,8
фосфор до 0,015
сера до 0,01
хром 2,0-10
никель 15-29
молибден до 3
кобальт 24-46
титан 0,3-2
алюминий до 1
ниобий 3-7
ванадий до 0,5
цирконий до 0,1
бор до 0,02
медь до 0,5
вольфрам до 0,5

(US 5283032 А, 01.02.1994).

Данный сплав имеет невысокие значения кратковременной прочности при комнатной температуре (σв≤1200 МПа) и длительной прочности на базе 500 ч при температуре 650°С (σ500650≤510 МПа).

Известен суперсплав с малым коэффициентом расширения с повышенной прочностью следующего химического состава, масс. %:

хром 3-6
титан 1,2-2,1
кобальт 0-25
ниобий 0,25-1,25
алюминий 0,5-1,5
молибден 0-3
углерод менее 0,001
марганец 0-2
кремний 0-1
бор 0-0,03
никель 45-55
никель и кобальт 45-60

(US 5425912 А, 20.06.1995).

Известен сплав на основе никеля следующего химического состава, масс. %:

углерод 0,005-0,05
хром 10,0-20,0
вольфрам 0,5-8,0
молибден 13,0-20,0
ниобий 0,2-1,0
церий 0,001-0,01
иттрий 0,002-0,01
магний 0,003-0,07
никель остальное

(RU 1520871 С1, 22.12.1987).

Эти сплавы отличаются низким ТКЛР по сравнению с другими жаропрочными никелевыми сплавами, но не обладают комплексом свойств, необходимым для материала высоконагруженных ответственных деталей горячего тракта ГТД, работающих в условиях с повышенными требованиями по неизменности зазоров.

Наиболее близким аналогом является свариваемый жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля с пониженным ТКЛР следующего химического состава, масс. %:

углерод 0,02-0,08
кобальт 18,0-25,0
железо 22,0-30,0
хром 0,3-1,2
вольфрам 0,05-2,0
молибден 0,05-2,0
тантал 0,1-2,0
алюминий 0,3-0,8
титан 1,5-2,7
ниобий 4,5-5,5
бор 0,005-0,010
лантан 0,001-0,03
церий 0,001-0,03
магний 0,003-0,03
скандий 0,003-0,03
никель остальное

(RU 2404275 С1, 20.11.2010).

Данный сплав имеет невысокие значения жаростойкости при температуре 600°С (0,10 г/м2 ч) и технологичности (коэффициент выдавки (Квыд) и коэффициент отбортовки (Котб) равны 0,17 и 1,15 соответственно).

Задачей предложенного изобретения является разработка свариваемого жаропрочного деформируемого сплава на основе никеля, обладающего оптимальным сочетанием служебных свойств, обеспечивающим изготовление деталей более сложной формы.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение жаростойкости при температуре 600°С и технологичности (коэффициента выдавки (Квыд) до значений 0,35-0,4 и коэффициента отбортовки (Котб) до значений 1,45-1,6).

Для достижения поставленного технического результата предложен жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля, содержащий, масс. %:

углерод 0,02-0,08
кобальт 18,0-25,0
железо 20,0-35,0
хром 0,3-1,2
вольфрам 0,05-2,0
молибден 0,05-2,0
тантал 0,1-2,0
алюминий 0,1-1,0
титан 1,5-2,7
ниобий 4,0-6,0
бор 0,003-0,020
лантан до 0,05
церий до 0,05
магний до 0,05
скандий до 0,05
кальций до 0,05
барий до 0,05
иттрий до 0,05
никель остальное.

Предпочтительно, чтобы суммарное содержание ниобия и тантала составляло не более трехкратного содержания титана.

Также предложено изделие, выполненное из вышеуказанного жаропрочного сплава на основе никеля.

По сравнению со сплавом-прототипом в предлагаемом сплаве содержатся небольшие строго регламентируемые количества кальция, бария и иттрия.

Было установлено, что дополнительное введение в сплав кальция и бария совместно с магнием способствует более глубокому очищению расплава от вредных примесей, что положительно влияет на технологичность сплава при деформации. Особенно эффективно введение кальция и бария совместно с редкоземельными металлами - лантаном, церием, скандием и иттрием. Кальций и барий по сравнению с магнием имеют более низкую упругость пара при температурах плавки, что позволяет использовать их для раскисления расплава перед присадкой редкоземельных металлов и тем самым стабилизировать их усвоение.

Введение иттрия в сплав, содержащий лантан, церий и скандий, позволяет уменьшить значение привеса при температуре 600°С (т.е. улучшить жаростойкость) за счет концентрации его по границам зерен и фаз.

Влияние редкоземельных металлов лантана, скандия и иттрия в заявленных пределах концентраций в совокупности намного превосходит вклад каждого из указанных элементов в упрочнение границ зерен и фаз по отдельности. Как следствие, наблюдается значительное улучшение жаростойкости при высоких температурах порядка 600°С.

Соблюдение суммарного содержания ниобия и тантала не более трехкратного содержания титана позволит исключить выделения топологических плотноупакованных фаз, что дополнительно повысит пластичность и, как следствие, технологичность сплава.

При заявленном содержании и соотношениях компонентов в предлагаемом сплаве обеспечивается фазовая и структурная стабильность материала, тем самым повышается жаростойкость и технологичность.

Примеры осуществления.

В вакуумно-индукционной установке были выплавлены (с заливкой в металлические изложницы) опытные плавки из предлагаемого сплава различных составов и сплава - прототипа.

Химические составы приведены в таблице 1.

Осадку слитков проводили в изотермических условиях с получением промежуточных полуфабрикатов - сутунок. Сутунки механически обрабатывали по всем поверхностям до удаления окалины и дефектов. После механической обработки полуфабрикаты (сутунки) подвергали прокатке при температуре 1080°С до толщины 4 мм. Термическую обработку горячекатаных полуфабрикатов проводили при температуре 1080°С. Далее проводили холодную прокатку до толщины 1,5 мм.

Полученные листы разрезали на заготовки, которые подвергали термической обработке. После этого из них были изготовлены плоские образцы для определения жаростойкости и технологичности (коэффициент выдавки (Квыд), коэффициент отбортовки (Котб)).

Жаростойкость определяли после выдержки образцов в воздушной атмосфере печи в течение 100 часов при температуре 600°С в соответствии с ГОСТ 6130-71.

Технологичность определяли в соответствии с ГОСТ 17040-80.

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Как видно из данных таблицы 2, предлагаемый сплав превосходит сплав-прототип по технологичности (коэффициент выдавки kвыд увеличен в 2-2,35 раз, коэффициент отбортовки kотб - в 1,26-1,4 раз), а также по значениям жаростойкости при температуре 600°С в 1,9-2,06 раз (привес массы снижен до значений 0,047-0,051 г/м2ч).

Использование предлагаемого жаропрочного деформируемого сплава с низким ТКЛР в деталях и узлах корпуса камеры сгорания ГТД позволит изготавливать детали и узлы более сложной формы, уменьшить компенсационные зазоры и термические напряжения в процессе его работы, тем самым повысив ресурс, КПД и надежность газотурбинного двигателя.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 141-150 из 354.
13.01.2017
№217.015.8740

Способ получения антифреттингового покрытия

Изобретение относится к технологиям нанесения ионно-плазменных и катафорезных покрытий, в частности к способу обработки поверхности металлического изделия, и может быть использовано для защиты от фреттинга осей поворотных лопаток направляющего аппарата из титанового сплава и болтовых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603414
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8771

Интерметаллидный сплав на основе системы никель-алюминий-кобальт

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам, предназначенным для деталей, работающих при температурах до 1000C в газотурбинных двигателях. Сплав на основе системы никель-алюминий-кобальт содержит, мас.%: никель 50,0-62,0, кобальт 18,0-28,0, алюминий 7,5-7,8, хром...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603415
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.882d

Присадочный материал на основе никеля

Изобретение относится к сплавам на основе никеля в качестве присадочного материала, предназначенного для изготовления деталей и узлов наиболее высокотемпературных зон горячего тракта перспективных двигателей, длительно работающих при температурах до 1200°С. Присадочный материал на основе никеля...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602570
Дата охранного документа: 20.11.2016
13.01.2017
№217.015.8a84

Магнитотвердый материал и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к магнитотвердому материалу, содержащему железо, кобальт, бор, диспрозий, медь. При этом материал дополнительно содержит цирконий. Химический состав магнитного материала соответствует формуле, ат. доли: (PrDy)(FeCo)(ZrCu)B, где...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604092
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.8a9c

Присадочный материал на основе алюминия, легированный редкоземельными металлами

Изобретение может быть использовано при изготовлении присадочных материалов для сварки алюминиевых сплавов, в частности сварных конструкций из высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Li. Присадочный материал содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: медь 5,0-12,0, цирконий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604084
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.8bd7

Композиция для соединения керамических композиционных материалов на основе карбида кремния

Изобретение относится к области соединения керамических материалов с образованием керамического соединительного слоя и может быть использовано при производстве сложнопрофильных керамических конструкций для энергетического машиностроения, двигателестроения, аэрокосмической техники. Композиция...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604530
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.9116

Элинварный сплав с высоким модулем упругости и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к элинварным сплавам, и может быть использовано при изготовлении деталей упругочувствительных элементов точного приборостроения, силовых пружин и конструкционных деталей специального назначения. Дисперсионно-твердеющий сплав с малым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605732
Дата охранного документа: 27.12.2016
24.08.2017
№217.015.955b

Резиновая смесь

Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к разработке эластомерных материалов уплотнительного назначения, и может быть использовано для изготовления резиновых деталей уплотнительных узлов наружного и внутреннего контуров машин и механизмов, работающих в среде воздуха во...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002608399
Дата охранного документа: 18.01.2017
24.08.2017
№217.015.95ed

Полиэфирное связующее и изделие на его основе

Изобретение относится к области создания полимерных связующих на основе полиэфирного олигомера с наполнителем в виде коротких волокон для полимерных композиционных материалов (ПКМ), получаемых из листового полуфабриката (SMC-препрега) методом прямого прессования, которые могут быть использованы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002608892
Дата охранного документа: 26.01.2017
25.08.2017
№217.015.9ab5

Высокопрочный сплав на основе алюминия и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к высокопрочным сплавам на основе алюминия. Сплав на основе алюминия содержит, мас.%: медь 0,5-3,5; магний 1,5-4,5; цинк 7,0-10,0; марганец 0,005-0,9; цирконий 0,005-0,5; кобальт 0,005-0,5; церий 0,005-0,5; бериллий 0,0001-0,01;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002610190
Дата охранного документа: 08.02.2017
Показаны записи 141-150 из 326.
13.01.2017
№217.015.8734

Способ термомеханической обработки полуфабрикатов из двухфазных (α+β) титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термомеханической обработке полуфабрикатов из двухфазных (α+β)-титановых сплавов, и может быть использовано в машиностроении и авиационной технике. Способ термомеханической обработки полуфабрикатов из двухфазных (α+β)-титановых сплавов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603416
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8740

Способ получения антифреттингового покрытия

Изобретение относится к технологиям нанесения ионно-плазменных и катафорезных покрытий, в частности к способу обработки поверхности металлического изделия, и может быть использовано для защиты от фреттинга осей поворотных лопаток направляющего аппарата из титанового сплава и болтовых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603414
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8771

Интерметаллидный сплав на основе системы никель-алюминий-кобальт

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам, предназначенным для деталей, работающих при температурах до 1000C в газотурбинных двигателях. Сплав на основе системы никель-алюминий-кобальт содержит, мас.%: никель 50,0-62,0, кобальт 18,0-28,0, алюминий 7,5-7,8, хром...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603415
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.882d

Присадочный материал на основе никеля

Изобретение относится к сплавам на основе никеля в качестве присадочного материала, предназначенного для изготовления деталей и узлов наиболее высокотемпературных зон горячего тракта перспективных двигателей, длительно работающих при температурах до 1200°С. Присадочный материал на основе никеля...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602570
Дата охранного документа: 20.11.2016
13.01.2017
№217.015.8a84

Магнитотвердый материал и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к магнитотвердому материалу, содержащему железо, кобальт, бор, диспрозий, медь. При этом материал дополнительно содержит цирконий. Химический состав магнитного материала соответствует формуле, ат. доли: (PrDy)(FeCo)(ZrCu)B, где...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604092
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.8a9c

Присадочный материал на основе алюминия, легированный редкоземельными металлами

Изобретение может быть использовано при изготовлении присадочных материалов для сварки алюминиевых сплавов, в частности сварных конструкций из высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Cu-Li. Присадочный материал содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: медь 5,0-12,0, цирконий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604084
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.8bd7

Композиция для соединения керамических композиционных материалов на основе карбида кремния

Изобретение относится к области соединения керамических материалов с образованием керамического соединительного слоя и может быть использовано при производстве сложнопрофильных керамических конструкций для энергетического машиностроения, двигателестроения, аэрокосмической техники. Композиция...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604530
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.9116

Элинварный сплав с высоким модулем упругости и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к элинварным сплавам, и может быть использовано при изготовлении деталей упругочувствительных элементов точного приборостроения, силовых пружин и конструкционных деталей специального назначения. Дисперсионно-твердеющий сплав с малым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605732
Дата охранного документа: 27.12.2016
24.08.2017
№217.015.955b

Резиновая смесь

Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к разработке эластомерных материалов уплотнительного назначения, и может быть использовано для изготовления резиновых деталей уплотнительных узлов наружного и внутреннего контуров машин и механизмов, работающих в среде воздуха во...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002608399
Дата охранного документа: 18.01.2017
24.08.2017
№217.015.95ed

Полиэфирное связующее и изделие на его основе

Изобретение относится к области создания полимерных связующих на основе полиэфирного олигомера с наполнителем в виде коротких волокон для полимерных композиционных материалов (ПКМ), получаемых из листового полуфабриката (SMC-препрега) методом прямого прессования, которые могут быть использованы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002608892
Дата охранного документа: 26.01.2017
+ добавить свой РИД