Содержание Жаропрочный сплав на никелевой основе для монокристаллического литья |
(21), (22) Заявка: 2010140689/02, 05.10.2010 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: 05.10.2010 Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 05.10.2010 (45) Опубликовано: 10.01.2012 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: US 6936116 B2, 30.08.2005. RU 2293782 C1, 20.02.2007. RU 2153021 C1, 20.07.2000. EP 0208645 A2, 14.01.1987. EP 0577316 A2, 05.01.1994. Адрес для переписки: 105005, Москва, ул. Радио, 17, ФГУП "ВИАМ" (72) Автор(ы): Петрушин Николай Васильевич (RU), Каблов Евгений Николаевич (RU), Оспенникова Ольга Геннадиевна (RU), Ригин Вадим Евгеньевич (RU), Герасимов Виктор Владимирович (RU), Висик Елена Михайловна (RU) (73) Патентообладатель(и): Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU) (54) ^ (57) Реферат: Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе никеля, предназначенным для производства методом направленной кристаллизации деталей высокотемпературных газовых турбин ГТД и ГТУ, преимущественно монокристаллических лопаток и других элементов горячего тракта турбины. Заявлен жаропрочный сплав на никелевой основе для монокристаллического литья. Сплав содержит, мас.%: хром 5,0-6,0, кобальт 6,0-8,5, молибден 3,5-4,5, алюминий 6,0-6,5, титан 0,8-1,6, вольфрам 1,5-3,1, тантал 3,0-4,0, рений 2,0-3,0, лантан 0,004-0,05, церий 0,004-0,02, бор 0,004-0,01, углерод 0,002-0,05, никель - остальное. Сплав характеризуется низкой плотностью, высокими значениями длительной прочности и фазовой стабильностью. 2 табл. Изобретение относится к металлургии сплавов, в частности к производству никелевых жаропрочных сплавов и изготовлению из них деталей с монокристаллической структурой, например лопаток газовых турбин. Известен жаропрочный никелевый сплав следующего химического состава, мас.%:
(патент РФ ![]() Известный сплав и изделия из этого сплава предпочтительного химического состава с направленной структурой обладают при температуре 975°С удельной длительной прочностью ( ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Известен жаропрочный сплав на основе никеля следующего химического состава, мас.%:
(патент США ![]() Известный сплав и изделия из этого сплава с монокристаллической структурой обладают достаточно высокими характеристиками длительной прочности, например, при рабочей температуре 1000°С время до разрушения сплава предпочтительного состава при испытании на длительную прочность при напряжении 241 МПа составляет ~100 ч, плотность этого сплава равна 8,64 г/см3. Дополнительные исследования известного сплава показали, что значение (Md) ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Отрицательное влияние ТПУ фаз на механические свойства жаропрочного сплава и монокристаллических изделий из него проявляется в том, что эти фазы связывают значительные количества тугоплавких легирующих элементов (молибден, рений, вольфрам, хром, тантал) и их концентрации в матричном ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является никелевый жаропрочный сплав для монокристаллического литья следующего химического состава, мас.%:
(патент США ![]() Известный монокристаллический сплав имеет высокую фазовую стабильность, хорошие литейные свойства и значительный температурный интервал термической обработки. Однако дополнительные исследования показали, что сплав-прототип обладает недостаточно высокой долговременной длительной прочностью при рабочих температурах. Технической задачей предлагаемого изобретения является создание жаропрочного сплава на никелевой основе для монокристаллического литья с низкой плотностью и повышенными характеристиками жаропрочности и фазовой стабильности. Для достижения поставленной технической задачи предложен жаропрочный сплав на никелевой основе для монокристаллического литья, содержащий хром, кобальт, молибден, алюминий, титан, вольфрам, тантал, рений, в который дополнительно введены лантан, церий, бор и углерод, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
Повышение жаропрочности предложенного сплава достигается за счет действия редкоземельных элементов лантана и церия на примеси серы, кислорода и азота, неизбежно присутствующие в жаропрочных никелевых сплавах, и сбалансированности соотношения между суммарным содержанием ![]() ![]() Исследованиями методом микрорентгеноспектрального анализа было обнаружено физическое явление, состоящее в том, что при термической обработке монокристаллов заявляемого сплава с указанным соотношением компонентов атомы редкоземельных элементов La и Се, введенных в сплав и присутствующих в сплаве примесей S, О, N, адсорбируются на неизбежно имеющихся микропорах и образуют в них высокодисперсные тугоплавкие сульфиды, оксиды и нитриды. В результате содержание вредных примесей серы, кислорода и азота в твердом объеме монокристаллов сплава понижается и, как следствие, наблюдается повышение высокотемпературных характеристик длительной прочности. Кроме того, легирование лантаном, церием и повышение содержания тантала усиливает сопротивление монокристаллических никелевых жаропрочных сплавов высокотемпературному окислению и коррозии. Введение бора и углерода в никелевый жаропрочный сплав при указанном соотношении компонентов используется для стабилизации при кристаллизации дендритно-ячеистой структуры монокристаллического изделия и упрочнения субграниц, неизбежно присутствующих в монокристаллических изделиях из никелевых жаропрочных сплавов. В результате повышается структурное совершенство монокристаллов сплава, способствуя увеличению сопротивления длительной высокотемпературной ползучести. Молибден, имея низкий коэффициент распределения (0,2-0,4) между ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Кроме того, повышение содержания ![]() ![]() ![]() Понижение содержания вольфрама в предлагаемом сплаве обеспечивает достижение низкой плотности сплава - 8,3-8,4 г/см3 . Пример осуществления В вакуумной индукционной печи были выплавлены четыре сплава предлагаемого состава и один сплав предпочтительного состава, взятого за прототип. Содержание компонентов (мас.%) в композициях сплавов приведено в таблице 1. Затем эти сплавы переплавляли в вакуумной печи для направленной кристаллизации и получали цилиндрические слитки диаметром 16 мм и длиной 190 мм с монокристаллической структурой и осевой ориентацией, близкой к кристаллографическому направлению [001]. Далее из этих слитков изготавливали образцы для дифференциального термического анализа, по результатам которого определяли температуры полного растворения упрочняющей ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определение параметра размерного несоответствия периодов кристаллических решеток ![]() ![]() ![]() ![]() Полученные характеристики композиций сплава-прототипа и заявляемого сплава приведены в таблице 2. Как видно из таблицы 2, предлагаемый сплав имеет меньшую долю неравновесной эвтектики ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Таким образом, предлагаемый жаропрочный сплав на никелевой основе для монокристаллического литья с низкой плотностью значительно превосходит сплав-прототип по характеристикам длительной прочности, что позволяет его рекомендовать для производства монокристаллических турбинных лопаток длительного ресурса.
Формула изобретения Жаропрочный сплав на никелевой основе для монокристаллического литья, содержащий хром, кобальт, молибден, алюминий, титан, вольфрам, тантал, рений, отличающийся тем, что он дополнительно содержит лантан, церий, бор, углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
|