close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13280

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.06.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 22C 19/05
ЖАРОПРОЧНЫЙ ЭВТЕКТИЧЕСКИЙ СПЛАВ
НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ
(21) Номер заявки: a 20080829
(22) 2008.06.24
(43) 2009.02.28
(71) Заявители: Государственное научное
учреждение "Физико-технический
институт Национальной академии
наук Беларуси"; Открытое акционерное общество "Борисовский завод агрегатов" (BY)
(72) Авторы: Купченко Геннадий Владимирович; Майонов Александр Владимирович; Поко Ольга Александровна; Купченко Владимир Геннадьевич; Кламбоцкий Сергей Кимович;
Зиборов Владимир Петрович (BY)
BY 13280 C1 2010.06.30
BY (11) 13280
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатели: Государственное
научное учреждение "Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси"; Открытое акционерное общество "Борисовский завод агрегатов" (BY)
(56) КОНСТАНТИНОВ В.В. и др. Литейное производство. - 2004. - № 11. C. 13-19.
SU 1482772 A1, 1989.
SU 1827120 A3, 1995.
RU 2070597 C1, 1996.
SU 722325 A, 1986.
(57)
Жаропрочный эвтектический сплав на основе никеля, содержащий хром, алюминий,
ниобий, отличающийся тем, что дополнительно содержит титан и, при необходимости,
иттрий при следующем соотношении компонентов, мас. %:
хром
14-25
алюминий
8-10
ниобий
0,9-2,5
титан
1,0-2,5
иттрий
0-0,05
никель
остальное.
Изобретение относится к металлургии, а именно к жаропрочным никелевым сплавам,
предназначенным для изготовления деталей вращения, работающих при температурах до
800 °С.
Наиболее широко используются в качестве материала для деталей вращения, работающих в сложных температурно-силовых условиях и под воздействием агрессивных
сред, дисперсионно-твердеющие никелевые сплавы. Микроструктура этих сплавов представляет собой γ - твердый раствор компонентов сплава в никеле с равномерно распределенными выделениями интерметаллидов и карбидов [1, 2].
Недостатками сплавов являются сложная система легирования и наличие в составе
большого количества тяжелых тугоплавких элементов, что утяжеляет сплав и повышает
его стоимость.
BY 13280 C1 2010.06.30
Наиболее близким к заявляемому сплаву по технической сущности является эвтектический сплав на основе никеля, содержащий хром, алюминий, тантал, цирконий, ниобий,
иттрий [3]. Сплав относится к γ + β-эвтектикам на базе системы никель-хром-алюминий.
Микроструктура сплава в состоянии после литья содержит 2 фазы: γ - твердый раствор
компонентов сплава в никеле, β - твердый раствор компонентов сплава в интерметаллиде
NiAl. Высокая жаропрочность сплава реализуется после направленной кристаллизации,
при которой материал приобретает композиционную микроструктуру, когда жаропрочная
фаза β в виде волокон или пластин армирует пластичную матрицу γ, представляющую собой твердый раствор компонентов сплава в никеле [4]. В обычно литом состоянии сплав в
качестве жаропрочного материала не применяется. Основное преимущество известного
эвтектического сплава перед традиционными дисперсионно-твердеющими сплавами - отличная жаро- и коррозионная стойкость при температурах вплоть до 1100 °С за счет высокого (9-10 мас. %) содержания алюминия.
Недостатком известного эвтектического сплава является то, что для обеспечения уровня свойств он содержит 1-5 мас. % тантала, что повышает плотность сплава
(∼8,0⋅103 кг/м3) и его стоимость.
Задачей настоящего изобретения является снижение стоимости и плотности жаропрочных сплавов.
Поставленная задача достигается за счет того, что эвтектический сплав на основе никеля, содержащий хром, алюминий, ниобий, дополнительно содержит титан и, при необходимости, иттрий при следующем соотношении компонентов, мас. %:
хром
14-25
алюминий
8-10
ниобий
0,9-2,5
титан
1,0-2,5
иттрий
0-0,05
никель
остальное.
Обязательным условием для достижения высокого уровня жаропрочности сплава является наличие в его микроструктуре эвтектики без первичных фаз. При отклонении от
эвтектической концентрации в микроструктуре сплава присутствуют грубые первичные
выделения фаз γ или β, что существенно ухудшает жаропрочность сплава. Для формирования в сплаве микроструктуры чистой эвтектики шихтовой состав сплава необходимо
рассчитывать по способу, описанному в [5]. В частности, для сплава, содержащего
17 мас. % хрома, соотношение компонентов определяется по следующей эмпирической
формуле:
CAl = 10,23 - (CNb⋅0,22 + CTi⋅0,439),
где CAl - концентрация алюминия в сплаве, мас. %;
CNb - концентрация ниобия в сплаве, мас. %;
CTi - концентрация титана в сплаве, мас. %;
Ni - остальное.
Введение в предлагаемый сплав более 2,5 мас. %, титана приводит к тому, что фазы γ
и β кристаллизуются раздельно, а не совместно, как в случае эвтектической кристаллизации. Как следствие, формируется так называемая вырожденная эвтектика, свойства которой ниже, чем у обычной эвтектики. При введении в сплав менее 1 мас. %, титана не
достигается необходимый уровень упрочнения.
Предлагаемый сплав был изготовлен в лаборатории литых композиционных материалов ГНУ "ФТИ НАНБ" сплавлением компонентов в индукционной печи ИСВ-0,004 ПИМ1 в среде аргона марки А. Шихтовой состав сплава рассчитан по эмпирическим формулам,
описанным в источнике [5]. Плавка металла в защитной атмосфере предотвращает испарение алюминия и хрома во время плавки и, как следствие, сохранение в сплаве расчетной
эвтектической концентрации. Алюминий вводился в расплав в конце плавки. В жидком
2
BY 13280 C1 2010.06.30
состоянии сплав выдерживался около 5 минут, затем производилась заливка в графитовые
или электрокорундовые формы. Скорость охлаждения металла - 100-150 град./мин. Плотность сплава определялась как отношение массы опытного образца к его объему. Жаропрочность сплавов оценивалась путем измерения горячей длительной твердости при
следующих параметрах: температура 800 °С (1073 К), нагрузка 200 кгс, время выдержки
1 час.
Снижение стоимости обусловлено заменой титаном тантала, цена которого выше, чем у
титана, почти в 20 раз (по данным Интернет-ресурсов www.hotmetal.ru, www.specmetal.ru).
В таблице приведены сравнительные данные по плотности и стоимости известного и
предлагаемого сплавов.
Химический состав, мас. %
Сплав
Предлагаемый
Известный
Сr
Аl
Nb Та Ti
Y
Ni
НВ, ρ⋅103,
кг/мм2 кг/м3
140,918-10
0-0,1 остальное 35-40 7,6-7,7
25
2,5
2,5
14- 7,1- 0,9- 10,01остальное 28-42 7,9-8,0
25 10,3 2,5 5
0,5
Снижение стоимости за счет замены
тантала титаном, %
10
Из приведенных данных видно, что введение в сплав титана вместо тантала сохраняет
на том же уровне жаропрочность до температуры 800 °С, однако при этом плотность
сплава снижается на 13 %, а стоимость сплава снижается на 10 %.
Предлагаемый сплав рекомендуется использовать, в частности, для изготовления колес автомобильных турбокомпрессоров нового поколения. Турбина работает в жестких
температурно-силовых условиях: температура выхлопных газов дизеля составляет 650750 °С, а частота вращения вала ротора находится в пределах 110 000-150 000 об/мин. Использование предлагаемого сплава обеспечит основные требования, предъявляемые к
материалу колес газотурбонагнетателя, - пониженную плотность и повышенную жаропрочность.
Источники информации:
1. Химушин Ф.Ф. Жаропрочные стали и сплавы. - М.: Металлургия, 1975. - С. 750.
2. Симс Ч., Хагель В. Жаропрочные сплавы. - М.: Металлургия, 1976. - С. 567.
3. Константинов В.В., Купченко Г.В., Симонов A.M., Соколов Ю.А. Естественные
композиционные материалы для газотурбинных двигателей // Литейное производство. 2004. - № 11. - С. 13-19.
4. Курц В., Зам П.Р. Направленная кристаллизация эвтектических материалов. - М.:
Металлургия, 1980. - С. 320.
5. A.c. СССР 1146335, 1985.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
3
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
80 Кб
Теги
by13280, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа