3
СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА NiAl И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
3
NiAl INTERMETALLIDE-BASED ALLOY AND ARTICLES MADE THEREOF

3
Группа изобретений относится к области металлургии, а именно к литейным сплавам на основе интерметаллида NiAl и изделиям из данных сплавов, получаемым методом точного литья по выплавляемым моделям с поликристаллической структурой, например сопловым лопаткам, блокам сопловых лопаток, створкам регулируемого сопла и другим деталям газотурбинных двигателей авиационной промышленности и общего машиностроения.
3
Известен сплав на основе интерметаллида NiAl следующего химического состава, мас.%:
Al
10,5-12,5
Cr
4-6
W
1,5-2,5
Ti
1,0-1,6
C
0,1-0,2
Si
0,9-1,2
B
0,005-0,015
Y
0,005-0,015
Ni
остальное,
а также изделие, выполненное из этого сплава (патент РФ №2230812, опубл. 20.06.2004 г.).
Недостатком этого сплава является низкая кратковременная прочность при комнатной температуре и недостаточная жаропрочность при температурах от 1000°C до 1200°C.
Вследствие невысоких прочностных характеристик номенклатура изделий из этого сплава ограничена, в основном это бандажные полки рабочих лопаток и вкладыши сопловых аппаратов газовых турбин.
3
Известен сплав на основе интерметаллида NiAl, предназначенный для изделий, получаемых методом точного литья по выплавляемым моделям, следующего химического состава, мас.%:
Al
8,0-9,0
Cr
4,5-5,5
W
1,8-2,5
Mo
4,5-5,5
Ti
0,6-1,2
C
0,12-0,2
Co
3,5-4,5
La
0,0015-0,0150
Zr
0,05-0,50
Ni
остальное,
а также изделие, выполненное из этого сплава (патент РФ №2245387, опубл. 27.01.2005 г.).
Недостатком этого сплава является неудовлетворительная термоусталость в интервале температур от 100°C до 1050°C, а также недостаточная кратковременная прочность при температурах от 1000°С до 1200°C, что существенно сужает область применения изделий из этого сплава.
Изделия из этого сплава, например сопловые лопатки ГТД, имеют недостаточную долговечность.
3
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является сплав на основе интерметаллида NiAl, имеющий следующий химический состав, мас.%:
Al
8,5-9,5
Cr
4,5-5,5
W
1,5-2,5
Mo
2,0-3,0
Co
6,0-8,0
Zr
1,0-1,3
C
0,15-0,20
B
0,001-0,005
Y
0,001-0,005
Ni
остальное,
а также изделие, выполненное из этого сплава (патент РФ №2349662, опубл. 20.03.2009 г.).
в
100
Недостатком данного сплава является неудовлетворительная кратковременная σ и длительная σ (на базе 100 часов) прочность при температурах 1050°C и 1100°C образцов, полученных методом точного литья по выплавляемым моделям с поликристаллической структурой.
Изделия из этого сплава, например сопловые лопатки, блоки сопловых лопаток ГТД, имеют низкий выход годного и ограниченный ресурс работы.
в
100
3
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение кратковременной прочности σ и длительной прочности σ при температурах 1050°C и 1100°C сплава на основе интерметаллида NiAl и изделия, выполненного из этого сплава.
3
Для достижения поставленного технического результата предложен сплав на основе интерметаллида NiAl, содержащий алюминий, хром, вольфрам, молибден, кобальт, цирконий, углерод, иттрий и никель, который дополнительно содержит титан и лантан, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Al
8,3-8,9
Cr
4,5-5,2
W
4,0-4,6
Mo
3,8-4,2
Ti
1,2-1,6
Co
5,4-6,0
Zr
0,05-0,50
C
0,15-0,20
La
0,05-0,25
Y
0,01-0,05
Ni
остальное,
и изделие, выполненное из этого сплава.
3
3
Авторами было установлено, что при введении в состав сплава титана и лантана в заявленном соотношении компонентов в предлагаемом сплаве на основе интерметаллида NiAl наблюдается снижение содержания газов, в частности кислорода, и выделение дисперсных частиц типа LaMe по границам зерен и межфазным границам, что приводит к снижению скорости диффузии при высоких температурах и как следствие повышению кратковременной и длительной прочности на базе 100 часов при температурах 1050°C и 1100°C.
Пример осуществления изобретения
Шихтовую заготовку для последующего переплава из предлагаемого сплава с различным соотношением компонентов и сплава, известного из прототипа, выплавляли из чистых шихтовых материалов в вакуумной индукционной печи с тиглем из основной футеровки. После разливки сплавов в кокили диаметром 90 мм отбирали стружку на химический анализ. Результаты химического анализа составов сплавов приведены в таблице 1.
Содержание легирующих элементов, газов и примесей, таких как сера, фосфор, железо, висмут, олово, свинец, кремний и сурьма, определяли по стандартным методикам. Перед последующими операциями шихтовую заготовку протачивали по поверхности на глубину 1-2 мм для удаления слоя, контактировавшего с чугуном, затем разрезали на мерные заготовки для последующего переплава: весом по 5,5 кг для получения заготовок под образцы методом точного литья по выплавляемым моделям с поликристаллической структурой.
Свойства предлагаемого сплава с различным соотношением компонентов и сплава, известного из прототипа, определяли на стандартных образцах при соотношении l/d=5, где l - длина образца; d - диаметр образца по ГОСТ 9651, ГОСТ 10145. Критерием являлись средние значения из 10 образцов на точку с доверительной вероятностью 0,8.
Механические свойства предлагаемого сплава с различным соотношением компонентов и сплава, известного из прототипа, полученных по одной и той же технологической схеме, приведены в таблице 2.
3
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>σ</mi><mi>в</mi><mrow><mn>1050</mn></mrow></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>σ</mi><mi>в</mi><mrow><mn>1100</mn></mrow></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>σ</mi><mrow><mn>100</mn></mrow><mrow><mn>1050</mn></mrow></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msubsup><mi>σ</mi><mrow><mn>100</mn></mrow><mrow><mn>1100</mn></mrow></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
Из таблицы 2 видно, что механические свойства предлагаемого сплава на основе интерметаллида NiAl выше, чем свойства сплава, известного из прототипа: кратковременная прочность при температуре 1050°C
- на 22,7-27,3%; кратковременная прочность при температуре 1100°C
- на 26,8-30,4%; длительная прочность на базе 100 часов при температуре 1050°C
- на 61,1-72,2%; длительная прочность на базе 100 часов при температуре 1100°C
- на 52,2-73,9%.
3
Использование предлагаемого сплава на основе интерметаллида NiAl и изделий, выполненных из этого сплава, приводит к повышению тяги двигателя, надежности деталей двигателя и увеличивает ресурс их работы.