ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ
HEAT-RESISTANT ALLOY ON BASIS OF NICKEL

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в авиакосмической отрасли для получения жаропрочного коррозионностойкого сплава на основе никеля, используемого для изготовления изделий методом порошковой металлургии, работающего в агрессивных средах длительное время при температурах 550-800°С.
Известен жаропрочный коррозионностойкий сплав на основе никеля марки RR 1000, содержащий (мас.%): углерод 0,12-0,033; бор 0,01-0,025; цирконий 0,05-0,07; гафний 0,5-1,0; хром 14,35-15,15; кобальт 14,0-19,0; молибден 4,25-5,25; алюминий 2,85-3,15; титан 3,45-4,15; тантал 1,35-2,15; никель - остальное (Patent US 5897718, МПК С22С 19/05, 1999 г.)
Недостатком известного сплава является невысокий уровень коррозионностойкости в агрессивной среде, низкая жаропрочность сплава при 750°С на базах 100 и 1000 часов и, как следствие, низкий ресурс работоспособности изделий, изготовленных из этого сплава.
Известен сплав следующего состава (мас.%): углерод 0,03-0,1; бор 0,01-0,1; цирконий 0-0,6; хром 10,0-14,0; кобальт 14,0-22,0; молибден 2,0-6,0; алюминий 3,0-5,0; титан 3,0-5,0; тантал 0,5-6,0; никель - остальное (Patent US 5662749, МПК С22С 1/04,1997 г.), прототип.
Недостатком этого сплава является его низкая коррозионная стойкость и жаропрочность и, как следствие, недостаточный ресурс изделий, изготовленных из этого сплава.
Предлагается сплав на основе никеля следующего состава (мас.%):
углерод
0,025-0,035
бор
0,015-0,025
цирконий
0,015-0,025
хром
11,2-11,5
кобальт
14,7-15,0
молибден
3,3-3,5
алюминий
3,75-3,95
титан
5,0-5,2
тантал
1,9-2,1
вольфрам
0,5-0,7
ниобий
0,05-0,15
гафний
0,15-0,25
марганец
0,10-0,20
никель
остальное
при этом суммарное содержание титана и алюминия должно составлять 8,8-9,1 мас.% при отношении титана к алюминию, равном 1,32-1,36, а суммарное содержание гафния и ниобия составлять 0,25-0,35 мас.%.
Технический результат - повышение жаропрочности и коррозионной стойкости и, как следствие, повышение ресурса службы изделий, изготовленных из этого сплава.
Предложенный сплав имеет повышенное количество упрочняющей γ'-фазы и повышенную температуру ее растворения (1206°C) по сравнению со сплавом-прототипом. Увеличение содержания упрочняющей γ'-фазы приводит к торможению диффузионных процессов, протекающих в сплаве, меняет характер перемещения дислокаций по границам раздела фаз. Повышение температуры растворения упрочняющей γ'-фазы позволяет повысить сопротивление ползучести сплава и тем самым повысить его жаропрочность.
Предложенный сплав имеет высокую структурную стабильность (mis-mash), в нем отсутствуют нежелательные σ - и η-фазы, которые ведут к разупрочнению сплава в процессе его высокотемпературной эксплуатации.
Высокая структурная стабильность предлагаемого сплава обеспечивает снижение скорости диффузии продуктов сгорания топлива в объем металла и тем самым повышает коррозионную стойкость сплава при его работе в агрессивной среде.
Пример
На вакуумно-индукционной печи были сделаны две плавки массой 20 кг каждая с расчетным содержанием легирующих элементов, соответствующим химическому составу сплава-прототипа и предлагаемого сплава. В таблице 1 представлен химический состав полученных сплавов.
Таблица 1
Элементы, мас.%
С
В
Zr
MN
Hf
Cr
Со
Мо
W
Al
Ti
Nb
Та
Ni
Сплав-прототип
0,03
0,03
0,03
-
-
12,0
18,0
4,0
-
4,0
4,0
-
4,0
ост.
Предлагае-мый сплав
0,03
0,02
0,02
0,15
0,20
11,3
14,8
3,4
0,6
3,85
5,1
0,10
2,0
ост.
Затем от полученных плавок были отобраны заготовки и переплавлены в порционной вакуумно-индукционной печи с заливкой блока образцов. Были изготовлены образцы из полученного блока и проведены испытания сплавов на жаропрочность при температуре 750°С. Одновременно были изготовлены образцы для определения объема упрочняющей γ'-фазы, температуры растворения γ'-фазы, наличия нежелательных σ - и η-фаз, структурной стабильности и коррозионной стойкости сплавов.
Полученные результаты исследований представлены в таблице 2.
Таблица 2
Характери-стика
Объем упрочняющей γ'-фазы, атм.%
Тем-ра растворения γ'-фазы Тγсол. °С
Разница параметров решетки при 750°С (mismash)
Жаропрочность при 750°С, МПа
Структур.Стабильностьсплава Mdγ,наличие σ- и η-фаз
Скорость коррозии - lg(v)
100 час
1000 ч
Сплав-прототип
56,1
1170
-0,008
668
532
0,928
0,185
следы
Предлагае-мый сплав
57,4
1206
-0,005
699
556
0,921
0,101
нет
Как видно из таблицы, предлагаемый состав сплава позволяет повысить жаропрочность на 4,5-6,5% и коррозионностойкость на 80-85% по сравнению со сплавом-прототипом.
Таким образом, предложенный сплав позволит повысить жаропрочность и коррозионностойкость сплава и тем самым увеличит срок службы на 15-20% изделий, используемых в авиакосмической технике в агрессивных средах при температуре 550-800°С.