RU2186144C1 - Refractory nickel alloy for single-crystal casting and product made from this alloy - Google Patents
Refractory nickel alloy for single-crystal casting and product made from this alloy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2186144C1 RU2186144C1 RU2000128501A RU2000128501A RU2186144C1 RU 2186144 C1 RU2186144 C1 RU 2186144C1 RU 2000128501 A RU2000128501 A RU 2000128501A RU 2000128501 A RU2000128501 A RU 2000128501A RU 2186144 C1 RU2186144 C1 RU 2186144C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- rhenium
- tungsten
- nickel
- niobium
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 56
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000005266 casting Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims description 14
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 title 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 17
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 10
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 9
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 abstract description 5
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 8
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 7
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 5
- 229910000995 CMSX-10 Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 4
- 238000007713 directional crystallization Methods 0.000 description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 3
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 3
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 3
- 229910001011 CMSX-4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 229910000846 In alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000009862 microstructural analysis Methods 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000000135 prohibitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным жаропрочным сплавам на основе никеля, предназначенным для производства методом направленной кристаллизации деталей, преимущественно монокристальных рабочих и сопловых лопаток, высокотемпературных газовых турбин, работающих длительно при температурах, превышающих 1000oС.The invention relates to the field of metallurgy, and in particular to casting heat-resistant nickel-based alloys intended for the production of directional crystallization of parts, mainly single-crystal working and nozzle blades, high-temperature gas turbines operating for a long time at temperatures exceeding 1000 o C.
Хорошо известны и нашли применение в качестве материала для монокристальных лопаток газовых турбин жаропрочные сплавы ЖС-36 (1) и CSMX-4 (2). Сплавы ЖС-36 и CSMX-4 представляют собой безуглеродистые монокристальные ренийсодержащие сплавы второго поколения. Heat-resistant alloys ZhS-36 (1) and CSMX-4 (2) are well known and have found application as material for single-crystal gas turbine blades. ZhS-36 and CSMX-4 alloys are carbon-free monocrystal rhenium-containing alloys of the second generation.
Сплав ЖС-36 имеет следующий химический состав, мас.%:
Хром - 2,5-5,5
Кобальт - 5,0-9,5
Алюминий - 5,0-6,2
Титан - 0,7-1,5
Молибден - 1,0-4,0
Вольфрам - 10,5-13,0
Тантал - 0,01-4,0
Рений - 1,0-2,6
Ниобий - 0,7-1,5
Иттрий - 0,002-0,075
Лантан - 0,001-0,05
Церий - 0,001-0,05
Празеодим - 0,002-0,01
Неодим - 0,0002-0,005
Гадолини - 0,0002-0,005
Скандий - 0,0002-0,005
Никель - Основа
Сплав предназначен для литья лопаток с монокристальной структурой, имеющих преимущественно кристаллографическую ориентацию [111]; в этой ориентации сплав имеет высокий уровень жаропрочности (σ
Chrome - 2.5-5.5
Cobalt - 5.0-9.5
Aluminum - 5.0-6.2
Titanium - 0.7-1.5
Molybdenum - 1.0-4.0
Tungsten - 10.5-13.0
Tantalum - 0.01-4.0
Rhenium - 1.0-2.6
Niobium - 0.7-1.5
Yttrium - 0.002-0.075
Lanthanum - 0.001-0.05
Cerium - 0.001-0.05
Praseodymium - 0.002-0.01
Neodymium - 0.0002-0.005
Gadolini - 0.0002-0.005
Scandium - 0.0002-0.005
Nickel - Base
The alloy is intended for casting vanes with a single crystal structure having a predominantly crystallographic orientation [111]; in this orientation, the alloy has a high level of heat resistance (
Близким уровнем жаропрочности к сплаву ЖС-36 обладает и сплав CMSX-4 (σ
Кобальт - 9,3-10
Хром - 6,4-6,8
Молибден - 0,5-0,7
Вольфрам - 6,2-6,6
Тантал - 6,3-6,7
Алюминий - 5,45-5,75
Титан - 0,8-1,2
Гафний - 0,02-0,12
Рений - 2,8-3,2
Никель - Основа
Однако и сплав CMSX-4 имеет недостаточно высокий уровень жаропрочности и у него проявляется фазовая нестабильность, связанная с выделением ТПУ-фаз.A similar level of heat resistance to the ZhS-36 alloy is also possessed by the CMSX-4 alloy (
Cobalt - 9.3-10
Chrome - 6.4-6.8
Molybdenum - 0.5-0.7
Tungsten - 6.2-6.6
Tantalum - 6.3-6.7
Aluminum - 5.45-5.75
Titanium - 0.8-1.2
Hafnium - 0.02-0.12
Rhenium - 2.8-3.2
Nickel - Base
However, the CMSX-4 alloy also does not have a high level of heat resistance and exhibits phase instability associated with the release of TPU phases.
Изделия, полученные из сплавов ЖС-36 и CMSX-10, обладают недостаточным уровнем жаропрочности при длительной эксплуатации в температурном интервале 900-1100oС.Products obtained from alloys ZhS-36 and CMSX-10 have an insufficient level of heat resistance during long-term operation in the temperature range of 900-1100 o C.
Наиболее близким к предлагаемому по химическому составу и назначению, взятому авторами за прототип, является сплав CMSX-10 (3), имеющий следующий химический состав, содержащий, мас.%:
Углерод - До 0,04
Хром - 1,8-2,5
Кобальт - 1,5-2,5
Титан - 0,1-0,5
Алюминий - 5,5-6,1
Молибден - 0,25-0,6
Вольфрам - 3,5-6,0
Тантал - 8,0-9,0
Рений - 6,2-6,8
Ниобий - 0,01-0,1
Гафний - До 0,04
Бор - До 0,01
Иттрий - До 0,01
Церий - До 0,01
Лантан - До 0,01
Марганец - До 0,04
Кремний - До 0,05
Цирконий - До 0,01
Сера - До 0,001
Ванадий - До 0,01
Никель - Основа
Сплав применяется для получения отливок лопаток с монокристаллической структурой. Монокристаллы сплава CMSX-10 кристаллографической ориентации [001] для плавок различных составов, находящихся в пределах патента, имеют высокие значения пределов длительной прочности на уровне (σ
Carbon - Up to 0.04
Chrome - 1.8-2.5
Cobalt - 1.5-2.5
Titanium - 0.1-0.5
Aluminum - 5.5-6.1
Molybdenum - 0.25-0.6
Tungsten - 3.5-6.0
Tantalum - 8.0-9.0
Rhenium - 6.2-6.8
Niobium - 0.01-0.1
Hafnium - Up to 0.04
Boron - Up to 0.01
Yttrium - Up to 0.01
Cerium - Up to 0.01
Lanthanum - Up to 0.01
Manganese - Up to 0.04
Silicon - Up to 0.05
Zirconium - Up to 0.01
Sulfur - Up to 0.001
Vanadium - Up to 0.01
Nickel - Base
The alloy is used to produce castings of blades with a single crystal structure. Single crystals of the CMSX-10 alloy of crystallographic orientation [001] for melts of various compositions within the patent have high values of long-term strength at (
Технической задачей предлагаемого изобретения являлась разработка сплава с более высоким уровнем жаропрочности при сохранении технологических характеристик. Для решения поставленной задачи предлагается сплав следующего химического состава, мас.%:
Углерод - 0,001-0,05
Хром - 2,0-3,0
Кобальт - 9,5-11,0
Титан - 0,1-1,2
Алюминий - 5,5-6,2
Вольфрам - 1,0-3,0
Тантал - 6,0-9,0
Рений - 8,0-11,0
Ниобий - 0,6-2,6
Бор - 0,001-0,02
Церий - 0,001-0,02
Лантан - 0,001-0,02
Иттрий - 0,001-0,02
Никель - Остальное
Основными отличиями предлагаемого сплава от известного являются:
1) повышенное содержание в нем таких элементов, как кобальт, рений, ниобий; 2) пониженное содержание вольфрама и 3) отсутствие в сплаве молибдена и гафния.The technical task of the invention was the development of an alloy with a higher level of heat resistance while maintaining technological characteristics. To solve this problem, an alloy of the following chemical composition is proposed, wt.%:
Carbon - 0.001-0.05
Chrome - 2.0-3.0
Cobalt - 9.5-11.0
Titanium - 0.1-1.2
Aluminum - 5.5-6.2
Tungsten - 1.0-3.0
Tantalum - 6.0-9.0
Rhenium - 8.0-11.0
Niobium - 0.6-2.6
Boron - 0.001-0.02
Cerium - 0.001-0.02
Lanthanum - 0.001-0.02
Yttrium - 0.001-0.02
Nickel - Other
The main differences of the proposed alloy from the known are:
1) the increased content of elements such as cobalt, rhenium, niobium; 2) low tungsten content; and 3) the absence of molybdenum and hafnium in the alloy.
Основные трудности, возникающие при разработке сплавов с повышенным содержанием рения, связаны с созданием сплавов, сбалансированных по отношению к выделению неблагоприятных фаз, относящихся к разряду топологически плотноупакованным фазам (ТПУ-фазы), которые, с одной стороны, охрупчивают сплав, с другой резко разупрочняют твердый раствор в результате удаления из твердого раствора элементов, его упрочняющих. The main difficulties arising in the development of alloys with a high rhenium content are associated with the creation of alloys balanced in relation to the release of adverse phases belonging to the category of topologically close packed phases (TPU phases), which, on the one hand, embrittle the alloy and, on the other, sharply soften solid solution as a result of removal from the solid solution of elements that strengthen it.
ТПУ-фазы образуются, как правило, в осях дендритов и представляют собой пластины, выделяющиеся параллельно плоскостям октаэдра {111}. Выделения такого типа могут образовываться как после направленной кристаллизации и термической обработки, так и при длительном воздействии температуры и напряжений. Структурная стабильность содержащих рений сплавов относительно образования топологически плотно упакованных фаз определяется соотношением содержания в сплаве элементов 6-й группы - хрома, молибдена, вольфрама и рения. Эти элементы являются упрочнителями твердого раствора, причем наиболее эффективным является рений, который преимущественно распределен в γ-твердом растворе. Обладая наименьшим коэффициентом диффузии в никеле, рений тормозит процессы коагуляции упрочняющей γ′-фазы, тем самым повышая ее термическую стабильность. TPU phases are formed, as a rule, in the axes of dendrites and are plates that stand out parallel to the planes of the {111} octahedron. Discharges of this type can form both after directed crystallization and heat treatment, and during prolonged exposure to temperature and stress. The structural stability of rhenium-containing alloys relative to the formation of topologically densely packed phases is determined by the ratio of the content of elements of the 6th group — chromium, molybdenum, tungsten, and rhenium — in the alloy. These elements are solid solution hardeners, with rhenium being the most effective, which is predominantly distributed in γ-solid solution. Having the lowest diffusion coefficient in nickel, rhenium inhibits the coagulation processes of the hardening γ′-phase, thereby increasing its thermal stability.
При разработке настоящего изобретения предполагалось, что при минимизации содержания в сплаве хрома, вольфрама и исключении из состава сплава молибдена склонность к образованию ТПУ-фаз будет определяться соотношением вольфрама и рения в сплаве. In developing the present invention, it was assumed that while minimizing the content of chromium and tungsten in the alloy and excluding molybdenum from the composition, the tendency to form TPU phases will be determined by the ratio of tungsten and rhenium in the alloy.
При высоком суммарном содержании в сплаве рения и вольфрама стабильные составы будут находиться в области малого содержания вольфрама и высокого содержания рения. Сохранение в составе сплава хрома определяется его положительным влиянием на сопротивление газовой коррозии. В сплавах с высоким содержанием рения содержание хрома может быть снижено до уровня 2,0-3,0%, поскольку, рений сам относится к элементам, повышающим сопротивление газовой коррозии. With a high total content of rhenium and tungsten in the alloy, stable compositions will be in the region of low tungsten content and high rhenium content. Preservation of chromium in the composition of the alloy is determined by its positive effect on the resistance to gas corrosion. In alloys with a high rhenium content, the chromium content can be reduced to the level of 2.0-3.0%, since rhenium itself is one of the elements that increase the resistance to gas corrosion.
Молибден является упрочнителем твердого раствора, однако наиболее существенный его вклад проявляется в изменении параметра γ-твердого раствора и, как следствие, морфологии упрочняющей вторичной γ′ -фазы, делая ее кубической и тем самым, обеспечивая высокое сопротивление ползучести жаропрочных сплавов. Компенсировать полное исключение из состава сплава молибдена возможно только за счет комплексного изменения соотношения легирующих элементов, меняющих параметры как γ -твердого раствора, так и упрочняющей γ′ -фазы. Увеличение содержания рения в сплаве за счет пропорционального снижения вольфрама и увеличения содержания в сплаве ниобия - элемента, входящего главным образом в состав упрочняющей γ′-фазы, позволило определить составы, в которых удалось обеспечить кубическую морфологию упрочняющей γ′-фазы. Кроме этого, легирование ниобием положительно сказывается на жидкотекучести сплава при литье. Molybdenum is a hardener of a solid solution, however, its most significant contribution is manifested in a change in the parameter of the γ-solid solution and, as a consequence, in the morphology of the hardening secondary γ ′ phase, making it cubic and thereby providing high creep resistance of heat-resistant alloys. Compensation for the complete exclusion of molybdenum from the composition of the alloy is possible only due to a complex change in the ratio of alloying elements that change the parameters of both the γ-solid solution and the hardening γ ′ phase. An increase in the rhenium content in the alloy due to a proportional decrease in tungsten and an increase in the content of niobium in the alloy, an element mainly involved in the strengthening γ′-phase, made it possible to determine the compositions in which it was possible to ensure the cubic morphology of the strengthening γ′-phase. In addition, alloying with niobium has a positive effect on the fluidity of the alloy during casting.
Наличие в составе сплава микролегирующих элементов: церия, лантана, иттрия и бора оказывает положительное влияние на формирование монокристальной структуры отливок в процессе направленной кристаллизации. The presence of microalloying elements in the alloy composition: cerium, lanthanum, yttrium and boron has a positive effect on the formation of a single crystal structure of castings in the process of directed crystallization.
Предлагаемый сплав обеспечивает высокий выход годных отливок с монокристальной структурой при литье и существенно превышает уровень жаропрочности сплава-прототипа. The proposed alloy provides a high yield of castings with a single crystal structure during casting and significantly exceeds the level of heat resistance of the prototype alloy.
Примеры осуществления
В вакуумно-индукционной печи ВИАМ16-35 были выплавлены 4 плавки сплава по химическому составу, находящихся в пределах предлагаемого изобретения и 2 плавки запредельного состава (таблица 1). Монокристальные заготовки диаметром 16 мм и длиной 180 мм ориентации <001> с отклонением от ориентации, не превышающим 5-7o, получали методом направленной кристаллизации на установках УВНК-8П с жидкометаллическим охлаждением. Для всех исследованных композиций выход годных по монокристальной структуре отливок заготовок образцов составлял >90%.Examples of implementation
In the vacuum-induction furnace VIAM16-35, 4 alloy melts in chemical composition within the scope of the present invention and 2 out-of-melting melts were melted (table 1). Single-crystal blanks with a diameter of 16 mm and a length of 180 mm of orientation <001> with a deviation from orientation not exceeding 5–7 ° were obtained by directional crystallization using UVNK-8P units with liquid metal cooling. For all studied compositions, the yield of sample blanks suitable for single-crystal structure was> 90%.
Монокристальные заготовки образцов подвергались высокотемпературной гомогенизации при температуре выше растворения вторичной упрочняющей γ′-фазы и ниже температуры солидуса. Нагрев до окончательной температуры гомогенизации (≈1340o) осуществлялся с промежуточными ступенчатыми изотермическими выдержками, что позволило избежать появления структуры локальных оплавлений. От температуры гомогенизации заготовки охлаждали со скоростью ~60o/мин и подвергали двухступенчатому старению: 1) 1150oС и 2) низкотемпературному при 900oС. После окончательной термической обработки заготовок в отдельных междендритных участках отмечалось присутствие не полностью растворенной первичной γ′-эвтектической фазы, количество которой составляло ≈2%. В осях дендритов и междендритных участках выделения вторичной γ′-фазы были кубической формы размером 0,25-0,35 мкм в осях дендритов и ≈0,4 мкм в междендритых областях.The single-crystal sample blanks were subjected to high-temperature homogenization at a temperature above the dissolution of the secondary hardening γ′-phase and below the solidus temperature. Heating to the final homogenization temperature (≈1340 o ) was carried out with intermediate stepwise isothermal extracts, which avoided the appearance of a local reflow structure. From the homogenization temperature, the preforms were cooled at a rate of ~ 60 o / min and subjected to two-stage aging: 1) 1150 o C and 2) low-temperature at 900 o C. After the final heat treatment of the preforms in the individual interdendritic areas, the presence of incompletely dissolved primary γ′-eutectic phase, the amount of which was ≈2%. In the axes of dendrites and interdendritic sites, the secondary γ′-phase precipitates were cubic in size 0.25–0.35 μm in the axes of dendrites and ≈0.4 μm in the interdendritic regions.
Для образцов плавки 7, содержащей запредельное содержание вольфрама (4%) и рения (11,5%) в осях дендритов отмечались пластинчатые выделения ТПУ-фаз. Lamellar precipitates of TPU phases were observed in the axes of dendrites for
Оценка уровня жаропрочности предлагаемых составов проводилась при температурах испытаний 900, 1000 и 1100oС.Assessment of the level of heat resistance of the proposed compositions was carried out at test temperatures of 900, 1000 and 1100 o C.
Результаты испытаний представлены в таблице 2. Для сравнения в таблице приведены результаты испытаний сплава-прототипа, взятые из патента (3). The test results are presented in table 2. For comparison, the table shows the test results of the prototype alloy, taken from the patent (3).
Сплавы составов 2-5, находящиеся в области легирования предлагаемого сплава, имеют заметно более высокий уровень свойств, чем у сплава-прототипа. Микроструктурный анализ разрушенных образцов не выявил появления пластинчатых выделений ТПУ-фаз. Специально проведенные на составах 3 и 4 длительные отжиги (500 час) при температурах 1000 и 1100oС не выявили появления пластинчатых выделений в осях дендритов.Alloys of compositions 2-5, located in the alloying region of the proposed alloy, have a significantly higher level of properties than the alloy of the prototype. Microstructural analysis of the destroyed samples did not reveal the appearance of lamellar precipitates of TPU phases. Long-term annealing (500 h), specially carried out at
Запредельно легированный хромом (4%) состав 6 с пониженным содержанием вольфрама (0,5%) и рения (7,5%) имел более низкие значения долговечности, чем предлагаемый сплав. Extremely alloyed with chromium (4%),
Из совокупности полученных результатов следует, что предлагаемый сплав обеспечивает достижения уровня жаропрочности, значительно превосходящего жаропрочность сплава-прототипа. Сплав технологичен при получении монокристальных отливок методом направленной кристаллизации и не склонен к образованию поверхностных дефектов типа "струйной ликвации". Отливки не подвержены рекристаллизации при термической обработке. Изделия из сплава изготавливаются методами направленной кристаллизации на установках различного типа как с низким, так и высоким градиентом температуры на фронте кристаллизации и обладают высоким уровнем свойств, позволяющим применять их в двигателях нового поколения. From the totality of the results it follows that the proposed alloy provides the level of heat resistance, significantly superior to the heat resistance of the prototype alloy. The alloy is technologically advanced in the production of single-crystal castings by directional crystallization and is not prone to the formation of surface defects such as "jet segregation". Castings are not subject to recrystallization during heat treatment. Alloy products are made by directional crystallization methods on various types of plants with both a low and a high temperature gradient at the crystallization front and have a high level of properties that can be used in new generation engines.
Литература
1. Патент РФ 1513934, МКИ С 22 С 19/05.Literature
1. RF patent 1513934, MKI C 22 C 19/05.
2. USA, Patent Number 4,643,782, Feb., 17, 1987. Int. Cl. С 22 С 19/05. 2. USA, Patent Number 4,643,782, Feb., 17, 1987. Int. Cl. C 22 C 19/05.
3. USA, Patent Number 5,540,790, Jul., 30, 1996, Int. Cl. С 22 С 19/05. 3. USA, Patent Number 5,540,790, Jul., 30, 1996, Int. Cl. C 22 C 19/05.
Claims (1)
Углерод - 0,001-0,05
Хром - 2,0-3,0
Кобальт - 9,5-11,0
Титан - 0,1-1,2
Алюминий - 5,5-6,2
Вольфрам - 1,0-3,0
Тантал - 6,0-9,0
Рений - 8,0-11,0
Ниобий - 0,6-2,6
Бор - 0,001-0,02
Церий - 0,001-0,02
Лантан - 0,001-0,02
Иттрий - 0,001-0,02
Никель - Остальное
2. Изделие из жаропрочного литейного сплава на основе никеля, отличающееся тем, что оно выполнено из сплава следующего химического состава, мас. %:
Углерод - 0,001-0,05
Хром - 2,0-3,0
Кобальт - 9,5-11,0
Титан - 0,1-1,2
Алюминий - 5,5-6,2
Вольфрам - 1,0-3,0
Тантал - 6,0-9,0
Рений - 8,0-11,0
Ниобий - 0,6-2,6
Бор - 0,001-0,02
Церий - 0,001-0,02
Лантан - 0,001-0,02
Иттрий - 0,001-0,02
Никель - Остальное1. Nickel heat-resistant alloy for single crystal casting containing carbon, chromium, titanium, cobalt, aluminum, tungsten, tantalum, rhenium, niobium, boron, cerium, lanthanum and yttrium, characterized in that it has the following chemical composition, with a ratio of components, wt. %:
Carbon - 0.001-0.05
Chrome - 2.0-3.0
Cobalt - 9.5-11.0
Titanium - 0.1-1.2
Aluminum - 5.5-6.2
Tungsten - 1.0-3.0
Tantalum - 6.0-9.0
Rhenium - 8.0-11.0
Niobium - 0.6-2.6
Boron - 0.001-0.02
Cerium - 0.001-0.02
Lanthanum - 0.001-0.02
Yttrium - 0.001-0.02
Nickel - Other
2. A product from a heat-resistant casting alloy based on nickel, characterized in that it is made of an alloy of the following chemical composition, wt. %:
Carbon - 0.001-0.05
Chrome - 2.0-3.0
Cobalt - 9.5-11.0
Titanium - 0.1-1.2
Aluminum - 5.5-6.2
Tungsten - 1.0-3.0
Tantalum - 6.0-9.0
Rhenium - 8.0-11.0
Niobium - 0.6-2.6
Boron - 0.001-0.02
Cerium - 0.001-0.02
Lanthanum - 0.001-0.02
Yttrium - 0.001-0.02
Nickel - Other
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000128501A RU2186144C1 (en) | 2000-11-16 | 2000-11-16 | Refractory nickel alloy for single-crystal casting and product made from this alloy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000128501A RU2186144C1 (en) | 2000-11-16 | 2000-11-16 | Refractory nickel alloy for single-crystal casting and product made from this alloy |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2186144C1 true RU2186144C1 (en) | 2002-07-27 |
Family
ID=20242132
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000128501A RU2186144C1 (en) | 2000-11-16 | 2000-11-16 | Refractory nickel alloy for single-crystal casting and product made from this alloy |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2186144C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2440127A (en) * | 2006-06-07 | 2008-01-23 | Rolls Royce Plc | Non-solution treated gas turbine blades |
RU2525952C2 (en) * | 2009-07-09 | 2014-08-20 | Альстом Текнолоджи Лтд. | Nickel-based heat-resistant alloy |
RU2530932C1 (en) * | 2013-10-29 | 2014-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Nickel-based cast heat resistant alloy and product made from it |
RU2832270C1 (en) * | 2024-10-21 | 2024-12-23 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ВИАМ) | Heat-resistant alloy based on nickel, article made from it, and method for heat treatment of article |
-
2000
- 2000-11-16 RU RU2000128501A patent/RU2186144C1/en active
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2440127A (en) * | 2006-06-07 | 2008-01-23 | Rolls Royce Plc | Non-solution treated gas turbine blades |
GB2440127B (en) * | 2006-06-07 | 2008-07-09 | Rolls Royce Plc | A turbine blade for a gas turbine engine |
RU2525952C2 (en) * | 2009-07-09 | 2014-08-20 | Альстом Текнолоджи Лтд. | Nickel-based heat-resistant alloy |
US9017605B2 (en) | 2009-07-09 | 2015-04-28 | Alstom Technology Ltd. | Nickel-based superalloy |
RU2530932C1 (en) * | 2013-10-29 | 2014-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Nickel-based cast heat resistant alloy and product made from it |
RU2832270C1 (en) * | 2024-10-21 | 2024-12-23 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ВИАМ) | Heat-resistant alloy based on nickel, article made from it, and method for heat treatment of article |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5100484A (en) | Heat treatment for nickel-base superalloys | |
US6074602A (en) | Property-balanced nickel-base superalloys for producing single crystal articles | |
KR0126120B1 (en) | Monocrystalline Nickel Base Superalloys for Turbine Engines | |
CA2540212C (en) | Nickel-base alloys and methods of heat treating nickel-base alloys | |
EP0246082B1 (en) | Single crystal super alloy materials | |
Xu et al. | Progress in application of rare metals in superalloys | |
JP3184882B2 (en) | Ni-based single crystal alloy and method for producing the same | |
JP3902714B2 (en) | Nickel-based single crystal superalloy with high γ 'solvus | |
JPH11310839A (en) | High-strength Ni-base superalloy directionally solidified casting | |
AU621149B2 (en) | Improvements in or relating to alloys | |
JP4885530B2 (en) | High strength and high ductility Ni-base superalloy, member using the same, and manufacturing method | |
US5077004A (en) | Single crystal nickel-base superalloy for turbine components | |
JP2007211273A (en) | Unidirectional solidification nickel-base superalloy excellent in strength, corrosion resistance and oxidation resistance and method for producing unidirectional solidification nickel-base superalloy | |
JPH09272933A (en) | High-strength Ni-base superalloy for directional solidification | |
KR100219929B1 (en) | Hot corrosion resistant single crystar nickel-based superalloys | |
KR20040011383A (en) | Nickel-base alloy | |
JP3012652B2 (en) | Improved, balanced nickel-based superalloys for producing single crystal products | |
RU2186144C1 (en) | Refractory nickel alloy for single-crystal casting and product made from this alloy | |
Zhu et al. | A new way to improve the superalloys | |
JP4230970B2 (en) | Ni-base superalloys for unidirectional solidification with excellent solidification direction strength and grain boundary strength, castings and high-temperature parts for gas turbines | |
JPH028016B2 (en) | ||
US4830679A (en) | Heat-resistant Ni-base single crystal alloy | |
JP2579316B2 (en) | Single crystal Ni-base superalloy with excellent strength and corrosion resistance | |
KR100224950B1 (en) | Industrial Gas Turbines | |
Kablov et al. | Single-crystal rhenium-bearing nickel alloys for turbine blades of GTE |