Ливарний жароміцний нікелевий сплав

Ливарний жароміцний нікелевий сплав, що містить вуглець, хром, кобальт, вольфрам, молібден, алюміній, ніобій, тантал, реній, цирконій, бор, 3 вом-найближчим аналогом, при значно меншій вартості. Поставлене завдання досягається тим, що сплав, який заявляється, містить вуглець, хром, кобальт, вольфрам, молібден, алюміній, ніобій, тантал, реній, цирконій, бор та нікель при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,04-0,10 хром 4,7-5,3 кобальт 5,0-6,0 вольфрам 6,4-7,0 молібден 0,4-0,8 алюміній 5,7-6,3 ніобій 0,6-1,0 тантал 7,7-8,3 реній 1,7-2,3 цирконій 0,020-0,030 бор 0,005-0,015 нікель решта Саме сукупність цих компонентів та їх співвідношення забезпечують досягнення нового технічного результату - отримання ливарного жароміцного нікелевого сплаву, який має кращі показники корозійної стійкості з еквівалентним рівнем механічних властивостей, в порівнянні зі сплавомнайближчим аналогом, при значно меншій вартості. Досягається це тим, що при вмісту вуглецю в межах 0,04 - 0,10 %, кобальту в межах 5,0 - 6,0 %, вольфраму в межах 6,4 - 7,0 %, молібдену в межах 0,4 - 0,8 %, ніобію в межах 0,6 - 1,0 %, танталу в межах 7,7 - 8,3 %, ренію в межах 1,7 - 2,3 %, цирконію в межах 0,020 - 0,030 %, бору в межах 0,005 - 0,015 %, значно покращується збалансованість багатокомпонентної системи легування. Зменшення концентрації вуглецю, цирконію та бору, в порівнянні з найближчим аналогом, підвищує пластичність за рахунок зменшення в структурі запропонованого сплаву об'ємної долі карбоборидної фази, поліпшенням її морфології і термодинамічної стабільності. При цьому покращуються технологічні характеристики сплаву при отриманні литва методом спрямованої (моно) кристалізації. Зменшення вмісту кобальту, вольфраму, молібдену, ніобію та ренію, в порівнянні з найближчим аналогом, покращує параметри високотемпературної корозійної стійкості без помітного зниження характеристик жароміцності, при цьому суттєво знижується вартість сплаву. Одночасно покращується збалансованість багатокомпонентної системи легування, і відповідно, поліпшується структурна стабільність за рахунок зниження об'ємної кількості несприятливих фаз пластинчастої морфології. Підвищення вмісту танталу сумарно компенсує позитивний вплив дуже дорогого і дефіцитного ренію, який є найбільш ефективним елементом, що зміцнює твердий розчин, а також компенсує позитивний вплив інших вищезгаданих легуючих елементів на характеристики жароміцності, при цьому значно покращуються показники високотемпературної корозійної стійкості. Таким чином, нові ознаки при взаємодії з відомими ознаками забезпечують виявлення нових 48242 4 технічних властивостей - розроблено ливарний жароміцний нікелевий сплав, який має значно меншу вартість і кращу корозійну стійкість. При цьому, в порівнянні з найближчим аналогом, забезпечується еквівалентний рівень механічних властивостей при підвищених температурах. Для експериментальної перевірки були отримані монокристалічні зразки [001] з запропонованого сплаву і сплаву-найближчого аналога методом спрямованої (моно) кристалізації на установці УВНК-8П відповідно до серійної технології, зі швидкістю 10 мм/хв. Виливки монокристалічних зразків експериментальних складів «1»-«5» і найближчого аналога пройшли 100 % контроль макроструктури шляхом травлення та контроль кристалографічного орієнтування (КГО) на установці ДРОН-3М. Хімічний склад експериментальних сплавів «1»-«5» і сплава-найближчого аналога контролювався хімічним і оптико-емісійним спектральним (ОЕС) аналізом. Після відповідної термічної обробки проводилися механічні випробування зразків моно [001] експериментальних сплавів «1»-«5», в порівнянні з найближчим аналогом, за стандартними методиками: на короткочасну міцність (ГОСТ 9651-73) за температур випробувань 20, 800, 900, 1000 °С і довготривалу міцність (ГОСТ 10145-81) за температур випробувань 800, 900 і 1000 °С. Випробування на ВТК- стійкість зразків моно [001] сплавів «1»-«5», в порівнянні з найближчим аналогом, проводилися в синтетичній золі, що імітує продукти згоряння рідкого газотурбінного палива за температури 850°С протягом 600 годин. Синтетична зола в кількості (15мг/см2) наносилася на поверхню зразків. Склад синтетичної золи: 66,2 % Nа2SO4, 20,4 % Fе2О3, 8,3 % NiO, 3,3 % CoC, 1,8 % V2O5. Високотемпературна корозійна стійкість зразків сплавів оцінювалася за середньої швидкості корозії V q, г / м2 с . Аналіз результатів порівняльних механічних випробувань на короткочасну і довготривалу міцність показав, що експериментальні сплави «4» і «5», які містять 7,4 % і 8,6 % танталу, а також 1,4 % і 2,6 % ренію відповідно, мають характеристики жароміцності помітно нижчі, ніж експериментальні сплави «1»-«3» та сплав-найближчий аналог ЖС32. Аналіз результатів порівняльних випробувань на корозійну стійкість показав, що швидкість корозії в зразках всіх експериментальних сплавів «1»«5» значно менша, ніж в зразках сплаву - найближчого аналога ЖС32, що, в основному, обумовлено збільшенням співвідношення концентрації Ta/Re в їхньому складі. Запропонований сплав, що заявляється, має в 2 - 2,5 рази меншу швидкість корозії при еквівалентному рівні характеристик жароміцності, в порівнянні зі сплавом - найближчим аналогом ЖС32. Таким чином, в результаті комплексних досліджень запропонований сплав ЖС32Е (ЗМІ-ЗУМ2), що заявляється, має майже у двічі ( на 45-50 %) меншу вартість, ніж сплав-найближчий аналог ЖС32, за рахунок більш економного легування 5 48242 ренієм та іншими вищезгаданими легуючими елементами. Очікуваний економічний ефект, який буде отримано за рахунок зниження сумарної варто 6 сті легуючих компонентів, що міститься в 1 тонні сплаву, складе більше 1 млн. грн. Отримані результати досліджень представлено в таблицях 1-4. Таблиця 1 Хімічний склад сплавів № Сплав Найближчий аналог 1. Запропонований 2. 3. 4. 5. С 0,15 0,04 0,07 0,10 0,07 0,07 Cr 5,0 4,7 5,0 5,3 5,0 5,0 Co 9,0 5,0 5,5 6,0 5,5 5,5 Вміст легуючих елементів %, за масою W Mo Аl Nb Та Re Zr 8,3 1,0 6,0 1,5 4,0 4,0 0,050 6,4 0,4 5,7 0,6 7,7 1,7 0,020 6,7 0,6 6,0 0,8 8,0 2,0 0,025 7,0 0,8 6,3 1,0 8,3 2,3 0,030 6,7 0,6 6,0 0,8 7,4 1,4 0,025 6,7 0,6 6,0 0,8 8,6 2,6 0,025 Сплави, що представлено в таблиці 1 містили компоненти в кількості, відповідно: нижній границі, що заявляється, відповідає сплав № 5; верхній границі, що заявляється, відповідає сплав № 3; оптимальному складу сплаву, що заявляється, відповідає сплав № 2; нижче за нижню границю, що заявляється, відповідає сплав № 4, де вміст В 0,015 0,005 0,010 0,015 0,010 0,010 Ni Реш. Реш. Реш. Реш. Реш. Реш. танталу складає 7,4 %, ренію 1,4 %; вище за верхню границю, що заявляється, відповідає сплав № 5, де вміст танталу складає 8,6 %, ренію 2,6 %. Інші компоненти у складі сплавів № 4 і № 5 узяті в оптимальному співвідношенні - визначеному, як середнє значення. Таблиця 2 Результати порівняльних механічних випробувань зразків моно [001] сплавів на короткочасну міцність № Сплав 1. 2. 3. Запропонований 4. 5. Найближчий аналог 1. 2. 3. Запропонований 4. 5. Найближчий аналог 1. 2. 3. Запропонований 4. 5. Найближчий аналог 1. 2. 3. Запропонований 4. 5. Найближчий аналог Твип., °С 20 800 900 1000 B, МПа 1045 1050 1055 940 1035 1060 1035 1045 1050 920 1010 1050 945 955 960 820 920 960 680 690 695 540 665 700 0,2, МПа 810 815 820 770 790 820 810 820 825 730 780 820 800 805 810 690 800 810 580 590 600 420 560 600 ,% 8,7 8,2 7,9 9,5 7,8 7,5 7,8 7,4 6,9 9,1 6,9 6,5 7,7 17,04 16,6 19,1 16,3 16,0 19,1 18,7 18,4 22,0 18,9 18,0 7 48242 8 Таблиця 3 Результати порівняльних механічних випробувань зразків моно [001] сплавів на довготривалу міцність № Сплав 1. 2. 3. Запропонований 4. 5. Найближчий аналог 1. 2. 3. Запропонований 4. 5. Найближчий аналог 1. 2. 3. Запропонований 4. 5. Найближчий аналог Твип., °С 800 900 1000 100, МПа 675 685 690 610 660 695 460 475 480 400 430 480 240 245 250 190 230 250 1000, МПа 560 570 580 490 520 580 340 350 360 290 315 355 175 185 190 130 150 185 100, % 14,0 13,5 12,5 17,0 12,0 11,5 13,5 12,5 11,5 16,0 10,5 10,0 15,5 14,5 13,5 19,5 13,0 14,0 1000, % 19,5 18,0 17,5 23,0 17,0 16,5 41,5 39,5 38,5 45,5 38,0 37,5 16,5 15,5 14,5 21,0 14,0 14,5 Таблиця 4 Результати порівняльних випробувань на ВТК- стійкість зразків моно [001] сплавів за температури 850°С протягом 600 годин № Сплав 1. 2. 3. Запропонований 4. 5. Найближчий аналог Твип., °С 850 Аналіз проведених досліджень показав, що використання запропонованого сплаву ЖС32Е (ЗМІ-ЗУМ2) дозволяє отримувати лопатки методом спрямованої (моно) кристалізації з покращеною корозійною стійкістю і еквівалентним рівнем характеристик жароміцності, в порівнянні зі спла Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Ta Re 4,5 4,0 3,6 5,3 3,3 1,0 Середня швидкість корозії, V q, г / м2 с -4 3,8 10 4,5 10-4 5,7 10-4 3,1 10-4 7,0 10-4 9,1 10-4 вом-найближчим аналогом. При цьому запропонований сплав має значно меншу вартість. Джерела інформації: 1. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов /Р.Е. Шалин, И.Л. Светлов, Е.Б. Качанов и др. [Текст]. - М.: Машиностроение, 1997. - С. 44. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601