Сплав на основі кобальту

Сплав на основі кобальту, що містить хром, алюміній, залізо, який відрізняється тим, що він додатково містить карбід титану при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: хром 10,0-18,0 алюміній 1,5-3,0 залізо 1,5-3,0 карбід титану 25,0-55,0 кобальт решта. (19) (21) a201007619 (22) 18.06.2010 (24) 10.12.2010 (46) 10.12.2010, Бюл.№ 23, 2010 р. (72) ЧЕРЕПОВА ТЕТЯНА СТЕПАНІВНА, ДМИТРІЄВА ГАЛИНА ПЕТРІВНА, АНДРІЙЧЕНКО НАТАЛЯ ВІКТОРІВНА (73) ІНСТИТУТ МЕТАЛОФІЗИКИ ІМ. Г.В. КУРДЮМОВА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) UA, 8240, A, 29.03.1996 SU, 51577, 31.08.1937 GB, 405607, 02.02.1934 3 92883 4 температуру плавлення основного компонента Поставлена задача вирішується тим, що відосплаву - кобальту. мий сплав на основі кобальту, що містить хром, Відомий сплав на основі кобальту згідно з паалюміній, залізо, згідно з винаходом, додатково тентом України на винахід за № 8240А, МПК С22С містить карбід титану, при наступному співвідно19/07, 1993 р. містить (мас. %): шенні компонентів (мас. %): хром (Сr) 15,0-30,0; хром (Сr) 10,0-18,0 ніобій (Nb) 8,0-20,0; алюміній (Аl) 1,5-3,0 вольфрам (W) 1,0-6,0; залізо (Fe) 1,5-3,0 алюміній (Аl) 0,2-3,0; карбід титану (ТіС) 25,0-55,0 вуглець (С) 1,5-3,0; кобальт (Co) Решта. титан (Ті) 0,01-10,0; До складу сплаву додатково додається карбід молібден (Мо) 1,0-5,0; титану, який підвищує зносостійкість сплаву та є кобальт (Со) основа. більш жаростійким, ніж карбід ніобію. Зі складу Цей сплав застосовується в авіаційних газотусплаву, що заявляється, виключаються ніобій та рбінних двигунах, що виробляються в Україні, як вуглець як карбідоутворюючі елементи (NbC), сплав марки ХТН-61 згідно з технічними умовами оскільки зміцнюючої фазою в сплаві є карбід титаУкраїни „Прутки литые из сплавов ХТН-37 и ХТНну. Твердорозчинне зміцнення матриці, що здійс61" з доповненнями 1 і 2. Інтенсивність зносу нювалося за рахунок вольфраму в сплавісплаву ХТН-61 при температурі 1000°С і навантанайближчому аналозі виявилося непотрібним чеженні 4,1 кг/мм становить 0,40·10-6 мм /цикл. рез достатню кількість карбіду титану, об'ємна Сплав має температуру плавлення вище 1300°С доля якого досягає 70 %. При введенні карбіду (1320-1350°С) і достатню зносостійкість. При зміцтитану (ТіС) менше 25мас % опір до зношування ненні кромок бандажних полиць робочих лопаток сплавів не зазнає значного збільшення в порівшляхом нанесення на їх контактні поверхні шару нянні з найближчим аналогом. Збільшення вмісту сплаву ХТН-61 ресурс роботи авіаційного двигуна карбіду титану (ТіС) понад 55мас % приводить до становить 6000 годин. Недоліком сплаву є його появи крихкості. низька жаростійкість, що перешкоджає досягненню При вмісті Сr менше 10мас %, Аl та Fe менше необхідної працездатності сплаву в області робо1,5мас % сплави характеризуються недостатньою чих температур. жаростійкістю; збільшення вмісту Сr вище 18мас Як найближчий аналог сплава, що заявляєть%, Аl та Fe вище 3мас % приводить до появи легся, обрано сплав на основі кобальту згідно з патекоплавкої евтектики і, як наслідок, зниження темнтом України за № 39450, МПК С22С19/07, 2008. ператури плавлення. Сплав містить (мас. %): Оскільки введення великої кількості карбіду хром (Сг) 5,0-25,0 титану в сплав ливарним способом неможливе, то ніобій (Nb) 13,5-17,0 сплави у вигляді сумішей отримували перемішувольфрам (W) 6,0-12,0 ванням та розмелом в шарових млинах, а у вигляалюміній (Аl) 2,0-3,5 ді дисків - методом гарячого пресування при темзалізо (Fe) 2,0-5,0 пературах 1400-1550°С в графітовій прес-формі. вуглець (С) 1,6-1,9 Важливим було досягнення мінімальної пористості кобальт (Co) Основа. зразків. Температура плавлення визначалася за Цей сплав використовується для зміцнення та допомогою високотемпературного диференціальвідновлення бандажних полиць робочих лопаток ного термічного аналізатора марки ВДТА-8М (Коавіаційних газотурбінних двигунів, як сплав марки чержинский Ю.А. и др. Опытно-промышленные ХТН-62 згідно з технічними умовами України "Пруобразцы для физико-химического анализа при тки литые из сплавов ХТН-37 и ХТН-61" з доповвысоких температурах. Приборы для исследованеннями 1, 2 та 3. Загальними ознаками найближния физических свойств материалов. - Киев: Научого аналогу та сплаву, що заявляється, є кова думка, 1974, c. 134-141) з точністю ±10°С. наявність в їх складі кобальту, хрому, алюмінію та Жаростійкість зразків визначалась по величині заліза. Сплав має температуру плавлення 1320°С, збільшення їх маси, віднесеної до одиниці площі достатню стійкість до зношування при робочих поверхні, при нагріванні їх в атмосфері повітря до температурах від 20 до 1000°С та жаростійкість температури 1100°С і витримки на протязі 50 гопри 1100°С. Для підвищення експлуатаційних хадин. Зважування зразків виконувалось через кожні рактеристик газотурбінних двигунів робочі темпе10 годин. Вимірювання лінійного зносу в умовах ратури на кромках лопаток зростають, зокрема, сухого тертя (Голего Н.Н., Кульгавый Э.А., Малымаксимальна температура підвищується з 1000 до шкин В.В. Установка для исследования процессов 1100°С, що вимагає подальшого удосконалення трения и изнашивания // Вопросы повышения насплавів. Недоліком сплаву-найближчого аналогу є дежности и долговечности узлов трения авиацинедостатня зносостійкість в області робочих темонной техники. - 1971, Вып. 2, c. 37-40) проводили ператур. в одноіменних парах при наступних умовах віброВ основу винаходу поставлена задача удоскоциклічного навантаження: частота коливань - 30 налення сплаву на основі кобальту для зміцнення гц, амплітуда відносного переміщення зразків бандажних полиць лопаток газотурбінних двигунів 120, 200 мкм, температура оточуючого середовив напрямі підвищення його зносостійкості в діапаща - 20°С та 650°С, база випробувань - 2×106 та зоні температур 20-1100°С при збереженні жаро5×106 циклів, питоме контактне навантаження - 20, стійкості не нижче, ніж у сплаву ХТН-62 і темпера40, 60 та 31,3 Мпа. Вимірювання об'ємного зносу турі плавлення не нижче 1300°С. виконувались на газодинамічному стенді (Л.Й. Ів 5 92883 6 щенко, А.Г. Андрієнко. Метод трибологічних виня та амплітуда коливань). Зносостійкість визнапробувань матеріалів за умов циклічного силового чалась втратою об'єму зразка за один цикл колиі температурного навантаження // Металознавство вань. та обробка металів. - 1996, № 3, c. 62-65), де імітуНаведені в таблицях 1-3 результати вимірювались умови роботи кромок бандажних полиць вань властивостей сплавів в залежності від їх робочих лопаток газотурбінних авіаційних двигунів складу дозволили встановити граничні концентравідносно швидкості нагрівання, робочої темперації компонентів, в межах яких сплави відповідають тури, складу атмосфери та характеру механічної встановленим вимогам. взаємодії поверхонь кромок лопаток (навантаженТаблиця 1 Склад та температура плавлення сплавів Вміст елементів, мас. % Сr Аl Fe Co 7,27 1,09 1,09 71,55 10,0 1,5 1,5 62,0 15,5 2,33 2,33 43,84 18,0 3,0 3,0 21,0 № сплаву 1 2 3 4 ТіС 19,0 25,0 36,0 55,0 NbC W 5 60,0 20,0 4,0 4,0 12,0 6 17,5 9,5 20,0 2,0 3,0 48,25 Примітка нижче мінімального мінімальний середній максимальний вище максимального найближчий аналог Температура плавлення, °С 1300 1315 1325 1320 1270 1320 Таблиця 2 Жаростійкість сплавів при 1100°С Збільшення ваги зразків, мг/мм2 Тривалість відпалу, год. 20 30 6,0 6,5 3,0 5,0 1,5 1,2 4,5 3,5 8,0 6,5 4,5 6,0 № сплаву 10 12,0 5,5 4,3 8,0 13,0 5,6 1 2 3 4 5 6 40 5,5 4,0 1,1 3,2 6,3 3,0 50 6,0 3,0 1,0 2,5 5,8 2,5 Таблиця 3 Зносостійкість сплавів 650°С Об'ємний знос, Іv×10-6 мм3/цикл 1100°С 31,3 62 26,4 4,9 10,8 58,3 19,8 49 35,6 9,2 7,6 8,4 28,8 15,0 Лінійний знос сплавів, мкм 20°С № сплаву 1 2 3 4 5 6 20 48 11 11,3 12 32,6 12 40 120 16,6 15,0 16,3 45,3 17 Наведені в таблиці 1 вимірювання температури плавлення сплавів дали можливість встановити, що максимальний вміст хрому має бути не більше 18 мас. %, Аl та Fe не більше 3 мас. %, оскільки при їх більшому вмісті в сплаві утворюється фаза з температурою плавлення 1270°С. Дані таблиці 2 свідчать, що при недостатньому вмісті хрому, алюмінію та заліза жаростійкість сплавів знижується. Результати вимірюван Навантаження, Мпа 60 205 31 28 30,2 63,2 32 ня зносостійкості сплавів і найближчого аналога в однакових умовах іспитів на стенді свідчать, як витікає з таблиці 3, що при визначеному вмісті хрому, алюмінію, заліза, карбіду титану сплави за № 2, 3, 4 мають кращу зносостійкість, ніж найближчий аналог. Запропонований сплав можна виготовляти методом порошкової металургії на стандартному обладнанні металургійних підприємств. 7 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 92883 8 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