PL247321B1 - Żaroodporny stop niklu - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest żaroodporny stop niklu zawierający chrom, aluminium, kobalt, tytan, węgiel i nikiel, który charakteryzuje się tym, że zawiera dodatkowo wolfram i ren, przy czym wagowa zawartość chromu wynosi od 10% do 14%, wolframu od 9% do 10%, aluminium od 3% do 7%, kobaltu od 15% do 25%, tytanu od 9,8% do 14,7%, węgla od 1,5% do 3,3%, renu od 6% do 9% i niklu do 45,7%.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest żaroodporny stop niklu znajdujący zastosowanie w ochronie powierzchni stykowych łopatek roboczych samolotowych silników turbinowych oraz pracujących w warunkach kontaktowego oddziaływania w środowisku produktów spalania paliwa lotniczego przy utlenianiu wysokotemperaturowym w zakresie temperatur roboczych od 20 do 1100°C.

Trwałość lotniczych silników turbinowych w dużej mierze zależy od odporności łopatek turbiny. Podczas eksploatacji powierzchnie kontaktowe łopatek turbiny poddawane są tarciu, współuderzeniom, wibracjom i utlenianiu wysokotemperaturowemu, w wyniku czego ich powierzchnie stykowe ulegają zużyciu. W celu wzmocnienia i ochrony przed zniszczeniem czopu półek bandażowych łopatek turbin wykorzystywane są stopy odporne na zużycie o wysokiej odporności na utlenianie w temperaturach roboczych silnika turbogazowego. Wymagania do charakterystyk eksploatacyjnych łopatek turbin gazowych stale rosną. Stopy powinny charakteryzować się wysoką temperaturą topnienia - wyższą niż 1300°C, wysokimi wskaźnikami odporności na zużycie i żaroodporności w temperaturach do 1100°C.

Z opisu patentowego nr UA102213 znany jest stop odlewniczy na bazie niklu zawierający składniki, wagowo w ilości: chrom 8-12%, wolfram 3-6%, molibden 4-6%, tytan 1-10%, węgiel 1,5-2%, aluminium 0,3-5%, bor 0,01-0,02%, kobalt 12-15%, wanad 5-10%, nikiel 33,98-65,46%, który ma wysoką temperaturę topnienia 1310-1340°C, dzięki powstawaniu w stopie wysokotemperaturowej eutektyki, która składa się ze wzmocnionej bazy niklowej i fazy węglikowej zawierającej tytan, wanad i wolfram.

Z opisu patentowego nr UA8240 znany jest stop odlewniczy na bazie niklu zawierający składniki, wagowo w ilości: chrom 15-30%, aluminium 0,2-3%, tytan 0,01-10%, węgiel 1,5-3%, niob 2,02-8%, molibden 1-5%, wolfram 1-6%, kobalt 35-79,27%, który zapewnia powstawanie eutektyki węglikowej odpornej na ścieranie w stopowym kobalcie. Natomiast temperatura topnienia stopu zawiera się w zakresie 1200-1300°C.

Znany jest ze standardu OST 1-90126-85 odlewniczy stop niklu VZhL-2, który zawiera składniki, wagowo w ilości: chrom 12-15%, wolfram 8-10%, molibden 12-15%, tytan 2-3,2%, krzem 1-2%, aluminium 1,5-3%, żelazo 2-3,5%, węgiel 0,11-0,17%, bor < 0,065%, siarkę < 0,02%, fosfor < 0,02%, nikiel 48,02-61,28%. Stop ten ma niską temperaturę topnienia nieprzekraczającą 1270°C i nie pozwala na wykorzystanie wysokotemperaturowej technologii lutowania przy nanoszeniu stopu na krawędzie półek bandażowych łopatek turbiny.

Z opisu patentowego nr UA69065 znany jest stop odlewniczy na bazie kobaltu zawierający składniki, wagowo w ilości: chrom 20-22,5%, aluminium 2-5%, żelazo 2-5%, tytan 15-20%, węgiel 2-3%, kobalt 44,5-59%, który charakteryzuje się wysoką odpornością cieplną i temperaturą topnienia powyżej 1300°C.

Celem wynalazku jest opracowanie żaroodpornego stopu niklu o temperaturze topnienia nie niższej niż 1320°C i wysokiej żaroodporności.

Istotą żaroodpornego stopu niklu zawierającego chrom, aluminium, kobalt, tytan, węgiel i nikiel, według wynalazku, jest to, że zawiera dodatkowo wolfram i ren, przy czym wagowa zawartość chromu wynosi od 10% do 14%, wolframu od 9% do 10%, aluminium od 3% do 7%, kobaltu od 15% do 25%, tytanu od 9,8% do 14,7%, węgla od 1,5% do 3,3%, renu od 6% do 9% i niklu od 26,7% do 45,7%.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że otrzymany żaroodporny stop niklu poprzez zwiększoną zawartość chromu, aluminium i wolframu charakteryzuje się wysoką żaroodpornością i wytrzymałością. Ponadto udział objętościowy węglika tytanu jest nieznacznie zmniejszony, co zwiększa wytrzymałość stopu.

Przykład 1

Żaroodporny stop niklu zawiera wagowo chrom w ilości 10%, wolfram w ilości 9%, aluminium 3%, kobalt w ilości 15%, tytan w ilości 14,7%, węgiel w ilości 3,3%, ren w ilości 9% i nikiel w ilości 36%.

Stop otrzymano poprzez stapianie w piecu elektrooporowym w środowisku argonu na miedzianym podłożu chłodzonym wodą. Temperaturę topnienia stopu wyznaczono metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej - RKS z wykorzystaniem kalorymetru „Netzch DSC 404 F1 Pegasus”.

Otrzymany stop charakteryzuje się minimalnym wymaganym poziomem odporności na ciepło. Zawartość renu i wolframu zapewnia dodatkową wytrzymałość i wyższą temperaturę topnienia 1340°C.

Przykład 2

Żaroodporny stop niklu zawiera wagowo chrom w ilości 14%, wolfram w ilości 10%, aluminium w ilości 7%, kobalt w ilości 25%, tytan w ilości 9,8%, węgiel w ilości 1,5%, ren w ilości 6% i nikiel w ilości 26,7%.

Stop otrzymano poprzez stapianie w piecu elektrooporowym w środowisku argonu na miedzianym podłożu chłodzonym wodą. Temperaturę topnienia stopu wyznaczono metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej - RKS z wykorzystaniem kalorymetru „Netzch DSC 404 F1 Pegasus”.

Stop zawiera minimalną możliwą zawartość węglika tytanu oraz zwiększoną liczbę pierwiastków do utwardzania rozpuszczalnego w ciałach stałych, co powoduje zwiększenie odporności na ciepło. Temperatura topnienia stopu wynosi 1330°C.

Żaroodporny stop niklu może być wykorzystywany w stanie odlanym jako elektrody do napawania łukowego oraz jako materiał do płyt lutowniczych na powierzchni ciernej.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Żaroodporny stop niklu zawierający chrom, aluminium, kobalt, tytan, węgiel i nikiel znamienny tym, że zawiera dodatkowo wolfram i ren, przy czym wagowa zawartość chromu wynosi od 10% do 14%, wolframu od 9% do 10%, aluminium od 3% do 7%, kobaltu od 15% do 25%, tytanu od 9,8% do 14,7%, węgla od 1,5% do 3,3%, renu od 6% do 9% i niklu od 26,7% do 45,7%.