К интерметаллидным сплавам относят сплавы на основе упорядоченного интерметаллидного соединения с фиксированным соотношением компонентов. Интерес к данным сплавам вызван возможностью достижения более высоких характеристик сплава, обусловленных особыми свойствами интерметаллидных соединений (повышенная температура плавления, высокая химическая стойкость, низкая плотность), приобретаемыми за счет формирования ковалентной или ионной связи между атомами. Вместе с тем высокая хрупкость интерметаллидных соединений, также обусловленная типом связи, зачастую не позволяет применять данные сплавы без оптимизации состава и проведения необходимого комплекса исследований. В настоящее время к наиболее перспективным жаропрочным интерметаллидным сплавам относят интерметаллидные сплавы на основе алюминида никеля и титана или интерметаллиды ниобия.
В числе преимуществ применения интерметаллидных сплавов указывается достижение эксплуатационных характеристик на уровне традиционных жаропрочных никелевых сплавов или выше при меньшем содержании дорогих легирующих элементов и более низкой плотности. К числу факторов, сдерживающих применение данных сплавов, зачастую относят высокую хрупкость интерметаллидных сплавов (при комнатной температуре), узкий интервал легирования.
Решение проблемы повышения технологической пластичности ведется, по большей части, путем оптимизации состава сплава и формирования оптимальной структуры. Сплавы на основе интерметаллида Ni3Al содержат в объеме дендритной структуры небольшое количество вязкой γ-фазы (5–10% по массе), а на границах дендритов – пластичные при высоких температурах частицы γ-фазы. Оптимальная жаропрочность литых сплавов с подобной структурой в интервале температур 900-1250°С реализуется в монокристаллических отливках с кристаллографической ориентацией (КГО) <111> [2].
Развитие интерметаллидных сплавов в России
Начиная с конца 70-х годов и по настоящее время, создание интерметаллидных жаропрочных сплавов на основе интерметаллида Ni3Al связано с работами ВИАМ. За это время разработана линейка сплавов серии ВКНА (ВИАМ, Конструкционный Никель-Алюминиевый). Разработаны сплавы ВКНА-2М, ВКНА-1ЛК, ВКНА-4, ВКНА-1В, ВКНА-4У.
С начала 2000 года по настоящее время проводятся работы по модификации и технологическому опробованию существующих интерметаллидных никелевых сплавов. Появились такие сплавы, как ВКНА-4УР, ВКНА-1ВР, ВКНА-1ВУ. Разработан новый сплав ВКНА-25 (ВИН1) с монокристаллической структурой – наиболее жаропрочный (ренийсодержащий) из серии ВКНА (2005 г.).
Сплав ВКНА-1В опробован в качестве сегментов камеры сгорания, сопловых лопаток ГТД, ВКНА-1ВР – створок реактивного сопла, ВКНА-4УР – соплового аппарата, створок и проставок сопла малогабаритного двигателя, сопловых лопаток ГТД, ВКНА-25 – рабочих неохлаждаемых лопаток малогабаритного ГТД.
В 2011–2012 годах разработаны интерметаллидные сплавы ВИН2, ВИН3 и ВИН4, превосходящие сплавы аналогичного применения ВКНА-1В и ВКНА-25 по жаропрочности.
Разработаны технологии высокотемпературной диффузионной пайки (ВКНА-4У) и ротационной сварки трением (ЭП975 с ВКНА-25) для изготовления деталей типа диск-вал, вал-вал сварного ротора. Изготавливаются порошки специального назначения (ВКНА-1В, ВКНА-4У).
Области применения
Интерметаллидные материалы на основе Ni3Al представляют интерес для применения условиях высоких температур и окисления, в частности в деталях камер сгорания с рабочей температурой до 1300°C, турбин – в качестве сопловых охлаждаемых лопаток, створок регулируемого сопла, проставок с рабочей температурой до 1200°С.
Заявленная область применения разработанных интерметаллидных сплавов: ВКНА-2М, ВКНА-1ЛК, ВКНА-4, ВКНА-1В, ВКНА-4У – рабочие и сопловые лопатки энергетических установок.
Сплав ВКНА-2М применяется для наплавки контактных поверхностей бандажных полок рабочих лопаток из сплавов типа ЖС6У; сплав ВКНА-4 – для неохлаждаемых сопловых лопаток наземных энергетических установок (взамен сплава ВХ-4Л); ВКНА-4У (взамен ЖС6У) – для неохлаждаемых рабочих лопаток вспомогательных стационарных установок (ВСУ).
ВКНА-1В – предназначен для роторных и сопловых проставок, прошел технологическое и эксплуатационное опробование в качестве сегментов жаровой трубы с рабочей температурой до 1800°C в течение 2000 ч на двигателях ПС-90А (ОАО «Авиадвигатель») и 117А (ОАО «НПО Сатурн»).
ВКНА-4У Моно – прошел технологическое опробование в качестве рабочих лопаток турбины двигателя ТВД-20 для самолетов Ан-3Т и Ан-38-200; эксплуатационное опробование рабочих лопаток в течение 5000 ч и 10000 циклов на ОАО «ОМКБ»; рекомендован для серийного применения в самолете Ил-96.
ВКНА-4УР – прошел технологическое опробование при изготовлении створок регулируемого сопла и блоков сопловых лопаток с положи тельным эффектом и эксплуатационное опробование в составе двигателя АЛ-31Ф и малогабаритного двигателя МД-120 на предприятии ФГУП "НПЦ Газотурбостроения «Салют»". Внесен в спецификацию двигателя вертолета ВК-800 ОАО «Климов».
ВКНА-25 (ВИН1) – прошел эксплуатационное опробование в составе малогабаритного двигателя МД-120 на предприятии ФГУП "НПЦ Газотурбостроения «Салют»".
Сплавы ВКНА-1В и ВКНА-25 – внесены в спецификацию перспективного двигателя ПД-14 для самолета МС-21. [1].
Зарубежные интерметаллидные сплавы
За рубежом разработкой жаропрочных интерметаллидных сплавов занимались Oak Ridge National Laboratory, General Electric Company, NASA (преимущественно NiTi alloy), Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH (программа исследований интерметаллидных фаз и сплавов на их основе в Западной Германии получила свое расвитие с 1985 г [34] ), …
В Oak Ridge National Laboratory (ORLN) разработка интерметаллидных сплавов финансируется с 1982 г. Ранее, в 1980 г. программа исследований ORLN была направлена на изучение хрупкого поведения интерметаллидных соединений. Основные усилия были направлены на исследование Ni3Al интерметаллида, характеризующегося значительным повышением предела текучести с повышением температуры (до 800 С). Результаты исследований подтвердили, что при комнатной температуре монокристаллы Ni3Al достаточно пластичны, поликристаллические образцы разрушаются хрупко, а также показывают некоторое падение пластичности при средних температурах в условиях окислительной атмосферы. Работы, проводимые с 1980 г, были направлены на повышение пластичности Ni3Al при комнатной и повышеной температуре. Ранее исследователями было показано, что значительное повышение пластичности достигается введением небольшого количества (0,5-1,0 масс. %) бора. Исследования ORLN показали, что к повышению пластичности склонны сплавы субстехиометрического состава (23 до 24 ат. % Al), в сплавах стехиометрического и суперстехиометрического состава повышения пластичности не наблюдается. Установлено, что бор сильно сегрегирован по границам зерна, снижая свободную энергию поверхности. Также было показано, что дополнительное введение хрома (около 8%) способствует повышению стойкости к окислению при высоких температурах за счет формирования устойчивой оксидной пленки. Для достижения достаточной прочности интерметаллидные сплавы стали легировать молибденом, цирконием или гафнием. Цирконий и гафний также повышают литейные свойства и свариваемость. Введение углерода или дополнительно бора, также способствует упрочнению за счет формирования дисперсных карбидных или боридных частиц. На основе данных особенностей легирования разработаны интерметаллидные сплавы, маркируемые буквенно-цифровым обозначением IC-XXX.
Согласно публикации ORNL 1997 г. [18] наиболее перспективным с позиции коммерциализации сплавом можно считать сплав IC-221M. Для успешной коммерциализации таких сплавов должны быть решены вопросы отработки технологии плавки сплавов с высоким содержанием алюминия. Здесь выделяют несколько технологических аспектов. Первый связан с возможностью окисления алюминия и перехода его в шлак. Второй аспект связан со способом введения алюминия. При загрузке всего алюминия в начале плавки, ввиду высокой разницы температур плавления алюминия и никеля, в начале плавления никеля алюминий уже будет находится в перегретом состоянии, что крайне нежелательно. Для выплавки таких сплавов разработан процесс, учитывающий данные аспекты, получивший название Exo-MeltTM. Отмечается, что при использовании данного процесса возможно полное восстановление окислов алюминия и бора и частично циркония. К числу наиболее значительных преимуществ данного процесса относят экономию энергии и времени плавки, стабильность химического состава выплавляемых слитков, возможность использования традиционного оборудования.
В 2003 г. сплав IC-221M был опробован в качестве материала для изготовления транспортировочных валков промышленной печи отжига [19]. По результатам совместной работы Oak Ridge National Laboratory и Bethlehem Steel Corporation (ISG) подтверждена эффективность такого применения сплава. Отмечено, что в настоящее время (на 2003 г) используется аустенитный сплав H-серии, который характеризуется ограниченной высокотемпературной прочностью, износостойкостью, и стойкостью к окислению, но наиболее эффективный с позиции стоимости. В процессе непродолжительной (от 2 до 3 лет) эксплуатации отмечается три основных проблемных момента. Валки склонны к прогибанию при рабочих температурах 1675 С, эксцентрическому вращению и появлению дефектов на поверхности заготовки. Склонность к образованию газовых пузырей является причиной образования дополнительных дефектов на поверхности движущейся заготовки. Образующиеся на поверхности заготовки оксиды, прилипают к поверхности валков, также способствуя появлению дефектов. Предварительные исследования показали, что применение сплава IC-221M в качестве материала валков способствует решению данных проблем. На сайте Federal Laboratory Consortium for Technology Transfer (FLC) проект по применению сплава IC-221M для повышения эффективности печей для термообработки отмечен как проект года (2007 г.). Возможно применение сплава IC-221M в качестве материала других изделий печного оборудования, включая трубы, узлы печей карбюризации, вентилляторов, применяемых Delphi Automotive Systems Corporation [20]. Испытывается сплав IC-438, способный работать при более высоких температурах [21].
В публикации NASA [13] указывается, что интерметаллидные монокристаллические NiAl сплавы (в сочетании твердорастворного и дисперсионного механизма упрочнения [16]) имеют высокотемпературные характеристики на уровне жаропрочных никелевых сплавов. Например, сплав General Electric AFN–12, состава Ni-48,5Al-0,5Hf-1Ti-0,05Ga(ат.%), имеет длительную прочность на уровне Rene’80 при значительно меньшей плотности, повышенной теплопроводности и способностью к формированию защитной оксидной пленки. Однако, как отмечается в предыдущих исследованиях, при относительно простом составе сплав обладает сложной структурой, различной в зависимости от термической обработки и небольшого изменения состава от слитка к слитку. Наблюдается сильная зависимость между структурой и длительной прочностью, что может значительно ограничить применение данных сплавов в качестве компонентов вращающейся части турбины. По результатам исследования отмечается, что незначительные колебания состава все же не влияют на воспроизводимость высокотемпературных свойств NiAl-1Hf монокристаллических сплавов. В публикации [14, 15] NASA отмечается возможность направленной кристаллизации с высокой скоростью эвтектического Ni-33Al-31Cr-3Mo сплава, что делает их привлекательными для коммерческого использования. В более ранней публикации [17] отмечается, что наличие тугоплавких элементов в составе сплава влечет повышение его плотности. В работе проведена оценка влияния легирования карбидами на свойства интерметаллидных сплавов, на примере NiAI-Mo-C системы. Показано, что длительная прочность в случае применения такой системы меньше, чем в случае “традиционной эвтектической системы”.
Некоторые наиболее известные зарубежные интерметаллидные никелевые сплавы :
Сплав | состав, масс.% | ||||||
Ni | Al | Cr | Mo | Zr | B | ||
IC-50 | 88.08 | 11.3 | - | - | 0.6 | 0.02 | деформируемый |
IC-218 | 83.1 | 8.7 | 8.1 | - | 0.2 | 0.02 | деформируемый |
IC-221M | 81.1 | 8.0 | 7.7 | 1.4 | 1.7 | 0.008 | литейный |
IC-221W | 79.8 | 8.0 | 7.7 | 1.5 | 3.0 | 0.003 | свариваемый |
IC-396M | 80.42 | 7.98 | 7.72 | 3.02 | 0.85 | 0.005 | литейный |
Отличия в подходе к разработке интерметаллидных сплавов
Создание отечественных интерметаллидных сплавов, в отличие от зарубежных, ведется по пути исключения бора из состава легирующих элементов. Считается [10] что введение бора приводит к снижению пластичности сплава в интервале температур 300-850 С за счет формирования борсодержащих эвтектик с пониженной температурой плавления. Отечественные сплавы имеют более сложный химический состав, по сравнению с зарубежными, и содержат некоторое количество тяжелых тугоплавких элементов (W, Re, Ta), что приближает их к современным жаропрочным никелевым сплавам. Введение таких элементов способствует повышению кратковременной прочности и сопротивления ползучести при температурах свыше 1000 С.
При выплавке никелевых интерметаллидных сплавов, легированных тугоплавкими и редкоземельными металлами рекомендуется раздельное постадийное введение основных и легирующих элементов с учетом их реакционной способности, различия в температурах плавления, кипения и плотности компонентов [10]. На первой стадии в шихту вводятся реакционно неактивные элементы Ni, W, Мо, Re, Та, в том числе через лигатуру WxNiy, для устранения необходимости перегрева расплава и предотвращения опускания тяжелых элементов в донную часть ванны. На второй стадии вводятся Cr и Ti. На третьей стадии вводятся химически активные легирующие элементы, Al, Zr, La.
Интерметаллидные никелевые сплавы ВИАМ :
Сплав | состав, масс.% | |||||||||||
Ni | Al | Cr | Mo | Zr | B | W | Ti | Co | C | др. | ||
ВКНА-1В | 76.9 | 8.5 | 5.5 | 3.5 | - | - | 3.0 | 3.0 | - | 0.05 | 0.3Hf, 0.6Fe, 0.4Si | [5, 9] |
ВКНА-1ВУ | ||||||||||||
ВКНА-1ЛК | ||||||||||||
ВКНА-2М | - | 10.3 | 5.0 | - | - | 0.01 | 2.0 | 1.3 | - | 0.18 | 0.01Y, 1.05Si | [5] |
ВКНА-4 | - | 9.0 | 5.0 | 2.5 | 1.2 | - | 1.8 | - | 7.0 | 0.18 | [4] | |
ВКНА-4У | 74.4 | 8.5-9.5 | 4.5-5.5 | 5.0 | - | - | 2.5 | 0.6-1.2 | 3.5-4.5 | 0.02 | [9] | |
ВКНА-4Р | 73.28 | 9.0 | 5.0 | 2.5 | 1.15 | - | 1.9 | - | 7.0 | 0.17 | [9] | |
ВКНА-4УР | ||||||||||||
ВКНА-25 | - | 8.1-8.6 | 5.6-6.0 | 4.5-5.5 | - | - | 2.5-3.5 | 0.3-0.7 | 4.0-5.0 | - | 1.2-1.6Re | [6] |
ВИН2 | ||||||||||||
ВИН3 | ||||||||||||
ВИН4 | - | 8.1-8.7 | 4.8-5.5 | 2.5-4.8 | 0.05-0.5 | - | 2.5-3.0 | 0.01-1.5 | 0.05-6.0 | 0.02 | Ho, Ta, La, Re | [3] |
Сплавы на основе интерметаллида титана
Начало разработки интерметаллидных Ti-Al сплавов, для применения в качестве конструкционных материалов, можно отнести к 1970 годам. Данные сплавы считаются привлекательными для применения в авиационной промышленности, что обусловлено их низкой плотностью, высокой температурой плавления, высокой удельной прочностью и пластичностью [27].
Для высокотемпературного применения представляют интерес четыре интерметаллидные фазы: Ti3Al(α2), TiAl(γ), TiAl2 и TiAl3.
Максимальная рабочая температура Ti3Al на воздухе не превышает 650 С [29]. Имеются сложности при получении слитка, ковке или листовой прокатке. Повышения пластичности интерметаллида Ti3Al при комнатной температуре добиваются путем дополнительного легирования и термической обработки. Основным легирующим элементом является ниобий. При легировании ниобием образуется упорядоченная орторомбическая фаза на основе интерметаллида Ti2AlNb. Сплавы на основе интерметаллида Ti2AlNb выделяют в самостоятельную групппу. Легирование ниобием повышает прочность, пластичность, вязкость и характеристики жаропрочности. Ниобий содержится и в российских и в зарубежных сплавах. Первым зарубежным промышленным интерметаллидным сплавом на основе титана является сплав альфа-2 [25] :
сплав | состав, ат. % |
на основе Ti3Al | |
Альфа2 (24-11) | Ti-24Al-11Nb |
Супер альфа-2 | Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo |
25-10-4 | Ti-25Al-10-Nb-4Ta |
24.5-12.5-1.5 | Ti-24.5Al-12.5Nb-1.5Mo |
на основе Ti2AlNb | |
24-15 | Ti-24Al-15Nb |
25-17 | Ti-25Al-17Nb |
25-23 | Ti-25Al-23Nb |
23-24 | Ti-23Al-24Nb |
22-27 | Ti-22Al-27Nb |
22-25 | Ti-22Al-25Nb-(1-3)(Mo,Zr,Si) |
24.5-17-1 | Ti-24.5Al-17Nb-1Mo |
23-24-1.5-0.5 | Ti-23Al-24Nb-1.5Mo-0.5Si |
Интерметаллиды TiAl(γ) ограниченно отливаются, имеются сложности при листовой прокатке. В зависимости от содержания алюминия сплавы на основе TiAl принято разделять на две группы : однофазные, γ-сплавы (50-52% Al) и двухфазные γ+α2 сплавы (44-49%Al). В зависимости от технологии получения заготовок, режимов горячей деформации и термической обработки двухфазных сплавов выделяют три основных типа структуры интерметаллида Ti : ламельную (пластинчатую), рекристаллизованную (глобулярную) и бимодальную (дуплексную) [25]. В зарубежной литературе встречается классификация на четыре типа структуры : near-gamma, duplex, nearly-lamellar, fullylamellar [35]. В настоящее время разработано три поколения промышленных интерметаллидных сплавов на основе алюминида TiAl :
сплав | состав, ат.% |
первое поколение | |
4822 | Ti-47Al-2Nb-2Cr |
45XD | Ti45Al-2Nb-2Mn-0.8 %об. TiB2 |
47XD | Ti47Al-2Nb-2Mn-0.8 %об. TiB2 |
второе поколение | |
WMS | Ti-47Al-2Nb-1Mn-0.5W-0.5Mo-0.2Si |
ABB-2 | Ti-47Al-2W-0.5Si |
TAB | Ti-47Al-1.5Nb-1Mn-1.0Cr-0.2Si-0.5B |
Daido | Ti-48Al-2Nb-0.7Cr-0.3Si |
IHI | Ti-32Al-1.9Fe-1.5V-0.7% масс. B |
3-95 | Ti-47Al-2Nb-2Cr-1Mo-0.2B |
K5 | Ti-46.2Al-3Nb-2Cr-0.2W-(0.1-0.2B)-0.2C |
третье поколение | |
IRC | Ti-44Al-4Nb-4(Zr или Hf)-1B-0.2Si |
TNB | Ti-45Al-(5-10)Nb-(C,B) |
PM-yMET | Ti-46.5Al-4(Cr,Nb,Ta,B) |
Интерметаллиды TiAl(γ) для повышения стойкости к окислению и сопротивлению ползучести также легируют ниобием. В зависимости от содержания ниобия принята классификация данных сплавов на четыре группы I - Ti-48Al-2Nb, II - Ti-(46-47)Al-(2-3)Nb, III - Ti-45Al-(5-10)Nb, IV - Ti-45Al-(5-7)Nb-RM (RM - тугоплавкий элемент). Сплавы с высоким содержанием ниобия (III и IV типа), известные как TNB и TNM относят к сплавам нового класса.
Интерметаллидные сплавы на основе TiAl(γ) пока наиболее привлекательны для применения при изготовлении компонентов авиационных двигателей [27], в частности лопаток турбины низкого давления с рабочей температурой до 730 С [28]. Интерметаллиды TiAl3 характеризуются наибольшей стойкостью к окислению и представляют интерес в качестве основы при разработке новых классов конструкционных материалов.
Наиболее ранняя работа по разработке гамма сплавов была инициирована U.S. Air Force Materials Laboratory. Результатом данного исследования, проводимого в 1975-1983 годах совместно с Pratt and Whitney, стала рекомендация Ti-48Al-1V-(0.1C) сплава как наилучшего с позиции оценки пластичности и сопротивления ползучести. Вторая крупная программа также инициированна U.S. Air Force Materials Laboratory и проводилась General Electric в 1986-1991 г. Разработан сплав Ti-48Al2(Cr or Mn)-2Nb, второго поколения, с улучшенной вязкостью, прочностью и сопротивлением окислению. В 1993 г. успешно проведены испытания лопаток из данного сплава.
В 2011-2014 г. в рамках инициативы "Aeronautics and Air Transport (Clean Sky)" разработана технология производства нового гамма TiAl сплава, торговая марка TNM. Разработка велась под руководством MTU Aero Engines GmbH, в кооперации GfE, Böhler, MTU and University of Leoben [30]. Кованые TiAl лопатки, полученные по данной технологии, планируются к использованию в последней ступени турбины низкого давления семейства двигателей PW1100G Pratt & Whitney. Ведется работа по организации производства лопаток из алюминида титана для ТНД новых двигателей семейства CFM [31, 32]. IHI Corporation отрабатывает технологию литья лопаток из алюминида титана для применения в двигателях нового поколения, в том числе для семейства двигателей GEnx [38].
Зарубежные интерметаллидные титановые сплавы, производимые в настоящее время
сплав | система | состав, ат.% | |||||||
Al | Nb | Cr | Mo | B | C | др. | |||
gamma-MET | γ-TiAl | 45.5 | 1.0 | 2.5 | 0.2 | 0.5Ta | AMG | ||
RNT 650 | γ-TiAl | 33.5 | 4.8 | 1.0 | 0.2Si | AMG | |||
TiAl48-2-2 | γ-TiAl | 48 | 2.0 | 2.0 | AMG | ||||
TNB-V2 | γ-TiAl | 45 | 8.0 | 0.2 | AMG | ||||
TNB-V5 | γ-TiAl | 45 | 5.0 | 0.2 | 0.2 | AMG | |||
TNM® -B7 remelt stocks | γ-TiAl |
44 |
4.0 | 0.7 | 0.1 | AMG | |||
TNM® forging stocks | γ-TiAl | 43.5 | 4.0 | 1.0 | 0.1 | AMG | |||
TNM®-B1 Ingots | γ-TiAl | 43.5 | 4.0 | 1.0 | 0.1 | AMG | |||
Ti-24Al-11Nb | Ti3Al | 24 | 11 | ||||||
Ti-24Al-14Nb | Ti3Al | 24 | 14 | ||||||
Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo | Ti3Al | 25 | 10 | 1.0 | 3V | ||||
Ti-24.5Al-17Nb* | Ti3Al | 24.5 | 17 | ||||||
Ti-25Al-17Nb-1Mo** | Ti3Al | 25 | 17 | 1.0 |
*-повышенная вязкость вследствие присутствия O-фазы, формируемой при содержании Nb более 15 ат.%
**-введение молибдена для повышения высокотемпературной прочности
К числу первых зарубежных патентов по интерметаллидым титановым сплавам можно отнести патенты компании United Technologies Corporation, 1979 г , US4292077 – сплав на основе Ti3Al и US4294615 – литейный и деформируемый сплав на основе TiAl. Ссылки на данные патенты имеются и в современных патентах, 2008 г., 2014 г.
Число патентов по годам (категория Engine, turbines or Materials, metallurgy)
Цитирование патента US4292077
Цитирование патента US4294615
Возобновление интереса к интерметаллидным сплавам на основе титана, подтверждаемое возрастающим числом патентов, регистрируемых в настоящее время зарубежными компаниями, связано срасширением возможного применения интерметаллидных сплавов в сфере двигателестроения для автомобильной промышленности. Наибольшее число патентов по интерметаллидным титановым сплавам, применительно к двигателям и турбинам, в настоящее время имеют MTU AERO ENGINES и GENERAL ELECTRIC.
Патенты по интерметаллидным титановым сплавам в области "Engine, turbines or Materials, metallurgy"
Патенты по интерметаллидным титановым сплавам в области "Engine, turbines"
Распределение патентов по странам (Япония 200-300, Китай 100-200, США 100-200, Германия 0-100)
В ВИАМ разработаны сплавы ВТИ-1, ВТИ-2, ВТИ-4, ВИТ-1 на основе системы Ti–Al–Nb–Zr–Si. Производство сплавов ВТИ-4, ВИТ-1 освоено на АО "ЧМЗ". Как было отмечено выше, технология выплавки интерметаллидных сплавов имеет свои особенности. Работы по освоению производства слитков интерметаллидных сплавов титана проводятся с 2012 г. в АО ЧМЗ при сопровождении производства со стороны ФГУП «ВИАМ». Выплавку интерметаллидных титановых сплавов ВИТ1 и ВТИ-4 осуществляют тройным вакуумно-дуговым переплавом. В настоящее время проводятся исследования по разработке сплавов на основе интерметаллидов Ti2AlNb [33].
Интерметаллидные титановые сплавы ВИАМ :
сплав | система | состав, ат.% | источник | |||||
Al | Nb | Zr | V | Mo | Si | |||
ВТИ-1 | Ti–Al– Nb–(Zr, Mo) | 25 | 11 | 0.75 | - | 0.75 | - | [25] |
ВТИ-2 | Ti–Al– Nb–(Zr, Mo)-V-Si | 19.35 | 11.77 | 0.87 | 1.46 | 0.52 | 0.53 | [22] |
ВТИ-4 | Ti–Al–Nb–(Zr, Mo)–Si | 22 | 26 | 0.5 | - | 0.4 | - | [23, 24] |
ВИТ1 | Ti–Al–Nb–(Zr, Mo, Ta, W)–(Si, C) | [24] |
Сплав ВТИ-2 рекомендован для изготовления деталей авиадвигателей (сопловые лопатки, корпуса) с рабочей температурой до 650°С (длительно) и до 700°С (кратковременно).
Сплав ВТИ-4 рекомендуется для изготовления корпусных, статорных деталей авиадвигателей, облегченных панелей и элементов аэрокосмических конструкций с рабочей температурой до 650°С (длительно) и до 700°С (кратковременно).
Сплав ВИТ1 рекомендован для изготовления деталей авиадвигателей (сопловые лопатки) с рабочей температурой до 700°С (длительно).
Список основных литературных источников и интернет-ресурсов:
1. Жаропрочные стали и сплавы. Буклет ВИАМ. 2012 г
3. Патент Ru2434067
13. J. Daniel Whittenberger. Creep Properties of NiAl-1Hf Single Crystals Re-Investigated. NASA. 2000
16. Ronald D. Noebe. Development of Creep-Resistant NiAl(Ti,Hf) Single-Crystal Alloys. NASA. 1997
17. Timothy Scott. Development and Processing of Nickel Aluminide-Carbide Alloys. NASA. 1996
18. VK Sikka. Processing and operating experience of Ni3Al based intermetallic alloy IC-221M. 1997
20. Nickel Aluminide (Ni3Al) Heat Treating Fixtures at Delphi Automotive Systems Corporation
21. TMS Energy Case Study Example
22. Рахимова Л.Р., Корелин А.В., Водолазский Ф.В. влияние режима термомеханической обработки на структуру и фазовый состав сплава на основе титана ВТИ-2. III международная научная школа для молодежи «Материаловедение и металлофизика легких сплавов». — Екатеринбург, 2014.
23. Оленева, Ю. Н. Шаманаев, Е. Д. Фазовые превращения β-твердого раствора в сплаве ВТИ-4. III международная научная школа для молодежи «Материаловедение и металлофизика легких сплавов». — Екатеринбург, 2014.
26. AMG.
28. http://www.amg-nv.com/Innovation/Titanium-Aluminide/default.aspx
30. http://cordis.europa.eu/result/rcn/178111_en.html
34. Gerhard Sauthoff. New developments in intermetallic compounds in west Germany. Frontiers of Materials Research / Electronic and Optical Materials M. Kong, L. Huang (editors) © Elsevier Science Publishers B.V., 1991
...
Обзорные публикации :
35. Kunal Kothari. Advances in gamma titanium aluminides and their manufacturing techniques. 2012
...
Книги:
25. Ильин А.А., Колачёв Б.А., Полькин И.С.Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. ВИЛС – МАТИ. 2009
27. Yakov N. Berdovsky. Intermetallics Research Progress. Nova Science Publishers. 2008
36. Fritz Appel. Gamma Titanium Aluminide Alloys. Science and Technology. 2011 Wiley-VCH Verlag & Co.
37. Y-W.KIM. Gamma titanium aluminide alloys. A collection of research on innovation and commercialization of gamma alloy technology. 2014. The Minerals, Metals & Materials Society
...
Патенты:
Зарубежные патенты по TiAl [перечень, описание] :
[AEROSPACE RESEARCH INSTITUTE MATERIALS & PROC TECHNOLOGY]
[IHI]
[IHI-ISHIKAWAJIMA HARIMA HEAVY INDUSTRIES]
[HOWMET]
[HELMHOLTZ ZENTRUM GEESTHACHT]
[AVIC BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS]
[NIMS - NATIONAL INSTITUTE FOR MATERIALS SCIENCE]
[ALSTOM]
[ABB]
[SUMITOMO LIGHT METAL INDUSTRIES]
[DAIMLER]
[HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY]
[CHINA ACADEMY OF LAUNCH VEHICLE TECHNOLOGY]
[INSTITUTE OF METAL RESEARCH - CHINESE ACADEMY OF SCIENCES]
[LUOYANG SUNRUI TITANIUM PREC CASTING]
[NANJING UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY]
[UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY BEIJING]
[BEIJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY]
[ВИАМ]
...