RU2813343C1 - Method for producing heat-resistant alloys based on cobalt - Google Patents
Method for producing heat-resistant alloys based on cobalt Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813343C1 RU2813343C1 RU2023127050A RU2023127050A RU2813343C1 RU 2813343 C1 RU2813343 C1 RU 2813343C1 RU 2023127050 A RU2023127050 A RU 2023127050A RU 2023127050 A RU2023127050 A RU 2023127050A RU 2813343 C1 RU2813343 C1 RU 2813343C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cobalt
- reaction mixture
- producing heat
- mixture
- initial reaction
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 title abstract description 6
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 title abstract description 6
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910020599 Co 3 O 4 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 3
- JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N molybdenum trioxide Chemical compound O=[Mo](=O)=O JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N cobalt(II,III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Co+2].[Co+3].[Co+3] UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten trioxide Chemical compound O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения жаростойких сплавов на основе кобальта, которые могут быть использованы в области авиационного двигателестроения для получения защитных покрытий на бандажных полках лопаток газотурбинного двигателя (ГТД), а также для изготовления штампов для высокотемпературной штамповки изделий из металлов и их сплавов.The invention relates to powder metallurgy, in particular to methods for producing heat-resistant cobalt-based alloys, which can be used in the field of aircraft engine building to obtain protective coatings on the shrouds of gas turbine engine (GTE) blades, as well as for the manufacture of dies for high-temperature stamping of metal products and their alloys.
Известен способ получения многокомпонентного сплава на основе кобальта марки ХТН-61 путем плавления компонентов сплава: Со, Cr, Nb, W, Mo, Al, С в вакуумной индукционной печи. Способ имеет недостатки, среди которых можно выделить следующие: современные печи ВИП производят за рубежом, для работы которых необходимы большие энергозатраты. Сплавы имеют высокую себестоимость за счет использования дорогих высокочистых шихтовых компонентов и содержат большое содержание неметаллических включений, а также ликваций по химическому составу и структуре (ТУ 88.061.007-98).There is a known method for producing a multicomponent alloy based on cobalt grade XTN-61 by melting the alloy components: Co, Cr, Nb, W, Mo, Al, C in a vacuum induction furnace. The method has disadvantages, among which are the following: modern VIP furnaces are produced abroad, the operation of which requires large energy consumption. The alloys have a high cost due to the use of expensive, high-purity charge components and contain a high content of non-metallic inclusions, as well as segregations in chemical composition and structure (TU 88.061.007-98).
Наиболее близким аналогом к заявляемому является способ получения жаропрочного сплава на основе кобальта, включающий приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксид кобальта (СоО), оксид хрома (Cr2O3), оксид ниобия (Nb2O5), оксид вольфрама (WO3), оксид молибдена (MoO3), алюминий (Al), углерод (С) и помещение реакционной смеси в тугоплавкую форму, размещение формы на центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при центробежном ускорении 30-50 g с последующим отделением литого сплава на основе кобальта от продукта синтеза, при этом исходную смесь готовят при следующем соотношении компонентов (масс. %): СоО - 35,0-45,0, Cr2O3 - 15,0-19,0, Nb2O5 - 13,0-16,0, WO3 - 1,0-2,8, MoO3 - 1,1-1,8, Al - 20,0-23,5, С -2,2-2,8 (RU 2270877 C1, С22С 19/07, B22F 3/23, 27.02.2006).The closest analogue to the claimed one is a method for producing a heat-resistant cobalt-based alloy, which includes preparing a reaction mixture of starting components containing cobalt oxide (CoO), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), tungsten oxide (WO 3 ), molybdenum oxide (MoO 3 ), aluminum (Al), carbon (C) and placing the reaction mixture in a refractory form, placing the form on a centrifuge, igniting the mixture and carrying out synthesis in combustion mode at a centrifugal acceleration of 30-50 g, followed by separation cast alloy based on cobalt from the synthesis product, while the initial mixture is prepared with the following ratio of components (wt. %): CoO - 35.0-45.0, Cr 2 O 3 - 15.0-19.0, Nb 2 O 5 - 13.0-16.0, WO 3 - 1.0-2.8, MoO 3 - 1.1-1.8, Al - 20.0-23.5, C -2.2-2, 8 (RU 2270877 C1, S22S 19/07, B22F 3/23, 02/27/2006).
Недостатком этого способа является использование дорогостоящего Nb2O5 и дефицитного СоО.The disadvantage of this method is the use of expensive Nb 2 O 5 and scarce CoO.
Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка основ высокопроизводительной одностадийной технологии с малыми энергозатратами и высоким выходом целевого продукта, которая позволяет получать новые жаропрочные сплавы на основе Со из доступного, более дешевого сырья.The technical result of the claimed invention is the development of the foundations of a high-performance one-stage technology with low energy consumption and high yield of the target product, which makes it possible to obtain new heat-resistant Co-based alloys from available, cheaper raw materials.
Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что способ получения жаропрочных сплавов на основе кобальта включает приготовление исходной реакционной смеси, помещение исходной реакционной смеси в тугоплавкую форму, размещение формы на центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при центробежном ускорении 100-200 g и последующее отделении литого сплава от шлака, при этом готовят исходную реакционную смесь при следующем соотношении компонентов (масс. %): Co3O4 - 33,1-35,1, Cr2O3 - 23,8-25,1, Ti - 16,9-17,6, WO3 - 1,5-1,9, MoO3 - 1,1-1,5, Al - 19,8-20,8, С - 0,8-1,0.The technical result of the claimed invention is achieved by the fact that the method for producing heat-resistant alloys based on cobalt includes preparing the initial reaction mixture, placing the initial reaction mixture in a refractory mold, placing the mold on a centrifuge, igniting the mixture and carrying out the synthesis in combustion mode at a centrifugal acceleration of 100-200 g and subsequent separation of the cast alloy from the slag, while preparing the initial reaction mixture with the following ratio of components (wt.%): Co 3 O 4 - 33.1-35.1, Cr 2 O 3 - 23.8-25.1, Ti - 16.9-17.6, WO 3 - 1.5-1.9, MoO 3 - 1.1-1.5, Al - 19.8-20.8, C - 0.8-1.0 .
Сущность способа заключается в следующем. Готовят реакционную смесь компонентов следующего состава (масс. %): Co3O4 - 33,1-35,1, Cr2O3 - 23,8-25,1, Ti - 16,9-17,6, WO3 - 1,5-1,9, МоO3 - 1,1-1,5, Al - 19,8-20,8, С - 0,8-1,0, помещают ее в тугоплавкую форму, размещают форму на центрифуге, воспламеняют смесь и проводят синтезы в режиме горения при центробежном ускорении 100-200 g. Далее отделяют полученный литой сплав от шлака.The essence of the method is as follows. Prepare a reaction mixture of components of the following composition (wt.%): Co 3 O 4 - 33.1-35.1, Cr 2 O 3 - 23.8-25.1, Ti - 16.9-17.6, WO 3 - 1.5-1.9, MoO 3 - 1.1-1.5, Al - 19.8-20.8, C - 0.8-1.0, place it in a refractory mold, place the mold on a centrifuge , ignite the mixture and carry out syntheses in combustion mode at a centrifugal acceleration of 100-200 g. Next, the resulting cast alloy is separated from the slag.
В способе используют высокоэкзотермические смеси Co3O4, Cr2O3, WO3, MoO3, С, Al, Ti, которые удовлетворяют следующим условиям:The method uses highly exothermic mixtures of Co 3 O 4 , Cr 2 O 3 , WO 3 , MoO 3 , C, Al, Ti, which satisfy the following conditions:
1) смеси способны гореть;1) mixtures are capable of burning;
2) целевыми продуктами горения смесей является жаростойкие сплавы Со, Со, Cr, W, Mo, Al, С, Ti2) the target combustion products of the mixtures are heat-resistant alloys Co, Co, Cr, W, Mo, Al, C, Ti
3) температура горения превышает температуру плавления жаростойкого сплава и шлаковой фазы (Al2O3).3) the combustion temperature exceeds the melting point of the heat-resistant alloy and the slag phase (Al 2 O 3 ).
При выполнении условий (1) - (3) реализуется процесс, включающий следующие стадии:When conditions (1) - (3) are met, a process is implemented that includes the following stages:
- воспламенение и горение исходной смеси,- ignition and combustion of the initial mixture,
- гравитационная сепарация расплавов Co/Cr/W/Mo/Al/C/Ti и шлакового продукта,- gravity separation of Co/Cr/W/Mo/Al/C/Ti melts and slag product,
- охлаждение и кристаллизация расплавов.- cooling and crystallization of melts.
Воздействие центробежной силы подавляет разброс смеси при горении и приводит к сепарации расплавов металлической и шлаковой фаз продуктов горения.The influence of centrifugal force suppresses the spread of the mixture during combustion and leads to the separation of the molten metal and slag phases of combustion products.
При величине перегрузки ниже 100 g процесс горения сопровождается высокой потерей целевого продукта. Перегрузка выше 200 g нецелесообразна, поскольку не приводит к увеличению выхода целевого продукта.When the overload value is below 100 g, the combustion process is accompanied by a high loss of the target product. Overload above 200 g is impractical, since it does not lead to an increase in the yield of the target product.
Вне заявленных пределов по составу реакционной смеси жаропрочный сплав имеет дефицит легирующих элементов с низкими характеристиками по жаропрочности и жаростойкости. Сущность способа подтверждается примерами.Outside the stated limits for the composition of the reaction mixture, the heat-resistant alloy has a deficiency of alloying elements with low heat resistance and heat resistance characteristics. The essence of the method is confirmed by examples.
Пример 1. Готовят реакционную смесь исходных компонентов при следующем соотношении (масс. %): Co3O4 - 34,6, Cr2O3 - 24,1, Ti - 17,1 WO3 - 1,7, MoO3 - 1,3, С - 0,9, Al - 20,3, помещают смесь в тугоплавкую форму, размещают форму в центрифуге, воспламеняют смесь и проводят синтез в режиме горения при центробежном ускорении, равном 150 g. После завершения процесса горения, продукт синтеза охлаждают и извлекают из реактора. Продукт горения представляет собой двухслойный слиток: верхний слой - оксидный раствор на основе корунда, нижний слой - (целевой продукт) представляет собой жаропрочный сплав. Выход целевого продукта (композиционного материала) составляет 85 масс. % от расчетной величины. Композиционный материал содержит в своем составе (масс. %): Со - 47,1, Cr - 25,9, Ti - 12,6, W - 4,5, Mo - 1,8, Al - 4,5, С - 1,8.Example 1. A reaction mixture of starting components is prepared at the following ratio (wt.%): Co 3 O 4 - 34.6, Cr 2 O 3 - 24.1, Ti - 17.1 WO 3 - 1.7, MoO 3 - 1.3, C - 0.9, Al - 20.3, place the mixture in a refractory mold, place the mold in a centrifuge, ignite the mixture and carry out the synthesis in combustion mode at a centrifugal acceleration of 150 g. After completion of the combustion process, the synthesis product is cooled and removed from the reactor. The combustion product is a two-layer ingot: the top layer is an oxide solution based on corundum, the bottom layer (target product) is a heat-resistant alloy. The yield of the target product (composite material) is 85 wt. % of the calculated value. The composite material contains in its composition (wt. %): Co - 47.1, Cr - 25.9, Ti - 12.6, W - 4.5, Mo - 1.8, Al - 4.5, C - 1.8.
Таким образом, заявляемый способ позволяет получать литые жаропрочные сплавы на основе кобальта, которые имеют перспективу промышленного освоения в авиационном двигателестроении для изготовления лопаток и защитных покрытий на бандажных полках лопаток газотурбинных двигателей и газотурбинных установок, а также штампов для высокотемпературной штамповки. Способ обладает высокой производительностью, малым энергопотреблением и высоким выходом целевого продукта, а также позволяет использовать более доступное сырье. Способ экологически чист, т.к. в продуктах синтеза отсутствуют газообразные продукты, загрязняющие атмосферу.Thus, the inventive method makes it possible to produce cast heat-resistant alloys based on cobalt, which have the prospect of industrial development in aircraft engine building for the manufacture of blades and protective coatings on the shrouds of blades of gas turbine engines and gas turbine units, as well as dies for high-temperature stamping. The method has high productivity, low energy consumption and high yield of the target product, and also allows the use of more accessible raw materials. The method is environmentally friendly, because There are no gaseous products in the synthesis products that pollute the atmosphere.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2813343C1 true RU2813343C1 (en) | 2024-02-12 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1456644A (en) * | 1972-11-17 | 1976-11-24 | Union Carbide Corp | Process for producing a wear-resistant bearing material |
| RU2270877C1 (en) * | 2004-09-01 | 2006-02-27 | Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской Академии наук | Method of production of cast alloy in burning mode |
| EP2546021A1 (en) * | 2011-07-12 | 2013-01-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Nickel-based alloy, use and method |
| RU2534325C1 (en) * | 2013-07-29 | 2014-11-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук | Method for obtaining heat-resistant alloys |
| CN104399968A (en) * | 2014-11-10 | 2015-03-11 | 中国矿业大学 | Cobalt-base metal alloy powder for continuous optical fiber laser surface alloying |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1456644A (en) * | 1972-11-17 | 1976-11-24 | Union Carbide Corp | Process for producing a wear-resistant bearing material |
| RU2270877C1 (en) * | 2004-09-01 | 2006-02-27 | Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской Академии наук | Method of production of cast alloy in burning mode |
| EP2546021A1 (en) * | 2011-07-12 | 2013-01-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Nickel-based alloy, use and method |
| RU2534325C1 (en) * | 2013-07-29 | 2014-11-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук | Method for obtaining heat-resistant alloys |
| CN104399968A (en) * | 2014-11-10 | 2015-03-11 | 中国矿业大学 | Cobalt-base metal alloy powder for continuous optical fiber laser surface alloying |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1710322B1 (en) | Nickel based superalloy compositions, articles, and methods of manufacture | |
| CN112226651A (en) | Alloy material for deformed turbine disc at 850 ℃ and preparation process | |
| EP2628810B1 (en) | Superalloy compositions, articles, and methods of manufacture | |
| CN110408816A (en) | A kind of nickel boron carbon master alloy and preparation method thereof | |
| RU2618038C2 (en) | Method for obtaining a heat-resistant alloy based on niobium | |
| RU2607857C1 (en) | Method of producing electrodes from nickel aluminide-based alloys | |
| Sanin et al. | Cast intermetallic alloys by SHS under high gravity | |
| RU2813343C1 (en) | Method for producing heat-resistant alloys based on cobalt | |
| RU2398905C1 (en) | Procedure for production of heat resistant nickel alloys by metal wastes processing | |
| RU2270877C1 (en) | Method of production of cast alloy in burning mode | |
| RU2534325C1 (en) | Method for obtaining heat-resistant alloys | |
| Sczerzenie et al. | Developments in disc materials | |
| CN104018016B (en) | A kind of method of preparing CoCrAlYSi alloy target material | |
| RU2523049C1 (en) | Method of gamma-aluminide titanium-based alloys production | |
| RU2776265C1 (en) | Method for producing molybdenum-based heat-resistant alloys | |
| RU2756045C1 (en) | Method for obtaining complex-alloyed material based on nickel aluminides with tungsten carbide and boride phases | |
| RU2393060C1 (en) | Method of producing composite material | |
| RU2356965C1 (en) | METHOD OF RECEIVING OF CASTABLE HEAT-RESISTANT ALLOY OR PRODUCTS OF ALLOY OF TYPE VKNS ON BASIS OF INTERMETALLIDE Ni3Al (VERSIONS) AND PRODUCTS RECEIVED BY THESE METHODS | |
| CN101429609B (en) | Novel high-temperature alloy and method for producing the same | |
| CN101429607B (en) | Special particle reinforced high-temperature alloy and method for producing the same | |
| RU2819548C1 (en) | Method of producing chromium-molybdenum-tungsten alloy in process combustion mode | |
| RU2824506C1 (en) | ALLOY BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND Ni3Al, METHOD OF ITS PRODUCTION AND METHOD OF MAKING ARTICLES FROM IT | |
| RU2632341C2 (en) | Method for producing nickel aluminide-based materials | |
| RU2231418C1 (en) | Method for producing cast oxide material | |
| CN108441707A (en) | A kind of high intensity tungstenic system nickel-base high-temperature alloy material and its preparation method and application |