ABSTRACT

ni-kantel superlegering gegoten materialen bieden een uitstekende balans van hoge sterkte temperaturen, weerstand tegen metaalmoeheid, weerstand tegen oxidatie en coating prestaties en kan worden geproduceerd om zeernauwe toleranties in extreem complexe configuraties, zoals axiale en centrifugaal integraal gegoten turbinewielen. Als gevolg daarvan worden gegoten superlegeringen gebruikt in de meest veeleisende toepassingen van aero en industriële gasturbines. Het gebruik van deze materialen breidt zich uitnaar kleinere microturbine, turbojet turbocompressor en raketten motortoepassingen gevolg van deze unieke combinatie van gewenste eigenschappen. Dit document bevat een overzicht van de toepassing van investeringen presenteren uitgebrachte Ni-kantel superlegeringen en procesmogelijkheden kleine turbine en raket motoren.

 

INTRODUCTION

Nickel-kantel superlegering materialen hebben ruime toepassing in de hete turbinesectie aero industriële gasturbinemotoren. Traditioneel warme streng gasturbine legering ontwikkeling begint met motoreisen dieniet kan worden voldaan door de bestaande legeringen, bijvoorbeeld hogere temperatuur, sterkte of duurzaamheid vereisten. Cast Ni-kantel superlegeringen bieden een unieke combinatie van eigenschappen die geschikt zijn om aan deze vereisten, die ook voor kleine turbine en raketten motoren.

Het superlegeringen omvatten een groep van legeringen op basis vannikkel, ijzer of kobalt, die structureel gebruikt bij bedrijfstemperaturen van 538 ° C (1000 ° F) of hoger. Superlegeringen vertonen betere hoge temperatuur eigenschappen en worden gebruikt in toepassingen waarbij de heetste temperaturen en \\ of hoogste spanningen in de gasturbine, metname turbineschoepen (of emmers), schoepen (of mondstukken), integrale wielen, schijven en componenten van de verbrandingskamer. Naast het handhaven van een hoge sterkte bij werktemperaturen benaderen 85% van het smeltpunt, vertonen deze materialen goede warme corrosie- en oxidatieweerstand vereist de gasturbine milieu. Ook kunnen superlegeringen economisch worden gegoten in componenten van complexe vormen en \\ of interne configuraties instelbare gelijke microstructuur.//

Superalloys werden voor het eerst geïntroduceerd in militaire gasturbine motoren tijdens de Tweede Wereldoorlog, en de technologie heeft geavanceerde dramatisch sinds die tijd. Continue incrementele materialen vooruitgang zijn vastgesteld, met gietproces ontwikkelingen en geoptimaliseerde legeringen “hopscotching” elkaar om de totale materiaal vermogen te bevorderen. Deze ontwikkelingen omvatten conventioneel gegoten equiax (EQ) legeringen directioneel gestold (DS) en monokristallijne (SX) gegoten onderdelen. Dit document zal de eigenschappen en toepassingen van elk giettechnologie -

besproken, samen met voorbeelden van legeringen en eigenschappen.

     

gietproces ONTWIKKELING

figuur 1. giettechniek Progression  

- initiële verzoeken gegoten superlegering turbinebladen en schoepen waren conventioneel gegoten , equiax (EQ) legeringen. Equiax gietstukken worden gebruikt in de meeste toepassingen inclusief statische en roterende delen, integrale wielen en structuurelementen. eisen zijn onder andere hoge temperatuur kruip en vermoeidheid sterkte, taaiheid en lasbaarheid voor zowel de fabricage en reparatie.

- invoering van gerichte stolling geproduceerd gietstukken met kolomvormige korrels evenwijdig aan de hoge spanning laadrichting van draaiende delen (figuur 1) [1]. Deze gietstukken gerealiseerde aanzienlijke winst kruip

rupture kracht en LCF-levensduur door het elimineren van korrelgrenzen dwars op de hoge spanning geladen as en minder microporositeit gevolg van de langzame stollingsfront inherente DS- technology . DS legeringen worden doorgaans gespecificeerd voor draaideel toepassingen, zoals 2e en 3e graad turbinebladen, Wher101; EQ legeringen geen adequate kruipsterkte.&#

A verdere uitbreiding van DS giettechniek was de introductie van monokristal processen, ontwikkeld door Pratt

Whitney Aircraft [2], die geëlimineerd alle korrelgrenzen en derhalve de behoefte aan korrelgrensversteviging elementen, zoals C, B, Hf en Zr. Omdat deze elementen smeltpunt verlagende middelen, werd de temperatuur vermogen SX legeringen aanzienlijk verbeterd. Monokristallijne legeringen worden gebruikt in de meest veeleisende hoge stresshoge motortemperatuur toepassingen zoals 1ste turbinebladen en schoepen en verbrander componenten. De voordelen omvatten verbeterde gietstukken SX creeprupture, vermoeidheid, oxidatie en bekledingseigenschappen, wat resulteert in een superieure turbinemotor prestaties en duurzaamheid [2&6]. Bovendien enkelkristal legeringen behoudt een hogere fractie van de dikke sectie breuklevensduur als wanddikte wordt gereduceerd (figuur 2) [7]./-

figure 2. breuklevensduur vs. monsterdikte toont voordeel SX gietstukken dan DSEQ/

ADVANCED Superalloy mATERIAAL

Advanced superlegeringen materialen zijn ingevoerd om te reageren op de industrienodig heeft voor een betere legering eigenschappen. Equiax legeringen CM 939 Weldable®, CM 247 LC® en CM 681 LC®, DS legeringen CM 247 LC en CM 186 LC® en SX-legering CMSX

4® vertegenwoordiger van deze verbeteringen.-

cm 939 Weldable® Alloy

in 939 legering (Tabel 1 [8]) werd in de late jaren 1960 door de International Nickel Company. Deze 22% chroom (Cr), hot corrosiebestendige legering brede toepassing in de industriële gasturbines (IGT) markt voor gelijkassige schoepen, segmenten en branderstraalpijpen gezien. Echter, in 939 gietstukken zijn moeilijk te lassen reparatie te wijten aan marginale rekbaarheid en bijbehorende legeringschemie design.

Als een gevolg van deze moeilijkheden, Cannon

Muskegon ontwikkelde een aangepaste versie van IN 939 legering voor betere reparatie lasbaarheid en mechanische eigenschappen, met denadruk op aluminium taaiheid. Een geoptimaliseerde doel chemie werd ontwikkeld met significant verlaagde Al, Ti, Ta en Cb (en dus lagere volumefractie y 'fase) vergeleken met standaard IN 939, geoptimaliseerde B, Zr en C- gehalte en dramatisch verbeterde legeringen zuiverheid van S, P, N, O en Si. Deze farmaceutische samenstelling werd aangeduid als CM 939 Lasbare legering.-