ABSTRACT

NI-base superaliaje materiale turnate asigura un echilibru remarcabil de rezistență la temperatură ridicată, rezistența la oboseală, rezistență la oxidare și performanță de acoperire și pot fi produse cu toleranțe foarte strânse în configurații extrem de complexe, cum ar fi axial și roți ale turbinelor turnate integrale centrifuge. Ca rezultat, superaliaje turnate sunt utilizate în cele mai solicitante aplicații ale aero și motoarelor tip turbină cu gaz industriale. Utilizarea acestor materiale se extinde la aplicații microturbina, turboreactor, turbocompresor și motor de rachete mai mici, datorită acestei combinații unice de proprietăți dorite. Această lucrare va prezenta o imagine de ansamblu a aplicării de investiții exprimate Ni \\ superaliajenbase și capacitatea de proces pentru motoare cu turbină și cu rachete mici.-

 

INTRODUCTION

Nickelbase superaliaje materiale au aplicații extinse în secțiunea turbinei la cald a motoarelor aeronautice și ale turbinelor cu gaz industriale. In mod traditional, secțiunea fierbinte turbină cu gaz de dezvoltare din aliaj începe cu cerințe ale motorului, carenu pot fi satisfăcute de aliajele existente, de exemplu, temperaturi mai ridicate, rezistență, sau cerințe de durabilitate. Cast Ni \\ superaliajenbase oferă o combinație unică de caracteristici adecvate acestor cerințe, care sunt de asemenea aplicabile motoarelor cu turbină și cu rachete mici. \\ Superaliajen--Versiunea cuprinde un grup de aliaje pe baza denichel, fier sau cobalt, care sunt utilizate structural la temperaturi de funcționare de 538 ° C (1000 ° F) sau mai mare. Superaliaje prezintă proprietăți superioare de temperatură ridicată și sunt utilizate în aplicații care implică cele mai ridicate temperaturi și \\,nici cele mai înalte tensiunile din turbina cu gaz, mai ales paletelor turbinei (sau găleți), paletele (sau duze), roți integrale, discuri și componentele camerei de ardere. În plus față de menținerea rezistență ridicată la temperaturi de exploatare se apropie de 85% din punct de topire, aceste materiale prezintă o bună rezistență la coroziune și la oxidare la cald cerute în mediul turbinei cu gaz. De asemenea, superaliaje pot fi exprimate economic în componente de forme complexe și \\,nici configurații interne cu controlate microstructură.

//Superalloys au fost mai întâi introduse în motoarele de tip turbină cu gaz militare în timpul al doilea război mondial, iar tehnologia a avansat în mod dramatic din acel moment. Neîncetată avansuri materiale elementare au fost introduse cu evoluția procesului de turnare și aliaje optimizate „hopscotching“ unul pe altul pentru a avansa capacitatea materialului de ansamblu. Aceste progrese includ exprimate convențional, equiax aliaje (EQ), direcțională solidificate (DS) și componente turnate singur cristal (SX). Acest document va discuta caracteristicile și aplicațiile fiecărei tehnologii de turnare, împreună cu exemple de aliaje și proprietăți. DEZVOLTĂRII

 -

PROCESUL DE TURNARE     

Figura 1. Casting Tehnologie Progression

  

Versiunea cererile inițiale ale paletelor turbinelor turnate superaliaje paletele au fost turnate convenționale , equiax (EQ) aliaje. piese turnate Equiax sunt utilizate în majoritatea aplicațiilor, inclusiv statice și piese rotative, roți integrale și componentele structurale. Cerințe de proprietate includ fluaj la temperaturi ridicate și rezistență la oboseală, ductilitate și sudabilitate atât pentru fabricarea și repararea.

Versiunea introducerea pieselor turnate, produse de solidificare dirijată cu grăunți columnari paralel cu direcția de încărcare de stres ridicat de piese rotative (figura 1) [1]. Aceste piese turnate realizate câștiguri semnificative în târî \\ putereanrupture și viața LCF datorită eliminării limitelor grăunților transversal față de axa de încărcare de stres ridicat și microporozitate care rezultă din lent solidificare în mișcare față inerente în DS

Technology redusă . DS aliaje sunt specificate în mod tipic pentru aplicații rotative parțiale, cum ar fi lame etapă cu turbină 2 și 3, wher-101; aliaje EQnu asigură rezistență la fluaj adecvat. &#A extinderea în continuare a DS turnare tehnologie a fost introducerea proceselor monocristaline, de pionierat PrattWhitney aeronave [2], care a eliminat toate limitele granulei și, în consecință,necesitatea unor elemente de întărire de cereale graniță, cum ar fi C, B, și Zr Hf. Deoarece aceste elemente sunt de topire de scădere a punctului, capacitatea de temperatură a aliajelor SX a fost îmbunătățit în mod semnificativ. aliaje monocristaline sunt folosite în cele mai solicitante de stres ridicat

aplicații ale motorului cu temperaturi ridicate, cum ar fi lamele și paletele turbinelor cu etapa 1 și componentele Combustor. Beneficiile turnate SX includ creeprupture îmbunătățită, oboseală, oxidare și proprietăți de acoperire, având ca rezultat performanțe superioare a motorului turbinei și durabilitate [2

6]. În plus, aliajele cristalelor singulare păstrează o fracțiune mai mare a vieții lor groase secțiune ruptură ca grosimea peretelui este redusă (Figura 2) [7].

&/Figure 2. Ruptură specimen vs. viață grosime arătând beneficiul piese turnate SX peste DS-eq

/

ADVANCED superaliaj mATERIALE
materiale superaliaj

Advanced au fost introduse pentru a răspundenevoilor industriei de proprietăți îmbunătățite din aliaj. Equiax aliaje CM 939 Weldable®, CM 247 LC® și CM 681 LC®, DS aliaje CM 247 LC și CM 186 LC® și SX aliaj CMSX

4® sunt reprezentative pentru aceste îmbunătățiri.

-CM 939 Weldable® Alloy

în 939 aliaj (tabelul 1 [8]) a fost dezvoltat la sfârșitul anilor 1960 de către Compania Internațională denichel. Acest crom 22% (Cr), aliaj rezistent la coroziune la cald a văzut aplicarea pe scară largă pe piața turbinei cu gaz industrial (IGT) pentru paletele echiaxiali, segmente și duze arzătorului. Cu toate acestea, la 939 de piese turnate sunt dificil de reparat sudură din cauza ductilitate marginale și asociate din aliaj de design chimie.

Ca urmare a acestor dificultăți, Cannon

Muskegon a dezvoltat o versiune modificată a IN 939 aliaj pentru îmbunătățirea sudabilitate repararea și proprietăți mecanice, cu accent pe aliaj ductilitate. O chimie obiectiv optimizat a fost conceput cu redus semnificativ Al, Ti, Ta și Cb (și, în consecință, cu volum mai mic fracție primară gama de fază), comparativ cu IN standardul 939, B optimizat, Zr și conținutul de C și dramatic îmbunătățit din aliaj de puritate pentru S, P, N, O și si. Această compoziție de proprietate a fost desemnată CM 939 aliaj sudabile.