Konference JuveMatter 2011
Využítí niklových superslitin – příklady výzkumu a výroby v ČR Klepnutím lze upravit styl předlohy podnadpisů. Jiří ZÝKA UJP PRAHA, a. s.
Úvod
Niklové superslitiny – zvláštní třída kovových materiálů (kompozit) - pevnost, odolnost proti tečení za vysokých teplot přes 1000ºC - odolnost proti vysokoteplotní oxidaci a korozi - vysoká hustota – pomalu nahrazovány intermetaliky TiAl Využití – letecké a raketové motory, plynové turbíny, chemický průmysl, jaderné elektrárny Zpracování – tvářením - přesným litím - práškovou metalurgií
2
Lité niklové superslitiny
Monokrystalické, vyrobené usměrněným tuhnutím, polykrystalické 3
Mikrostruktura litých Ni slitin
Hlavní fáze – matrice γ FCC, γ’ FCC Ni3(Al,Ti), karbidy MC, M23 C6 a M6C, γ’ ’ BCT Ni3(Nb), TCP fáze – sigma, eta 4
Mechanismy zpevnění litých Ni slitin
precipitace γ‘, precipitace karbidů, zpevnění tuhého roztoku, zpevnění hranic zrn
precipitace γ‘ – Vv – 60%, Ø –0,5μm atypické chování, protínání a obcházení precipitátů dislokacemi 5
DS – usměrněné tuhnutí
7
monokrystaly
8
Chemické složení
9
Chemické složení monokrystal. slitin
1. Generace – jak DS bez Zr, B, Hf, C 2. Generace – přídavek Re 3hm% 3. Generace – přídavek Re 6hm% 4. Generace – přídavek Re 5hm% + Ru 2hm% 5. Generace - přídavek Re 5hm% + Ru 6hm% + Mo Klesá podíl Cr, roste podíl prvků s vysokým bodem tání (W+Ta+Re+Mo) Re – zpevňuje tuhý roztok Ru – zlepšuje fázovou stabilitu, zamezuje tvorbě TCP fází
10
Tepelné zpracování
HIP (Hot Isostatic Pressing) – eliminace licích vad Rozpouštěcí žíhání – homogenizace chemického složení, rozpouštění fáze γ‘, příp. dalších fází Vytvrzovací žíhání – dosažení optimálního rozložení a velikosti částic fáze γ‘
Předepsané tepelné zpracování slitiny MAR M 247 RŽ1200°C/2h + VŽ 870°C/24h. HIPování -1200°C/4h a tlaku 103MPa.
11
Výzkum
Cíle výzkumu – odolnost proti tečení, vysoká pevnost, strukturní stabilita, korozní odolnost, únavová odolnost (LCF, HCF, creep) Pomocí – chem. složení, tepelného zpracování ČR – Výzkum – UFM AV ČR Brno – monokrystalické UJP PRAHA, VŠB, CVUT - polykrystalické ČR – výroba – PCS (dříve Walter Jinonice) pro GE AE – polykrystalické slitiny René (GE) PBS – Velká Bíteš – polykrystalické slitiny Inconel 713LC, IN 738LC, IN792, MAR-M-247 – turbodmychadla, integrálně litá turbínová kola, turbínové lopatky – dle požadavku zákazníka Sklářské licí hlavy – vlastní vývoj – slitina 141I 12
Výzkum v UJP PRAHA a.s. pro PBS VB a.s.
Ověřování mechanických vlastností a režimu tepelného zpracování Zjišťování vlivu změn technologie (licí teplota, teplota skořepiny, způsob izolace atp.) Zjišťování dlouhodobé stability struktury a mechanických vlastností za vysokých teplot (až 10000h/900ºC) Řešení neshod, reklamací
13
odlitky lopatek M 40.
Způsob nalepení voskových modelů na vtok
vytavená keramická forma
způsob balení keramické formy
lopatky 1. řady rotor 10MW – materiál MARM-247
738LC
lopatky 2. řady rotor 10 MW – materiál IN
Příklad chem. Složení lité Ni slitiny
Slitina MAR M 247 Koncentrace prvků v % hm Ni
Co
W
Cr
Al
Ta
Zb.
10
10
8,25
5,5
3
Hf
Ti
Mo
C
Zr
B
1,5
1
0,7
0,15
0,05
0,02
17
Mikrostruktura slitiny MAR M 247
21
Fraktografická analýza
20
DTA analysis of the 718Plus alloy
Fig. 4 Evaluated DTA curves of 718 Plus alloy. DTA analysis carried by VŠB-TUO in Ostrava [4].
Table 2 Transformation temperatures of 718 Plus alloy at 0 (calculated) heating rate
22
zpevnění
Strength versus Temperature Ordinary slip in both γ and γ' occurs on the {111}<110>. If slip was confined to these planes at all temperatures then the strength would decrease as the temperature is raised. However, there is a tendency for dislocations in γ' to cross-slip on to the {100} planes where they have a lower anti-phase domain boundary energy. This is because the energy decreases with temperature. Situations arise where the extended dislocation is then partly on the close-packed plane and partly on the cube plane. Such a dislocation becomes locked, leading to an increase in strength. The strength only decreases beyond about 600oC whence the thermal activation is sufficiently violent to allow the dislocations to overcome the obstacles. 6
