CZ20003642A3 - Vysoce legovaná navařovací slitina a opravená součástka turbiny - Google Patents

Vysoce legovaná navařovací slitina a opravená součástka turbiny Download PDF

Info

Publication number
CZ20003642A3
CZ20003642A3 CZ20003642A CZ20003642A CZ20003642A3 CZ 20003642 A3 CZ20003642 A3 CZ 20003642A3 CZ 20003642 A CZ20003642 A CZ 20003642A CZ 20003642 A CZ20003642 A CZ 20003642A CZ 20003642 A3 CZ20003642 A3 CZ 20003642A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
alloy
turbine
repaired
alloys
blade
Prior art date
Application number
CZ20003642A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ300494B6 (cs
Inventor
Charles Gitahi Mukira
Melvin Robert Jackson
Aaron Todd Frost
Adrian Maurice Beltran
Original Assignee
General Electric Company
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Company filed Critical General Electric Company
Publication of CZ20003642A3 publication Critical patent/CZ20003642A3/cs
Publication of CZ300494B6 publication Critical patent/CZ300494B6/cs

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/055—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 20% but less than 30%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/30—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with cobalt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3033—Ni as the principal constituent
    • B23K35/304—Ni as the principal constituent with Cr as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3061—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers by welding, brazing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/90—Alloys not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2200/00—Mathematical features
    • F05D2200/10—Basic functions
    • F05D2200/11—Sum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/23—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/80—Repairing, retrofitting or upgrading methods
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/49318—Repairing or disassembling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/49336—Blade making
    • Y10T29/49337—Composite blade
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771—Transition metal-base component
    • Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12944—Ni-base component

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

Vysoce legovaná navařovací slitina a opravená součástka turbiny
Oblast techniky
Vynález se týká součástek turbin. Zejména se týká vysoce legované navařovací slitiny a opravené součástky turbiny, používající vysoce legovanou navařovací slitinu.
Dosavadní stav techniky
Účinnost plynových turbin závisí zčásti na míře úniku spalin netěsnostmi mezi lopatkami a přilehlou věncovou nebo bandážovou částí turbiny na statoru. Pro minimalizování mezery jsou konce lopatek zpravidla podrobovány přesnému obrábění. Vzhledem k tolerancím obrábění, rozdílům mezi součástkami vyplývajících z tepelné roztažnosti, a dynamickým účinkům, dochází v typickém případě k určitému tření mezi konci lopatek a věncovou nebo bandážovou částí turbiny na statoru.
Vzhledem k třecímu dotyku, jako po prodloužené době provozu, je základní materiál lopatky obnažován, což zpravidla vede ke korozi a/nebo oxidaci lopatky. Prodloužená koroze a oxidace vede ke zvýšeným netěsnostem mezi lopatkou a přilehlou věncovou nebo bandážovou částí turbiny na statoru a k výsledné ztrátě účinnosti. Bylo až dosud běžné opotřebované součástky opravovat, a to jako nákladově efektivní alternativa vůči výměně, a to s ohledem na relativně vysoké náklady částí turbiny, jako jsou lopatky. Při běžných způsobech oprav se používá navařovací drát vytvořený ze svařitelné vysoce legované slitiny, v rekonstrukčním procesu obnovy lopatky do jejího geometrického tvaru, odpovídajícího původnímu tvaru nebo tvaru blízkého původnímu tvaru. Například * ·· · • ··
-2je možné použít navařovacího drátu z vysoce legované slitiny na bázi niklu v obloukovém navařovacím procesu s wolframovou elektrodou, a to násobnými průchody po oblasti konce lopatky z vysoce legované slitiny na bázi niklu. Po navařování se oblast konce obrábí.
I když existuje řada průmyslově dostupných navařovacích slitin pro opravy, existuje nadále poptávka po dalších zdokonalených navařovacích slitinách, zejména slitinách na bázi niklu pro součástky z vysoce legovaných slitin na bázi niklu. Z tohoto hlediska autoři zjistili potřebu vysoce legované slitiny na bázi niklu, která by měla zvýšenou tažnost za studená pro umožňování sváření při teplotě místnosti (t.j. bez předehřívání opravované součástky), dobrou odolnost proti oxidaci a potřebnou vysokou pevnost v tahu při vysokých teplotách a odolnost proti tečení.
Podstata vynálezu
Vynález přináší vysoce legovanou navařovací slitinu, zpevněnou vytvořením pevného roztoku, obsahující až okolo 10 hmotn.% Co, od okolo 18 do okolo 22 hmotn.% Cr, od okolo 0,2 do okolo 0,7 hmotn.% Al, od okolo 15 do okolo 28 hmotn.% úhrnného obsahu žárovzdorných prvků
až okolo 0,09 hmotn.% c,
až okolo 0,06 hmotn.% Zr,
až okolo 0,015 hmotn. % B,
od okolo 0,4 do okolo 1,2 hmotn.% Μη,
od okolo 0,2 do okolo 0,45 hmotn.% Si
a zbytek niklu.
• · · ·
-3Vynález dále přináší opravenou součástku turbiny, obsahující opravenou část a nedotčenou část. Opravená část má výše uvedené složení.
Vynález navrhuje opravenou součástku turbiny a navařovací slitinu pro opravování takových součástek. Součástka turbiny je v typickém případě tvořena vysoce legovanou slitinou, známou odolností při vysokých teplotách v podobě například vysoké pevnosti v tahu, odolnosti proti tečení, odolnosti proti oxidaci a odolnosti proti korozi. Součástka z vysoce legované slitiny je v typickém případě tvořena slitinou na bázi niklu, přičemž nikl je jediný prvek ve vysoce legované slitině, který má výrazně nejvyšší hmotnostní podíl. Příkladné vysoce legované slitiny na bázi niklu obsahují nejméně okolo 40 hmotn.% Ni a nejméně jednu složku ze skupiny sestávající z kobaltu, chrómu, hliníku, wolframu, molybdenu, titanu a železa. Příklady vysoce legovaných slitin na bázi niklu jsou označovány obchodními označeními InconelR, NimonicR, ReneR (např. ReneR80-, ReneR95, ReneR142 ϋ TR a Rene N5), a Udimet , a zahrnuji směrově ztuhle a jednokrystalové vysoce legované slitiny.
Tvar součástky turbiny může být různý a může se jednat o obložení spalovacích komor, klenby spalovacích komor, bandáže nebo věncové části, rotorové lopatky typu blade (angl.) a typu bucket (angl.), dýzy nebo statorové lopatky. Termíny lopatky typu blade a lopatky typu bucket se zde používají zaměnitelně. V typickém případě je lopatka typu blade otáčivý airfoil leteckého turbinového motoru a lopatka typu bucket je otáčivý airfoil pozemní turbiny • · · ·
-4na vyvíjení výkonu. V případě rotorové lopatky je opravovanou částí v typickém případě koncová část, která se opotřebovává v důsledku třecího dotyku s okolní bandážovou nebo věncovou částí na statoru. V případě dýzy nebo statorové lopatky je opravovanou oblastí v typickém případě náběžný (přední) okraj, který je vystaven opotřebení v důsledku vystavení plynům o vysoké teplotě, proudících velkou rychlostí. Navařovací slitina pro opravy může být použita samotná, jako přídavný (výplňový) materiál, nebo v kombinaci s vložkou, jako je obrysově tvarovaná deska nebo deskovítý útvar, která je navařena na místo určení podél náběžné hrany dýzy nebo lopatky.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr.l perspektivní pohled na opravenou turbinovou lopatku vysokotlakého stupně turbiny, obr.2 diagram znázorňující izotermní oxidaci různých slitin podle vynálezu a na trhu dostupné slitiny, při teplotě 1038°C (1900°F) a obr.3 diagram znázorňující izotermní oxidaci různých slitin podle vynálezu a na trhu dostupné slitiny, při teplotě 1O93°C (2000°F).
Příklady provedení vynálezu
Obr.l znázorňuje příklad opravovaného airfoilu, zejména rotorové lopatky typu bucket turbiny na vyvíjení výkonu. Lopatka obsahuje airfoilovou část 12 a nožkovou část 14 závěsu. Airfoilová část 12 má nedotčenou část 16 a opravovanou část 18. Před opravou se rotorová lopatka z turbiny vyjme a vyčistí se běžným způsobem pro odstranění nanesených ci-5-
zích materiálů, jakož i jakýchkoli produktů oxidace a koroze. Z oblasti blízké konci lopatky se sejme čištěný povlak, a konec lopatky se do blízkosti dutiny konce lopatky obrousí, a po té se provede oprava navařovacím postupem. V typickém případě se použije obloukového navařování s ochranou inertním plynem a s wolframovou elektrodou (TIG/WIG), i když mohou být použity i jiné navařovací postupy, jako obloukové navařování kovovou elektrodou s plynovou ochranou, odporové navařování, navařování elektronovým paprskem, navařování plazmatem a laserové svařování. Při svařování TIG/WIG se vyvíjí teplo mezi zpracovávaným předmětem, t.j. koncem rotorové lopatky 10 typu bucket v daném příkladě, a wolframovou elektrodou. Navařovací drát ze slitiny bázi niklu, mající výše uvedené složení, se použije jako výplňový (přídavný) kov. Provede se více průchodů okolo obvodu konce lopatky, čímž se konec lopatky rekonstruuje do přibližně původní geometrie. Opravovací proces se dokončí přídavným obráběním, jakož i jakýmikoli povlakovacími procesy (např. povlaky ve formě vrstvy překrývající podklad, difuzním povlakováním, povlaky vytvářející tepelnou bariéru, atd.) pro další ochranu lopatky.
Podle prvního provedení vynálezu obsahuje vysoce legovaná navařovací slitina, zpevněná vytvořením pevného roztoku, od okolo 10 do okolo 15 hmotn.% Co, od okolo 18 do okolo 22 hmotn.% Cr, od okolo 0,5 do okolo 1,3 hmotn.% Al, od okolo 3,5 do okolo 4,5 hmotn.% Ta, od okolo 1 do okolo 2 hmotn.% Mo, od okolo 13,5 do okolo 17,0 hmotn.% W, až okolo 0,08 hmotn.% C, až okolo 0,06 hmotn.% Zr, až okolo 0,015 hmotn.% B, od okolo 0,4 do okolo 1,2 hmotn.% Mn, od okolo 0,1 do okolo 0,3 hmotn.% Si a zbytek niklu. V případě kon• · · · • ··
-6krétní slitiny je uhlík přítomný v množství ne menším než okolo 0,02 hmotn.%, zirkonium je přítomné v množství ne menším než okolo 0,01 hmotn.% a bor je přítomný v množství ne menším než 0,005 hmotn.%. V přednostním provedení slitina obsahuje okolo 13,5 hmotn.% Co, okolo 20 hmotn.% Cr, okolo 0,8 hmotn.% Al, okolo 4 hmotn.% Ta, okolo 1,5 hmotn.% Mo, okolo 15,5 hmotn.% W, okolo 0,05 hmotn.% C, okolo 0,03 hmotn.% Zr, až okolo 0,01 hmotn.% B, okolo 0,7 hmotn.% Mn, okolo 0,2 hmotn.% Si a zbytek Ni. Slitina může obsahovat typické nečistoty.
Podle druhého provedení vynálezu obsahuje vysoce legovaná navařovací slitina, zpevněná vytvořením pevného roztoku, až okolo 10 hmotn.% Co, od okolo 18 do okolo 22 hmotn.% Cr, od okolo 0,2 do okolo 0,7 hmotn.% Al, od okolo 15 do okolo 28 hmotn.% souhrnu žárovzdorných prvků, až okolo 0,09 hmotn.% C, až okolo 0,06 hmotn.% Zr, až okolo 0,015 hmotn.% B, od okolo 0,4 do okolo 1,2 hmotn.% Mn, od okolo 0,2 do okolo 0,45 hmotn.% Si, a zbytek Ni. Žárovzdorné prvky se zpravidla volí ze skupiny Ta, Mo a W. V jednom příkladě zahrnují žárovzdorné prvky Mo a W, přičemž souhrn Mo a W je v rozmezí přibližně 16-20 hmotn.%. V přednostním provedení jsou žárovzdorné prvky tvořeny jen wolframem, přítomným v množství 17 až 19 hmotn.%. Podobně jako u prvního provedení obsahuje jeden konkrétní příklad druhého provedení uhlík v množství ne menším než okolo 0,02 hmotn.%, zirkonium v množství ne menším než okolo 0,01 hmotn.% a bor v množství ne menším než okolo 0,005 hmotn.%. Slitina může obsahovat typické nečistoty.
V konkrétním případě druhého provedení slitina obsa·«
-7huje okolo 21 hmotn.% Cr, okolo 0,4 hmotn.% Al, okolo 18 hmotn.% W, okolo 0,07 hmotn.% C, okolo 0,03 hmotn.% Zr, až okolo 0,01 hmotn.% B, okolo 0,7 hmotn.% Mn, okolo 0,35 hmotn.% Si a zbytek Ni. Druhé provedení zpravidla neobsahuje žádný lanthan, neboů tento prvek byl shledán jako ovlivňující nežádoucím způsobem vlastnosti slitiny. Slitiny podle druhého provedení tak zpravidla sestávají z výše uvedených složek, a jsou bez lanthanu.
Porovnání slitiny (A) podle prvního provedení vynálezu, několika slitin (B-H a J-M) podle druhého provedení vynálezu, a na trhu dostupné slitiny IN 625(X), je uvedeno
v následující tabulce. Slitiny J-M se liší od slitin B
dalšími obměnami obsahu Co a Mn.
TABULKA
Vzorek Ni Co Cr Al Ti Ta Nb
A 43,89 13,55 19,68 0,83 4,16
B 57,51 0,00 20,75 0,41 6,67
D 59,06 0,00 21,05 0,41 0,00
E 52,73 0,00 19,98 0,41 6,42
F 57,40 0,00 20,82 0,42 3,34
G 54,37 0,00 20,13 0,41 6,47
H 55,76 0,00 20,59 0,41 6,61
X 62,95 21,50 0,20 0,20 3,60
J 51,09 9,34 21,60 0,42
K 60,42 0,00 21,61 0,42
L 51,43 9,34 21,60 0,42
M 60,75 0,00 21,61 0,42
• ···♦♦· • · · · · · • · · · · · · · · *
Vzorek Mo W Fe C Zr B Mn Si
A 1,47 15,50 0,05 0,03 0,01 0,67 0 ,17
B 0,00 13,55 0,06 0,03 0,01 0,67 0 ,35
D 0,00 18,33 0,07 0,03 0,01 0,70 0 ,35
E 1,98 17,39 0,06 0,03 0,01 0,65 0 ,35
F 1,03 15,85 0,06 0,03 0,01 0,70 0 ,35
G 0,00 17,52 0,06 0,03 0,01 0,66 0 ,35
H 2,05 13,44 0,06 0,03 0,01 0,70 0 ,35
X 9,00 2,50 0,05
J 16,03 0,07 0,03 0,01 1,05 0 , 36
K 16,04 0,07 0,03 0,01 1,05 0 ,36
L 16,03 0,07 0,03 0,01 0,72 0 ,36
M 16,03 0,07 0,03 0,01 0,72 0 ,36
Navařovací slitiny podle provedení vynálezu jsou buď odlévány, s podrobením směrovému tuhnutí (DS-directionally solidified), do obdélníkových ingotů o velikosti 15 cm x 3 cm x 1 cm, nebo ze protlačují za tepla na tyče o průměru okolo 2 cm. Po té se vytvoří elektrojiskrovým obráběním (EDM-electro discharge machining) oxidační trny a podrobí se izotermnímu oxidačnímu zpracování. Výsledky pro vybrané slitiny jsou uvedeny na obr.2 a 3. Osa y, na níž je vynesena změna hmotnosti, představuje míru oxidace. Hmotnosti vzorků byly pravidelně měřeny v průběhu zpracování (přibližně jednou denně). Jak je zřetelně patrné z grafů, vykazují slitiny podle provedení dle vynálezu ve srovnání s běžně dostupnou slitinou X zřetelně vyšší odolnost proti oxidaci. Při vystavení teplotě 1038°C (1900°F) pro dobu 600 hodin ztrácejí
-9slitiny A a D méně než 40 mg/cm2, konkrétněji méně než 30 mg/cm2 v důsledku oxidace. Konkrétně ztrácí slitina D méně než 10 mg/cm2 při stejných podmínkách.
Navařovací slitiny byly testovány na životnost do lomu u směrově ztuhlých vzorků. Směrové ztuhnutí bylo provedeno u některých slitin pro eliminaci účinku odlišných struktur zrn. Jiné byly deformovány za tepla pro vytvoření zdravých jemnozrnných stejnoosých struktur. Slitina A vykazovala přibližně trojnásobné zlepšení životnosti do lomu při teplotě 1093°C (2000°F), 206,6 MPa (3 ksi). Slitina D vykazovala větší než čtyřnásobné zlepšení v životnosti do lomu vůči slitině X. Podobné výsledky byly vykazovány také u dalších slitin podle provedení vynálezu.
Některé navařovací slitiny podle provedení vynálezu byly také podrobeny zkoušce tupých svarů. V tomto případě byly slitiny použity jako přídavný materiál při svařování TIG/WIG mezi dvěma deskami z vysoce legované slitiny na bázi niklu. Srovnávací zkoušky ukázaly, že slitina A vykazovala přibližně 30% zvýšení životnosti do lomu vůči běžně dostupné slitině IN 617, při teplotě 1093°C (2000°F) a 20,68 MPa (3 ksi), a zvýšení životnosti do lomu o 600% vzhledem ke slitině IN 617 při teplotě 1038°C (1900°F) a 34,47 MPa (5 ksi). Podobně vykazovala slitina D přibližně 40%-ní zvýšení životnosti do lomu vůči slitině IN 617 při teplotě 1093°C (2000°F) a 20,68 MPa (3 ksi), a 35%-ní zvýšení životnosti do lomu vůči slitině IN 617 při teplotě 1038°C (1900°F) a 34,47 MPa (5 ksi). Výše uvedené výsledky demonstrují, že slitiny mají dostatečné vlastnosti z hlediska odolnosti proti tečení pro potřeby oprav konců lopatek.
• *♦ · • ·» ::
-10Dále prokazují zkoušky pevnosti v tahu při teplotě místnosti, že slitiny mají dostatečnou mez kluzu, mez pevnosti v tahu a dostatečné vlastnosti z hlediska tažnosti, takže jsou snadno svařitelné při teplotě místnosti. To znamená, že slitiny vykazují potřebnou tažnost při teplotě místnosti. Slitiny mají zpravidla mez kluzu nejméně okolo 275,8 MPa (40 ksi) a mez pevnosti v tahu nejméně okolo 517,11 MPa (75 ksi), v typickém případě nejméně 551,82 MPa až 620,53 MPa (80 až 90 ksi). Dále ukazují zkoušky v tahu při vysokých teplotách, že slitiny mají dostatečnou pevnost v tahu pro účely použití pro opravu konců lopatek, přičemž slitiny vykazují pevnost v tahu přibližně 137,36 MPa až 172,37 MPa (20 až 25 ksi) při 982,2°C (1800°F).
Vynález tak přináší slitiny, zpevněné vytvořením pevného roztoku, které mají potřebnou svařitelnost při teplotě místnosti, pevnost při vysokých teplotách, dobré vlastnosti z hlediska lomu při tečení při vysokých teplotách a odolnost proti oxidaci při vysokých teplotách. I když byla popsána konkrétní provedení vynálezu, rozumí se, že odborníci v oboru mohou provést jejich obměny, které stále spadají do rozsahu připojených patentových nároků.

Claims (12)

1. Vysoce legovaná navařovací slitina, zpevněná vytvořením pevného roztoku, sestávající v podstatě z až okolo 10 hmotn.% Co, od okolo 18 do okolo 22 hmotn.% Cr, od okolo 0,2 do okolo 0,7 hmotn.% Al, od okolo 15 do okolo 28 hmotn.% úhrnného obsahu žárovzdorných prvků až okolo 0,09 hmotn.% C, až okolo 0,06 hmotn.% Zr, až okolo 0,015 hmotn.% B, od okolo 0,4 do okolo 1,2 hmotn.% Mn, od okolo 0,2 do okolo 0,45 hmotn.% Si a zbytek niklu a typických nečistot.
2. Slitina podle nároku 1, vyznačená tím, že žárovzdorné prvky zahrnují Ta, Mo a W.
3. Slitina podle nároku 1, vyznačená tím, že žárovzdorné prvky obsahují Mo a W, přičemž úhrn Mo a W je v rozmezí od okolo 16 do okolo 20 hmotn.%.
4. Slitina podle nároku 1, vyznačená tím, že žárovzdorné prvky obsahují W, přítomný v množství od okolo 16 do okolo 19 hmotn.%.
5. Slitina podle nároku 4, vyznačená tím, že uhlík je přítomný v podílu ne menším než okolo 0,02 hmotn.% a zirkonium je přítomné v množství ne menším než okolo 0,005 hmotn.%.
•
9 9 99
9 9 9
9 9
99 9 999
-12• ·· 99
9 9 9 9 9 9
9 9 9 9 9
9 9 9 ·9 9
9 9 9 9 9
6. Slitina podle nároku 5, vyznačená tím, že sestává v podstatě z přibližně 21 hmotn.% Cr, přibližně 0,4 hmotn.% Al, přibližně 18 hmotn.% W, přibližně 0,07 hmotn.% C, přibližně 0,03 hmotn.% Zr, až okolo 0,01 hmotn.% B, přibližně 0,7 hmotn.% Mn, přibližně 0,35 hmotn.% Si a zbytek Ni a typických nečistot.
7. Opravená součástka turbiny, obsahující nedotčenou část a opravenou část, přičemž opravená část v podstatě sestává z od okolo 0 do okolo 10 hmotn.% Co, od okolo 18 do okolo 22 hmotn.% Cr, od okolo 0,2 do okolo 0,7 hmotn.% Al, od okolo 15 do okolo 28 úhrnného obsahu žárovzdorných prvků, až okolo 0,09 hmotn.% C, až okolo 0,06 hmotn.% Zr, až okolo 0,015 hmotn.% B, od okolo 0,4 do okolo 1,2 hmotn.% Mn, od okolo 0,2 do okolo 0,45 hmotn.% Si, a zbytek niklu a typických nečistot.
8.
částka je
Součástka airfoil, a podle nároku 7, vyznačená tím, že souopravená část je koncová část airfoilu.
9. Součástka podle nároku 8, vyznačená tím, že air-13-
9 1 9 * • 9*9 9 9 99 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9
• 9
9 ·
9*
9 9 foil je lopatka, typu bucket, turbiny zařízení na vyvíjení výkonu.
10. Součástka podle nároku 8, vyznačená tím, že airfoil je lopatka, typu blade, turbiny leteckého motoru.
11. Součástka podle nároku 7, vyznačená tím, že součástka je dýza nebo statorová lopatka turbiny.
12. Součástka podle nároku 7, vyznačená tím, že opravená část je umístěna podél náběžné okrajové části dýzy nebo statorové lopatky.
CZ20003642A 1999-10-04 2000-10-03 Vysoce legovaná navarovací slitina a opravená soucástka turbíny CZ300494B6 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/411,103 US6302649B1 (en) 1999-10-04 1999-10-04 Superalloy weld composition and repaired turbine engine component

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ20003642A3 true CZ20003642A3 (cs) 2002-06-12
CZ300494B6 CZ300494B6 (cs) 2009-06-03

Family

ID=23627571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20003642A CZ300494B6 (cs) 1999-10-04 2000-10-03 Vysoce legovaná navarovací slitina a opravená soucástka turbíny

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6302649B1 (cs)
EP (1) EP1090710B1 (cs)
JP (1) JP2001158929A (cs)
KR (1) KR100757549B1 (cs)
CZ (1) CZ300494B6 (cs)
DE (1) DE60028150T2 (cs)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6464128B1 (en) * 1999-05-28 2002-10-15 General Electric Company Braze repair of a gas turbine engine stationary shroud
US6354799B1 (en) * 1999-10-04 2002-03-12 General Electric Company Superalloy weld composition and repaired turbine engine component
JP2003065068A (ja) * 2001-08-29 2003-03-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービン翼頂部の加工孔閉塞方法
US6696176B2 (en) 2002-03-06 2004-02-24 Siemens Westinghouse Power Corporation Superalloy material with improved weldability
US7416697B2 (en) 2002-06-14 2008-08-26 General Electric Company Method for preparing a metallic article having an other additive constituent, without any melting
US7727462B2 (en) * 2002-12-23 2010-06-01 General Electric Company Method for meltless manufacturing of rod, and its use as a welding rod
US6964557B2 (en) * 2003-02-03 2005-11-15 General Electric Company Methods and apparatus for coupling a component to a turbine engine blade
US6933459B2 (en) * 2003-02-03 2005-08-23 General Electric Company Methods and apparatus for fabricating a turbine engine blade
US7009137B2 (en) * 2003-03-27 2006-03-07 Honeywell International, Inc. Laser powder fusion repair of Z-notches with nickel based superalloy powder
US20050139581A1 (en) * 2003-12-24 2005-06-30 Yiping Hu High-strength superalloy joining method for repairing turbine blades
US7531021B2 (en) 2004-11-12 2009-05-12 General Electric Company Article having a dispersion of ultrafine titanium boride particles in a titanium-base matrix
US20060219330A1 (en) * 2005-03-29 2006-10-05 Honeywell International, Inc. Nickel-based superalloy and methods for repairing gas turbine components
JP4546318B2 (ja) * 2005-04-15 2010-09-15 株式会社日立製作所 Ｎｉ基合金部材とその製造法及びタービンエンジン部品並びに溶接材料とその製造法
US20070039176A1 (en) * 2005-08-01 2007-02-22 Kelly Thomas J Method for restoring portion of turbine component
JP5201708B2 (ja) 2006-04-14 2013-06-05 三菱マテリアル株式会社 Ｎｉ基耐熱合金溶接用ワイヤー
US8618440B2 (en) * 2007-01-04 2013-12-31 Siemens Energy, Inc. Sprayed weld strip for improved weldability
US20080164301A1 (en) * 2007-01-10 2008-07-10 General Electric Company High temperature laser welding
JP4417977B2 (ja) * 2007-04-25 2010-02-17 株式会社日立製作所 ガスタービン翼およびその製造方法
JP5248197B2 (ja) * 2008-05-21 2013-07-31 株式会社東芝 Ｎｉ基鋳造合金およびそれを材料とする蒸気タービン用鋳造部品
US8726501B2 (en) * 2009-08-31 2014-05-20 General Electric Company Method of welding single crystal turbine blade tips with an oxidation-resistant filler material
US20110062220A1 (en) * 2009-09-15 2011-03-17 General Electric Company Superalloy composition and method of forming a turbine engine component
US8652650B2 (en) * 2009-10-22 2014-02-18 Honeywell International Inc. Platinum-modified nickel-based superalloys, methods of repairing turbine engine components, and turbine engine components
JP5618643B2 (ja) * 2010-06-14 2014-11-05 株式会社東芝 ガスタービン動翼の補修方法およびガスタービン動翼
US8956700B2 (en) 2011-10-19 2015-02-17 General Electric Company Method for adhering a coating to a substrate structure
SG11201506773UA (en) 2013-02-28 2015-09-29 United Technologies Corp System and method low heat weld
EP3096920A4 (en) * 2014-01-24 2017-03-01 United Technologies Corporation Additive repair for combustor liner panels
JP6396574B2 (ja) * 2014-04-04 2018-09-26 スペシャル メタルズ コーポレーションＳｐｅｃｉａｌ Ｍｅｔａｌｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 高強度Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｗ−Ｎｂ−Ｔｉ溶接用生成物、溶接方法およびこれを使用する溶着物
US20160144461A1 (en) * 2014-11-21 2016-05-26 Huntington Alloys Corporation Ni-Cr-Mo-Ta-Nb Welding Filler Metals, Welding Filler Metal Consumables, Weld Deposits, Methods of Making Weld Deposits, and Weldments Thereof
US9987708B2 (en) 2015-03-02 2018-06-05 United Technologies Corporation Automated weld repair of combustor liners
DE102017129218A1 (de) * 2017-12-08 2019-06-13 Vdm Metals International Gmbh Schweisszusatzwerkstoff
US11939884B2 (en) * 2019-07-30 2024-03-26 Siemens Energy, Inc. System and method for repairing high-temperature gas turbine blades
JP7669609B2 (ja) * 2020-06-24 2025-04-30 日光金属株式会社 ニッケル基耐熱鋳造合金、それを用いた真空浸炭炉用部材及び焼却炉火格子

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3650734A (en) 1969-06-16 1972-03-21 Cyclops Corp Wrought welding alloys
US3668023A (en) 1969-06-20 1972-06-06 Peshotan Sohrab Kotval Tantalum-containing precipitation-strengthened nickel-base alloy
JPS5118210A (ja) * 1974-08-05 1976-02-13 Nippon Steel Corp Yosetsukozoyotainetsugokin
JPS5335620A (en) * 1976-09-16 1978-04-03 Mitsubishi Metal Corp Heat-resisting ni base cast alloy
US4117179A (en) * 1976-11-04 1978-09-26 General Electric Company Oxidation corrosion resistant superalloys and coatings
JPS5582737A (en) 1978-12-15 1980-06-21 Hitachi Ltd Gas turbine nozzle material
DE3401711A1 (de) * 1984-01-19 1985-07-25 VEB Edelstahlwerk 8. Mai 1945 Freital, DDR 8210 Freital Verfahren zur herstellung hochwarmfester nickellegierungen im elektronenstrahlofen
JPS60238442A (ja) * 1984-05-14 1985-11-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 耐熱耐食合金
US4750954A (en) * 1986-09-12 1988-06-14 Inco Alloys International, Inc. High temperature nickel base alloy with improved stability
US5078963A (en) 1990-02-14 1992-01-07 Mallen Ted A Method of preventing fires in engine and exhaust systems using high nickel mallen alloy
JPH07300643A (ja) * 1994-04-27 1995-11-14 Toshiba Corp 耐熱鋳造Ｃｏ基合金
JP3580441B2 (ja) 1994-07-19 2004-10-20 日立金属株式会社 Ｎｉ基超耐熱合金
CZ293486B6 (cs) * 1994-08-24 2004-05-12 Ericksonágaryál Vysoce legovaná slitina na bázi niklu s vysokou odolností proti korozi za horkaŹ monokrystalický výrobek a monokrystalický odlitek
JP3485980B2 (ja) * 1994-10-03 2004-01-13 Ｊｆｅスチール株式会社 ボイラ−用溶接クラッド鋼管の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE60028150T2 (de) 2007-03-08
US6302649B1 (en) 2001-10-16
KR20010039978A (ko) 2001-05-15
CZ300494B6 (cs) 2009-06-03
EP1090710A1 (en) 2001-04-11
JP2001158929A (ja) 2001-06-12
KR100757549B1 (ko) 2007-09-10
EP1090710B1 (en) 2006-05-24
DE60028150D1 (de) 2006-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ20003642A3 (cs) Vysoce legovaná navařovací slitina a opravená součástka turbiny
JP4731002B2 (ja) 超合金溶接組成物及び補修タービンエンジン部品
CN106563929B (zh) 修复和制造涡轮发动机部件的方法及涡轮发动机部件
US5622638A (en) Method for forming an environmentally resistant blade tip
US5395584A (en) Nickel-base superalloy compositions
RU2505616C2 (ru) Сварочный присадочный материал, применение сварочного присадочного материала и конструктивный элемент
JP3842717B2 (ja) 溶接材料、溶接構造物、ガスタービン動翼及びガスタービン動翼又は静翼の補修方法
JP3629920B2 (ja) ガスタービン用ノズル，発電用ガスタービン，Ｃｏ基合金及び溶接材料
JP4318140B2 (ja) プラズマ移行性アーク溶接を使用してガスタービンエンジンの固定シュラウドを修理する方法
US5902421A (en) Nickel-base braze material
US7915566B2 (en) Weld filler, use of the weld filler and welding process
US6468367B1 (en) Superalloy weld composition and repaired turbine engine component
EP2298489A1 (en) Superalloy composition and method of forming a turbine engine component
JP2006188760A (ja) ニッケル基超合金の補修方法、補修のための予備成形体並びにこれにより補修された構成要素
EP0457503A1 (en) Brazing alloys and method of use
US6565680B1 (en) Superalloy weld composition and repaired turbine engine component
JP2018168851A (ja) 拡散合金インサートを用いた難溶接超合金部品のロウ付け構造補修
EP4347176A2 (en) A nickel based superalloy weld filler
KR102775187B1 (ko) 복합 팁 붕소계 사전 소결된 프리폼을 사용하는 터빈 컴포넌트의 팁 수리
Frederick et al. Laser Weld Repair of Service Exposed IN738 and GTD111 Buckets
Stephenson Paper 10: Cast High Temperature Materials

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20111003