CZ290913B6 - Monokrystalická vysoce legovaná slitina na niklové bázi - Google Patents

Abstract

Vysoce legovan slitina na b zi niklu obsahuje v % hmotnostn ch: 5,0 a 7,0 % rhenia; 1,8 a 4,0 % chromu; 1,5 a 9,0 % kobaltu; 7,0 a 10,0 % tantalu; 3,5 a 7,5 % wolframu; 5,0 a 7,0 % hlin ku; 0,1 a 1,2 % titanu; 0,25 a 2,0 % molybdenu, a 0,5 % niobu; 0,15 % hafnia, zbytek nikl a obvykl doprovodn ne istoty, p°i em slitina vykazuje f zov stabiliza n slo N.sub.V3B.n. men ne 2,10.\

Description

Monokrystalická vysoce legovaná slitina na niklové bázi

Oblast techniky

Vynález se vztahuje k monokrystalickým \ysoce legovaným slitinám na niklové bázi, přesněji s těmto slitinám a s nich vyráběných součástkám do motorů zdokonalených plynových turbin pracujících v podmínkách vysokého tlaku a teploty.

Pokroky minutých let dosažené v teplotním a tlakové odolnosti kovů monokrystalických součástech jsou výsledkem pokračujícího vývoje monokrystalických vysoce legovaných slitin. Dále jsou výsledkem zdokonalení použitých postupů a použití strojních technologií. Mezi součástky z těchto slitin patří listy a lopatky stacionárních turbin, které se nacházejí v horkých úsecích motorů plynových turbin. Avšak trendy návrhů motorů plynových turbin byly v uplynulých desetiletích stále stejné. Tyto cíle v sobě zahrnují snahu po zvýšení pracovní teploty motoru, rotační rychlosti poměrného tahu, výhřevnosti paliva a po trvanlivosti a spolehlivosti součástek motorů.

Dosavadní stav techniky

Základní technologie slitin pro odlévání monokrystalických komponentů byla popsána v amerických patentech US 3 494 709; US 4 116 723; a US 4 209 348. Z vývoje vzešla první generace vysoce legovaných slitin na niklové bázi, které byly materiálově lepší než slitiny ve výše zmiňovaných patentech. První generace niklových vysoce legovaných slitin však neobsahovala rhenium. Příklady takových slitin jsou známé pod obchodními značkami jako slitiny CMSX-2 a CMSX-3 vyráběné korporací Cannon-Muskegon. Znaky současného použití jsou popsány v americkém patentu US 4 582 548.

Další vývoj završila druhá generace vysoce legovaných slitin na niklové bázi se zlepšenou pevností při tečení a rychlostí tečení. Tyto slitiny druhé generace mají nízký obsah rhenia ve výše 3 hmotnostních %. Příklad takovéto slitiny druhé generace je popsán v americkém patentu US 4 643 782. Tento patent popisuje slitinu s obchodním označením CMSX-4, která má specifické složení na niklové bázi s obsahem rhenia v oblasti od 2,8 do 3,2 hmotnostních %. Tento současný vynález představuje další generaci vysoce legovaných slitin na niklové bázi, které mají celkový vyšší obsah žáruvzdorných složek /W + Re + Mo + Ta/ a zlepšené mechanické vlastnosti.

Vyráběné monokrystalické součástky mají nízko-modulovou /001/ krystalografickou směrovou paralelu k endritickému růstovému vzoru složky nebo k ose dislokace s listovém uspořádání.

Středově centrované kubické monokrystaly vysoce legovaných slitin rostoucí ve směru /001/ vykazují extrémně vysokou odolnost proti tepelné únavě ve srovnání s běžně odlévanými součástkami. Protože tyto monokrystalické součástky nemají ohraničení krystalů, je dosažitelný typ slitiny bez upevňovačů krystalických hranic jako jsou uhlík, bór, zirkonium. Protože tyto prvky působí jako snižující faktory teploty tání slitiny, jejich redukce poskytuje větší potenciál pro dosažení pevnosti při vysokých teplotách vzhledem k tomu, že lze dosáhnout kompletnějšího gamma primárního roztoku a mikrostrukturální homogenizace ve vztahu k přímo utuhlému sloupcovitému krystalu a ve vztahu ke konvenčně odlévaným materiálům. Jejich snížení umožňují vyšší počáteční teplotu tání.

Tato zdokonalení postupu se samozřejmě neuplatní, pokud není přejat postup podle vzoru multifasetových slitin. Slitiny musí být projektovány tak, aby se vyloučila tendence ke tvoření tavících defektů jako jsou skvrny, úštěpky, rušivé krystaly a rekrystalizace. Navíc musí slitiny vykazovat příslušné okno při tepelném zpracování /číselný rozdíl mezi homogenizací a původní

-1 CZ 290913 B6 teplotou tání/, aby byla umožněna téměř úplná homogenizace slitiny. Současně by kompoziční vyrovnanost slitiny měla být navržena tak, aby vznikl příslušný druh slitiny se strojírenskými vlastnostmi nutnými pro práci motorů plynových turbin. Vybrané vlastnosti techniky obecně považované za důležité u motorů plynových turbin zahrnují: zvýšenou teplotní mez pevnosti při tečení, termomechanickou odolnost proti únavě materiálu, odolnost proti rázům a teplotní korozi a odolnost proti oxidaci.

Projektant slitiny se může pokusit zlepšit jednu nebo dvě z těchto vlastností úpravou kompoziční vyrovnanosti již známých vysoce legovaných slitin. Je však velmi obtížné zlepšit více než jednu nebo dvě z navrhovaných vlastností aniž by nebyly významně či dokonce vážně ovlivněny k horšímu vlastnosti ostatní. Z tohoto vynálezu vzešla unikátní vysoce legovaná slitina má vynikající užitkové vlastnosti při výrobě monokrystalických součástek určených pro práci motorů plynových turbin v teplotních sekcích.

Podstata vynálezu

Tento vynález se týká vysoce letované slitiny na niklové bázi obsahující následující prvky ve hmotnostních %: 0,5 až 7,0% rhenia; 1,8 až 4,0% chrómu; 1,5 až 9,0% kobaltu; 7,0 až 10,0 % tantalu; 3,5 až 7,5 % wolftamu; 5,0 až 7,0 % hliníku; 0,1 až 1,2 % tatinu; až 0,5 % niobu; 0,25 až 2,0 % molybdenu; až 0,15 % hafnia a zbytek nikl a obvyklé doprovodné nečistoty. Slitina má fázové stabilizační číslo N_V3b menší než 2,10.

Tato slitina může dále pro zkvalitnění obsahovat ve hmotnostních %: až 0,04 % hliníku; až 0,01 % bóru; až 0,01 % lanthanu. Ačkoli původní nečistoty by měly být udržovány na nejmenší možné míře, slitina může obsahovat až 0,04 hmotnostního % manganu; až 0,005 % křemíku; až 0,01 % zirkonia; až 0,001 % síry a až 0,10 % vanadu. Ve všech případech je základním prvkem nikl. Dále může mít tato zkvalitněná slitina fázové stabilizační číslo N_V3b menší než 1,85 a obsah chrómu 1,8 až 3,0% hmotn. obsah rhenia 5,5 až 6,5% hmotn. a obsah kobaltu 2,0 až 5,0 % hmotn.

Tento vynález se týká vysoce legované slitiny se zvýšenou odolností proti tečení při vysokém tlaku a teplotě, zejména do teploty 1080 °C (1975 °F).

Tato slitina je vhodná pro výrobu monokrystalických součástek. Taková součástka může být součástí motoru turbiny, zejména jako list nebo lopatka.

Složky této slitiny jsou kriticky vyrovnané, čímž vznikl jedinečný druh požadovaných vlastností. Tyto vlastnosti zahrnují: vynikající odlévatelnost monokrystalických součástek, zejména součástí listů a lopatek střední velikosti, vhodnou rozpustnost tavících komponentů, vynikající odolnost proti rekrystalizaci monokrystalických součástek, velmi vysokou mez pevnosti při tečení až do 1080 °C (1975 °F), velice dobrou mez únavy při nízkých otáčkách, velmi dobrou mez únavy při vysokých otáčkách vysokou rázovou pevnost, vynikající odolnost proti samostatné teplotní korozi, proti samostatné oxidační korozi, vhodnou mikrostrukturální stabilitu jako je odolnost proti nezáměmým křehkým fázím nazývaným topologicky uzavřené paketové fáze.

Je tudíž cílem tohoto vynálezu uvést složení vysoce legované slitiny a zní vyrobených monokrystalických součástek požadovaných vlastností, tj. součástek pro zdokonalené motory plynových turbin pracujících při vysokém tlaku a teplotě až do 1080 °C (1975 °F). Tyto a ostatní cíle a přednosti uvedeného vynálezu budou jasné odborníkům v tomto oboru po prostudování následujícího popisu zahrnutých zlepšení.

-2CZ 290913 B6

Krátký popis nákresů

Diagram 1 je graf výsledků testu teplotní koroze dvou původních slitin a jednoho dílu vynalezené slitiny exponovaných 117 hodin.

Diagram 2 představuje graf výsledků testu teplotní koroze jiného dílu vylepšené slitiny z tohoto vynálezu a původní slitiny exponovaných po dobu 144 hodin.

Popis zahrnutých vylepšení

Tato vynalezená vysoce legovaná slitina obsahuje následující složky uvedené ve hmotnostních %:

rhenium	5,0 až 7,0
chrom	1,8 až 4,0
kobalt	1,5 až 9,0
tantal	7,0 až 10,0
wolfram	3,5 až 7,5
hliník	5,0 až 7,0
titan	0,1 až 1,2
molybden	0,25 až 2,0
niob	až 0,5
hafnium	až 0,15
zbytek nikl	a obvykle doprovodné nečistoty.

Takto složená vysoce legovaná slitina má fázové stabilizační číslo Nv₃b menší než 2,10. Dále má slitina přesně vyrovnané chemické složení, ze kterého vzniká vynikající ojedinělá sloučenina požadovaných vlastností. Tyto vlastnosti zahrnují vysokou mez pevnosti při tečení ve vztahu k původním vysoce legovaným monokrystalickým slitinám, odlévatelnost monokrystalických součástí, odolnost proti rekrystalizací, vysokou mez únavy, rázovou odolnost, odolnost proti samotné teplotní korozi, oxidační odolnost a mikrostrukturální stabilitu včetně odolnosti proti TCP fázové formaci při vysokém tlaku a teplotě.

Na rozdíl od původních slitin na niklové bázi známých v této oblasti má tento vynález nízký obsah chrómu a kobaltu a vysoký obsah rhenia. Chromuje 1,8 až 4,0 hmotnostních %. Prospěšný obsah chromuje 1,8 až 3,0 % hmotnostních. Tento obsah chromuje výrazně nižší než u běžných slitin na niklové bázi. Ve vynalezené slitině zajišťuje odolnost vůči teplotní korozi, ačkoli může hrát současně úlohu v oxidační schopnosti slitiny. Tantal a rhenium ovlivňují také vlastnosti týkající se teplotní koroze, hliník pak je přítomen v dostatečném množství k zajištění příslušné oxidační odolnosti, takže v této slitině je potřebný poměrně nízký obsah chrómu. Kromě snížení teploty solitu gamma primární slitiny přispívá chrom také ke tvoření Cr, Re, W- bohaté TCP fáze a musí být tedy v těchto sloučeninách v rovnováze.

Obsah kobaltu je 1,5 až 9,0 hmotnostních %. Příznivý obsah kobaltu je 2,0 až 5,0% hmotnostních. Tento obsah kobaltu je nižší než u původních typických monokrystalických vysoce legovaných sloučenin na niklové bázi. V nové slitině napomáhá kobalt k vytvoření příslušné rozmezí pro tepelné zpracování protože snižuje teplotní solidu gamma primární slitiny a přitom obecně nemá vliv na počáteční teplotu tání. Slitiny obsahující rhenium jsou běžně navrhována s mnohem vyšším obsahem kobaltu než v tomto novém návrhu za účelem získání zvýšené tuhé rozpustnosti a fázové stability.

Slitiny vzešlé z tohoto vynálezu neočekávaně ukazují, že je možný a žádoucí mnohem nižší obsah kobaltu, aby byla dosažena optimální fázová stabilita včetně kontroly tvoření TCP fází.

-3CZ 290913 B6

Obsah rhenia je 5,0 až 7,0 hmotnostních % a při zlepšení je jeho obsah 5,5 až 6,5 %. Obsah rhenia je v nové slitině výrazně vyšší než u původních monokrystalických slitin. Dále jsou slitiny z tohoto vynálezu obecně navrhovány se zvýšenou hladinou obsahu těžko tavitelných prvků, například W + Re + Mo + Ta.

Obsah wolframu je 3,5 až 7,5 hmotnostních % a u zlepšené verze je jeho množství 3,5 až 6,5 %. Wolfram se přidává, protože je to účinným podpůrným prvkem pevného roztoku a přispívá k podpoře gamma primární fáze. Navíc je účinný při zvyšování počáteční teploty tání. Množství wolframu přidávané do těchto slitin je v rovnováze s množstvím rhenia, jelikož oba prvky přispívají ke tvoření „skvrnových“ defektů během zalévání voskového modelu při monokiystalickém odlévacím procesu. Oba prvky také silně ovlivňují náchylnost k tvoření TCP fází.

Podobně jako wolfram také rhenium má vliv na zvyšování počáteční teploty tání slitiny. Rhenium je však silnější posilovač než wolfram, molybden a tantal v podmínkách zvýšené teploty při tečení a proto je rhenium přidáváno zcela vhodně. Rhenium má také v této slitině pozitivní vliv na odolnost proti teplotní korozi. Navíc rhenium prvotně působí v základní hmotě a je účinné při zpomalování růstu gamma primárních částic při vysoké teplotě a tlaku. Kromě požadavku vyrovnanosti rhenia a wolframu z důvodu tavitelnosti musí být W + Re uspořádány na úrovni slučitelné s minimalizací TCP fází. Obecně TCP fáze, které se v těchto materiálech objevují, jsou bohaté na chrom, wolfram a rhenium, přičemž rhenium je zde přítomno v nejvyšší míře. Je tedy nezbytná kontrola poměru Re/W v této slitině k ovlivnění náchylnosti tvoření TCP fázových formací.

Obsah molybdenu je 0,25 až 2,0 hmotnostních %. Ve zlepšené formě je obsah molybdenu 0,25 až

1,5 %. Molybden je dobrý posilovač tuhého roztoku, ale není tak efektivní jako wolfram, rhenium a tantal. Protože však je hustota slitiny vždy věcí úvahy a atom molybdenu je lehčí než ostatní posilovače tuhého roztoku, je přídavek molybdenu dobrým prostředkem ke kontrole celkové hustoty mezi složkami vynalezené slitiny.

Obsah tantalu je 7,0 až 10,0 hmotnostních % a při zlepšení je jeho obsah 8,0 až 10,0 %. Tantal významně přispívá k síle slitiny prostřednictvím posilování tuhého roztoku a zvyšování gamma primární síly částic /tantal také působí na gamma primární fázi/. V této slitině lze tantal užít v poměrně vysoké koncentraci, protože přispívá k tvoření TCP fáze. Navíc je to velmi žádoucí složka této sloučeniny, protože působí při prevenci tvoření „ skvrnových“ defektů během monokrystalického tavícího procesu.

Tantal je ve sloučenině prospěšný, protože má také tendenci zvyšovat teplotu solidu gamma primární fázi a je dobrý při oxidaci a vytváření odolnosti proti teplotní korozi a při zvyšování trvanlivosti hliníkového povlaku.

Obsah hliníku je 5,0 až 7,0 hmotnostních %. V této kompozici je pak obsah 5,3 až 6,5 %. Hliník a titan jsou primárními prvky zahrnujícími gamma primární fázi. Tyto prvky jsou do slitiny přidávány v množství a poměru potřebném k dosažení potřebné odlévatelnosti slitiny, možnosti zacházení s taveninou, fázové stability a mechanické síly. Hliník se také přidává v množství dostatečném k dosažení odolnosti proti oxidaci.

Obsah titanu je 0,1 až 1,2 hmotnostních %. Při zlepšení je jeho obsah 0,2 až 0,8 %. Titan je obecně prospěšný odolnosti proti teplotní korozi, ale může mít negativní vliv na odolnost proti oxidaci, odlévatelnost slitiny a chování slitiny při zacházení s horkým roztokem. Musí být tedy zachován ve sloučenině ve stanoveném poměru.

Obsah niobu je až 0,5 hmotnostních %, při zlepšení pak až 0,3 %. niob je gamma primárně působící prvek a je to účinný posilovač monokrystalických slitin z tohoto vynálezu. Obecně však niob působí újmu při oxidaci slitiny a má špatný vliv na teplotně korozní vlastnosti, takže je jeho množství minimalizováno. Navíc se niob přidává do této vynalezené slitiny za účelem getrování

-4CZ 290913 B6 uhlíku, který může být chemicky vstřebán do povrchů součástí během procesu práce s horkým roztokem, pokud není optimální vakuové prostředí. Jakýkoli úhlový vměstek bude mít tendenci k tvoření karbidu niobu namísto karbidu titanu nebo tantalu a tím i zachování větší části titanu nebo tantalu pro gamma primární fázi a pro posílení tuhého roztoku v této slitině.

Obsah hafnia je až 0,15 hmotnostních %, při zlepšení pak 0,02 až 0,05 %. Hafnium se do dané sloučeniny přidává v malém množství, aby působilo na pokovovací přilnavost. Obecně hafnium účinkuje v gamma primární fázi.

Rovnováha skladby slitiny z tohoto vynálezu zahrnuje také nikl a malé množství vedlejších nečistot. Obecně tyto vedlejší nečistoty vznikají v procesu průmyslové výroby a měly by být omezeny na nejmenší možnou míru tak, aby neovlivnily vylepšené vlastnosti slitiny. Například tyto nečistoty mohou obsahovat až 0,04 hmotnostních % hořčíku, 0,05 % křemíku, až 0,01 % zirkonia, až 0,001 % síry a až 0,10 % vanadia. Množství těchto nečistot, která přesahují stanovenou mez, by mohla mít nepříznivý vliv na výsledné vlastnosti slitiny.

Dále může slitina náhodně obsahovat až 0,04 hmotnostních % uhlíku, až 0,01% bóru, až 0,01 % ytria, až 0,01 ceru a až 0,01 % lanthanu.

Vysoce legovaná slitina z tohoto vynálezu má nejen složení v dané výše uvedené škále, ale její fázové stabilizační číslo N_V3b je menší než 2,10. Při zlepšení je číslo N_V3b menší než 1,85 a ještě lépe menší než 1,75. Odborníci ocení, že N_v3b je definováno PWA N-35 metodou výpočtu TCP fáze řídicího faktoru elektronové vakance slitin na niklové bázi. Tento výpočet následuje, jak je níže uvedeno:

Rovnice 1

Převedení hmotnostních % na atomová %:

Wi/Ai

Atomové % prvku i = Pí =-------------- X 100

Σί (Wi/Ai) kde: Wi = hmotnostní % prvku i

Ai = atomová hmotnost prvku i

Rovnice 2

Výpočet množství každého prvku přítomného v průběžné fázi základní hmoty:

Prvek	Atomové množství zůstatkového Rii
Cr Ni	Rcr= 0,97PCr-0,375PB-1,75PC Rn, = Pní + 0,525Pb-3(Pa1 + O,O3PCr+PI1-O,5Pc+O,5Pv+PTa+PCb+PHf)

Ti, Al, B,

C, Ta, Cb, Hf Ri = 0

V	Rv = 0,5Pv Pw
W	* R{W) = PvH),167Pc----------- Pmo+ Pw Pmo
Mo	P(Mo) P(Mo) 0575Pb 0,167PPc (Pmo + Pw)

* Poznámka: hmotnostní % Re jsou přičtena k hmotnostním % W u výše uvedeného výpočtu

-5CZ 290913 B6

Rovnice 3

Výpočet N_V3b za použití atomových faktorů z rovnic 1 a 2:

Ri

Nj =------ pak N_V3b = Σ, Ni(N_v)i íRí kde: i = každý jednotlivý prvek v pořadí

N;i = atomový faktor každého prvku v základní hmotě (N_v)i = číslo elektronové vakance každého příslušného prvku

Tento výpočet je detailně popsán a ukázán v technickém článku pod názvem „PHACOMP Revesited“ od H.J. Murphyho, C.T. Simse a A.M. Beltrana, publikovaném ve svazku 1 Intemational Symposium on Structural Stability in Superalloys /1968/, o jehož závěrech je zde též zmínka. Jak mohou zhodnotit odborníci, fázové stabilizační číslo pro slitiny z tohoto vynálezu je rozhodující a musí být menší než stanovené maximum, aby slitina měla stabilní strukturu a požadované vlastnosti při vysoké teplotě a tlaku. Fázové stabilizační číslo lze stanovit empiricky, pokud se odborník v praxi touto věcí zabývá.

Motory navrhované pro vysoký výkon normálně pracují s vyšší teplotou součástek a problém tečení narůstá. Obecně tečení v nárůstu 1% se v těchto případech považuje za nepřijatelné. Vlastnosti při tečení u známého druhu slitin jsou při omezených pracovních teplotách a tím i při maximální schopnosti výkonu. Vysoce legovaná slitina z tohoto vynálezu má zvýšenou odolnost proti tečení při vysokém tlaku a teplotě, zejména až do 1080 °C (1975 °F).

Monokrystalické součástky tvořené sloučeninami z tohoto vynálezu mohou být vyráběny kteroukoli monokrystalickou odlévací technikou známou v tomto oboru. Například lze užít procesy usměrněného tuhnutí monokrystalu, jako je postup zárodečných krystalů nebo proces zanášení. Monokrystalické odlitky vyrobené z vynalezené slitiny jsou vystaveny tepelnému stárnutí při vysokých teplotách, aby byly optimalizovány vlastnosti pevnosti při tečení těchto slitin. Monokrystalické odlitky z takto vynalezené slitiny mohou být vystaveny tepelnému stárnutí při teplotě 1065 °C (1950 °F) až 1177°C (2125 °F) po dobu 1 až 20 hodin. Avšak odborníci vědí, že optimální vystavení tepelnému stárnutí po určenou dobu závisí na přesném složení vysoce legované slitiny. Tento vynález představuje složení vysoce legované slitiny jedinečné skladby a požadovaných vlastností. Tyto vlastnosti zahrnují: vynikající odlévatelnost monokrystalické součástky, zejména součástek listů a lopatek menších velikostí; vynikající odolnost proti rekrystalizaci součástek; výbornou rozpustnost součástek při tavbě; zvláště vysokou mez pevnosti při tečení do 1080 °C (1975 °F); mimořádně dobrou mez únavy při nízkých i při vysokých otáčkách; vysokou rázovou pevnost; velmi dobrou odolnost vůči teplotní korozi; velmi dobrou odolnost vůči oxidaci; mikrostrukturální stabilitu stejně tak jako odolnost vůči tvoření nežádoucích TCF fází. Jak bylo výše zmíněno, má tato slitina přesné složení s velmi malými povolenými odchylkami u každého prvku, pokud má být zachována unikátní škála vlastností.

Příklad provedení vynálezu

Pro jasnější ilustraci tohoto vynálezu a pro srovnání s vysoce legovanými slitinami mimo požadované cíle tohoto vynálezu předkládáme níže uvedené příklady. Uvádíme následující příklady jako ilustraci tohoto vynálezu a jeho vztahů k ostatním slitinám a výrobkům a neměly by být chápány jako limitující.

V tomto vynálezu byl připraven k významu variací a škál ve skladbě slitin velký počet testovacích materiálů o vysoce legovaných slitinách. Některá níže zmíněná složení testovaných slitin nezapadají do požadované škály tohoto vynálezu, ale jsou zahrnuta pro srovnání, aby

-6CZ 290913 B6 umožnila jeho pochopení. Cílové chemické složení reprezentativní slitiny reprezentativní slitiny testovaných materiálů je znázorněno níže v tabulce 1.

Tabulka

b- m m

«X*

v XJ

X

o

XJ

x Cb

X O

X

tn

n

v~

·-

O

X

o o o

a

O o

o

o

©

© ó

O

i-

©

o

©

O

O

O

Q Os

ftl N (\l

AI

AJ AI

Al

Al

Al

Al A|

Al

Al

AI

AJ

Al

AJ

AJ

AJ

AJ

v

m to tn m co o

O

Al »-

tn tn

IA

tn

tA

tn

«0

— tn

b-

«3

m

•0 XJ

X

XJ

tn

XJ

tn

«0

b.

tn xj

X x tn

X

tn m

X

X

X

X X

X

tn

X

tn

tn

LA

X

X

X

TT— »“

r“

v··

**

r»

·“

**

*“

**

T~

CT“

*-·

*·*

ΙΛ to 1A x> xj ta

o

b- M

in

b- m

m

tn

m

tn

o

ΓΊ

in in

tn

m

o

X

X

<o

XJ

IA

tn

V

o

XJ

•o

• « ·

1

• *

•

•

«

•

«

*

f

*

Ό Ό Ό

X)

X) Ό

x>

o

Ό Ό Ό

o

XJ

tn

XJ

Ό

XJ X)

X)

X)

XJ

Ό

tn

d O·

tn

*- X

o

60

>0

o x

m

Xl

o

O

·-

o

o

0s

tn

N !- r-

v~ v*

♦-·

r-

<—

Al AI

r-

v-

r>

T

*“ ·“

**

V ·”

φ-·

<P“

<·

v- W

*“

··-

v-·

··

V

**

03 Al Q O O O*

IA O

X o» AJ CO CO «3

K3

,B2 .81

o x>

R

O 1A

O «0

XJ

o tn

T O

AI Os

Al Al

r-

»· r·

t—

—

T”

*-

r-

·—

*“

J J J

U

-1 -1

.j

-J

Λ -i

0

-í

_J

-J

-J

-J

u

X X < CD CD £0

X

-c -<

·<

X

<

X X

X

X

·<

X

X

X

X

X

X

·<

a

CO CD

ta

CO

CS

m es

co

ta

co

m

ca

CS

es

ta

60

DB

<M X)

IA XJ Ά O O O

tn o

áááá

tn ©

áááá

tn o

X ©

áá

tn o

m ©

XJ o

s

d <dd dd d d dd cSci ci cd cS

<ÍC5<3

o

o

•

4

o Ο» «0 O> «0 O m

Ό Pl ΙΛ Q

©

tn

tn

tn

o

<o n m

tn

tn

m sj

x

vj IA

tn

tn

XJ

tn Ό

X)

tn

X)

tn 'O

tn x>

XJ

tn

m

O t>

o

O

X

O W«bb

m

<o

b- b- to

«0

«0 <ó

co

co

CO

«ΝΑΟ

c0

o

cO

CO

«Ο

CO

b-

IA O © O N. OJ O*

CO

«0

b-

O OJ

tn OJ 60 XJ

tn XJ

© XJ

3 3 3

00

q

Ό X) IA

m

1A IA tn

tn

tn

tn tn

m

tn

m

tn

tn

tA <n

tn

tn

tn

m cQ in Ό o

O XJ

IA tn

o m

o o co K

3

tn XJ

o AI

o

O O*

o m

o X

O «0

o

d dacdO idc<d£3c<

a

dd

QC3CŠ

d

O O O

O IA tO O

tn o

tn m

o

O

O

o

tn rn m

ř*l AJ Al CM

r“

W“ r—

Al

·—

1

X

1

cjcdcdcltícdcdcdcícdcd

e>

cd cd

d

tA tn ai o* x> x tn x x

ai m

X X

-

o n

tn

O M b. b-

X

O

N- X) Ό Ό XJ Ό

Ό

o

tn

O X)

O Ό

tn

tn

LA

tn

X

X

x>

XJ

O O O

3

o tn

O

o

o

O ©

O

O

o

LA

tn

©

m

m

3

o

b- b. b-

A- X)

LA

m

X

m m

X

tn

X

m

m

X

-r

\T

m

dcJo

td

GS <a

©

o

cd

a O- cS <d cd

d dddc>

o‘

d

m ni b* «Q aj Ό

tn

o

tn

O b-

tn

o bM

m

o

1A AJ

o

0

©

cO o) S

X

b- b-

x>

bT

m

tn x

m

X

Al

X

m

n

m

m

h*

60

tn

IA

O XJ m

O

AI X

x

x

tn

Ai tn

tn

XI

O

©

tA

60

tn

o

X)

X

• · ·

·

t

«

•

»

N N

X

Al AI

AJ

Al

AI

AI AJ

Al

Al

IN

tn

tn

AI

AJ

AJ

Al

tn

<M

©

I 1 «

• O

I t

d

•

•

1

»

Cl

tn

AJ

t » >

1 O

» 1

4

o

t

«

>

1

t

c5

XI

w

»·*

··»

< « u

8

ui u.

ϋ

©

15

□c «—

•5

-J

03

L>

o

UJ

QC

ct

o o o

o o

o

o

O

O ©

o

O

O

Al

Al

Al

AJ

0

AI

r~

r*· v“

T”

V“

▼“ T“

T“

W“

•r^

*“

T“

»—

r*

i 1 t

1 1

1

1 1

1

1

1

1

1

X

w

X

X

X

tn

o

U)

(/>

ΙΛ

δ

δ

δδ

Rozvoj výzkumu třetí generace monokrystal ických slitin zaměřený na kompoziční možnosti u vy soce legovaných slitin tohoto vynálezu začal definováním a zhodnocením řady experimentálních sloučenin. Prvotním předmětem rozvojového záměru byla zvýšená mez pevnosti při tečení a vybalancování jednotlivých prvků tak, aby vznikla kombinace s užitečnými strojařskými vlastnostmi poté, co byla definována základní představa o zvýšené pevnosti.

Původní materiály zkoumaly užitečnost vyšších hladin těžko tavitelného prvku tvořících gamma primární fázi před tím, než jsou přítomny v podobných původních sloučeninách. Jak je 10 znázorněno v Tabulce 1, obsah chrómu ve sloučenině byl snížen, aby se zlepšila její stabilita.

Obsah kobaltu původně požadovaný pro zvýšení tuhé rozpustnosti může být významně snížen. Obsah těžko tavitelných prvků /W+Re+Mo+Ta/ byl různý a součet původních gamma primárních fází dělicích prvků /Al+Ti+Ta+Nb/ se lišil také. Obsah Re ve slitině byl původně zkoumán na běžných hladinách, ale zjistili jsme, že jeho obsah je nutno zvýšit.

Provedli jsme výpočty standardního N_V3b během projektovací etapy původní slitiny, abychom napomohli odhadnou t fázovou stabilitu dotyčné slitiny a odlišnosti tohoto čísla tak, jak se mění složení slitin. Některé slitiny byly vyrobeny běžnými výrobními postupy. Tyto slitiny byly taveny metodou vakuové indukce v peci V-l firmy Cannon - Muskegon s výtěžkem průměrně 90,72 až 20 1 36 kg čistého produktu na slitinu /viz Tabulku 2 níže/. Počty všech opakovaných kompozic, jak je uvedeno v tabulce 2, byly vytaveny při vakuovém zalévání voskového modelu do testovacích tyč a listů. Postupy homogenizace byly vyvinuty v laboratoři ve 3 a 6 trubkové peci. Stárnoucí postupy gamma primárních fází byly uskutečněny také v laboratoři.

Tabulka 2

V-J VIM pec - chemické složení

Mq_, c 3. Cr Co Ko U Cb TI Al To Rg.

		VF	778
-log		VF	831
•10R1		VF	965
-10ÍÍ		VF	966
•10RÍ		VF	980
-12X1		VF	963
' 12Ri		VF	964
•12RI		YF	979
•10C4		VF	983
’12C		VF	985
•iocb <	:-iok)	VF	994
-12c* (	:-ižo)	VF	993

0.QO1 41001 2.9 0.COZ «Q.001 2.6 0.001 <001 2.65 Q.0O1 <001 2.6?

0.001 -0LOQ1 2.56

0.OO1 41001 3.3 0.001 41001 3.4

0.001 <001 3.4 0.001 41001 2.4

0.001 41001 2.7 a 001 41001 2.2

Q.001 <QtW1 2.4

a.s

8.2 7.0 7.0 7.0 8.0 3.0

3.0

3.95

3.5

3.3

3.2

0.7

0.7

0.6

5.6

Λ6

0.48

Q48

0.50

0.41

0.45

0.4Q

0.44

7.2

6.9

6.4

6.3

6.3

6.0

6.1

6.1

6.1

5.3

5.5

4.8

0.3

0.3 0-4 0.4 0.4 <05 <05 •Č05 0.14 405 0,09 4101

0.70 6.05

0.68 6.06

0,80 &80 Ol 79

1.M

1.00

1,00

0.56

5.72

5.66

5.78

5.69

5.60

5.56

S.83

0.05 USE Q.OS BASE 0.06 BASE DLG6 BASE 0.06 BASE 0.07 BASE 0.04 BASE a06 BASE 0k03 BASE ' 0.O2SBASE

11.75 5.86 8.8 6.0 0.0»^

0.24 5.74 8.2 6.4 0.O2SBASE

Q.50 5.64 8.6 6.4[0-025aASE

Všechny ostatní vzorky zmíněné výše v Tabulce l byly vyrobeny smísením tyčoviny ze základní slitiny s přídavkem nových prvků potřebných k dosažení požadované skladby. Míchání bylo provedeno během výroby testovacích tyčí a listů. Tyčovina ze základní slitiny a nové přidané prvky byly umístěny do tavící pece v tavícím kelímku a lázeň byla homogenizována před nalitím do příslušné skořepinové formy. Domníváme se, že bylo v běžné praxi dosaženo dobré korelace mezi žádaným chemickým složením slitiny a složením testovaných tyčí či lopatek /viz níže Tabulku 3/.

-8CZ 290913 B6

O rΌ O	s 3 á 3 3 R '<2	0	Q	b-	O b*	O «3		o o
ixi nj	T— T— *-· *·“ **	-	-	τ—		♦—·	τ— r—
-J	_j _i _j _j -J —i -J			-j			-J _J	-J
< < 03 05	<<<<<<< 03 CO 03 CO CO CO ID	< 03	<D	< CD	< 03	03	< < 00 03	< CO
b- Ό C3 O	tn v* S 1D ιΑ N N O O O © Q O O	in 0	O	*4 O	vf O	in 0	tn χί 0 0	tc 0
o O	O O O O & OO QO O	d	c5ó	s
*- CO	s. ea 0 0 0 0			CO	b-	0	v- ©	0
tn	-J- tn 0 0	Irt	m	10		tn	O Ό	0

u. m

I

co

O +J

0)

U vzorku CMSX-10 D /viz Tabulku 1/ byly vysoce kvalitní přidávané prvky taveny ve vakuu a rafinovaný materiál byl odlit do 2 tyčí. Poté bylo výsledné množství tyčoviny použito k výro5 bě monokrystalických vzorků tyčí a lopatek pomocí zalití voskového modelu.

Bylo zřejmé, že během zpracování vzorků se mohla vyskytnout velká variabilita v celistvosti procesu zalévání voskových modelů, protože se ukázaly různé hladiny tvoření skvrn u testovacích tyčí, dále v rozmístění dendritických struktur a v dosažení vlastností. Reakce derivátu při 10 tavení /popsaná v Tabulce 4 níže/ se lišila a byla dána jak složením slitiny, tak kvalitou vzorků.

Vyvinuté tepelné postupy pro opakované odlévání slitiny jsou popsány níže v Tabulce 4. U každého materiálu byla požadována gamma primární rozpustnost, nebyla však dosažena

-9CZ 290913 B6 všeobecně. Bylo uskutečněno prvotní gamma primární stárnutí, aby byla dosažena požadovaná velikost gamma primárních částic a jejich rozložení. Při druhotném gamma primárním stárnutí došlo k usazení běžných gamma primárních sraženin v základní hmotě společně s velmi jemnými sraženinami umístěnými v kanálech základní hmoty mezi prvotními gamma primárními částicemi 5 těchto vzorků.

O o

U. tu « ·

O O

O O (M

ΓΜ

M·

OJ 44 r4 r* 5 (B

V»

C X 0 B 0 0 0 0

S 0 0L.UI_L.UU·!*» o UlAUXXXXXXUU £ X · X XX

O O o m *- Ό ťM <í r· tQ r r r N » * ΙΠ Ό

U.U.kLU,U.U.U,U.U.U.U.U.

ΚΡΡδΡΡΚίΡΡΡΡΚ v· r «“ <\J v— t— »“ ·— ·— v— ΓΜ fM

O o «0 CO O* Cb	m £	O o 7 °
1 1 O O	O		£ i Ή
K b-* O* o*	£	£	δ*

a	o θ	O	•9°	«3
o R		8	*7	O ί O
o · iA		1A	i-	O 1 O ·— iA *-
«0 o		co O		5

o <n φ o o k

CL

O '—i

O (D

Í4

N

O 0> κο >

ω N

<3

O CM

p*1 b- b- Q O

Ό ιΑ »A *€> <>

K) K> K) řó řó <A

z*	O O	IA	Q 4A
b**		5	35
CM		ΓΜ	CM AI
	CM

a rw

C — ·— U UJ X X NNO N r- <— ▼— τι i » »

<9 u. O O o O o

	-i ‘S	n u
O O O	O (M V ·*	CM AJ

t i * « t t I

Plně tepelně zpracovaná testovací tyčovina byla testována na pevnost při tečení. Vzorky byly obráběny a nízkotlace vybroušeny do ASTM standardních vzorkových rozměrů. Byly testovány 10 na pevnost při tečení v různých tepelných a tlakových podmínkách standardními ASTM postupy.

-10CZ 290913 B6

Významným faktorem složení slitiny CMSX-10A byl posun k vyššímu obsahu Re. Současně byly vyrovnány hladiny W, Cr, Ta a ostatních podpůrných prvků gamma primární fáze pro dodržení požadovaných vlastností. Vyšší hladina Re významně přispěla ke zlepšení pevnosti při tečení během celého testovacího režimu, jak je vidět z výsledků popsaných v Tabulce 5 níže pro vzorky CMSX-10A.

-11 CZ 290913 B6

Tabulka 5

Doba _r , - , Doba ^/o , %

ÍgskVáCt ^odnf zátěze PrJfoužh, /q

Konečné ild&ie/ 0 -fe&Wr * h ^defcnnt.

Čas vf} kdo£a2čnr

1600*F/73.0 ks i	534.4	24.2	26.9	534.2	22.331	10.9	21.0
WC	323.4	22.0	27.8	328.3	21.055	6.3	8.7
	527.3	21.1	26.3	526.3	17.552	28.4	72.2
17UO*F/50.0 ksi	305.0	31.1	34.5	304.2	28.614	62.1	108.9
WC	292.4	19.2	19.9	291.8	19.324	71.5	123.7
87.6	2.6	5.8	a5.7	1.474	65.9	♦
1800’F/30.0 ks i	415.6	16.1	21.4	413.8	15.643	182.7	246.1
m*c	848.0	37.1	33.0	846.3	34.326	460.4	524.3
	1016.2	33.2	30.5	1014.3	32.984	476.8	655.1
1B00*F/36.0 ksi	586.5	38.1	38.0	585.6	33.050	395.0	425.2
W	572.7	36.9	35.3	570.7	29.029	395.0	422.2
546.5	26.4	34.2	545.7	25.843	373.0	406.0
	420.3	22.4	26.3	418.7	18.105	236.7	317.6
	426.0	14.3	17.0	425.1	10.244	326.5	353.2
	239.8	24.3	23.8	239.7	23.264	94.1	123.9
	255.7	19.9	27.4	253.6	18.510	115.2	152.7
19OO*F/25,0 ksi	32.3	5.5	11.0	31.0	2.075	26.7	30.7
1038 X	129.7	43.2	33.9	128.7	39.556	30.4	48.·
	163.7	34.7	36.4	166.1	30.816	58.2	78.4
	228.1	18.1	32.3	226.4	16.926	146.3	160.á
	277.7	29.5	31.1	276.4	27.323	9.9	29.9
	423.4	39.7	38.3	422.7	35.121	218.4	250.9
	383.8	35.9	36.1	382.7	34.861	192.9	226.7
	373.3	31.3	35.7	371.6	26.138	211.6	238.0
ZOC0*F/ia.0 ksi	138.0	22.3	33.0	136.3	19.052	33.9	77.0
-ÍO93°C	134.9	40.7	36.5	134.7	38.328	54.7	71.9
	122.9	23.2	34.9	122.0	19.050	50.1	69.4
	115.6	34.2	36.6	114.4	30.861	40.3	56.8
	245.2	35.1	36.2	244.3	29.844	135.7	157.9
	221.9	36.3	35.4	221.8	33.737	113.0	140.0
	181.2	32.1	34.2	180.1	29.249	53.1	61.4
2050*F/15.0 ksi	126.4	47.9	49.0	124.1	30.086	45.8	69.2
	150.5	45.5	47.8	143.1	39.308	16.3	34.5
140.5	30.6	40.0	138.7	23.596	30.6	76.4
	120.3	29.5	39.7	120.0	29.479	16.3	55.6
	79.0	11.7	14.4	79.0	11.644	41.7	54.3
	112.2	24.3	31.3	112.1	21.401	55.9	69.5
2100-F/12.5 ksi	94.1	22.1	27.5	94.1	20.520	42.2	62.6
	112.5	39.4	33.1	112.2	29.126	28.0	58.a
96.6	25.9	35.9	95.5	14.542	52-3	62.5
	123.6	43.4	40.4	122.9	31.050	40.9	63.5
	50.3	21.7	29.6	49.9	9.330	35.1	37.6
	90.5	41.6	43.7	89.7	37.422	13.6	38.5
1800T/36.0 ksi	420.6	23.9	35.1	419.9	23.196	213.8	286.0
	396.1	37.1	34.0	394.7	31.623	239.4	264.9
384.9	31.1	34.0	382.9	25.554	220-5	247.9

% RA - procenta redukce plochy průřezu při prasknutí vzorku podrobeného tažné zátěži v závěsu zkoušky pevnosti při tečeni.

- 12CZ 290913 B6

Mikrostrukturální přehled porušení materiálu vzorků této slitiny ukázal, že se objevilo TCP fázové sražení během příslušných testů pevnosti při tečení, zejména u teplot při 1038 °C (1900 °F) a výše. Ukázalo se, že výpočet čísla fázové stability Nvb bude účinným nástrojem při předpovídání stability slitiny a pevnosti při tečení ve vysokých teplotách.

Tam, kde číslo N_V3b bylo u vzorků CMSX-10A 2,08; bylo u CMSX-10B navrženo na úroveň 2,02. Toho bylo dosaženo dalším snížením obsahu Cr a podobné snížením Co a W+Re hladiny. Wolfram byl v tomto vzorku snížen více než Re, protože Reje v tuhém roztoku účinnější. Navíc, 10 protože určitá ztráta podílu Wolframu vzhledem ke gamma primární fázi se dala předvídat, byla dostatečně navržena mírným zvýšením obsahu Ta v kompozici. Vznikl tak vzorek slitiny CMSX-10B, který vykazoval ještě větší pevnost při tečení při 982 °C (1800 °F).

Tabulka 6 uvedená níže ilustruje, že tři vzorky dosáhly průměrné životnosti 961 hodin s 1% 15 tečením při průměru 724 hodin. Bylo však zjištěno, že TCP fáze se objevila při vyšší teplotě.

-13CZ 290913 B6

Tabulka 6

CMSX-10B pevnost při tečení

/		% f	%		tes vh X do&sj&tf
Te»fove	zátěže i)	^ndloužení		h		V	i7

1800*F/36.0	ks i	907.1	19.2	34.0	907.0	17.832	697.2	752.7
		989.3	18.9	33.5	988.5	17.657	768.1	817.8
	988.4	35.9	36.1	987.3	31.813	705.8	767.5
		507.0	44.1	45.4	505.7	41.548	317.9	352.6
		598.1	46.9	43.4	596.1	42.340	386.5	415.2
		408.3	62.6	52.1	407.2	54.479	187.3	256.5
		265.3	39.7	43.7	262.7	37.102	87.6	119.2
		385.3	45.5	46.2	383.5	39.031	177.4	213.4
		412.8	43.4	40.5	410.6	38.771	189.1	233.4
		389.3	51.5	44.2	386.8	36.920	220.5	249.2
		459.5	40.0	46.3	458.0	39.513	210.2	291.1
		258.0	38.1	40.6	257.9	36.743	32.1	90.2
		484.1	27.9	40.0	483.4	26.296	288.1	326.7
		376.9	16.4	20.4	376.8	16.088	96.0	226.6
		431.0	50.5	48.2	478.8	34.557	264.4	297.5
		461.5	35.1	40.6	460.1	30.786	181.1	265.3
		483.0	47.1	46.8	432.1	43.714	286.2	320.7
		500.1	33.4	37.0	499.7	30.486	11.9	280.1
1800*F/40 ks i	436.7	40.2	44.1	436.2	39.818	294.6	318.9
qsrc		390.8	50.1	42.8	390.3	41.817	250.9	276.2
	336.9	52.7	43.1	335.2	46.697	226.5	240.9
19G0*F/25.0	ks i	237.8	55.9	45.7	237.4	53.854	33.0	113.5
1oJ8°C		295.7	57.4	49.1	295.6	46.592	123.7	170.9
2000*F/18.0	ks i	192.7	31.5	26.6	191.6	27.733	56.3	88.6
WC		166.5	41.4	25.3	166.5	34.102	46.2	72.7
	173.3	36.6	27.0	171.4	31.481	24.0	66.1
2050*F/15.0	ks i	219.6	40.1	40.4	218.6	37.871	13.2	56.8
4fM*G		122.3	28.2	47.9	120.6	26.614	37.0	63.7
	118.4	33.2	60.0	116.9	29.986	36.7	56.5
		179.7	44.1	43.1	179.1	39.188	8.4	75.3
		74.9	44.2	48.6	74.6	34.800	6.8	14.5
		163.3	48.6	49.7	167.0	43.171	36.9	77.1
		104.8	17.0	27.2	102.8	1.626	66.1	-
		155.9	46.3	49.8	155.2	38.388	64.4	81.9
		90.6	15.1	21.4	87.1	1.046	75.5	-
		120.5	46.3	55.8	118.7	35.143	10.3	27.7
		150.7	39.8	49.7	150.1	33.903	21.4	60.9
		149.5	33.2	46.2	148.9	23.166	73.3	88.3
		142.9	42.0	47.5	142.5	41.524	54.9	70.5
2050*F/15.0	ks i	163.0	52.5	49.2	161.9	46.146	20.5	76.9
		151.1	66.4	45.6	150.7	59.115	52.7	75.5
	131.8	57.3	44.4	131.5	48.310	26.3	57.1
	♦	156.0	54.4	41.0	155.9	45.502	55.5	78.3
	«	133.7	57.2	56.0	132.7	41.753	67.5	80.7
	<	135.1	59.7	52-3	134.3	46.317	54.9	71.5
		151.1	66.4	45.6	150.7	59.115	52.7	75.5
		131.8	57.3	44.4	131.5	48.310	26.3	57.1
2100*F/15.0	ksi	69.7	54.2	48.1	69.4	47.674	25.3	36.3

* As - podmínky rozpouštění

-14CZ 290913 B6

U CMSX 10-A a 10B bylo dosaženo jen 97 až 98% gamma primárního rozpuštění /viz Tabulka

4/, což nepostačilo k optimalizaci mechanických vlastností a mikrostrukturální homogenity.

Dosažení vyšší rozpustnosti gamma primárních fází společně se zlepšením mikrostrukturální stability při teplotě nad 1038 °C (1900 °F) se tudíž stalo zcela prioritním.

Abychom potvrdili předpokládané složení TCP fází u těchto slitin, provedli jsme v rastrovacím elektronovém mikroskopu vlnově disperzní rentgenovou mikroanalýzu testovací tyče obsahující jehlice a srovnali ji s gamma slitinami a gamma primárními kompozicemi. Výsledky /uvedené io v Tabulce 7/potvrzují, že jehlice byly bohaté na Cr, W a Re.

Vysvětlivky k Tab. 7 a 16

CPS označuje intenzitu rentgenového záření v pulzech za sekundu.

Výraz „ALK“ označuje prvek hliník a skutečnost, že dopadající rentgenové fotony interagují s elektrony slupky k atomu hliníku.

Záhlaví K, Z, A, F za prvkem (ELEM) označuje pásy vlnové délky.

Převrácená sekce v Tabulce 7 označuje skutečnost, že vlnově disperzní rentgenová mikroanalýza v rastrovacím elektronovém mikroskopu se prováděla na rovinném povrchu vytvořeném příčným přeříznutím vzorku slitiny.

Tabulka 7

CMSX-10B mikrochemické analýzy

- Odlitá testovací tyč (VF 831)

- Převrácená sekce. Umístění tyče na dně.

- Roztaveno na 1352 °C (2465 °F)

- Zrání: 1080 (1975 °F) /19,5 hod/ AC

870(1600 °F)/20,0 hod/AC

760 (1400 °F)/24,0 hod/AC

-15CZ 290913 B6

Gamma fáze			Gamma orim.fáze		Jehlicová	složka
ELEM K Z	A	F	ELEM	K z	A F	ELEM	K z	A F
Al 0.0101 1.090	0.324	1.000	ALK	0.0145 1.084	0.322 1.000	ALK	0.0116 1.107	0.347 1.000
TI 0.0069 1.007	0.930	1.051	TIK	0.0084 1.002	0.934 1.052	TIK	0.0077 1.026	0.908 1.039
Cr 0.042B 1.008	0.963	1.108	CRK	0.0250 1.002	0.965 1.117	CRK	0.0390 1.028	0.949 1-083
Co 0.0970 0.994	0.984	1.018	COK	0.0761 0.988	0.987 1.022	COK	0.0755 1.016	0.977 1.025
N: 0.6391 1.033	0.988	1.010	MIX	0.7270 1.026	0.991 1.005	MIK	0.6143 1.056	0.983 1.024
Ta 0.0485 0.794	1.020	1.000	TAL	0.0697 0.788	1.024 4.000	TAL	0.0389 0.814	1.018 1.000
WL 0.0329 0.788	0.963	1.000	V L	0.0311 0.783	0.962 1.000	U L	0.0682 0.808	0.968 1.000
Re 0.0422 0.785	0.968	1.000	REL	0.0085 0.779	0.966 1.000	REL	0.1083 0.805	0.973 1.000
		hmotn.%			hmotn.%			hmotn.%
ELEJI CPS		ELEM	ELEM	CPS	ELEM	ELEM	CPS	ELEM
Al K 12.1800		2.87	aC,k	17.9400	4.19	AL K	11.9900	3.02
Ti K 5.5200		0.71	Tt K	6.8400	0.86	TI K	5.2500	0.79
Cr K 27.6400		3.98	CR K	16.4500	2.31	CR K	21.5800	3.69
Co K 40.6800		9.74	CO K	32.5400	7.64	CO K	27.1700	7.42
Ni 4 253.1300	66.84	Ml K	272.3800	71.11	MI K	193.7500	57.84
Ta L 6.5667		5.99	TA l	9.6329	8.64	TA L	4.5259	4.70
W l 4.0775		4.33	V L	3.9375	4.13	W L	7.2620	8.71
Ret 4.6000		5.56	RE L	0.9500	1.13	RE L	10.1300	13.82
TOTAL	100.00	TOTAL	100.00	TOTAL	100.00

Čísla N_V3b byla vypočtena pro CMSX-10C jako l,90aproCMSX-10D 1,95. Re bylo ponecháno na 5 % zatímco W byl pro zlepšení stability u těchto vzorků snížen. Obsah Ta ve slitině byl zvýšen, protože se nepodílel na tvoření TCP a poměr Ta/W se účinně zlepšit a přispěl 5 k odlévatelnosti slitiny. U vzorků -10C byl snížen obsah chrómu a u vzorků - 10D byl naopak zvýšen na 4 %, aby byla možnost učit vhodnou hladinu Cr z hlediska teplotní koroze. Co byl snížen u obou vzorků, významně u vzorku -10D a hladina Al + Ti byla také snížena pro lepší dosažení celkového gamma primárního roztoku. Výsledky pevnosti při tečení u daných dvou vzorků jsou popsány v Tabulce 8 a 9.1 když vzorky - 10D slitiny byly měřeny na plnou gamma io primární rozpustnost /v kontrastu k 99 až 99,5 % u CMSX -10C/, větší obsah Cr ve slitině, který vedl k nižší hladině Al + Ti, ovlivnil vlastnosti méně než bylo docíleno u CMSX - 10C. Oba materiály však vykázaly vyšší stabilitu slitiny a lepší tepelné vlastnosti, takže pokusy vyrovnat nízkou a vysokou reakci při tečení u slitiny byly úspěšné.

-16CZ 290913 B6

Tabulka 8

CMSX -1OC pevnost při tečení

Sfá fcdoSá^E , vh % I o/ iCjmzcňE ✓ 4 ^Ktf0

1800*7/36.0 ksi WCr	556.1 636.6 609.2 635.7 612.8
1850*F/36.0 ksi 4<MO*C	252.2 298.1 231.1
1922*F/20.3 ksi 405Ot>	492.4 529.8 637.5
2000*F/18.0 ksi 4oq3Ό	258.8 293.1 221.9 266.1
2050*F/15.0 k*i	196.6 170.4 193.2 247.3

31.4	30.5	555.2
43.9	37.5	636.4
23.3	34.7	607.6
44.9	45.6	635.3
43.5	38.8	611.9
30.2	37.8	252.0
41.3	39.0	297.6
33.6	39.5	230.2
52.5	52.4	491-6
38.6	45.5	528.9
48.9	43.3	635.2
35.0	41.5	258.7
49.2	44.1	292.1
43.0	48.5	220.9
35.1	44.0	264.6
39.7	40.3	194.1
30.1	46.3	169.2
38.1	42.9	191.9
33.1	40.5	246.0

26.615	316.1	376.3
38.460	416.6	455.4
19.074	410.6	460.6
34.991	407.3	443.4
41.951	409.8	438.7
22.033	61.1	166.3
37.953	170.3	194.8
29.689	127.8	146.0
48.922	176.5	251.7
33.353	269.6	306.2
45.804	189.5	318.3
32.444	74.2	1Z7.5
42.079	145.6	170.9
33.507	55.6	1Z3.3
33.759	113.6	143.6
27.755	26.0	134.8
25.624	11.1	51.4
32.288	46.5	76.5
26.494	122.0	150.8

Tabulka 9

CMSX -1QD pevnost při tečení

Test.podmínkj	Doba zátěže h	% prodl	% ,RA	Konečné hodnoty tečení i h I	%def orm.	Čas v h k dosazení
1% I	2%
	ksi	428.0	26.7	29.3	426.3	24.166	--------μ-- 189.2	248.3
1850*F/36.0	ksi	141.0	23.1	26.3	140.1	20.660	57.8	79.7
l 010C		140.7	14.7	26.1	140.2	13.74’1	56.2	77.6
		166.0	17.5	28.9	165.0	15.640	76.5	100.1
1922*F/20.3	ksi	519.9	23.8	24.9	518.9	22.508	202.0	345.6
!050*C		667.0	17.6	Z3.7	665.2	16.819	151.8	391.4
		680.3	14.9	28.2	678.9	14.476	340.2	500.3
2000*F/18.0	ksi	370.3	18.8	21.3	369.9	15.560	20.9	106.9
1093*C		401.5	11.1	18.0	400.0	8.903	19.8	125.5
		366.6	17.5	25.8	366.6	8.049	223.9	306.1
2050*F/15.0	ksf	465.3	12.9	20.5	465.2	12.639	61.0	305.9
1 1 21* C		338.8	9.8	24.8	337.7	9.468	30.8	204.4

-17CZ 290913 B6

Přijatelnost nízkého obsahu Cr byla potvrzena při extrémně agresivních krátkodobých hořákových testech na teplotní korozi uskutečněných při 900 °C, (1650 °F) 1 % hmotn. síry a 10/10 částic mořské soli. Diagramy 1 a 2 znázorňují výsledky testů uskutečněných na 117 a 144 h. u vzorků CMSX-10C a CMSX-10D. V obou případech vykázaly podobnost s typy materiálů MAR M 247, čímž potvrdily, že nízký obsah Cr je ve slitině namístě.

Na základě výše zmíněných výsledků byly navrženy, vyrobeny a zhodnoceny další série slitin CMSX - 10E, -10F, -10G, -10H -101 a 12A. Slitiny vykazovaly hladinu Re v rozsahu 4,8 až

6,3 % hmotn., hladinu Cr v rozsahu 2,2 až 3,0 % hmotn., Co 4,7 až 7,6 % hmotn. a zbytek byl vyrovnán tak, aby se zachovala odlévatelnost a zlepšila se rozpustnost a fázová stabilita. Číslo N_V3b se pohybovalo mezi 1,81 až 1,89,

Jedna ze série, slitina CMSX-10F, obsahovala 0,02 % hmotn. a 0,2 % hmotn. B. Zkoumaly jsme tyto složky pro zlepšení výtěžnosti tavení a navíc mohly mít větší podíl na řízení monokrystalické orientace odlévaných částic. Depresanty teploty tání C a B však omezily reakci vzorku na homogenizaci. Vlastnosti CMSX -10F při tečení jsou popsány v Tabulace 10.

Tabulka 10

CMSX-10F pevnost při tečení

estové podm.	Z-útčž h	prodl.	%RA	KoSno^y tečení h I SŽlef orm.	£ai0	sazení 2%
1800*F/36.0	ks i	616.0	18.1	22.4 615.8	16.898	439.9	477.6
980* C		666.6	45.6	48.0 666.4	43.261	464.6	492.3
		603.1	25.3	24.3 602.5	24.281	398.4	444.0
1850*F£36.0	ks i	243.9	19.6	28.2 243.0	18.045	129.1	160.9
1C1 Cb C		285.9	26.8	32.1	285.5	25.701	187.8	206.0
		258.6	19.2	29.1	258.3	18.175	168.3	189.5
1922T/20.3	ks i	499.5	40.0	41.í	498.5	37.756	208.2	272.6
1050®C		649.2	55.6	52.9 643.3	51.045	197.6	338.8
	361.0	15.8	21.9	357.7	2,599	273.2	335.7
2000*F/18.0	ksi	235.4	39.6	51.7	235.4	37.881	100.8	133.2
!094*C		276.1	43.7	52.8 274.4	36.762	115.1	155.9
		290.0	36.7	47.3 289.1	33.304	125.3	162.1
2050*F/15.0	ks	255.4	28.7	36.6 255.0	27.426	67.4	131.0
1 1 21* C		255.1	33.4	43.1	254.9	31.378	46.2	102.2
	254.5	25.4	33.3 254.4	23.737	50.9	118.7

Výsledky pevnosti při tečení u vzorků CMSX - 10E, G, Η, I a CMSX - 12A jsou popsány v tabulkách 11, 12, 13, 14 a 15. Údaje vykazují obecné zlepšení meze pevnosti při tečení nad 1038 °C (1900 °F) a přitom velmi dobru pevnost při nižších teplotách.

-18CZ 290913 B6

Tabulka 11

CM3X - 1QE_____pevnost při tečení

Testové podm.	Zátěž v h	%prodl.	% RA	Konečn tečení h	é hodnot Sdeform,	$Cas v h l^do^gní
180^*7/36.0	ks i	664.5	31.4	36.3	663.5	30.435	436.5	470.8
930* C		604.4	35.1	36.7	603.3	33.371	253.7 1	355.9
		582.5	41.5	36.1	581.7	39.792	78.9	329.3
		553.5	35.9	37.0	552.5	33.172	326.4	357.1
18S0*F/36.0	ks i	257.9	25.3	32.0	257.0	22.734	149.4	170.3
1010*C		199.2	18.4	32.1	198.6	16.261	122.4	139.4
	260.5	33.6	33.4	259.7	31.315	159.9	174.0
1922*7/20.3	ks i	810.6	38.6	33.0	808.4	33.523	210.2	378.2
105C*C		800.9	35.3	36.4	799.1	32.405	339.7	434.2
	859.9	39.0	35.4	859.6	37.036	364.6	465.2
2000*7/18.0	ks i	362.8	27.7	29.3	362.4	24.887	98.4	177.3
1094°C		411.2	29.4	27.0	409.9	26.426	173.6	218.6
	369.7	15.3	28.2	368.8	12.941	170.3	221.9
		379.7	26.4	26.1	379.2	27.656	177.9	206.6
205ÍTF/15.0	ks i	476.9	21.8	23.4	476.3	18.233	196.6	255.9
1 7 21° C		418.4	27.5	24.7	417.5	25.854	180.0	227.3
	397.7	19.0	23.8	396.8	17.522	112.6	198.2

-19CZ 290913 B6

Tabulka 12

CM5X -I0G pevnost při tečení

Testové podm

17D0*F/55.0 ksi

927%

1850*F/36.0 ksi

1010°C

1922*F/20.3 ksi

1050%

WF/23.1 ksi

1080%

1800*F/36.0 ksi

980 C

Zátěž	íprodl.	%RA	íonečné hodnoty	Oas v h
v h			tečení	žení .«
			h	%d°form.	1%
671.8	19.6	2S.6	670.5	14.775	447.2
693.6	26.0	24.2	691.7	21.750	441.2
724.9	23.3	29.7	723.2	19.913	464.8
582.5	18.6	20.1	581.1	15.200	77.0
681.2	20.9	24.1	679.2	19.115	56.4
538.4	21.6	17.5	538.3	17.857	242.1
523.0	17.7	21.8	522.4	14.157	235.3
569.7	17.5	19.8	568.5	15.035	287.0
775.2	29.6	29.3	773.8	28.826	315.0
719.7	29.5	28.5	717.8	27.266	321.2
741.6	28.0	25.9	740.3	24.870	284.5
682.8	45.6	34.7	681.1	39.289	409.1
764.0	Z3.2	33.7	764.0	22.884	543.6
790.4	41.4	35.6	789.4	38.172	511.6
799.1	27.0	32.3	797.4	25.737	529.8

354.4	19.3	30.2	351.9
344.5	28.5	31.9	344.3
315.4	23.7	30.7	315.1
753.4	31.7	34.8	753.2
728.0	31.5	33.5	727.1
731.6	34.3	38.8	730.5

2000T/18.0 ksi

1094%

2O12T/14.5 ksi

100°C

2D50-F/15.0 ksi 1121 °C

2100T/12.0 ksi

149%

21OO-F/12.5 ksi

1149%

95.4	29.3	29.4	94.9
95.7	26.7	27.2	94.7
104.6	30.4	33.2	104.4
100.8	25.6	35.1	98.9
95.8	25.9	28.9	93.6
110.0	29.3	30.3	108.0
108.2
104.8
104.3
464.4	23.1	21.3	463.6
411.9	18.3	23.0	410.4
370.9	27.0	38.7	369.8
790.2	31.2	34.9	788.7
671.4	23.6	25.7	670.3
512.1	22.6	28.1	510.4
651.7	27.4	39.7	651.3
754.6	29.7	25.4	753.1
908.3	17.7	18.3	•
758.9	30.8	26.5	758.7
740.0	19.8	20.5	739.5
671.5	26.4	23.8	669.3
410.8	22.9	27.4	410.0
283.5	18.0	31.2	283.5
320.0	16.8	17.4	318.3
389.7	22.0	22.1	389.7
331.4	27.0	24.1	381.1
254.4	12.7	30.4	252.9
419.8	20.5	26.0	419.8
331.4	16.9	21.7	331.1
367.7	19.2	23.2	366.5
387.3	16.8	17.2	386.5
383.1	34.1	32.4	381.6

k dosa2% 508J

493.4

520.4

356.7

314.8 308.7 308.0

354.9

539.9

486.4

464.2

452.4 586.6

565.3 579.1

16.000	246.7	271.4
26.174	220.8	241.9
23.571	183.4	205.6
27.914	352.3	462.1
28.362	281.1	422.1
30.770	339.3	437.3

22.842	41.5	50.9
20.130	45.8	54.7
27.517	41.8	54.4
21.577	49.2	58.1
19.748	41.1	51.4
22.669	48.5 43.8 45.8 48.6	60.1
18.190	257.7	293.5
16.347	103.5	227.6
25.326	7.6	47.3
24.939	299.9	406.0
13.397	303.3	396.3
21.094	192.5	277.7
16.328	315.7	434.7
24.032	193.8	388.7
24.090	388.7	438.2
16.962	316.5	426.7
15.578	359.8	412.4
18.655	226.5	272.2
15.303	156.4	19.1.2
12.979	156.4	191.2
18.488	29.9	189.1
24.758	69.5	197.9
8.984	108.4	185.5
18.917	201.1	274.3
15.069	25.2	83.2
17.530	76.2	177.4
12.742	236.9	282.0
32.135	10.5	164.3

-20CZ 290913 B6

Tabulka 13

CďMSX - 1 OH pevnost při tečení

Těstová- pcJm/nlu	Zatóz h	% pradtaiX		{onecné hodnot hie3ef^de/ornt.	, C^yhdirue}} E aosážsM 4%l 1°/*
	563.4	23.2	27.2	563.2	22.669	318.5	366.2
553.1	24.5	23.0	552.7	21.324	373.1	402.8
	526.9	20.7	27.3	526.4	19.715	358.2	390.7
	594.5	35.1	41.4	594.4	32.090	328.8	372.8
1850*F/J6.0 ksi	242.9	24.3	20.1	242.2	20.686	107.3	155.6
1010°C	221.9	17.0	21.0	221.0	14.888	115.9	150.4
1922*F/20.3 kst	223.4	21.3	21.0	221.7	19.196	128.4	144.7
520.6	26.1	29.3	520.4	23.183	234.3	319.1
1O5O°C	470.4	26.3	21.2	469.2	19.333	176.1	253.2
574.7	16.8	23.0	573.0	14.411	282.1	373.0
2000*F/18.0 ksi	434.0	21.5	18.7	432.1	20.234	103.5	233.1
1094°C	437.3	27.1	33.8	437.3	26.306	182.6	240.8
	430.7	24.6	20.4	430.7	23.244	68.8	192.1
	430.1	21.1	19.3	428.9	19.050	73.7	213.8
2050*F/15.0 ksi	366.1	16.3	12.0	365.5	11.326	239.8	273.3
1121°C	334.0	17.4	16.0	382.3	12.055	168.2	242.9
420.2	I2.2	13.3-	418.6	10.017	127.3	273.2
		T	a b u 1	k a	1 4
í	M S	ϊ -io	I 0	e v n	o a t o	ř i	teče

n í

		U	gcwo ncanOt h		ča$ V > k . 1’/	izení 2'/'
1800*7/36.0 ksi	565.1	35.2	32.0	564.8	29.774	297.0	368.9
980 C	581.9	32.4	29.3	580.2	28.689	371.9	402.5
	514.1	24.1	30.2	514.1	21.207	318.3	358.2
	260.5	25.0	24.8	259.3	23.255	156.7	175.3
1010 c	247.5	22.4	29.1	245.7	17.730	131.9	169.0
	246.1	23.7	29.0	246.1	20.277	137.6	156.7
1922/20.3	916.3	24.9	30.3	914.8	22.445	472.9	549.3
1050 c	934.8	32.2	33.0	934.8	30.165	353.7	475.2
	863.6	27.8	28.5	862.9.	27.057	295.6	442.5
1976/28.1	116.1	19.5	20.1	116.1	19.155	57.4	70.1
1080°C	65.6	22.9	20.6	64.2	21.368	17.8	26.4
	91.6	23.2	25.3	90.4	15.544	37.6	49.7
2000/18.0	430.1	22.7	25.7	429.2	18.449	58.9	193.0
1O94°C	483.8	19.a	25.1	483.8	17.860	102.4	245.4
2050/15.0	397.7	17.9	30.0	397.3	13.264	239.8	292.9
1121 C	487.7	21.4	21.9	487.1	18.854	248.2	318.4
	468.3	18.4	25.5	467.9	15.800	194.1	300.1
2100/12.0	501.3	10.1	15.9	498.7 0.615	•	•
1149 C	401.3	16.8	26.3	399.7 15.429	6.6	25.5
	210.6	11.5	12.7	210.3	0.373	-	-

Tabulka 15

CMSX - 12A__pevnost při tečení

Testové. , , podmínky	Zjtěž	% prodl.	% BA	Koj&ečijé hodnoty tecenx. h Kdelar°>«—	Čas v	h k dosažení 2% ......
*1800*F/36.0 ksi	491.9	40.2	41.6	491.8	38.605	254.0	293.7
990°C	420.4	23.5	31.9	420.3	19.299	234.9	277.9
383.4	25.3	26.2	382.9	22.920	198.1	244.3
	456.2	24.1	26.1	454.5	22.582	89.9	265.5
	458.0	30.7	32.7	457.1	26.155	253.2	292.3
	386.8	30.1	30.4	386.3	27.031	172.7	216.9
	403.7	34.5	28.8	402.7	31.033	140.2	204.9
	398.7	21.6	Z3.5	398.4	20.277	181.1	236.1
1850/36.0	208.5	32.1	40.5	208.3	31.248	100.8	119.6
1010 C	189.5	21.2	25.2	189.4	20.461	99.1	116.3
1922/20.3	829.6	46.5	45.3	828.8	44.488	315.8	400.7
1050 C	797.0	33.5	32.5	796.9	32.856	315.3	400.5
2000/18.0	500.3	31.7	29.6	499.2	24.922	218.4	268.5
1094 C	227.6	36.5	41.2	227.1	26.825	90.6	113.9
	430.4	18.5	23.3	430.4	18.180	181.0	234.1
	424.8	17.0	27.5	423 .3	15.832	263.5	301.2
1121 C	366.1	26.2	42.8	365.5	20.399	146.6	197.8
	400.8	18.2	25.4	400.7	16.910	184.6	251.3
2100 £12.0 1149 C	255.4	25.8	45.8	253.6	22.920	64.1	125.8
483.9	10.1	19.3	482.7	8.602	378.6	421.9
	325.1	7.1	16.6	324.7	4.315	268.8	302.5

Zkoumali jsme různé působení gamma primárního zrání s vývojovou aktivitou soustředěnou na dosažení optimální velikosti částic gamma primární fáze a rozložení prohřívání na delší dobu až 5 na teplotu 1079 °C (1975 °F) (viz Tabulka 4), protože vyšší teplotní stárnutí urychlovalo tvoření

TCP fází během stárnoucího cyklu. Prohřívací doba 10 až 21 hodin při teplotě 1079 °C (1975 °F) byla vhodná, protože se utvořily částice gamma primární fáze o rozměrech 0,5 pm. Ukázalo se však, že kratší doba stárnutí gamma primární fáze při vyšší teplotě může být praktičtější, protože byly zjištěny stabilnější mikrostruktury.

Mikrochemické analýzy jehlicových částic na SEM WDX byly provedena na dodaných vzorcích CMSX-10G. Vzorek testovaný při 1080 °C (1976 °F)/281 ksi obsahoval ve své mikrostruktuře jehlice. Výsledky analýzy jsou popsány v Tabulce 16 a opět naznačují, že jehlice utvořené v této jakostní třídě materiálu jsou zejména bohaté na Re, jsou však také obohaceny Cr a W.

-22CZ 290913 B6

Tabulka 16

CMSX-10G

1080 °C, 1976 °F/28.1 ksi 104,6 h.

ELEM	K	Z	A	F
CrK	0,0426	1,105	0,793	1,049
CoK	0,0584	1,094	0,888	1,086
NiK	0,1740	1,140	0,910	1,116
WL	0,2107	0,941	0,972	1,000
ReL	0,4767	0,941	0,979	1,000
Chemické složení jehlic
ELEM		CPS		hmotn. % ELEM
CrK		113,7000		4,63
CoK		112,1100		5,54
NiK		305,1425		15,02
WL		134,8988		23,03
ReL		276,4000		51.76
				100,00

U testovací tyče CMSX - 10G byl proveden standardní test na odolnost proti rekrystalizací. Testovací metoda a výsledky jsou popsány v Tabulce 17. Výsledky ukazují, že vzorky CMSX - 10G mají podobnou hladinu odolnosti při odlévání, homogenizaci rekrystalizací při procesu spojování jako slitina CMSX - 4.

Tabulka 17

Metoda: Kontrolovaná hladina namáhání v tlaku je hodnocena na celém povrchu testovací tyče v odlitém stavu. Pak je tyč homogenizována. Po homogenizaci je tyč rozdělena a opačná strana je zkoumána metalograficky. Je změřena hloubka rekrystalizace.

Hodnotové standarty:

Slitina Hloubka rekrystalizace Odolnost vůči rekrystalizací __________________________________________________________předpokládaná u listových odlitků CMSX - 4 0,004 velmi dobrá

SX 792 celá tyč velmi dobrá

CMSX-10G 0,004 velmi dobrá

Byly definovány a zhodnoceny kompozice CMSX-10Ga až -101a, -12B, -12C, -10J, — lORi a —12Ri. U vzorků CMSX -10J nevznikla žádná vlastnost pevnosti při tečení, ačkoli jsme vyrobili testovací tyče a homogenizovali je. U kompozice -10J se objevil vměstek C a B, který má pozitivní vliv na monokrystalické utváření testovacího vzorku. Navíc nižší hladiny C a B než byly vyhodnoceny u vzorků CMSX-10F, zejména nižší hladina B, umožňovaly snadnější homogenizaci. Bylo dosaženo 98 až 99 % homogenizace na rozdíl od průměrných 95 % typických pro kompozici CMSX-10F.

Slitiny CMSX -lOGa a -101a byly projektovány s číslem N 1,0. Tyto vzorky obsahují

2,5 hmotnostních % Cr, 3,3 až 4,0 % hmotn. Co; 5,6 až 6,0 % hmotn. Re, vyšší poměr Ta/W, snížené Nb a snížený obsah Al + Ti. Toto snížení hladiny No + Al + Ti zlepšilo rozpustnost

-23CZ 290913 B6 materiálů (viz Tabulka 4) a navíc napomohlo k dosažení zvýšené stability slitiny. Oba vzorky vykázaly téměř plnou homogenizaci.

Snížené číslo N_V3b dále prokázalo účinnost při zlepšení pevnosti při tečení u teploty vyšší než 5 1038 °C (1900 °F) při zachování extrémně dobré pevnosti při tečení i za nižších teplot. Výsledky testů CMSX - lOGa u vzorků vyrobených při zdokonalených kontrolách licího procesu prokázaly 700 a více hodin životnosti se 475 hodinami potřebnými k tečení do 1,0% při 980 °C (1800 °F)/36,0 ksi. Při teplotní expozici vykazoval vzorek vyšší průměrnou životnost asi 500 hod. při 1121 °C (2050 °F)/15,0 ksi a průměrně 1% deformace při tečení, která se projevila 10 po 250 hodinách, jak naznačují výsledky popsané v Tabulce 18.

-24CZ 290913 B6

Tabulka 18

	CMSX -1OGa i	jevnost při	tečení
&&2 h	^|>toc|lou2.	/fa*	Konexe o tečen h	IÍCÍ3/& I ^e/e/orpj.	¢35, ν' k aoí	*aie»r £%
Í800’F/36.0 ksi	500.7	19.9	25.2	499.7	' 19.541	316.5	360.1
982°C	534.2	29.1	25.4	583.9	26.395	370.0	401.8
505.1	22.6	29.8	503.7	18.212	307.4	347.3
730.9	42.0	42.8	730.7	40.216	477.6	516.1
1850/36.0						460.6 428.5
184.5	41.0	33.9	183.2	37.154	82.3	94.5
1010°C	291.5	27.3	29.9	290.2	19.323	191.6	207.8
	279.5	33.9	32.5	278.1	,29.054	155.3	180.5
323.9	30.9	36.6	322.9	29.218	194.1	217.1
326.5*	8.9	12.6	-	-	•	-
295.2+	33.3	33.5	-	-	-	-
						174.1 162.3
300.1+	22.8	22.4	♦	•	♦
1976/28.1	88.6	34.9	33.9	88.6	25.502	39.7	43.9
1080°C	100.1	28.2	29.2	98.3	19.706	53.9	61.3
107.9	28.8	31.4	107.0	23.657	51.1	62.1
	87.1	27.0	33.8	87.1	24.177	39.2	48.5
	52.8	23.3	27.7	81.0	17.301	20.6	38.0
	88.2	31.2	35.2	86.4	24.463	33.6	44.4
	83.7	34.0	34.3	83.4	29.718	36.3	45.1
	114.1	24.3	26.3	113.0	20.544	62.1	73.2
	122.3	18.3	21.3	120.7	15.740	76.5	86.0
	117.7	23.2	25.6	117.5	22.284	78.0	85.3
	Testy přerušeny		40.2	1.036	39.9
				43.4	1.187	42.3
	99.3+	60.1	38.8	-	-	-
	127.9	41.5	34.5	127.5	37.493	51.2	62.6
	96.8	22.9	27.9	96.5	20.124	45.9	54.4
	118.9	31.3	27.1	118.0	24.603	49.5	61.3
	111.1	25.0	22.8	Π0.2	21.521	46.4	58.0
	96.6*	24.1	22.9	-	-	•
	120.5+	25.8	29.4	-	-	-
1976/18.85	113.0*	27.6	20.5	w	-	-
Teety	přerušeny		261.5	1.015	260.3
1080°C		207.2	1.017	204.6
	592.1	25.8	22.4	590.4	23.596	210.1	305.9
570.7	27.2	26.9	570.7	26.289	293.3	332.6
	535.5	19.3	23.9	535.2	17.513	308.2	344.2
2050/15.0						240.5 307.6
536.8	28.5	27.5	535.6	20.662	232.3	321.3
11 21°C	497.0	23.7	23.9	496.2	17.600	260.3	317.9
514.8	23.4	24.4	513.1	12.500	230.4	340.4
454.1	16.6	35.2	453.7	15.476	263.2	317.1
420.3+	33.7	33.2		-	-
	Testy	přerušeny '			Z39.1 189.6
			-		-	280.3
560.1+	-	22.9		-	-
2012/14.5	536.6+	7.3	8.1		-	•
1100°C						424.6
2100/12.0	354.1	14.8	36.5	353.8	12.646	91-2	219.1
1149°C	343.4+	•	27.2		•	9t.4
						147.2
	491.0*	-	16.7	•	•	•	-

1700/50.0 *

927°C + zpracováno ze vzorku listu

-25CZ 290913 B6

Jednoprocentní pevnost při tečení je významná vlastnost. Omezení deformace při tečení na 1,0 až 2,0 % je velmi důležité při projektování součástí plynových turbin, protože užitnost komponentu je obecně měřena odolností proti tečení do průměrné úrovně 1 až 2 %, nikoli mezní silou při 5 narušení materiálu. Mnohé původní slitiny mohou vykazovat velmi atraktivní tuto sílu při narušení při teplotní hladině nad 1038 °C, (1900 °F), mají však nedostatek užitečné síly, tj. mez tečení do 2,0 %, které poskytuje tento vynález současně s daleko vyšší pevností v testech při teplotách pod 1038 °C (1900 °F).

ío Vzorky CMSX -Ia měly také značně zvýšenou pevnost při tečení při vysokých teplotních extrémech, ale nevyvinula se síla tak vysoká jako u CMSX -lOGa při testech v nižších teplotách, což naznačují výsledky v Tabulce 19.

Tabulka 19

CMSX -101a pevnost při tečení

1 Vw-	% pnjfeuž.	% tA		teš v
1800’F/36.0 ksi	532.0	34.8	32.7	530.7	33.000	259.1	312.5
982 °C	474,6	23.8	29.2	473.1	22.886	201.0	269.2
374.3	20.0	21.0	372.8	19.238	171.1	214.7
1850/36.0	256.0	23.7	28.5	256.0	27.867	135.4	157.1
1010°C	251.4	34.4	30.3	250.7	33.055	121.6	144.6
217.8	30.5	22.4	217.2	27.000	94.2	117.9
1976/28,1	85.7	27.5	28.9	83.8	21.754	36.9	46.2
1080°C	81.9	33.6	31.8	81.0	24.384	32.1	42.1
	68.9	26.1	25.8	67.6	20.960	23.1	32.4
2012/14.5	930.2	10.0	14.4	928.4	9.649	104.6	455.7
1100°C	844.4	17.7	23.2	842.8	16.132	339.7	502.3
	864.2	15.3	11.9	862.8	14.558	179.9	453.4
2050/15.0	510.2	17.8	19.7	508.4	15.703	187.2	312.7
1121°C	528.6	17.9	24.2	527.0	14.873	293.7	364.3
	438.8	14.3	11.3	436.4	13.556	56.0	136.9
2100/12.0	616.4	19.0	19.1	616.3	14.112	60.0	422.5
1149°C	467.7	19.1	26.1	466.0	11.373	273.6	374.8

Podobně i slitina CMSX -12B s číslem Nv3b 1,80 a dodatkovým vyrovnaným chemickým složení, jak je uvedeno v Tabulce 1, prokázala značnou pevnost při tečení v testovacích podmínkách nad 1038 °C, (1900 °F) ale neprojevila se tak dobře jako CMSX -lOGa v testech při nižších teplotách, což dokládají výsledky popsané v Tabulce 20

-26CZ 290913 B6

Tabulka 20

CMSX -12B_____pevnost při tečení

Bo/dh?pcdwnkt/	h	% prcc/fauí	c/ fc	te&ear '	17* I Z7 .
i * ------*4 1976*FZ28.1 ksi 1080°C	91.7	15.3	17.2	91.2	14.070	43.9	56.2
72.6	19.4	23.2	72.6	17.396	27.4	36.8
14.1	5.0	1.3	12.7	2.300	Ů-6	11.9
	98.1	16.9	17.6	96.4	13.670	17.8	38.9
	108.2	25.2	24.1	108.0	22.794	43.8	58.7-
	106.9	24.7	24.2	106.3	21.024	46.1	60.1
	104.8	24.0	26.8	104.3	20.094	45.8	58.7
	104.3	26.8	21.4	103.2	22.347		60.8
1800/36.0	515.0	24.7	24.2	513.3	19.468	320.1	358.0
982 °C	536.4	23.2	21.1	530.8	22.184	318.3	359.5
304.7	13.2	19.9	302.9	12.582	166.0	200.8
1850/36.0 1010°C	262.6	18.4	23.1	262.4	17.660	12.5	142.2
2012/14.5	1031.3	17.2	18.5	1029.5	15.113	428.0	703.7
	1078.7	15.6	20.0	1076.7	15.217	704.2	819.2
1 100 c	839.4	14.9	22.8	839.2	9.282	607.6	677. /
	S36.9	23.2	21.0	834.8	18.024	591.1	658.5
	722.0	16.4	21.1	721.9	15.913	170.8	ai.ó
	711.3	14.5	18.8	710.8	12.490	381.9	531.5
	711.9	18.3	20.0	711.4	16.201	447.7	530.7
2050/15.0	507.5	10.0	10.1	507.2	9.394	70.4	360.4
1 1 21 °C	434.0	17.5	16.8	434.0	13.847	241.7	309.0
2100/12.0	487.5	25.3	20.3	486.6	20.986	18.2	224.7
1149°C	444.9	7.8	11.0	442.2	3.884	347.3	413.6

Složení slitiny má největší vliv na maximální pevnost při tečení. Některé zjištěné odchylky mezi odvozenými slitinami a zejména nesourodé výsledky testů jedné slitiny však mohou být způsobeny změnami podmínek vodlévacím procesu. Změn v teplotním gradientu odlévacího postupu ovlivňuje rozmístění dendritických větvení a konečně reakci na homogenizaci a prvotní gamma primární stárnutí. Je třeba vědět, že mnohé ze zde uváděných výsledků pevnosti při tečení mohly vzniknou t při ne zcela optimálních podmínkách a bylo by možno je zlepšit. Zlepšená kontrola odlévacího procesu podpoří vznik mikrostruktur přizpůsobivějších homogenizaci a bude možno zkoumat určení vhodného gamma primárního stárnutí, aby vznikla optimální velikost gamma primárních částic, z čehož může vyplynout další zlepšení mechanických vlastností.

Kompozice CMSX - 12C byla navržena tak, aby výpočet čísla N_V3b byl 1,70. Pro účel této slitiny byl obsah Cr navržen 2,8 hmotnostního % a Co 3,5 % hmotn. Poměr Ta/W byl ponechán, zatímco obsah Re byl omezen na 5,8 %. Obsah Al + Ti byl snížen ve srovnání se vzorky CMSX - 12A a CMSX -12B, aby se zlepšila reakce slitiny při tavbě.

Podobně jako vzorek CMSX — lOGa, vykázal i vzorek CMSX - 12 lepší pevnost při tečení v podmínkách od 980 °C (1800 °F) do 1149 °C, (2100 °F) což ukazuje Tabulka 21.

-27CZ 290913 B6

Tabulka 21

		CMSX -	12C	pevnost při	tečení	/ .
lěsfa&podmin/^	l>	%pKc/loazéj2		h	řas V hacii^C^i k dosazení t 4% 1 1%
1800«F/36.0 ksi 982 °C	465.2		31.8	21.0	464.5	30.543	173.0	262.4
518.0		26.1	31.2	517.9	24.947	288.1	334.3
	480.9		28.3	33.6	480.0	27.715	239.7	297.5
	713.3		30.0	28.0	713.2	28.899	455.0	503.7
1850/36.0	237.7		28.2	26.8	237.7	27.054	114.4	145.3
1010°C	221.2		22.9	27.3	220.7	22.491	111.3	135.2
231.7		23.3	24.7	231.0	22.614	121.0	144.7
	338.9		26.2	27.0	337.5	23.256	216.0	236.3
	300.1+				-	-	-	-
	295.2+		33.3	33.5	-	*	-	-
1976/28.1	73.2		20.8	29.1	72.2	17.768	29.3	38.9
1080°C	79.0		28.1	31.8	77.4	21.533	31.4	41.4
83.8		21.6	26.5	82.3	17.860	34.2	43.8
	67.6		31.2	29.8	67.5	24.177	25.5	34.6

113.0+

79.4	30.8
	76.2		32.8
	68.8		29.3
	118.1	26.0 23.0 116.2	23.822 49.3	62.0
	-	29.0	-
	Testy přerušeny	29.4	-
1976/18.85 ksi 1080°C			32.9
		65.4 218.0

C iQ.U

271.9

2012/14.5	Testy přerušeny	1000.7	23.348	168.9 116.4 240.5 249.6	542.8
1001.8	23.6	20.0
11OO°C	865.5	20.7	26.1	864.8	18.807	418.2 61.9	569.3

267.1

2050/15.0	509.4	13.7	22.3	508.0	12.860	158.1	315.1
1121°C	546.4	15.6	23.6	546.4	14.044	323.0 180.8 44.2 240.7	404.0
2100/12.0	404.3	11.2	21.6	404.3	8.438	190.9 290.1	326.4
1149°C	321.7	9.5	15.0	320.4	7.671	156.6	254.1
	545.1	8.2	22.1	542.2	5.351	236.0	452.9
2100«F/12.0	457.4 371.4+	8.6 14.2	23.4 17.1	455.8	6.612	309.3	380.9
1149°C 1750+E/50.0 954 v	446.9+	16.8	20.4	-	-	-
1976.F/18.85	476.6+	19.2	27.1				-
1080°C	459.9+	30.6	30.2	•			-
1976«F/28.1 ksf	120.5+	24.1	22.9	•		-	-
1080°C	99.6+	25.8	29.4	•	-	-	-
2050»f/is.o ksf 1121% 2012.F/U.5 ksi	469.8	.	30.8	•		-	-
485.4	-	22.7	•	-	638.1	•
1100%						521-6
						267.1
+ zpracováno ze vzorků listu					61.9 395.7

-28CZ 290913 B6

Při zlepšené kontrole odlévacího procesu vykázal tento vzorek následující 1% pevnost při podélném tečení, což je uvedeno v Tabulce 22

Tabulka 22 ____________Testovací podmínky___________________Čas k 1% deformaci v hodinách_______ 1800 °F/36,0 ksi 455

982 °C

2100 °F/12,0 ksi 309,3

1149 °C

Obě slitiny mají podobně zvýšenou mez pevnosti oproti slitině CMSX - 4 v podmínkách od 1080 °C (1976 °F). Následná zlepšení v teplotních vlastnostech kovu jsou opsána v Tabulce 23

Tabulka 23 ____________Teploty_______________Průměrná přednost v pevnosti ve vztahu k CMSX - 4 982 °C (1800 °F) 4,4 °C (40 °F)

1010 °C (1850 °F) 7,2 (45 °F)

1080 °C (1976 °F) 6,1 °C (43 °F)

Založeno na 1% pevnosti při tečení, následující průměrná zlepšení jsou:

982 °C (1800 °F) + 7,8 °C (+46 °F)

1010 °C (1850 °F) +15,5 °C (+60 °F)

1080 °C (1976 °F) +12,8 °C (+55 °F)

Srovnání není korigováno měrnou hmotností.

Při testovací teplotě na 1080 °C (1976 °F) naznačují výsledky, že vzorky CMSX - lOGa a CMSX - 12C vykazují poněkud nižší pevnost při CMSX-4. Nižší hladina zlepšení pevnosti u těchto slitin je pravděpodobně výsledem tvoření TCP fáze. Abychom vyřešili tento problém, bylo u slitin CMSX -10Gb, CMSX - 10L, CMSX - 12Ca a CMSX - 12E navrženo číslo N_v3b 1,50 /viz Tabulka 1/, aby byla zajištěna vyšší fázová stabilita a mnohem vyšší mez pevnosti při zvýšených teplotách při zachování zlepšení pevnosti při tečení za podmínek 980 °C až 1080 °C (1800 °F až 1976 °F).

Kompozice CMSX -10RÍ a CMSX - 12Ri byly navrženy s čísly N_v3b 1,91 a 1,92. Tyto vzorky byly podrobeny nej širšímu testování vlastností. Byly projektovány s hladinami 2,65 hmotnostních % respektive 3,65 % Cr a ostatními vlastnostmi podobnými dříve zmíněných návrhů slitin. Vlastnosti vytvořené u těchto dvou materiálů potvrzují celkovou koncepci vynálezu s ostatním opakováním materiálu pro vznik podobných fyzikálních vlastností a poměrně lepších mechanických vlastností.

Vlastnosti pevnosti při tečení vzorků slitin CMSX -lORi a CMSX - 12Ri jsou popsány v Tabulkách 24 a 25.

-29CZ 290913 B6

Tabulka 24.

CMSX - 10(Rl)______pevnost při tečení

Téřfoře	títčí h	%	Sí	o te&W' h l^de/orw.	fáaS y kcáinqdt k dosažen Γ 4% IZ’Z
1675-F/7S.0 ksi	S73--	21.2	33.8	225.4	14.359	52.8	1 131.5
W>'C	231.6	19.3	31.0	231.3	16.671	51.0	125. Γ
223.4	17.0	22.3	223.3	15.360	68.5	126.6
1750/50.0 425.9	18.3	33.7	425.6	16.047	303.4	334.7
	428.0	18.4	29.7	427.3	16.229	309.2	343.0
460.8	17.1	25.7	459.0	15.308	314.7	360.3
1800/36.0 698.5	39.9	34.3	696.8	36.980	492.8	521.5
tfVts	676.3	28.3	33.3	674.5	27.221	479.0	513.8
692.9	38.5	31.3	692.2	36.494	469.3	504.9
1850/36.0	291.2	34.1	33.1	291.1	31.774	194.1	210.4
1010'Cs	260.0	29.3	32.1	258.8	25.321	170.2	186.4
272.3	34.5	31.8	271.1	30.940	169.3	187.1
1850/27.56	614.0	52.0	42.0	613.5	50.482	365.8	415.5
	576.3	49.7	39.0	575.9	49.183	34-5.1	368.2
481.1	40.4	35.4	480.7	38.294	309.3	335.4
1976/28.1	76.2	23.5	31.7	75.9	22.130	38.6	46.7
	80.5	19.0	26.3	79.8	14.665	44.3	51.3
99.7	26.2	28.1	98.9	23.480	40.4	54.0
						41.4	-
	Testy	přerušeny				37.0	•
				40.5	•
1,976/18.85	265.6	29.5	35.7	264.7	29.010	158.7	184.8
	278.8	51.4	38.8	278.1	46.026	82.0 139.7	155.0
	Testy	přerušeny				128.8	-
						100.1	-
2012/14.5	490.8	40.2	33.5	490.5	37.678	286.5	335.3
faoo '0	447.0	37.0	41.5	445.0	32.814	291.4	319.9
			-	-	113.5	*
	Testy přerušeny		-	-	205.7	-
					*	202.2	•
2050/15.0	251.9	33.6	35.9	250.0	25.559	100.0	149.5
falťCs	318.9	27.1	30.0	318.2	23.149	177.5	221.2
			•	•	181.0	-
				-	-	95.5	-
				•	•	34.5	•
2100/12.0	400.3	17.9	27.2	400.1	17.877	102.8	225.0
	362.1	15.3	22.9	361.8	14.986	125.7	217.2
389.5	19.9	24.0	388.2	19.510	41.1	180.7

-30CZ 290913 B6

Tabulka 25

CMSX - 12(Rj]________pevnost při tečení

lé&love	Za&Ž	% , yrzdíouŽety	/(? ¢4	Xonecíi o tea lo		&S / hcxftrtfd, 4% I 2,*7O
1675-F/75.0 ksí	209.8	22.3	23.1	209.3	19.958	2.6	46.3
913°c	191.4	14.3	17.4	189.7	12.483	1.6	42.5
189.6	22.0	22.8	188.3	19.080	1.5	22.3
1750/50.0	448.1	26.7	26.6	447.9	26.054	302.3	335.5
955 °C	403.1	19.0	26.9	401.9	18.566	210.0	290.2
435.0	19.4	26.9	434.4	18.503	89.1	284.1
1800/36.0	604.5	34.7	29.9	604.3	34.170	349.4	407.1
982 °C	583.6	37.0	32.0	581.3	30.443	391.3	420.6
	627.0	25.3	29.7	627.0	24.417	412.4	455.8
1850/36.0	302.9	33.1	31.3	301.7	29.034	198.9	215.1
1010°C	314.4	32.0	27.1	312.7	27.479	201.4	220.2
1976/28.1	90.0	19.7	29.2	88.5	16.627	33.9	48.8
1080°C	91.5	30.3	31.9	90.6	29.001	37.3	47.9
68.6	35.3	32.2	68.4	28.869	17.3	27.6
						43.7	-
	‘Testy přerušeny			41.4	-
						38.7	•
2012/14.5	324.1	31.4	30.8	323.9	24.403	160.1	207.7
1100°C	481.4	30.9	31.9	481.1	29.581	129.9	299.6
551.7	29.9	31.1	549.2	25.622	304.4	375.5
						256.1	-
	Testy přerušeny			182.8	-
						101.5	•
2050/15.0	243.4	36.1	35.0	243.3	20.614	143.1	174.2
11 21 °C
2100/12.0	374.8	12.1	20.3	374.7	11.743	166.6	280.4
1149°C	463.6	15.4	25.9	463.3	13.594	245.7	363.3
488.0	20.3	25.9	487.1	19.550	25.7	118.9

Metoda a výsledky výzkumu mikrostrukturálního oddělení W a Re podniknutého na plně a částečně rozpuštěných vzorcích CMSX - 12Ri jsou popsány dále v Tabulce 26. Výzkum 5 naznačil, že je zapotřebí minimalizovat množství reziduálních eutektik obsažených v mikrostrukturách, a to u plně rozpuštěných vzorků. Homogenizační postupy vyvinuté pro tento vynález jsou úspěšné v minimalizaci oddělování částic, což je důležité k získání optimálních mechanických vlastností a mikrostrukturách stability.

-31 CZ 290913 B6

Tabulka 26

Slitina:	CMSX-12RÍ
Testovací vzorek:	Plná tyč o rozměrech 3/8
Stav vzorku:	Plně rozpuštěný Rozpuštěný se 2% reziduálních eutektik
Metoda roztoku:	Mikroskopické analýzy + náhodné seskupení 350 bodů napříč řezem s pravým úhlem ke směru růstu + 7 lineárních řezů, 51° od sebe, 50 bodových analýz v linii; standardní odchylky u měření W a Re jsou mírou homogenity.
Výsledky:	CMSX-12R1 Standardní odchvlkv W Re plně rozpuštěné 0,27 0,50 2% reziduálních 0,36 0,90 eutektik Srovnání Typická CMSX-4 0,57 0,60

Tabulka 27 znázorňuje výsledky hořákového testu teplotní koroze u vzorku CMSX-12RÍ. Měření byla uskutečněna na tyči v místech nej vyšší zátěže, tj. v místě s 900 °C (1652 °F) a ukázala, že slitina DS MAR M 002 měla přibližně 20 krát vyšší ztrátu než vzorek CMSX-lORi. Obě slitiny CMSX-lORi i CMSX-12RÍ prokázaly podobnou odolnost vůči narušení jako CMSX—4, založenou na vizuální kontrole po 60,90 a 120—ti hodinách.

Tabulka 27

Teplotní koroze

Metoda: + hořák

950 °C (1742 °F) ppm soli, standardní palivo + měření v bodu maximální zátěže, to bylo 900 °C (1652 °F) + měření byla uskutečněna v minimálním průměru užitečného kovu

Výsledky: + 90 hodinový test

Slitina	Původní rozměr užitečný rozměr po ztráta kovu na stranu testu
DS MarM002 CMSX-12RÍ	6,88 mm 5,14 mm 0,87 mm /0,034'7 6,86 mm 6,78 mm 0,04 mm/0,0016’7

Tabulka 28 popisuje výsledky cyklických oxidačních testů uskutečněných při 1100 °C s rychlostí plynu March 1. Vzorek CMSX -12Ri byl podobně odolný vůči oxidaci při 1118 °C, ale nebyl tak dobrý jako CMSX - 4 při expozici v 1030 °C.

-32CZ 290913 B6

Tabulka 28

Cyklický oxidační test minutové cykly do 1100 °C (2012 °F) mezi cykly ochlazeno na okolní teplotu rychlost plynu March 1 celkem 89 hodin, z toho 77 hodin při 1100 °C (2012 °F)

Výsledek při 110 °C (2012 °F) CMSX-12RÍ průměrně 0,1 mm ztráty/strana při každých 300 cyklech

CMSX-4 průměrně 0,1 mm ztráty/strana při každých 380 cyklech při 1030 °C (1886 °F) CMSX-12RÍ průměrně 0,105 mm ztráty/strana při 335 cyklech

CMSX-4 průměrně 0,03 mm ztráty/strana po 355 cyklech

Údaje o tahu při zvýšené teplotě u CMSX - 12Ri jsou popsány v Tabulce 29. Výsledky rázových testů jsou popsány v Tabulce 30. Minimální rázová pevnost při zvýšené teplotě u CMSX - 12Ri je podobná jako u CMSX - 4 a její maximum při 950 °C (1742 °F) je lepší.

Tabulka 29

Tahové údaje

CMSX -12Ri

Test.teplota Laue	0,1% podíl ks:	1 jednotel .0,2% ksi ksi	£ prodl.%	RA.%
1382	2.3’	150.0 I	160.8	188.7	13	14
1382	2.3*	153.6 (165.1	190.0	13	15
1562	6.2*	136.5	130.8	152.3	27	24
1562	6.2’	135.0 Í128.9	160.1	25	23
1742	5.6*	92.7	89.2	125.3	24	30
1742	5.6*	99.9 l	Í06.2	129.2	24	32
1922	3.8*	1 69.5	74.3	104.1	19	36
1922	3.8*	' 72.4	77.6	)06.0	19 1	36

i

-33CZ 290913 B6

Tabulka 30

Rázové údaje CMSX -12Ri

0,35” hladké válcové vzorky

	Test Temperature *F
Teplota
1382	1562	1742	1922
P5Ó	850	<!5D	ÍOSO
ZMSX-12 ŘÍCI only)	26 J	20 J	60 J	32 J
2MSX-4 (Ave. of 4)	26 J	21 J	42 J	45 J

Další srovnání rázových vlastností s * CMSX - 2 - minimální rázová pevnost 16,5 Joulů.

* SRR 99 - minimální rázová pevnost 20 Joulů.

Výsledky únavy materiálu při nízkém cyklu u CMSX - 12Ri uskutečněné při 750 °C a 950 °C při R=0 jsou popsány v Tabulce 31. Údaje naznačují, že výkon CMSX - 12Ri je podobný jako io CMSX -4 při 750 °C, zatímco při 950 °C má slitina průměrně 2,5 krát delší životnost než CMSX-4.

Tabulka 31

Únava při nízkém cyklu

Slitina CMSX - 12Ri R=0 /nula až maximum zátěže/
zu 750 °C (1382 °F) vrcholná zátěž ksi /MPa/	cykly	950 °C (1742 °F) vrcholná zátěž ksi /MPa/	cykly
142 /980/	8686	110/760/	4427
130/900/	11950	99/680/	15510
125/860/	20810	87 /600/	37430
119/820/	>100000	75 /520/	92580

* výkon je podobný jako u CMSX -4 při 750 °C * porovnáno s CMSX-4 při 950 °C a při 2000 cyklech

CMSX - 12Ri vykazuje 2,5 krát vyšší životnost a o 15 % vyšší pevnost.

Výsledky testu únavy při postupné spouštění nízkého cyklu prokazující, že CMSX -12Ri je

2,5 krát lepší než CMSX - 4 až do 3000 cyklů, ale při 5000 cyklech a více má podobné vlastnosti jako CMSX - 4. Výsledky těchto testů provedených při 750 °C, K, = 2,0 a R = 0 jsou popsány 30 v tabulce 32

-34CZ 290913 B6

Tabulka 32

Únava materiálu při postupném nízkém cyklu

CMSX - 12Ri

750 °C, (1382 °F), K_t = 2,0, R = 0

Vrcholná zátěž ksi /MPa/	Cykly
113,13/780/	4879
107,33 /740/	9784
95,72 /660/	28470
84,12/580/	49810
81,22/560/
78,32 /540/	>115000
75,42 /520/	>115000
Výsledky jsou 2,5 krát lepší než u CMSX-	4 až do 3000 cyklů. Výsledky jsou podobné jako
u CMSX - 4 při 5000 cyklech a výše.
Výsledky testu únavy při vysokých cyklech	u CMSX - lORi jsou popsány v tabulce 33. Při
950 °C, 100 Hz a R = 0 vykazovala slitina 2,5 krát vyšší životnost než CMSX - 4.
Tabulka 33
Únava materiálu při vysokém cyklu
CMSX-lORi
950 °C, (1742 °F) 100Hz,R = 0
Vrcholná zátěž ksi /MPa/	Cykly /Nf/
81,22/560/	15,2 x 106
92,82 /640/	3,59x106
104,43/720/	0,6x106

Životnost je 2,5 krát lepší než u CMSX - 4.

Testované údaje u CMSX - lORi a CMSX - 12Ri naznačují, že odolnosti vůči teplotní korozi a vůči oxidaci lze dosáhnout při extrémně nízkém obsahu chrómu ve slitině. Navíc se projevuje u vynalezených slitin velmi dobrá pevnost při termomechanické tahové námaze a rázová pevnost.

Výsledky měření hustoty vzorků obsahuje Tabulka 34

Tabulka 34

Údaje o hustotě monokrystalické slitiny

-35CZ 290913 B6

Slitina Hustota g/cm³

CMSX-10A	8,94
CMSX-1 OB	8,94
CMSX-10C	8,97
CMSX-1 OD	8,97
CMSX-10E	8,97
CMSX-1 OF	8,92
CMSX-10G	8,89
CMSX-lOGa	8,89
CMSX-10H	8,94
CMSX-101	8,89
CMSX-101a	8,89
CMSX-10J	9,03
CMSX-10Gb/1 OK/	9,08
CMSX-12A	8,92
CMSX-12B	8,97
CMSX-12C	9,00
CMSX-12Ca/12D/	9,00
CMSX-lORi	9,00
CMSX-12RÍ	8,92

Vynalezené slitiny jsou přizpůsobivé ke zpracování metodou HIP. Vzorky zpracované metodou HIP, popsané v Tabulce 35, mají téměř zcela uzavřené póry a absenci počátečního tání.

Tabulka 35

Podmínky HIP

1. Teplotní vzorky v HIP nádobě do 1346 °C (2455 °F) ponechané při minimálním tlaku argonu /průměrně 1500 psi/ po 4 hodiny. 1346 °C/1500 psi

2. Při pracovní teplotě 1346 °C, (2455 °F) po dobu 1 hod. zvýšený tlak aronu na 20 ksi. Vzorky prohřívané po dobu 4 h. při 1346 °C, (2455 °F)/20 ksi.

Popsali jsme vynález s ohledem na jeho určité složky a je jasné, že odborníci se běžně setkávají s četnými jinými formami a modifikacemi. Připojené patentové nároky jsou obecně sestaveny, takže zahrnují všechny tyto běžné formy a modifikace, které jsou skutečnou podstatou tohoto vynálezu.

Průmyslová využitelnost

Vysoce legovaná slitina z tohoto vynálezu je vhodná k použití při výrobě monokrystalických součástech jako jsou komponenty pro motory turbin. Přednostně je tato slitina užitečná k výrobě monokrystalických odlitků pro použití při vysokém tlaku a teplotě a je charakteristická zvýšenou odolností při tečení v těchto podmínkách, zejména při teplotě až do 1080 °C (1976 °F). Jelikož tuto vysoce legovanou slitinu lze použít k jakémukoli účelu vyžadujícímu odlévání slitiny s vysokou pevností tvořící monokrystaly, je její konkrétní použití zejména při odlévání monokrystalických listů a lopatek motorů plynových turbin. Tato slitina má neobvyklou odolnost proti rekrystalizaci během homogenizace, jež je považována za důležitou vlastnost nezbytnou při uplatnění pokrokové technologie při mnohosoučástkovém odlévání spojených monokrystalických vzduchových listů. Navíc má tato slitina taviči vlastnosti nezbytné pro běžné odlévání menších turbinových vzdušných listů se složitými chladicími kanály.

-36CZ 290913 B6

Zatímco prvotní použití této slitiny je pro turbiny leteckých motorů, jsou taktéž aplikovány na stacionární motory, kde jsou požadovány zvláště vysoké výkonnostní charakteristiky. To platí zejména pro motory turbin, od kterých jsou vyžadovány vysoké výkony s velmi omezenou světlostí a mají tudíž materiálově omezený rozsah povoleného tečení.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (13)

1. Vysoce legovaná slitina na bázi niklu, vyznačující se tím, že obsahuje, v % hmotnostních, následující složky

rhenium 5,0 až 7,0 chrom 1,8 až 4,0 kobalt 1,5 až 9,0 tantal 7,0 až 10,0 wolfram 3,5 až 7,5 hliník 5,0 až 7,0 titan 0,1 až 1,2 molybden 0,25 až 2,0 niob až 0,5 hafnium až 0,15

zbytek nikl a obvyklé doprovodné nečistoty, přičemž vykazuje fázové stabilizační číslo Nv3b menší než 2,10.

2. Vysoce legovaná slitina na bázi niklu podle nároku 1, vy zn a č uj í c í se tím, že dále obsahuje, v % hmotnostních, následující složky:

uhlík až 0,04 bór až 0,01 yttrium až 0,01 cer až 0,01 lanthan až 0,01

3. Vysoce legovaná slitina na bázi niklu podle nároku 2, vyznačující se tím, že dále obsahuje, v % hmotnostních, následující složky:

mangan až 0,04 křemík až 0,05 zirkonium až 0,01 síra až 0,001 vanad až 0,10

4. Vysoce legovaná slitina na bázi niklu podle nároku 1, vyznačující se tím, že vykazuje fázové stabilizační číslo Nvíb menší než 1,85.

5. Vysoce legovaná slitina na bázi niklu podle nároku 1, vyznačující se tím, že vykazuje obsah chrómu 1,8 až 3,0 % hmotnostních.

6. Vysoce legovaná slitina na bázi niklu podle nároku 1, vyznačující se tím, že vykazuje obsah rhenia 5,5 až 6,5 % hmotnostních.

-37CZ 290913 B6

7. Vysoce legovaná slitina na bázi niklu podle nároku 1, vyznačující se tím, že vykazuje obsah kobaltu 2,0 až 5,0 % hmotnostních.

8. Vysoce legovaná slitina na bázi niklu podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje, v % hmotnostních, následující složky:

rhenium 5,5 až 6,5 chrom 1,8 až 3,0 kobalt 2,0 až 5,0 tantal 8,0 až 10,0 wolfram 3,5 až 6,5 hliník 5,3 až 6,5 titan 0,2 až 0,8 molybden 0,25 až 1,5 niob až 0,3 hafnium 0,02 až 0,05

zbytek nikl a obvyklé doprovodné nečistoty, přičemž vykazuje fázové stabilizační číslo N_V3b menší než 1,75.

9. Vysoce legovaná slitina na bázi niklu podle nároku 8, vyznačující se tím, že dále obsahuje, v % hmotnostních, následující složky:

uhlík v az 0,04 bór až 0,01 ytrium až 0,01 cer až 0,01 lanthan až 0,01

10. Vysoce legovaná slitina na bázi niklu podle nároku 9, vyznačující se tím, že dále obsahuje, v % hmotnostních, následující složky:

mangan křemík zirkonium síra vanad

až 0,04 až 0,05 až 0,01 až 0,001 až 0,10

11. Použití vysoce legované slitiny na bázi niklu podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 10 pro přípravu monokrystal ických součástí.

12. Použití vysoce legované slitiny na bázi niklu podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 10 pro přípravu monokrystalických součástí turbínových motorů, zejména listů a věnců lopatek plynových turbín.

13. Způsob výroby součásti, vyznačující se tím, že se součást odlije jako monokrystal z vysoce legované slitiny na bázi niklu podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 10 a odlitek stárne při teplotě 1065 °C (1950 °F) až 1163 °C (2125 °F) po dobu 1 až 20 hodin.