CZ291048B6 - Monokrystalická vysoce legovaná slitina na bázi niklu, odolná vůči korozi za tepla a monokrystalický odlitek, který ji obsahuje - Google Patents

Monokrystalická vysoce legovaná slitina na bázi niklu, odolná vůči korozi za tepla a monokrystalický odlitek, který ji obsahuje Download PDF

Info

Publication number
CZ291048B6
CZ291048B6 CZ19951133A CZ113395A CZ291048B6 CZ 291048 B6 CZ291048 B6 CZ 291048B6 CZ 19951133 A CZ19951133 A CZ 19951133A CZ 113395 A CZ113395 A CZ 113395A CZ 291048 B6 CZ291048 B6 CZ 291048B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
alloy
cmsx
weight
monocrystalline
alloys
Prior art date
Application number
CZ19951133A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ113395A3 (en
Inventor
Gary L. Erickson
Original Assignee
Cannon-Muskegon Corporation
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 Cannon-Muskegon Corporation filed Critical Cannon-Muskegon Corporation
Publication of CZ113395A3 publication Critical patent/CZ113395A3/cs
Publication of CZ291048B6 publication Critical patent/CZ291048B6/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
    • 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%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/05—Alloys based on copper with manganese as the next major constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)

Abstract

Vysoce legovan slitina na b zi niklu, odoln v i korozi za tepla, obsahuj c hmotnostn 11,5 a 13,5 % chromu, 5,5 a 8,5 % kobaltu, 0,4 a 0,55 % molybdenu, 4,5 a 5,5 % wolframu, 4,5 a 5,8 % tantalu, 0,05a 0,25 % niobu, 3,4 a 3,8 % hlin ku, 4 a 4,4 % titanu, 0,01 a 0,06 % hafnia, a jako zbytek nikl a nahodil ne istoty a m slo f zov stability N.sub.v3B.n. men ne 2,45 je vhodn pro v²robu monokrystalick ho odlitku, kter²m je rotorov nebo statorov lopatka plynov turb ny.\

Description

N o
Monokrystalická vysoce legovaná slitina na bázi niklu, odolná vůči korozi za tepla a monokrystalický odlitek, který ji obsahuje
Oblast techniky
Vynález se týká monokrystalických vysoce legovaných slitin na bázi niklu, zvláště monokrystalických vysoce legovaných slitin na bázi niklu a součástí z nich vyráběných, se zvýšenou odolností proti korozi nechráněného povrchu za tepla, k použití v plynových turbínách.
Dosavadní stav techniky
Pokroky z posledních let v oboru odolnosti monokrystalických součástí vůči teplu a napětí byly výsledkem pokračujícího vývoje monokrystalických vysoce legovaných slitin, stejně jako zlepšení odlévacích procesů a technologie aplikace v motorech. Mezi součásti z monokrystalických vysoce legovaných slitin patří rotorové i statorové turbínové lopatky nacházející se v horkých sekcích plynových turbín. Cíle konstrukce plynových turbín zůstaly stejné v posledních desetiletích. Mezi těmito cíli je úsilí o zvýšení provozních teplot motorů, zvýšení otáček, využití paliva a zvýšení trvanlivosti a spolehlivosti součástí motorů.
Mezi počáteční snahy o poskytnutí slitin k dosažení konstrukčních cílů pro aplikace v průmyslových plynových turbínách patří americký patentový spis číslo US 4 677 035, Fiedler a kol., týkající se složení monokrystalické slitiny na bázi niklu, sestávající v podstatě hmotnostně z 8,0 až 14,0 % chrómu, 1,5 až 6,0 % kobaltu, 0,5 až 2,0 % molybdenu, 3,0 až 10,0 % wolframu,
2,5 až 7,0 % titanu, 2,5 až 7,0 % hliníku, 3,0 až 6,0 % tantalu a zbytek niklu. Složení slitin zamýšlené tímto spisem, i když měla vysokou pevnost při dlouhodobém nebo opakovaném vystavení vysokým teplotám, jsou však náchylná na zrychlenou korozí v prostředí horkých plynů, jimiž jsou vystaveny součásti vyrobené z těchto slitin, při použití v plynových turbínách.
Také v americkém patentovém spise číslo US 2 153 848 se popisují slitiny o hmotnostním složení 13 až 15,6 % chrómu, 5 až 15 % kobaltu, 2,5 až 5 % molybdenu, 3 až 6 % wolframu, 4 až 6 % titanu, 2 až 4 % hliníku, přičemž zbytkem je v podstatě nikl, bez záměrné přísady uhlíku, boru nebo zirkonia, které se vyrábějí v monokrystalech. Ačkoli zamýšlené slitiny nárokují zlepšení odolnosti proti korozi za tepla doprovázenou zlepšenou mezí tečení, přetrvává v oboru potřeba monokrystalických vysoce legovaných slitin pro použití v plynových turbínách, jež by měly kombinaci zvýšené odolnosti proti korozi za tepla, odolnosti vůči oxidaci, zvýšené mechanické pevnosti, dobré slévatelnosti součástí a přiměřené odezvy na tepelné zpracování.
Monokrystalické součásti se obvykle vyrábějí s krystalografickou orientací nízko obsazených rovin (001) rovnoběžnou se strukturou dendritického růstu v součásti nebo sosou lopatek. Kubické planicentrické (FCC) monokrystaly vysoce legovaných slitin, vyrostlé ve směsi (001), mají extrémně dobrou odolnost oproti tepelné úpravě oproti běžným litým polykrystalickým součástem. Jelikož nemají tyto monokrystalické součásti hranice zrn, je umožněna konstrukce slitin bez prvků zpevňujících hranice zrn, jako je uhlík, bor a zirkonium. Jelikož tyto prvky snižují teplotu tavení slitin, jejich téměř úplné vyloučení z konstrukce slitin zajišťuje dosažení větší potenciální mechanické pevnosti za vysokých teplot, jelikož je možno dosáhnout úplnějšího roztoku v primárních gama krystalech a mikrostrukturální homogenity vůči konvenčně litým materiálům s usměrněně ztuhlým (DS) kolumnámrm zrnem, umožněného vyšší teplotou začátku tavení.
Tyto procesní přednosti se nutně nedostaví, pokud se nepodnikne všestranná konstrukce slitiny. Slitiny musejí být konstruovány tak, aby neměly sklon k vytváření vad odlitků, jako jsou vrásky (freckles), pleny (slivers), falešná zrna a rekrystalizace, zejména je-li jich použito pro velké lité součásti. Kromě toho musejí mít slitiny přiměřené „okno“ pro tepelné zpracování (což je číselný
-1 CZ 291048 B6 rozdíl mezi teplotou rozpouštění v primárních gama krystalech a teplotou začátku tavení) k umožnění téměř dokonalé rozpustnosti v primárních gama krystalech. Současně má být vyvážené složení slitiny voleno k zajištění přiměřené kombinace konstrukčních vlastností nutných pro funkci v plynových turbínách. Mezi obecně požadované vybrané vlastnosti důležité pro konstruktéry plynových turbín patří: mez tečení za zvýšených teplot, odolnost proti termomechanické únavě, odolnost proti rázu, odolnost proti korozi a oxidaci za tepla, plus povrchové vlastnosti. Zejména požadují konstruktéři plynových turbín jedinečnou kombinaci odolnosti proti korozi a oxidaci za tepla, plus dobré dlouhodobé mechanické vlastnosti.
Tvůrce slitiny se může snažit o zlepšení jedné nebo dvou z těchto konstrukčních vlastností nastavením vyváženého složení známých vysoce legovaných slitin. Je však extrémně obtížné zlepšit více než jednu nebo dvě konstrukční vlastnosti, aniž se to významně nebo dokonce závažně projeví kompromisem na úkor zbývajících vlastností. Jedinečná vysoce legovaná slitina podle tohoto vynálezu je výtečnou kombinací vlastností potřebných k vytváření monokrystalických součástí pro službu v horkých sekcích průmyslových a lodních plynových turbín.
Podstata vynálezu
Vysoce legovaná slitina na bázi niklu, odolávající korozi za tepla spočívá podle vynálezu v tom, že obsahuje hmotnostně přibližně 11,5 až 13,5 % chrómu, 5,5 až 8,5 % kobaltu, 0,40 až 0,55 % molybdenu, 4,5 až 5,5 % wolframu, 4,5 až 5,8 % tantalu, 0,05 až 0,25 % niobu, 3,4 až
3,8 % hliníku, 4,0 až 4,4 % titanu, 0,01 až 0,06 % hafnia a jako zbytek nikl a nahodilé nečistoty a má číslo fázové stability Nv3b nižší než přibližně 2,45.
S výhodou je součet obsahu hliníku a titanu ve složení této vysoce legované slitiny hmotnostně 7,4 až 8,2 %. Je také výhodné, je-li ve složení podle vynálezu poměr titanu k hliníku větší než 1 a poměr tantalu k wolframu větší než 1. Obsah nahodilých nečistot je také třeba udržovat na nej menším možném množství; vysoce legovaná slitina může také obsahovat přibližně 0 až 0,05 % uhlíku, přibližně 0 až 0,03 % boru, přibližně 0 až 0,03 % zirkonia, přibližně 0 až 0,25%rhenia, přibližně 0 až 0,10% křemíku a přibližně 0 až 0,10 % manganu. Ve všech případech je základním prvkem nikl. Tento vynález poskytuje monokrystalickou vysoce legovanou slitinu se zvýšenou odolností proti korozi za tepla, se zvýšenou odolností vůči oxidaci a se zvýšenou mezí tečení.
Ze slitiny podle vynálezu lze vhodně zhotovovat monokrystalické výrobky. Výrobkem může být součást pro plynovou turbínu, zejména může být touto součástí lopatka plynové turbíny.
Složení vysoce legované slitiny podle vynálezu je vyvážené, takže vede k jedinečné kombinaci žádoucích vlastností, včetně zvýšené odolnosti vůči korozi za tepla, což je obzvlášť užitečné pro aplikace v průmyslových a lodních plynových turbínách. Mezi tyto vlastnosti patří: výtečná odolnost proti korozi nechráněného povrchu za tepla a mez tečení; dobrá odolnost proti oxidaci nechráněného povrchu; dobrá slévatelnost monokrystalických součástí, zejména velkých turbínových lopatek; dobrá odezva na tepelné zpracování; přiměřená odolnost proti rekrystalizaci litých součástí; přiměřená vhodnost součástí k povlékání povrchu a stabilita mikrostruktury toho druhu, že dlouhodobě odolává vytváření nežádoucích křehkých fází nazývaných topologicky s těsným uspořádáním (TCP).
Podstatou vynálezu je podle toho zajištění vysoce legovaných slitinových kompozic a monokrystalických výrobků z nich vyrobených, jež mají jedinečnou kombinaci žádoucích vlastností včetně zvýšené odolnosti vůči korozi za tepla. Dále je podstatou vynálezu zajištění vysoce legovaných slitin a monokrystalických výrobků z nich vyrobených k použití ve stabilních a lodních plynových turbínách.
-2CZ 291048 B6
Přehled obrázků na výkrese
Vynález a jeho přednosti blíže objasňuje následující popis výhodných provedení a výkres, kde na obr. 1 je záznam výsledků zkoušek koroze za tepla provedených při třech teplotách (750, 850 a 900 °C), kterým bylo vystaveno působení syntetické strusky (GVT) plus 0,03 objemových procent oxidů síry ve vzduchu po dobu 500 hodin jedno provedení podle vynálezu (CMSX-11B) a čtyři jiné slitiny (IN 738 LC, SC 16, CMSX-11C a CMSX-4). Na ose x je teplota ve °C a na ose y je hloubka proniknutí koroze v pm. V prvním sloupci je vždy slitina CMSX-11B a v ostatních čtyřech sloupcích jsou za sebou výsledky slitin IN 738 LC, SC16, CMSX-11C a CMSX-4.
Na obr. 2 je grafické porovnání údajů o korozi za tepla ze zkoušek provedených při 732 °C u jednoho provedení podle vynálezu (CMSX-11B vyznačeno prázdným čtverečkem) a dvou jiných slitin (CMSX-11C -vyznačeno plným čtverečkem a IN-738 LC -vyznačeno kosočtverečkem). Jde o kelímkovou zkoušku; zkušební kolíky povlečené po každých 100 cyklech 1 mg/cm2 síranu sodného, cykly 3x denně. Na ose x je čas exposice v hodinách, na ose y je změna hmotnosti v mg/cm2.
Na obr. 3 je grafické porovnání údajů o korozi za tepla ze zkoušek provedených při 899 °C u jednoho provedení podle vy nálezu (CMSX-11B vyznačeno prázdným čtverečkem) a dvou jiných slitin (CMSX-11C -vyznačeno plným čtverečkem a IN-738 LC -vyznačeno kosočtverečkem). Jde o kelímkovou zkoušku; zkušební kolíky povlečené po každých 100 cyklech 1 mg/cm2 síranu sodného, cykly 3x denně. Na ose x je čas exposice v hodinách, na ose y je změna hmotnosti v mg/cm2.
Na obr. 4 je grafické porovnání pevnosti slitiny a údajů o korozi za tepla (při teplotě 1050 °C) ze zkoušek provedených u jednoho provedení podle vynálezu (CMSX-11B/SC -vyznačeno plným čtverečkem) a šesti jiných slitin (CMSX-11C/SC -vyznačeno prázdným trojúhelníčkem, FSX414/DS-vyznačeno prázdným kolečkem, R80H/DS -vyznačeno plným kolečkem, IN738LC/DS -vyznačeno mezikružím, ln939/DS -vyznačeno prázdným kosočtverečkem a CM186LC/DS -vyznačeno plným kosočtverečkem). Teplota meze tečení: napětí 290 MPa, čas 1000 hodin. Na ose x je ztráta tloušťky v pm, na ose y je teplota meze tečení.
Zkušební podmínky:
1) teplota, čas: 1050 °C -500 hodin (max), 2) průtočná rychlost spalin 6Nm3/min SOX: 2,57 - 2,87.10-2 % hmotn. (257- 287 ppm), 3) průtočná rychlost ropy 18 1/h NaCl: 17,8-18,2 mg/m3h, 4) roztok chloridu sodného 6 cm3/min Na2SO4: <0,5 mg/m3h, 5) sírový olej 7 cm3/min.
Na obr. 5 je grafické porovnání údajů o oxidaci ze zkoušek provedených při 1000 °C u jednoho provedení podle vynálezu a dvou jiných slitin. (Oxidace v prostředí vzduchu, cyklování na RT jednou za hodinu, kelímková zkouška). Prázdné čtverečky-slitina CPJ3 (738), plné čtverečky -slitina CQ13 (CMSX-11C), kolečka slitina CQH3 (CMSX-11B). Na ose x je čas v hodinách, na ose y je změna hmotnosti v mg/cm2.
Na obr. 6 je grafické porovnání údajů o oxidaci ze zkoušek provedených při 1010 °C u jednoho provedení podle vynálezu a dvou jiných slitin. (Oxidace v prostředí vzduchu, cyklování na RT jednou za hodinu, kelímková zkouška). Prázdné čtverečky -slitina CMSX-11B, plné čtverečky -slitina CMSX-11C, kosočtverečky - slitina IN-738LC. Na ose x je čas v hodinách, na ose y je změna hmotnosti v mg/cm2.
Na obr. 7 je grafické porovnání pevnosti slitiny a údajů o oxidaci při teplotě 1200 °C ze zkoušek provedených u jednoho provedení podle vynálezu (CMSX-11B/SC -vyznačeno plným
-3CZ 291048 B6 čtverečkem) a šesti jiných slitin (CMSX-11C/SC-vyznačeno prázdným trojúhelníčkem, FSX414/DS -vyznačeno prázdným kolečkem, R80H/DS -vyznačeno plným kolečkem, IN738LC/DS -vyznačeno mezikružím, In939/DS -vyznačeno prázdným kosočtverečkem a CM186LC/DS -vyznačeno plným kosočtverečkem).
Teplota meze kluzu: napětí 290 MPa, čas 1000 hodin. Na ose x je ztráta hmotnosti v g, na ose y je teplota meze tečení ve °C.
Zkušební podmínky:
1) teplota 1200 °C, 500 hodin, 2) průtočná rychlost spalin 6 N.m3/min, 3) průtočná rychlost ropy 18 až 20 1/h, 4) spalovací tlak 108 MPa.
Příklady provedení vynálezu
Vysoce legovaná slitina na bázi niklu podle vynálezu, odolávající korozi za tepla, má následující přibližné hmotnostní složení:
11.5 až 13,5 % chrómu,
5.5 až 8,5 % kobaltu,
0,40 až 0,55 % molybdenu,
4.5 až 5,5 % wolframu,
4,5 až 5,8 % tantalu,
0,05 až 0,25 % niobu,
3,4 až 3,8 % hliníku, 4,0 až 4,4 % titanu, 0,01 až 0,06 % hafnia, a jako zbytek nikl a nahodilé nečistoty.
Vysoce legovaná slitina má číslo fázové stability Nv3b nižší než přibližně 2,45. Složení vysoce legované slitiny podle vynálezu je vyvážené, takže vede k jedinečné kombinaci žádoucích vlastností, užitečných pro aplikace v průmyslových a lodních plynových turbínách. Mezi tyto vlastnosti patří výtečná odolnost proti korozi nechráněného povrchu za tepla a mez tečení oproti dosavadním monokrystalickým vysoce legovaným slitinám pro aplikace v průmyslových a lodních plynových turbínách, dobrá odolnost proti oxidaci nechráněného povrchu, dobrá slévatelnost monokrystalických součástí a stabilita mikrostruktury včetně odolnosti vůči vytváření křehkých fází (TPC) za podmínek vysokého napětí a vysoké teploty.
Obsah chrómu ve vysoce legované slitině přispívá hlavně k dosažení vysoké odolnosti vůči korozi za tepla. Vysoce legované slitiny podle vynálezu mají poměrně vysoký obsah chrómu, jelikož odolnost proti korozi za tepla byla jedním z prvních konstrukčních kritérií pro vývoj těchto slitin. Hmotnostně činí obsah chrómu přibližně 11,5 až 13,5 %. S výhodou je hmotnostní obsah chrómu 12,0 až 13,5 %. Ačkoli chrom zajišťuje odolnost proti korozi za tepla, může se také podílet na oxidačních vlastnostech slitin. Příznivě působí na odolnost proti korozi za tepla obsah tantalu a titanu v této vysoce legované slitině, stejně jako poměr titanu k hliníku vyšší než 1. Avšak vedle snižování počáteční teploty rozpustnosti v primární gama fázi, přispívá chrom k vytváření wolframem bohaté TCP-fáze a musí být podle toho v těchto slitinách vyvážen. V jednom provedení podle vynálezu je hmotnostní obsah kobaltu přibližně 5,5 až 8,5 %. V jiném provedení podle vynálezu je obsah kobaltu hmotnostně 6,2 až 6,8 %. Úrovně chrómu a kobaltu v těchto vysoce legovaných slitinách jim propůjčují schopnost tepelného zpracování, jelikož oba tyto prvky snižují počáteční teplotu rozpustnosti v primární gama fázi. Správné vyvážení těchto prvků podle vynálezu spolu s těmi prvky, které zvyšují teplotu začátku tavení slitiny, jako je wolfram a tantal, vede ke složení vysoce legované slitiny, jež má žádoucí okno rozpustnosti pro
-4CZ 291048 B6 tepelné zpracování (což je číselný rozdíl mezi teplotou rozpouštění v primárních gama krystalech a teplotou začátku tavení) čímž je usnadněna rozpustnost v primárních gama krystalech. Obsah kobaltu také příznivě působí na rozpustnost vysoce legované slitiny v tuhém stavu.
Hmotnostní obsah wolframu je přibližně 4,5 až 5,5 %. a s výhodou je jeho obsah hmotnostně 4,7 až 5,3 %. Wolfram se do těchto kompozic přidává proto, že účinně zpevňuje tuhý roztok a může přispět ke zvýšení pevnosti primární gama-fáze. Kromě toho zvyšuje wolfram teplotu začátku tavení slitiny.
Podobně jako wolfram zpevňuje tuhý roztok v těchto slitinách významně také tantal, čímž také přispívá ke zvýšení pevnosti a objemového podílu primárních gama částic. Hmotnostně je obsah tantalu přibližně 4,5 až 5,8 % a s výhodou hmotnostně 4,9 až 5,5 %. V těchto kompozicích působí tantal příznivě, neboť napomáhá k zajištění odolnosti proti korozi nechráněného povrchu za tepla a proti oxidaci spolu s trvanlivostí aluminiového povlaku. Kromě toho je tantal atraktivní přísadou monokrystalické slitiny v těchto kompozicích, jelikož napomáhá prevenci vytváření vrásek při odlévání monokrystalů, zejména je-li přítomen ve větším podílu než wolfram (to znamená, je-li poměr tantalu k wolframu větší než 1). Vedle toho je tantal atraktivním prostředkem k dosahování pevnosti těchto slitin, neboť se má zato, že se přímo nepodílí na vytváření TCP fází.
Hmotnostní podíl molybdenu je asi 0,40 až 0,55 %. S výhodou je jeho hmotnostní podíl 0,42 % až 0,48 %. Molybden dobře zpevňuje tuhý roztok, ale není tak účinný jako wolfram a tantal, a má tendenci jako negativní činitel vzhledem ke své způsobilosti ke korozi za tepla. Protože však hustota slitiny je vždycky předmětem konstrukční úvahy, a atomová hmotnost molybdenu je nižší než hmotnost ostatních činidel zpevňujících tuhý roztok, přidávání molybdenu je prostředek asistovaného řízení celkové hustoty slitiny materiálového složení podle tohoto vynálezu. Bylo ověřeno, že poměrně nízký podíl molybdenu je jedinečný v této třídě odolnosti nechráněného povrchu vysoce legovaných monokrystalických slitin na bázi niklu proti korozi za tepla.
Hmotnostní podíl hliníku je přibližně 3,4 až 3,8 %. Spíše je obsah hliníku v těchto slitinách s výhodou hmotnostně 3,5 až 3,7 %. Hliník a titan jsou primárními prvky tvořícími primární gama fázi a součet obsahu hliníku a titanu podle vynálezu je hmotnostně 7,4 až 8,2 %. Tyto prvky se do těchto kompozic přidávají v dávkách a v podílu konzistentním s dosahování přiměřené slévatelnosti slitiny, schopnosti tepelného zpracování v tuhém roztoku, fázové stability a žádoucí kombinace vysoké mechanické pevnosti a odolnosti proti korozi a tepla. Hliník se do těchto kompozic přidává také v podílech postačujících k zajištění odolnosti proti oxidaci.
Hmotnostní podíl titanu je přibližně 4,0 až 4,4 %. S výhodou je titan přítomen v tomto složení v hmotnostním množství 4,1 až 4,3 %. Tento obsah titanu ve slitině je poměrně vysoký a je proto příznivý pro odolnost slitiny proti korozi za tepla. Může však mít i záporný účinek na odolnost proti oxidaci, slévatelnost slitiny a odezvu slitiny na tepelné zpracování. Je proto rozhodující udržovat obsah titanu ve stanoveném rozmezí tohoto složení a udržovat správné vyvážení zmíněných prvků. Kromě toho je důležité udržovat poměr titanu k hliníku větší než 1 k dosažení žádoucí odolnosti nechráněného povrchu těchto slitin proti korozi za tepla.
Hmotnostní podíl niobu je přibližně 0,05 až 0,25 %, a s výhodou je hmotnostní obsah niobu 0,05 až 0,12 %. Niob je prvkem vytvářejícím primární gama fázi a účinně zvyšuje pevnost ve vysoce legovaných slitinách na bázi niklu podle tohoto vynálezu. Obecně však je niob škodlivým prvkem z hlediska oxidace a koroze za tepla, takže jeho přísada do kompozic podle vynálezu je minimalizována. Spíše se niob přidává do kompozic podle tohoto vynálezu k pohlcování uhlíku, který může být chemicky sorbován do povrchů sloučenin v průběhu neoptimalizováného vakuového rozpouštěcího tepelného zpracování. Každé pohlcení niobu bude mít sklon k vytváření karbidů niobu místo karbidů titanu nebo tantalu, čímž se zachovává největší podíl titanu a nebo tantalu ke zvyšování pevnosti primární gama fáze nebo tuhého roztoku v těchto
-5 CZ 291048 B6 slitinách. Spíše je rozhodující, aby součet niobu a hafnia byl hmotnostně 0,06 až 0,31 % v těchto kompozicích ke zlepšení pevnosti těchto vysoce legovaných slitin.
Hmotnostní podíl hafnia je přibližně 0,01 až 0,06 % a s výhodou je hmotnostní obsah hafnia 0,02 až 0,05 %. Do těchto kompozic se hafnium přidává jen v malém množství, aby napomáhalo při povlékání a ulpívání. Hafnium se obecně podílí na primární gama fázi.
Zbytek vysoce legovaných slitinových kompozic podle vynálezu tvoří nikl a malé množství nahodilých nečistot. Obecně jsou tyto nahodilé nečistoty zavlékány z průmyslových výrobních procesů a je třeba udržovat jejich množství v kompozici na nejnižší možné úrovni, aby nenarušovaly výhodné vlastnosti vysoce legované slitiny. Tyto nahodilé nečistoty mohou například obsahovat hmotnostně až do přibližně 0,05 % uhlíku, až do přibližně 0,03 % boru, až do přibližně 0,03 % zirkonia až do přibližně 0,25 % rhenia, až do přibližně 0,10 % křemíku a až do přibližně 0,10 % manganu. Pokud překročí množství těchto nečistot uvedené hodnoty, mohlo by dojít k nepříznivému ovlivnění výsledných vlastností slitiny.
Vysoce legovaná slitina podle vynálezu má nejenom složení v uvedených rozmezích, ale má také Číslo fázové stability NV3b nižší než přibližně 2,45. Jak je odborníkům známo, je číslo NV3B definováno metodou PWAN-35 výpočtu řídicího faktoru nepřítomnosti elektronů TCP fáze ve slitinách na bázi niklu.
Výpočet je následující:
Rovnice 1
Převod hmotnostních procent na atomová procenta:
Wj/A,
Atomové procento prvku i = P; =-----x 10 0
Σί (Wj/Aj) kde Wj = hmotnostní procento prvku i
A, = atomová hmotnost prvku i
Rovnice 2
Výpočet pro množství každého prvku přítomného v souvislé fázi základní hmoty:
Prvek Zbývající atomové množství Ri
Cr Rcr = 0,97PCr-0,375PB-l,75Pc
Ni Rní = Pní + O,525PB-3(PAi+O,O3Pcr+PTi-O,5Pc+O,5Pv+PTa+Pcb+PHf)
Ti,Al,B,C,Ta,Cb,Hf Rj = O
V Rv 7 0,5Pv
w Pw R(w) Pw-O,167OPc Pmo + Pw
Mo ?Mo R<mo) P(Mo) 0,75Pb 0,167Pc (Pmo + Pw)
-6CZ 291048 B6
Rovnice 3
Výpočet Nv3B pomocí atomových faktorů z rovnic 1 a 2
Ri
N'= --XíR, pak NV3b = Σ, Ni (Nv)i kde i = každý jednotlivý prvek
Nji = atomový faktor každého prvku v základní hmotě (Nv)i = číslo elektronové vakance každého příslušného prvku
Tento výpočet je podrobně vysvětlen v technickém článku s názvem „PHACOMP Revisited“ od H. J. Murphyho, C. T. Simse a A. M. Beltrana, uveřejněném ve svazku 1 publikace Intemational Symposium on Structural Stability in Superalloys (1968). Jak je odborníkům zřejmé, je číslo fázové stability vysoce legovaných slitin podle vynálezu rozhodující a musí být nižší než stanovení maximum k zajištění stabilní mikrostruktury a schopnosti uchovat si žádoucí vlastnosti za podmínek vysoké teploty a vysokých napětí. Číslo fázové stability může být stanoveno empiricky, pokud je odborníkům dostupný materiál k tomuto předmětu.
Vysoce legovaných slitin podle tohoto vynálezu může být použito k vhodné přípravě monokrystalických výrobků, jako jsou součásti pro stabilní a lodní plynové turbíny. S výhodou se těchto vysoce legovaných slitin používá k výrobě monokrystalických odlitků určených pro podmínky vysokých teplot a vysokých napětí, charakterizovaných zvýšenou odolností proti korozi za tepla (sulfidace) za takových podmínek, zejména za podmínek vysokých teplot s výskytem korozívního prostředí obsahujícího síru, sodík a vanad, do teploty přibližně 1050 °C. Ačkoli je možno těchto vysoce legovaných slitin použít k jakémukoli účelu kde se vyžadují vysoce pevné odlitky vyráběné v podobě monokrystalů, jsou zvláště určeny pro monokrystalické lopatky průmyslových a lodních plynových turbín.
Monokrystalické součásti z kompozic podle tohoto vynálezu je možno vyrábět kterýmkoli způsobem výroby monokrystalických odlitků známým v oboru. Může být například použito techniky usměrněného tuhnutí monokrystalů, jako je proces krystalového zárodku nebo proces škrcení (choke process).
Monokrystalické odlitky vyrobené z vysoce legovaných slitin podle vynálezu se mohou nechat stárnout při teplotě přibližně 982 až 1163 °C po dobu přibližně 1 až 50 hodin. Jak je však odborníkům známo, závisí optimální teplota a čas stárnutí na přesném složení vysoce legované slitiny.
Tento vynález poskytuje složení vysoce legovaných slitin s jedinečnou kombinací žádoucích vlastností. Mezi tyto vlastnosti patří: výtečná odolnost nechráněného povrchu vůči korozi za tepla a mez tečení; dobrá odolnost proti oxidaci nechráněného povrchu; dobrá slévatelnost monokrystalických součástí, zejména velkých turbínových lopatek; dobrá odezva na rozpouštěcí tepelné zpracování; přiměřená odolnost proti rekrystalizaci litých součástí; přiměřená vhodnost součástí kpovlékání povrchu a stabilita mikrostruktury toho druhu, že dlouhodobě odolává vytváření nežádoucích křehkých fází nazývaných topologicky s těsným uspořádáním (TCP). Jak je shora uvedeno, má tato vysoce legovaná slitina přesné složení s pouze malými přípustnými odchylkami kteréhokoli prvku, má-li být udržena jedinečná kombinace vlastností.
-7 CZ 291048 B6
Ke zřetelnější ilustraci tohoto vynálezu a k porovnání s představiteli vysoce legovaných slitin mimo rozsah vynálezu, jsou uvedeny následující příklady, zpracované pomocí tabulek, které pouze ilustrují vynález a jeho porovnání s jinými vysoce legovanými slitinami a výrobky, aniž vynález jakkoli omezují.
K vyzkoušení odchylek a rozsahů složení vysoce legovaných slitin podle vynálezu jsou připraveny zkušební materiály. Některá ze zkoušených a uvedených složení slitin spadají mimo chráněný rozsah tohoto vynálezu, jsou však zařazena pro porovnání k podpoře pochopení vynálezu. Reprezentativní záměrná chemická složení zkoušených materiálů jsou v tabulce 1.
Tabulka 1
Záměrná chemická složení (udávaná v % hmotnostních)
Prvek CMSX-11 CMSX-11A CMSX-11B CMSX-11B' CMSX-11B CMSX-11C
C LAP LAP LAP LAP LAP LAP
Cr 13,00 13,00 12,50 12,30 12,10 14,50
Co 7,50 6,90 6,00 5,70 6,50 3,00
Mo 0,50 0,55 0,55 0,50 0,45 0,40
W 4,90 5,00 5,00 5,10 5,20 4,40
Ta 5,00 5,15 5,15 5,15 5,45 4,95
Nb 0,40 0,34 0,20 0,10 0,10 0,10
AI 3,50 3,60 3,60 3,60 3,60 3,40
Ti 4,10 4,20 4,20 4,15 4,10 4,20
Hf 0,05 0,042 0,040 0,04 0,03 0,04
Ni BAL BAL BAL BAL BAL BAL
Nv3B 2,46 2,52 2,42 2,36 2,38 2,41
LAP = Lowest Achievable Percentage - nejnižší dosažitelné procentuální složení BAL = zbytek
Vývoj monokrystalické slitiny k vyzkoušení odchylek chemického složení vysoce legovaných slitin podle vynálezu se započne definováním a vyhodnocením řady experimentálních složení.
Prvořadým účelem původního vývojového úsilí je dosáhnout pomocí experimentálního vyvažování kombinaci zvýšené odolnosti proti korozi za tepla spolu s odolností proti oxidaci, mechanickou pevností, vysokou slévatelností slitiny a přiměřenou odezvou na tepelné zpracování.
Původní vývojová slitina opakovaného označení CMSXR-11 je definována záměrným chemickým složením v tabulce 1 a vyrobí se ve 133kg tavbách v malé výrobní peci VIM (vakuového indukčního tavení). CMSX je registrovaná obchodní značka společnosti Cannon-Muskegon Corporation, přihlašovatele této přihlášky). Malé množství výsledného výrobku v podobě tyčí o průměru 76 mm z tavby VF 839 (tabulka 2) se odlije přesným litím k vyrobení šestnácti monokrystalických zkušebních tyčí. Kontrolou zrna a orientace zjištěno, že pouze dvě tyče vykazují zmetkové zrno nebo indikace plen (sliver). Vrásky (freckels) se nevyskytují. Všechny tyče mají kromě toho žádoucí krystalovou orientaci (001) primárních krystalů v 15°.
-8CZ 291048 B6
Tabulka 2
Chemické složeni taveb z pece vakuového indukčního taveni PRVEK
Tava č.označeni slitiny C Cr Co Mo W Ta Nb AI Ti Hf Ni Nv3b
1.10-4%
VF 839/CMSX-l 1 11 12.4 7,5 0,52 4,9 5,0 0,40 3,5 4,05 0,05 BAL 2,39
VF 952/R2D2 10 11,0 4,9 0,49 2,5 5,0 <0,01 3,39 3,76 0,05 BAL 1,92
VF 999/CMSX-11B 19 12,2 6,0 0,56 5,0 5,2 0,21 3,60 4,24 0,04 BAL 2,40
VG32/CMSX-11B 19 12.4 5,8 0,55 5,15 5,1 0,19 3,58 4,20 0,035 BAL 2,40
VG 92/CMSX-l 1B' 15 12,4 5,6 0,50 5,0 5,1 0,10 3,64 4,14 0,035 BAL 2,37
VG 109/CMSX-11B” 16 11,6 6,3 0,44 5,2 5,4 0,10 3,62 4,09 0,03 BAL 2,32
Pozn.: Pokud není uvedeno jinak, je chemické složeni v hmotnostních procentech
BAL = zbytek
Výsledkem rozpouštěcího tepelného zpracování vyvinutého pro slitinu s vrcholnou teplotou 1263 °C je úplné rozpuštění hrubé fáze gama a eutektika a gama-gama. Po rozpouštěcím tepelném zpracování se týče nechají stárnout, jak je uvedeno v tabulce 3.
Tabulka 3
Tepelné zpracování
Slitina Vrcholná rozpouštěcí teplota °C % rozpuštění Stárnutí
CMSX-11 1263 100 1079 °C/4h/AC 871 °C/20h/AC 760 °C/24h/AC
CMSX-11 A 1256 100 1079 °C/4h/AC 871 °C/21h/AC 760 °C/43h/AC
CMSX-11B 1260 100 1079 °C/5h/AC 871 °C/20h/AC 760 °C/24h/AC
CMSX-11B' 1264 99,5-100 1079 °C/5h/AC 871 °C/20h/AC 760 °C/24h/AC
CMSX-11B 1264 99,5-100 1079 °C/5h/AC 871 °C/20h/AC 760 °C/24h/AC
AC = Air Cooled = vzduchem chlazené
Tepelně zpracované tyče se obrobí a nízkonapěťově obrousí na poměrné zkušební tyče o rozměrech podle ASTM k následné zkoušce tečení za různých teplot a při různém napětí postupem podle ASTM.
V tabulce 4 jsou výsledky zkoušek pevnosti při tečení prováděných na zkušebních tyčích ze slitiny CMSX-11. Zkoušky se provádějí při teplotách v rozmezí 760 až 892 °C a výsledky naznačují, že tato interakce vývojové slitiny není tak silná jak je žádoucí. Avšak zkoumání mikrostruktury přetržených zkušebních tyčí ukazuje, že interakce této slitiny má přiměřenou mikrostrukturální stabilitu.
-9CZ 291048 B6
Tabulka 4 ______________________________________________Údaje zkoušek pevnosti při tečeni Slitina CMSX-11
Test, podmínky Čas do přetržení EL RA Konečnv odečet při tečeni Čas v hodinách k dosažení
hodin % % T, hodin % deformace 1,0% 2,0 %
760 °C/620 MPa 588,3 4,5 8,3 588,2 4,213 279,6 494,5
502,2 3,6 7,8 500,5 3,079 210,1 423,8
871 °C/345 MPa 240,5 9,5 17,5 239,4 7,756 61,3 148,9
205,2 8,5 13,4 203,8 8,169 61,9 113,9
201,9 9,3 15,1 201,3 6,107 81,6 135,3
223,9 10,9 15,2 222,4 8,419 68,5 130,0
927 °C/248 MPa 267,4 11,1 15,6 265,1 9,221 57,1 145,9
235,1 12,6 19,0 233,9 9,705 66,1 132,6
982 “C/172 MPa 372,7 15,2 29,2 371,8 11,938 167,1 270,5
395,3 19,6 30,6 395,2 15,785 105,7 255,7
302,7 13,8 30,7 301,1 9,931 106,1 200,4
216 9,8 14,7 215,1 7,621 100,6 163,7
+ Vysoustruženo ze vzorku lopatky (profilu) •H- Vysoustruženo ze vzorku lopatky (příčné patky)
EL = Elongation = prodloužení
RA = Reduction in Area = zúžení plochy
Výsledky provedených zkoušek odolnosti vůči korozi za tepla souběžné s vyhodnocením zkoušek pevnosti při tečení obsahuje tabulka 5. Zkouška s počátečním vybavením hořáku provedení při teplotě 899 °C, při vstřikování 1.10’3 % hmotn. (lOppm) mořské soli a paliva obsahujícího 1.ΗΓ4 % hmotn. (1 ppm) síry je povzbudivá, jelikož naznačuje, že slitina vykazuje přiměřenou odolnost vůči korozi. Avšak celkové výsledky zkoušky nevedou k závěru, jelikož slitina CMSX-3 s poměrně nízkým obsahem chrómu vykazuje s překvapením dobrou odolnost vůči napadení oproti materiálu CMSX-11.
Tabulka 5
Koroze za tepla při hořákové zkoušce (899 °C)
Slitina Průměrná hloubka korozního napadení po 117 hodinách
CMSX-11 0,1270 mm
CMSX-3 0,0508 mm
CMSX-4 0,0254 mm
Mar M 247 0,2540 mm
CMSX-10C 0,2286 mm
Přídavné testovací podmínky * obsah 1 % hmotn. síry v proudu plynu
* 1,10’3 % hmotn. (10 ppm) mořské soli
Dále je uvedeno materiálové složení slitin CMSX-3, CMSX-^4, Mar M 247 a CMSX-10C
Nominální složení v % hmotn.
Slitina Cr Co Mo W Ta v Cb (Nb) Al Ti Hf Ni hustota kg/dm’
CMSX-3 8 5 0,6 8 6 - 5,6 1,0 0,1 BAL 8,56
BAL = zbytek
-10CZ 291048 B6
Nominální složení v % hmotn.
Slitina Cr Co Mo W Ta Re Al Ti Hf Ni hustota kg/dm3
CMSX—4 6,5 9 0,6 6 6,5 3 5,6 1.0 0,1 BAL 8,70
BAL = zbytek
Nominální složení v % hmotn.
Slitina C Cr Co Mo W Re Ta Nb Al Ti B Zr Hf Ni
MarM247 0,15 8,0 10,0 0,6 10,0 - 3,0 - 5,5 1,0 0,015 0,03 1,5 BASE
BASE = základ
Nominální složení v % hmotn.
Slitina C B Cr Co Mo W Nb Ti Al Ta Re Hf Ni
CMSX-10C - - 2,5 7,7 0,70 6,6 0,30 0,65 5,9 8,2 4.8 0.05 BAL
BAL = zbytek
Po uvedeném vyhodnocení se odvodí a vyrobí upravené složení označené v tabulce 1 jako CMSX-11A. Spíše než aby se vyráběla další 113kg tavba záměrného složení, zformuluje se během přesného lití natavením a smícháním 10 kg výrobku VF 893 s 1,8 kg původního elementárního materiálu.
Zhotoví se šestnáct monokrystalických tyčí s podobným výtěžkem jako v případě slitiny CMSX-11. Analýzou se zjistí, že bylo dosaženo přiměřeného záměrného chemického složení. Prodlevou při vrcholné teplotě 1256 °C se docílí úplného rozpuštění hrubé gama-fáze a eutektika gama-gama. Zkušební tyče se podrobí stejnému stárnutí jako podle tabulky 3 a několik plně tepelně zpracovaných zkušebních tyčí se obrobí a obrousí na rozměry poměrných zkušebních tyčí pro zkoušku tečení. Pevnost slitiny se zjistí podrobením výsledných zkušebních tyčí zkušebním podmínkám s teplotou v rozmezí 760 až 982 °C. Výsledky jsou v tabulce 6.
Tabulka 6
Údaje zkouSek pevnosti při tečeni
Slitina CMSX-11
Test, podmínky Cas do přetržení EL RA Konečný odečet při tečeni Cas v hodinách k dosažení
hodin % % T, hodin % deformace 1,0% 2,0 %
760 “C/620 MPa 1786,4 12,5 23,9 1785,1 12,333 76,7 409,5
2297,5 13,5 18,4 2296,7 13,211 101,6 487,6
2150,7 16,1 23,8 2150,6 15,840 136,4 578,4
- - - - - 85,1 -
871 ”C/345 MPa 932,0 25,3 34,7 931,3 23,936 123,8 351,8
946,3 16,0 26,8 945,2 15,947 136,9 378,2
- - - 89,7 315,5
971,8 18,7 29,8 970,9 18,285 128,9 374,5
927 °C/248 MPa 634,4 25,3 43,7 634,8 22,510 71,6 232,6
- - - - - 128,4 307,1
982 °C/172 MPa 452,7 20,6 34,8 452,5 20,160 154,6 282,9
432,3 22,1 41,6 431,6 19,417 138,5 278,5
439,1 23,4 47,3 436,9 23,050 141,1 277,5
+ Vysoustruženo ze vzorku lopatky (profilu) ++ Vysoustruženo ze vzorku lopatky (příčné patky)
EL = Elongation = prodloužení
Ra = Reduction in Area = zúžení plochy
Zkoumáním mikrostruktury přetržených zkušebních tyčí se zjistí, že složení slitiny CMSX-11 A je z hlediska mikrostruktury nestabilní vzhledem k proměnlivým úrovním jehlicovité sigma fáze TCP pozorované v některých příslušných průřezech. Z toho důvodu a vzhledem k pozorované
-11 CZ 291048 B6 nepřijatelné nízké pevnosti, se slitina CMSX-11A dále modifikuje ve snaze dosáhnout větší meze tečení a lepší fázové stability.
Vzhledem k vypočtenému číslu 2,52 fázové stability Nv3b u slitiny CMSX-11A a vzhledem k vypočtenému číslu 2,39 fázové stability Nv3b u zkušebních tyčí slitiny MCSX-11, je následujícím záměrem zkoušek dosáhnout čísla fázové stability Nv3B 2,42 k dosažení požadované úrovně pevnosti. Tabulka 2 obsahuje záměrné složení CMSX-11B. Jelikož úroveň obsahu hliníku + titanu kompozice CMSX-11A umožňuje úplné rozpuštění, volí se u kompozice CMSX-11B tatáž úroveň A1 + Ti. Má se zato, že fázová stabilita se zlepší předně snížením obsahu chrómu a kobaltu, zatímco přiměřené charakteristiky rozpouštěcího tepelného zpracování se posílí dalším snížením legury antimonu.
Jelikož se jeví, že k dosažení žádoucího výsledku bude nutno provést několik dalších úprav legury, zvolí se jiný přístup k přípravě zkušebních tyčí. Tento alternativní přístup spočívá v připravení chudé základní kompozice, které by bylo možno použít v proměnlivých kombinacích s panenskými elementárními materiály k formulování slitin CMSX-11B s malými rozdíly chemického složení. Výsledná kompozice „chudé slitiny“ má označení R2D2 a vyrobí se 113 kg tavba indukčním vakuovým tavením, VF 952 (viz tabulka 2).
Zkombinuje se 10,4 kg slitiny R2D2 s 1,36 kg panenské elementární přísady, čímž se vytvoří záměrná kompozice CMSX-11B z tabulky 1. Chemický rozbor z tyče vykazuje dosažení přiměřeného složení. Z této zvláštní tavby se zhotoví třináct monokrystalických tyčí spolu se třemi malými monokrystalickými turbínovými lopatkami. Výtěžek zrn z tyčí i lopatek je 100 %, přičemž všechny laueogramy vykazují u zkušebních tyčí 10 odchylku od požadované krystalografické orientace (001) primárních zrn.
Souběžně stím se přesným litím odlije množství VF952+ panenské elementární přísady (k vytvoření slitiny CMSX-11B) k získání dvanácti monokrystalických zkušebních tyčí a dvanácti monokrystalických lopatek. Všechny formy, použité k přípravě těchto výrobků, vykazují 100% výtěžnost zrn a všechny vzorky se řídí v toleranci 5 oproti žádané krystalografické orientaci (001) primárních zrn.
Po odlití zkušebních materiálů CMSX-11B přesným litím vykazuje chemický rozbor přiměřené dosažení složení. Zkoušky rozpouštěcího tepelného zpracování ukazují, že materiály mohou dosáhnout úplného rozpuštění konečnou prodlevou při teplotě 1260 °C.
Po rozpouštěcím tepelném zpracování se použije několika zkušebních tyčí ke zjištění účinku měněného primárního stárnutí.
Tento průzkum ukazuje, že 5-hodinová prodleva při teplotě 1121 °C vede k výhodnějšímu uspořádání a optimální velikosti (přibližně 0,5 pm) precipitátu gama než dříve použité primární stárnutí při 1079 °C/4 h/AC. Stárnutí při nižší teplotě zůstává stejné jako prve, což je podrobně uvedeno v tabulce 3.
Malé množství zkušebních tyčí a zkušebních lopatek ze slitiny CMSX-11B se připraví pro zkoušku tečením. Úplně se tepelně zpracují, jak je podrobně uvedeno v tabulce 3. Připraví se podélné poměrné monokrystalické zkušební tyče pro zkoušku tečení všeobecně o měřeném průměru 3,175 mm, zatímco z profilu a z příčné patky zkušebních lopatek se připraví zkušební tyče o měřeném průměru 1,778 mm.
Zkušební tyče se podrobí zkoušce pevnosti a meze tečení při teplotách v rozmezí 760 až 982 °C.
Jelikož počáteční výsledky těchto zkoušek jsou povzbudivé, rozšíří se program zkoušek o zahrnutí zkušebních podmínek teplota/napětí do teploty 1038 °C. Výsledky těchto zkoušek obsahuje tabulka 7.
-12CZ 291048 B6
Tabulka 7
Údaje napětí a zkoušek pevnosti při tečení
Slitiny CMSX-11B. CMSX-11B' a CMSX-11B
Test podmínky Cas do přetržení EL RA Konečný odečet při tečeni Cas v hodinách k dosaženi
hodin % % T,hodin % deformace 1,0% 2,0 %
760 °C/620 MPa 2894,9 10,7 12,6 2891,4 7,716 603,4 1307,4
3015,5 11,2 11,4 3015,3 10,121 465,8 1222,3
2904,2 10,7 13,6 2901,9 9,741 226,0 962,5
3230,4 11,7 15,3 3230,3 11,382 287,2 921,5
+ 1377,4 12,7 20 - —
+ 1847,4 12,7 20,4 - —
++ 1224,2 9,8 9,7 - — —
++ 178,0 2,0 2,6 - - - -
760 “C/655 MPa 1728,5 12,2 20,4 1726,7 11,790 198,0 534,9
1738,4 5,9 6,2 1734,4 4,616 383,0 1107,9
2022,2 7,0 9,1 2020,4 6,386 384,8 1209,7
1750,2 4,2 5,0 1747,0 3,872 572,3 1253,4
* 787,6 21,2 26,7 787,1 18,535 139,6 298,2
871 “C/345 MPa 2082,7 12,3 23,7 2081,6 10,960 565,5 1111,2
2181,9 16,5 20,4 2181,5 13,709 555,8 1115,4
1979,6 13,5 18,1 1979,0 12,556 461,2 956,4
1865,1 20,7 30,3 1864,1 20,070 426,4 904,5
871 °C/379 MPa 821,6 17,1 33,0 821,2 16,030 166,4 382,3
+ 862,4 14,2 18,5 — —
+ 906,0 16,8 20,1 - - —
++ 650,8 12,7 14,9 -
++ 733,6 15,0 16,2 - - —
497,9 11,3 16,7 497,0 9,752 282,0 404,8
457,1 9,6 17,1 456,7 6,980 267,9 385,6
530,5 10,9 12,2 530,3 9,881 236,4 391,5
511,9 8,2 16,2 511,0 6,903 241,8 401,3
587,4 11,3 13,7 587,3 10,621 251,6 444,3
546,2 10,6 13,7 545,2 8,582 296,6 438,2
»* 944,0 11,3 27,2 943,8 9,989 250,6 527,9
899 °C/310 MPa 1186,6 19,2 19,8 1186,5 17,496 299,7 584,7
1081,1 21,8 21,8 1080,6 15,078 61,9 290,9
1062,7 22,3 37,5 1061,9 20,057 170,6 447,7
996,2 14,4 35,7 996,1 13,238 230,2 511,4
+ 867,4 14,2 —
+ 802,5 17,2 15,7 —
++ 702,4 - 16,9 —
++ 762,3 13,0 14,0 - — —
481,0 11,6 20,7 480,8 9,609 274,6 399,2
511,3 10,5 15,9 510,7 7,800 329,4 430,5
569,4 14,0 15,7 568,9 12,909 209,2 430,7
597,1 10,2 13,5 596,8 8,494 341,5 484,8
592,7 10,3 15,9 592,5 9,253 332,9 478,4
* 1094,3 11,3 14,6 1094,2 10,095 260,1 576,8
* 1263,1 11,9 20,0 1261,9 11,148 390,2 697,6
** 1184,9 16,0 27,5 1183,6 14,302 295,3 609,3
927 °C/248 MPa 1400,4 19,8 30,0 1398,8 17,253 375,7 774,3
1329,0 20,4 35,3 1326,7 18,178 391,4 744,3
1223,2 17,0 31,3 1223,2 12,760 357,2 751,3
1160,1 20,6 34,7 1158,9 18,937 251,9 608,7
1117,8 16,9 4,9 1116,2 14,806 293,4 614,8
+ 698,3 - 17,1 - -
+ 651,1 19,3 19,0 — —
++647,9 - 15,7 -
++ 857,2 16,8 19,5 - -
619,7 14,4 14,8 618,9 12,775 324,4 497,4
610,3 11,7 22,4 608,9 8,909 385,3 508,8
* 1457,8 9,1 23,8 1457,8 8,345 499,7 946,4
** 927,8 10,8 33,8 925,9 8,523 347,5 628,4
954 “C/138 MPa 7513,2 14,0 30,1 7511,8 12,133 2482,2 5867,6
7597,3 11,9 18,0 7595,9 8,979 3808,1 6805,0
-13CZ 291048 B6
Tabulka 7 - pokračování
Údaje napětí a zkoušek pevnosti při tečení
Slitiny CMSX-11B, CMSX-11B' a CMSX-11B”
Test podmínky Cas do přetržení EL RA Konečný odečet při tečeni Cas v hodinách k dosaženi
hodin % % T,hodin % deformace 1,0% 2,0 %
954 °C/207 MPa 983,1 27,4 37,8 983,0 22,796 290.4 570.2
963,5 17,0 41,0 963,3 15,599 298,0 584,1
+ 450,5 9,0 6,2 —
+ 439,3 9,5 12,6 -
++ 755,4 19,1 23,5 — —
++ 666,6 14,4 17,6 -
600,4 8,7 12,8 600,3 7,395 256,9 494,5
750,3 8,5 15,6 748,0 7,775 117,7 534,1
814,6 7,9 16,1 812,9 7,810 77,6 449,6
637,4 12,0 20,2 635,8 6,626 355,5 527,1
706,8 12,1 17,1 705,1 9,224 276.5 567,1
795,4 8,2 20,5 744,6 6,704 490,9 700,7
* 1332,2 15,8 38,9 1330,6 13,489 436,0 905,6
* 1893,2 12,5 35,4 1849,3 6,916 468,7 1306,2
**1123,9 11,8 26,9 1123,5 9,099 341,2 801,2
982 “C/172 MPa 1260,2 13,8 17,0 1258,7 11,168 504,1 1099,7
1209,8 12,1 38,0 1208,3 9,513 87,2 700,1
1198,1 12,7 35,4 1196,0 9,402 322,7 967,7
894,3 25,0 52,0 849,3 21,816 345,1 601,2
803,8 16,4 47,4 803,8 13,215 318,2 571,3
+ 556,0 11,5 19,7 - —
+ 714,9 - 19,5 - — —
++ 490,0 - 21,4
++ 545,0 41,7 32,7 - —
1120,2 8,0 25,2 1120,2 5,517 548,2 1023,3
1186,3 16,8 28,3 1185,2 14,190 354,3 960,3
1263,8 15,3 27,8 1262,8 8,445 903,7 1143,8
1343,4 10,2 23,6 1342,4 6,627 940,8 1239,7
1181,3 17,7 26,4 1180,1 12,169 745,5 1043,0
1190,9 15,7 31,2 1189,4 12,937 537,3 981,5
* 1583,3 13,3 33,9 1581,6 10,411 462,2 1289,6
* 1637,0 9,7 41,6 1636,1 7,942 246,9 1158,1
* 1819,8 7,4 37,1 1817,8 5,683 664,6 1631,8
* 1901,7 8,0 37,9 1897,4 5,124 682,8 1739,8
** 990,4 9,5 30,8 989,2 6,917 432,3 839,7
1010 °C/172 MPa * 469,5 7,0 20,7 465,8 2,772 335,2 458,1
* 541,0 4,8 16,3 540,0 4,098 92,0 494,4
* 806,2 9,4 44,1 806,1 5,943 248,6 709,8
*993,5 8,2 36,1 993,1 5,847 141,9 872,7
** 430,1 8,0 36,0 429,6 6,770 172,2 374,8
1010 °C/103 MPa * Při 4409,6 hodinách, deformace 1,476 % * Při 4204,6 hodinách, deformace 0,898 % 1709,4
** Při 1591,0 hodí lách, deform ace0,314°/
1038°C/124 MPa 2659,2 9,3 18,4 2654,2 4,226 257,2 1881,1
2677,5 6,8 15,0 2670,4 3,212 528,2 2495,1
2762,5 7,0 16,8 2762,0 4,240 316,6 2713,7
1545,7 7,9 23,6 1545,0 5,467 292,3 1386,5
960,2 8,4 30,7 959,0 6,627 369,3 818,9
2602,8 6,6 16,1 2602,6 4,972 624,3 2550,5
* 3067,6 5,2 22,9 3060,9 4,424 347,8 1169,4
**918,2 5,8 32,8 917,5 3,140 886,6 910,4
+ Vysoustruženo ze vzorku lopatky (profilu) ++ Vysoustruženo ze vzorku lopatky (příčné patky) * CMSX-11B' ** CMSX-11B
Všechny výsledky platí pro slitinu CMSX-11B, pokud není uvedeno jinak.
-14CZ 291048 B6
Vzhledem k příznivým výsledkům zkoušek tečení se odlijí dvě další tavby po 113 kg. Vyrobí se dvě tavby vakuovým indukčním tavením o složení CMSX-11B. Jejich označení je VF 999 a VG 32 a jejich složení obsahuje tabulka 2.
Materiálu z těchto dvou taveb se použije k odlití dalších zkušebních tyčí a lopatek přesným litím. Chemický rozbor těchto materiálů potvrzuje odpovídající složení. Dokonalý výtěžek monokrystalů převládá u většiny tohoto výrobku a tepelné zpracování zkušebních tyčí poskytuje podobné výsledky jako v předchozích případech.
Provedou se zkoušky mechanických vlastností u části výrobků s výsledky uvedenými v tabulce 7. Souběžně stím se podrobí úplně zpracované zkušební tyče ze slitiny CMSX-11B oxidačním a korozním zkouškám.
Výsledky provedených zkoušek koroze za tepla jsou uvedeny v tabulce 8. Ke zkouškám provedeným při teplotách 700 a 800 °C se použije umělého popele plus oxidu siřičitého. Ztráty kovu jsou uvedeny jako střední a maximální procentuální hodnoty použitých zkušebních vzorků. Udány jsou hodnoty pro výdrže 100, 576 a 1056 hodin na teplotě 700 °C a pro výdrže 100, 576, 1056 a 5000 hodin na teplotě 800 °C.
Tabulka 8
Zkouška koroze za tepla tavby CMSX-11B Testovací teplota 700 °C
Ztráta kovu v pm
Doba expozice hod. Střední hodnota Maximální hodnota Procentuální ztráta v %
100 2,00 9,50 0,16
576 50,00 62,00 3,98
1056 42,00 71,00 3,41
5000
Testovací teplota 800 0 C
100 257,50 475,50 19,58
576 2494,50 2494,50 100,00
1056 2494,50 2494,50 100,00
5000 2494,50 2494,50 100,00
Podobně ukazuje obr. 1 výsledky dodatečných zkoušek koroze za tepla provedených u slitiny CMSX-11B a u dalších slitin při 500 hodinové expozici v syntetické strusce (typu GTV) plus objemově 0,03 % simých plynů SOX ve vzduchu. Zkoušky s 500 hodinovou expozicí se provedou při teplotách 750, 850 a 900 °C. Tyto výsledky ukazují, že slitina CMSX-11B má extrémně dobrou odolnost proti korozi při všech testovacích teplotách.
Provedou se také zkoušky s jinou struskou, typu FVV, za testovacích teplot 800 a 900 °C. Výsledky po expozici 500 hodin jsou uvedeny v tabulce 9.
-15CZ 291048 B6
Tabulka 9
Porovnání koroze za tepla slitiny CMSX-11B a slitiny IN 738 LC
Uvedené výsledky představují hloubku proniknutí po 500 hodinové expozici v syntetické
strusce (typ FVV) plus 0,03 objemových procent sirných oxidů SOX ve vzduchu.
Testovací teplota 800 °C
Slitina Maximální proniknutí Průměrné proniknutí
CMSX-11B 350 gm 170 gm
Testovací teplota 900 °C
Slitina Maximální proniknutí Průměrné proniknutí
CMSX-11B 220 gm 150 gm
IN 738LC 190 gm
Dodatečně se provedou korozní zkoušky v laboratorní kelímkové pícce v umělém popelu. Výsledky těchto zkoušek, provedených při teplotách 732 a 899 °C jsou znázorněny na obr. 2 a 3. Při těchto zkouškách se vzorky povlékají 1 mg/cm2 síranem sodným každých 100 cyklů a cyklují se třikrát denně. Zkouška proběhne při teplotě 732 °C po dobu přibližně 2400 hodin, přičemž jedna zkouška při teplotě 899 °C trvá přibližně 1800 hodin.
Další zkoušky se provedou se slitinou CMSX-11B. Na rozdíl od předchozích se u těchto zkoušek provede vyhodnocení následně v hořáku, což je obvykle používaný způsob zkoušení, jelikož dosahované výsledky hořákových zkoušek dávají reprezentativnější představu o tom, jak se materiály chovají v plynové turbíně.
Hořákové zkoušky se provedou při teplotách 900 °C a 1050 °C a výsledky jsou uvedeny v tabulkách 10 a 11. Použité zkušební kolíky o průměru 9 mm a o délce 100 mm se namontují do válcového rotačního přípravku a vystaví se velmi rychlému proudění plynů. Ostatní podmínky zkoušky jsou uvedeny v příslušných tabulkách.
Tabulka 10
Koroze za tepla při teplotě 900 °C (hořák Hmotnostní ztráta v gramech jako funkce času
Slitina 100 200 300 400 500 hodin
CMSX-11B ** 0,005 0,015 0,010 0,010 0,030
CMSX-11C ** 0,040 0,005 0,015 0,045 0,013
FSX414 *0,015 0,045 0,040 0,040 0,085
RENÉ 80 H * 0,075 0,275 0,365 0,460 0,495
IN 738 LC *0,015 0,080 0,100 0,150 0,195
IN 939 * 0,070 0,090 0,140 0,150 0,060
CM 186 LC® * 0,080 0,195 0,300 0,395 0,440
* DS kolumnární ** Monokrystal
Podmínky:
1) teplota 900 °C, čas - 500 hodin (max)
2) průtočná rychlost spalin 6 N.m3/min
3) průtočná rychlost ropy 9 1/h
4) slaná voda 6 cm3/min
5) sírový olej 6 cm3/min
-16CZ 291048 B6
Dále je uvedeno materiálové složení slitin FSX 414, RENÉ 80 H a CM 186 LC:
Normální složení v % ímotn.
Slitina C Cr Ni W B Fe Co hustota g/cm3
FSX-414 0,25 29,5 10,5 7,0 0,012 2,0 max BAL 8,3
BAL = zbytek
Nominální složení v % hmotn.
Slitina C Cr Co Mo W Re Ta Nb AI Ti B Zr Hf Ni
RENÉ 80 H 0,17 14,0 9,5 4,0 4,0 - - - 3,0 5,0 0.015 0,03 - BASE
CM 186 LC 0,07 6,0 9,0 0,5 8,0 3,0 3,0 - 5,7 0.7 0.015 0,005 1,4 BASE
BASE = základ
Tabulka 11
Koroze za tepla při teplotě 1050 °C (hořák)
Hmotnostní ztráta v gramech jako funkce času
Slitina 100 200 300 400 500 hodin
CMSX-11B ** 0,01 0,07 1,15 2,50 -
CMSX-11C ** 0,04 0,05 1,22 1,55 1,65
FSX 414 *0,20 0,39 0,50 0,65 0,90
RENÉ 80 H *0,18 0,38 0,47 1,45 1,68
IN 738 LC *0,10 0,43 1,35 2,09 2.33
IN 939 *0,10 0,22 0,26 0,45 0,65
CM 186LC® *0,60 2,90 - - 13,70
* DS kolumní ** Monokrystal
Podmínky:
1) teplota 1050 °C, čas - 500 hodin (max)
2) průtočná rychlost spalin 6 Nm3/min SOX :2,57- 2,87.10~2 % hmotn.
3) průtočná rychlost ropy 18 1/h NaCl: 17,8 - 18,2 mg/m3
4) roztok chloridu sodného 6 cm3/min Na2SO4: < 0,5 mg/m3
5) sírový olej 7 cm3/min
V tomtéž přípravku se vyzkouší několik slitin. Výsledky ukazují, že slitina CMSX-11B vykazuje značně lepší odolnost vůči korozi za tepla než slitina IN 738 LC za zkušebních podmínek při teplotě 900 °C a podobnou schopnost při teplotě 1050 °C.
Kromě toho ukazuje obr. 4, že slitina CMSX-11B vykazuje atraktivní kombinaci pevnosti a odolnosti vůči korozi za teploty 1050 °C. Má se zato, že podobná zkouška při teplotě 900 °C by ukázala ještě lepší kombinaci schopností.
Zkoušky odolnosti slitiny CMSX-11B vůči oxidaci se provádějí souběžně s korozními zkouškami. Tabulka 12 obsahuje výsledky oxidačních zkoušek v laboratorní pícce při teplotě 950 °C po dobu 1000 hodin. Jsou uvedeny maximální hloubky proniknutí oxidace plus nárůsty hmotnosti v intervalech po 100 a 500 hodinách a po dokončení zkoušky.
-17CZ 291048 B6
Tabulka 12
Slitina CMSX-11B - oxidace za tepla
Testovací teplota 950 °C
Hloubka oxidace pm
Doba expozice (hod) Střední hodnota Max. hodnota Nárůst hmotnost (g)
100 500 1000 3,5 14,6 16,3 18,2 36.5 22.5 l,80E-03 2,40E-03 3,5OE-O3
Obr. 5 ilustruje výsledky oxidačních zkoušek při teplotě 1000 °C po dobu 3000 hodin. Zkoušky se provádějí v prostředí vzduchu a měří se změna hmotnosti vzorků v závislosti na čase. Testovací teplota se po hodinovém cyklu mění na teplotu místnosti. Výsledky zkoušek ukazují, že slitina CMSX-11B má daleko lepší odolnost proti oxidaci než IN 738 LC, což je slitina v široké míře používaná u průmyslových plynových turbín.
Další výsledky oxidační zkoušky obsahuje obr. 6. U této zkoušky probíhá u kolíkových vzorků třikrát za den cyklus ochlazení na teplotu místnosti z testovací teploty 1010 °C a měří se změna hmotnosti v závislosti na čase. Zkouška probíhá po dobu přibližně 2400 hodin a výsledky naznačují, že slitina CMSX-11B vykazuje značně lepší odolnost vůči oxidaci než slitina ΓΝ 738.
Oxidační zkoušky v hořáku se provádějí při teplotě 1200 °C s výsledky uvedenými v tabulce 13. Zkouší se různé slitiny na rotačním karuselu a hmotnostní ztráta vzorků se měří v intervalech 100, 200, 300, 400 a 500 hodin. Ostatní zkušební podmínky jsou uvedeny v tabulce 13.
Tabulka 13
Oxidace při 1200 °C (hořák)
Ztráta hmotnosti v gramech v závislosti na čase
Slitina 100 200 300 400 500 hodin
CMSX-11B ** 0,002 0,005 0,011 0,012 0,026
CMSX-11C ** 0,002 0,005 0,009 0,010 0,022
FSX414 * 0,020 0,077 0,085 0,120 0,125
RENÉ 80 H * 0,002 0,005 0,014 0,200 0,350
IN 738 LC * 0,005 0,034 0,049 0,064 0.095
IN 939 * 0,016 0,038 0,064 0,077 0,113
CM 186 LC® * 0,002 0,010 0,010 0,015 0,013
* DS kolumnámí ** Monokrystal
Podmínky:
teplota, čas průtočná rychlost spalin průtočná rychlost ropy spalovací tlak
1200 °C, 500 hodin
Nm3/min až 20 1/h
108 Mpa
Oxidační zkoušky v hořáku ukazují, že materiál CMSX-11B má extrémně dobrou odolnost proti oxidaci při teplotě 1200 °C oproti jiným v široké míře používaným materiálům na lopatky průmyslových turbín.
-18CZ 291048 B6
Porovnání pevnosti a odolností proti oxidaci za teploty 1200 °C ukazuje obr. 7. Z tohoto obrázku vyplývá, že kombinace vlastností slitiny CMSX-11B je vyšší než u usměrněně ztuhlých slitin, jako jsou René 80 H, FSX 414, IN 939 a IN 738 LC.
Po uvedených zkouškách se vyrobí malé tavby vakuovým indukčním tavením ze slitiny CMSX-11B. Záměrná složení materiálů CMSX-11B' a CMSX-11B obsahuje tabulka 1. Tyto kompozice se připraví k prozkoumání vlivu malých změn v konstrukci slitiny CMSX-11B. Dosažená chemická složení 122 kilových vyrobených taveb jsou uvedena v tabulce 2 s označením VG 92 a VG 109. Množství těchto taveb se odlijí přesným litím k získání malých monokrystalických tyčí. Kontrola chemického složení z těchto tyčí ukazuje, že je dosaženo přiměřeného složení. Odpovídající monokrystalické zrno a orientace jsou 100 % uspokojivé jak se zjišťuje u dřívějších úprav slitin.
Zkoušky tepelného zpracování vedou ke zjištění vrcholné teploty roztoku 1264 °C u obou slitin, jak uvedeno v tabulce 3. Výsledkem je úroveň rozpuštění 99,5 až 100 %. Operace stárnutí se provedou stejně jak byly vyvinuty pro slitinu CMSX-11B.
Pro zkoušky pevnosti při tečení se připraví zkušební tyče a vyzkouší se v rozmezí teplot 760 až 1038 °C. Tyto výsledky obsahuje tabulka 7 a jeví se jako zlepšené oproti zkušenosti s CMSX-11B. Ačkoli byl vynález popsán s ohledem na jeho zvláštní provedení, je odborníkům zřejmé, že jsou možné četné jiné formy a modifikace tohoto vynálezu. Připojené patentové nároky je třeba považovat za kryjící všechny takové zřejmé formy a modifikace jež jsou v duchu a rozsahu těchto nároků.
Průmyslová využitelnost
Vynález se týká monokrystalických vysoce legovaných slitin na bázi niklu, zvláště monokrystalických vysoce legovaných slitin na bázi niklu a součástí z nich vyráběných, se zvýšenou odolností proti korozi nechráněného povrchu za tepla, k použití v plynových turbínách.
PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (15)

1. Vysoce legovaná slitina na bázi niklu, odolná vůči korozi za tepla, vyznačující se t í m , že obsahuje hmotnostně
11.5 až 13,5 % chrómu,
5.5 až 8,5 % kobaltu,
0,40 až 0,55 % molybdenu,
4.5 až 5,5 % wolframu,
4,5 až 5,8 % tantalu,
0,05 až 0,25 % niobu,
3,4 až 3,8 % hliníku,
4,0 až 4,4 % titanu,
0,01 až 0,06 % hafnia, a jako zbytek nikl a nahodilé nečistoty, a má číslo fázové stability Nv3B menší než 2,45.
-19CZ 291048 B6
2. Vysoce legovaná slitina podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje hmotnostně
0 až 0,05 % uhlíku,
0 až 0,03 % boru,
0 až 0,03 % zirkonia,
0 až 0,25 % rhenia,
0 až 0,10 % křemíku a
0 až 0,10 % manganu.
3. Vysoce legovaná slitina podle nároku 1, vyznačující se tím, že poměr tantalu k wolframu je větší než 1.
4. Vysoce legovaná slitina podle nároku 1, vyznačující se tím, že má zvýšenou odolnost proti oxidaci.
5. Monokrystalický výrobek, vyznačující se tím, že je zhotoven z vysoce legované slitiny podle nároku 1.
6. Monokrystalický výrobek podle nároku 5, vyznačující se tím, že výrobek je součástí plynové turbíny.
7. Monokrystalický výrobek podle nároku 6, vyznačující se tím, že tato součást je rotorová nebo statorová lopatka plynové turbíny.
8. Monokrystalický odlitek, vyznačující se t í m , že je vyroben z vysoce legované slitiny na bázi niklu obsahující hmotnostně
12,0 až 13,0 % chrómu,
6,2 až 6,8 % kobaltu,
0,42 až 0,48 % molybdenu,
4.5 až 5,5 % wolframu,
4,7 až 5,3 % tantalu,
0,05 až 0,12% niobu,
3.5 až 3,7 % hliníku,
4,1 až 4,3 % titanu,
0,02 až 0,05 % hafnia, a jako zbytek nikl a nahodilé nečistoty, a má číslo fázové stability Nv3B menší než 2,45.
9. Monokrystalický odlitek podle nároku 8, vyznačující se tím, že dále obsahuje hmotnostně
0 až 0,05 % uhlíku,
0 až 0,03 % boru,
0 až 0,03 % zirkonia,
0 až 0,25 % rhenia,
0 až 0,10 % křemíku a
0 až 0,10 % manganu.
10. Monokrystalický odlitek podle nároku 8, vyznačující se tím, že poměr titanu k hliníku je větší než 1 a poměr tantalu k wolframu je větší než 1.
-20CZ 291048 B6
11. Monokrystalický odlitek podle nároku 8, vyznačující se tím, že má zvýšenou odolnost proti oxidaci.
12. Monokrystalický odlitek podle nároku 8, vyznačující se tím, že má zvýšenou mez tečení.
13. Monokrystalický odlitek podle nároku 8, vyznačující se tím, že odlitkem je rotorová nebo statorová lopatka plynové turbíny.
14. Monokrystalický odlitek podle nároku 8, vyznačující se tím, že je vyroben z vysoce legované slitiny na bázi niklu obsahující hmotnostně
12.5 % chrómu,
6.5 % kobaltu,
0,45 % molybdenu,
5,0 % wolframu,
5.2 % tantalu,
0,10 % niobu,
3.6 % hliníku,
4.2 % titanu,
0,03 % hafnia,
0 až 0,05 % uhlíku,
0 až 0,03 % boru,
0 až 0,03 % zirkonia
0 až 0,25 % rhenia,
0 až 0,10 % křemíku,
0 až 0,10 % manganu a jako zbytek nikl mající číslo fázové stability Nv3b menší než 2,45, přičemž součet obsahu niobu a hafnia je hmotnostně 0,06 až 0,31 %, součet obsahu hliníku a titanu je hmotnostně 7,4 až 8,2 %, poměr titanu k hliníku je větší než 1 a poměr tantalu k wolframu je větší než 1.
15. Monokrystalický odlitek podle nároku 8, vyznačující se tím, že odlitkem je rotorová nebo statorová lopatka plynové turbíny.
7 výkresů
-21 CZ 291048 Β6
Záznam výsledku zkoušek koroze za tepla provedených při teplotách 750, 850, 900 °C u slitiny CMSX-11B podle vynálezu a slitin IN 738 LC, SC 16, CMSX-11C a CMSX-4 οος
O o O o o o o O O o m o iO o o ΙΌ O m n OJ OJ
tuři λ ozojo^ pniqiuaid mjqnoiH
-22CZ 291048 B6
O O O rO uio/Sui λ psouiouiq eubuiz
Grafické porovnání údajů o korozi za tepla ze zkoušek provedených při teplotě 732 °C u slitiny CMSX-11B podle vynálezu a slitin CMSX-11C a IN-738 LC
-23CZ 291048 B6
Z o
- o
- o
- IO
ΙΤΓ l|l i II 111
Q
I
Grafické porovnání údajů o korozi za tepla ze zkoušek provedených při 899 °C u slitiny CMSX-1 IB podle vynálezu a slitin CMSX-11C a IN-738LC
<£> iQ •st- ΓΌ OJ ί- o O O o O o ο a Ó Ó ó Ó ó 6 ó
UJO/SUJ Λ psoujouiq FU01UZ
-24CZ 291048 B6
CZ19951133A 1994-05-03 1995-05-02 Monokrystalická vysoce legovaná slitina na bázi niklu, odolná vůči korozi za tepla a monokrystalický odlitek, který ji obsahuje CZ291048B6 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/237,510 US5489346A (en) 1994-05-03 1994-05-03 Hot corrosion resistant single crystal nickel-based superalloys

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ113395A3 CZ113395A3 (en) 1996-01-17
CZ291048B6 true CZ291048B6 (cs) 2002-12-11

Family

ID=22894030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ19951133A CZ291048B6 (cs) 1994-05-03 1995-05-02 Monokrystalická vysoce legovaná slitina na bázi niklu, odolná vůči korozi za tepla a monokrystalický odlitek, který ji obsahuje

Country Status (15)

Country Link
US (1) US5489346A (cs)
EP (1) EP0684321B1 (cs)
JP (1) JP2990041B2 (cs)
KR (1) KR100219929B1 (cs)
AT (1) ATE167899T1 (cs)
AU (1) AU682572B2 (cs)
BR (1) BR9501873A (cs)
CA (1) CA2148290C (cs)
CZ (1) CZ291048B6 (cs)
DE (1) DE69503188T2 (cs)
DK (1) DK0684321T3 (cs)
ES (1) ES2119267T3 (cs)
IL (1) IL113492A (cs)
TW (1) TW360715B (cs)
ZA (1) ZA952936B (cs)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19617093C2 (de) * 1996-04-29 2003-12-24 Alstom Paris Wärmebehandlungsverfahren für Werkstoffkörper aus Nickel-Basis-Superlegierungen
US6217286B1 (en) * 1998-06-26 2001-04-17 General Electric Company Unidirectionally solidified cast article and method of making
US6328911B1 (en) 2000-02-15 2001-12-11 The Regents Of The University Of California Method for the prevention of high temperature corrosion due to alkali sulfates and chlorides and composition for use in the same
US6454885B1 (en) 2000-12-15 2002-09-24 Rolls-Royce Corporation Nickel diffusion braze alloy and method for repair of superalloys
US20030041930A1 (en) * 2001-08-30 2003-03-06 Deluca Daniel P. Modified advanced high strength single crystal superalloy composition
JP4036091B2 (ja) † 2002-12-17 2008-01-23 株式会社日立製作所 ニッケル基耐熱合金及びガスタービン翼
JP2008180218A (ja) * 2006-12-28 2008-08-07 Yamaha Motor Co Ltd 内燃機関用部品およびその製造方法
JP6016016B2 (ja) * 2012-08-09 2016-10-26 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Ｎｉ基単結晶超合金
US20160214350A1 (en) 2012-08-20 2016-07-28 Pratt & Whitney Canada Corp. Oxidation-Resistant Coated Superalloy
JP2014047371A (ja) 2012-08-30 2014-03-17 Hitachi Ltd Ｎｉ基合金と、それを用いたガスタービン動翼兼ガスタービン
US20150247220A1 (en) * 2014-02-28 2015-09-03 General Electric Company Article and method for forming article
CN107675026A (zh) * 2017-09-30 2018-02-09 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种低成本、综合性能优良的镍基单晶高温合金

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4207098A (en) * 1978-01-09 1980-06-10 The International Nickel Co., Inc. Nickel-base superalloys
US4764225A (en) * 1979-05-29 1988-08-16 Howmet Corporation Alloys for high temperature applications
US4582548A (en) * 1980-11-24 1986-04-15 Cannon-Muskegon Corporation Single crystal (single grain) alloy
US5154884A (en) * 1981-10-02 1992-10-13 General Electric Company Single crystal nickel-base superalloy article and method for making
IL65897A0 (en) * 1981-10-02 1982-08-31 Gen Electric Single crystal nickel-base superalloy,article and method for making
GB2153848B (en) * 1984-02-10 1987-09-16 United Technologies Corp High strength hot corrosion resistant single crystals
US4643782A (en) * 1984-03-19 1987-02-17 Cannon Muskegon Corporation Single crystal alloy technology
US4885216A (en) * 1987-04-03 1989-12-05 Avco Corporation High strength nickel base single crystal alloys
US4677035A (en) * 1984-12-06 1987-06-30 Avco Corp. High strength nickel base single crystal alloys
EP0207874B1 (en) * 1985-05-09 1991-12-27 United Technologies Corporation Substrate tailored coatings for superalloys
GB2234521B (en) * 1986-03-27 1991-05-01 Gen Electric Nickel-base superalloys for producing single crystal articles having improved tolerance to low angle grain boundaries
JP3402603B2 (ja) * 1986-03-27 2003-05-06 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 単結晶製品を製造するための改善された低角粒界耐性を有するニッケル基―超合金
JPH01165741A (ja) * 1987-12-21 1989-06-29 Kobe Steel Ltd 結晶粒度の異なる同種合金からなるタービンディスク
CH675256A5 (cs) * 1988-03-02 1990-09-14 Asea Brown Boveri
US5069873A (en) * 1989-08-14 1991-12-03 Cannon-Muskegon Corporation Low carbon directional solidification alloy
US5240491A (en) * 1991-07-08 1993-08-31 General Electric Company Alloy powder mixture for brazing of superalloy articles

Also Published As

Publication number Publication date
KR950032678A (ko) 1995-12-22
DK0684321T3 (da) 1999-04-12
EP0684321B1 (en) 1998-07-01
ZA952936B (en) 1995-12-21
BR9501873A (pt) 1995-11-28
CA2148290C (en) 2007-01-09
CZ113395A3 (en) 1996-01-17
DE69503188D1 (de) 1998-08-06
JPH0841567A (ja) 1996-02-13
US5489346A (en) 1996-02-06
ATE167899T1 (de) 1998-07-15
ES2119267T3 (es) 1998-10-01
DE69503188T2 (de) 1998-10-22
AU1619895A (en) 1995-11-09
KR100219929B1 (ko) 1999-09-01
EP0684321A1 (en) 1995-11-29
TW360715B (en) 1999-06-11
CA2148290A1 (en) 1995-11-04
IL113492A0 (en) 1995-07-31
JP2990041B2 (ja) 1999-12-13
AU682572B2 (en) 1997-10-09
IL113492A (en) 1999-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2007345231C1 (en) Nickel-base alloy for gas turbine applications
Erickson A new, third-generation, single-crystal, casting superalloy
CA1249455A (en) High strength nickel base single crystal alloys
US5151249A (en) Nickel-based single crystal superalloy and method of making
JP3805396B2 (ja) 逆分配ニッケル基超合金単結晶製品
EP1426457B1 (en) Nickel-base superalloy composition and its use in single-crystal articles
EP0577316A2 (en) Single crystal nickel-based superalloy
CN102803528B (zh) Ni基单晶超合金及使用其的涡轮叶片
JPS6343459B2 (cs)
JP2011074493A (ja) ニッケル基超合金及び物品
HUE029999T2 (en) Nickel-based super alloys and articles
CZ291048B6 (cs) Monokrystalická vysoce legovaná slitina na bázi niklu, odolná vůči korozi za tepla a monokrystalický odlitek, který ji obsahuje
JP2011074491A (ja) ニッケル基超合金及び物品
EP1394278A1 (en) Reduced-tantalum superalloy composition and article made therefrom, and method for selecting a reduced-tantalum superalloy
JPS6125773B2 (cs)
EP1760164B1 (en) Nickel-base superalloy
RU2450067C1 (ru) Суперсплав на никелевой основе с упрочняющей гамма-штрих-фазой
JPWO2005064027A1 (ja) Ｎｉ基超耐熱合金及びそれを用いたガスタービン部品
AU708992B2 (en) Hot corrosion resistant single crystal nickel-based superalloys
EP1127948B1 (en) Hot corrosion resistant single crystal nickel-based superalloys
JP3209902B2 (ja) 高温腐食抵抗性の単結晶ニッケル系スーパーアロイ
KR100391184B1 (ko) 고온내식성단결정니켈계초내열합금
CZ293486B6 (cs) Vysoce legovaná slitina na bázi niklu s vysokou odolností proti korozi za horkaŹ monokrystalický výrobek a monokrystalický odlitek

Legal Events

Date Code Title Description
PD00 Pending as of 2000-06-30 in czech republic
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20120502