EP1319729A1 - Hochtemperaturbeständiges Bauteil aus einkristalliner oder polykristalliner Nickel-Basis-Superlegierung - Google Patents
Hochtemperaturbeständiges Bauteil aus einkristalliner oder polykristalliner Nickel-Basis-Superlegierung Download PDFInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
Definitions
- the invention relates to a high temperature resistant component made of a nickel-based superalloy.
- the nickel alloy consists of up to 0.3% carbon, 11-15% chromium, 8-12% cobalt, 1-2.5% molybdenum, 3-10% tungsten, 3.5-10% tantalum, 3.5- 4.5% titanium, 3-4% aluminum, 0.005-0.025% boron, 0.05-0.4% zirconium and the balance nickel. Further, 0.01-3% of hafnium is additionally contained in the alloy, and by a suitable heat treatment, a block-like carbide formation and a finely dispersed precipitation of a Ni 3 (Al, Ti) phase. An addition of rhenium or ruthenium is not addressed.
- US-PS-5,611,670 discloses a blade for a gas turbine.
- the blade has a single crystal platform region and a single crystalline airfoil.
- An attachment region of the blade is designed with a directionally solidified structure.
- the blade is cast from a superalloy having in percent by weight the following composition: up to 0.2% carbon, 5-14% chromium, 4-7% aluminum, 2-15% tungsten, 0.5-5% titanium, bis to 3% niobium, up to 6% molybdenum, up to 12% tantalum, up to 10.5% cobalt, up to 2% hafnium, up to 4% rhenium, up to 0.035% boron, up to 0.035% zirconium and the rest Nickel.
- These broad range data serve to indicate alloy compositions which are basically suitable for the proposed gas turbine blade, but do not show any with respect to a particular oxidation and Corrosion resistance or strength suitable composition range.
- EP 0 297 785 B1 discloses a nickel-base superalloy disclosed for single crystals.
- the superalloy points in Percent by weight of the following composition: 6-15% chromium, 5-12% tungsten, 0.01-4% rhenium, 3-9% tantalum, 0.5-2% Titanium, 4-7% aluminum and optionally 0.5-3% molybdenum.
- This superalloy will be both a High temperature crack resistance as well as a Corrosion resistance achieved. To the Corrosion resistance may not affect the Titanium content does not exceed two percent by weight.
- U.S. Patent No. 5,122,206 discloses a nickel-base superalloy given a particularly narrow coexistence zone for the has solid and liquid phase and thus especially for a single crystal casting process is suitable.
- the alloy has the following composition in weight percent: 10-30 % Chromium, 0.1-5% niobium, 0.1-8% titanium, 0.1-8% aluminum, 0.05-0.5% copper or instead of copper 0.1-3% tantalum, where in first case also hafnium or rhenium with a content of 0.05-3% may be present and in the second Fall also instead of rhenium or hafnium 0.05-0.5% copper.
- optionally 0.05-3% molybdenum or tungsten be provided.
- WO 01/09403 A1 shows a nickel-based alloy with 11-13 % Chromium, 3-5% tungsten, 0.5-2.5% molybdenum, 3-5% aluminum 3 - 5% titanium, 3 - 7% tantalum, 0 - 12% cobalt, 0 - 1% niobium 0 - 2% hafnium, 0 - 1% zirconium, 0 - 0.05% boron, 0 - 0.2% Carbon, 1 - 5% rhenium, 0 - 5% ruthenium, balance nickel.
- the education promoted by rhenium embrittles intermetallic phases (Cr- and / or Re-containing Excretions) leads to a reduction in the lifetime, because the brittle phases promote the formation of cracks.
- the invention is based on the object of a component To specify a nickel-based superalloy, the particular favorable properties in terms of a High temperature strength, oxidation and Corrosion resistance and stability against ductility-reducing formation of intermetallic phases has a long life.
- the object directed to a component is achieved by specifying a high-temperature-resistant component made of a nickel-based superalloy whose composition comprises the following elements in percent by weight: 9 - 11% chromium, 3-5% tungsten, 0.5-2.5% molybdenum, 3-5% aluminum, 3-5% titanium, 3-7% tantalum, 1-5% rhenium, Balance nickel and impurities.
- the superalloy-specified component is in their Composition specified for the first time for the Component particularly favorable properties in terms of its High-temperature strength, its oxidation and Corrosion resistance and stability against the formation of ductile reducing intermetallic Phases exists.
- the specified special composition be determined with the desired, above Properties are met to a surprisingly high degree.
- the invention is of a chromium rich Superalloy which gives increased strength through the Addition of rhenium receives.
- the promoted by rhenium Formation of embrittling intermetallic phases (Cr and / or Re-containing precipitates) is due to a chromium content controlled below 11%.
- the rhenium content is at least two Weight.
- the super alloy preferably contains ruthenium.
- ruthenium By the Addition of ruthenium may in particular have a tendency to Formation of embrittling intermetallic phases continues be reduced.
- the addition of Ruthenium as favorable.
- the maximum is Ruthenium content three percent by weight and the minimum Ruthenium content 0.1 weight percent weight percent.
- the cobalt content of the superalloy is preferred at up to 12 weight percent.
- the superalloy contains at most one Weight percent niobium.
- the superalloy optionally contains at least one of the following elements: 0-2% by weight hafnium, 0-1 wt% zircon, 0-0.05 wt% boron, 0-0.2% by weight of carbon.
- the object directed to a component is also achieved by specifying a high-temperature-resistant component made of a nickel-based superalloy whose composition comprises the following elements in percent by weight: 9-11% chromium, 3-5% tungsten, 0.5-2.5% molybdenum, 3-5% aluminum, 3-5% titanium, 3-7% tantalum, 0.1-5% ruthenium, Balance nickel and impurities.
- a high-temperature-resistant component made of a nickel-based superalloy whose composition comprises the following elements in percent by weight: 9-11% chromium, 3-5% tungsten, 0.5-2.5% molybdenum, 3-5% aluminum, 3-5% titanium, 3-7% tantalum, 0.1-5% ruthenium, Balance nickel and impurities.
- the cobalt content of the superalloy is preferred less than 12 weight percent, while the niobium content is at at most one percent by weight.
- the superalloy 0-2 weight percent hafnium and / or 0-1 Percent by weight zirconium and / or 0-0.05 weight percent boron and / or 0-0.2 weight percent carbon.
- the component has a directionally solidified Grain structure on.
- a directionally frozen Structure are the grain boundaries substantially along one Axis aligned. This results in a particularly high Strength along this axis.
- the component has a monocrystalline Structure on. Due to the monocrystalline structure strength-reducing grain boundaries avoided in the component and it results in a particularly high strength.
- the component is a gas turbine blade educated.
- a gas turbine bucket is special high requirements in terms of high-temperature strength and an oxidation / corrosion resistance exposed.
- the invention is in an embodiment with reference to the Fgiur explained in more detail.
- the figure shows in a view High temperature resistant component, designed as Gas Turbine Blade 1.
- the gas turbine blade 1 has a Airfoil 3, a platform 5 and a Attachment 7 on.
- the gas turbine blade 1 is in made directionally solidified a casting process, resulting in Grain boundaries 9 directed along a blade axis 8 result.
- the gas turbine blade 1 is made of a nickel-base superalloy having one of the compositions listed in Table 1.
- a proportion of cobalt between 6 and 10% and a content of zirconium between 0 and 0.1% is advantageous.
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Abstract
Description
Korrosionsbeständigkeit oder Festigkeit geeigneten Zusammensetzungsbereich auf.
9
9 - 11 % Chrom,
3-5 % Wolfram,
0,5-2,5 % Molybdän,
3-5 % Aluminium,
3-5 % Titan,
3-7 % Tantal,
1-5 % Rhenium,
Rest Nickel und Verunreinigungen.
0-2 Gew.-% Hafnium,
0-1 Gew.-% Zirkon,
0-0,05 Gew.-% Bor,
0-0,2 Gew.-% Kohlenstoff.
9-11 % Chrom,
3-5 % Wolfram,
0,5-2,5 % Molybdän,
3-5 % Aluminium,
3-5 % Titan,
3-7 % Tantal,
0,1-5 % Ruthenium,
Rest Nickel und Verunreinigungen.
Insbesondere ist ein Anteil von Cobalt zwischen 6 und 10% und ein Gehalt von Zirkonium zwischen 0 und 0.1% von Vorteil.
- Cr: 10.25%, Mo: 1.85%, W:4.70, Co: 6.50%, Ti: 3.75%, Ta: 3.9%, Al: 3.3%, B: 0.0125%, Zr: 0.008%, Hf: <0.01%, Re: 1.5%, Rest Ni.
- Cr: 9.00%, Mo: 1.85%, W:4.70, Co: 6.50%, Ti: 3.75%, Ta: 3.9%, Al: 3.3%, B: 0.0125%, Zr: 0.008%, Hf: <0.01%, Re: 3.5%, Rest Ni.
- Cr: 10.75%, Mo: 1.85%, W:4.70, Co: 6.50%, Ti: 3.75%, Ta: 3.9%, Al: 3.3%, B: 0.0125%, Zr: 0.008%, Hf: <0.01%, Re: 1.5%, Ru: 2.0% Rest Ni.
- Cr: 10.25%, Mo: 1.85%, W:4.70, Co: 8.50%, Ti: 3.75%, Ta: 3.9%, Al: 3.3%, B: 0.0125%, Zr: 0.008%, Hf: <0.01%, Ru: 1.5%, Rest Ni.
- Cr: 10.75%, Mo: 1.85%, W:4.70, Co: 8.50%, Ti: 3.75%, Ta: 3.9%, Al: 3.3%, B: 0.0125%, Zr: 0.008%, Hf: <0.01%, Ru: 3.75%, Rest Ni.
- Cr: 10.25%, Mo: 1.85%, W:4.70, Co: 8.50%, Ti: 3.75%, Ta: 3.9%, Al: 3.3%, B: 0.0125%, Zr: 0.008%, Hf: <0.01%, Re: 2.00%, Ru: 2.5, Rest Ni.
Claims (9)
- Hochtemperaturbeständiges Bauteil (1) aus einer Nickel-Basis-Superlegierung, deren Zusammensetzung folgende Elemente in Gewichtsprozent umfaßt:
9 -11 % Chrom
3 - 5 % Wolfram
0,5-2,5 % Molybdän
3 - 5 % Aluminium
3 - 5 % Titan
3 - 7 % Tantal
0 - 12 % Kobalt
0 - 1 % Niob
0 - 2 % Hafnium
0 - 1 % Zirkon
0 - 0.05% Bor
0 - 0.2 % Kohlenstoff
1 - 5 % Rhenium
0 - 5 % Ruthenium
Rest Ni und Verunreinigungen. - Bauteil (1) nach Anspruch 1, bei dem der Rhenium-Gehalt mindestens zwei Gewichtsprozent beträgt.
- Bauteil (1) nach Anspruch 1, mit einem maximalen Ruthenium-Gehalt der Superlegierung von 3 Gewichtsprozent.
- Bauteil (1) nach Anspruch 1 oder 3, mit einem minimalen Ruthenium-Gehalt der Superlegierung von 0,1 Gewichtsprozent, insbesondere 0,5 Gewichtsprozent.
- Hochtemperaturbeständiges Bauteil (1) aus einer Nickel-Basis-Superlegierung, deren Zusammensetzung folgende Elemente in Gewichtsprozent umfaßt:
9- 11 % Chrom
3 - 5 % Wolfram
0,5-2,5 % Molybdän
3 - 5 % Aluminium
3 - 5 % Titan
3 - 7 % Tantal
0 - 12 % Kobalt
0 - 1 % Niob
0 - 2 % Hafnium
0 - 1 % Zirkon
0 - 0.05% Bor
0 - 0.2 % Kohlenstoff
0.1 - 5 % Ruthenium
Rest Ni und Verunreinigungen. - Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine gerichtet erstarrte Kornstruktur (9) aufweist.
- Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das eine einkristalline Struktur aufweist.
- Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das eine isotrope Verteilung der Orientierungen der Kornstruktur aufweist.
- Bauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das als Gasturbinenschaufel ausgebildet ist.
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