ES2634089T3

ES2634089T3 - Material que consta de fase Laves y fase Fe-Al ferrítica

Info

Publication number: ES2634089T3
Application number: ES13194100.7T
Authority: ES
Inventors: Wilfried Smarsly; Gerhard Sauthoff
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2017-09-26
Anticipated expiration: 2033-11-22
Also published as: EP2876177A1; US20150147220A1; EP2876177B1

Abstract

Material para componentes de una turbina de gas, en particular de u grupo moto propulsor, con pociones de una fase ferrítica con fe y Al y porciones de al menos una fase - Laves, caracterizado por que el material está constituido de 20 a 25 % at. Cr, de 5 a 35 % at. Al y de 10 a 25 % at. tantalio y/o niobio así como el resto Fe e impurezas inevitables, en el que la porción de la al menos una fase - Laves representa la porción máxima del material, a saber, es mayor o igual a 50 % en vol.

Description

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DESCRIPCION

Material que consta de fase Laves y fase Fe-Al femtica Antecedentes de la invencion Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un material para componentes de turbinas, en particular de turbinas de gas estacionarias y grupos moto propulsores de aviones, que comprende al menos una fase - Laves y una fase femtica con Fe y Al, asf como a un componente correspondiente.

Estado de la tecnica

En turbinas, como turbinas de gas estacionarias o grupos moto propulsores, se emplean componentes, como por ejemplo palas, discos y similares, que tanto deben resistir las altas temperaturas como tambien las condiciones ambientales agresivas durante el funcionamiento de las turbinas como tambien deben presentar, especialmente a las altas temperaturas que predominan parcialmente una resistencia y una resistencia a la fluencia. A tal fin, se conocen en el estado de la tecnica diferentes materiales que, junto con recubrimientos adecuados, cumplen los requerimientos. Sin embargo, el potencial de los materiales empleados hasta ahora, como por ejemplo aleaciones a base de hierro y mquel, se ha agotado ya en gran medida, de manera que otros incrementos de la eficiencia para turbinas, por ejemplo, a traves de temperaturas de trabajo mas elevadas, deben conseguirse por medio de nuevo materiales.

Asf, por ejemplo, existen ya esfuerzos para solidificar aleaciones con partfculas de fases - Laves que, en virtud de su estructura intermetalica ordenada, permiten esperar valores de resistencia favorables tambien a altas temperaturas de empleo.

Ejemplos de ellos se describen en DE 10 2005 061 790 A1 o bien en US 8.012.271 B2. Allf se propone un material a base de una aleacion a base de hierro, que tiene insertadas fases - Laves intermetalicas. En el material de aleacion a base de hierro se trata de una aleacion de hierro - aluminio - cromo y las fases - Laves intermetalicas se basan en sistemas ternarios con los componentes hierro, aluminio, niobio y/o tantalio. Tales materiales presentan en virtud de las fases intermetalicas ordenadas, tambien a altas temperaturas, resistencias altas, de manera que pueden cumplir los requerimientos para la aplicacion en componentes correspondientes en turbinas de gas a temperaturas de funcionamiento en el intervalo de mas de 730°C.

A pesar de los materiales ya conocidos, existe, ademas, la necesidad de preparar materiales mejorados para en empleo en turbinas de gas a temperaturas por encima de 700°C.

Publicacion de la invencion

Problema de la invencion

Por lo tanto, el problema de la presente invencion es preparar un material para componentes de una turbina de gas, en particular de un grupo moto propulsor de avion, que se puede emplear especialmente a temperaturas de mas de 700°C y contribuye a traves de un peso espedfico reducido tanto al incremento de la potencia de la turbina de gas como tambien a la reduccion del peso, en particular en grupos moto propulsores de aviones. Al mismo tiempo, el material debe cumplir los restantes requerimientos exigidos a un material de alta temperatura para el empleo en turbinas y deben poder fabricarse facilmente componentes a partir de este material.

Solucion tecnica

Este problema se soluciona por medio de un material con las caractensticas de la reivindicacion 1 asf como por medio de componentes con las caractensticas de la reivindicacion 15. Las configuraciones ventajosas son objeto de las reivindicaciones dependientes.

La invencion propone un material, que presenta porciones de una fase femtica con hierro y aluminio asf como al menos de una fase - Laves, en el que la porcion de la al menos una fase - Laves representa la porcion maxima del material. Con otras palabras, la(s) fase(s) - Laves forma(n) el armazon o bien la matriz del material y la fase femtica insertada sirve para la mejora de la ductilidad del material, puesto que la fase femtica de Fe - Al es menos dura que las fases - Laves. De esta manera, se propone, por lo tanto, un material, en el que la porcion maxima se forma por las fases - Laves duras y de alta resistencia asf como resistentes al calor y una fase femtica de hierro - aluminio asf como posiblemente otras fases presentes presentan porciones mas reducidas en el material.

El material de acuerdo con la invencion contiene 50 % en vol. o mas de fases - Laves, en particular 60 % en vol. o mas, con preferencia 70 % en vol. o mas fase - Laves, pudiendo estar presente una unica fase - Laves o varias fases - Laves diferentes. Las fases - Laves son compuestos intermetalicos se cuerdo con tres tipos de estructuras (MgCu2, MgZn2 y MgNi2), de manera que los compuestos indicados sirven solamente para la descripcion de la estructura cristalina, pero no estan presentes en esta combinacion en el material de acuerdo con la invencion.

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Las fases - Laves en el material de acuerdo con la invencion pueden ser en particular fases - Laves ternarias o multinarias, que presentan de esta manera al menos tres componentes diferentes. La fases - Laves multinarias designan en este caso fases -Laves con cuatro o mas componentes. Normalmente en las fases - Laves se puede tratar de una fases intermetalica, hexagonal de la composicion MeMe'2, en la que Me representa metal. En una fase

- Laves ternaria, se da la composicion a traves de Me(Me',Me"), mientras que en fases - Laves cuaternarias o multinarias, la composicion se da la sustitucion parcial de uno de los componentes Me, Me' o Me".

En la presente invencion, la fase - Laves ternaria puede estar formara, en particular, a base del sistema ternario FeTaAl, en el que la fase - Laves puede presentar especialmente de 15% en peso a 65 % en peso de hierro, de 1 % en peso a 15 % en peso de aluminio y de 0,5 % en peso a 65 % en peso de tantalio. La porcion de tantalio en la fase

- Laves ternaria puede estar sustituida tambien, al menos parcialmente, por niobio, de manera que la fase - Laves puede estar formada tambien por un sistema cuaternario FeTaNbAl.

En el caso de una sustitucion completa o casi completa, la fase - Laves ternaria puede estar formada a base de FeNbAl, en la que una fase - Laves ternaria de este tipo puede presentar, en particular, de 15 % en peso a 65 % en peso de hierro, de 1 % en peso a 15 % en peso de aluminio y de 0,5 % en peso a 55 % en peso de niobio.

En las fases - Laves a base de fases - Laves ternarias, pueden estar contenidos componentes reducidos de otros elementos presentes en la aleacion, como se describe a traves de los sistemas cuaternarios o multinarios con porciones suficientemente grandes de de tales elementos.

Las fases - Laves pueden presentar tambien porciones de cromo, de manera que las fases - Laves ternarias descritas pueden estar formadas cuaternarias con una porcion correspondiente de cromo (FeCrTaAl o Fe-CrNbAl) o la fase - Laves puede estar formada tambien a base de un sistema FeCrAlTaNb. B estas fases - Laves, el cromo puede sustituir, al menos parcialmente, la porcion de Fe.

En la fase ferntica con hierro y aluminio se puede tratar de un cristal mixto centrado de espacio cubico con aluminio y otros componentes de la aleacion. En particular, la fase ferntica de Fe - Al puede presentar adicionalmente cromo.

De acuerdo con la invencion, el material esta constituido de 20 a 25 % at. de cromo. En particular de 23 % at. de cromo, de 5 a 35 % at. de aluminio, en particular de 7 a 30 % at. de aluminio y de 10 a 25 % en peso de tantalio y/o niobio asf como el resto hierro e impurezas inevitables.

El material correspondiente se puede fabricar tanto segun la metalurgia de fusion como tambien segun la metalurgia del polvo-

Ejemplos de realizacion

Otras ventajas, distintivos y caractensticas de la presente invencion se ilustran a la descripcion siguiente de ejemplos de realizacion detallados. No obstante, la invencion no esta limitada a estos ejemplos de realizacion.

Para una aplicacion se ofrecen de forma ejemplar las siguientes composiciones de aleacion:

Aleacion: Fe [At.%] Cr [At.%] Al [At.%] Ta [At.%] Nb [At.%]

1: 40 23 27 10 0

2: 40 23 27 7 3

3: 40 23 27 3 7

4: 40 23 27 0 10

5: 60 23 7 10 0

6: 60 23 7 7 3

7: 50 23 7 3
7

8: 60 23 7 0 10

9: 25 23 27 25 0

10: 25 23 27 16 9

11: 25 23 27 9 16

12: 25 23 27 0 25

13: 45 23 7 25 0

14: 45 23 7 16 9

15: 45 23 7 9 16

16: 45 23 7 0 25

Como muestra la Tabla de los ejemplos de realizacion, se pueden variar especialmente las porciones de aluminio, tantalio y niobio asf como de manera correspondiente de hierro, mientras que puede estar previsto, por ejemplo, un contenido fijo de cromo en el orden de magnitud de 23 % at. Mientras que la porcion de tantalio y niobio se puede 5 ajustar en la suma a valores de 10 o bien 25 % at., el contenido de aluminio y de manera correspondiente el contenido de hierro puede estar entre un contenido de aluminio bajo en el orden de magnitud de 7 % at. y un contenido alto de aluminio en el orden de magnitud de 27 % at., de manera que estan presentes contenidos de hierro correspondientemente diferentes. De esta manera se puede variar la fase femtica Fe -Al - Cr y sus propiedades, en particular con respecto a la ductilidad.

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Claims

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REIVINDICACIONES

1. - Material para componentes de una turbina de gas, en particular de u grupo moto propulsor, con pociones de una fase ferntica con fe y Al y porciones de al menos una fase - Laves, caracterizado por que el material esta constituido de 20 a 25 % at. Cr, de 5 a 35 % at. Al y de 10 a 25 % at. tantalio y/o niobio asf como el resto Fe e impurezas inevitables, en el que la porcion de la al menos una fase - Laves representa la porcion maxima del material, a saber, es mayor o igual a 50 % en vol.
2. - Material de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la porcion de la al menos una fase - Laves es mayor o igual al 60 % en vol., con preferencia mayor o igual al 70 % en vol.
3. - Material de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la fase -Laves es una fase - Laves ternaria o multinaria.
4. - Material de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado por que la fase - Laves ternaria o multinaria esta formada a base de FeTaAl.
5. - Material de acuerdo con la reivindicacion 4, caracterizado por que la fase - Laves a base de FeTaAl comprende adicionalmente Nb, que sustituye parcialmente a Ta.
6. - Material de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado por que la fase - Laves ternaria o multinaria esta formada a base de FeNbAl.
7. - Material de acuerdo con la reivindicacion 7, caracterizado por que la fase - Laves a base de FeNbAl comprende adicionalmente Ta, que sustituye parcialmente a Nb.
8. - Material de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la fase - Laves contiene Cr, que sustituye, en particular, parcialmente a Fe.
9. - Material de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la fase - Laves esta formada a base de FeCrAlTaNb.
10. - Material de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la fase fenitica contiene adicionalmente Cr.
11. - Material de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en la textura del material, la al menos una fase - Laves forma una matriz o una estructura, en las que esta insertada una fase ferntica.
12. - Material de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material presenta en torno a 23 % at. de Cr.
13. - Material de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material presenta de 7 a 30 % at. de Al.
14. - Material de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material esta fabricado segun la metalurgia de fusion o la metalurgia del polvo.
15. - Componente de una turbina de gas, en particular de un grupo moto propulsor de avion, con un material de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.