Využítí niklových superslitin příklady výzkumu a výroby v ČR

Transkript

1 Konference JuveMatter 2011 Využítí niklových superslitin příklady výzkumu a výroby v ČR Klepnutím lze upravit styl předlohy podnadpisů. Jiří ZÝKA UJP PRAHA, a. s.

2 Úvod Niklové superslitiny zvláštní třída kovových materiálů (kompozit) - pevnost, odolnost proti tečení za vysokých teplot přes 1000ºC - odolnost proti vysokoteplotní oxidaci a korozi - vysoká hustota pomalu nahrazovány intermetaliky TiAl Využití letecké a raketové motory, plynové turbíny, chemický průmysl, jaderné elektrárny Zpracování tvářením - přesným litím - práškovou metalurgií 2

3 Lité niklové superslitiny Monokrystalické, vyrobené usměrněným tuhnutím, polykrystalické 3

4 Mikrostruktura litých Ni slitin Hlavní fáze matrice γ FCC, γ FCC Ni3(Al,Ti), karbidy MC, M23 C6 a M6C, γ BCT Ni3(Nb), TCP fáze sigma, eta 4

5 Mechanismy zpevnění litých Ni slitin precipitace γ, precipitace karbidů, zpevnění tuhého roztoku, zpevnění hranic zrn precipitace γ Vv 60%, Ø 0,5μm atypické chování, protínání a obcházení precipitátů dislokacemi 5

6 DS usměrněné tuhnutí 7

7 monokrystaly 8

8 Chemické složení 9

9 Chemické složení monokrystal. slitin 1. Generace jak DS bez Zr, B, Hf, C 2. Generace přídavek Re 3hm% 3. Generace přídavek Re 6hm% 4. Generace přídavek Re 5hm% + Ru 2hm% 5. Generace - přídavek Re 5hm% + Ru 6hm% + Mo Klesá podíl Cr, roste podíl prvků s vysokým bodem tání (W+Ta+Re+Mo) Re zpevňuje tuhý roztok Ru zlepšuje fázovou stabilitu, zamezuje tvorbě TCP fází 10

10 Tepelné zpracování HIP (Hot Isostatic Pressing) eliminace licích vad Rozpouštěcí žíhání homogenizace chemického složení, rozpouštění fáze γ, příp. dalších fází Vytvrzovací žíhání dosažení optimálního rozložení a velikosti částic fáze γ Předepsané tepelné zpracování slitiny MAR M 247 RŽ1200 C/2h + VŽ 870 C/24h. HIPování C/4h a tlaku 103MPa. 11

11 Výzkum Cíle výzkumu odolnost proti tečení, vysoká pevnost, strukturní stabilita, korozní odolnost, únavová odolnost (LCF, HCF, creep) Pomocí chem. složení, tepelného zpracování ČR Výzkum UFM AV ČR Brno monokrystalické UJP PRAHA, VŠB, CVUT - polykrystalické ČR výroba PCS (dříve Walter Jinonice) pro GE AE polykrystalické slitiny René (GE) PBS Velká Bíteš polykrystalické slitiny Inconel 713LC, IN 738LC, IN792, MAR-M-247 turbodmychadla, integrálně litá turbínová kola, turbínové lopatky dle požadavku zákazníka Sklářské licí hlavy vlastní vývoj slitina 141I 12

12 Výzkum v UJP PRAHA a.s. pro PBS VB a.s. Ověřování mechanických vlastností a režimu tepelného zpracování Zjišťování vlivu změn technologie (licí teplota, teplota skořepiny, způsob izolace atp.) Zjišťování dlouhodobé stability struktury a mechanických vlastností za vysokých teplot (až 10000h/900ºC) Řešení neshod, reklamací 13

13 odlitky lopatek M 40. Způsob nalepení voskových modelů na vtok vytavená keramická forma způsob balení keramické formy

14

15 lopatky 1. řady rotor 10MW materiál MARM LC lopatky 2. řady rotor 10 MW materiál IN

16 Příklad chem. Složení lité Ni slitiny Slitina MAR M 247 Koncentrace prvků v % hm Ni Co W Cr Al Ta Zb ,25 5,5 3 Hf Ti Mo C Zr B 1,5 1 0,7 0,15 0,05 0,02 17

17 Mikrostruktura slitiny MAR M

18 Fraktografická analýza 20

19 DTA analysis of the 718Plus alloy Fig. 4 Evaluated DTA curves of 718 Plus alloy. DTA analysis carried by VŠB-TUO in Ostrava [4]. Table 2 Transformation temperatures of 718 Plus alloy at 0 (calculated) heating rate 22

20 zpevnění Strength versus Temperature Ordinary slip in both γ and γ' occurs on the {111}<110>. If slip was confined to these planes at all temperatures then the strength would decrease as the temperature is raised. However, there is a tendency for dislocations in γ' to cross-slip on to the {100} planes where they have a lower anti-phase domain boundary energy. This is because the energy decreases with temperature. Situations arise where the extended dislocation is then partly on the close-packed plane and partly on the cube plane. Such a dislocation becomes locked, leading to an increase in strength. The strength only decreases beyond about 600oC whence the thermal activation is sufficiently violent to allow the dislocations to overcome the obstacles. 6