Single crystal nickel-base superalloys for gas turbine blades and vanes

• Autorzy: Biel M. , Dubiel B. , Czyrska-Filemonowicz A.

Warianty tytułu

PL

Monokrystaliczne nadstopy niklu na łopatki turbin gazowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The casting technique improvements enabled to produce directionally solidified (DS) and single crystal (SC) nickel-base superalloys, which are currently used for gas turbine blades and vanes. Such application requires increasing turbine inlet temperatures and efficiencies of power engineering devices. The alloy development leads to achieve high strength, creep- and thermo-mechanical fatigue resistance, microstructural stability and corrosion resistance of nickel-base SC superalloys. Such a combination of properties could be achieved due to homogeneous microstructure formed by cuboidal γ particles separated by narrow γ matrix channels. The results of quantitative microstructural investigations of two single crystal CM186SC and CMSX-4 are presented.

PL

W najnowocześniejszych turbinach gazowych łopatki wykonuje się z kierunkowo krystalizowanych (DS) i monokrystalicznych (SC) stopów niklu. Udoskonalenie procesu odlewania umożliwia uzyskanie materiałów, pozwalających na wzrost temperatury na wlocie, co przyczynia się do wzrostu wydajności turbin. Celem rozwoju stopów monokrystalicznych jest uzyskanie wysokiej wytrzymałości, odporności na pełzanie i zmęczenie cieplno-mechaniczne, stabilności mikrostruktury oraz odporności na korozję gazową i wysokotemperaturową. Spełnienie tych rygorystycznych wymagań umożliwia jednorodna mikrostruktura, którą tworzą sześcienne wydzielenia fazy γ, rozdzielone wąskimi kanałami osnowy γ. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki ilościowej analizy mikrostruktury stopu CM186SC - na łopatki kierownicze, oraz stopu CMSX-4 - na łopatki wirnika w turbinach gazowych.

Słowa kluczowe

EN

advanced power plant; single crystal (SC); nickel-base superalloys; turbine blade casting; quantitative microstructural analysis

PL

materiały dla energetyki; monokryslaliczne nadstopy niklu; technologie odlewania lopatek turbin; właściwości nadstopów monokrystalicznych; ilościowa analiza mikrostruktury

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Metallurgy and Foundry Engineering
• Rocznik: 2001
• Tom: Vol. 27, no. 2
• Strony: 209--227
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Biel M.

• Faculty of Metallurgy and Materials Science, University of Mining and Metallurgy, Kraków, Poland

autor

Dubiel B.

• Faculty of Metallurgy and Materials Science, University of Mining and Metallurgy, Kraków, Poland

autor

Czyrska-Filemonowicz A.

• Faculty of Metallurgy and Materials Science, University of Mining and Metallurgy, Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Bowman R.: Superalloys: A Primer and History. 9th International Symposium on Superalloys. The Minerals, Metals & Materials Society, http://www.tms.org
• [2] Davies J.R. (ed.): Metallurgy, Directionally Solidified and Single Crystal Superalloys, ASM Speciality Handbook: Heat Resistant Materials. ASM International, 1997, 255-271
• [3] Danciu D., Dubiel В., Czyrska-Filemonowicz A.: Mikrostruktura monokrystalicznych nadstopów niklu na łopatki turbin. Materiały XXVII Szkoły Inżynierii Materiałowej, Kraków-Ustroń 28.09-1.10.1999. Pacyna J. (ed.), Kraków 1999, 434-446
• [4] Mikułowski B.: Nadstopy żaroodporne i żarowytrzymałe. Wyd. AGH, Kraków 1997
• [5] Hernas A.: Żarowytrzymałość stali i nadstopów. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 1999
• [6] Singh C., Stiles W.R., Price F.C.: Materials for Marine, Light Industrial and Aeroderivative Gas Turbines. Proceedings of the Fitfth International Charles Parsons Conference, Advanced Materials for 21st Century Turbines and Power Plant, 3-7.07.2000, Cambridge, UK, Strang A. and others (eds), Churchill College, Cambridge, UK 2000, 631-642
• [7] Staubli M., Allen D.H., Oakey J.E.: Power Generation in the 21st Century - The new European COST Action, ibid, 643-657
• [8] Harris K., Erickson G.L., Sikkenga S.L., Bretnall W.D., Aurrecoechea J.M., Kubarych K.G.: Development of the rhenium containing superalloys CMSX-4 i CM186LC for single crystal blade and directionally solidified vane applications in advanced turbine engines, Antolovich S.D. and others (eds), The Minerals, Metals & Materials Society, Superalloys 1992, 297-306
• [9] Seth B.B.: Superalloys - the utility gas turbine perspective. Pollock T.M. and others (eds), The Minerals, Metals & Materials Society, Superalloys 2000, 3-16
• [10] Ashby M.F., Jones D.R.H.: Materiały inżynierskie - właściwości i zastosowania. WNT, Warszawa 1995
• [11] Davies J.R. (ed.): Protective Coatings for Superalloys, ASM Speciality Handbook: Heat Resistant Materials. ASM International, 1997, 335-344
• [12] Harris K., Wahl J.B.: New Superalloy Concepts for Single Crystal Turbine Vanes and Blades. Proceedings of the Fitfth International Charles Parsons Conference, Advanced Materials for 21st Century Turbines and Power Plant, 3-7.07.2000, Cambridge, UK, Strang A. and others (eds), Churchill College, Cambridge, UK 2000, 832-846
• [13] Danciu D., Dubiel В., Penkalla H.J., Schubert F., Czyrska-Filemonowicz A.: Inżynieria Materiałowa 4 (2001) 274-277
• [14] Schneider W., Hammer J., Mughrabi H.: Creep deformation and rupture behaviour of the monocrystalline, Superalloy CMSX-4 - a comparision with the alloy SRR 99, Antolovich S.D. and others (eds), The Minerals, Metals & Materials Society, Superalloys 1992, 589-598
• [15] Schubert F., Fleury G., Steinhaus T.: Modelling of the mechanical behaviour of the single crystal turbine alloy CMSX-4 during thermo-mechanical loading, Modelling Simul. Mater. Sci. Eng., 8 (2000) 947-957