Procesy pękania żarowytrzymałych stopów niklu z warstwą żaroodporną.

• Autorzy: Okrajni J. , Cieśla M. , Swadźba L.

Warianty tytułu

EN

The fracture processes of high-temperature nickel-based superalloys with heat-resistant coatings.

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca zawiera analizę uwarunkowań procesów pękania żarowytrzymałych stopów niklu z warstwami żaroodpornymi. Dokonano w niej próby określenia czynników istotnych dla procesów powstawania i rozwoju pęknięć w strukturalnie niejednorodnych materiałach. Omówiono wpływ podstawowych właściwości fizycznych i mechanicznych na trwałość w warunkach pełzania, zmęczenia niskocyklicznego w podwyższonych temperaturach oraz zmęczeniowego oddziaływania cyklicznie zmieniającej się temperatury. Uwzględniono czynniki materiałowe oraz wykazano konieczność zróżnicowania kryteriów oceny materiałów z powierzchniowymi warstwami żaroodpornymi w zależności od warunków ich eksploatacji. Stwierdzono, że w różnych warunkach użytkowania w różnym stopniu własności warstw oraz podłoża decydować będą o trwałości elementów z warstwą żaroodporną. Przedstawiono wyniki badań zmęczenia niskocyklicznego w temperaturach podwyższonych oraz badań pełzania w stałych i zmiennych w czasie, w temperaturach podwyższonych. Wykazano różnice w zachowaniu się materiałów w warunkach pełzania i zmęczenia niskocyklicznego. Różnice te uzasadniono opierając się na analizie zjawisk z obszaru mikrostrukturalnej mechaniki pękania, w tym na zjawiskach powstawania i rozwoju "krótkich pęknięć", scharakteryzowanych współczynnikiem intensywności naprężeń o wartości mniejszej lub bliskiej współczynnika progowego. Opracowanie stanowi podsumowanie wstępnego etapu prac zmierzających do opracowania metod oceny nowych technologii konstytuowania warstw żarowytrzymałych przeznaczonych dla różnych warunków użytkowania.

EN

The paper analyses some phenomena, which occur during the fracture of high-temperature creep resisting nickel-based superalloys with heat-resisting coatings. An attempt is made to define certain conditions responsible for the processes of forming and developing of cracks in heterogeneous materials. The factors responsible for resistance in the conditions of creep, low cyclic fatigue at elevated temperatures and fatigue interaction of cyclically variable temperatures have been discussed. Material factors have been considered as well. It seemed important to differentiate the criteria according to which the selection of materials with heat-resisting surface coatings has been done considering at the same time the exploitation conditions of the materials. It has been found that in different exploitation conditions the properties of coatings and matrix will to various degrees effect the durability of the elements with heat resisting coatings. Test results of low-cyclic fatigue at elevated temperatures and creep at both constant and variable elevated temperatures have been presented. Differences in the behaviour of the materials under creep and low cyclic fatigue conditions have been demonstrated. These differences have been proved through the analysis of certain phenomena from the area of microstructural fracture mechanics including the formation and developing of "short cracks" that are characterised by stress intensity factor range smaller or approaching the value of threshold coefficient. The paper reviews the preliminary stage results of the studies on evaluation methods applied with new technologies of heat resisting coating formation designed for various exploitation conditions.

Słowa kluczowe

PL

pękanie; stop żarowytrzymały; stop niklu; warstwa żaroodporna; własności fizyczne; własności mechaniczne; pełzanie; zmęczenie niskocykliczne; temperatura; czynnik materiałowy; współczynnik intensywności naprężeń

EN

fracture; high temperature alloy; nickel-base superalloys; heat-resisting coating; physical properties; mechanical properties; creep; low cycle fatigue; temperature; material factor; stress intensity factor

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2000
• Tom: R. XXI, nr 2
• Strony: 86--91
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Okrajni J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Metalurgii i Transportu, Politechnika Śląska

autor

Cieśla M.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Metalurgii i Transportu, Politechnika Śląska

autor

Swadźba L.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Metalurgii i Transportu, Politechnika Śląska

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej, Metalurgii i Transportu

Bibliografia

• [1] Okrajni J., Plaza M.: Simulation of the fracture proces of materials subjected to low-cycle fatigue of mechanical and thermal character. Journal of Materials Processing Technology 53, 1995, s. 311-318
• [2] Cieśla M., Lamber T., Okrajni J., Plaza M.: Effect of Service Conditions upon the Processes of Metal Mould Fatigue Fracture, Journal of Theoretical Applied Mechanics 1, 1994, s. 32-39
• [3] Okrajni J.: Modelling of the Stress-Strain Behaviour of Metal Moulds, in J. Bressers and L. Remy (eds.), Fatigue under Thermal and Mechani Loading, Kluver Academic Publishers, Netherlands, 1995, s. 457-466
• [4] Weroński A., Hejwowski T.: Thermal Fatigue of Metals, Marcel and Dekker Inc., New York, 1992
• [5] Lamber T., Okrajni J., Plaza M.: Estimation of the Structural Member Low-Cycle Fatigue Durability, Third International Conference on Low-Cycle Fatigue and Elasto-Plastic Behaviour of Materials, ELSEVIER, Berlin, 1992, s. 823-828
• [6] Weiss J., Pineau P.: Microstructurally-Based Simulation of Multiaxial Low Cycle Fatigue Damage of 316 L Stainless Steel in Terms of Behaviour of Crack Population, Third International Conference on Low-Cycle Fatigue and Elasto-Plastic Behaviour of Materials, ELSEVIER, Berlin, 199 s. 82-87
• [7] Kullig E., Riesch-Opperman H., Winkler T., Brückner-Foit A.: Lifetime Prediction for Thermal Fatigue; Development of a Stochastic Model, Third International Conference on Low-Cycle Fatigue and Elasto-Plastic Behaviour of Materials, ELSEVIER, Berlin, 1992, s. 829-834
• [8] Natkaniec D., Kocańda S. and Miller K.J.: Short Fatige Crack Growth in Laser Hardened Medium Carbon Steel, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 1, 1994, s. 40-48
• [9] Okrajni J., Cieśla M., Swadźba L.: High-Temperature Low-Cycle Fatigue and Creep Behaviour of Nickel-Based Superalloys with Heat-Resi Coatings. Fatigue. and Fractute of Materials and Engineering Structures, 1998: 21: 947-954
• [10] Miller K.J.: An Incroductory Lecture on Fatigue of Metals, Conference on Metal Farigue. Sheffield 1991
• [11] Tomkins B.: Fatigue Failure and the Integriry of Structures, Conference on Metal Fatigue, Sheffield 1991
• [12] Laird C., Smith G.C.: Phil. Mag., 8, 1945, 1963
• [13] Laird C., Feltner C.E.: Trans. Met. Soc. AIME, 239, 1074, 1967
• [14] Rhys-Jones T.: Coatings for Blade and Vane Application in Gas Turbines Corrosion Science. Vol. 29. No. 29. No 6. s. 623-646 '
• [15] Cieśla M., Okrajni J., Mutwil K.: Metody wyznaczania właściwości warstw żaroodpornych. VII Seminarium Naukowe nt.: Nowe Technologie i Materiały w Metalurgii i Inżynierii Materiałowej, Katowice 1999
• [16] Cieśla M., Swadźba L.: Trwałość stopu EJ 703 z warstwami żaroodpornymi w warunkach zmiennotemperaturowego pełzania. Inżynieria Materiałowa, nr 6, 1995, s. 175-178
• [17] Cieśla M.: Analiza procesu pękania żarowytrzymałego stopu niklu z aluminiową warstwą żaroodporną w warunkach obciążeń cieplno-mechanicznych. Inżynieria Materiałowa, nr 1, 1997, s. 1-11
• [18] Hancock P., Chien H. H., Nicholls J. R., Stephenson D. J.: In Situ Measurements of the Mechanical Properties of Aluminide Coatings, Surface and Coatings Technology, 43/44, 1990, s. 359-370