Proces pękania stopu niklu ŻS6U z aluminiową warstwą ochronną w warunkach zmęczenia wysokocyklowego w temperaturze 900 stopnii C

• Autorzy: Cieśla M.

Warianty tytułu

EN

The cracking processes of nickel bazse ŻS6U superalloy with aluminium protective coating in the high-cycle fatigue conditios in temperature of 900 degree C

• Konferencja: Ogólnopolska Konferencja "Nowoczesne Technologie w Inżynierii Powierzchni" (III; 3-6.10.2006; Łódź-Spała, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca dotyczy zagadnienia oceny trwałości żarowytrzymałego stopu niklu ŻS6U w warunkach zmęczenia wysokocyklowego w temperaturze 900°C, zuwzględnieniem wpływu na trwałość aluminiowej warstwy ochronnej typu „Si-Al" i „Cr-Al". Zakres badań obejmował: zmęczenie wysokocyklowe stopu ŻS6U z warstwą aluminiową, badania mikroskopowe rozwoju pęknięć oraz inicjacji procesu pękania warstw aluminiowych, a także badania prędkości propagacji pęknięć w stopie ŻS6U. Omówiono procesy powstawania i wzrostu pęknięć w stopie niklu z aluminiową warstwą dyfuzyjną. Przyjęta metodyka badań umożliwiła określenie wpływu mikrostruktury warstwy aluminiowej na trwałość wysokocyklową stopu ŻS6U. W badaniach obserwowano znaczne zmniejszenie trwałości zmęczeniowej próbek z warstwami aluminiowymi zarówno typu „Cr-Al" jak i „Si-Al" w porównaniu do stopu ŻS6U. Trwałość zmęczeniowa próbek z warstwami zmniejsza się ze wzrostem głębokości warstwy żaroodpornej. Stwierdzono ponadto większą trwałość próbek z warstwami typu Cr-Al w porównaniu z warstwami „Si-Al". Na podstawie otrzymanych wyników badań i przeprowadzonej analizy opracowano model rozwoju szczeliny zmęczeniowej w próbce ze stopu ŻS6U z dyfuzyjną warstwą aluminiową. Zrealizowane badania dostarczyły istotnych informacji odnośnie właściwościeksploatacyjnych dyfuzyjnych warstw aluminiowych.

EN

The paper deals with the problems of durability of nickel base ŻS6U superalloy in high-cycle fatigue conditions at temperature of 900°C, taking into account the influence of Si-Al and Cr-Al heat resisting aluminium coating upon this durability. The scope of investigations performed covered the following: tests on high-cycle fatigue of ŻS6U superalloy with aluminium coating, metallurgical tests on cracks growth in superalloy, tests on cracking process initiation of aluminium coatings, tests on cracks propagation rate in ŻS6U superalloy. On the basis of the obtained results the processes of initiation and growth of cracks in nickel base superalloy with aluminium diffusion coating have been discussed. The applied methodology of investigations enabled determination of the effect of some features of aluminium coating microstructure and the coating thickness upon the high-cycle durability of ŻS6U superalloy. In fatigue tests it was possible to observe a significant decrease of durability in case of specimens with aluminium coatings of both types: Cr-Al and Si-Al in comparison to durability of ŻS6U superalloy. Fatigue durability of specimens with coatings was decreasing together with the growth of heat-resisting coating thickness. Moreover, it was found that specimens with Cr-Al coatings featured higher durability in comparison with durability of specimens with Si-Al coatings of the same thickness. The performed investigations provided valuable information about working properties of diffusion aluminium coating.

Słowa kluczowe

PL

stop niklu ŻS6U; proces pękania; zmęczenie wysokocyklowe

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 27, nr 5
• Strony: 901--908
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Cieśla M.

• Cieśla, M. - Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska,

Bibliografia

• [1] Sieniawski J.: Kryteria i sposoby oceny materiałów na elementy lotniczych silników turbinowych, Oficyna Wydawnicza Poi. Rzeszowskiej, 1995.
• [2] Trietiaczenko G.N., Krawczuk Ł.W., Kuriat R.J., Wołoszczienko A.P.: Niesuszczaja sposobnost łopatok gazowych turbin pri niestacjonarnom tiepłowom i siłowom wozdjeistwii", Izd. Naukowa Dumka, Kijów, 1975.
• [3] Swadźba L., Maciejny A., Formanek B., Microstructure and resistance to cracking of modified Al-Si and Al-Cr diffusion coatings on ŻS6K Ni-base superalloy, Surface and Coatings Technology, 54/55, 1992, ss. 84-89.
• [4] Swadźba L., Maciejny A., Mendala B., Moskal G., Jarczyk G.: Structure and resistance to oxidation of an Al-Si diffusion coating deposited by Arc-PVD on a TiAlCrNb alloy, Surface and Coatings Technology 165, (2003), 273-280.
• [5] Swadźba L., Moskal G., Hetmańczyk M., Mendala B., G. Jarczyk, Long term cyclic oxidation of Al-Si diffusion coating deposited by ARC-PYD on TiAlCrNb alloy, Surface and Coatings Technology 184 (2004) 93-101.
• [6] Kołomycew P.T.: Żarostojkije diffuzionnyje pokrytia, Izd. Mietałłurgija, Moskwa, 1979.
• [7] Das D.K., Singh V., Joshi S.V.: Metallurgical and Materiale Transaction A, Evolution of Aluminide Coating Microstructure on Nickel-Base Cast Superalloy CM-247 in a Single-Step High- Activity Aluminizing Process, vol. 29A, Aug. 1998, s.2173-2188.
• [8] Tamarin Y.: Protective coatings for turbinę blades, ASM International, Chapter 4: Phase composition and structure of coatings on superalloys, The Materials Information Society, Materials Park, Ohio 44073-2002, 55-78.
• [9] Cieśla M.: Analiza procesów pękania aluminiowych warstw żaroodpornych i ocena ich wpływu na trwałość stopu ŻS6U w warunkach obciążeń o charakterze małocyklowym, Inżynieria Materiałowa nr 4, 2000, s. 160-174.
• [10] Strang A., Lang E., Pichoir R.: Practical Implications of the Use of Aluminide Coatings for the Corrosion Protection of Superalloys in Gaś Turbines", Materials Substitution and Recycling, AGARD Conference Proceedings SMP 356, 1983.
• [11] Veys J.M., Mevrel R.: Influence of Protective Coatings on the Mechanical Properties of CMSX-2 and Cotac 784, Materiale Science and Engineering, Vol.88, 1987, 253-260.
• [12] Kolkman H.J.: Creep Fatigue and their Interaction in Coated and Uncoated Renę 80, Materials Science and Engineering. Vol. 89, 1987, 81-91.
• [13] Strang A., Lang E.: Effect of Coatings on the Mechanical Properties of Superalloys, High Temperaturę Alloys for Gaś Turbines, 1982, Eds. D. Reidal Publishing Company, London, U.K., 1982, 469-506.
• [14] Okrajni J., Cieśla M., Swadźba L.: High-Temperature Low-Cycle Fatigue and Creep Behaviour of Nickel-Based Superalloys with Heat-Resistant Coatings. Fatigue and Fracture of Materials and Engineering Structures,1998;21: 947-954.
• [15] Cieśla M.: Wpływ cech mikrostruktury na procesy pękania i trwałość superstopów niklu z aluminiowymi warstwami ochronnymi w warunkach zmiennych obciążeń cieplnomechanicznych, Inżynieria Materiałowa nr 6, 2002, s. 749-758.
• [16] Blicharski M., Wstęp do Inżynierii Materiałowej, WNT, Warszawa 2001.
• [17] Dugdale D. S.: Yielding of steel sheets containing slits. J. Mech. Phys. Solids, 8, 1960.
• [18] Neimitz A., Mechanika Pękania, Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa 1998.
• [19] Paris P.C., Erdogan F., A. critical analysis of crack propagation laws, Journal of Basic Engineering Transactions, American Society of Mechanical Engineers, 85, 1960, 528-534.
• [20] Forman R.G. Keary V.E., Engle R.M.: Numerical analysis of crack propagation in cyclic-loaded structures, Journal of Basic Engineering, 89, 1967, 459-465.
• [21] German J., Biel-GołaskaM.: Podstawy i zastosowanie mechaniki pękania w zagadnieniach inżynierskich, wyd. Instytutu Odlewnictwa, Kraków 2004.
• [22] Murakami Y., editor-in chief: Stress Intensity Factors Handbook, volume 2, Pergamon Press 1987, 654-656, 712-715.