Application of EBSD technique to investigation of modern materials for aero engines turbine blades

• Autorzy: Chmiela B. , Sozańska M. , Cwajna J.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie techniki EBSD w badaniu nowoczesnych materiałów na łopatki turbin silników lotniczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Aero engine turbine blades are fiight safety critical components and are first and foremost characterized by superior mechanical properties. The mechanical properties can be improved by replacing equiaxed (EQ) polycrystalline blades by directionalÍy solidified (DS) and single crystal blades (SX). During directional solidification, many defects may form, e.g. freckles and stray grains. By comoining the techniques of scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive x-ray microanalysis (EDS), and electron backscatter diffraction (EBSD), these defects can be comprehensively evaluated. Freckles are casting defects appearing on the surface of DS and SX castings and take the form of long chains of equiaxed grains aligned parallel to gravity. Freckles form mainly because of thermosolutal convection and buoyancy forces in the mushy zone, which in turn are caused by density inversion in the interdendritic liquid. Other casting defects are stray grains as a result of poor efficiency of the helical grain selector. Obtained results reveal some new details about freckle formation and stray grains formation mechanisms.

PL

Łopatki turbin silników lotniczych są elementami krytycznymi o bezpośrednim wpływie na bezpieczeństwo lotu, dlatego muszą charakteryzować się bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi. Właściwości mechaniczne mogą zostać ulepszone dzięki zastępowaniu łopatek polikrystalicznych o ziarnach równoosiowych (EQ) łopatkami kierunkowo krystalizowanymi (DS) i monokrystalicznymi (SX). Podczas kierunkowej krystalizacji mogą pojawić się wady odlewów, takie jak frekle (freckles) czy obce ziarna (stray grains). Połączenie technik elektronowej mikroskopii skaningowej (SEM), mikroanalizy rentgenowskiej z dyspersją energii (EDS) oraz dyfrakcji elektronów wstecznie rozproszonych (EBSD) umożliwia kompleksowy opis tych wad. Frekle to powierzchniowe wady odlewów DS i SX mające postać łańcuchów równoosiowych ziaren ułożonych równolegle do kierunku działania grawitacji. Frekle są skutkiem działania sił wyporu hydrostatycznego i konwekcji w strefie ciekło-stałej, które wynikają z inwersji gęstości ciekłego stopu w obszarach międzydendrytycznych. Innym przykładem wad są obce ziarna, będące skutkiem małej sprawności śrubowego selektora ziarna. Otrzymane wyniki ujawniają pewne nowe szczegóły dotyczące powstawania frekli i obcych ziaren.

Słowa kluczowe

EN

EBSD; turbine blades; freckles; directional solidification; single crystal blades

PL

EBSD; łopatki turbin; frekle; kierunkowa krystalizacja; łopatki monokrystaliczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 3
• Strony: 140--144
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Chmiela B.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska, Katowice

autor

Sozańska M.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska, Katowice

autor

Cwajna J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska, Katowice

Bibliografia

• [1] Reed R. C.: The superalloys. Fundamentals and applications. Cambridge University Press, New York (2006).
• [2] Giamei A. F., Kear B. H.: On the nature of freckles in nickel base superalloys. Metall. Trans. 1 (1970) 2185÷2192.
• [3] Mueller E. M.: The characterization of freckle casting defects in directionally solidified nickel-base superalloy turbine blades. University of Florida (2003).
• [4] Chmiela B., Sozańska M., Cwajna J.: ldentification and evaluation of freckles in directionally solidified casting made of PWA1426 nickel-base superalloy. Arch. Metall. Mat. 57 (2012) 567÷572.
• [5] Tin S., Pollock T. M.: Predicting freckle formation in single crystal Ni-base superalloys. J. Mater. Sci. 39 (2003) 7199÷7205.
• [6] Ma D., Mathes M., Zhou B., Bührig-Polaczek A.: lnfluence of crystal orientation on the freckle formation in directionally solidified superalloys. Adv. Mater. Res. 278 (2011) 114÷119.
• [7] Dai H. J.: A study of solidification structure evolution during investment casting of Ni-based superalloy for aero-engine turbine blades. University of Leicester (2008).
• [8] Dai H. J., Gebelin J.-C., D’Souza N., Brown P. D., Dong B.: Effect of spiral shape on grain selection during casting of single crystal turbine blades. lnt. J. Cast Met. Res. 22 (2009) 54÷57.
• [9] Meng X. B., Li J., Jin T., Sun X. F., Sun Ch., Hu Z.: Evolution of grain selection in spiral selector during directional solidification of nickel-base superalloys. J. Mater. Sci. Technol. 27 (2011) 118÷126.