Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The Effect of Re Content on Microstructure and Creep Resistance of Single Crystal Castings Made of Nickel-Based Superalloys

Gancarczyk Kamil, Albrecht Robert, Kawalec Małgorzata, Kościelniak Barbara, Gradzik Andrzej, Szeliga Dariusz, Kawalec Andrzej, Ziaja Waldemar, Motyka Maciej

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2024

|

Vol. 18, no 1

291--305

EN

In this work the effect of crystal structure perfection on the creep resistance of single crystal superalloys. The CMSX-4 and CMSX-4®Plus with increased Re content is analyzed. Single crystal rods are made by directional solidification process at the withdrawal rates 3 and 5 mm/min. The evaluation of microstructure and crystal structure perfection are carried out by light microscopy and X-ray diffraction Ω-scan methods. Creep tests are performed according to ASTM E-139-11 standard at the temperature of 982°C. Mathematical models for the creep resistance of the models are developed for both investigated superalloys. The influence of the crystal structure on the the investigated superalloys are built and the steady state creep rates are determined. Creep strength of both superalloys are compared. The results show that the CMSX-4®Plus nickel superalloy exhibits nearly two times higher creep resistance compared to the conventional CMSX-4 one.

2

Wpływ laserowego odkształcania na mikrostrukturę i własności stopu CMSX4

Rozmus-Górnikowska Magdalena

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2021

|

Vol. 88, nr 3-4

10--13

PL

Celem pracy była ocena wpływu laserowego odkształcania na mikrostrukturę i własności warstwy wierzchniej stopu niklu CMSX4. Proces laserowego odkształcania został przeprowadzony za pomocą impulsowego lasera Nd:YAG ReNOVAL - laser z modulacją Ԛ. Badania topografii powierzchni prowadzono za pomocą mikroskopu optycznego oraz elektronowego mikroskopu skaningowego. Badania mikrostruktury na przekroju poprzecznym wykonano za pomocą mikroskopów elektronowych skaningowego i transmisyjnego. Chropowatość powierzchni zmierzono profilometrem WYKO NT930. Badania nanotwardości na nanotwardościomierzu NHT 50-183 Instruments wyposażonym w wgłębnik Berkowicha, przeprowadzono na materiale wyjściowym, jak również po procesie LSP. Badania wykazały, że obróbka wiązką lasera o zastosowanych parametrach procesu LSP, powoduje odkształcenie plastyczne warstwy wierzchniej stopu niklu CMSX4, co prowadzi do wyraźnego wzrostu jej twardości.

EN

The influence of laser shock processing (LSP) on microstructure of the surface layer of the CMSX4 alloy was studied. The laser treatment was performed using a Q switched Nd:YAG ReNOVAL laser. Examination of the surface topography of the nickel alloy after LSP process was carried out by means of optical microscopy and scanning electron microscopy. Moreover, the microstructure on the cross section was carried out by means of scanning and transmission electron microscopy. The roughness of the surface was measured by WYKO NT930 equipment. Moreover, after the LSP treatment, nanohardness tests were conducted on the cross sections of the treated sample surfaces, as well as the untreated material. Nanoindentation tests were performed using nanoindenter NHT 50-183 Instruments equipped with a Berkovich diamond indenter. It has been found that the laser shock processing induced plastic deformation of the surface layer of the investigated CMSX4 nickel alloy, what involves significant hardness increasing.

3

Microstructural characterization of creep in the single crystal superalloy CMSX–4

Albrecht R., Bogdanowicz W., Gancarczyk K., Rak J., Sieniawski J., Kubiak K., Lelątko J.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 1

15--19

EN

Blades and vanes structural components of turbine engines are processed to withstand high temperature during loading conditions of service, fulfilling high standards of quality control and safety for effective use. Therefore, characterization of mechanical properties, such as creep behaviour, are necessary for appropriate control procedures on prediction of exploitation lifetime. The materials mostly used in manufacturing of these components are single crystal nickel-base superalloys. Creep behaviour characterization, composed of creep-rupture tests, were performed on a single crystal rods made of CMSX–4 superalloy obtained at a withdrawal rate of 3 and 5 mm/min. Cylindrical rods were directly solidified in the [001] direction in an ALD Vacuum Technologies investment casting furnace (VIM-IC 2). Then, prepared specimens were tested in tensile creep under constant stress of 248 MPa at a temperature of 982°C. The longitudinal and cross sections from tested samples, were characterized by TEM and X-ray diffraction methods. It was found that all samples showed a similar rupture mechanism. The electron backscatter diffraction (EBSD) measurements showed that octahedral and cubic slip systems were present however, the critical stress was present on {111} planes. It was observed that the cubic slip has the highest calculated Schmid factor along the dendrite cores while the octahedral slip occurs through entire sample volume. Samples obtained at 5 mm/min possess a visible widening of coherent scattering regions as shown in inverse pole figures. The reason of these changes is the fact that higher rate has the greatest probability of creating small angle boundaries, often occurring in the interdendritic channels.

PL

Monokrystaliczne odlewy nadstopu niklu CMSX–4 stosuje się na najbardziej wytężone elementy silnika odrzutowego, takie jak łopatki turbiny wysokiego ciśnienia. Musza one charakteryzować się dużą żarowytrzymałością oraz żaroodpornością. Dlatego jest ważne precyzyjne określenie wpływu zjawiska pełzania na strukturę tego materiału w zależności od warunków jego wytwarzania. Celem pracy było scharakteryzowanie zmian strukturalnych oraz określenie wytrzymałości na pełzanie monokrystalicznych odlewów otrzymanych z prędkościami wyciągania formy wynoszącymi 3 oraz 5 mm/min.

4

Wpływ doskonałości struktury monokryształów nadstopu niklu na ich wytrzymałość na pełzanie

Gancarczyk K., Gradzik A., Sieniawski J.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2016

|

Vol. 83, nr 10

449--451

PL

W artykule przedstawiono ocenę doskonałości struktury krystalicznej monokrystalicznego odlewu z nadstopu niklu CMSX-4 o strukturze mozaikowej. Do oceny doskonałości struktury przyjęto wartości kąta odchylenia αz – pomiędzy kierunkiem wyciągania odlewu i kierunkiem [001] oraz kąt dezorientacji αb – pomiędzy blokami mozaiki. Stwierdzono, że kąt odchylenia na powierzchni podłużnej odlewu, jak i na jego przekroju poprzecznym, przyjmuje wartości w zakresie 15,6–17,8° oraz 13,8–16,0° i 16,0–17,0°, natomiast kąt dezorientacji bloków mozaiki przyjmuje wartości w zakresie 1,08 – 1,35°. Próba pełzania wykonana dla fragmentów odlewu o różnych wartościach kątów αz i αb wykazała wpływ wartości kąta odchylenia kierunku [001] od kierunku wyciągania na odporność na pełzanie.

EN

The paper presents an analysis of crystal structure perfection of single crystal nickel-based superalloy CMSX-4 with blocky structure. Evaluation of crystalline structure was based on measurements of the value of αz angle - between the direction of crystallization and the direction [001] and αb angle – misorientation of the structure blocks. The measured values of αz on the cast surface was from 15.6 to 17.8° and from 13.8 to 16.0° and on the crosssection of cast in the range of 16.0–17.0°. The misorientation angle of blocky structure αb has a value from 1.08 to 1.35°. Creep resistance of single crystal was evaluated on specimens with various values of αz and αb. The influence of the value of angle αz and αb on the creep resistance of the single crystal was determined.

5

Sposób oceny doskonałości struktury krystalicznej monokrystalicznych odlewów łopatek z nadstopu niklu CMSX-4

Gancarczyk K., Albrecht R., Olesch Ch., Kubiak K., Sieniawski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

356--362

PL

W pracy przedstawiono ocenę doskonałości struktury krystalicznej monokrystalicznych odlewów łopatek turbiny wysokiego ciśnienia silnika lotniczego w stanie lanym oraz po obróbce cieplnej. Odlewy wytworzono z nadstopu niklu CMSX-4 metodą Bridgmana z prędkością wyciągania formy 3 i 5 mm/min. Podstawą oceny doskonałości struktury krystalicznej odlewów była analiza wyników pomiarów kąta odchylenia α pomiędzy kierunkiem wyciągania i kierunkiem krystalograficznym [001] w danej objętości odlewu łopatki. Stosowano zmodyfikowaną metodę dyfrakcji rentgenowskiej Ω-scan do wyznaczania orientacji krystalicznej monokryształów za pomocą zaprojektowanego i wykonanego dyfraktometru firmy EFG. Metoda ta umożliwia wyznaczanie orientacji krystalicznej poszczególnych obszarów powierzchni pióra i zamka odlewu monokrystalicznego łopatki z dokładnością ±0,01°. Analiza uzyskanych wyników badań wskazuje, że zwiększenie prędkości wyciągania z 3 do 5 mm/min prowadzi do zmniejszenia średniej wartości kąta odchylenia α od około 6,5 do 4°. Stwierdzono jednocześnie, że różnica wartości kąta α dla prędkości wyciągania 3 i 5 mm/min jest zbliżona. Jednocześnie wykazano, że obróbka cieplna odlewów (przesycanie i starzenie) prowadzi do zwiększenia średniej wartości kąta odchylenia α dla prędkości 3 i 5 mm/min odpowiednio do około 8,5 i 6,5°. Stwierdzono także, że rozkład wartości kąta α będący miarą niejednorodności orientacji zmniejsza się dla prędkości wyciągania 3 i 5 mm/min odpowiednio do 1,8 i 1,6°.

EN

The paper presents novel method for crystal perfection investigation in single crystal turbine blades both as-cast and after heat treatment. The castings were made of CMSX-4 superalloy and cast by the Bridgman method at the withdrawal rate of 3 and 5 mm/min. Evaluation of crystal perfection was based on measurements of α angle — the angle between crystallographic growth direction [001] and the main axis of the blade z. The investigation was conducted with the use of X-ray diffraction method called Ω-scan, utilizing prototype OD-EFG diffractometer invented by EFG company (Berlin). The apparatus enables determination of the crystal orientation in the root and airfoil of turbine blade made of nickel based superalloys. The size of the measuring spot was about approx. 2 mm2 and by this size, the orientation of whole surface of turbine blade can be mapped with an accuracy of ±0.01°. It was found that increase of withdrawal rate from 3 to 5 mm/min caused a reduction in the average value of α angle from 6.5 to 4°. The scatter of α angle for both withdrawal rates is similar. Heat treatment of casting resulted in an increase of α angle to 8.5° for withdrawal rate 3 mm/min and 6.5° for 5 mm/min. The scatter of orientation decreased to 1.8 and 1.6° respectively.

6

Stress-strain curves under compression for CMSX4 nickel based superalloy

Nowotnik A., Pędrak P., Rokicki P., Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2014

|

Vol. 38, nr 3

65--77

EN

Variations of a flow stress vs. true strain illustrate behavior of material during plastic deformation. Stress-strain relationship is generally evaluated by a torsion, compression and tensile tests. Results of these tests provide crucial information pertaining to the stress values which are necessary to run deformation process at specified deformation parameters. Uniaxial compression tests at the temperature through which precipitation hardening phases process occurred (900-1200°C), were conducted on superalloy - CMSX-4, to study the effect of temperature and strain rate (ε =10 to the -4 and 4x10 to the -4 s to the -1) on its flow stress. On the basis of received flow stress values activation energy of a high-temperature deformation process was estimated. Mathematical dependences (σpl - τ i σpl - ε) and compression data were used to determine material's constants. These constants allow to derive a formula that describes the relationship between strain rate (ε), deformation temperature (τ) and flow stress σpl - ε = A1σ to the n ∙ exp(-Q / RT).

PL

Zachowanie się materiału podczas odkształcania plastycznego na gorąco charakteryzują krzywe zmiany naprężenia uplastyczniającego w funkcji odkształcenia. Do ich oceny stosowane są próby skręcania, ściskania lub rozciągania. Pozwalają określić dane niezbędne do prowadzenia procesu przeróbki plastycznej materiału z zastosowaniem odpowiednich parametrów odkształcania - temperatury i prędkości chłodzenia. W pracy przedstawiono analizę wyników badań wpływu temperatury i prędkości odkształcania (ε = 10 do - 4 i 4 x 10 do -4 s do -1) na wartość naprężenia uplastyczniającego nadstopu niklu - CMSX-4 w zakresie wartości temperatury wydzielania cząstek faz umacniających (900-1200°C) uzyskane w jednoosiowej próbie ściskania. Ustalone wartości naprężenia uplastyczniającego były podstawą do wyznaczenia energii aktywacji Q procesu odkształcania wysokotemperaturowego. Na podstawie uzyskanych danych oraz odpowiednich zależności (σpl - τ i σpl - ε) określono wartości stałych materiałowych oraz ustalono zależność prędkości (ε), temperatury odkształcenia (τ) i naprężeniem ustalonego płynięcia plastycznego σpl - ε = A1σ do n ∙ exp(-Q / RT).

7

Rozkład wartości temperatury w monokrystalicznym odlewie z nadstopu niklu CMSX-4 wytwarzanym metodą Bridgmana

Szeliga Dariusz, Kubiak Krzysztof, Suchy Józef Szczepan, Jarczyk Georg, Sieniawski Jan

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 1

7--12

PL

W pracy przedstawiono analizę wyników pomiarów i symulacji numerycznej rozkładu wartości temperatury W monokiystalicznym odlewie pręta z nadstopu niklu CMSX-4 wytwarzanego metodą Bridgmana. Opracowano model geometryczny zestawu modelowego i przestrzennego otoczenia formy ceramicznej oraz przyjęto warunki brzegowe. Ustalono wpływ kształtu modelu geometrycznego i zadanych warunków brzegowych na wyniki symulacji numerycznej procesu krystalizacji monokrystalicznego odlewu w danych warunkach technologicznych. Wykonano symulację numeryczną procesu krystalizacji kierunkowej oraz ustalono rozkład wartości temperatury w odlewie, formie ceramicznej, płycie izolacji cieplnej oraz przegrodzie cieplnej z zastosowaniem programu ProCAST. Określono wpływ wartości współczynników: wymiany ciepła na styku dwóch materiałów, emisyjności formy ceramicznej, a także właściwości cieplnych i fizycznych stopu CMSX-4 na rozkład wartości temperatury w odlewie. Przeprowadzono weryfikację doświadczalną przyjętych warunków brzegowych i wartości współczynników cieplnych i fizycznych materiałów odlewu i formy ceramicznej. Stwierdzono, że największy wpływ na prognozowany rozkład wartości temperatury w odlewie mają wartości współczynnika wymiany ciepła na styku powierzchni odlewu i formy ceramicznej oraz współczynniki cieplne i fizyczne materiału odlewu i formy.

EN

The authors conducted analysis of the measurement results and performed a numerical simulation of the temperature distribution in a single crystal cast rod made of the CMSX-4 nickel superalloy, which was manufactured by the Bridgman method. The geometric model of the model set and of the ceramic shell mold surrounding it were developed (Fig. 3) and the boundary conditions were selected (Fig. 4+6) (Tab. 1, 2). The infiuence of the shape of the geometric model and the boundary conditions on the numerical simulation results of the solidification process of a single crystal cast under given technological conditions was determined. The numerical simulation of the directional solidification process was performed and the temperature distribution in the cast, the ceramic shell mold, the thermal insulating plate and the thermal baffie was determined using the ProCAST program (Fig. 11). The infiuence of the emissivity coefficient of the ceramic shell mold, the heat transfer coefficient on the contact surface of the two materials as well as the infiuence of the thermal and physical properties of the CMSX-4 superalloy on the temperature distribution in the cast were determined (Fig. 7+10). The authors conducted experimental verification of the selected boundary conditions as well as the thermal and physical coefficients values for the cast material and the material of the ceramic shell mold. It has been proved that the value of the heat transfer coefficient on the contact surface of the cast and the ceramic shell mold as well as the thermal and physical coefficients values have the greatest infiuence on the temperature distribution in the cast.

8

Odporność na cykliczne utlenienie dyfuzyjnych powłok Al-Si oraz MeCrAlY+AlSi otrzymywanych metodą Arc-PVD na stopie CMSX-4

Swadźba L.

Problemy Eksploatacji

|

2004

|

nr 3

49-58

PL

Celem pracy było określenie odporności na utlenianie oraz degradacji struktury warstw żaroodpornych otrzymanych na stopie monokrystalicznym CMSX-4. Warstwy otrzymano metodą Arc-PVD z wykorzystaniem reakcji egzotermicznej w tworzeniu związków międzymetalicznych układu Ni-Al. Pokrycia wykonano w zmodernizowanej aparaturze PVD z zamontowanymi wysokowydajnymi źródłami jonów. W metodyce badań cyklicznego utleniania wykorzystano doświadczenia uzyskane w toku realizacji zadania w Programie COST-522. Dokonano oceny morfologii powierzchni metodą SEM, EDX po procesie cyklicznego utleniania w aspekcie stopnia złuszczania zgorzeliny oraz zmian składu chemicznego. Wykonano badania składu fazowego zgorzeliny. Bardzo ważnym etapem było wyjaśnienie roli pierwiastków reaktywnych, Si oraz Y w procesie cyklicznego utleniania. Wykonano badania degradacji struktury warstw w wyniku przemian fazowych oraz tworzenia zgorzeliny.

EN

This paper presents results of investigation of oxidation and structure degradation of high temperature coatings. Coatings were made on Ni-base single crystal superalloy CMSX-4 by ARC-PVD method. The ARC-PVD method with using of exothermal reaction give possibility of forming intermetallics Ni-Al phases. The coatings were deposited on the modernized ARC-PVD system with new evaporators ( high-efficient ion source) The cyclic oxidation test were made by heating to 1100oC and cooling to room temperature in air. Time of one cycle was 23 hours. The methodology of cyclic oxidation was based on the experience related with COST 522 program. The scale morphology and spallation of oxides analysis after cyclic oxidation were made by SEM , EDX and XRD methods. The analysis of degradation of structure during oxidation test were made. The presence of Si and Y in surface of scale were investigated.