Ni-Cr-Co-Mo zliatina pre pohon plynovou turbínou

Číslo patentu: E 6725

Dátum: 30.08.2005

Autor: Pike Lee

Je ešte 13 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Ni-Cr-Co-Mo zliatina pre pohon plynovou turbínouVynález sa týka tvárlivých zliatin s vysokou pevnosťou na použitie pri zvýšených teplotách. Konkrétne sa týka zliatin, ktore majú dostatočnú pevnosť pri tečení, tepelnú stabilitu a odolnosť voči praskaniu starnutím V dôsledku pnutia, aby sa umožnila výroba a údržba prechodových potrubí plynových turbín a inýchAby sa vyhovelo požiadavke zvýšenej prevádzkovej účinnosti, konštruktéri motorov s plynovou turbínou by radi využívali vyššie a vyššie prevádzkové teploty. Avšak schopnost zvýšiť prevádzkové teploty je často limitovaná materiálovými vlastnosťami. Jednou aplikáciou s takýmto obmedzením sú prechodové potrubia plynových turbín. Prechodové potrubia sú často zvárané komponenty, vyrobene z plechu alebo tenkého plátového materiálu a teda musia byt tak zvárateľné, ako aj tvárlivć. Často sa V prechodových potrubiach používajú gama-s-čiarkou spevnené zliatiny v dôsledku ich vysokej pevnosti pri zvýšených teplotách. Avšak súčasné komerčne dostupné, tvárnené gama-s-čiarkou spevnené zliatiny bud nemajú pevnosť alebo stabilitu na použitie pri veľmi vysokých teplotách, požadovaných pokročilými koncepciami konštrukcie plynových turbín, alebo môžu spôsobovať ťažkosti počas výroby. Konkrétne, jednou takou výrobnou ťažkosťou je náchylnosť mnohých tvámených gama-s-čiarkou spevnených zliatin k praskaniu stamutim V dôsledku pnutia. Problém praskania starnutím v dôsledku pnutia opíšeme podrobnejšie ďalej v tomto dokumente.Tvárnené gama-s-čiarkou spevnené zliatiny sú často na báze systému nikelchróm-kobalt, hoci sa používajú aj iné bázové systémy. Tieto zliatiny majú často prísady hliníka a títánu, ktoré sú zodpovedné za tvorbu gama-s-čiarkou fázy Ni 3(Al,Ti). Dajú sa tiež použiť iné prvky, tvoriace gama-s-čiarkou, ako je niób a/alebo tantal. Na rozvinutie gama-s-čiarkou fázy do mikroštruktúry zliatiny sa používa tepelné spracovanie vytvrdzovaním starnutím. Toto tepelné spracovanie sa normálne použijena zliatinu, keď je táto vo vyžíhanom stave. Prítomnosť gama-s-čiarkou fázy vedie kznačnému spevneniu zliatiny V širokom teplotnom rozsahu. Iné prvkové prísady môžu zahmovať molybdén alebo volfrám na spevnenie tuhého roztoku, uhlík na tvorbu karbidov a bór na zlepšenie vysokoteplotnej húževnatosti.Praskanie starnutím v dôsledku pnutia je problémom, ktorý obmedzuje zvariteľnosť mnohých gama-s-čiarkou spevnených zliatin. K tomuto fenoménu typicky dochádza, keď sa zváraná časť podrobí vysokej teplote prvý raz po operácii zvárania. Toto sa často stane počas spracovania žíhaním po zváraní, čo sa týka väčšiny výrobkov z gama-s-čiarkou zliatin. K praskaniu dochádza v dôsledku tvorby gama~sčiarkou fázy počas zahrievania na žíhaciu teplotu. Tvorba spevňujúcej gama-s-čiarkou fázy v spojeni s nízkou húževnatosťou, ktorú majú mnohé z týchto zliatin pri stredných teplotách, ako aj mechanické obmedzenie, typicky vyvolané operáciou zvárania, vedú často k praskaniu, Problém praskania starnutím v dôsledku pnutia môže obmedziť použitie zliatin len na určitú hrúbku, pretože väčšia hrúbka materiálu vedie k väčšiemu mechanickému obmedzeniu.Bolo vyvinutých niekoľko testov na vyhodnotenie náchylnosti zliatiny k praskaniu starnutím v dôsledku pnutia. Tieto zahmujú test kruhovej opravy, test votknutej platničky, a rôzne dynamické terrno-mechanické testy. Jedným testom, ktorý sa dá použiť na vyhodnotenie náchylnosti zliatiny k praskaniu starnutím V dôsledku pnutia, je ťahový test (CHRT) s kontrolovanou rýchlosťou zahrievania, vyvinutý V 60 tych rokoch. Nedávne testovanie v Haynes International zistilo, že CHRT test úspešne klasiñkoval náchylnosť niekoľkých komerčných zliatin v poradí, zodpovedajúcom prevádzkovej skúsenosti. V CHRT teste sa vzorka ťahanćho plechu zahrieva z nízkej teploty až po testovanú teplotu konštantnou rýchlosťou (v testovacích behoch v Haynes lntemational sa použila rýchlosť 14 - 17 °C (25 °F až 30 °F) za minútu). Len čo sa dosiahne testovacia teplota, vzorka sa ťahá až do zlomenia s konštantným rastom technického pnutia. Testovaná vzorka začína vo vyžíhanom (nie vytvrdenom starnutím) stave, takže gama-s-čiarkou fáza precipituje počas štádia zahrievania, ako by tomu bolo v prípade, keď sa zváraný komponent podrobí tepelnému spracovaniu po zváraní. Percentuálne predĺženie pri pretrhnutí v testovanej vzorke sa berie za mieru náchylnosti k praskaniu starnutím v dôsledku pnutia (nižšie hodnoty predĺženia poukazujú na väčšiu náchylnosť k praskaniu starnutím v dôsledku pnutia). Predĺženiev CHRT je funkciou testovacej teploty a normálne vykáže minimum konkrétnej3 teplote. Teplota, pri ktorej k tomuto dôjde, je okolo 816 °C (1500 °F) pre mnohé tvámené gama-s-čiarkou spevnené zliatiny.Dobrá pevnosť a tepelná stabilita pri vysokých teplotách, požadované pokročilými koncepciami plynových turbín, sú dve vlastnosti, chýbajúce u mnohých V súčasnosti komerčne dostupných, tvárnených, gama-s-čiarkou spevnených zliatin. Vysokoteplotná pevnosť sa dlho vyhodnocovala s použitím testov medze pevnosti pri tečení, kde sa vzorky izotennicky podrobia konštantnému zaťaženiu až do pretrhnutia(zlomenia) vzorky. Čas do pretrhnutia alebo životnosť do pretrhnutia sa potom použije ako miera pevnosti zliatiny pri tejto teplote. Tepelná stabilita je mierou toho,či mikroštruktúra zliatiny zostane relatívne bez ovplyvnenia počas vystavenia teplu. Mnohé vysoko teplotné zliatiny môžu počas vystavenia teplu tvoriť krehké interrnetalické alebo karbidové fázy. Prítomnosť týchto fáz môže dramaticky znížiť húževnatosť materiálu pri teplote miestnosti. Táto strata húževnatosti sa dá efektívne merať s použitím štandardnej ť ahovej skúšky.Mnohé tvámené gama-s-čiarkou spevnené zliatiny sú dnes k dispozícii vo forme plechov na súčasnom trhu. Rene-41 alebo R-41 zliatina (U.S. Patent č. 2,945,758) bola vyvinutá firmou General Electric v 50-tych rokoch na použitie v turbínových motoroch. Má vynikajúcu pevnosť pri tečení, ale je obmedzená zlou tepelnou stabilitou a odolnosťou proti praskaniu stamutím v dôsledku pnutia. Podobná zliatina od General Electric, zliatina M-252 (U.S. Patent č. 2,747,993), bola tiež vyvinutá v 50-tych rokoch. Hoci je V súčasnosti dostupná len vo forme tyčí, táto kompozícia je vhodná na výrobu plechov. Zliatina M-2 S 2 má dobrú pevnosť pri tečení a odolnosť proti praskaniu stamutím v dôsledku pnutia, ale tak ako zliatina R-41, je obmedzená zlou tepelnou stabilitou. Fírrnou PrattWhittney vyvinutá zliatina, známa komerčne ako zliatina WASPALOY (zdá sa, že nemá krytie žiadnym US patentom), je ďalšou gama-s-čiarkou spevnenou zliatinou, určenou na použitie v turbínových motoroch a dostupnou vo forme plechov. Avšak táto zliatina má minimálnu pevnosť pri tečení nad 1500 °F, minimálnu tepelnú stabilitu a má značne slabú odolnosť proti praskaniu stamutím v dôsledku pnutia, Zliatina, komerčne známa ako zliatina 263 (U.S. Patent č. 3,222,165) bola vyvinutá V neskorých 50-tych rokoch a zavedená V r. 1960 firmou Rolls-Royce Limited. Táto zliatina má vynikajúcu tepelnú stabilitu a odolnosť proti praskaniu stamutím v dôsledku pnutia, ale má veľmi zlú pevnosť pri tečení priteplotách vyšších než 816 °C (1500 °F). Zliatinu PK-33 (U.S. Patent č. 3,248,213)vyvinula firma International Nickel Company a zaviedla V r. 1961. Táto zliatina má dobrú tepelnú stabilitu a pevnosť pri tečení, ale je obmedzená zlou odolnosťou proti praskaniu stamutím v dôsledku pnutia. US 3207599 tiež opisuje zlíatinu na báze niklu, odolnú proti tečeniu, ktorá má dobrú húževnatosť pri starnutí pnutím a zvariteľnosť, ale obsahuje kremík a mangán. Ako napovedajú tieto príklady, v súčasnosti nie je komerčne dostupná žiadna zliatina, ktorá by mala jedinečnú kombináciu troch kľúčových vlastností dobrú pevnosť pri tečení a dobrú tepelnú stabilitu V teplotnom rozsahu 871 °C - 927 °C (1600 až 1700 °F), ako aj dobrúodolnosť proti praskaniu starnutím v dôsledku pnutia.Hlavným cieľom tohto vynálezu je poskytnúť nové tvárnené, starnutím vytvrditeľné zliatiny na báze nikel-chróm-kobaltu, ktore sú vhodné na použitie vo vysoko teplotných prechodových potrubiach plynových turbín a iných komponentoch plynových turbín a majú kombináciu troch špecifických, kľúčových vlastností, a to odolnosti proti praskaniu starnutím V dôsledku pnutia, dobrej tepelnej stability a dobrej medze pevnosti pri tečení.Zistilo sa, že tento cieľ sa dá dosiahnuť zliatinou, ako je uvedená V nárokoch,obsahujúcou určitý obsah chrómu a kobaltu, určitý rozsah molybdénu a prípadne volfrámu a určitý rozsah hliníka, titánu a prípadne nióbu, pričom zvyšok je nikel arôzne menej prítomné prvky a nečistoty.Opis obrázkov Obr. 1 je graf húževnatosti študovaných tvárnených, starnutím vytvrditeľnýchzliatin na báze nikel-chróm-kobaltu V ťahovej skúške s kontrolovanou rýchlosťou zahrievania pri 1500 °F.Obr. 2 je graf húževnatosti študovaných tvárnených, starnutím vytvrditeľných zliatin na báze nikel-chróm-kobaltu v štandardnej ťahovej skúške pri teploteTu opísané tvárnené, starnutím vytvrditeľné zliatiny na báze nikel-chróm kobaltu majú dostatočnú pevnosť pri tečení, tepelnú stabilitu a odolnosť proti

MPK / Značky

MPK: C22C 19/05

Značky: turbínou, plynovou, zliatina, ni-cr-co-mo, pohon

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/21-e6725-ni-cr-co-mo-zliatina-pre-pohon-plynovou-turbinou.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Ni-Cr-Co-Mo zliatina pre pohon plynovou turbínou</a>

Podobne patenty