METAL 2005
24-26.5.2005 Hradec nad Moravicí
ŽÁUPEVNÉ VLASTNOSTI VYBRANÝCH
SUPERSLITIN NA BÁZI Ni
HIGH TEMPERATURE PROPERTIES OF SELECTED
Ni BASE SUPERALLOYS
Jan Hakl
Tomáš Vlasák
SVÚM a.s., Areál VÚ Běchovice, 190 11 Praha 9, ČR, <[email protected]>
Abstrakt
Cílem příspěvku je uvést základní informace o creepových vlastnostech litých superslitin
IN 713 LC, IN 738 LC a IN 792 5A, které odpovídají úrovni tuzemského technologického
prostředí i úrovni současných požadavků konstruktérů. Jedná se o typické materiály pro
lopatky a další žárové části plynových turbin a turbodmychadel, vyráběné přesným litím
metodou vytavitelného modelu. Slitina IN 713 LC je pro naše konstruktéry známá a dosti
široce aplikována v různých tuzemských konstrukcích. Proto je vybrána jako referenční
materiál pro charakterizování dalších dvou slitin.
Abstract
Aim of the contribution is to present significant information on creep properties of cast
superalloys IN 713 LC, IN 738 LC and IN 792 5A. They fully correspond to level of domestic
technological environment as well as of current requirements of designers. Mentioned alloys
are typical materials for blades and other hot parts of gas turbines and turbosuperchargers
produced by investment casting process. Alloy IN 713 LC is already known to our designers
and it is used in domestic structures. Therefore it is chosen as a reference material for
characterisation of other two alloys.
1.
ÚVOD
Pojem superslitiny se koncem 50. let minulého století vžil pro označení komplexně
legovaných materiálů na bázi Fe, Ni nebo Co, užívaných zejména pro výrobu nejvíce
namáhaných žárových částí plynových turbin a turbodmychadel. Základními požadavky
kladenými na tyto materiály jsou
- odolnost proti komplexním mechanizmům poškozování vlivem mechanického
namáhání za vysokých teplot,
- odolnost proti korozním účinkům pracovního média,
- vyhovující technologické vlastnosti.
Superslitiny se vzhledem k svému strategickému významu, zejména v letectví, staly
nejprozkoumanější skupinou kovových materiálů. Výsledkem vývoje je dnes k dispozici (jistě
i z komerčních a patentových důvodů) rozsáhlé množství těchto materiálů a mnoho nových
technologií [1]. Relativně často používané superslitiny, včetně příkladů aplikací předními
světovými výrobci, jsou shrnuty v práci [2].
Výrobci leteckých a stacionárních turbin a turbodmychadel u nás (zejména MOTORLET –
nyní WALTER a.s., Praha, PBS Brno, PBS Velká Bíteš as.) používali hlavně materiály
z bývalého SSSR a z POLDI Kladno. Pro zpracování těchto materiálů byly osvojeny
adekvátní technologie (vakuová metalurgie, přesné lití metodou vytavitelného modelu –
včetně odlévání lopatek s dutinami pro chlazení, zjemňování krystalizace přesných odlitků,
izotermální pájení, svařování elektronovým paprskem, svařování frikční apod.).
METAL 2005
24-26.5.2005 Hradec nad Moravicí
Závažný problém nastal po politických a ekonomických změnách, ke kterým došlo koncem
20. století. V důsledku přerušení výroby v POLDI Kladno a zpřetrhání vazeb na tradiční
dodavatele speciálních materiálů z Ruska bylo nutno hledat náhradní řešení.
V tomto kontextu je cílem našeho příspěvku uvedení základních informací o žárupevných
vlastnostech vybraných litých superslitin západní provenience, které odpovídají současnému
tuzemskému technologickému prostředí i úrovni požadavků konstruktérů, předpokládaných
v nejbližší budoucnosti.
Jedná se o typické lopatkové materiály IN 713 LC, IN 738 LC a IN 792 5A, jejichž časté
použití v konstrukcích uvádí přehled v [2]. Slitina IN 713 LC je u nás nejznámější a je již
užívána v tuzemských konstrukcích (různé části turbodmychadel a plynových turbin).Tuto
slitinu budeme používat jako materiál referenční pro charakterizování dvou dalších materiálů.
Některé materiálové charakteristiky uvedených slitin, zejména základní mechanické vlastnosti
a jejich teplotní závislosti, byly presentovány na předchozí konferenci METAL 2004 [3]. Na
tuto práci náš příspěvek volně navazuje.
2.
OBECNÉ CHARAKTERISTIKY HODNOCENÝCH SLITIN
Ve všech případech se jedná o komplexně legované precipitačně vytvrditelné slitiny na
bázi Ni, pro něž je typickou technologií vakuové přesné lití metodou vytavitelného modelu.
Nominální chemické složení a některé fyzikální vlastnosti diskutovaných slitin jsou uvedeny
v tab. I a II.
Tab. I
Tab. I
Slitina
IN 713 C
IN 713 LC
IN 738
IN 738 LC
IN 792
IN 792 5A
Nominální chemické složení diskutovaných slitin (hm.%, Ni – základ)
Nominal chemical composition of appointed alloys (wt.%, Ni – base)
C
Cr
Co
Mo
W
Nb
Ta
Ti
Al
Zr
0,12 12,5 4,2
2,0
0,8
6,1
0,10
0,05 12,0 4,5
2,0
0,6
5,9
0,10
0,17 16,0 8,5
1,7
2,6
0,9
1,7
3,4
3,4
0,10
0,10 16,0 8,5
1,75 2,6
0,85 1,75 3,4
3,4
0,05
0,12 12,4 9,0
1,9
3,8
3,9
4,5
3,1
0,10
0,08 12,5 9,0
1,9
4,17 4,17 3,97 3,37 0,03
B
0,012
0,010
0,010
0,010
0,020
0,015
Slitina IN 713 LC je nízkouhlíkovou
modifikací IN 713 C (LC – low
carbon).Patří mezi prvé lité slitiny tzv.I.
generace, kde byla při výrobě aplikována
vakuová metalurgie. Snížení obsahu C
působí posun solidu a likvidu k vyšším
teplotám
a
zlepšení
některých
materiálových charakteristik (zejména
plasticity). Slitina se běžně používá v litém
stavu a z hlediska precipitace topologicky
těsně uspořádaných fází během provozní expozice je považována za strukturně stabilní.
Ekvivalent této slitiny se u nás dříve vyráběl pod označením LVN-10.
Slitina IN 738 a její modifikace IN 738 LC patří ve srovnání s IN 713 LC mezi vývojově
vyšší materiály tzv. II generace. Žárupevnost častěji užívané verze IN 738 LC je srovnatelná
s IN 713 LC, ale díky vyššímu obsahu Cr a dalších legůr je odolnější proti vysokoteplotní
korozi. Vzhledem ke komplexnějšímu legování (viz tab. I) je dražší a technologicky
náročnější. V případě nevhodné kombinace obsahů legujících prvků u ní existuje nebezpečí
tvorby nežádoucí fáze σ během provozní expozice. Precipitaci této fáze lze zabránit
Tab. II
Tab. II
Slitina
Některé fyzikální vlastnosti
Some physical properties
Měrná
Teplota [°C]
Solidu Likvidu hmotnost
[g.cm-3]
IN 713 C
1260
1288
7,91
IN 713 LC
1288
1321
8,01
IN 738
1230
1315
8,11
IN 792
1235
1320
8,25
METAL 2005
24-26.5.2005 Hradec nad Moravicí
Kontrakce
[%]
Tažnost
[%]
Doba do
lomu [h]
optimalizací chemického složení pomocí metody PHACOMP. Slitina se používá ve stavu
tepelně zpracovaném, nejčastěji postupem 1120°C/2h/vzd. + 845°C/24h/vzd.
Z hodnocených slitin je IN 792 vývojově nejmladší a má nejvyšší žárupevnost při
srovnatelné žáruvzdornosti s IN 738 LC, ale je i nejdražší. Patří též mezi lité slitiny II.
generace. Vyrábí se v několika modifikacích, mírně se lišících chemickým složením. Naše
pozornost se bude týkat IN 792 5A, která se zřejmě užívá nejčastěji. Modifikace označené 5B
a 5C obsahují oproti základnímu složení (viz tab. I) navíc ještě 0,5 resp. 0,9 % Hf a jsou
dražší než varianta 5A. Stejně jako v případě IN 738 LC je nutno chemické složení
optimalizovat metodou PHACOMP za účelem prevence vzniku fáze σ. Optimálních vlastností
slitiny IN 792 5A se dosahuje dvoustupňovým tepelným zpracováním, shodným s dříve
uvedeným procesem pro IN 738 LC, nebo třístupňovým postupem 1120°C/2h/vzd. +
845°C/4h/vzd. + 760°C/16h/vzd.
Při výrobě odlitků slévárna Tab. III Podmínky atestačních creepových
zkoušek a minimální požadované
garantuje v prvé řadě chemické
vlastnosti.
složení (a v případě IN 738LC a IN
Tab.
III
Conditions of creep attest and minimal
792 5A dokládá i střední hodnotu
required properties.
elektronových vakancí µNv jako
Minimální
kritérium optima složení z hlediska
požadavky
sigmatizace). Kromě výsledků
kontrol tvaru, rozměrů, vnitřní a
Teplota Napětí
Slitina
povrchové jakosti odlitků, navíc
[°C]
[MPa]
kvalitu slitiny obvykle deklaruje
výsledkem krátkodobé zkoušky
pevnosti
při
tečení.
Podle
980
150
30
4
zkušeností akreditované zkušebny
IN
713
LC
760
530
50
2
SVUM, která tyto testy běžně
870
353
29
3,5
provádí pro řadu zákazníků, jsou
760
545
60
různé
příklady
přejímacích
IN
738
LC
930
230
20
podmínek
pro
diskutované
982
152
35
5
10
materiály uvedeny v tab. III.
IN 792 5A 950
230
16
5
5
3. EXPERIMENTY
Všechny hodnocené tavby byly odlity standardní technologií ve slévárnách přesného lití
buď v PBS Velká Bíteš a.s. nebo PCS a.s. Praha. Při výrobě odlitků byly použity mateřské
tavby, dodané ze zahraničních hutí, specializovaných na niklové žárupevné slitiny. Ve všech
případech měly tavby vyhovující chemické složení. V případě slitin IN 738 LC a IN 792 5A
byly zjištěny přípustné hodnoty elektronových vakancí µNv. V případě těchto slitin byl
materiál odlitků podroben standardnímu tepelnému zpracování. Veškeré podrobnosti
technologického rázu jsou uvedeny v [4,5].
Creepové experimenty byly prováděny na vzduchu při stálém zatížení v laboratoři SVUM
a.s., která je akreditována podle EN ISO/IEC 17 025.
3.1 Metodiky hodnocení experimentů
Pro hodnocení závislosti mezi dobou do lomu, teplotou a napětím byl zvolen vztah podle
[6] ve tvaru
2
log σ = A 1 + A 2 ⋅ PLM + A 3 ⋅ PLM
,
(1)
kde
PLM = T ⋅ (log t r + A 4 ) ,
T
je teplota,
je doba do lomu,
tr
A1 - A4
jsou materiálové konstanty.
σ
je napětí,
METAL 2005
24-26.5.2005 Hradec nad Moravicí
K vyhodnocení deformačních charakteristik byly v prvé fázi vyhodnoceny jednotlivé
creepové křivky pomocí modelu [7]
  ε  [g ( π ( t ))] 
− 1
ε c = ε 0 ⋅  m 
  ε 0 

(
)
(2)
1 + exp − 2 ⋅ π 
g(π(t )) = π N ⋅ 

 1 + exp(− 2) 
t
π=
tr
ε0 =
K
M
(2a)
(2b)
σ
⋅ 10 2
E(T )
(2c)
E 
E(T ) = E 1 + E 2 ⋅ exp 3 
 T 
(2d)
kde εc
je celková plastická deformace,
t
je čas,
ε0
je počáteční deformace,
σ
je napětí,
T
je teplota,
K, M, N, εm, E1-3
jsou materiálové konstanty.
Příklady některých creepových křivek vyhodnocených uvedeným postupem jsou na obr.1
Z takto zpracovaných dat pak byly vyjádřeny teplotní a napěťové závislosti meze tečení a
rychlosti tečení. K vyhodnocení meze tečení byl použit regresní model formálně shodný s (1)
2
log σ = B1 + B 2 ⋅ PLM + B 3 ⋅ PLM
kde
,
(3)
PLM = T ⋅ (log t 1 + B 4 ) ,
T
je teplota,
t1
je doba do dosažení
1% plastické deformace,
σ
B1 - B4
je napětí,
jsou materiálové
konstanty.
Pro vyhodnocení rychlosti tečení byl použit model podle [7] ve tvaru
log ε&= C1 + C 2 ⋅ log
kde ε&
T
1
1
1
1
−
+ C 3 ⋅ log[sinh (C 6 ⋅ σ ⋅ T )] + C 4 ⋅ log −
⋅ log[sinh (C 6 ⋅ σ ⋅ T )] (4)
T C5
T C5
je minimální rychlost tečení (%/h), σ
je napětí (MPa),
je teplota (K),
C1-C6 jsou materiálové konstanty.
12
8
VP74-750°C/530MPa
VP62-800°C/400MPa
7
VP84-750°C/430MPa
Celková plastická deformace [%]
Celková plastická deformace [%]
10
VP75-750°C/410MPa
8
6
4
2
VP85-800°C/380MPa
6
VP61-800°C/340MPa
VP60-800°C/290MPa
5
4
3
2
1
0
0
0
500
1000
1500
Čas [h]
750°C
2000
2500
3000
0
500
1000
1500
2000
Čas [h]
800°C
2500
3000
3500
METAL 2005
24-26.5.2005 Hradec nad Moravicí
7
10
VP65-900°C/210MPa
9
VP66-900°C/160MPa
8
VP53-900°C/130MPa
7
VP67-900°C/110MPa
5
4
3
VP63-850°C/290MPa
VP86-850°C/270MPa
2
Celková plastická deformace [%]
Celková plastická deformace [%]
6
6
5
4
3
VP64-850°C/240MPa
2
VP54-850°C/210MPa
1
1
0
0
0
500
1000
1500
2000
0
2500
1000
2000
3000
850°C
5000
6000
1000
1200
900°C
12
8
7
VP68-950°C/135MPa
VP69-1000°C/90MPa
Celková plastická deformace [%]
10
Celková plastická deformace [%]
4000
Čas [h]
Čas [h]
VP87-950°C/110MPa
8
VP52-950°C/90MPa
6
4
2
6
VP70-1000°C/65MPa
5
4
3
2
1
0
0
0
500
1000
1500
2000
2500
0
200
400
600
Čas [h]
Obr. 1
Fig. 1
3.2
800
Čas [h]
950°C
Creepové křivky slitiny IN 738LC
Creep curves of IN 738 LC alloy
1000°C
Vyhodnocení creepových charakteristik
3.2.1 IN 713 LC
K vyhodnocení bylo k dispozici 38 testů z jedné tavby. Testy byly provedeny v rozsahu
napětí 90-480 MPa, teplot 730-950°C a dob do lomu 38,75-3222,5 h. Sumární doba
provedených experimentů byly 34 438,25h. Podrobné údaje o experimentech podává práce
[5]. Výsledky vyhodnocení jsou patrné z obr.2.
Materiálové konstanty ze vztahu (1)
1000
RmT/100h
A
2,340705E+00
RmT/1000h
A2
1,470843E-04
A3
-5,932820E-09
A4
1,876248E+01
RmT [MPa], T [K], tr [h]
RmT [MPa]
RmT/10000h
100
10
750
770
790
a) Mez pevnosti při tečení RmT
810
830
850
870
Teplota [°C]
890
910
930
950
METAL 2005
24-26.5.2005 Hradec nad Moravicí
1000
Materiálové konstanty ze vztahu (3)
2,229798E+00
B2
1,362811E-04
B3
-4,964771E-09
B4
2,067425E+01
R1%T/ 100h
R1%/T [MPa]
B
R1%T/ 1000h
R1%T/ 10000h
100
10
750
R1%/T [MPa], T [K], tp1% [h]
770
790
810
830
850
870
890
910
930
950
Teplota [°C]
b) Mez tečení R1%/T
0,1
Min. rychlost tečení [%/h]
Materiálové konstanty ze vztahu (4)
C
-4,826182E+01
C2
-1,303653E+01
C3
-2,621459E+00
C4
-3,725059E+00
C5
1,608478E+03
C6
2,164441E-06
Teplota 900°C
Teplota 800°C
Teplota 950°C
Teplota 750°C
Teplota 730°C
0,01
0,001
0,0001
10
.
Teplota 850°C
60
110
160
210
-1
260
310
360
410
460
Napětí [MPa]
ε [%h ], σ [MPa], T [K]
.
Obr. 2
Fig. 2
c) Rychlost tečení ε
Creepové charakteristiky slitiny IN 713 LC
Creep properties of IN 713 LC alloy
3.2.2 IN 738 LC
Tyto charakteristiky byly stanoveny na základě vyhodnocení 81 testů materiálu ze čtyř
taveb. Testy byly provedeny v rozsahu napětí 65-530 MPa, teplot 750-1000°C a dob do lomu
8,25-5862 h. Sumární doba provedených experimentů byly 83 088h. Podrobné údaje o
experimentech podává práce [5]. Výsledky zpracování experimentálních dat jsou zřejmé
z obr.3.
Materiálové konstanty ze vztahu (1)
1000
RmT/100h
A
5,848149E-01
RmT/1000h
A2
2,796671E-04
A3
-8,191309E-09
A4
1,974578E+01
RmT [MPa], T [K], tr [h]
RmT [MPa]
RmT/10000h
100
10
750
770
790
a) Mez pevnosti při tečení RmT
810
830
850
870
Teplota [°C]
890
910
930
950
METAL 2005
24-26.5.2005 Hradec nad Moravicí
1000
Materiálové konstanty ze vztahu (3)
5,311052E+00
B2
-8,979590E-05
B3
-9,325552E-10
B4
2,032966E+01
R1%T/ 100h
R1%/T [MPa]
B
R1%T/ 1000h
R1%T/ 10000h
100
10
750
R1%/T [MPa], T [K], tp1% [h]
770
790
810
830
850
870
890
910
930
950
Teplota [°C]
b) Mez tečení R1%/T
0,1
Teplota 800°C
Teplota 850°C
Teplota 856,5°C
Min. rychlost tečení [%/h]
Materiálové konstanty ze vztahu (4)
C
1,344475E+03
C2
7,255297E+02
C3
1,101057E+02
C4
2,097298E+02
C5
6,731683E+01
C6
1,981459E-06
Teplota 900°C
0,01
Teplota 950°C
0,001
0,0001
.
50
-1
ε [%h ], σ [MPa], T [K]
100
150
200
250
300
350
Napětí [MPa]
.
Obr. 3
Fig. 3
c) Rychlost tečení ε
Creepové charakteristiky slitiny IN 738 LC
Creep properties of IN 738 LC alloy
3.2.3 IN 792 5A
Tyto charakteristiky byly stanoveny na základě vyhodnocení 45 testů materiálu z jedné
tavby. Testy byly provedeny v rozsahu napětí 80-540 MPa, teplot 750-975°C a dob do lomu
36-10495,25 h. Sumární doba provedených experimentů byla 81 718,7 h. Podrobné údaje o
experimentech podává práce [5]. Výsledky vyhodnocení jsou shrnuty v obr.4.
Materiálové konstanty ze vztahu (1)
A
1000
-6,434266E-01
RmT/100h
RmT/1000h
3,773901E-04
A3
-1,009233E-08
A4
1,939210E+01
RmT [MPa], T [K], tr [h]
RmT/10000h
RmT [MPa]
A2
100
10
750
770
790
a) Mez pevnosti při tečení RmT
810
830
850
870
Teplota [°C]
890
910
930
950
METAL 2005
24-26.5.2005 Hradec nad Moravicí
Materiálové konstanty ze vztahu (3)
-4,280417E-01
B2
2,965836E-04
B3
-6,676021E-09
B4
2,414558E+01
R1%T/ 100h
R1%T/ 1000h
R1%/T [MPa]
B
1000
R1%T/ 10000h
100
R1%/T [MPa], T [K], tp1% [h]
10
750
770
790
810
830
850
870
890
910
930
950
Teplota [°C]
b) Mez tečení R1%/T
Materiálové konstanty ze vztahu (4)
C
-4,682439E+01
C2
-1,120634E+01
C3
-6,440751E-01
C4
-1,930497E+00
C5
1,631485E+03
C6
8,531977E-05
0,1
Min.rychlost tečení [%/h]
0,01
0,001
Teplota 750°C
0,0001
Teplota 800°C
Teplota 850°C
Teplota 900°C
Teplota 950°C
0,00001
.
0
ε [%h-1], σ [MPa], T [K]
100
200
300
400
500
600
Napětí [MPa]
.
c) Rychlost tečení ε
Creepové charakteristiky slitiny IN 792 5A
Creep properties of IN 792 5A alloy
Obr. 4
Fig. 4
3.3 Srovnání creepových vlastností hodnocených slitin
Pro vzájemné porovnání žárupevných vlastností zkoumaných slitin byl použit model (1),
přičemž koeficient A4 byl pro všechny slitiny zvolen jednotný A4=20.
Na obr.5 jsou graficky znázorněna závislost meze pevnosti při tečení na Larson-Millerově
parametru (LMP). Obdobné srovnání je uvedeno na obr.6, kde je znázorněna závislost meze
tečení 1%. Pro zvolené hodnoty LMP jsou zde pro názornost vyhodnocena příslušná napětí,
750°C
1000h
1000
850°C
6000h
750°C
1000h
1000
850°C
6000h
IN 792 5A
IN 792 5A
IN 713 LC
Napětí (MPa)
Napětí [MPa]
448MPa
506MPa
100
473MPa
223MPa
457MPa
187MPa
180MPa
413MPa
358MPa
100
IN 713 LC
194MPa
167MPa
153MPa
IN 738 LC
IN 713 LC
IN 713 LC
IN 738 LC
IN 738 LC
IN 738 LC
IN 792 5A
10
22000
23000
24000
25000
26000
27000
LMP=T(logtr+20), (T[°C], tr[h])
IN 792 5A
28000
29000
30000
10
22000
Obr. 5 Grafické porovnání meze pevnosti Obr. 6
při tečení slitin IN 713 LC, IN 738
LC a IN 792 5A.
Fig.5 Graphical comparison of creep Fig. 6
strength of alloys IN 713 LC, IN 738
LC a IN 792 5A.
23000
24000
25000
26000
LMP =T(log(t1%)+20), (T[K], t1%[h])
27000
28000
29000
Grafické porovnání meze tečení 1%
slitin IN 713 LC, IN 738 LC a IN
792 5A.
Graphical comparison of limit creep
strength of alloys IN 713 LC, IN 738
LC a IN 792 5A.
METAL 2005
24-26.5.2005 Hradec nad Moravicí
odpovídající zvoleným teplotám creepové expozice a dobám do lomu (obr.5), respektive
dobám k dosažení 1% trvalé deformace (obr.6). Z obou uvedených obrázků je patrné, že
zatímco z hlediska únosnosti není velký rozdíl mezi IN 713 LC a IN 738 LC, jednoznačně
nejvyšší hodnoty však vykazuje slitina IN 792 5A.
20000
880
875
18000
870
16000
14000
180MPa
12000
250MPa
180MPa/6000h
180MPa/9000h
866
Teplota [°C]
Doba do lomu (h)
860
10000
8000
852
850
850
843
842
840
6000
4000
830
2000
820
0
IN 713 LC
IN 738 LC
IN 792 5A
Obr. 7 Porovnání slitin IN 713 LC, IN 738 Obr. 8
LC a IN 792 5A při teplotě 850°C a
uvedeném napětí.
Fig. 7 Comparison of alloys IN 713 LC, IN Fig. 8
738 LC a IN 792 5A at temperature
850°C and given stress.
IN 713 LC
IN 738 LC
IN 792 5A
Porovnání slitin IN 713 LC, IN 738
LC a IN 792 5A při zvoleném napětí
a době do lomu z hlediska teplotního.
Comparison of alloys IN 713 LC, IN
738 LC a IN 792 5A at selected
stress and time to rupture in relation
to temperature.
Jiné vyhodnocení, provedené opět na základě vyčíslení vztahu (1), je graficky znázorněné
na obr.7 a srovnává slitiny z hlediska životnosti. Pro zvolené teploty a napětí jsou vyneseny
odpovídající doby do lomu. Je zřejmé, že aplikace IN 792 5A přináší ve srovnání s IN 713 LC
a IN 738 LC zhruba trojnásobné zvýšení životnosti. Obdobnou interpretaci vztahu (1) podává
obr.8, kde je pro zvolená napětí a doby do lomu určena mezní teplota aplikace.
4.
DISKUSE
Slitina IN 713LC je historicky nejstarší. Má však celou řadu předností, díky nimž zůstává
z hlediska kvantity patrně nejčastěji vyráběnou a používanou litou Ni slitinou. Má poměrně
jednoduché legování a není náchylná k sigmatizaci, má krátký interval tuhnutí (viz tab. II) a
odlitky lze používat v litém stavu. IN 713 LC je slitinou technologicky nenáročnou, její
žárupevnost je na dobré úrovni a dosahování požadovaných vlastností při atestačních
creepových zkouškách většinou nedělá problémy (viz kupř. [8]).
Při srovnatelné žárupevnosti s IN 713 LC je předností IN 738 LC zvýšená odolnost proti
vysokoteplotní korozi, zejména v sirném prostředí [9,10]. Toho je dosaženo komplexnějším
legováním, čímž se však zvyšuje měrná hmotnost (viz tab. II) i cena slitiny (oproti IN 713 LC
je zhruba o polovinu dražší). IN 738 LC je náchylná k sigmatizaci během provozu, a proto je
nutno složení optimalizovat. Teplotní interval tuhnutí je ve srovnání s IN 713 LC zhruba dva
a půl krát širší, což je nutno zohlednit při volbě nálitkování odlitků pro zamezení
mikroporezity. K dosažení požadovaných užitných vlastností slitiny je nutné tepelné
zpracování.
Též slitina IN 792 5A patří mezi materiály s vysokou odolností proti vysokoteplotní korozi
v sirném prostředí. Její hlavní předností je, že ze všech hodnocených slitin má největší
žárupevnost. Z tab. II je zřejmé, že má však i největší měrnou hmotnost a stejný interval
tuhnutí jako IN 738 LC. Má stejný postup tepelného zpracování a je náchylná k sigmatizaci.
Nevýhodou slitiny IN 792 5A je, že oproti IN 713 LC je zhruba trojnásobně dražší.
METAL 2005
24-26.5.2005 Hradec nad Moravicí
5.
ZÁVĚR
Hlavní aplikací slitin IN 713LC, IN 738 LC a IN 792 5A jsou přesně lité žárové části
plynových turbin a turbodmychadel. Důležitými materiálovými podklady pro konstrukční
návrh těchto částí jsou creepové charakteristiky. V příspěvku jsou uvedeny pevnosti při
tečení, 1% meze tečení a rychlosti tečení všech uvedených slitin a dále některé technologické
aspekty, které mohou pomoci při volbě optimálního materiálového řešení.
6.
LITERATURA
[1] SHAFRIK,R.-SPRAGUE,R.: Gas Turbine Materials. Advanced Materials and
Processes,162 (2004), No.3,pp.33-36, 162(2004),No.4, pp. 27-30, 162 (2004), No.5, pp.
29-33.
[2] WAHL,J.B.-HARRIS,K.: Superalloys in Industrial Gas Turbines – an Overview. Proc.
9th World Conference on Investment Casting. Paper No 12, San Francisco, California,
Oct. 13-16,1996.
[3] PODHORNÁ,B.-KUDRMAN,J.-HRBÁČEK,K.:
Tepelné zpracování, mechanické
vlastnosti a strukturní stabilita perspektivních litých niklových superslitin. Sborník 13.
Mezinárodní konference METAL 2004, referát č. 47, sborník v elektronické formě, Ed.
TANGER s.r.o. Ostrava 2004.
[4] HAKL,J.-VLASÁK,T.: Vyhodnocení výsledků creepových zkoušek slitin IN 713 LC,
IN 738 LC a IN 792 5A. Výzkumná zpráva SVUM a. s., č. 2 31 0053/6, Praha, 2004.
[5] HAKL,J.-VLASÁK,T.: Materiálové charakteristiky superslitin IN 713 LC, IN 738 LC,
IN 792 5A, ŽS6W. Výzkumná zpráva SVUM a.s. č. 2 31 0053/7, Praha, 2004
[6] SEIFERT,W.-MELZER,B.: Rechnerische Auswertung von Zeitstandversuchen am
Beispiel des Stahles 13CrMo4-4. 15.Vortragsveranstaltung „Langzeitverhalten
warmfester Stähle und Hochtemperaturwerkstoffe“, Düsseldorf, 06.11.1992.
[7] BÍNA, V.-HAKL, J.: Relation between creep strength and strength for specific creep
strain at temperatures up to 1200°C, Mat. Sci. Eng. A234-236 (1997), pp. 583-586.
[8] HAKL,J.-VLASÁK,T-KOVAŘÍK.P.: Zkouška pevnosti při tečení jako kritérium jakosti
odlitků pro vysokoteplotní aplikace. Slévárenství, LII (2004),č.11-12, s.461-464.
[9] Nickel-base, Vacuum-cast, High-temperature ALLOY IN-738. Technical Data.
International Nickel, London, September 1968.
[10] PECH,R.-HAKL,J.-KUDRMAN,J.: Vývoj niklových slitin pro nejnáročnější použití u
leteckých turbinových motorů. Výzk. zpráva SVUM Z 89-6060. SVUM Praha, 1989.
Poděkování
Práce vznikla za finanční podpory MPO a MŠMT v rámci projektů FD-K2/72 a
VZ 257970001.
Download

ŽÁUPEVNÉ VLASTNOSTI VYBRANÝCH SUPERSLITIN