ŻAROWYTRZYMAA
OŚĆ I METODY JEJ OCENY
Nowoczesne materiały metaliczne dla energetyki i lotnictwa
Pojęciem żarowytrzymałość określamy następujące właściwości mechaniczne i cechy
materiałowe w podwyższonej i wysokiej temperaturze w warunkach działania naprężeń:
długotrwała wytrzymałość na pełzanie,
wytrzymałość na zmęczenie cieplne i cieplno-mechaniczne,
odporność na kruche pękanie
plastyczność.
Materiały użyte do ich budowy maszyn i obiektów energetycznych winny wykazywać
również odpowiednie właściwości w temperaturze pokojowej:
udarność
odporność na kruche pÄ™kanie (KIC, ´C).
opracowała: dr inż. Beata Dubiel
Klasyfikacja procesów charakteryzujących wytrzymałość wysokotemperaturową
ŻAROWYTRZYMAA
OŚĆ I METODY JEJ OCENY
Żarowytrzymałość materiałów (odniesiona do cech mechanicznych) decyduje
Na wysokotemperaturową wytrzymałość i trwałość elementów konstrukcyjnych
o przydatności materiału do określonych zastosowań. zasadniczo wpływają następujące czynniki:
" temperatura (z uwzględnieniem zmian w czasie),
O trwałości decydują również inne cechy i właściwości fizykochemiczne materiału:
" naprężenie (z uwzględnieniem zmian w czasie),
żaroodporność i odporność na korozję i erozję.
" czas,
" agresywność środowiska,
Intensywny rozwój metod badawczych i różnorodność kryteriów oceny jakości
" czynniki konstrukcyjne,
materiałów dla energetyki wynika z:
" dobór materiału,
" potrzeby poznania istoty i przebiegu zjawisk i procesów zachodzących w warunkach " czynniki technologiczne, jakość wykonania.
działania podwyższonej temperatury i ciśnienia, aż do zniszczenia,
Działanie czterech głównych czynników: temperatury, naprężenia, czasu i środowiska
" konieczności racjonalnego kształtowania struktury i pełnego wykorzystania właściwości
materiałów do okreś1onych zastosowań, powoduje, w zależności od ich wzajemnej kombinacji, występowanie następujących grup
procesów niszczenia materiałów:
" wymagań wzrostu trwałości i niezawodności instalacji i urządzeń energetycznych,
" pełzanie, powodujące trwałe odkształcenie, pojawienie się wewnętrznych mikropęknięć
" konieczności stosowania technik symulujących warunki pracy dla niezawodnej oceny
i w konsekwencji pękanie materiału,
trwałości obiektu lub urządzenia
" zmęczenie - głównie niskocykliczne, cieplne lub cieplno-mechaniczne,
" korozja (występują prawie wszystkie znane rodzaje i typy korozji),
" erozja.
Gwarantowana granica plastyczności
Statyczna próba rozciągania w podwyższonej i wysokiej temperaturze
Na potrzeby inżynierskie w odniesieniu do materiałów do pracy w temperaturze
podwyższonej wyznacza się gwarantowaną granicę plastyczności Ret lub umowną R0.2t
PróbÄ™ rozciÄ…gania przeprowadza siÄ™ na maszynie wytrzymaÅ‚oÅ›ciowej wyposażonej okreÅ›lone zgodnie z normÄ… PN-81/H-04312 w zakresie do 1200°C.
w komorę do nagrzewania próbki. Temperatura próbki rejestrowana jest zwykle
W obliczeniach naczyń ciśnieniowych stosuje się gwarantowaną granicę p1astyczności
przez dwie (lub trzy) termopary umieszczone w skrajnych punktach długości
rozumianą jako Retmin określaną na podstawie analizy statystycznej dużej liczby
pomiarowej oraz w środku tej długości. Stosowane są próbki okrągłe dziesięciokrotne
wyników badań wyrobów z kilkunastu wytopów stali.
o średnicy 6 lub 10 mm lub płaskie z otworem ustalającym w części uchwytowej.
Wartość granicy plastyczności w podwyższonej temperaturze należy traktować jako
cechę orientacyjną, ponieważ jej wartość nie koreluje się z długotrwałą wytrzymałością
Przy rozciąganiu materiału przy stałej temperaturze i ze stałą prędkością określa się
na pełzanie. Szczególnie austenityczne stale żarowytrzymałe charakteryzują się niską
związek naprężenie odkształcenie, a także wyznacza się wydłużenie przewężenie

granicą plastyczności i wysoką wytrzymałością na pełzanie.
względne.
Właściwości wytrzymałościowe wyznaczone w tej próbie różnią się od właściwości
określonych przy pełzaniu, chociaż wykazują duże podobieństwo mechanizmów
odkształcania i pękania.
Badania na pełzanie prowadzi się przy stosunkowo niskich naprężeniach (około 25%
wartości granicy plastyczności), małej prędkości odkształcania w ciągu długiego czasu.
Badania krótkotrwałe na rozciąganie prowadzi się przy stosunkowo wysokich
naprężeniach i dużej prędkości odkształcenia (zwykle od 0,1 do około 7,5%/mm).
Minimalna wartość umownej granicy plastyczności
w podwyższonej temperaturze dla stali E911
1
Pełzanie materiałów
Próba pełzania
Standardową próbę pełzania do zerwania próbki przeprowadza się w stałej
Pełzanie  zależne od czasu, ciągłe odkształcanie materiału przy stałym
temperaturze, przy stałym obciążeniu (lub stałym naprężeniu) i niezmiennym
naprężeniu i w podwyższonej temperaturze.
środowisku, mierząc czas do zerwania i całkowite wydłużenie próbki, które stanowi
kryterium plastyczności materiału, użyteczne przy kontroli jakości i porównywaniu
Jest to specyficzny sposób odkształcania elementów poddawanych
materiałów.
działaniu długotrwałego obciążenia nawet poniżej granicy plastyczności
Prędkość odkształcania w próbach pełzania jest mała i wynosi zwykle 10 12  10 6 s 1
(wyznaczonej z próby statycznego rozciągania), w temperaturze zwykle
(zależnie od T i Ã).
wyższej od 0.4 Tt.
Temperatura T, w której materiał zaczyna pełzać zależy od jego temperatury topnienia
Odporność na pełzanie jest głównym kryterium oceny
T > 0.3 ÷ 0.4 Tt dla metali
żarowytrzymałości materiałów.
T >0.4 ÷ 0.5 Tt dla ceramiki
Podstawowym warunkiem stawianym stopom odpornym na pełzanie jest ich wysoka
temperatura topnienia
Trzy zakresy (stadia) pełzania
KRZYWA PEA
ZANIA
ZAKRES I  szybkość odkształcenia zmniejsza się znacznie z upływem czasu
Odkształcenie zachodzące bezpośrednio po przyłożeniu obciążenia powoduje szybki wzrost gęstości
dyslokacji, tworzenie się splotów dyslokacji i struktury podziarnowej
ZAKRES II  szybkość odkształcenia zmniejsza się znacznie z upływem czasu
W strukturze ustala się równowaga dynamiczna między czynnikami umacniającymi (wzrost gęstości
dyslokacji) i osłabiającymi (zdrowienie), powodując stałą (minimalną) szybkość pełzania. Gęstość
dyslokacji i wielkość podziarn nie zmieniają się w całym drugim zakresie pełzania.
ZAKRES III  znaczny wzrost szybkości odkształcenia
Następuje wyraz
na zmiana przekroju poprzecznego próbki spowodowana tworzeniem się szyjki
(przewężenia) lub wewnętrznych pustek, zmiany w mikrostrukturze polegają na wzroście cząstek
umacniajÄ…cych lub rekrystalizacji
Kryteria projektowe
Wytrzymałość na pełzanie materiałów żarowytrzymałych
Granica pełzania  naprężenie powodujące w danej temperaturze określone
wydłużenie trwałe w ciągu określonego czasu.
Np. R1/10 000 oznacza naprężenie, powodujące wydłużenie trwałe 1% w ciągu 10 000
godzin. Zawsze też podaje się temperaturę, do której ta wielkość się odnosi.
Wytrzymałość czasowa (wytrzymałość na pełzanie)  naprężenie, które powoduje
rozerwanie próbki w ciągu określonego czasu w określonej temperaturze.
Zwykle wyznacza siÄ™ jÄ… dla 10 000 i 100 000 godzin.
RZ/100 000 oznacza wytrzymałość czasową dla 100 000 godzin. Wartość wytrzymałości
czasowej odnosi się do określonej temperatury.
100 000 godzin = 11,5 lat (próby długotrwałe, dla wielu materiałów dane są
wynikiem ekstrapolacji wyników prób nie krótszych niż 30 000 ÷ 40 000 godzin.
Rozrzut wyników prób pełzania wynosi ą 20%.
2
Pełzanie materiałów dla energetyki i lotnictwa Wymagania stawiane materiałom
żarowytrzymałym
Okres eksploatacji urządzeń to I , II i początek III zakresu pełzania, jego długość zależy od
materiału oraz temperatury i naprężenia, które wpływają na mechanizm pełzania.
Sprawność turbiny zależy od temperatury jej pracy (np. 540°C, ·=35%; 640°C, ·=45%)
wysoka wytrzymałość czasowa (na pełzanie)
Dla stali i stopów żelaza i temperatur 540°  650°C wysoka granica plastycznoÅ›ci i wytrzymaÅ‚oÅ›ci na rozciÄ…ganie
(energetyka parowa)  czas eksploatacji 25  30 lat 
dobra plastyczność, ciągliwość i odporność na kruche pękanie
dyslokacyjny mechanizm pełzania (wspinanie +poślizg),
wysoka wytrzymałość na zmęczenie cieplne i cieplno m
 e
chaniczne podczas
pożądana struktura drobnoziarnista z wydzieleniami
eksploatacji
długoczasowa stabilność mikrostruktury i właściwości
wysoki współczynnik przewodnictwa cieplnego, niski współczynnik
Dla stopów Ni i Co i temperatur 900° 1200°C (energetyka
rozszerzalności cieplnej
gazowa, silniki odrzutowe)  czas eksploatacji to 30 000 
dobra żarowytrzymałość i żaroodporność w środowisku pary wodnej i spalin
100 000 h (3  11.5 roku) głównie mechanizm pełzania po
granicach ziaren, pożądana mikrostruktura to grube,
dobre właściwości technologiczne (plastycznośc, spawalność)
kolumnowe ziarna lub monokryształ
relatywnie niskie koszty
Stale żarowytrzymałe
Stale żaroodporne
Stal żaroodporna  jest to stal odporna na korozyjne dziaÅ‚anie gazów utleniajÄ…cych w Stale żarowytrzymaÅ‚e sÄ… przeznaczone do pracy w temperaturze powyżej 550°C i charakteryzujÄ… siÄ™
wysokich temperaturach. Żaroodporność stali wynika głównie z możliwości tworzenia się na
zdolnością do wytrzymywania obciążeń mechanicznych w takich warunkach.
jej powierzchni zwartej zgorzeliny.
" Å»arowytrzymaÅ‚ość tych stali w temperaturze powyżej 550°C jest uzależniona od
Stale żaroodporne w swym składzie zawierają dodatki stopowe o większym
odporności na pełzanie.
powinowactwie do tlenu niż żelazo, takie jak: krzem, aluminium, chrom.
" Stale zaliczane do grupy żarowytrzymałych mogą charakteryzować się strukturą
W zależności od składu chemicznego można rozróżnić stale chromowe lub chromo
austenityczną o znacznej wielkości ziarna oraz dyspersyjnymi wydzieleniami na
niklowe.
granicach ziarn, co zapewnia im odpowiednie własności mechaniczne w podwyższonej
Ze względu na strukturę rozróżnia się stale ferytyczne, ferytyczno perlityczne, ferytyczno
temperaturze.
 austenityczne i austenityczne. Stale o strukturze ferytycznej i ferytyczno  perlitycznej
" Pierwiastkami bezpośrednio wypływającymi na uzyskanie struktury austenitycznej i przez
wykazują wysoką odporność na utlenianie jednak nie nadają się do pracy przy większych
to na żarowytrzymałości stali są chrom i nikiel, które odpowiednio w stężeniach 18% i 9%
obciążeniach mechanicznych.
powodują wytworzenie trwałej struktury austenitycznej.
" Do kolejnych pierwiastków pozytywnie wpływających na żarowytrzymałość są W, V, Co i
Ze stali żaroodpornych i żarowytrzymałych wykonuje się elementy pieców, kotłów parowych,
Mo oraz Si i Ti, a pierwiastki silnie węglikotwórcze w tym Ti, Nb i Ce przyczyniają się do
wentylatory do gorących gazów, skrzynki do nawęglania, komory spalania turbin gazowych
tworzenia twardych wydzieleń węglików i węglikoazotków.
oraz zawory tłokowych silników spalinowych.
Stale żarowytrzymałe stosuje się na obciążone mechanicznie elementy aparatury chemicznej,
elementy pieców i kotłów przemysłowych, a także elementy palników gazowych.
Stale odporne na pełzanie dla energetyki parowej
Zastosowanie tytanu i jego stopów w energetyce
(praca w 540 650°C)
 Å‚opatki turbin parowych ostatniego stopnia
I. Proste stale konstrukcyjne (0.1 0  1  .5)Mo, Ti, V, Nb o strukturze stopy tytanu stosowane ze względu na bardzo korzystne właściwości
 .15)C, (1 .5)Cr, (0.2 0
ferrytyczno p
 erlitycznej, ferrytyczno  bainitycznej lub bainitycznej
wytrzymałościowe
łopatki o długości 1m zastosowane zostały w turbinie parowej 700 MW
II
w 1993 roku w Japonii, poprzez wydłużenie długości łopatek osiągnięto
wzrost wydajności poprzez wzrost temperatury i ciśnienia pary.
Korzyścią jest także redukcja ciężaru (np. 56% ciężaru stali 12%Cr
III
Stosowane stopy: Ti 6Al 4V, ostatnio stopy ²: Ti 10V 2Fe 3Al po obróbce
powierzchniowej (warstwy odporne na erozjÄ™)
Sprawność turbiny parowej dla 540°C ~35%; 640°C ~45%
 przewody rurowe w kondensatorach (skraplaczach) pary
3
Zastosowanie tytanu i jego stopów w energetyce
 wymienniki ciepła
 skraplacze (kondensatory)
 instalacje rurowe występujące w urządzeniach energetycznych
 prądnicowe pierścienie ustalające (w elektrowniach)
 główne kondensatory elektrowni atomowej
Dwa relatywnie nowe zastosowania stopów tytanu to:
 w urządzeniach (zespołach) do odsiarczanie gazów spalinowych
(kominowych) w celu ograniczenia emisji z elektrowni węglowych,
 jako kanistry zawierajęce radioaktywne odpady np. zużyte paliwo z
elektrowni jÄ…drowych.
Największe łopatki kompresora turbiny parowej ze stopów tytanu
mają wysokość 1.65 m
Zasada działania turbiny gazowej
Podstawowe grupy materiałów żarowytrzymałych
Podstawowe grupy materiałów żarowytrzymałych
Silnik turbogazowy składa się z kompresora, komory spalania i turbiny.
Do kompresora zasysane jest powietrze o pewnych parametrach bezpośrednio z atmosfery gdzie
zostaje poddane sprężeniu.
Tak przygotowane powietrze przepływa do komory spalania gdzie ogrzewa się do wysokiej
temperatury. Sprężony gaz rozpręża się w turbinie do ciśnienia otoczenia i wypływa do atmosfery.
Moc rozwijana przez turbinę służy częściowo do napędu kompresora, a reszta przekazywana jest do
urządzenia napędzanego (generator prądu, śruba okrętowa, itp.).
Komora spalania
paliwo
kompresor
turbina
W turbinie gazowej o sprawności 33% około 2/3 energii jest zużywane na sprężenie powietrza,
pozostała energia służy do napędu wału prądnicy
Turbiny gazowe pracujÄ… w temperaturze 900 -1300°C
Stopy do pracy w wysokich temperaturach
Superstopy = nadstopy
(stopy żaroodporne i żarowytrzymałe)
Na krótko przed II wojną światową użyto po raz pierwszy określenia "superstopy"
Stale żaroodporne i żarowytrzymałe
(ang. superalloys) dla wyróżnienia grupy materiałów używanych w turbosprężarkach
Nadstopy na osnowie Ni, Fe, Co (ang. Superalloys) z powłokami ochronnymi
i turbinowych silnikach samolotów, wymagających zaawansowanych technologii
Stopy ODS (ang. Oxide Dispersion Strengthened)
i pracujÄ…cych w wysokich temperaturach.
Stopy na osnowie faz międzymetalicznych (ang. Intermetallics)
W języku polskim używa się także równoznacznej nazwy "nadstopy".
Stopy metali trudnotopliwych, głównie Ti, W, Ta, Mo, Nb
Zakres zastosowań nadstopów znacznie się rozszerzył także na inne dziedziny
(ang. TZM alloys Titanium, Zirconium, Molybdenium)
i obecnie znajdujÄ… one zastosowanie w turbinach gazowych dla lotnictwa
i energetyki, silnikach rakietowych, w przemyśle chemicznym i petrochemicznym itd.
4
Charakterystyka nadstopów niklu
Rozwój żarowytrzymałych stopów niklu
Nadstopy na osnowie niklu posiadają wyjątkowo wysokie właściwości użytkowe.
" początek XX w  umocnienie stopów 20% Cr 80% Ni na opory grzewcze
" lata 40 te XX w, Wielka Brytania, stopy typu Nimonic, umocnienie fazÄ… Å‚' Ni3(Ti,Al) MogÄ… one pracować w sposób ciÄ…gÅ‚y w temperaturze do 1250°C, a okresowo w zmiennym
strumieniu gazów nawet do 1400°C.
Nimonic 80: Ni  0,05C  20Cr  2,3Ti  1,3Al  0,05Zr  0,003B
Obróbka cieplna: przesycanie 1080°C/8h
Nadstopy na osnowie niklu charakteryzujÄ… siÄ™:
starzenie 700°C/16
wysokimi właściwościami mechanicznymi,
" dalsze udoskonalenie nadstopów Nimonic: wprowadzenie kobaltu i molibdenu w celu
wysokim modułem sprężystości,
umocnienia roztworu stałego ł
niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej,
Nimonic 115: Ni 0,2C  15Cr  4Mo  15 Co  4Ti  5Al  1Fe  0,015B  0,2 Zr
niskim ciężarem właściwym.
" ulepszanie technologii wytwarzania nadstopów, dążenie do podwyższenia żarowytrzymałości przez
zwiększenie ilości fazy ł'
Struktura nadstopów niklu jest bardzo złożona. Podlega ona modyfikacjom poprzez niewielką
zmianę składu chemicznego, zmianę parametrów technologicznych i obróbki cieplnej.
Zastosowanie nadstopów niklu
Podział nadstopów na osnowie niklu
Nadstopy na osnowie niklu są szeroko stosowane do budowy części maszyn
pod względem składu chemicznego:
i urządzeń pracujących w ekstremalnie trudnych warunkach eksploatacyjnych:
-stopy na osnowie niklu (np. Waspaloy)
 w wysokiej temperaturze,
-stopy na osnowie niklu i żelaza (np. Inconel 706,
 zmiennych i dynamicznych obciążeniach Inconel 718)
pod względem mechanizmu umocnienia:
 agresywnym środowisku korozyjnym gazów (związków siarki, azotu, węgla,& ).
- umacniane roztworowo
- umacniane wydzieleniowo
Nowoczesne nadstopy niklu sÄ… stosowane w:
Cechy cząstek decydujące o wielkości umocnienia wydzieleniowego:
 lotnictwie (do budowy silników lotniczych i rakietowych)
kształt,
 przemyśle energetycznym (turbiny gazowe, w energetyce jądrowej)
wielkość,
 przemyśle chemicznym, morskim
parametr niedopasowania z sieciÄ… krystalicznÄ… osnowy,
 innych gałęziach techniki
udział objętościowy,
rozkład cząstek w osnowie.
Przykłady nadstopów niklu Skład chemiczny
- Inconel 706
Umocniony wydzieleniami faz ł  Ni3(Nb,Ti) i ł Ni3(Ti,Al) w osnowie ł + węgliki
Element INCONEL 706 INCONEL 617 WASPALOY
Ni 42 54 57.1
(Ti,Nb)C i wÄ™glokoazaotki Ti(C,N) oraz wydzielenia fazy · Ni3(Ti, Nb)
Fe 37.1 0.5 0.57
Cr 16 22 19.35
- Inconel 617 Ti 1.54 0.55 3.13
Al 0.26 1.11 1.22
Nb 2.96 0 0.01
Umocniony roztworowo C, Co, Mo, Cr oraz wydzieleniowo węglikami M23C6
C 0.01 0.06 0.033
B 0.0034 0.001 0.005
- Waspaloy
Co 0 12.9 14
Mo 0 9.05 4.52
N 0.0046 0.015 0.003
Umocniony wydzieleniowo fazÄ… Å‚
5
Mikrostruktura
Schemat silnika odrzutowego - Boeing 757
Schemat silnika odrzutowego - Boeing 757
Sprężarka niskociśnieniowa ze
Wentylator ze Komora spalania z
Inconel 617 Waspaloy Inconel 706 stopu Ti lub Al
stopu TI nadstopu Ni
Turbina wysokociśnieniowa
Sprężarka
02 0 1 20 220 z nadstopu Ni
wysokociśnieniowa
010 110 21 0
Å‚
Å‚
1 1/2 0 '
Å‚ '' ze stopu Ti lub Ni
00 0 10 0 20 0
Turbina
niskociśnieniowa z
nadstopu Ni
Obróbka cieplna:
1180°C/2h
1080°C/4h/FC 4°C/min 980°C/3h/4°C/min
800°C/2h to 700°C/ AC to 820°C/10h/AC
850°C/4h/AC 720°C/8h/1°C/min
Ti
Wielkość ziarna (ASTM): 760°C/16h/AC to 620°C/8h/AC
Ni
Obudowa dyszy
3-4 6 5-6 wylotowej ze stopu Ni Stal
Mechanizm umocnienia:
Al
Obudowa wlotowa ze
Å‚  (25%) Å‚  + Å‚  (5% + 10%) stopu Al
Umocnienie roztworowe + (M23C6)
Kompozyty
Rozkład temperatury i ciśnienia w silniku odrzutowym
Rozkład temperatury i ciśnienia w silniku odrzutowym
Wzrost sprawności turbin gazowych:
Wzrost sprawności turbin gazowych:
(Podwyższenie temperatury na wlocie turbiny)
HPC komora spalania
wentylator
Sprężarka:
LPT
LPC - sprężarka niskociśnieniowa
1) Optymalizacja składu chemicznego nadstopów niklu
HPC - sprężarka wysokociśnieniowa
(nadstopy Ni I-IV generacja)
Turbina:
2) Udoskonalenie technologii produkcji Å‚opatek
LPT- turbina niskociśnieniowa
IPT - turbina średniociśnieniowa
- nadstopy przerabiane plastycznie
IPT
HPT- turbina wysokociśnieniowa
LPC
- odlewy polikrystaliczne o równoosiowym ziarnie (lata 40)
Ciśnienie / atm
- odlewy krystalizowane kierunkowo (DS) (lata 60)
- odlewy monokrystaliczne (SC) (lata 80)
Temperatura / ºC
3) Udoskonalenie systemów chłodzenia łopatek
rozkład
naprężeń
Zakres temperatur i naprężeń
Udoskonalenie technologii produkcji Å‚opatek
Udoskonalenie technologii produkcji Å‚opatek
w Å‚opatkach turbin gazowych
~700°C/730 MPa
w rdzeniu łopatek z wewnętrznymi kanałami chłodzącymi
~1100°C/125 MPa
na wierzchołku pióra łopatki
rozkład temperatury
Å‚opatka polikrystaliczna Å‚opatka krystalizowana kierunkowo Å‚opatka monokrystaliczna
(DS) (SC)
wg D. Dye, A. Ma, R. Reed, Proc. Conf. Superalloys 2008, R. Reed et al (eds), TMS 2008, str. 911-919
6
HPT
Rozwój nadstopów niklu na łopatki turbin silników lotniczych, Technologia wytwarzania monokrystalicznych łopatek
Rozwój nadstopów niklu na łopatki turbin silników lotniczych, Technologia wytwarzania monokrystalicznych łopatek
wytwarzanych w Pratt & Whitney
wytwarzanych w Pratt & Whitney
Cewka indukcyjna
Stopy
Single Crystal
monokrystaliczne
ciepło
120 (SC)
promieniowania
Stopy krystalizowane
PWA 1497
IV Gen. SC
kierunkowo (DS)
90
Stopy
PWA 1487
polikrystaliczne
ciekły
60
PWA 1484
II Gen. SC
metal
30 DS-Columnar PWA 1480 I Gen. SC
PWA 1426
II Gen. DS
przegroda
Chłodzenie
10
Equiaxed PWA 1422 I Gen. DS
konwekcyjne
Selektor
MM247
zarodków
Baza
B1900
Krystalizator
krystalizacji
ceramiczny
IN100
1960 1970 1980 1990 2000 Strefa wzrostu ziaren
PÅ‚yta
kolumnowych
Rok wprowadzenia do użycia
chłodzona
wodÄ…
A. CZYRSKA-FILEMONOWICZ, B. DUBIEL, M. ZIETARA, A. CETEL  Development of single crystal Ni-based superalloys for advanced aircraft turbine blades Inżynieria Materiałowa, 3-4(2007) 128-133.
Schemat tworzenia monokryształu
Wpływ ułamka objętości fazy ł na odporność
w krystalizatorze spiralnym
na pełzanie nadstopów niklu
wg ASM Handbook Volume 1: Properties and Selection: Irons, Steels, and High-Performance Alloys, ASM International
1990, Rozdział: Specialty Steels and Heat-Resistant Alloys, Gary L. Erickson Polycrystalline Cast Superalloys,, str 1537
Kierunkowa krystalizacja
Mikrostruktura monokrystalicznych nadstopów niklu
monokrystalicznych nadstopów niklu
Monokryształ to pojedynczy kryształ lub krystalit mający w całej objętości
jednolitą budowę wewnętrzną (Encyklopedia, Wydawnictwo Naukowe PWN 2006)
Nadstopy monokrystaliczne  stopy dwufazowe Å‚-Å‚ bez granic ziarn
Å‚
Å‚
aNi = 0,3517 nm
ał = 0,3570 nm
Ni, Co, Cr, W, Re, Mo
(Ni, Co )3(Al, Ti, Ta)
7
Wzrost użytecznej temperatury pracy [°C]
i
j
c
k
u
d
o
r
p
i
i
g
o
l
o
n
h
c
e
t
n
a
i
o
m
g
z
ne
z
c
i
t
m
k
he
c
e
u
f
d
a
Å‚
E
k
s
n
a
i
m
z
kt
e
f
E
Chłodzenie łopatek
Kanały chłodzące w łopatce
Szczególna uwaga zwrócona jest na możliwości chłodzenia łopatek
turbiny pierwszego stopnia i Å‚opatek kierujÄ…cych.
Mają one systemy chłodzenia niezbędne do niezawodnej pracy w
warunkach złożonych obciążeń cieplno mechanicznych i dużych
przeciążeń narzuconych przez warunki eksploatacji i degradacyjne
niszczenie przez agresywne środowisko.
Udoskonalenie systemów chłodzenia łopatek
Udoskonalenie systemów chłodzenia łopatek
Powietrze chłodzące o niskim ciśnieniu Powietrze chłodzące o wysokim ciśnieniu
Wewnętrzne chłodzenie jedno Wewnętrzne chłodzenie jedno Wewnętrzne chłodzenie pięcio
kanałowe (1960) kanałowe, wieloprzepływowe z kanałowe, wieloprzepływowe ze
systemem chłodzenia płaszczowego wzmocnionym systemem chłodzenia
(1970) płaszczowego
The Jet Engine ROLLS-ROYCE plc
8