STOPY ODLEWNICZE PRACUJĄCE W TRUDNYCH WARUNKACH ZUŻYCIA TERMICZNEGO ul. Zakopiańska 73 30-418 Kraków, POLAND tel. +48 12 26 18 111 fax +48 12 26 60 870 iod@iod.krakow.pl STOPY ODLEWNICZE PRACUJĄCE W TRUDNYCH WARUNKACH ZUŻYCIA TERMICZNEGO Autorzy: Zenon Pirowski Marek Kranc Krzysztof Jaśkowiec w w w . i o d . k r a k o w . p l

Określana jest przez łączną odporność na: ⌐ wysoką temperaturę,     Żaroodporność Jest to odporność na działanie gazów utleniających w temperaturze wyższej niż 500 oC Określana jest przez łączną odporność na: ⌐ wysoką temperaturę, ⌐ powstawanie zgorzeliny, ⌐ zmianę kształtu.    

    Żaroodporność Najczęściej elementy wykonane ze stopów żaroodpornych są okresowo chłodzone, zatem praktyczna próba określania granicznej temperatury żaroodporności polega na: - nagrzewaniu próbek do określonej temperatury w ciągu 24 godzin, - schłodzeniu do temperatury otoczenia. - powtórzeniu 5-krotnym tego zabiegu, - usunięciu zgorzeliny, - ważeniu dla ustalenia ubytku masy. Stop uważa się za odporny do danej temperatury, jeżeli: - przy tej temperaturze ubytek ciężaru po 120 h nie przekracza 1 g/(m2h), a przy temperaturze o 50 oC wyższej jest mniejszy niż 2 g/(m2h).    

Norma PN-EN 10095:2002 wyróżnia: ⌐ stale ferrytyczne,     Żaroodporność Norma PN-EN 10095:2002 wyróżnia: ⌐ stale ferrytyczne, ⌐ stale ferrytyczno-austenityczne, ⌐ stale austenityczne, oraz ⌐ stopy niklu. W zależności od typu stopu ich maksymalna temperatura pracy wynosi 800 – 1200 oC.    

Jest to zdolność do przenoszenia obciążeń w wysokiej temperaturze     Żarowytrzymałość Jest to zdolność do przenoszenia obciążeń w wysokiej temperaturze    

Wytrzymałość na rozciąganie; MPa     Żarowytrzymałość Wytrzymałość materiału zależy od temperatury i czasu T1 < T2 < T3 <T4 T1 T2 T3 T4 Czas do zerwania; s Wytrzymałość na rozciąganie; MPa    

Temperatura w której materiał zaczyna pełzać:     Żarowytrzymałość W podwyższonej temperaturze następuje zmiana kształtu pod wpływem niewielkich naprężeń (niższych od granicy plastyczności) - pełzanie - Temperatura w której materiał zaczyna pełzać: - 0,3 - 0,4 TM – dla metali - 0,4 - 0,5 TM – dla ceramiki    

W temperaturze pokojowej:  = f() W temperaturze podwyższonej:     Żarowytrzymałość W temperaturze pokojowej:  = f() W temperaturze podwyższonej:  = f(, T, t)    

Wytrzymałość na pełzanie [MPa] – Rz/t/T np. Rz/1000/600     Żarowytrzymałość Wytrzymałość na pełzanie [MPa] – Rz/t/T np. Rz/1000/600 Granica pełzania [MPa] – Rx/t/T np. R1/1000/600 x – wydłużenie o określoną wartość (%) z – zerwanie t – czas T – temperatura    

Wytrzymałość na pełzanie Rz/1000; MPa     Żarowytrzymałość Temperatura; oC 400 Wytrzymałość na pełzanie Rz/1000; MPa 300 200 100 Wytrzymałość na pełzanie stopów różnych metali    

Stopy żaroodporne i żarowytrzymałe - nadstopy     Stopy żaroodporne i żarowytrzymałe - nadstopy Nadstopy (superstopy) – stopy o szczególnie wysokiej żarowytrzymałości i żaroodporności Są to nadstopy: - żelaza - kobaltu - niklu PN-EN 10302:2003 (U)    

Przykłady odlewów z żarowytrzymałych stopów niklu     Przykłady odlewów z żarowytrzymałych stopów niklu Schmidt + Clemens, Lindlar, Obudowy zaworów kulowych dla przemysłu petrochemicznego ze stopu CT15C (EN-GX10NiCrNb 32-20) z kilku części odlewanych odśrodkowo średnica kuli - 880 mm, długość - 1640 mm    

Przykłady odlewów z żarowytrzymałych stopów niklu     Przykłady odlewów z żarowytrzymałych stopów niklu Junker, Simmerath, Germany Stożkowe zakończenie pieca przemysłowego wykonane ze stopu CT15C (EN-GX10NiCrNb32-20) - waga 2 400 kg - średnica 2 500 mm - głębokość 500 mm    

Przykłady odlewów z żarowytrzymałych stopów niklu     Przykłady odlewów z żarowytrzymałych stopów niklu Pose-Marre, Erkrath, Germany Kolektor wylotowy pieca do reformowania odlany do form piaskowych metodą odśrodkową ze stopu CT15C (EN-GX10NiCrNb 32-20) - długość 7 000 mm - waga 1 200 kg    

Przykłady odlewów z żarowytrzymałych stopów niklu     Przykłady odlewów z żarowytrzymałych stopów niklu Wisconsin Centrifugal, Waukesha, Wisconsin Odlewany odśrodkowo stop CT15C został zastosowany w trójnikach w ich części walcowej przechodzącej w stożek. Trójniki te stosowane są w wylotach sekcji kolektorów pieców w produkcji nawozów azotowych, alkoholu metylowego i rafinacji oleju.    

Przykłady odlewów z żarowytrzymałych stopów niklu     Przykłady odlewów z żarowytrzymałych stopów niklu Duraloy Technologies Inc., Scottdale, Pennsylvania Rolki pieców do podgrzewania kęsisk lub pieców tunelowych wykonane są ze stopu Super 22H    

Przykłady odlewów z żarowytrzymałych stopów niklu     Przykłady odlewów z żarowytrzymałych stopów niklu Pose-Marre, Erkrath, Germany Tłumiki gazów spalinowych wykonane ze stopu 50Cr-50Ni-Nb. Cztery odlane klapki są tu złożone na odlanej odśrodkowo rurowej osi.    

Przykłady odlewów ze stopów niklu odlewane w kraju     Przykłady odlewów ze stopów niklu odlewane w kraju WSK „PZL Rzeszów” S.A. Łopatki turbiny niskiego ciśnienia i segmenty łopatkowe z nadstopów niklu    

Przykłady odlewów ze stopów niklu odlewane w kraju     Przykłady odlewów ze stopów niklu odlewane w kraju WSK „PZL Rzeszów” S.A. Aparat kierujący z nadstopów niklu    

Przykłady odlewów ze stopów niklu odlewane w kraju     Przykłady odlewów ze stopów niklu odlewane w kraju „SPECODLEW” Kraków Misa ze stopu G-NiCr28W do produkcji włókna szklanego    

Przykłady odlewów ze stopów niklu odlewane w kraju     Przykłady odlewów ze stopów niklu odlewane w kraju Instytut Odlewnictwa Kraków Dysze palnika gazowego DN100    

Przykłady odlewów ze stopów niklu odlewane w kraju     Przykłady odlewów ze stopów niklu odlewane w kraju Instytut Odlewnictwa Kraków Końcówki dysz palnika gazowego DN100    

Przykłady odlewów ze stopów niklu odlewane w kraju     Przykłady odlewów ze stopów niklu odlewane w kraju Końcówki dysz palnika gazowego DN100 Instytut Odlewnictwa Kraków Końcowy okres grzania kadzi - temperatura końcówki dyszy palnika ok. 850 oC    

Kierunki rozwoju żarowytrzymałych stopów niklu     Kierunki rozwoju żarowytrzymałych stopów niklu - modyfikacja składu chemicznego wprowadzanie zwiększonej ilości Al i Ti – wytworzenie fazy ’ wprowadzanie innych dodatków modyfikujących (Nb, Hf, Re)    

Kierunki rozwoju żarowytrzymałych stopów niklu     Kierunki rozwoju żarowytrzymałych stopów niklu - specjalistyczna obróbka cieplna (przesycanie, starzenie) Przykładowa obróbka stopu CMSX-4 (64 % Ni, 6,5 % Cr, 9 % Co, 0,6 % Mo, 8 % W, 5,6 % Al, 1 % Ti, 6,5 % Ta, 0,1 % Hf) Cannon-Muskegon (USA): 1315°C / 0,5 do 3 h, chłodzenie na powietrzu, 980°C / 5 h, chłodzenie na powietrzu, 850°C / 48 h, chłodzenie na powietrzu prowadzi do uzyskania fazy ’ o wielkości 0,3 μm, Onera (Francja): 1315° C / 0,5 do 3 h, chłodzenie na powietrzu, 1050 °C/ 16 h, chłodzenie na powietrzu, lub 1100 °C / 4 h, chłodzenie na powietrzu, 850 °C/ 48 h, chłodzenie na powietrzu pozwala uzyskać fazę ’ o wielkości 0,5 μm.    

Kierunki rozwoju żarowytrzymałych stopów niklu     Kierunki rozwoju żarowytrzymałych stopów niklu - sterowanie procesami krystalizacji Makrostruktura łopatki turbiny o budowie od lewej: polikrystalicznej , kolumnowej, monokrystalicznej    

Kierunki rozwoju żarowytrzymałych stopów niklu - metalurgia proszków     Kierunki rozwoju żarowytrzymałych stopów niklu - metalurgia proszków stosowana jest do wytwarzania elementów z: - nadstopów konwencjonalnych - stopów nadplastycznych - stopów umacnianych dyspersyjnie pozwala na stosowanie izostatycznego prasowania (HIP)    

    Kierunki rozwoju żarowytrzymałych stopów niklu - powłoki ochronne    

    W prezentacji wykorzystano między innymi materiały opracowywane w ramach realizowanego projektu POIG.01.03.01-12-061/08-00 „Badania i rozwój nowoczesnej technologii tworzyw odlewniczych odpornych na zmęczenie cieplne”    

Dziękujemy za uwagę. www.iod.krakow.pl Autorzy: ul. Zakopiańska 73 30-418 Kraków, POLAND tel. +48 12 26 18 111 fax +48 12 26 60 870 iod@iod.krakow.pl Dziękujemy za uwagę. Autorzy: Zenon Pirowski, Marek Kranc, Krzysztof Jaśkowiec www.iod.krakow.pl