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小型ガスタービン用高度ニッケルベース超合金（1）

発売日:2021-10-13

ABSTRACT

NI-BASE超合金鋳造材は、高温強度、耐疲労性、耐酸化性及びコーティング性能の残高を提供し、そのような軸として非常に複雑な構成に非常に厳しい公差で製造することができます遠心一体型鋳造タービンホイール。その結果、鋳造超合金は、航空および産業用ガスタービンエンジンの最も要求の厳しいアプリケーションで使用されています。これらの材料の使用が望ましい特性のこのユニークな組み合わせのために小さいマイクロタービン、ターボジェット、ターボチャージャーとミサイルエンジン用途に拡大しています。投資のアプリケーションの概要を提示します。この論文は、小型タービンミサイルのエンジンにニッケル-BASE超合金と工程能力をキャスト。

INTRODUCTION

Nickel-BASE超合金材料は、エアロ及び産業用ガスタービンエンジンの高温タービンセクションにおける広範な用途を有します。伝統的には、ホットセクションガスタービン合金開発は、既存の合金によって満たすことができないエンジンの要件、例えば、より高い温度、強度や耐久性の要求から始まります。キャストニッケル-BASE超合金はまた、小さなタービンやミサイルのエンジンに適用されるこれらの要件に適した特性のユニークな組み合わせを提供しています。

の超合金は、538°C（1,000°F）以上の作動温度で構造的に利用されるニッケル、鉄またはコバルトに基づく合金の基を包含する。超合金は、優れた高温特性を示し、最も熱い温度と\\もガスタービンにおいて最も高い応力、最も顕著にはタービンブレード（またはバケット）、ベーン（又はノズル）、積分ホイール、ディスク、燃焼室の部品を含む用途に使用されています。融点の85％に近づく動作温度で高い強度を維持することに加えて、これらの材料は、ガスタービン環境で必要な優れた高温腐食及び耐酸化性を示します。また、超合金は、経済的に制御し均一な微細構造を有する複雑な形状の部品や\\や内部構成にキャストすることができます。//

Superalloysは、最初に第二次世界大戦中に軍のガスタービンエンジンに導入し、技術が高度を持っていました。劇的その時以来。継続的な増分材料の進歩は、材料全体の能力を進めるために、互いを「nscotching \\ホップ」プロセスの開発と最適化された合金の鋳造で導入されています。これらの進歩は、従来の鋳造、equiax方向性凝固（EQ）合金、（DS）と単結晶（SX）鋳造部品が含まれます。本論文では、合金の例とプロパティとともに、各鋳造技術の特性と用途について説明します。 -

は鋳造プロセスの開発を

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は、図1の鋳造技術進行

の鋳造超合金タービンブレードやベーンの初期アプリケーションがあった従来のキャスト、equiax（EQ）合金。 Equiax鋳物は、静的及び回転部品、積分ホイールおよび構造コンポーネントを含むアプリケーションの大部分で使用されています。プロパティの要件は、製造および修理の両方のための高温クリープ及び疲労強度、延性及び溶接性を含みます。 \\柱状粒の方向性凝固生成鋳物のN

の導入は、回転部品の高い応力負荷の方向と平行（図1）[1]。結晶粒界の排除にnrupture強度とLCF寿命\\クリープの大幅な向上を実現し、これらの鋳物は、高応力負荷の軸を横断し、N

technology \\ DSでフロント固有の動きの遅い固化に起因するミクロ細孔を減少します。 DS合金は、典型的には、第2及び第3段タービンブレードなどの一部のアプリケーションを回転させるための指定wher-101れます。 EQ合金は。十分なクリープ強度を提供していません &\\技術をキャストDSのNA更なる拡張は、プラット#個すべての結晶粒界を排除ホイットニー航空機[2]によって開拓され、単結晶プロセスの導入でしたその結果、例えば、C、B、のHf及びZrのような粒界強化元素の必要性。これらの要素は点降下を溶融しているので、SX合金の温度性能が大幅に向上しました。単結晶合金は、最も要求の厳しい高応力そのような第1段タービンブレード及びベーン及び燃焼器部品などの高温エンジン用途に使用されます。 SX鋳造の利点は、優れた、タービンエンジンの性能及び耐久性[2

6]その結果、改善されたcreeprupture、疲労、酸化及び被覆特性を含みます。また、単結晶合金は、の利益を示す対試料厚さの肉厚が減少するように（図2）[7]その肉厚部の破断寿命の高い画分を保持

&Figure 2破断寿命SXのDS/EQ以上の鋳物-

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ADVANCED超合金MATERIALS

Advancedの超合金材料は、改善された合金特性のための業界のニーズに対応するために導入されています。これらの改善の代表であるn4®Equiax合金CM 939Weldable®、CM 247LC®とCM 681LC®、DS合金CM 247 LCおよびCM 186LC®とSX合金CMSX \

は

CM 939Weldable®合金-

INと939合金（表1 [8]）を、国際ニッケル社によって1960年代後半に開発されました。この22％のクロム（Cr）、高温腐食耐性合金は等軸ベーンセグメント及びバーナーノズルのための産業用ガスタービン（IGT）市場における幅広いアプリケーションを見ています。しかし、939の鋳物溶接補修が困難であるため、合金の化学設計限界延性にと関連しています。

ASこれらの困難の結果、キャノンMuskegonは、IN 939の修正版を開発しました合金の延性を重視した改良された補修溶接性および機械的特性のために合金。最適化された目的の化学は、標準的なIN 939、最適化されたB、Zr及びC含有量およびS、Pのために劇的に改善された合金の純度と比較して有意に減少したAlはTi、Ta及びCbの（ひいては、より低い体積分率のガンマプライム相）で考案されましたN、OおよびSi。この独自の組成物は、CMに939溶接可能合金と命名した。

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