Transcript Przykłady odlewów - Badania i rozwój nowoczesnej technologii

ul. Zakopiańska 73
30-418 Kraków, POLAND
tel. +48 12 26 18 111
fax +48 12 26 60 870
[email protected]
STOPY ODLEWNICZE
PRACUJĄCE W TRUDNYCH WARUNKACH
ZUŻYCIA TERMICZNEGO
Autorzy:
Zenon Pirowski
Marek Kranc
Krzysztof Jaśkowiec
www.iod.krakow.pl
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).
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.
Żarowytrzymałość
Jest to zdolność do przenoszenia obciążeń
w wysokiej temperaturze
Żarowytrzymałość
Wytrzymałość na rozciąganie; MPa
Wytrzymałość materiału zależy od temperatury i czasu
T1
T2
T3
T1 < T2 < T3 <T4
T4
Czas do zerwania; s
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
Żarowytrzymałość
W temperaturze pokojowej:
 = f()
W temperaturze podwyższonej:
 = f(, T, t)
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
Żarowytrzymałość
400
Wytrzymałość na pełzanie
Rz/1000; MPa
300
200
100
0
Temperatura; oC
Wytrzymałość na pełzanie stopów różnych metali
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
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
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
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
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
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
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
WSK „PZL Rzeszów” S.A.
Łopatki turbiny niskiego ciśnienia
i segmenty łopatkowe z nadstopów niklu
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
„SPECODLEW” Kraków
Misa ze stopu G-NiCr28W do produkcji włókna szklanego
Przykłady odlewów
ze stopów niklu odlewane w kraju
Instytut Odlewnictwa Kraków
Dysze palnika gazowego DN100
Przykłady odlewów
ze stopów niklu odlewane w kraju
Końcówki dysz palnika gazowego DN100
Instytut Odlewnictwa Kraków
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
- modyfikacja składu chemicznego
wprowadzanie zwiększonej ilości Al i Ti – wytworzenie fazy ’
wprowadzanie innych dodatków modyfikujących (Nb, Hf, Re)
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
- sterowanie procesami krystalizacji
Makrostruktura łopatki turbiny o budowie od lewej:
polikrystalicznej , kolumnowej, monokrystalicznej
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”
ul. Zakopiańska 73
30-418 Kraków, POLAND
tel. +48 12 26 18 111
fax +48 12 26 60 870
[email protected]
Dziękujemy za uwagę.
Autorzy:
Zenon Pirowski, Marek Kranc, Krzysztof Jaśkowiec
www.iod.krakow.pl