Czasopismo | RUDY I METALE NIEŻELAZNE | Rocznik 2018 - zeszyt 8

Nowa generacja nadstopów typu γ-γ′ na bazie kobaltu

New generation of γ-γ’ cobalt -based superalloys

10.15199/67.2018.8.3

nr katalogowy: 115419
10.15199/67.2018.8.3

Streszczenie

Artykuł przedstawia w formie przeglądowej nową generację nadstopów typu γ-γ′ na bazie kobaltu oraz aktualny stan wiedzy dotyczący tej grupy stopów żarotrwałych. Badania nad tą grupą materiałów zostały zapoczątkowane w 2006 r. i są odpowiedzią na istniejące ograniczenia nadstopów na bazie niklu, które nie pozwalają na utrzymanie dotychczasowego tempa rozwoju silników lotniczych. W dzisiejszych czasach nadstopy niklu umacniane fazą γ′ są wciąż bezkonkurencyjne w zastosowaniach lotniczych, natomiast mogą w przyszłości zostać wyparte przez ich odpowiedniki na bazie kobaltu, ze względu na ich potencjalnie korzystne właściwości w podwyższonej temperaturze. Niemniej jednak do osiągnięcia tego stanu wymagany jest dalszy rozwój nowej generacji nadstopów. W artykule przedstawiono dotychczasowe dokonania dotyczące nowych nadstopów typu γ-γ′ na bazie kobaltu w aspekcie ich wytwarzania, mikrostruktury, obróbki cieplnej oraz odporności na utlenianie. Ponadto zostały przedstawione kierunki rozwoju nowej grupy stopów na najbliższe lata oraz wkład zespołu badawczego z Instytutu Inżynierii Materiałowej Politechniki Śląskiej w rozwój nowych nadstopów typu γ-γ′ na bazie kobaltu.

Abstract

The following review article show an introduction to the new generation of γ-γ’ cobalt-based superalloys and the current state of the art in this field. The research concerning discussed materials started in 2006 and are a response for limitations of the commercially used Ni-based superalloys, which are a barrier for further development of the aircraft engines. Nowadays, the γ′-strengthened Ni-based superalloys are unrivaled in view of the aircraft applications, whereas these alloys may be soon replaced by the Co-based analogues due to potentially beneficial high temperature properties of new cobalt alloys. However, this replacement requires a development of the new type of superalloys. This article contains achievements concerning the new group of Co-based superalloys in aspect of their preparation, microstructure, heat treatment and oxidation resistance. Furthermore, the paper shows the development directions for the next years and the contribution of a research team from the Institute of Materials Science and Engineering of the Silesian University of Technology to the development of new γ-γ cobalt-based superalloys.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Bauer Alexander, Steffen Neumeier, Florian Pyczak, Mathias Göken. 2010. “Microstructure and creep strength of different γ/γ′-strengthened Co-base superalloy variants". Scripta Materialia 63 (12): 1197-1200.
[2] Bauer Alexander, Steffen Neumeier, Florian Pyczak, Mathias Göken. 2012. “Creep strength and microstructure of polycrystalline γ′ -strengthened cobalt-base superalloys". Proceedings of the 12th international symposium on superalloys, 695-703. Pennsylvania.
[3] Blaise J. M., P. Viatour, J. M. Drapier. 1970. “On the stability and precipitation of the Co3Ti phase in Co-Ti alloys". Cobalt 43 (49): 192-195.
[4] Bond Paul, Herbert Uhlig. 1960. “Corrosion Behavior and Passivity of Nickel-Chromium and Cobalt-Chromium Alloys". Journal of Electrochemical Society 107 (6): 488-493.
[5] Bourhis Y., C. St John. 1975. “Na2SO4 - and NaCl-Induced hot corrosion of six nickel-base superalloys". Oxidation of Metals 9 (6): 507-528.
[6] Chester Sims, Norman Stoloff, William Hagel. 1987. Superalloys II. New York: John Wiley & Sons.
[7] Chester Sims, William Hagel. 1972. The superalloys. New York: John Wiley & Sons.
[8] Cui Chuanyong, Ping Dehai, Gu Yuefeng, Harada Hiroshi. 2006. “A new Co-base superalloy strengthened by γ′ Phase". Materials Transactions 47 (8): 2099-2102.
[9] Ellner Miroslav, Stefan Kek, Bruno Predel. 1992. “Zur existenz einer phase Co3Al vom Cu3Au-strukturtyp". Journal of Alloy and Compounds 189 (2): 245-248.
[10] Feng Ge, Li Hui, Li Shusuo, Sha Jiangbo. 2012. “Effect of Mo additions on microstructure and tensile behavior of a Co-Al-W-Ta-B alloy at room temperature". Scripta Materialia 67 (5): 499-502.
[11] Heusler Konrad. 1966. “Passivität des kobalts in sauren lösungen". Corrosion Science 6 (3-4): 183-196.
[12] Hirsch Peter. 2003. “Kear-Wilsdorf locks and the formation of antiphase-boundary tubes in L12 alloys". Philosophical Magazine 83 (8): 1007-1032.
[13] Injeti Gurrappa. 1999. “Hot Corrosion Behaviour of CM 247 LC Alloy in Na2SO4 and NaCl Environments". Oxidation of Metals 51 (5-6): 353-382.
[14] Iofa Z.A, V. V Batrakov, Cho-Ngok-Ba. 1964. “Influence of anion adsorption on the action of inhibitors on the acid corrosion of iron and cobalt". Electrochimica Acta 9 (12): 1645-1653.
[15] Lux B., W. Bollmann. 1969. Cobalt 42 (3).
[16] Massalski Thaddeus, Hiroaki Okamoto, P. R. Subramanian, Linda Kacprzak. 1990. “Binary Alloy Phase Diagrams Second Edition", ASM International 137.
[17] McCreath C.G. 1983. “Environmental factors that determine hot corrosion in marine gas turbine rigs and engines". Corrosion Science 23 (9): 1017-1023.
[18] Meher Subhashish, Rajarshi Banerjee. 2014. “Partitioning and site occupancy of Ta and Mo in Co base γ/γ′ alloys studied my atom probe tomography". Intermetallics 49: 138-142. Rys. 5. Mikrostruktura stopu Co-9Al-9W: a - po przesycaniu, b - po starzeniu Fig. 5. Microstructure of Co-9Al-9W alloy: a - after solution heat treatment, b - after aging a b Rudy Metale 2018, R. 63, nr 8 24
[19] Meher Subhashish, Yan Hui-Yu, Nag Soumya, David Dye, R Banerjee. 2012. “Solute partitioning and site preference in γ/γ′ cobalt- base alloys". Scripta Materialia 67 (10): 850-853.
[20] Mikuszewski Tomasz, Agnieszka Tomaszewska, Grzegorz Moskal, Damian Migas, Dawid Niemiec. 2017. "Characterisation of primary microstructure of γ-γʹ Co-Al-W cobalt-based superalloys". Inżynieria Materiałowa 5: 217-223.
[21] Montero-Ocampo Cecilla, Badillo Joaquin Hidalgo. 2008. “EIS Study of the Electrochemical Behavior of the Co-Cr-Mo Alloy in Borate Solutions". Electrochemical Society 11 (21): 69-78.
[22] Moskal Grzegorz, Damian Migas, Dawid Niemiec, Marcin Godzierz, Marta Mikuśkiewicz. 2017. “Oxidation behavior of Co-Al-Mo-Nb and Co-Ni-Al-Mo-Nb new tungsten-free γ-γ′ cobalt-based superalloys". Ochrona przed korozją 60 (9): 318-322.
[23] Moskal Grzegorz, Damian Migas, Agnieszka Tomaszewska, Tomasz Mikuszewski, Tomasz Maciąg, Marcin Godzierz, Dawid Niemiec. 2017. “Oxidation performance of Co-Al-W and Co-Ni -Al-W new type γ-γʹ cobalt-based superalloys". Inżynieria Materiałowa 4: 63-69.
[24] Murray J. L. 1982. “The Co-Ti (Cobalt-Titanium)". Bulletin of Alloy Phase Diagrams 3 (1): 74-85
[25] Neumeier Steffen, Christopher Zenk, Lisa Freund, Mathias Göken. 2016. “γ/γ’ Co-base superalloys - new high temperature materials beyond Ni-base Superalloys?". Proceedings of the 2nd International Conference on Beyond Nickel Based Superalloys II. Cambridge.
[26] Noam Eliaz, Gil Shemesh, Ronald Latanision. 2002. “Hot corrosion in gas turbine components". Engineering Failure Analysis 9 (1): 31-41.
[27] Omori Toshihiro, Oikawa Katsunari, Sato Jun, Ohnuma Ikuo, Ursula R.Kattner, Kainuma Ryosuke, Ishida Kiyhito. 2013. “Partition behavior of alloying elements and phase transformation temperatures in Co-Al-W-base quaternary systems". Intermetallics 32: 274-283.
[28] Ooshima Masahiro, Tanaka Katsushi, Okamoto Norihiko L., Kishida Kyosuke, Inui Haruyuki. 2010. “Effects of quaternary alloying elements on the γʹ solvus temperature of Co-Al-W based alloys with fcc/L12 two-phase microstructures". Journal of Alloys and Compounds 508 (1): 71-78.
[29] Petkov V.V., Y.A. Kocherzhinskii, V. Y. Markiv. 1972. “Investigations of the phase diagram in the system Ta-Co". Metallofizika USSR SSSR 93-97.
[30] Povstugar Ivan, Choi Pyuck-Pa, Steffen Neumeier, Alexadner Bauer, Christopher Zenk, Mathias Göken, Dierk Raabe. 2014. “Elemental partitioning and mechanical properties of Ti- and Ta-containing Co-Al-W-base superalloys studied by atom probe tomography and nanoindentation". Acta Materialia 78: 78-85.
[31] Ruffles P. C. 2003. “Aero engines of the future". The Aeronautical Journal 107 (1072): 307-321.
[32] Sato Jun, Omori Toshihiro, Oikawa Katsunari, Ohnuma Ikuo, Kainuma Ryosuke, Ishida Kiyohito. 2006. “Cobalt-base high-temperature alloys". Science 312 (5770): 90-91.
[33] Swadźba Lucjan, Grzegorz Moskal, Bogusław Mendala, Marek Hetmańczyk. 2008. “Characterization of microstructure and properties of TBC systems with gradient of chemical composition and porosity". Archives of Metallurgy and Materials 53 (3): 945-954.
[34] Viatour P, J. M. Drapier, D. Coutsouradis. 1973. “Stability of the γ′-Co3Ti compound in simple and complex cobalt alloys". Cobalt 3: 67-74.
[35] Yan Hui-Yu, Vassili A. Vorontsov, James Coakley, Nicholas G.Jones, Howard J.Stone, David Dye. 2012. “Quaternary alloying effects and the prospects for a new generation of Co-base superalloys". Superalloys 2012: 12th international symposium on superalloys: 705-714.
[36] Yan Hui-Yu, Vassili A. Vorontsov, David Dye. 2014. “Alloying effects in polycrystalline γ′ strengthened Co-Al-W base alloys". Intermetallics 48: 44-53.
[37] Zenk Christopher H., Steffen Neumeier, Howard J.Stone, Mathias Göken. 2014. “Mechanical properties and lattice misfit of γ/γ′ strengthened Co-base superalloys in the Co-W-Al-Ti quaternary system". Intermetallics 55: 28-39.

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


e-Publikacja (format pdf) - nr 115419 "Nowa generacja nadstopów ..." licencja: Osobista Produkt cyfrowy	10.00 zł

Zeszyt


RUDY I METALE NIEŻELAZNE - e-zeszyt (pdf) 2018-8 licencja: Osobista Produkt cyfrowy	32.00 zł

Zeszyt

2018-8

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Zeszyt

Czasopisma