Oksit dispersiyon sertleştirmesi yapılmış NiCr8020 (2.4869) nikel esaslı süper alaşımın termomekanik yorulma davranışının belirlenmesi

Abstract

Modern gaz türbinlerinin başlangıç ve duruş işlemleri esnasında türbin disk ve kanatları eş zamanlı yüksek birim uzama tekrarları ve sıcaklık farklılıklarına maruz kalırlar. Bu kompleks termomekanik yorulma (TMY) yükleri türbin disk ve kanatlarında çatlak oluşumuna, ilerlemesine ve beklenmedik şekilde erken hasarlara neden olurlar. Bu tür elemanlarda doğru bir ömür tahmini için, işletme yükleri altında gerçekleştirilen izotermal yorulma (IY) deneyleri tasarım için güvenilir veriler sağlayamazlar. Çünkü TMY şartları altında; gerilme-birim uzama davranışları, çatlak oluşma davranışları ve çatlak ilerleme hızları IY şartları altındakinden farklıdır. TMY davranışı üzerine pek çok çalışma; çelikler, nikel esaslı süper alaşımlar veya titanyum matrisli kompozitler üzerinedir ve toz metalürjisi ile üretilmiş yüksek sıcaklık malzemelerinin TMY davranışları üzerine sınırlı veriler mevcuttur. Bu çalışmada, toz metalürjisi ile imal edilmiş nikel esaslı süper alaşım PM 1000'in TMY davranışı 450-850 ºC sıcaklık aralığında incelenmiştir. Mekanik birim uzama ve sıcaklık arasındaki faz açısı uçak motorlarındaki işletme şartlarına en uygun koşul olan 135° alınmıştır.

During the start and shut-down phase of modern gas turbines the disks and blades are subjected to high mechanical strain cycles superimposed by thermal transients. This complex thermal-mechanical fatigue (TMF) loading induces crack formation and propagation and is combined with unexpected early failure of these components. For an accurate lifetime prediction of these components under service loading pure isothermal low-cycle fatigue (LCF) experiments do not provide reliable data for the design of these parts. In most cases the lifetime is predicted non-conservative, because stress-strain response, crack initiation behavior or crack growth rate under TMF conditions are different from those under isothermal conditions. Many studies of TMF behavior address steels, nickel-base superalloys, or fiber- reinforced titanium alloys, but only rough data are available for powder metallurgical high temperature materials. In this work, the TMF behavior of the powder metallurgical nickel base superalloy PM1000 is investigated in the temperature range from 450 to 850ºC. The phase angle between the mechanical strain and the thermal cycle (135°) is closely related to the appropriate operating conditions in aero engines.