ES2581298T3 - Aleación de construcción ligera de alta resistencia al calor de NiAl - Google Patents
Aleación de construcción ligera de alta resistencia al calor de NiAl Download PDFInfo
- Publication number
- ES2581298T3 ES2581298T3 ES14176757.4T ES14176757T ES2581298T3 ES 2581298 T3 ES2581298 T3 ES 2581298T3 ES 14176757 T ES14176757 T ES 14176757T ES 2581298 T3 ES2581298 T3 ES 2581298T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- atoms
- nial
- heat resistance
- ternary
- material according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 17
- 229910000943 NiAl Inorganic materials 0.000 title claims description 14
- 238000010276 construction Methods 0.000 title description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 44
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical group [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910000907 nickel aluminide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910001068 laves phase Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 11
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001995 intermetallic alloy Substances 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001011 CMSX-4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910001234 light alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/007—Alloys based on nickel or cobalt with a light metal (alkali metal Li, Na, K, Rb, Cs; earth alkali metal Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al Ga, Ge, Ti) or B, Si, Zr, Hf, Sc, Y, lanthanides, actinides, as the next major constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/30—Application in turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
- F05D2300/17—Alloys
- F05D2300/177—Ni - Si alloys
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Material para empleos en los que se requiere una alta resistencia al calor, a base de níquel-aluminuros intermetálicos, comprendiendo el material más del 50% en átomos de níquel y fases de Laves ternarias, que se caracteriza por que el material comprende de 50,1% en átomos hasta el 70% en átomos de Ni y de 0,5% en átomos hasta 10% en átomos de Ta y/o de 0,5% en átomos hasta 10% en átomos de Nb y el resto está formado por aluminio.
Description
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
DESCRIPCION
Aleacion de construccion ligera de alta resistencia al calor de NiAl Antecedentes de la invencion Ambito de la invencion
(0001) La invencion presente hace referencia a un material que especialmente se emplea en usos en los cuales es requerida una alta resistencia al calor. Ademas, la invencion presente hace referencia a un componente de una turbomaquina, especialmente un motor de avion, de un correspondiente material.
Estado de la tecnica
(0002) En turbomaquinas como turbinas de gas estacionarias o motores de avion, para determinados componentes, como por ejemplo, alabes de rodete de la zona de la turbina, y especialmente, de la zona de la turbina de baja presion, rigen condiciones de uso que suponen unas altas exigencias de los correspondientes materiales. De este modo, los materiales tienen que soportar por un lado altas temperaturas en el ambito de, por ejemplo, 8002C hasta 1200°C y ademas tienen que soportar altas cargas mecanicas, como por ejemplo, alabes de rodete que se mueven con altas velocidades de giro. Mediante la combinacion de altas temperaturas de funcionamiento y altas fuerzas mecanicas, se requieren especiales exigencias de resistencia al calor y de resistencia a la fluencia de los materiales correspondientes.
(0003) Las bases de niquel - superaleaciones utilizadas actualmente en los correspondientes usos, como por ejemplo, MAR M 247 (nombre comercial de la empresa Martin Marietta), IN 100 (nombre comercial de la empresa Special Metals) o CMSX 4 (nombre comercial de la empresa Cannon Muskegon) presentan sin embargo la desventaja de que el peso especifico es relativamente alto, de manera que los componentes correspondientes presentan un peso alto, lo cual es desventajoso para usos en la construccion de motores de avion.
(0004) Ademas, en estos materiales conocidos puede conseguirse otro aumento de la productividad de las turbomaquinas mediante el aumento adecuado de las frecuencias de giro y/o un aumento de la temperatura de funcionamiento, de modo que se tiene que contar con una reduccion de la duracion de vida del componente o con un aumento del peso del componente o se tiene que prever un enfriamiento del componente separadamente. Todas estas medidas aumentan, sin embargo, el esfuerzo correspondiente y los costes.
(0005) Correspondientemente, por un lado, se ha intentado ya ahorrar en peso mediante otros materiales, y por otro lado, se ha intentado aumentar las propiedades del material respecto a solidez, resistencia a la fluencia y resistencia al calor. Como materiales potenciales se consideran para ello los compuestos intermetalicos que a causa de sus propiedades especiales de enlace presentan una alta resistencia y pueden formarse de elementos quimicos que presentan un peso atomico bajo.
(0006) Un material que resulta adecuado es la aleacion de niquel-aluminio a base del compuesto intermetalico de NiAl. Se indican ejemplos de ello en el documento US 5,935,349, asi como en los articulos cientificos B. Zeumer, G. Sauthoff, aleaciones intermetalicas de NiAl-Ta con fase de Laves de refuerzo para empleos a altas temperaturas I. Propiedades basicas, intermetalicas 5 (1997) 563 - 577 y B. Zeumer, G. Sauthoff, comportamiento de deformacion de aleaciones intermetalicas de NiAlTa con fase de Laves de refuerzo para empleos a altas temperaturas II. Efectos de alear con Nb y otros elementos, intermetalicos 5 (1997) 641 - 649. Las aleaciones alli descritas presentan hasta un 50% en atomos de Ni y fases de Laves ternarias.
(0007) Un material con las caracteristicas del concepto general de la reivindicacion 1a es conocido en el documento DE 25 21 563 A1.
(0008) Aunque mediante ello se han conseguido ya buenos resultados respecto a la resistencia al calor y a la resistencia a la fluencia, existe otra necesidad de proporcionar materiales que sean ventajosos en los ambitos de la resistencia a la fluencia y la resistencia al calor, asi como del peso especifico para el empleo en la construccion de motores de aviones
Manifestacion de la invencion
Objeto de la invencion
(0009) Por ello, es objetivo de la invencion presente proporcionar un material que sea adecuado para el uso a altas temperaturas por su resistencia al calor y a la fluencia, y al mismo tiempo, que presente un peso especifico bajo para mantener bajo o reducir el peso del componente de este material. Ademas, el material deber ser posible de fabricar y de tratar de un modo sencillo y bueno.
Solucion tecnica
5
10
15
20
25
30
35
40
(0010) Este objetivo se cumple mediante un material con las caracteristicas de la reivindicacion 1a, asi como un componente con las caracteristicas de la reivindicacion 8a. Las configuraciones ventajosas de la invencion son objeto de las reivindicaciones dependientes.
(0011) La invencion parte del reconocimiento de que las aleaciones de NiAl descritas en el estado de la tecnica pueden ser mejoradas aun mas respecto a su perfil de propiedades para empleos a altas temperaturas, y especialmente, para empleos en el ambito de las turbomaquinas, como motores de aviones, cuando la proporcion de niquel se aumenta en una proporcion del 50% en atomos de niquel. Correspondientemente, se propone un material que comprende, sobre la base de niquel-aluminuro intermetalico, mas del 50% en atomos y fases de Laves ternarias.
(0012) El niquel- aluminuro intermetalico puede estar formado por NiAl y/o NisAl, y las fases de Laves ternarias pueden estar formadas por Ni, Al y Ta y/o Nb.
(0013) Especialmente, el material puede comprender fases de Laves ternarias en forma de NiAlTa, NiAlNb y/o NiAl (Ta, Nb), y en la fase de Laves ternaria de NiAl (Ta, Nb) los componentes de tantalio y niobio pueden estar presentes mezclados, y habida cuenta que el tantalio y el niobio se pueden sustituir entre si, las proporciones respectivas de tantalio y niobio pueden variar en un gran ambito de distintas composiciones.
(0014) Las fases ternarias a base de Ni, Al y Ta y/o Nb, mediante la presencia de los correspondientes limites intergranulares de las cristalitas de NiAl y/o de las cristalitas de NisAl se encargan de un correspondiente aumento de la solidez y de la resistencia a la fluencia del material. Este tipo de fases de Laves ternarias pueden estar conformadas en la forma de estructura C14 hexagonal, mientras que el NiAl esta presente en la estructura B2.
(0015) Conforme a la invencion, el material presenta de 50,1 hasta 70% en atomos de Ni, preferiblemente de 51% en atomos hasta 60% en atomos de Ni, asi como ademas de 0,5% en atomos hasta 10% en atomos de Ta, especialmente de 1% en atomos hasta 5% en atomos de Nb, y el resto esta formado por aluminio. El tantalio y el niobio pueden ser intercambiados entre si en el material, de manera que la suma de tantalio y niobio puede estar en el ambito de 0,5% en atomos hasta 10% en atomos, y especialmente, de 1% en atomos hasta 5% en atomos.
(0016) Especialmente, los componentes de turbomaquinas, y preferiblemente, de motores de aviones pueden estar formados por el correspondiente material o contener el mismo. Sobre todo, es apropiado emplear el material conforme a la invencion para alabes de rodete o alabes directores en la turbina de una turbomaquina, especialmente, de una turbina de baja presion.
Ejemplo de ejecucion
(0017) Por ejemplo, puede emplearse un material con 60% en atomos de niquel, 2,5% en atomos de tantalio y 2,5% en atomos de niobio, asi como 35% en atomos de aluminio, que mediante la formacion de la estructura con NiAl y NisAl, asi como fases de Laves ternarias en los limites intergranulares de los granos de NiAl y de NisAl con un peso especifico bajo, presenta una alta resistencia al calor y una resistencia a la fluencia.
Claims (10)
- 51015202530REIVINDICACIONES
- 18.- Material para empleos en los que se requiere una alta resistencia al calor, a base de niquel-aluminuros intermetalicos, comprendiendo el material mas del 50% en atomos de niquel y fases de Laves ternarias, que se caracteriza por que el material comprende de 50,1% en atomos hasta el 70% en atomos de Ni y de 0,5% en atomos hasta 10% en atomos de Ta y/o de 0,5% en atomos hasta 10% en atomos de Nb y el resto esta formado por aluminio.
- 28.- Material segun la reivindicacion 1a, que se caracteriza por que el material comprende NiAl y/o NisAl.
- 38.- Material segun una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que el material comprende fases de Laves ternarias a base de Ni, Al y Ta y/o Nb, especialmente NiAlTa, NiAlNb y/o NiAl (Ta, Nb).
- 48.- Material segun una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que el material comprende de 51% en atomos hasta el 60% en atomos de Ni.
- 58.- Material segun la reivindicacion 48, que se caracteriza por que el material comprende de 1% en atomos hasta 5% en atomos de Ta y/o de 1% hasta el 5% en atomos de Nb.
- 68.- Material segun la reivindicacion 48 o 58, que se caracteriza por que la suma de Ta y Nb en el material comprende entre 0,5% en atomos hasta 10% en atomos, especialmente de 1% en atomos hasta 5% en atomos.
- 78.- Material segun una de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza por que la estructura del material comprende cristalitas de NiAl y/o cristalitas de NisAl, en cuyos limites intergranulares estan dispuestas las fases de Laves ternarias.
- 88.- Componente de una turbomaquina, especialmente de un motor de avion, que esta formado del material segun una de las reivindicaciones anteriores o lo contienen.
- 98.- Componente segun la reivindicacion 88, que se caracteriza por que el componente es un alabe de rodete o un alabe director en la turbina, especialmente, en la turbina de presion baja de una turbomaquina.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102013214767.8A DE102013214767A1 (de) | 2013-07-29 | 2013-07-29 | Hochwarmfeste Leichtbaulegierung aus NiAl |
| DE102013214767 | 2013-07-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2581298T3 true ES2581298T3 (es) | 2016-09-05 |
Family
ID=51211553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES14176757.4T Active ES2581298T3 (es) | 2013-07-29 | 2014-07-11 | Aleación de construcción ligera de alta resistencia al calor de NiAl |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20150315919A1 (es) |
| EP (1) | EP2832872B1 (es) |
| DE (1) | DE102013214767A1 (es) |
| ES (1) | ES2581298T3 (es) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017109156A1 (de) | 2016-04-28 | 2017-11-02 | Hochschule Flensburg | Hochwarmfester Werkstoff und dessen Herstellung |
| CN106011539B (zh) * | 2016-05-31 | 2017-10-31 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种镍铝/氧化钒/银宽温域自润滑复合材料及其制备方法 |
| EP4139561A1 (en) * | 2020-04-24 | 2023-03-01 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG | Abrasive material, a method for manufacturing an abrasive material and a substrate coated with an abrasive material |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2884688A (en) * | 1956-12-28 | 1959-05-05 | Borolite Corp | Sintered ni-al-zr compositions |
| DE2521563A1 (de) * | 1975-05-15 | 1976-12-02 | Heinz Dr Sprenger | Hochwarmfeste nickellegierung |
| US5116691A (en) * | 1991-03-04 | 1992-05-26 | General Electric Company | Ductility microalloyed NiAl intermetallic compounds |
| DE4324960A1 (de) * | 1993-07-24 | 1995-01-26 | Mtu Muenchen Gmbh | Laufrad einer Turbomaschine, insbesondere einer Turbine eines Gasturbinentriebwerks |
| US5935349A (en) | 1994-05-21 | 1999-08-10 | Siemens Aktiengesellschaft | Intermetallic nickel-aluminum base alloy and material formed of the alloy |
| US5516380A (en) * | 1994-10-14 | 1996-05-14 | General Electric Company | NiAl intermetallic alloy and article with improved high temperature strength |
| US6153313A (en) * | 1998-10-06 | 2000-11-28 | General Electric Company | Nickel aluminide coating and coating systems formed therewith |
| CH699930A1 (de) * | 2008-11-26 | 2010-05-31 | Alstom Technology Ltd | Hochtemperatur- und oxidationsbeständiges Material. |
-
2013
- 2013-07-29 DE DE102013214767.8A patent/DE102013214767A1/de not_active Withdrawn
-
2014
- 2014-07-11 EP EP14176757.4A patent/EP2832872B1/de not_active Not-in-force
- 2014-07-11 ES ES14176757.4T patent/ES2581298T3/es active Active
- 2014-07-28 US US14/341,955 patent/US20150315919A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102013214767A1 (de) | 2015-01-29 |
| EP2832872B1 (de) | 2016-05-04 |
| EP2832872A3 (de) | 2015-05-27 |
| US20150315919A1 (en) | 2015-11-05 |
| EP2832872A2 (de) | 2015-02-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2557956B1 (es) | Aleación de molibdeno resistente a la fluencia y a la oxidación | |
| Lu et al. | Unveiling the Re effect on long-term coarsening behaviors of γ′ precipitates in Ni-based single crystal superalloys | |
| ES2581298T3 (es) | Aleación de construcción ligera de alta resistencia al calor de NiAl | |
| Zhang et al. | Unveiling the Re segregation at γ/γ′ interface in Ni-based superalloy | |
| CA2680650C (en) | Ni-based single crystal superalloy and turbine blade incorporating the same | |
| EP2377683A3 (en) | Metallic coating for single crystal alloys | |
| US9932657B2 (en) | Method of making a Ni—based single crystal superalloy and turbine blade incorporating same | |
| BR112019008164B1 (pt) | Superliga à base de níquel, pá monocristalina, e, turbomáquina. | |
| RU2520934C1 (ru) | Жаропрочный никелевый сплав, обладающий высоким сопротивлением к сульфидной коррозии в сочетании с высокой жаропрочностью | |
| ES2142133T3 (es) | Aleacion de niquel para componentes de motor de turbina. | |
| CN111172430A (zh) | 镍基超合金和制品 | |
| Erickson et al. | DS and SX superalloys for industrial gas turbines | |
| BR112019007364A2 (pt) | liga de níquel | |
| CN102433467B (zh) | 一种含铪高钨镍基等轴晶合金及其应用 | |
| CN105793448A (zh) | γ/γ′硬化的钴基超合金、粉末和构件 | |
| Belan | Study of advanced Ni-base ŽS6K alloy by quantitative metallography methods | |
| ES2625825T3 (es) | Súper-aleación a base de níquel exenta de renio y resistente a la fluencia | |
| RU2640118C1 (ru) | Износостойкий сплав на кобальтовой основе | |
| JP6045857B2 (ja) | 高強度Ｎｉ基超合金と、それを用いたガスタービンのタービン動翼 | |
| US20140199164A1 (en) | Nickel-based alloy and turbine component having nickel-based alloy | |
| Laul et al. | Enhanced CBN blade tip systems for improving engine efficiency | |
| Koizumi et al. | Effects of Alloying Additions on the Creep Strength of a Fourth Generation Single-Crystal Superalloy. | |
| US20230357897A1 (en) | Nickel-based superalloys and articles | |
| CN116529459A (zh) | 具有高抗氧化性、高耐腐蚀性和良好可加工性的基于镍的超级合金 | |
| US12534779B2 (en) | Nickel-based superalloys and articles |