IT8225044A1 - Articolo monocristallo in superlega a base di nichel ad alta resistenza meccanica ed alla corrosione - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:
''ARTICOLO MONOCRISTALLO IN SUPERLEGA A BASE DI NICHEL AD ALTA RE
MECCANICA ED ALLA CORROSIONE"
R I A S S U N T O
Viene descritto il perfezionamento nelle propriet? meccaniche di una particolare superlega a base di nichel che viene ottenuta attraverso la preparazione del materiale con una composizione modificata, in forma di monocristallo e con trattamento a caldo. Tali monocristalli di una particolare composizione mostrano elevate durate prima di rottura alla temperatura che sono almeno dieci volte quelle mostrate dalle convenzionali leghe colate di composizioni simili.
TESTO DELLA DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda il campo degli articoli in superlega a base di nichel ad alta resistenza mecc?nica come componenti per turbine a gas, che siano sia resistenti alla corrosione che atti a funzionare ad alte temperature. La presente invenzione riguarda anche il campo degli articoli in superlega monocristallo.
La domanda in aumenta per l'efficacia nei motori a turbina a gas ha prodotto domanda di materiali atti a sopportare condizioni operative pi? severe. In particolare capacit? aumentate di resistenza alla temperatura sono richieste per certe applicazioni assieme con la resistenza alla corrasione.
Il brevetto U.S.A. N? 3.494.709 descrive la fabbricazione di componenti per turbine a gas in forma monocristallo per prestazioni migliorate. Il brevetto U.S.A. N? 4.116.723 descrive un trattamento a caldo applicabile ad articoli in superlega monocristallo allo scopo di migliorare le propriet?. Il brevetto U.S.A. N? 3.619.182 di propriet? della International Nickel Corporation descrive una superlega con resistenza meccanica moderata avente superiore resistenza alla corrosione.
Secondo la presente invenzione leghe nella gamma di composizione
Nb, ? il resto essenzialmente nichel sono dotate di propriet? meccaniche migliorate attraverso la fabbricazione della lega in forma di monocristallo. L'articolo in monocristallo risultante viene quindi preferibilmente trattato a caldo. Leghe monocristallo trattate a caldo di questa composizione mostrano un miglioram?nto di almeno dieci volte nella durata fino a rottura in confronto a leghe di composizione simile che sono state solidificate in modo convenzionale per produrre una struttura policristallina equiassiale.
Altre caratteristiche e vantaggi diverranno chiari dalla descrizione e dalle rivendicazioni che illustrano una forma di realizzazione della presente invenzione.
La presente invenzione ha la sua origine in una osservazione sorprendente ed inaspettata. Una serie di superleghe commerciali sono state valutate in tre forme diverse. Sono stati preparati campio in forma policristallina (colata convenzionalmente), in forma a cristallo colonnare (solidificata direzionalmente), ed in forma monocristallo (solidificata direzionalmente). Le leghe provate sono leghe MAR-M200, MAR-M247, IN 939 e IN 792. Le prime due leghe sono leghe esclusive prodotte sotto licenza della Martin Metals Corporation e le altre due leghe sono leghe esclusiVe fornite dalla International Nickel Corporation. La composizione di queste leghe come provate viene riportata nella Tabella 1.
Attraverso il riferimento alla Tabella 1 si pu? vedere che materiali colati convenzionalmente contengono agenti rinforzanti dello strato limite di cristallo come carbonio, boro e zirconio, come fanno tutti i materiali a cristallo colonnare. La maggior parte dei campioni a cristallo colonnare contengono anche aggiunte di afnio per una duttilit? trasversale migliorata. La maggior parte dei campioni monocristallo non contiene alcuno degli elementi carbonio, boro, zirconio od afnio.
I campioni di lega colata vengono trattati a caldo come descritto nella Tabella 2 ed il trattamento a caldo descritto in questa relazione ? convenzionale trattamento a caldo che ? tipico di quelli che verrebbero probabilmente scelti da una persona esperta nella tecnica.
Questi campioni di lega vengono provati per la resistenza allo scorrimento in differenti condizioni di carico e di temperatura con i risultati mostrati nella Tabella 3. La Tabella 3 mostra i benefici sorprendenti ed inaspettati che derivano dalla fabbricazione della lega IN 792 modificata informa monocristallo. Per le leghe MAR-M200, MAR-M247 e IN 939 il rapporto tra durata fino alla rottura dei campioni monocristallo rispetto ai campioni colati convenzionali ha una media di 4,1 volte, tuttavia per il caso della lega IN 792 il rapporto tra durata fino a rottura del monocristallo rispetto alla durata fino a rottura della colata convenzionale ? di pi? di 17 volte (media delle prove 870?C/344.,75 MPa e 980?C/186,16 MPa). Questo grado di miglioramento ? soprendente ed inaspettata. Appare cos? che il miglioramento (nella durata fino a rottura per scorrimento) ottenuto mediante la fabbricazione della lega IN 792 (modificata) in forma monocristallo ? di circa 37Q? maggiore del beneficio che si potrebbe prevedere sulla base della evidenza fornita dalle altre superleghe. Allo scopo di definire i risultati dell'invenzione, appare che si otterrebbe un minimo di miglioramento di 10 volte nella durata fino a rottura per scorrimento.
Una conclusione simile viene raggiunta quando si consideri il tempo occorrente fino allo scorrimento dell'1%. In questo caso sulla base delle due leghe MAR M, ci si aspetterebbe un miglioramento medio di 5,4 volte cambiando la macrostruttura del campione di prova da policristallina a monocristallo (in unione con variazioni minori nella composizione e nel trattamento a caldo). Infatti apportando questa modifica alla lega IN 792 modificata si produce un beneficio medio di circa 12,6 volte. Nuovamente questo ? un perfezionamento sproporzionato ed inaspettato e non prevedibile dalle conoscenze precedenti della tecnica.
Il miglioramento sostanziale nelle propriet? di scorrimento viene reso pi? notevole poich? la composizione dell'invenzione ? leggermente meno densa rispetto alle altre leghe valutate. Inoltre la notevole resistenza alla corrosione mostrata dalla lega IN 792 viene completamente mantenuta nella presente invenzione.
Un trattamento a caldo come descritto nel brevetto U.S.A. N? 4.116.723 viene preferito allo scopo di ottenere l'aumento massimo nelle propriet?. Un tale trattamento a caldo comporta il soluzionamento della fase gamma primo e l'omogeneizzazione della struttura colata ad una temperatura al di sopra della curva di solubilit? gamma primo (1232?C per la composizione dell'invenzione) seguita da uno o pi? trattamenti di invecchiamento a temperatura inferiore. Il brevetto U.S.A. N? 4.116.723 viene qui incorporato per riferimento.
Si deve comprendere che la presente invenzione ? limitata alle particolari forme di realizzazione mostrate e descritte in questa relazione, ma che vari cambiamenti e modifiche possono essere apportati senza discostarsi di questo originale concetto come definito dalle seguenti rivendicazioni.
TABELLA I
TABELLA II:
TABELLA III
Claims (2)
1. Articolo in superlega a base di nichel ad alta resistenza meccanica caratterizzato dal fatto di consistere essenzialmente in
0-1% Nb, ed il resto essenzialmente nichel con la somma di Al Ti che ? da circa 6,5 a 8%, detta lega essendo sotto forma di monocristallo e cos? mostrando una durata fino a rottura sostanzialmente migliorata a temperature elevate rispetto a leghe simili in forma colata convenzionalmente.
2. Articolo secando la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di essere stato trattato a caldo e che mostra un miglioramento della durata fino a rottura di almeno 10 volte rispetto ad articoli similari in forma colata convenzionalmente.
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