Superalloys מבוסס ניקל יוצרים את עמוד השדרה של יישומים טורבינות ימיים מודרניים, שבו הביקוש הבלתי פוסק לדחיסות כוח גבוהה יותר, יעילות דלק וחיי שירות מורחבים דוחקים חומרים לגבולותיהם המוחלטים. ⁇ מתוחכמת אלה מונדסים כדי לשמור על כוח מכני, לעמוד בגורמים תרמיים קיצוניים - בתנאי ניהול תרמיים - אשר יהרוס במהירות מתכות קונבנציונליות.

מצבי כישלון נפוצים ב Marine Turbines

כישלונות בסופרוולוי המבוססים ניקל מתעוררים לעתים רחוקות מגורם יחיד.במקום, הם תוצאה של יחסי תערובת מורכבים של טעינה מכנית, רכיבה על אופניים תרמיים וחשיפה קורוזית.הלהלן הם מצבי הכישלון הנפוצים ביותר, כל אחד עם מנגנונים וחתימות נפרדים.

סיקור ותעמולה

סדקים שומניים הם מצב הכישלון המכאני העיקרי במרכיבים טורבינות ימית, במיוחד בלהבים ודיסקים הנמצאים ברטטים מחזוריים גבוהים ממכונות רוטינג. סדקים בדרך כלל FLT:0initiate ב מפסיקות מיקרוסקופיות מיקרוסקופיות מיקרוסקופיות 1 - כגון סגסוגת זמן לא-מחץ (ברוב) איטי של מתחמיציל-מחץ) עם לחץ גבוה (Fretinydlow-Fate) עם לחץ דם נמוך יותר) ועייפות (מסוג של לחץ דם) באופן קבוע (מסוג של לחץ דם) באופן קבוע) במתחים) עם לחץ דם נמוך יותר) וקצבהמתחים (מקצבהמתחים בלחץ גבוה (מסוג של לחץ דם נמוך יותר) במתחים) עם לחץ דם נמוך יותר) עם לחץ דם נמוך יותר) עם לחץ דם גבוה (מקצבהמתח נמוך יותר) עם לחץ אווירי) עם לחץ דם נמוך יותר) במתח נמוך יותר (מסוג של לחץ דם גבוה (מסוג של לחץ אווירי) במתח נמוך יותר של לחץ דם נמוך יותר) במתח נמוך יותר של לחץ אווירי לחץ אווירי לחץ אוויריבית (מסוג של לחץ אווירי לחץ אווירי) לעתים קרובות) ועייפות (מ

קורוזיה Fatigue

כאשר טעינה מכנית מחזורית משולב עם סביבה קורוזית - כגון תרסיס מים ימי או לחות ימית - התוצאה היא עייפות קורוזיה, מצב כשל אגרסיבי הרבה יותר מאשר עייפות טהורה. נזלת במים ים חודרים את שכבת תחמוצת המגן על פני השטח של סגסוגת על פני השטח של סגסוגת על פני השטח, אך לעתים קרובות מקדם פירוק חדורה בטיפ סדק.

חם קרקר

סדקים חמים, הידוע גם כקידוד סדקים או ריצוף ריצוף , מתרחשת כאשר ⁇ נחשפים לטמפרטורות גבוהות במהלך תהליכי ייצור כגון ריתוך, ליהוק, או ייצור תוספים.בסופר-כלוי המיוצר ניקל, סדק חם עולה מן נוכחות של רמות ייצוב נמוך (RenFicing-bit) בגבולות דגנים, לעתים קרובות מועשר עם אלמנטים כמו ברון, sulfur, או זרחן חם, במהלך לחץ דם גבוה יותר, כולל לחץ דם גבוה יותר.

Oxidation and Hot Corrosion

(ב) סביבת מלח של טורבינות ימית מקדמת שני מנגנוני נזק נפרדים אך קשורים: חמצון ושחיתות חמה (אוקסידציה) מתרחשת כאשר פני השטח של ⁇ מגיבים עם חמצן כדי ליצור קנה מידה, בדרך כלל תערובת של Cr2O3, Al2O3, ו- NiO, בעוד שכבת תחמוצת מתכת רציפה מתמשכת מספקת הגנה, חוזרת על פני השטח של 26%, וגורם לדלקת מתכתי דם מהירה יותר.

גורמים מנסים למנוע

גורמים הקשורים בין-תחומיים מסוימים מכתיבים האם סופר-על מבוסס ניקל ישרוד את חיי העיצוב שלו או להיכשל מוקדם יותר.כל גורם חייב להיות אחראי על במהלך בחירת החומר, עיצוב רכיב ותכנון תפעולי.

טמפרטורה ומחזוריות Thermal Cycling

הטמפרטורה התפעולית של טורבינות ימית היא הנהג המשפיע ביותר של כישלון.כפי שטמפרטורות אינלט מודרניות עולות כדי לשפר את היעילות התרמית (טורבינה מודרנית לפעול מעל 1,300 מעלות צלזיוס, עם טמפרטורות פני השטח הלהבות לעתים קרובות מעל 1,000 מעלות צלזיוס), הכוח המצמרר של העלולי והתנגדות חמצון מייצרות לחץ דם רפלקטיבי גבוה יותר, אך גם לחץ דם חם יותר עם לחץ דם חם יותר על פני השטח.

ים מים קורוזיה והתקפה Chloride

טורבינות ימיות חשופים לסביבה קורוזית.מלח ריסס, לחות, ו condensation של מי הים החלפת חומרים מחלחלים המנוע, במיוחד במהלך תקופות של idle או אם הטורבינות אינה פועלת בתא סגור לחלוטין של קיטוריום מים חלופיים (כמו סגסוגת מים) עלולים לפעול באופן מיוחד נזקי מים חמים (FLT:0break% במורד הסרט סגסוגת ⁇ ⁇ ) פסיבית של חומרת, אשר בדרך כלל יכול להגן על פני המים הירכיים תעשייתיות (כולל חומרים חמים).

מטען מכני ו Vibrations

רכיבים טורביין חשופים למערך מורכב של עומסים מכניים, כולל מתחים צנטריפוגיים מסיבוב (אשר יכול לעלות על 500 MPa בשורש הלהב), תוך נביחות מזרימת גז, ורטטים המושרה על ידי להבים עוברים תדרים, חוסר איזון רוטורי, או ניתוח איטי של ניקוי פרמטרים קריטיים, כלומר, ירידה של מתח גבוה למדי, עלולה לגרום לעייפות גבוהה של לחץ טבעי או ירידה מהירה של לחץ, 000.

מיקרו-מבנה וזיהומים

המבנה המיקרו של סופר-על מבוסס ניקל הוא מונדס כדי להשיג איזון אופטימלי של כוח, התנגדות זחילה, ואת ביצועי ההריסה של קורטוזיה.תכונות מפתח כוללות את הגודל וההפצה של ⁇ precipitates, המורפיולוגיות של כורים בגבולות דגנים, ואת גודל הדגנים הכולל הפחתה של צמיגים חשמליים - בשל טיפול לא תקין, הפרדה, או פגמים בייצור - במיוחד נחיתות כגון פולשים;

אסטרטגיות למניעת כישלון

תוך כדי ניצול חיי השירות של מרכיבים מבוססי ניקל בטורבינה ימית דורש גישה משולבת המשתרעת על ידי סגסוגת מבחר, הנדסה פני השטח, אופטימיזציה עיצוב וחיזוי חיים.

עיצוב Alloy מתקדם

(הופנה מהדף Modern ניקל-based superalloys הם תוצאה של עשרות שנים של זיכוך דגנים ממתכתי (Lygation) עבור יישומים טורבינות ימית, ⁇ עם FLT:0 High chromium (-22 wt%) ו-RenFLT:1 הם מעדיפים למקסם את ההתנגדות של קורוזיון חם יותר ויותר, תוך שמירה על חוזק מספיק חזק.

קידודים מוגנים

(ה ⁇ יחיד יכול לספק במקביל תכונות מכניות גדולות אופטימלית והתנגדות סביבתית משטח MC, ציפויים מגן מוחלים על רכיבים טורבינות לפעול כמכשול נגד חמצון ושחיתות חמה.המערכות הציפויות הנפוצות ביותר נופלות לשתי קטגוריות: βFLT:0diffusions) הן לעתים קרובות ציפויים של דלק מבוזר (FLT:1 ו-FLT:2 מעל ציפויים 3Difir) הם בדרך כלל ציפויים נמוכים יותר (או ציפויים)

עיצוב ושיפורים בייצור

שינויים בעיצוב יכולים להפחית משמעותית את ריכוזי הלחץ ולצמצם את הסיכון לכשלים:0 (Contoured Root GeometriesFLT1) הכולל את ריכוזי הצנטריפוגה באופן שווה יותר, מילוי נדיב בנקודות מצורפות של 3:1, ואופטימיזציה של תהליכי קירור בטווחים חשמליים מורכבים (FEA) היא לעתים קרובות מיקרו-קוגניטיביים (FD) ומוצרים חישוביים קצרים).

הערכה וחיזוי החיים

גם עם החומרים והעיצובים הטובים ביותר, בדיקה תקופתית חיונית לגילוי נזק בלתי אפשרי לפני שהיא מובילה לכישלון.FLT:0 Non-destructive Assessment (NDE) שיטות חיים מצטברים 1 עבור טורבינות ימית כולל בדיקות מותאמות נוכחיות עבור משטח וסדקים משפטיים קרובים, בדיקת צבע עבור פגמים פתוחים, ותרמוגרפית לגילוי מקומות חמים או מצופה בשלב זה מכבר קריטריונים של ניתוחי זמן קצר יותר.

מחקרים ב-Nickel- Based Superalloy

כישלונות בעולם האמיתי מספקים שיעורים יקרי ערך עבור הקהילה להנדסה. שתי דוגמאות מרשימות מדגישות את אינטראקציה של גורמים המתוארים במאמר זה.

מקרה 1: קורוזיה חמה של ונסטוס הראשון ב-Sea Destroyer

במהלך בדיקת אמצע החיים של טורבינת גז במשחת חיל הים של ארה"ב, כמה ארמונות בשלב ראשון עשויים של Inconel 738 נמצאו כי יש פיזור חמור ומשטח.ניתוח מטאלוגרפי גילה את FLT:0Type II של בקרת קורוזיה חמה של 5,000 ליטרים של דלק גבוה יותר מאשר ציפויים של חומר ניקוי גבוה יותר עם עומסי חומצה בינונית עם כמות מוגבלת של חומרת דלק (R) עם כמות מוגבלת של חומר חומצי חומצה בינונית של חומר חומצית (R) עם כמות מוגבלת של חומר חומצי דלק גבוהה יותר של חומר מצופה מגובה של חומר נפץ) עם כמות מוגבלת של חומר חומצי חומצה בינונית של חומר נפץ (Ric) עם כמות מוגבלת של חומר חומצי דלק גבוהה יותר של חומר חומצי חומצה גבוהה יותר של 1 ליטרים).

מקרה 2: עייפות קרק אינציוציה ב- Blade Root ב-Fal Ferry Ferry מסחרי

מעבורת מהירה גבוהה חווה כשל להב לא כלול בטורבינה העיקרית שלה, וכתוצאה מכך נזק משני ל casing ואובדן של הנעה. לבדיקה משפטית של להב השבויים (ניתוח מבוסס על בסיס כיוון מוצק, 80) זיהה סדק עייפות שמקורו בסימן רטט מבהיל על גבי לוח הבקרה הטבעי של מערכת ה-Valvedulentreved de laral de laration לאחר ניתוח של לחץ בלתי תקין של 1Freceanced) אשר הופעל על ידי ניתוח של לחץ על ידי ריצוף טבעי של לחץ על ידי ⁇ .

מסקנה

Superalloys מבוסס ניקל נשאר החומר של בחירה עבור יישומי טורבינות ימית התובעניים ביותר בגלל היכולת הבלתי-מתאמת שלהם לשמור על כוח והתנגדות להתקפה סביבתית בתנאים קיצוניים, עם זאת, המורכבות של מנגנוני כישלונות - החל מעייפות קורוזיון בנוכחות של כלורד סדקים בתעשייה שבץ חם יותר, דורש מחויבות מתמדת להבנה והפחתה יעילה ביותר של אסטרטגיות מניעה מתקדמת, כגון חיזוי יעיל יותר של פעילות גופנית, כמו גם על ידי פיתוח יעיל יותר ויותר.