Vježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina · PDF fileVježba: Izbor...

16
Vježba: Vježba: Izbor materijala za Izbor materijala za lopatice rotora plinskih lopatice rotora plinskih turbina turbina 2016. 2016.

Transcript of Vježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina · PDF fileVježba: Izbor...

Page 1: Vježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina · PDF fileVježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina Select All Materials ­All Stages Name 83. Nickel‐Cr‐Fe

Vježba:Vježba:Izbor materijala zaIzbor materijala za

lopatice rotora plinskih lopatice rotora plinskih turbinaturbina

2016.2016.

Page 2: Vježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina · PDF fileVježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina Select All Materials ­All Stages Name 83. Nickel‐Cr‐Fe

VjeVježžba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbinaba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina

Page 3: Vježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina · PDF fileVježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina Select All Materials ­All Stages Name 83. Nickel‐Cr‐Fe

VjeVježžba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbinaba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina

Ograničenja:• Rd > 360 MPa (za 107 ciklusa)• Radne temp > 900 °C• Otp. na viskotemp.oxid.  odlična• Samo tehn. keramike i metale uzeti u obzir• metali: precizni lijev (Investment casting)

1. duljina lopatica l =const2. lomna žilavost  (dane dođe do naglog loma)3. centrifugalna sila  Rm, Re ili Rd  Rd (pokretanje/ zaustavljanje/ topl. šokovi)4. temp. =900 do 1000 °C

Page 4: Vježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina · PDF fileVježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina Select All Materials ­All Stages Name 83. Nickel‐Cr‐Fe

Select All Materials ­ All StagesName1. Zirconium carbide2. Zirconia bio‐ceramic3. Zirconia (yttria stabilized, transformation toughened)4. Zirconia (transformation toughened)(L)5. Zirconia (Y‐TZP)(HIP)6. Tungsten‐rhenium alloy, wire7. Tungsten‐rhenium alloy, W‐25Re8. Tungsten‐copper alloy, elkonite 50W39. Tungsten‐Ni‐Mo‐Fe alloy, Anviloy 115010. Tungsten‐Ni‐Fe alloy, ROSM WH9766F11. Tungsten‐Ni‐Fe alloy, ROSM WH9560F (Densamet heavy 

alloy)12. Tungsten‐Ni‐Fe alloy, ROSM WH9375F13. Tungsten‐Ni‐Fe alloy, CMW 300014. Tungsten‐Ni‐Cu‐Mo alloy15. Tungsten‐Ni‐Cu alloy, ROSM WH9075C16. Tungsten‐Ni‐Cu alloy, CMW 3950 (mallory heavy alloy) 17. Tungsten‐Cu‐Ni alloy, ROSM WH8035F18. Tungsten, commercial purity, R07004, wire19. Tungsten, commercial purity, R07004, annealed20. Stainless steel, austenitic, AISI 304, wrought, HT grade D21. Stainless steel, austenitic, AISI 304, wrought, HT grade C22. Stainless steel, austenitic, AISI 304, wrought, HT grade B23. Stainless steel, austenitic, AISI 302, wrought, HT grade D24. Stainless steel, austenitic, AISI 302, wrought, HT grade C25. Stainless steel, austenitic, AISI 302, wrought, HT grade B26. Silicon nitride (sintered)27. Silicon nitride (hot pressed)(5%MgO)28. Silicon nitride (HIP)29. Silicon carbide (hot pressed)Contains 2% Al2O330. Silicon carbide (hot pressed)

VjeVježžba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbinaba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina

Select All Materials ­ All StagesName31. Silicon carbide (HIP)32. Sialons (Si‐Al‐O‐N ceramic)33. Sapphire (single crystal)34. Rhenium, commercial purity, soft35. Rhenium, commercial purity, hard36. Osmium, commercial purity, soft37. Osmium, commercial purity, hard38. Nickel‐tungsten alloy, MAR‐M 200, directionally solidified39. Nickel‐tungsten alloy, MAR‐M 200, as cast40. Nickel‐magnetic alloy, alloy 2A, cold rolled, soft41. Nickel‐magnetic alloy, 79Ni‐4Mo‐Fe, alloy 4, cold rolled, soft42. Nickel‐magnetic alloy, 49Ni‐Fe, alloy 2B, cold rolled, soft43. Nickel‐magnetic alloy, 45Ni‐Fe, alloy 1, cold rolled, soft44. Nickel‐chromium alloy, NIMONIC 81, heat treated45. Nickel‐chromium alloy, NIMONIC 80A, heat treated46. Nickel‐chromium alloy, NIMONIC 75, annealed47. Nickel‐chromium alloy, NICHROME V, annealed (resistance 

alloy)48. Nickel‐chromium alloy, N06008, annealed (resistance alloy) 49. Nickel‐chromium alloy, INCONEL 754, wrought, annealed50. Nickel‐chromium alloy, INCONEL 713L, cast, as cast51. Nickel‐chromium alloy, INCONEL 713, cast, as cast52. Nickel‐chromium alloy, INCONEL 706, wrought, annealed53. Nickel‐chromium alloy, INCONEL 690, wrought, annealed54. Nickel‐chromium alloy, INCONEL 671, wrought, annealed55. Nickel‐chromium alloy, INCONEL 625, wrought, annealed56. Nickel‐chromium alloy, INCONEL 600, wrought, wire 

(spring)57. Nickel‐chromium alloy, INCONEL 600, wrought, spring 

temper58. Nickel‐chromium alloy, INCONEL 600, wrought, hard

Page 5: Vježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina · PDF fileVježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina Select All Materials ­All Stages Name 83. Nickel‐Cr‐Fe

VjeVježžba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbinaba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina

Select All Materials ­ All StagesName83. Nickel‐Cr‐Fe alloy, alloy 705, as cast84. Nickel‐Cr‐Fe alloy, NICHROME, annealed (resistance alloy) 85. Nickel‐Cr‐Fe alloy, INCONEL 601, wrought86. Nickel‐Cr‐Co‐Mo alloy, Rene 41, wire87. Nickel‐Cr‐Co‐Mo alloy, Rene 41, solution treated & aged88. Nickel‐Cr‐Co‐Mo alloy, Rene 4189. Nickel‐Cr‐Co‐Mo alloy, INCONEL 617, wrought90. Nickel‐Cr‐Co alloy, NIMONIC PK33, heat treated91. Nickel‐Cr‐Co alloy, NIMONIC 90, heat treated92. Nickel‐Cr‐Co alloy, NIMONIC 115, heat treated93. Nickel‐Cr‐Co alloy, MAR‐M 421, as cast94. Nickel‐Cr‐Co alloy, IN‐939, as cast95. Nickel‐Cr‐Co alloy, IN‐738C, as cast96. Nickel‐Cr‐Co alloy, IN‐162, as cast97. Nickel‐Co‐Cr alloy, UDIMET 700, bar98. Nickel‐Co‐Cr alloy, UDIMET 500, bar99. Nickel‐Co‐Cr alloy, NIMONIC 105, bar100. Nickel‐Co‐Cr alloy, MAR‐M 432, as cast101. Nickel‐Co‐Cr alloy, IN‐100, as cast102. Nickel‐Co‐Cr alloy, HAYNES C263 (NIMONIC 263), sheet 103. Nickel‐Co‐Cr alloy, EP741NP104. Nickel‐Co‐Cr alloy, B‐1900, as cast105. Diamond106. Cobalt‐base‐superalloy, X‐40, cast107. Cobalt‐base‐superalloy, WI‐52, cast108. Cobalt‐base‐superalloy, UMCo‐50, wrought109. Cobalt‐base‐superalloy, MAR‐M 509, cast110. Cobalt‐base‐superalloy, MAR‐M 302, cast111. Cobalt‐base‐superalloy, L605, wrought, solution treated112. Cobalt‐base‐superalloy, HS 188, wrought, solution treated

Select All Materials ­ All StagesName59. Nickel‐chromium alloy, INCONEL 600, wrought, annealed60. Nickel‐chromium alloy, INCONEL 600, wrought (hot 

worked)61. Nickel‐chromium alloy, INCONEL 600, wrought (cold 

worked)62. Nickel‐chromium alloy, INCONEL 600, wrought (cold 

drawn)63. Nickel‐chromium alloy, HAYNES 230, wrought, annealed64. Nickel‐chromium alloy, HASTELLOY X, wrought, solution 

treated65. Nickel‐chromium alloy, HASTELLOY G‐3, wrought, solution 

treated66. Nickel‐chromium alloy, HASTELLOY G, wrought, solution 

treated67. Nickel‐W‐Co alloy, MAR‐M 247, as cast68. Nickel‐W‐Co alloy, MAR‐M 246, as cast69. Nickel‐Mo‐Cr alloy, HASTELLOY S70. Nickel‐Mo‐Cr alloy, HASTELLOY N71. Nickel‐Mo‐Cr alloy, HASTELLOY C‐472. Nickel‐Mo‐Cr alloy, HASTELLOY C‐27673. Nickel‐Fe‐Cr alloy, UDIMET 630, bar74. Nickel‐Fe‐Cr alloy, PYROMET 860, bar75. Nickel‐Fe‐Cr alloy, NIMONIC PE16, bar76. Nickel‐Fe‐Cr alloy, NIMONIC PE11, bar77. Nickel‐Fe‐Cr alloy, NIMONIC 942, bar78. Nickel‐Fe‐Cr alloy, INCOLOY 825, annealed79. Nickel‐Fe‐Cr alloy, INCOLOY 801, aged80. Nickel‐Fe‐Cr alloy, INCOLOY 800, spring temper, wire81. Nickel‐Fe‐Cr alloy, INCOLOY 800, cold drawn, bar82. Nickel‐Fe‐Cr alloy, HAYNES HR‐120, annealed

Page 6: Vježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina · PDF fileVježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina Select All Materials ­All Stages Name 83. Nickel‐Cr‐Fe

VjeVježžba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbinaba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina

Select All Materials ­ All StagesName113. Cobalt‐base‐superalloy, HAYNES STELLITE 6K, wrought114. Cobalt‐base‐superalloy, HAYNES STELLITE 6B, wrought115. Chromium‐nickel alloy, 50Cr‐50Ni, as cast116. Chromium‐nickel alloy, 50Cr‐48Ni‐2Cb, as cast117. Alumina (pressed and sintered)118. Alumina (99.5)(finegrain)

Page 7: Vježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina · PDF fileVježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina Select All Materials ­All Stages Name 83. Nickel‐Cr‐Fe

Help  Index Fan

VjeVježžba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbinaba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina

Page 8: Vježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina · PDF fileVježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina Select All Materials ­All Stages Name 83. Nickel‐Cr‐Fe

VjeVježžba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbinaba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina

Maksimalna brzina vrtnje ω (bez opasnosti od loma)dobiva se s materijalima koji imaju velik iznos:

ili obrnuto: M1=/KIcmin

za otp. na centrif. sile:M2= /Rd min

Page 9: Vježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina · PDF fileVježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina Select All Materials ­All Stages Name 83. Nickel‐Cr‐Fe

VjeVježžba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbinaba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina

Page 10: Vježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina · PDF fileVježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina Select All Materials ­All Stages Name 83. Nickel‐Cr‐Fe

VjeVježžba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbinaba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina

Density / Fatigue strength at 10^7 cycles2 5 10 20 50

Den

sity

/ F

ract

ure

toug

hnes

s

20

50

100

200

500

1000

2000

5000

Diamond

Sapphire (single crystal)

Zirconium carbide

Osmium, commercial purity, hard

Nickel-Cr-Co-Mo alloy, Rene 41, wire

Stainless steel, austenitic, AISI 304, wrought, HT grade D

Tungsten, commercial purity, R07004, wire

Nickel-chromium alloy, INCONEL 713, cast, as cast

Zirconia (Y-TZP)(HIP)

Zirconia bio-ceramic

Zirconia (transformation toughened)(L)

Tungsten, commercial purity,R07004, annealed

Stainless steel, austenitic, AISI 304, wrought, HT grade D

Silicon nitride (hot pressed)(5%MgO)

temp >900 °C

Page 11: Vježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina · PDF fileVježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina Select All Materials ­All Stages Name 83. Nickel‐Cr‐Fe

Density / Fatigue strength at 10^7 cycles2 5 10 20 50

Den

sity

/ F

ract

ure

toug

hnes

s

20

50

100

200

500

1000

2000

5000

Diamond

Sapphire (single crystal)

Nickel-Cr-Co-Mo alloy, Rene 41, wire

Tungsten, commercial purity, R07004, wire

Zirconia (Y-TZP)(HIP)

Zirconia bio-ceramic

Zirconia (transformation toughened)(L)

Tungsten, commercial purity,R07004, annealed

Silicon nitride (hot pressed)(5%MgO)

Nickel-chromium alloy, NICHROME V, annealed (resistance alloy)

Nickel-Co-Cr alloy, UDIMET 700, bar

Nickel-chromium alloy, N06008, annealed (resistance alloy)

Tungsten, commercial purity, R07004, annealed

VjeVježžba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbinaba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina

temp >1000 °C

Page 12: Vježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina · PDF fileVježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina Select All Materials ­All Stages Name 83. Nickel‐Cr‐Fe

Density / Fatigue strength at 10^7 cycles2 5 10 20 50

Den

sity

/ F

ract

ure

toug

hnes

s

20

50

100

200

500

1000

2000

5000

Diamond

Sapphire (single crystal)

Nickel-Cr-Co-Mo alloy, Rene 41, wire

Tungsten, commercial purity, R07004, wire

Zirconia (Y-TZP)(HIP)

Zirconia bio-ceramic

Zirconia (transformation toughened)(L)

Tungsten, commercial purity,R07004, annealed

Silicon nitride (hot pressed)(5%MgO)

Nickel-chromium alloy, NICHROME V, annealed (resistance alloy)

Nickel-Co-Cr alloy, UDIMET 700, bar

Nickel-chromium alloy, N06008, annealed (resistance alloy)

Tungsten, commercial purity, R07004, annealed

VjeVježžba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbinaba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina

temp >1100 °C

Page 13: Vježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina · PDF fileVježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina Select All Materials ­All Stages Name 83. Nickel‐Cr‐Fe

VjeVježžba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbinaba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina

Cijena materijala za rotor je:

gdje je Cm cijena materijala po kg, ρ je gustoća , a V volumenmaterijala rotora.Volumen je određen polumjerom R, koji je zadan (ograničenje). Trošak je minimalan ako se biraju materijali s visokim omjerom volumena po jedinici cijene:

max

Page 14: Vježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina · PDF fileVježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina Select All Materials ­All Stages Name 83. Nickel‐Cr‐Fe

VjeVježžba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbinaba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina

1/ (

Den

sity

*Price

)

1e-9

1e-8

1e-7

1e-6

1e-5

Diamond

Silicon carbide (hot pressed)Contains 2% Al2O3Silicon carbide (hot pressed)

Alumina (pressed and sintered)

Sialons (Si-Al-O-N ceramic)

Silicon nitride (hot pressed)(5%MgO)

Cobalt-base-superalloy, X-40, castNickel-chromium alloy, INCONEL 600, wrought, spring temper

Nickel-chromium alloy, NIMONIC 80A, heat treatedNickel-Co-Cr alloy, HAYNES C263 (NIMONIC 263), sheet

Tungsten-rhenium alloy, wire

Tungsten-rhenium alloy, W-25Re

Page 15: Vježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina · PDF fileVježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina Select All Materials ­All Stages Name 83. Nickel‐Cr‐Fe

VjeVježžba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbinaba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina

Select All Materials - All Stages

Name 1/ ( Density*Price)1. Silicon carbide (hot pressed)Contains 2% Al2O3 2.03e‐5 ‐ 2.92e‐5

2. Silicon carbide (hot pressed) 2.01e‐5 ‐ 2.87e‐5

3. Silicon carbide (HIP)1.99e‐5 ‐ 2.84e‐5

4. Alumina (pressed and sintered) 1.2e‐5 ‐ 1.8e‐5

5. Sialons (Si‐Al‐O‐N ceramic) 1.02e‐5 ‐ 1.49e‐5

6. Zirconia (transformation toughened)(L) 8.51e‐6 ‐ 1.23e‐5

7. Zirconia bio‐ceramic 8.26e‐6 ‐ 1.19e‐5

8. Zirconia (yttria stabilized, transformation toughened) 8.12e‐6 ‐ 1.17e‐5

9. Zirconia (Y‐TZP)(HIP) 8e‐6 ‐ 1.16e‐5

55. wire 8.65e‐7 ‐ 9.56e‐7

56. Tungsten‐rhenium alloy, W‐25Re 1.68e‐7 ‐ 1.85e‐7

57. Sapphire (single crystal) 4.53e‐9 ‐ 4.82e‐9

58. Diamond 5.99e‐10 ‐ 1.2e‐9

Page 16: Vježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina · PDF fileVježba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina Select All Materials ­All Stages Name 83. Nickel‐Cr‐Fe

VjeVježžba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbinaba: Izbor materijala za lopatice rotora plinskih turbina

Ceramics and glasses Metals and alloys

1/ (

Den

sity

*Price

)

1e-9

1e-8

1e-7

1e-6

1e-5

1e-4

Silicon carbide (hot pressed)Sialons (Si-Al-O-N ceramic)

Zirconia (transformation toughened)(L)

Alumina (99.5)(finegrain)

Cobalt-base-superalloy, UMCo-50, wroughtNickel-Cr-Fe alloy, NICHROME, annealed (resistance alloy)

Nickel-chromium alloy, HASTELLOY X, wrought, solution treated

Tungsten, commercial purity, R07004, wire

Tungsten-rhenium alloy, wire

Tungsten-rhenium alloy, W-25Re

Diamond

Silicon carbide (hot pressed)Contains 2% Al2O3

Alumina (pressed and sintered)Silicon carbide (HIP)

Nickel-Co-Cr alloy, NIMONIC 105, bar