Dmitry A., Tarasov;Andrey G., Tyagunov;Oleg B., Milder
Advances in aircraft and spacecraft science
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제9권5호
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pp.367-375
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2022
Modeling the properties of complex alloys such as nickel superalloys is an extremely challenging scientific and engineering task. The model should take into account a large number of uncorrelated factors, for many of which information may be missing or vague. The individual contribution of one or another chemical element out of a dozen possible ligants cannot be determined by traditional methods. Moreover, there are no general analytical models describing the influence of elements on the characteristics of alloys. Artificial neural networks are one of the few statistical modeling tools that can account for many implicit correlations and establish correspondences that cannot be identified by other more familiar mathematical methods. However, such networks require careful tuning to achieve high performance, which is time-consuming. Data preprocessing can make model training much easier and faster. This article focuses on combining physics-based deep network configuration and input data engineering to simulate the solvus temperature of nickel superalloys. The used deep artificial neural network shows good simulation results. Thus, this method of numerical simulation can be easily applied to such problems.
Hot gas path components, which are made of nickel based superalloys, are subject to periodic replacement due to degradation of thermomechanical properties that might bring catastrophic failure during normal operation of gas turbine units. In order to rejuvenate the metallurgical condition of the serviced components, heat treating techniques such as solution annealing and aging heat treatments have widely been employed. However, the effectiveness of those typical heat treatments is not apparent enough in terms of quantitative grounds. On the other hand the demand of the rejuvenation heat treatment and hot isostatic pressing (HIP) have constantly been raised by the end users. Therefore it is necessary to verify how the typical heat treating techniques affect to the aged and degraded material. As the result of experimental work in this study, GTD-111 and GTD-222 Ni-based superalloys were collected and analyzed quantitatively through microscopic observation, microhardness evaluation and creep test.
High speed ball end milling is attracting interest in the aerospace industry for the machining of complex 31) airfoil surfaces in nickel based superalloys, Experimental work is detailed on the effect of cutter orientation on tool life, cutting forces, chip formation, specific force and workpiece surface roughness, when high speed ball end milling nickel based supperalloy(lnconel 718). Dry cutting was performed using 8min diameter solid carbide cutters coated with either TiA1N or CrN for the workpiece mounted at an angle of 45˚ from the cutter axis. A horizontal downwards cutting orientation provided the best tool life with cut lengths~50% longer than for all other directions. Evaluation of cutting forces and associated spectrum analysis of results indicated that cutters employed in a horizontal downwards direction produced the least vibration.
In general, nickel-base superalloy has been extensively used as land-based gas turbine blades and vanes. Plasma transferred arc welding(PTAW) has been considered as a repair welding process of nickel-base superalloy. This research evaluated the relationship between hot ductility behavior and hot cracking susceptibility in nickel-base superalloys. Ductility recovery rate of nickel base superalloys was found to be poor due to incipient melting and constitutional liquation. This seems to increase the hot cracking susceptibility.
Appropriate thermo-mechanical properties of nickel-based superalloys are achieved by heat treatment, which induces precipitation and solid solution hardening; thus, information on the temperature ranges of precipitation and dissolution of the precipitates is essential for the determination of the heat treatment condition. In this study, thermal analyses of nickel-based superalloys were performed by differential scanning calorimetry method under conditions of various heating rates of 5, 10, 20, or 40K/min in a temperature range of 298~1573K. Precipitation and dissolution temperatures were determined by measuring peak temperatures, constructing trend lines, and extrapolating those lines to the zero heating rate to find the exact temperature under isothermal condition. Determined temperatures for the precipitation reactions were 813, 952, and 1062K. Determined onset, peak, and offset temperatures of the first dissolution reaction were 1302, 1388, and 1406K, respectively, and those values of the second dissolution reaction were 1405, 1414, and 1462K. Determined solvus temperature was 1462K. The study showed that it was possible to use a simple method to obtain accurate phase transition temperatures under isothermal condition.
A high-temperature gas-cooled reactor (HTGR) is recognized as the best candidate reactor for next generation nuclear reactors. Helium is used to be the coolant in the core of the HTGR with temperature expected to exceed $900^{\circ}C$ at the core outlet. Several iron- and nickel-based superalloys, including Alloy 800H, Hastelloy X, and Alloy 617, are potential structural materials for intermediate heat exchanger (IHX) in an HTGR. Oxidation behaviors of three selected alloys (Hastelloy X, Alloy 800H, and Alloy 617) were investigated at four different temperatures from $650^{\circ}C$ to $950^{\circ}C$ under helium environments with various concentrations of $O_2$ and $H_2O$. Preliminary results showed that chromium oxide as the primary protective layer was observed on surfaces of the three tested alloys. Based on results of mass gain and SEM analyses, Hastelloy X alloy exhibited the best corrosion resistance in all corrosion tests. Further details on the oxidation mechanism of these alloys are presented in this study.
Despite of considerable research results or uniaxial tension creep available for superalloys, few studies have been made on high temperature creep using the Initial Stram Method (ISM) In this paper, the real-time prediction of high temperature creep strength and creep lift for the nickel-based superalloy Udimet 720 (high-temperature and high-pressure gas turbine engine materials) was performed on round-bar type specimens under pure static load at the temperatures of 538$^{\circ}C$. 649$^{\circ}C$, and 704$^{\circ}C$. The predictive equation derived from the ISM in creep tests showed better reliability than those from LMP (Larson-Miller Parameter) and LMP-lSM (Larson Miller Parameter-Initial Strain Method) specially for long time creep prediction (10$^3$∼10$\^$5/h).
본 연구의 목적은 고온부품의 소재로 사용하는 니켈기 초합금인 DA-5161 SX에 대한 크리프시험으로 얻은 시편 의 주사전자현미경으로 촬영한 미세조직 단면의 이미지로부터 인공지능 기반 열화인덱스(Degradation Index)로 정 량화 하는 새로운 방법을 제시하고 운전 중인 기기의 고온부품의 구성품을 파괴하지 않고 베이지안 추론 기반 열화 도를 예측하는 모델과, Larson-Miller Parameter(LMP)를 예측하여 크리프 수명 예측 모델을 제안하는 것이다. 니켈 기 초합금 미세조직인 감마프라임 상(γ')의 기하학적 특징 및 베이지안 추론 기반으로 소량의 이미지로 일관성 있는 대푯값을 추론하는 새로운 열화인덱스 방법과 고온부품을 파괴하지 않고 소재의 환경조건 정보만으로 열화인덱스 와 LMP를 예측할 수 있는 방법을 제안한다.
Transient liquid phase (TLP) bonding is essential technology to repair micro-cracking on the airfoil of blades and vanes for gas turbines. Understanding of the characteristics of TLP bonding of the superalloys is necessary in the application of the technology for repairing these components. In this study, the focus was on investigating TLP bonding characteristics of ${\gamma}^{\prime}$ precipitation strengthened Ni based superalloy. TLP bonding was carried out with an amorphous filler metal in various bonding conditions, and the microstructural characterization was investigated through optical microscopy (OM) and electron probe micro-analysis (EPMA). The experimantal results explained clearly that bonding temperatures had critical effects on the TLP bonding behaviors, and that isothermal solidication of the joints made at higher temperatures than $1170^{\circ}C$ was controlled by Ti diffusion instead of B.
Over the last decade, the next generation's ultra-high-temperature materials as an alternative to Nickel-based superalloys have been highlighted. Ultra-high-temperature materials based on refractory metals are one of several potential candidates. In particular, molybdenum alloys with small amounts of silicon and boron (Mo-Si-B alloys) have superior properties at high temperature. However, research related to Mo-Si-B alloys were mainly conducted by several developed countries but garnered little interest in Korea. Therefore, in this review paper, we introduce the development history of Mo-Si-B alloys briefly and discuss the properties, particularly the mechanical and oxidation properties of Mo-Si-B alloys. We also introduce the latest research trends of Mo-Si-B alloys based on the research paper. Finally, for domestic research related to this field, we explain why Mo-Si-B alloys should be developed and suggest the potential directions for Mo-Si-B alloys research.
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