liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Environmental aspects on LCF-life of Ni-base superalloys during long term operation
Linköping University, Department of Management and Engineering, Engineering Materials. Linköping University, The Institute of Technology.
Swerea Kimab.
Siemens Turbomachinery AB.
2012 (English)Report (Refereed)
Abstract [en]

The applicability of fine grain polycrystalline nickel base superalloys in gas or steam

turbine applications is often limited by their susceptibility to fast intergranular cracking

during fatigue in combination with extended hold times at high temperatures and high

tensile stresses. This effect is further enhanced in corrosive environments even at

moderate temperatures such as 400-600°C.

In this study the negative effect of SO2 + water vapour on the low cycle fatigue

resistance of three different nickel based superalloys (Nimonic 901, Inconel 718 and

718plus) has been studied at 450°C and 550°C. A negative effect was found on both the

crack initiation and crack propagation process. The effect increases with increasing

temperature and is likely to be influenced by both the chemical composition and the

grain size of the material.

The negative effect of water vapour + SO2 is manifested by a decreased resistance to

cyclic plastic deformation and a transition from transcrystalline to intercrystalline

fracture behaviour. In Nimonic 901 this negative effect increases with the degree of

plastic deformation. For lower mechanical strain amplitudes where the number of cycles

and the total exposure time is increased the environmental impact is reduced. Similar

trends can also be noticed for the other alloys. The surface corrosion in air and in SO2 +

water vapour are found to be rather similar in this study and it is therefore concluded

that the surface scale can remain adherent and protective if the strains on the oxide scale

are low. However, for LCF tests with higher strain ranges, the oxide scale will rupture

preferably at the grain boundaries and intergranular microcracks will initiate which

promotes inward diffusion of embritteling elements such as oxygen and sulphur.

Inconel 718 seems to be more sensitive to SO2 + water vapour than Nimonic 901 when

tested at 450°C. The overall resistance to LCF is however still higher in Inconel 718 for

the test conditions investigated in this study, this is due to the exceptionally good

resistance to low cycle fatigue that this alloy has from the start (as seen for the tests in

air).

Abstract [sv]

Att det finns en negativ inverkan från korrosiva ämnen på utmattningsegenskaperna hos

Nickelbas-material även vid förhållandevis måttliga temperaturer (400-600ºC) är ett

faktum som är allmänt vedertaget men som sällan har studerats i noggranna

laboratorieförsök. Interaktion mellan t.ex. syre och mekaniska spänningar i en

sprickspets kan ge upphov till försprödningsmekanismer som kan vara förödande för

materialets egenskaper.

I denna studie har inverkan från SO2 (i gasfas) och vattenånga på

lågcykelutmattningsegenskaperna (LCF) undersökts vid temperaturer kring 500ºC för 3

st olika smidda nickelbaslegeringar (Nimonic 901, Inconel 718 och Alloy 718plus).

Syftet har varit att undersöka känsligheten för miljöinverkan på egenskaperna hos

turbinskivor vid relativt långa driftstider. Laboratorieförsöken har dock accelererats

genom förhöjda temperaturer och högre halter av korrosiva ämnen.

Lågcykelutmattningsförsök har utförts vid olika temperaturer och i olika miljöer.

Brottbeteendet hos dessa prover har studerats med hjälp av SEM.

Från studien har följande slutsatser dragits:

• Det finns en negativ effekt av SO2 + vattenånga redan vid korta exponeringstider

och så måttliga temperaturer som 450°C. Den negativ effekten ökar med

temperaturen. Det är även troligt att det finns en negativ effekt vid ännu lägre

temperaturer om drifttiderna är tillräckligt långa.

• Den negativa effekten av SO2 + vattenånga ger upphov till minskad

motståndskraft mot cyklisk plastisk deformation samtidigt som brottbeteendet

övergår från transkristallint till interkristallint.

• Inconel 718 verkar vara mest känslig för miljöinverkan. Denna legering har från

början ett mycket bra motstånd mot lågcykelutmattning i luft och klarar sig i en

jämförelse även bra i de försök som har gjorts i miljö i denna studie, även om

miljöfaktorn var störst för denna legering.

• Den största negativa effekt av SO2 + vattenånga ses för höga töjningsomfång

och få antal cykler till brott, även om detta innebär den kortaste totala

exponeringstiden. Förklaringen är att det skyddande oxidskikt som bildas på

provstavens yta bryts upp i korngränserna för prov med högt töjningsomfång.

När detta sker kan syre och svavel diffundera in i materialet längs korngränserna

och orsaka försprödning av korngränserna.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: Värmeforsk Service AB , 2012. , 37 p.
Series
Värmeforsk rapport, ISSN 1653-1248 ; 1223
Keyword [en]
LCF, Fatigue, SO2, Superalloys
Keyword [sv]
LCF, utmattning, SO2, Superlegeringar
National Category
Metallurgy and Metallic Materials
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-77946OAI: oai:DiVA.org:liu-77946DiVA: diva2:530112
Available from: 2012-06-01 Created: 2012-06-01

Open Access in DiVA

No full text

Other links

Värmeforsk rapportdatabas

Authority records BETA

Moverare, Johan

Search in DiVA

By author/editor
Moverare, Johan
By organisation
Engineering MaterialsThe Institute of Technology
Metallurgy and Metallic Materials

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 183 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf