Wpływ mikrostruktury na właściwości superstopów
Superstopy to kombinacje metali o wysokiej wytrzymałości i sprawności cieplnej, dzięki czemu doskonale nadają się do budowy konstrukcji narażonych na naprężenia mechaniczne i ekstremalne temperatury. Superstopy na bazie niklu (Ni) stały się niezastąpione w produkcji łopat turbin i dysków pracujących w najgorętszych częściach silników lotniczych. Znajdują też zastosowanie w statkach kosmicznych i reaktorach jądrowych. W ramach projektu MICROMECH (Microstructure based material mechanical models for superalloys), finansowanego ze środków UE, opracowano wieloskalowy model obliczeniowy do polikrystalicznych superstopów niklowych obrabianych przy pomocy odlewania i kucia. Opisuje od mechanizmy odkształceń i uszkodzeń oraz cechy i defekty mikrostrukturalne tych materiałów. Dokładniej mówiąc, model MICROMECH uwzględnia informacje strukturalne, od poziomu mikronowych monokryształów i polikryształów po związki i komponenty polikrystaliczne. Model opisuje wpływ temperatury na wytrzymałość na rozciąganie, zmęczenie, propagację spękań i pełzanie w oparciu o właściwości mikrostrukturalne, takie jak wielkość ziaren i warunki powierzchniowe. Podstawowym narzędziem umożliwiającym przewidywanie właściwości mechanicznych związków polikrystalicznych jest model elementów skończonych ukazujący reprezentatywne elementy objętościowe ich mikrostruktury. Modele plastyczności kryształów stosowane są do symulacji zachowania mikrosłupków wewnątrz ziaren. Aby je opracować, uczeni wykorzystali dane uzyskane z testów mikromechanicznych prowadzonych na monokryształach i dwukryształach sfrezowanych ze struktur polikrystalicznych. Szeroko zakrojone testy mikromechaniczne pozwoliły na uzyskanie realistycznego i dokładnego modelu, umożliwiającego przewidywanie właściwości mechanicznych struktur stosowanych w projektowaniu komponentów. Opracowany model potrafi prognozować trwałość zmęczeniową w warunkach testowych stopów In718 jako funkcję mikrostruktury, temperatury i przyłożonego naprężenia. Model MICROMECH pozwoli inżynierom projektować ulepszone struktury z superstopów na bazie niklu, przynosząc też dodatkowe korzyści w postaci niższych kosztów, mniejszego wpływu na środowisko i wspierania prymatu technologicznego UE.
Słowa kluczowe
Mikrostruktura, superstop, model obliczeniowy, MICROMECH, polikrystaliczne
