報告書番号

Q04008

タイトル（和文）

Ni基一方向凝固超合金の高温強度評価法の開発 -第5報：実機模擬多軸熱疲労条件下の寿命特性の把握と評価法の開発-

タイトル（英文）

Development of high temperature strenngth evaluation method for nickel-based directionally solidified superally (5th report: Characterization of life property and development of life assessment method under biaxial thermo-mechanical fatigue loading subjected to actual blades.

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

ガスタービン（GT）を保有する電力各社では、GTの適切な保守運用によるコスト低減のため、動翼のき裂発生寿命評価法の開発に対する強いニーズがある。本研究では、1300℃級GT動翼材料であるNi基一方向凝固（DS)超合金を対象に、実機条件を模擬した多軸熱疲労試験および等2軸高温疲労試験を実施した。ひずみ保持のない多軸熱疲労寿命および等2軸引張圧縮疲労寿命は、Mises相当ひずみ範囲にによっては整理できないが、Γ-plane上の等寿命線から導出された等価せん断ひずみ範囲によって統一的に整理することができた。また、CoCrAlYコーティング材は、基材に比べ同一条件で1/2～1/3に寿命が低下することが明らかとなった。非線形累積損傷モデルをベースとする寿命推定式を定式化し、同式を用いて最高温度でひずみ保持を有する実機模擬熱疲労条件下の寿命を1/1.5倍～1．5倍の範囲内で良好に推定することができた。

概要 （英文）

Strong needs has been exsiting to develop life assessment methods of gas turbine blades for maintenance and operating cost reduction in utilities. In this study, biaxial thermo-mechanical fatigue(TMF) and equi-biaxial fatigue tests simulating actual balde loading condition have been carried out using a directionally solidified superalloy which is typically used in 1300C class gas turbine blades. Fatigue lives under biaxial TMF and equi-biaxial fatigue could not be correlated with Mises equivalent strain range. An euqivalent shear strain range was derived based on Γ-plane theory, and biaxial TMF life was well correlated with the equivalent shear strain range. It was found that fatigue life of CoCrAlY coated material reduced 1/2 to 1/3 from that of substrate. Fialure lives of biaxial TMF with strain hold condition could be predicted by a equation derived from the nonlinear damage accumulation model within 1/1.5 to 1.5 times on observed life.

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