報告書番号

Q06004

タイトル（和文）

ガスタービン動翼材料Ni基多結晶超合金および一方向凝固超合金の高温多軸疲労寿命評価法の開発

タイトル（英文）

Development of High Temperature Biaxial Fatigue Life Evaluation Method for Ni base conventional casting and directionally solidified superalloys used as gas turbine blade materials

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

Ni基多結晶超合金および一方向凝固超合金は、ガスタービン動翼材料として広く使用されている。ガスタービン動翼表面は、翼高さ方向とそれに垂直方向に引張圧縮負荷が繰返される多軸疲労条件下におかれる。動翼でのき裂発生寿命を正確に予測するには、Ni基超合金の多軸疲労条件下での寿命特性の把握とそれに基づく寿命評価法の開発が不可欠である。本研究では、Ni基多結晶超合金IN738LCおよび一方向凝固超合金GTD111DSを対象に高温多軸疲労試験を実施し、多軸疲労データを取得するとともに、寿命評価法について議論した。IN738LCの高温多軸疲労寿命は、Mises相当ひずみ範囲によって統一的に整理することができた。一方、GTD111DSでは、疲労寿命がひずみ比,φ（y方向ひずみに対するx方向ひずみの比）に依存するとともに、最大主ひずみの方向にも依存し、疲労破損の異方性を示した。E-plane上にGTD111DSの破損クライテリオンを導出し、これに基づいて等価垂直ひずみ範囲を定式化した。この等価垂直ひずみ範囲によって、GTD111DSの多軸疲労寿命を統一的に整理することができた。また、動翼表面の負荷状態に近い多軸圧縮ひずみ保持条件下の疲労寿命を非線形累積損傷側を適用して良好に推定することができた。

概要 （英文）

Conventional casting and directionally solidified Ni base superalloys are widely used as combustion turbine blades. Surface of these blades are subjected to in-plane biaxial fatigue loading at very high temperatures. Purposes of this study are to develop a high temperature in-plane biaxial fatigue testing equipment and to obtain biaxial fatigue life properties of CC and DS Ni base superalloys. Biaxial fatigue life evaluation methods were also discussed. Biaxial failure lives of the CC Ni base superalloy were correlated with Mises equivalent strain range. On the other hand, large scatter was observed when biaxial fatigue life data of DS superalloy is correlated with Mises equivalent strain range. Fatigue life depends on x-directional strain indicating the significant life difference between principal strain ratio under the same applied principal strain range. Iso-fatigue life curves were drawn on the principal strain plane and equivalent normal strain rage was defined from iso-fatigue failure lines. Biaxial fatigue failure lives of DS Ni base superalloy were well correlated with the normal equivalent strain range. Biaxial fatigue life with compression hold time, which is similar to actual loading condition on the surface of gas turbine blades, was predicted by the nonlinear damage accumulation model.

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