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Prove di fatica oligociclica su leghe a base nichel invecchiate per creep, in ambito COST 538

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Prove di fatica oligociclica su leghe a base nichel invecchiate per creep, in ambito COST 538

Il presente rapporto descrive le attività svolte nell’ambito del progetto Flessibilità ed affidabilità dei cicli combinati in relazione alla partecipazione di CESI RICERCA nell’azione COST 538 High Temperature Plant Life Extension. Obiettivo principale dell’azione COST 538 è lo sviluppo di tecniche, algoritmi, modelli e dati allo scopo di valutare la vita residua dei componenti di impianto operanti ad alta temperatura. In particolare, il WP3 (Ni- alloy degradation) ha come scopo la raccolta di dati di resistenza a fatica oligociclica su leghe invecchiate a creep in laboratorio, in modo da disporre di informazioni con cui si possa quantificare il livello di degrado delle proprietà meccaniche delle superleghe a base Nickel delle palette esercite dei primi stadi delle turbine a gas. Nell’ambito di questo WP sono stati scelti come materiali da esaminare due leghe a base nichel molto diffuse, di diversa tipologia: Inconel 738 (lega fusa equiassica) e CMSX-4 (lega fusa a singolo cristallo). In particolare CESI RICERCA ha preso in considerazione: • il comportamento di CMSX-4 come resistenza a fatica oligociclica nello stato di fornitura e dopo invecchiamento con prove di creep interrotto • l’invecchiamento di Inconel 738, dotato di barriera termica nel tratto utile, il cui test avrà inizio nei mesi a venire. In appendice al presente rapporto è riportato il rapporto finale del progetto I4 di CESI RICERCA svolto nel WP3 dell’azione COST 538. Il documento contiene il dettaglio di tutta l’attività sperimentale svolta comprendendo anche lo studio con tecnica elettrochimica del degrado materiale che era stato sviluppato negli anni 2004-2005 del precedente triennio RdS. In una prima fase sono state effettuate prove su barre della lega CMSX-4 allo stato di fornitura, di due produttori diversi (Thyssen ed Alstom); esse hanno consentito una valutazione dell’effettiva dispersione dei risultati, rispetto ad un approccio tipo scatterband da valori di riferimento reperibili in letteratura. Nel corso del terzo anno sono state ricevute sempre da Alstom nuove barre aventi orientazione pari a 001. Da questo materiale, sono stati ricavati provini per prove interrotte di scorrimento viscoso a caldo, eseguite nelle condizioni richieste dal coordinatore (T= 850 °C, σ = 320 MPa, t = 2500 h e T= 950 °C, σ = 150 MPa, t = 2500 h). I campioni dopo tale “invecchiamento artificiale sotto sforzo” sono stati rilavorati per eseguire prove di fatica oligociclica alle medesime temperature utilizzate per la precedente caratterizzazione del materiale nello stato di fornitura. I risultati hanno mostrato che in entrambi i casi si ha una riduzione del 50% della resistenza a fatica oligociclica della lega, in termini di numero di cicli a rottura, a parità di temperatura di prova e di intervallo di deformazione applicato. Ulteriori analisi del comportamento del materiale verranno pubblicati nella prossima Conferenza di Liegi grazie alla condivisione dei dati sperimentali prodotti da CESI RICERCA con altri partner dell’azione COST 538, alcuni dei quali eseguono la modellazione del degrado della lega di nickel in oggetto, a partire da caratteristiche microstrutturali e termodinamiche del materiale base e dei precipitati; in tale contesto le prove fatte verranno utilizzate come conferma delle previsioni dei modelli.

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