Inconel: Havacılık ve Enerji İnovasyonuna Güç Veren Yüksek Performanslı Alaşım

İki alıcı aynı gün aynı alaşım 718 çubuğu sipariş eder. Biri uçak motoru için bir kompresör diski, diğeri ise bir gaz iletim istasyonu için bir valf gövdesi üretir. Her iki çizimde de UNS N07718 yazar, her ikisi de sertifika gerektirir ve hiçbir parça birbiriyle değiştirilemez. Fark kompozisyonda ve alaşım adında değil. Teslimat koşulunda, ısıl işlem rotasında, parçanın sonunda beklenen özellikte ve parçanın buna uyduğunu kanıtlayan belgede yatmaktadır.

Alaşımlı 718, demirin denge olduğu, çökelmeyle sertleştirilmiş bir nikel-krom alaşımıdır ve soğuk işlemle değil, gama prime ve gama double prime fazları ile sertleştirilir. Üretici, -253 °C ila 704 °C arasında kullanılabilir bir aralık belirtir ve bu aralığın üst ucu, mukavemeti sağlayan aynı çökelti tarafından belirlenir. Havacılık ve enerji çalışmalarıyla ilgili her şey bu pencere içinde yer alır ve iki endüstri, farklı kabul kurallarıyla bunun farklı bölümlerini kullanır.

Bu sayfa, iki pazarı taşıyan teslimat koşullarını, iki ısıl işlem rotasını ve her birinin neyi feda ettiğini, bir türbin kanadının neden alaşımlı 718 parçası olmadığını ve petrol ve gazın üzerine eklediği üçüncü rotayı ortaya koymaktadır.

Kompozisyon, aşağıdaki limitler dahilinde sabittir ve koşul, satın alma siparişinin seçtiği şeydir. Bir değirmen, alaşımlı 718'i çözelti tavlanmış durumda, çözelti tavlanmış ve yaşlandırılmış durumda veya iki standart ısıl işlem rotasından birine bağlı bir durumda tedarik eder. Spesifikasyon numarası, form ve koşulu birlikte takip eder, bu nedenle yanlış belgeye göre sipariş edilen bir çubuk, kimya hakkındaki sertifika ne söylerse söylesin yanlış özelliklerle gelir.

Kompozisyon limitleri %50,00 ila %55,00 nikel artı kobalt, %17,00 ila %21,00 krom, denge olarak demir, %4,75 ila %5,50 niyobyum artı tantalyum, %2,80 ila %3,30 molibden, %0,65 ila %1,15 titanyum, %0,20 ila %0,80 alüminyum, maksimum %1,00 kobalt, maksimum %0,08 karbon ve maksimum %0,006 bor şeklindedir. Yoğunluk, tavlanmış durumda 8,19 g/cm3 ve erime aralığı 1.260 ila 1.336 °C'dir.

İlk iki satır teslimat anlaşmazlıklarına neden olanlardır. AMS 5662 malzemesi çözelti tavlanmış durumda sevk edilir, bu da işlenmesi ve şekillendirilmesi için yeterince yumuşaktır ve spesifikasyon sonradan AMS 5663 özelliklerini karşılayacak şekilde ısıl işlem görmesini gerektirir. 5662 sipariş eden ve varışta çubuğu inceleyen bir alıcı, düşük sertlik ve düşük mukavemet ölçecektir ve her iki okuma da doğrudur. Yaşlandırma işlemini atlamayı planlayan 5662 sipariş eden bir alıcı, tasarım mukavemetinin yaklaşık yarısı kadar bir parça satın almış olur.

Aynı alaşım, iki yayınlanmış programa aracılığıyla iki farklı özellik kombinasyonuna ulaşır ve seçim, çizim yayınlanmadan önce yapılması gereken bir tasarım kararıdır. Üretici, bir rotayı kopma ömrü, çentik kopma ömrü ve kopma sünekliğinin birlikte önemli olduğu optimum olarak tanımlar ve diğerini ise ağır kesitlerde çekme sınırlı uygulamalar için rota olarak tanımlar.

Bu tablo, bu sayfanın tüm argümanını tek bir yerde sunmaktadır. İnce taneli rota, en yüksek yorulma mukavemetini ve en iyi kopma davranışını sağlar ve kalın bir kesitte enine sünekliği feda eder. Kaba taneli rota, ağır bir dövmenin ihtiyaç duyduğu enine sünekliği ve darbe tokluğunu sağlar ve gerilme kopmasında çentik kırılganlığı eğilimi getirir. Son satın alma siparişindeki rota olduğu için bir rotayı belirten bir alıcı, bunu söylemeden bir arıza modu hakkında karar vermiştir.

Üreticinin belirttiği metalurjik nedenlerden dolayı yaşlandırma da çözelti tavlamayı takip etmelidir. Güçlendirici çökeltileri oluşturan alüminyum, titanyum ve niyobyum, yaşlandırma başlamadan önce çözelti içinde olmalıdır. Zaten başka bir faz olarak çökelmişlerse, doğru şekilde çökelmeyecekler ve alaşımın tam mukavemeti elde edilemeyecektir. Bu nedenle, kaynak veya sıcak şekillendirme sonrası bir değirmen tavlanmış çubuk, yeni bir çözelti işlemi olmadan yaşlandırma ile güçlendirilemez ve bu nedenle sıra satın alma siparişine aittir.

Havacılık ve enerji, farklı kanıtlara karşı aynı alaşımı satın alır. Tablo, iki kabul pozisyonunu yan yana ayarlar ve bu farklılık, bir alaşımın neden iki fiyat seviyesine ve iki teslim süresine sahip olduğunu açıklar.

Son satırdaki spesifikasyon hatası, enerji tarafında kendi başına bir cümle değerindedir. Ağır bir dövme, ince taneli rotada yaşlandırıldığında oda sıcaklığı çekme gereksinimini karşılar ve ağır kesitin ihtiyaç duyduğu enine süneklik ve darbe değerlerini hala karşılayamaz, çünkü bu özellikler yorulma mukavemetini elde etmek için feda edilmiştir. Ters hata da aynı derecede yaygındır: kaba taneli stoktan yapılmış bir kompresör diski, çekme testini geçer ve tasarımın varsaydığından daha kısa bir yorulma ömrü sunar.

Üretici, uçak ve kara tabanlı gaz türbini motorları için halkalar, gövdeler ve çeşitli şekillendirilmiş sac parçaları ile sıvı yakıtlı roketler, kriyojenik tanklar, bağlantı elemanları ve enstrümantasyon parçaları listeler. Bu liste türbin kanatlarını içermez ve bu eksiklik kelime oyunu değildir.

Bir kanat, üreticinin bu alaşım için belirttiği 704 °C tavanının üzerindeki bir metal sıcaklığında gaz yolunda oturur, bu nedenle mukavemeti sağlayan gama double prime çökeltisi irileşir ve parça seçildiği özelliği kaybeder. Kanatlar, motorun o konumu için tasarlanmış alaşımlardan dökülür ve dökümler, tanecik sınırlarının sıcak kesitten geçmemesi için yönlü katılaşma veya tek kristaller olarak üretilir. Alaşımlı 718, dövme bir alaşımdır ve motordaki rotası kompresör bölümü, gövdeler, halkalar ve sıcak bölümün arkasındaki sac montajlarıdır.

Bu ayrım, bir alıcının ne sorması gerektiğini değiştirir. Alaşımlı 718 kanatları için bir talep, dövme bir ürünle karşılanamaz ve bu sorguyu kabul eden bir tedarikçi ya bunu yanlış anlamıştır ya da farklı bir alaşım teklif etmektedir. Alaşımlı 718 kompresör diskleri, gövdeler, contalar ve bağlantı elemanları için bir talep normal bir dövme sorgusudur ve spesifikasyon ve ısıl işlem rotası, bunun karşılanıp karşılanmayacağını belirleyen iki öğedir.

Petrol ve gaz, ne havacılığın ne de enerji üretiminin zorunlu kılmadığı, sıcaklıktan değil çevreden gelen bir gereksinim ekler. Ekşi üretim, hidrojen sülfür içerir ve bu hizmetteki yüksek mukavemetli bir nikel alaşımı, sülfür gerilme çatlamasına maruz kalır. NACE MR0175 ve ISO 15156, bunu sertlik yoluyla ele alır ve üretici, bu limit etrafında inşa edilmiş bir alaşımlı 718 koşulu tedarik eder.

NACE MR0175 kapsamında petrol sahası kullanımı için üretilen malzeme, çözelti tavlanmış ve yaşlandırılmış durumda maksimum 40 HRC sertliğe sahip olmalıdır. Üretici, bunu 1.010 ila 1.038 °C'de bir çözelti işlemi ve ardından 788 °C'de altı ila sekiz saat yaşlandırma ve hava soğutma ile elde eder, bu da yukarıdaki tablodaki her iki rotadan da farklı üçüncü bir programdır.

Sertlik limiti, alıcının kaçırdığı kısımdır. Alaşımlı 718 için standart bir havacılık koşulu 331 ila 341 HB civarındadır ve Rockwell C'ye dönüşümü, ekşi hizmetin izin verdiği 40 HRC tavanının üzerine çıkar. Alaşım aynıdır ve kimya aynıdır, bu nedenle doğru kompozisyonu ve yanlış ısıl işlemi bildiren bir sertifika yine de uygulamayı başarısız olacaktır. Petrol sahası koşulu, havacılığın maksimize ettiği mukavemetin ekşi hizmetin sınırladığı mukavemet olduğu için mevcuttur.

Alaşımlı 718 bu ailedeki mukavemet cevabıdır ve diğer iki alaşım, mukavemetin sınırlayıcı gereksinim olmadığı görevleri kapsar. Alaşımlı 625, çökelme yerine katı çözelti içindeki molibden ve niyobyuma dayanır, bu nedenle özelliklerini yaşlandırma işlemi olmadan korur ve havada yaklaşık 980 °C'ye kadar oksidasyona direnir. Alaşımlı 600, ısı eşanjörlerinde ve enerji santrallerinin daha yüksek sıcaklık kısımlarında görünen daha düşük mukavemetli nikel-krom alaşımıdır.

Üç alaşım bir sıralama değildir. 900 °C'deki bir 625 sac parçası, 718 parçanın yapamayacağı bir şeyi yapar ve 650 °C'deki bir 718 diski, aynı kesitte 625 diskin taşıyamayacağı bir yükü taşır. Seçim, parçanın sonunda beklenmesi gereken mekanizmayı takip eder, bu da alaşım 718'in kendi içindeki ısıl işlem seçimini yöneten aynı cümledir.

Belge seti formu takip eder ve form üretim rotasını takip eder. Parçayı bilen ancak spesifikasyonu bilmeyen bir alıcı, yanlış olanı sipariş etme eğilimindedir.

ASTM B637 ve AMS belgeleri kimya açısından örtüşür ve kontrol açısından farklılık gösterir. ASTM spesifikasyonu, genel mühendislik kullanımı için alaşımı kapsar ve koşulun alıcı ve tedarikçi arasında kararlaştırılmasına izin verir. AMS belgeleri, havacılık sürümü için gereken koşulu, minimum özellikleri ve izlenebilirliği sabitler. Bir parça B637'yi karşılayabilir ve yalnızca belgeler nedeniyle bir AMS sürümünü başarısız olabilir, bu nedenle çizim derecesini değil belgeyi adlandırmalıdır.

Sekiz öğe, karşılaştırılabilir bir teklifi yeniden teklif edilmesi gereken bir tekliften ayırır.

DLX, Changzhou, Jiangsu'dan 0,025 mm'den başlayan tel, 50 mm'ye kadar yuvarlak çubuk, 0,50 mm ila 2,5 mm kalınlığında şerit ve standart değirmen boyutlarında tüp ve plaka ile birlikte, çökelmeyle sertleştirilmiş alaşımın doğru cevap olmadığı görevler için 625 ve 600 tedarik eder. Malzeme, siparişte belirtilen ASTM veya AMS spesifikasyonuna göre, talep üzerine bir EN 10204 3.1 sertifikası ve test sonuçlarına izlenebilir ısı numarası ile tedarik edilir.

Bir teklifi belirleyen soru genellikle alaşım değil, arıza modudur. Yorulma ile boyutlandırılmış bir parça, ağır bir kesitte kopma ile boyutlandırılmış bir parça ve ekşi hizmette bir sertlik tavanı ile boyutlandırılmış bir parça, aynı alaşım için üç farklı sipariştir ve her biri doğru belirtilirse, değiştirilmesinden daha ucuzdur.

Hayır. Üretici, gaz türbini motorları için halkalar, gövdeler ve şekillendirilmiş sac parçaları listeler ve kanatları listelemez. Alaşımlı 718, 704 °C tavanı belirtilmiş dövme bir alaşımdır ve bir kanat bu sıcaklığın üzerindeki gaz yolunda oturur. Kanatlar, sıcak bölüm için tasarlanmış alaşımlardan dökülür ve dökümler, yönlü katılaşma veya tek kristaller olarak üretilir. Alaşımlı 718, kompresörde, gövdelerde, halkalarda ve sac montajlarında görünür.

Isıl işlem koşulu. AMS 5662, çözelti tavlanmış durumda tedarik edilir, bu da işlenmesi ve şekillendirilmesi için yeterince yumuşaktır ve spesifikasyon, malzemenin sonradan AMS 5663 özelliklerini karşılayacak şekilde yaşlandırılabileceğini gerektirir. AMS 5663, çözelti tavlanmış ve yaşlandırılmış olarak, oda sıcaklığında 185 ksi çekme, 150 ksi akma, %12 uzama ve 331 HB ile tedarik edilir. 5662'ye göre satın alınan ve yaşlandırma olmadan monte edilen bir parça, tasarım mukavemetinin yaklaşık yarısı kadardır.

Enine sünekliğin ve ağır bir kesitte darbe mukavemetinin kabulü belirlediği durumlarda 1.038 ila 1.066 °C'deki kaba taneli rota. Bu rota, en iyi enine sünekliği ve en iyi darbe ve düşük sıcaklık çentik çekme özelliklerini sağlar ve gerilme kopmasında çentik kırılganlığı eğilimi taşır. 927 ila 1.010 °C'deki ince taneli rota, en yüksek yorulma mukavemetini ve en iyi kopma davranışını sağlar ve kalın bir kesitte enine sünekliği feda eder.

Çünkü mukavemet, gama prime ve gama double prime çökeltilerinden gelir ve çift prime fazı sıcaklık yükseldikçe irileşir. Üretici, -253 °C ila 704 °C arasında kullanılabilir bir aralık belirtir ve üst rakam, erime aralığının bir sınırı değil, güçlendirme mekanizmasının bir özelliğidir, ki bu da 1.260 ila 1.336 °C'dir. Bu tavanın üzerinde çalışması gereken bir parça farklı bir alaşım gerektirir ve ailedeki katı çözelti alaşımları, bu aramanın başladığı yerdir.

Evet, NACE MR0175 ve ISO 15156 kapsamında bunun için üretilmiş, maksimum 40 HRC sertliğe sahip bir koşulda. Üretici, bu limiti 1.010 ila 1.038 °C'de bir çözelti işlemi ve 788 °C'de altı ila sekiz saat yaşlandırma, ardından hava soğutma ile elde eder. Standart havacılık koşulu 331 ila 341 HB civarındadır, bu da ekşi hizmet tavanının üzerine dönüşür, bu nedenle parçanın kullanılıp kullanılamayacağını belirleyen kimya değil, ısıl işlemdir.

Parçayı kimin kabul etmesi gerektiğine bağlıdır. ASTM B637, genel mühendislik kullanımı için alaşımı kapsar ve koşulun alıcı ve tedarikçi arasında kararlaştırılmasına izin verir, bu da endüstriyel ve enerji işleri için uygundur. AMS belgeleri, havacılık sürümü için gereken koşulu, minimum özellikleri ve izlenebilirliği sabitler. Bir parça B637'yi karşılayabilir ve hala belgeler nedeniyle bir AMS sürümünü başarısız olabilir, bu nedenle çizim belgeyi ve revizyonunu adlandırmalıdır.

Alaşımlı 718, birkaç teslimat koşuluna sahip tek bir kompozisyondur ve koşul, arıza modu tarafından seçilir. İnce taneli rota, dönen bir havacılık parçasının ihtiyaç duyduğu yorulma mukavemetini sağlar. Kaba taneli rota, gerilme kopmasında çentik kırılganlığı eğilimi pahasına, ağır bir enerji dövmesinin ihtiyaç duyduğu enine sünekliği ve darbe tokluğunu sağlar. Ekşi hizmet için üçüncü bir rota mevcuttur, burada 40 HRC tavanı çekme mukavemetinden daha önemlidir.

Aileyi seçimi dürüst tutan iki gerçek vardır. 704 °C'lik tavan çökeltiden gelir, bu nedenle gaz yolundaki bir kanat dökümdür ve dövme 718 parça değildir. Ve 331 ila 341 HB'deki aynı alaşım, yalnızca kimyanın ortaya çıkaramayacağı bir ekşi hizmet limitini başarısız olur. Alaşım, spesifikasyon, koşul ve yönetici arıza modu, teklifte birlikte yer almalıdır, çünkü bunların herhangi üçü dördüncü olmadan sertifikasını karşılayan ancak görevini karşılamayan bir parça üretir.

Special Metals teknik bülteni INCONEL alaşımı 718, yayın SMC-045. UNS numarası N07718 ve Werkstoff numarası 2.4668, %50,00 ila %55,00 nikel artı kobalt ve %17,00 ila %21,00 krom ile denge olarak demir kompozisyon limitleri, 8,19 g/cm3 yoğunluk, 1.260 ila 1.336 °C erime aralığı, -253 °C ila 704 °C kullanılabilir aralık, gama prime ve gama double prime güçlendirme mekanizması, 927 ila 1.010 °C ve 1.038 ila 1.066 °C'deki iki standart ısıl işlem programı, ince taneli rotanın kopma ömrü ve kopma sünekliği için optimum olduğu ve en yüksek yorulma mukavemetini ürettiği ifadesi, kaba taneli rotanın ağır kesitlerde çekme sınırlı uygulamalar için tercih edildiği ve gerilme kopmasında çentik kırılganlığı eğilimi olduğu ifadesi, AMS 5596, 5597, 5589, 5662, 5663 ve 5664 için minimum özellikler, gaz türbini motorları için halkalar, gövdeler ve şekillendirilmiş sac parçalarını kapsayan uygulama listesi ve 40 HRC maksimum ile NACE MR0175 kapsamında petrol sahası koşulu.

AMS 5662 ve AMS 5663, çözelti tavlanmış ve çözelti tavlanmış ve yaşlandırılmış koşullarda nikel alaşımı 718 çubuk, dövme ve halkalar için havacılık malzeme spesifikasyonları.

AMS 5596 ve AMS 5597, nikel alaşımı 718 sac, şerit ve plaka için havacılık malzeme spesifikasyonları.

AMS 5664, kaba taneli koşulda nikel alaşımı 718 çubuk, dövme ve halkalar için havacılık malzeme spesifikasyonu.

AMS 5589, nikel alaşımı 718 dikişsiz boru için havacılık malzeme spesifikasyonu.

ASTM B637, yüksek sıcaklık hizmeti için çökelmeyle sertleştirilmiş nikel alaşımı çubuklar, dövmeler ve dövme stokları için standart spesifikasyon.

NACE MR0175 ve ISO 15156, petrol ve gaz üretiminde hidrojen sülfür içeren ortamlarda kullanım için malzemeler standardı.

EN 10204, denetim belgeleri, 3.1 sertifikasının gerçek test sonuçlarını taşıyan ve üreticinin bağımsız denetim temsilcisi tarafından onaylanmış bir belge olarak tanımı.

Yukarıdaki kompozisyonlar ve minimum özellikler, belirtilen alaşımlar ve koşullar için spesifikasyon değerleri ve tipik sonuçlardır ve teslim edilen bir lot için kabul limitleri değildir. Özellikler kesit boyutuna, test yönüne ve fiilen gerçekleştirilen ısıl işleme bağlıdır, bu nedenle bir tablodan alıntı yapılan bir değer, teslim edilen bir lotun kabul limitlerinden farklı olabilir.