1. อะไรดีไปกว่า Inconel?
ไม่ว่าวัสดุจะ "ดีกว่า Inconel" ขึ้นอยู่กับไฟล์ข้อกำหนดแอปพลิเคชันเฉพาะ- Inconel (ตระกูลนิกเกิล - โครเมียม superalloys เช่น Inconel 600, 625, 718) เก่งในระดับสูง - ความแข็งแรงของอุณหภูมิการต้านทานการกัดกร่อน ตัวอย่างของวัสดุที่สามารถ "ดีกว่า" ในสถานการณ์เฉพาะ ได้แก่ :
โลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียม (เช่น Ti-6AL-4V): เหนือกว่าสำหรับน้ำหนัก - แอพพลิเคชั่นที่ละเอียดอ่อน (เช่นส่วนประกอบการบินและอวกาศการปลูกถ่ายทางการแพทย์) เนื่องจากความแข็งแรงสูง - ถึง - อัตราส่วนน้ำหนัก พวกเขายังมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยมในสภาพแวดล้อมทางทะเลหรือคลอไรด์ - สภาพแวดล้อมที่อุดมสมบูรณ์ (เช่นน้ำทะเล) และเบากว่าความไม่สะดวก (ความหนาแน่น ~ 4.5 g/cm³เทียบกับ ~ 8.2 g/cm³) อย่างไรก็ตามไทเทเนียมขาดความเสถียรของอุณหภูมิ - สูงของ Inconel (สูญเสียความแข็งแรงสูงกว่า ~ 400 ° C/752 ° F)
Hastelloy Alloys (เช่น Hastelloy C276): มีประสิทธิภาพสูงกว่าเกรดที่ไม่ได้อยู่ในระดับสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนอย่างรุนแรงเช่นกรดที่แข็งแรง (กรดซัลฟูริกกรดไฮโดรคลอริก) หรือสารละลายสารเคมีผสม ในขณะที่ Inconel ต่อต้านการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนอุณหภูมิสูง - Hastelloy ได้รับการออกแบบมาเพื่อการสัมผัสทางเคมีที่ก้าวร้าวมากขึ้น
สแตนเลสสตีล (เช่น 316L, สแตนเลสเพล็กซ์): มีค่าใช้จ่ายมากขึ้น - มีประสิทธิภาพกว่า Inconel สำหรับต่ำ - ถึง - แอปพลิเคชันอุณหภูมิปานกลาง (เช่นการแปรรูปอาหารฮาร์ดแวร์ทางทะเลทั่วไป) ที่ความร้อนสูงหรือเป็นพิเศษ - ความต้านทานการกัดกร่อนสูง พวกเขายังง่ายต่อการใช้เครื่องและเชื่อมแม้ว่าพวกเขาจะไม่สามารถจับคู่ความแข็งแรงของอุณหภูมิ - ของ Inconel ได้
Haynes Superalloys (เช่น Haynes 282): แข่งขันกับ Inconel ในระดับสูง - ความต้านทานการคืบของอุณหภูมิ (เช่นส่วนร้อนของกังหันก๊าซ) แต่อาจให้ความสามารถในการประดิษฐ์ที่ดีขึ้นหรือยาว - เสถียรภาพระยะเวลาที่อุณหภูมิสูงกว่า 800 ° C/1472 ° F ในบางกรณี
2. เหตุใดจึงไม่สามารถเชื่อมได้ยาก
Inconel เป็นสิ่งที่ท้าทายในการเชื่อมเป็นหลักเนื่องจากมันองค์ประกอบทางเคมี(นิกเกิลสูงโครเมียมและปริมาณโมลิบดีนัม/ไทเทเนียม/อลูมิเนียมมักจะความไวของโครงสร้างจุลภาคเพื่อความร้อน เหตุผลสำคัญรวมถึง:
ความไวสูงต่อการแคร็กร้อน (การแคร็กแข็ง):
Inconel มีองค์ประกอบเช่นซัลเฟอร์ฟอสฟอรัสและซิลิคอนที่แยกที่ขอบเขตของเมล็ดในระหว่างการแข็งตัวของการเชื่อม segregant เหล่านี้สร้างต่ำ - การละลาย - จุด eutectic point (เช่นนิกเกิล - sulfide) ซึ่งลดขอบเขตของเม็ด เมื่อการเชื่อมเย็นลงและสัญญาความเครียดแรงดึงจะดึงขอบเขตที่อ่อนแอเหล่านี้ออกจากกันทำให้เกิดรอยร้าว
Inconel มีองค์ประกอบเช่นซัลเฟอร์ฟอสฟอรัสและซิลิคอนที่แยกที่ขอบเขตของเมล็ดในระหว่างการแข็งตัวของการเชื่อม segregant เหล่านี้สร้างต่ำ - การละลาย - จุด eutectic point (เช่นนิกเกิล - sulfide) ซึ่งลดขอบเขตของเม็ด เมื่อการเชื่อมเย็นลงและสัญญาความเครียดแรงดึงจะดึงขอบเขตที่อ่อนแอเหล่านี้ออกจากกันทำให้เกิดรอยร้าว
ความเสี่ยงต่อการเกิดออกซิเดชันและการปนเปื้อน:
Nickel and chromium in Inconel react rapidly with oxygen, nitrogen, and hydrogen at welding temperatures (often >2000 ° C/3632 ° F) เพื่อสร้างออกไซด์เปราะ (เช่นcr₂o₃) หรือไนไตรด์/ไฮไดรด์ สารปนเปื้อนเหล่านี้ลดความเหนียวของการเชื่อมทำให้เกิดความพรุนและทำให้ข้อต่ออ่อนลง การป้องกันที่เข้มงวด (เช่นการกำจัดอาร์กอนกลับ, การครอบคลุมก๊าซแน่น) เป็นสิ่งจำเป็น แต่ยากที่จะรักษาไว้อย่างสม่ำเสมอ
Nickel and chromium in Inconel react rapidly with oxygen, nitrogen, and hydrogen at welding temperatures (often >2000 ° C/3632 ° F) เพื่อสร้างออกไซด์เปราะ (เช่นcr₂o₃) หรือไนไตรด์/ไฮไดรด์ สารปนเปื้อนเหล่านี้ลดความเหนียวของการเชื่อมทำให้เกิดความพรุนและทำให้ข้อต่ออ่อนลง การป้องกันที่เข้มงวด (เช่นการกำจัดอาร์กอนกลับ, การครอบคลุมก๊าซแน่น) เป็นสิ่งจำเป็น แต่ยากที่จะรักษาไว้อย่างสม่ำเสมอ
โพสต์ - การเชื่อมต่อการเชื่อม (สำหรับบางเกรด):
เกรดเช่น Inconel 600 มีคาร์บอนซึ่งสามารถตกตะกอนเป็นโครเมียมคาร์ไบด์ที่ขอบเขตของเมล็ดในระหว่างการระบายความร้อนช้าหลังจากการเชื่อม สิ่งนี้จะลดโครเมียมใกล้กับขอบเขต (การสร้าง "โครเมียม - โซนหมด") ทำให้การเชื่อมไวต่อการกัดกร่อนระหว่างกัน (เช่นในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด) โพสต์ - การรักษาความร้อนเชื่อม (PWHT) มักจะจำเป็นต้องลดสิ่งนี้เพิ่มความซับซ้อน
เกรดเช่น Inconel 600 มีคาร์บอนซึ่งสามารถตกตะกอนเป็นโครเมียมคาร์ไบด์ที่ขอบเขตของเมล็ดในระหว่างการระบายความร้อนช้าหลังจากการเชื่อม สิ่งนี้จะลดโครเมียมใกล้กับขอบเขต (การสร้าง "โครเมียม - โซนหมด") ทำให้การเชื่อมไวต่อการกัดกร่อนระหว่างกัน (เช่นในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด) โพสต์ - การรักษาความร้อนเชื่อม (PWHT) มักจะจำเป็นต้องลดสิ่งนี้เพิ่มความซับซ้อน
ค่าการนำความร้อนสูงและการขยายตัวไม่ตรงกัน:
Inconel มีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนซึ่งหมายถึงความร้อนสะสมในโซนเชื่อมเพิ่มความเครียดที่เหลืออยู่ นอกจากนี้ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูงกว่าโลหะฐานจำนวนมาก (เช่นเหล็ก) ซึ่งนำไปสู่การหดตัวทางความร้อนที่มากขึ้นหลังจากการเชื่อม - ความเครียดที่ทวีความรุนแรงขึ้นและความเสี่ยงในการแตก
Inconel มีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนซึ่งหมายถึงความร้อนสะสมในโซนเชื่อมเพิ่มความเครียดที่เหลืออยู่ นอกจากนี้ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูงกว่าโลหะฐานจำนวนมาก (เช่นเหล็ก) ซึ่งนำไปสู่การหดตัวทางความร้อนที่มากขึ้นหลังจากการเชื่อม - ความเครียดที่ทวีความรุนแรงขึ้นและความเสี่ยงในการแตก
การเชื่อม จำกัด ของการตกตะกอน - เกรดแข็งตัว:
การตกตะกอน - Hardened Inconel (เช่น Inconel 718) มีไทเทเนียมและอลูมิเนียมซึ่งก่อให้เกิดความเข้มแข็งในการตกตะกอน (γ '/γ' 'เฟส) ความร้อนจากการเชื่อมสามารถละลาย precipitates เหล่านี้ทำให้การเชื่อมอ่อนลงหรือทำให้เกิดการตกตะกอนที่ไม่สม่ำเสมอในระหว่างการระบายความร้อน - นำไปสู่คุณสมบัติเชิงกลที่ไม่สอดคล้องกัน โลหะฟิลเลอร์พิเศษ (เช่น ernifecr-2) และการควบคุมอินพุตความร้อนที่แม่นยำเป็นสิ่งจำเป็น
การตกตะกอน - Hardened Inconel (เช่น Inconel 718) มีไทเทเนียมและอลูมิเนียมซึ่งก่อให้เกิดความเข้มแข็งในการตกตะกอน (γ '/γ' 'เฟส) ความร้อนจากการเชื่อมสามารถละลาย precipitates เหล่านี้ทำให้การเชื่อมอ่อนลงหรือทำให้เกิดการตกตะกอนที่ไม่สม่ำเสมอในระหว่างการระบายความร้อน - นำไปสู่คุณสมบัติเชิงกลที่ไม่สอดคล้องกัน โลหะฟิลเลอร์พิเศษ (เช่น ernifecr-2) และการควบคุมอินพุตความร้อนที่แม่นยำเป็นสิ่งจำเป็น
3. ไม่น่าเชื่อถือกว่าไทเทเนียมหรือไม่?
ไม่ไม่ได้ไม่ถูกกว่าไทเทเนียม- ในกรณีส่วนใหญ่อัลลอยด์ไม่ได้มีราคาแพงกว่าไทเทเนียมบริสุทธิ์ในเชิงพาณิชย์ (CP TI) หรือโลหะผสมไทเทเนียมทั่วไป (เช่น TI-6AL-4V) ความแตกต่างของต้นทุนเกิดจากความขาดแคลนวัตถุดิบความซับซ้อนในการผลิตและความต้องการของตลาด:
ต้นทุนการผลิตและการผลิต:
Inconel ต้องการการควบคุมองค์ประกอบการผสมที่แม่นยำ (เช่นโครเมียม, โมลิบดีนัม, ไทเทเนียม) เพื่อให้ได้อุณหภูมิและการกัดกร่อนที่สูง -} {- คุณสมบัติที่ทนได้เพิ่มค่าใช้จ่ายในการหลอมละลายและการหล่อ นอกจากนี้ Inconel นั้นยากต่อเครื่องจักรและเชื่อม (ตามที่ระบุไว้ในคำถามที่ 2) ซึ่งเพิ่มค่าใช้จ่ายแรงงานและการประมวลผล ไทเทเนียมในขณะที่ต้องการการตัดเฉือนแบบพิเศษ (เนื่องจากค่าการนำความร้อนต่ำ) มีกระบวนการผลิตที่เป็นผู้ใหญ่และมีค่าใช้จ่ายมากขึ้น - กระบวนการผลิตที่มีประสิทธิภาพสำหรับเกรดทั่วไป
Inconel ต้องการการควบคุมองค์ประกอบการผสมที่แม่นยำ (เช่นโครเมียม, โมลิบดีนัม, ไทเทเนียม) เพื่อให้ได้อุณหภูมิและการกัดกร่อนที่สูง -} {- คุณสมบัติที่ทนได้เพิ่มค่าใช้จ่ายในการหลอมละลายและการหล่อ นอกจากนี้ Inconel นั้นยากต่อเครื่องจักรและเชื่อม (ตามที่ระบุไว้ในคำถามที่ 2) ซึ่งเพิ่มค่าใช้จ่ายแรงงานและการประมวลผล ไทเทเนียมในขณะที่ต้องการการตัดเฉือนแบบพิเศษ (เนื่องจากค่าการนำความร้อนต่ำ) มีกระบวนการผลิตที่เป็นผู้ใหญ่และมีค่าใช้จ่ายมากขึ้น - กระบวนการผลิตที่มีประสิทธิภาพสำหรับเกรดทั่วไป
