1. คุณสมบัติและข้อมูลจำเพาะของวัสดุ
ถาม: คุณลักษณะการออกแบบที่สำคัญของ AMS5544L (Inconel 718) ที่ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศที่มีอุณหภูมิสูง-คืออะไร และข้อกำหนดกำหนดสภาพของมันอย่างไร
ตอบ: AMS5544L ระบุโลหะผสมนิกเกิลที่ทนต่อการกัดกร่อนและความร้อน-ในรูปแบบของแผ่น แถบ และแผ่น ในทางเคมี มันถูกกำหนดโดยองค์ประกอบที่คุณกล่าวถึง (ความสมดุลของ Ni โดยมีโครเมียมประมาณ 19.5% โคบอลต์ 13.5% บวกกับการเติมไนโอเบียม (โคลัมเบียม) โมลิบดีนัม ไทเทเนียม และอลูมิเนียมอย่างมีนัยสำคัญ) เคมีเฉพาะนี้เป็นที่รู้จักในระดับสากลในชื่อ Inconel 718
จากมุมมองของอุตสาหกรรม คุณสมบัติสามประการจะกำหนดคุณค่าของมัน:
ความแข็งแรงที่ให้ผลผลิตสูงถึง 1300 องศา F (704 องศา ): ต่างจากซูเปอร์อัลลอยอื่นๆ จำนวนมากที่ต้องอาศัยสารละลายของแข็ง-ในการเสริมความแข็งแกร่งเพียงอย่างเดียว Inconel 718 ได้รับความแข็งแกร่งมาจากกระบวนการตกตะกอน{4}}ที่เป็นเอกลักษณ์ ขั้นตอนการเสริมกำลังเบื้องต้นคือ Gamma Double Prime ( " ") ซึ่งสอดคล้องกับเมทริกซ์ออสเทนนิติก ช่วยให้มีคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยมที่อุณหภูมิสุดขั้วที่พบในเครื่องยนต์ไอพ่นและกังหันก๊าซ
ความสามารถในการเชื่อมได้ดีเยี่ยม: นี่เป็นคุณลักษณะที่โดดเด่นของโลหะผสมเมื่อเปรียบเทียบกับซูเปอร์อัลลอยอื่นๆ เช่น Waspaloy หรือ Rene 41 เนื่องจากการตกตะกอนที่ช้า-จลนศาสตร์ของการแข็งตัว Inconel 718 จึงมีความทนทานสูงต่อการแตกร้าวหลังการบำบัดด้วยความร้อนจากการเชื่อม (ความเครียด-) สิ่งนี้ทำให้เป็นวัสดุที่เลือกใช้สำหรับโครงสร้างการเชื่อมที่ซับซ้อน เช่น เคสซิ่ง ท่อ และห้องเผาไหม้
เงื่อนไขข้อกำหนด (AMS5544L): การแก้ไข "L" ของข้อกำหนดกำหนดว่าวัสดุถูกจัดส่งในสภาวะที่ได้รับการบำบัดด้วยความร้อนของสารละลาย สำหรับผลิตภัณฑ์แผ่น โดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนที่ 1,700 องศา F – 1,850 องศา F (927 องศา – 1,010 องศา ) ค้างไว้เพื่อละลายเฟสที่เป็นอันตรายใดๆ จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว (การชุบแข็ง) เพื่อรักษาองค์ประกอบที่แข็งตัว (Al, Ti, Nb) ไว้ในสารละลายที่เป็นของแข็ง ในสภาวะนี้ (เงื่อนไข A) วัสดุจะมีความอ่อนตัวและขึ้นรูปได้พร้อมสำหรับการผลิต ผู้ใช้จะดำเนินการอบชุบด้วยความร้อนขั้นสุดท้าย (เช่น 1325 องศา F / 1450 องศา F) หลังจากการขึ้นรูปและการเชื่อมเพื่อให้ได้คุณสมบัติทางกลเต็มรูปแบบที่จำเป็นสำหรับการบริการ
2. กระบวนการผลิต: อิเล็กโทรดบริโภคเทียบกับการหลอมด้วยการเหนี่ยวนำสุญญากาศ
ถาม: ชื่อระบุว่า "อิเล็กโทรดบริโภคหรือการเหนี่ยวนำสุญญากาศหลอมละลาย" เหตุใดจึงต้องใช้วิธีการหลอมเฉพาะทั้งสองวิธีนี้สำหรับโลหะผสมนี้ และอะไรคือความแตกต่างในบริบทของ AMS5544L
ตอบ: ข้อกำหนดนี้อนุญาตให้มีวิธีหลอมหลักสองวิธี-การหลอมด้วยการเหนี่ยวนำสุญญากาศ (VIM) และการหลอมอิเล็กโทรดแบบบริโภคได้- เพื่อให้มั่นใจถึงความสมบูรณ์ทางโลหะวิทยาในระดับสูงสุดที่จำเป็นสำหรับส่วนประกอบที่หมุนได้และคงที่ที่สำคัญในการบินและอวกาศ
การหลอมด้วยการเหนี่ยวนำสุญญากาศ (VIM): นี่คือขั้นตอนการหลอมเบื้องต้น วัตถุดิบ (นิกเกิล โครเมียม โคบอลต์ ฯลฯ) จะถูกหลอมในเตาสุญญากาศโดยใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า สภาพแวดล้อมสุญญากาศมีความสำคัญด้วยเหตุผลสองประการ:
การกำจัดก๊าซ: กำจัดก๊าซที่ละลาย เช่น ไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจน ซึ่งอาจทำให้เกิดความพรุนและการเปราะ
การควบคุมเคมีที่แม่นยำ: ช่วยให้สามารถเติมองค์ประกอบที่เกิดปฏิกิริยา เช่น อลูมิเนียมและไทเทเนียมได้อย่างแม่นยำ โดยไม่ทำให้พวกมันออกซิไดซ์และสูญเสียตะกรัน ซึ่งช่วยให้มั่นใจว่าเคมีเป้าหมาย (57Ni-19.5Cr-13.5Co) บรรลุผลอย่างสม่ำเสมอ
การหลอมอิเล็กโทรดแบบสิ้นเปลือง: ในบริบทของ AMS5544 สิ่งนี้หมายถึงการหลอมอาร์คสุญญากาศ (VAR) อิเล็กโทรดที่ผลิตผ่าน VIM จะถูกหลอมใหม่ภายใต้สุญญากาศโดยการฟาดส่วนโค้งไฟฟ้า นี่เป็นกระบวนการกลั่นขั้นที่สองโดยมีเป้าหมายเฉพาะ:
การควบคุมโครงสร้างมหภาค: ควบคุมอัตราการแข็งตัว ซึ่งช่วยลดความพรุนขนาดเล็กและการแยกตัวของเส้นกึ่งกลางซึ่งพบได้ทั่วไปในแท่งโลหะขนาดใหญ่อย่างมีนัยสำคัญ
ความสะอาด: สารจะสลายตัวเพิ่มเติมและลอยออกมาจากสิ่งที่เจือปนที่ไม่ใช่โลหะ- (ออกไซด์ ซัลไฟด์)
มุมมองอุตสาหกรรม:
สำหรับผลิตภัณฑ์แผ่นเช่น AMS5544L การใช้ "VIM + VAR" (มักเรียกว่า "Double Melt" หรือ "Consumable Electrode Melted from a VIM ingot") รวมกันถือเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม ข้อมูลจำเพาะเสนอทางเลือกเนื่องจากรูปแบบผลิตภัณฑ์แผ่นบางกว่าและทำงานหนักกว่าผลิตภัณฑ์เหล็กแท่ง แม้ว่าแท่งโลหะจะต้องเป็น VIM + VAR แต่ข้อกำหนดยอมรับว่าการหลอมทุติยภูมิสามารถอธิบายได้ว่าเป็น "อิเล็กโทรดสิ้นเปลือง" ซึ่งเป็นกระบวนการ VAR ในทางเทคนิค การฝึกหลอม-สองครั้งนี้รับประกันโครงสร้างจุลภาคที่เป็นเนื้อเดียวกันและปราศจากข้อบกพร่องที่จำเป็นสำหรับ-แผ่นเกจวัดบางเพื่อให้รอดจากการขึ้นรูปที่เข้มงวดและสภาพแวดล้อมที่มีความเครียดสูง-ของฮาร์ดแวร์การบินและอวกาศ
3. กลไกการต้านทานการกัดกร่อน
ถาม: ข้อมูลจำเพาะจัดประเภทสิ่งนี้เป็น "ทนต่อการกัดกร่อนและความร้อน" กลไกการกัดกร่อนเฉพาะใดที่ AMS5544L ทนทานต่อ และคุณสมบัติทางโลหะวิทยาใดที่ให้ความต้านทานนี้
ตอบ: การกำหนด "ทนต่อการกัดกร่อน" สำหรับโลหะผสม 57Ni-19.5Cr-13.5Co นี้หมายถึงความสามารถในการทนต่อสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงและในน้ำที่หลากหลาย ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อส่วนประกอบต่างๆ เช่น ซีลเทอร์ไบน์ ท่อไอเสีย และฮาร์ดแวร์ในกระบวนการแปรรูปทางเคมี
ความต้านทานได้มาจากคุณสมบัติทางโลหะวิทยาหลักสามประการ:
ปริมาณโครเมียม (19.5%): โครเมียมเป็นตัวขับเคลื่อนหลักในการต้านทานการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนของน้ำ ที่อุณหภูมิสูง จะก่อตัวเป็นชั้นป้องกันโครเมียมออกไซด์ (Cr2O3Cr2O3) ที่หนาแน่น ติดแน่น และเติบโตช้า-บนพื้นผิว สเกลออกไซด์นี้ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันทางกายภาพ ป้องกันไม่ให้ออกซิเจนแพร่กระจายภายในและโจมตีโลหะฐาน ในสภาพแวดล้อมที่มีน้ำ จะส่งเสริมการสร้างฟิล์ม ต้านทานการกัดกร่อนทั่วไปและการเกิดรูพรุน
ฐานนิกเกิล: ปริมาณนิกเกิลสูง (ประมาณ. 53-55% หลังจากองค์ประกอบโลหะผสม) ให้ความต้านทานที่ดีเยี่ยมต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากการกัดกร่อนจากความเครียดของไอออน (SCC) ของคลอไรด์-ได้ดีเยี่ยม เหล็กกล้าไร้สนิมซึ่งมีปริมาณธาตุเหล็กสูงจะไวต่อ SCC ในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ร้อน เมทริกซ์นิกเกิลใน AMS5544L ทนทานต่อสภาวะเหล่านี้ได้ดีกว่ามาก ทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมทางทะเลและเกลือ-ที่ภาระหนักในการบินและอวกาศ
การเติมโมลิบดีนัมและโคลัมเบียม (ไนโอเบียม): โมลิบดีนัมช่วยเพิ่มความต้านทานต่อกลไกการกัดกร่อนเฉพาะจุด เช่น การกัดกร่อนแบบรูพรุนและการกัดกร่อนตามรอยแยกโดยเฉพาะ เพิ่มความเสถียรของฟิล์มพาสซีฟในการลดสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด (เช่น กรดซัลฟิวริกหรือกรดไฮโดรคลอริก) การมีอยู่ของไนโอเบียมซึ่งมีวัตถุประสงค์หลักในการเสริมกำลัง แต่ยังช่วยในการจับตัวคาร์บอนเพื่อสร้างคาร์ไบด์ประเภท MC- ป้องกันการเสื่อมสภาพของโครเมียมที่ขอบเขตของเกรน (การทำให้ไวต่อแสง) ในระหว่างการเชื่อมหรือการเย็นตัวช้า ดังนั้นจึงรักษาความต้านทานการกัดกร่อนในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน-
4. การประดิษฐ์และการขึ้นรูป
ถาม: ร้านของเราจะวาดแผ่น AMS5544L แบบเจาะลึกให้เป็นท่อที่ซับซ้อน ข้อควรพิจารณาในการขึ้นรูปที่สำคัญคืออะไร และ-สภาวะที่ได้รับการบำบัด (เงื่อนไข A) ช่วยในกระบวนการนี้อย่างไรเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง-อื่นๆ
ตอบ: การขึ้นรูปแผ่น AMS5544L ให้เป็นรูปทรงที่ซับซ้อน เช่น การต่อท่อหรือเครื่องสูบลมเป็นกระบวนการที่พบบ่อยแต่ต้องใช้เทคนิคสูง วิธีแก้ปัญหา-เงื่อนไขที่ได้รับการบำบัด (เงื่อนไข A) ได้รับการคัดเลือกมาโดยเฉพาะเพื่อให้การผลิตนี้เป็นไปได้
ข้อควรพิจารณาในการขึ้นรูปที่สำคัญ:
อัตราการชุบแข็งการทำงานสูง: เช่นเดียวกับโลหะผสมนิกเกิลออสเทนนิติกส่วนใหญ่ Inconel 718 แข็งตัวอย่างรวดเร็ว เมื่อคุณเปลี่ยนรูปวัสดุ วัสดุจะแข็งแรงขึ้นและมีความเหนียวน้อยลง ซึ่งหมายความว่าคุณต้องการน้ำหนักการอัดที่สูงขึ้นอย่างมากเมื่อเทียบกับการขึ้นรูปเหล็กกล้าไร้สนิม คุณต้องคำนึงถึง "สปริง- ด้านหลัง" ซึ่งเด่นชัดกว่าในโลหะผสมนี้
อัตราความเครียดช้า: สำหรับการขึ้นรูปลึก โดยทั่วไปควรใช้ความเร็วการขึ้นรูปที่ช้ากว่าเพื่อให้วัสดุไหลได้สม่ำเสมอ และหลีกเลี่ยงการทำให้ผอมบางหรือแตกหักเฉพาะจุด
การหล่อลื่น: สารหล่อลื่นสำหรับงานหนัก-มีความจำเป็นเพื่อป้องกันการครูดและการดึงของแม่พิมพ์ ซึ่งสามารถทำลายพื้นผิวของแผ่นได้
ทำไมเงื่อนไข A ถึงได้เปรียบ:
สารละลายอบอ่อน (1700-1850 องศา F) ละลายขั้นตอนการแข็งตัว และสร้างโครงสร้างเกรนที่ตกผลึกใหม่โดยมีความเหนียวสูงสุด ในสภาวะอ่อนนี้ การยืดตัวจะสูง ทำให้เกิดการเสียรูปอย่างรุนแรง
การเปรียบเทียบกับแบบ-แบบรีด: หากมีการจัดหาวัสดุในสภาพแบบ-แบบรีดหรือมีอายุบางส่วน วัสดุนั้นจะขาดความเหนียวที่จำเป็นสำหรับการดึงลึกและจะแตกร้าว
การเปรียบเทียบกับโลหะผสมอื่นๆ: โลหะผสม เช่น Rene 41 หรือ Waspaloy มักก่อตัวขึ้นในสภาวะที่ได้รับการบำบัด-เช่นกัน แต่อาจต้องมีขั้นตอนการอบอ่อนระดับกลางในระหว่างการขึ้นรูปหลาย- การตอบสนองการเสื่อมสภาพที่ช้ากว่าของ Inconel 718 ทำให้มี "หน้าต่างการประมวลผล" ที่กว้างขึ้น- คุณสามารถดำเนินการขึ้นรูปหลายครั้งได้โดยที่วัสดุไม่เสื่อมสภาพตามธรรมชาติและแข็งตัวที่อุณหภูมิห้องเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งเป็นความเสี่ยงกับอะลูมิเนียมอัลลอยด์-ชุบแข็งไทเทเนียมอื่นๆ
หลังจากการขึ้นรูป ชิ้นส่วนจะต้องได้รับการทำความสะอาดอย่างทั่วถึงเพื่อขจัดสารหล่อลื่นก่อนที่จะเข้ารับการบำบัดความร้อนด้วยการตกตะกอนขั้นสุดท้าย (อายุ) เพื่อให้ได้ความแข็งแกร่งในการให้บริการ
5. การจัดหาและการบำบัดความร้อน
ถาม: ถ้าฉันซื้อแผ่น AMS5544L หลังจากการเชื่อมแล้ว จะต้องผ่านความร้อนอะไรบ้างเพื่อให้ตรงตามคุณสมบัติการออกแบบขั้นสุดท้าย และแตกต่างจากเงื่อนไข "โรงสี" มาตรฐานอย่างไร
ตอบ: เมื่อคุณจัดหาแผ่น AMS5544L คุณกำลังซื้อวัสดุใน Solution Annealed Condition (เงื่อนไข A) นี่คือ "เงื่อนไขของโรงสี" ที่ระบุไว้สำหรับการส่งมอบ เพื่อให้บรรลุถึงคุณสมบัติทางกลขั้นสุดท้ายที่จำเป็นสำหรับการบริการ (เช่น ช่วงความต้านทานแรงดึง 180-200 ksi) ผู้ผลิตจะต้องดำเนินการอบชุบด้วยความร้อนด้วยการตกตะกอน (อายุ) ตามมาหลังจากการขึ้นรูปและการเชื่อมทั้งหมดเสร็จสิ้น
ต่อไปนี้เป็นลำดับการรักษาความร้อนมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับฮาร์ดแวร์ประดิษฐ์ที่ทำจาก AMS5544L:
ขั้นตอนที่ 1: โซลูชัน Anneal (โรงสีดำเนินการเสร็จแล้ว): ตามที่ได้รับ วัสดุได้รับความร้อนถึง ~1750 องศา F-1850 องศา F และระบายความร้อน ธาตุผสมทั้งหมดอยู่ในสารละลายของแข็งที่มีความอิ่มตัวสูง วัสดุมีความนุ่มและขึ้นรูปได้
ขั้นตอนที่ 2: การบ่ม (การแข็งตัวของการตกตะกอน): ดำเนินการโดยผู้ผลิตชิ้นส่วน
เป้าหมาย: เพื่อตกตะกอนเฟสละเอียดระหว่างโลหะ ( " " และ ′ ′) ที่ขัดขวางการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่และให้ความแข็งแรงสูง
วัฏจักรมาตรฐาน: วงจรการชราภาพด้านการบินและอวกาศทั่วไปสำหรับ 718 นั้นเป็นกระบวนการสอง-ขั้นตอน:
ขั้นตอน A: 1325 องศา F (718 องศา ) ± 15 องศา F เป็นเวลา 8 ชั่วโมง เตาเย็นถึง
ขั้นตอน B: 1150 องศา F (621 องศา ) ± 15 องศา F เป็นเวลา 8 ชั่วโมง จากนั้น Air Cool
เวลาทั้งหมด: ส่งผลให้เวลาการแก่โดยรวมประมาณ 16 ถึง 18 ชั่วโมง
บรรยากาศ: ต้องทำในเตาสุญญากาศหรือบรรยากาศเฉื่อย (อาร์กอน) เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการขยายขนาดพื้นผิว หากใช้เตาบรรยากาศ พื้นผิวอาจต้องมี-การทำความสะอาดหลังการบำบัดเพื่อกำจัดออกไซด์ใดๆ
เหตุใดจึงสำคัญ:
หากส่วนประกอบถูกนำไปใช้งานในสภาวะ A (ตามที่ระบุไว้ในข้อมูลจำเพาะ) ส่วนประกอบนั้นจะอ่อนเกินไปมากและอาจทำให้พลาสติกเสียรูปหรือเสียหายทันทีภายใต้ภาระการออกแบบ การอบชุบด้วยความร้อนตามอายุคือสิ่งที่เปลี่ยนแผ่นที่อ่อนนุ่มและขึ้นรูปได้ให้เป็นฮาร์ดแวร์ที่มีความแข็งแรงสูง-ที่เครื่องยนต์ไอพ่นและเฟรมเครื่องบินต้องพึ่งพา
