1: องค์ประกอบทางโลหะวิทยาพื้นฐานและกลไกการเสริมความแข็งแกร่งของ Incoloy 901 (UNS N09901 / AMS 5661) คืออะไร และเหตุใดจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานกังหันก๊าซความเครียดสูง-
Incoloy 901 (หรือที่รู้จักในชื่อ NIMONIC 901) เป็นซูเปอร์อัลลอย-เหล็กนิกเกิล-โครเมียม-ที่ตกตะกอน ซึ่งออกแบบมาเพื่อให้มีความแข็งแกร่งที่อุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ- องค์ประกอบของมันคือความสมดุลที่ระมัดระวัง:
ฐาน: นิกเกิล (~42%) และเหล็ก (~36%) เป็นเมทริกซ์ออสเทนนิติก
สารเสริมความแข็งแกร่ง: การผสมผสานที่สำคัญของไทเทเนียม (~2.9%) และอลูมิเนียม (~0.2%) ก่อให้เกิดระยะการเสริมความแข็งแกร่งหลัก ซึ่งก็คืออินเตอร์เมทัลลิกตามลำดับ ' (แกมมา-ไพรม์, Ni₃(Al,Ti)) เมื่อมีอายุมากขึ้น
สารเสริมความแข็งแกร่งของสารละลายแข็ง: โครเมียม (~12.5%) ให้ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและเสริมความแข็งแกร่งให้กับสารละลายของแข็ง ในขณะที่โมลิบดีนัม (~5.8%) เพิ่มความแข็งแรงและความเสถียร
การควบคุมขอบเขตของเกรน: มีการเพิ่มโบรอนและคาร์บอนต่ำเพื่อความแข็งแรงของขอบเขตของเกรนและความต้านทานการคืบคลาน
กลไกการเสริมความแข็งแกร่ง: ต่างจากโลหะผสมที่เป็นของแข็ง- (เช่น Hastelloy X) Incoloy 901 ได้รับความแข็งแกร่งจากการแข็งตัวด้วยการตกตะกอน ขั้นแรกให้นำวัสดุไปอบอ่อน-ที่ ~1095 องศา (2000 องศา F) เพื่อละลายธาตุอัลลอยด์ จากนั้นจึงทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว การชะลอวัยสอง-ขั้นตอน (เช่น 775 องศา จากนั้น 720 องศา ) จะทำให้อนุภาค ' กระจายตัวละเอียดและสม่ำเสมอภายในเมล็ดพืช อนุภาคเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นอุปสรรคที่น่าเกรงขามต่อการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ โดยให้ความต้านทานแรงดึง การคืบ และความเค้น{15}}ที่โดดเด่นที่อุณหภูมิตั้งแต่ 540 องศาถึง 650 องศา (1000 องศา F ถึง 1200 องศา F) ซึ่งทำให้เหนือกว่าสเตนเลสสตีลและโลหะผสม-สารละลายที่เป็นของแข็งหลายชนิดในช่วงอุณหภูมิวิกฤตนี้สำหรับกังหันก๊าซ ซึ่งมีความเครียดจากแรงเหวี่ยงและความร้อนสูง
2: แผ่นและเพลท Incoloy 901 ที่ระบุโดยทั่วไปมากที่สุดคือส่วนประกอบใดของเครื่องยนต์กังหันก๊าซ และเป็นไปตามข้อกำหนดการออกแบบใดบ้าง
Incoloy 901 ได้รับการระบุไว้สำหรับส่วนประกอบที่ทำงานภายใต้ความเค้นเชิงกลสูงสุดที่อุณหภูมิสูงในส่วนตรงกลาง-ของเครื่องยนต์กังหันแก๊ส การใช้งานได้รับแรงหนุนจากอัตราส่วนแรงดึงและความแข็งแรงการคืบสูงที่ไม่มีใครเทียบได้-ต่อ-
ส่วนประกอบในการหมุนที่สำคัญ: การประยุกต์ใช้งานหลักคือในจานกังหัน (โรเตอร์) และจานคอมเพรสเซอร์ในช่วงหลังที่มีอุณหภูมิสูง- ส่วนประกอบเหล่านี้อยู่ภายใต้แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางอันมหาศาลที่อุณหภูมิการทำงานซึ่งอะลูมิเนียมหรือไททาเนียมอัลลอยด์ไม่เหมาะสม การตีขึ้นรูปจากสต็อกแท่งขนาดใหญ่เป็นเรื่องปกติ แต่รูปแบบแผ่นที่เกี่ยวข้องจะถูกป้อนเข้าไปในรูปทรงก่อนการตีขึ้นรูป-
โครงสร้างแบบสถิตที่มีความเค้นสูง-: รูปแบบแผ่นและแผ่นใช้สำหรับปลอกที่สำคัญ แหวน ซีล และตัวเสื้อคอมเพรสเซอร์แรงดันสูง- ชิ้นส่วนเหล่านี้จะต้องรักษาความเสถียรของมิติและความสมบูรณ์ของโครงสร้างภายใต้การไล่ระดับความร้อนและแรงดันที่ซับซ้อน ตัวอย่างที่เฉพาะเจาะจงคือโครงเครื่องเผาไหม้หรือโครงส่วนกลางของกังหัน- ซึ่งจำเป็นต้องมีความแข็งแรงสูงและความสามารถในการแปรรูปที่ดี
สิ่งยึดและการกำหนดเพลา: โบลต์ น็อต และเพลากังหันที่มีความแข็งแรงสูง-ก็ใช้โลหะผสมนี้เช่นกัน
The key design requirements it meets are: 1) High 0.2% Yield Strength (>795 MPa / 115 ksi ที่อุณหภูมิห้อง คงความแข็งแกร่งอย่างมีนัยสำคัญที่ 650 องศา ), 2) การคืบคลานที่ยอดเยี่ยม-อายุการแตกร้าว (เช่น 100+ ชั่วโมงที่ 650 องศาภายใต้ความเครียดสูง) และ 3) ความต้านทานต่อออกซิเดชันที่เพียงพอถึง ~815 องศา (1500 องศา F) สำหรับการสัมผัสเป็นระยะๆ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนยังถูกจับคู่อย่างระมัดระวังกับวัสดุเครื่องยนต์อื่นๆ เพื่อจัดการกับความเครียดจากความร้อน
3: ระเบียบวิธีการผลิต การเชื่อม และการบำบัดความร้อนที่จำเป็นและเฉพาะทางที่ต้องปฏิบัติตามเมื่อผลิตส่วนประกอบจากแผ่น/แผ่น AMS 5661 มีอะไรบ้าง
การทำงานกับ Incoloy 901 ต้องมีวินัยที่เข้มงวดเนื่องจากอายุ-ที่เพิ่มมากขึ้น ขั้นตอนการผลิตจะต้องเรียงลำดับอย่างถูกต้องเพื่อให้ได้คุณสมบัติที่ต้องการและหลีกเลี่ยงการแตกร้าว
กฎลำดับการผลิต: การขึ้นรูป การตัดเฉือน และการเชื่อมที่สำคัญทั้งหมดจะต้องเสร็จสิ้นในสารละลาย-สภาวะอบอ่อน (อ่อน) ก่อนการบ่มขั้นสุดท้าย การพยายามขึ้นรูปหรือเชื่อมโลหะผสมในสภาวะที่มีอายุ (แข็งตัว) จะทำให้เกิดการแตกร้าวและคุณสมบัติที่ไม่ดี
การอบชุบด้วยความร้อน (ต่อ AMS 5661):
การบำบัดด้วยสารละลาย: ให้ความร้อนถึง 1,095 องศา ± 15 องศา (2,000 องศา F) และค้างไว้ จากนั้นทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว (โดยทั่วไปคือน้ำมันหรือน้ำดับ) เพื่อคงองค์ประกอบอัลลอยด์ไว้ในสารละลาย
การทำให้คงตัว (เป็นทางเลือก แต่ใช้ทั่วไป): ให้ความร้อนถึง 775 องศา - 800 องศา (1425 องศา F - 1475 องศา F) และค้างไว้ จากนั้นให้อากาศเย็น ซึ่งช่วยในการตัดเฉือนและลดความเสี่ยงของการแตกร้าวตามอายุ-รอยเชื่อม-
การรักษาความชรา (วิกฤต): อายุสอง-เป็นมาตรฐาน: ขั้นแรก ให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 775 องศา ±15 องศา (1425 องศา F) และค้างไว้เป็นเวลา 4 ชั่วโมง โดยให้อากาศเย็น จากนั้นตั้งอุณหภูมิไว้ที่ 720 องศา ±15 องศา (1325 องศา F) และพักไว้ 24 ชั่วโมง โดยให้อากาศเย็น สิ่งนี้จะเร่งให้เกิด ' ขนาดและการกระจายที่เหมาะสมที่สุด
การเชื่อม: การเชื่อมถือเป็นเรื่องท้าทายและจำกัดอยู่เพียงการซ่อมแซมหรือการเชื่อมที่จำเป็นเท่านั้น
กระบวนการ: การเชื่อมแก๊สทังสเตนอาร์ก (GTAW/TIG) เป็นวิธีหลัก
โลหะตัวเติม: ใช้-องค์ประกอบที่ตรงกันหรือมากกว่า-ตัวเติมที่มีนิกเกิลตรงกัน- เช่น AWS A5.14 ERNiFeCr-1 หรือโลหะผสมชนิดพิเศษ เช่น ตัวเติม Inconel 617 สำหรับข้อต่อที่ไม่เหมือนกัน
ข้อควรระวัง: การเชื่อมมีความอ่อนไหวสูงต่อความเครียด-การแตกร้าวตามอายุใน-โซนที่ได้รับผลกระทบ (HAZ) ความร้อนระหว่าง-การรักษาความร้อนหลังการเชื่อมหรือในการให้บริการ เพื่อบรรเทาปัญหานี้ ให้เชื่อมในสภาวะที่ได้รับการบำบัด-สารละลายทั้งหมด ใช้ความร้อนต่ำ ใช้ความร้อนก่อน-อย่างกว้างขวาง (~315 องศา / 600 องศา F) และปฏิบัติตามการเชื่อมด้วยสารละลาย-ใหม่ทั้งหมดและ-วงจรอายุใหม่ หากคุณสมบัติสุดท้ายของส่วนประกอบมีความสำคัญ
4: ประสิทธิภาพของ Incoloy 901 เป็นอย่างไรเมื่อเปรียบเทียบกับซูเปอร์อัลลอยเทอร์ไบน์ทั่วไปอื่นๆ เช่น Inconel 718 และ Waspaloy ในแง่ของความแข็งแกร่ง ความสามารถด้านอุณหภูมิ และความสามารถในการขึ้นรูป
ทางเลือกระหว่างซูเปอร์อัลลอย{0}}ที่มีการตกตะกอนเหล่านี้ถือเป็นข้อด้อยทางวิศวกรรมที่สำคัญ-โดยขึ้นอยู่กับข้อกำหนดด้านอุณหภูมิและความเครียด
เทียบกับ Inconel 718 (UNS N07718):
ความแข็งแรง/อุณหภูมิ: Incoloy 901 ให้แรงดึงและการคืบคลานที่สูงกว่าประมาณ 595 องศา (1100 องศา F) ระยะการเสริมกำลังปฐมภูมิ ( '') ของ Inconel 718 เริ่มหยาบและละลายเหนืออุณหภูมินี้ ส่งผลให้กำลังลดลงอย่างรวดเร็ว. 901 รักษากำลังที่เป็นประโยชน์ได้สูงถึงประมาณ 650-700 องศา (1200-1300 องศา F)
ความสามารถในการขึ้นรูป/การเชื่อม: Inconel 718 นั้นเหนือกว่าอย่างมาก สามารถเชื่อมได้สูงและทนต่อความเครียด-การแตกร้าวตามอายุ ทำให้เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับโครงสร้างการเชื่อมที่ซับซ้อน. 901 ความสามารถในการเชื่อมของเหล็กยังถือว่าแย่เมื่อเปรียบเทียบกัน
เทียบกับ Waspaloy (UNS N07001):
ความแข็งแรง/อุณหภูมิ: โดยทั่วไป Waspaloy มีความแข็งแรงของการคืบและการแตกร้าวที่ดีกว่าที่ปลายบนสุดของช่วงอุณหภูมิ (650-815 องศา / 1200-1500 องศา F) เนื่องจากมีเศษส่วนปริมาตรที่สูงกว่าของ ' อย่างไรก็ตาม Incoloy 901 มักจะมีกำลังรับแรงดึงสูงกว่าที่อุณหภูมิปานกลาง (540-650 องศา) และมีความหนาแน่นน้อยกว่า
ต้นทุนและการประมวลผล: โดยทั่วไปแล้ว Incoloy 901 ซึ่งมีธาตุเหล็กจำนวนมาก มักจะมีความคุ้มทุน-มากกว่า-นิกเกิล โคบอลต์-ที่ประกอบด้วย Waspaloy ที่สูงกว่า การอบชุบด้วยความร้อนก็ซับซ้อนน้อยกว่าเช่นกัน
สรุปการเลือก: เลือก Inconel 718 สำหรับชิ้นส่วนที่ซับซ้อนซึ่งต้องมีการเชื่อมและการบริการต่ำกว่า ~595 องศา เลือก Incoloy 901 สำหรับ-ส่วนประกอบหมุนปลอมแปลงที่มีความแข็งแรงสูงและโครงสร้างคงที่ที่ทำงานในช่วง 595 องศาถึง 650 องศา ซึ่งการเชื่อมไม่ได้เป็นปัญหาหลัก เลือก Waspaloy สำหรับชิ้นส่วนที่หมุนด้วยอุณหภูมิสูงสุด โดยที่ต้นทุนรองลงมาคือประสิทธิภาพการคืบสูงสุด
5: ข้อกำหนดหลักในการควบคุมคุณภาพ การทดสอบ และการรับรองที่กำหนดโดย AMS 5661 สำหรับแผ่นและเพลทเกรด Incoloy 901 เกรดอากาศยานและอวกาศ{2}}มีอะไรบ้าง
ข้อกำหนดวัสดุการบินและอวกาศ (AMS) 5661 กำหนดระเบียบการประกันคุณภาพที่เข้มงวดเพื่อรับประกันความสมบูรณ์ของวัสดุสำหรับ-การใช้งานที่สำคัญในการบิน
การวิเคราะห์ทางเคมี: เคมีหลอมเหลวต้องได้รับการตรวจสอบสำหรับความร้อน (ล็อต) ของวัสดุแต่ละชนิด วิธีการวิเคราะห์ทางสเปกโตรกราฟิกหรือแบบเปียกถูกนำมาใช้เพื่อให้มั่นใจว่าสอดคล้องกับขีดจำกัดองค์ประกอบที่เข้มงวด
การทดสอบคุณสมบัติทางกล: จำเป็นต้องมีการทดสอบแรงดึง (ผลผลิต ขั้นสุดท้าย การยืดตัว) ที่อุณหภูมิห้องและที่อุณหภูมิสูง (โดยทั่วไปคือ 650 องศา / 1200 องศา F) การทดสอบจะดำเนินการกับชิ้นงานที่นำมาจากรูปแบบผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป (แผ่น/แผ่น) หลังจากการอบร้อนขั้นสุดท้าย
การควบคุมขนาดเกรน: AMS 5661 ระบุหมายเลขขนาดเกรน ASTM ที่ต้องการ (โดยทั่วไปคือ 5 หรือละเอียดกว่า) ขนาดเกรนที่ละเอียดและสม่ำเสมอเป็นสิ่งสำคัญสำหรับคุณสมบัติความล้าและแรงดึงที่เหมาะสมที่สุด การประเมินมาโคร-เป็นมาตรฐาน
การทดสอบความเครียด-การแตกหัก: สำหรับการใช้งานที่สำคัญ อาจต้องมีการทดสอบความเครียด-เป็นการตรวจสอบจำนวนมากหรือเป็นระยะๆ ตัวอย่างจะถูกเก็บไว้ภายใต้ภาระที่ระบุที่อุณหภูมิสูง (เช่น 650 องศา ) จนกระทั่งเกิดความล้มเหลว เวลาในการแตกหักต้องเป็นไปตามมาตรฐานขั้นต่ำ (เช่น ขั้นต่ำ 23 ชั่วโมงภายใต้ความเครียดเฉพาะ)
การทดสอบแบบไม่ทำลาย- (NDT): การตรวจสอบเพลตและชีตด้วยคลื่นเสียง 100% บังคับใช้ตามมาตรฐาน ASTM E114 หรือที่คล้ายกัน เพื่อตรวจจับความไม่ต่อเนื่องภายใน เช่น การรวมตัวกัน การเคลือบ หรือช่องว่าง การตรวจสอบพื้นผิวผ่านทางสารแทรกซึมของเหลว (PT) หรือกระแสไหลวนอาจระบุได้เช่นกัน
การรับรองและความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับ: ผู้ผลิตวัสดุจะต้องจัดเตรียมรายงานการทดสอบวัสดุที่ผ่านการรับรอง (CMTR) ซึ่งแสดงรายการผลการทดสอบทั้งหมดสำหรับความร้อนและล็อตจำเพาะ รวมถึงเคมี สมบัติทางกล วงจรการบำบัดความร้อน และรายงาน NDT การตรวจสอบย้อนกลับอย่างสมบูรณ์ตั้งแต่การหลอมไปจนถึงผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายเป็นข้อกำหนดที่เจรจาไม่ได้-สำหรับห่วงโซ่อุปทานด้านการบินและอวกาศ
