Inconel 718 vs Waspaloy: nikli supersulami valik turbiiniketta rakenduste jaoks

Mis on Inconel 718 ja Waspaloy ning kuidas nende tugevdusmehhanismid erinevad?

Mõlemad sulamid on sademe{0}}karastatud nikli supersulamid, kuid nende tugevus areneb erinevatest metallidevahelistest faasidest: Inconel 718 nioobiumisisaldus moodustab gamma{2}}double-prime'i (Ni3Nb), metastabiilse keha-keskse - alumiiniumi ja tetrapalooniumi faasi moodustab klassikalise gamma-praimi (Ni3(Al,Ti)), termiliselt stabiilse pinna-keskse-kuupfaasi - ja see ainuke keemiline erinevus on peaaegu kõigi teiste selles artiklis käsitletud erinevuste algpõhjus.

Allikas: Special Metals Corporation nimikoostise andmed INCONELi sulami 718 ja Waspaloy tehniliste bülletäänide (SMC-045 ja SMC-011) kohta.

Kõige nähtavam keemiline erinevus on Waspaloy märkimisväärne koobaltisisaldus (12-15%) võrreldes 718 olulise koobalti puudumisega (maksimaalselt 1%). - koobalt tõstab temperatuuri, mille juures gamma-prime püsib stabiilsena, ja aeglustab selle jämenemist, mis on osa sellest, miks Waspaloy kõrgendatud temperatuur püsib paremini.

Nioobiumi puudumine Waspaloys ja vastav olulise alumiiniumi ja titaani puudumine 718-s on teine ​​määrav lahknevus: 718 loodi teadlikult gamma{2}}double-prime ümber, kuna see faas moodustub vananemise ajal aeglasemalt, mis (nagu hilisemates osades selgitatakse) on suurepärase võimekuse otsene allikas.

Millise sulami maksimaalne kasutustemperatuur on turbiiniketta rakenduste jaoks kõrgem?

Vahe on väiksem, kui tavaliselt turbiiniketaste puhul eeldatakse: Special Metalsi enda Inconel 718 kirjanduses öeldakse, et sulam jääb pidevalt kasulikuks kuni umbes 704 kraadini (1300 kraadi F), samas kui selle enda Waspaloy kirjandus piirab kriitilisi pöörlevaid rakendusi - täpse kategooria turbiinikettad langevad {{250 kraadi juures {{50} F. Waspaloy kõrgem, sageli-tsiteeritud 870 kraadi (1600 kraadi F) lagi, mis on mõeldud spetsiaalselt muudele, vähem nõudlikele ja mittepöörlevatele rakendustele.

Allikas: Special Metals Corporation, INCONEL sulam 718 ja Waspaloy tehnilised bülletäänid (SMC-045 ja SMC-011).

See on tõeliselt kasulik parandus levinud liigsele lihtsustamisele. Suur osa teisest kirjandusest, mis neid kahte sulamit võrdleb, väidab kindlalt, et "Waspaloy talub kõrgemaid temperatuure kui 718", viidates 870-kraadisele arvule ilma täpsustuseta, et see ülemmäär kehtib mitte-pöörleva riistvara, mitte turbiini ja kompressori ketaste kohta, millest see artikkel konkreetselt räägib.

Kettarakenduse enda puhul asetab mõlema sulami enda tootjakirjandus pideva-teenuse ülemmäära üksteise suhtes ligikaudu 50 kraadi täpsusega. Täpsem ja kasulikum raamimine ei ole "Waspaloy jookseb kuumemini", vaid "Waspaloy säilitab rohkem tugevust temperatuurivahemikus, mida mõlemad sulamid taluvad" -, mis on kahe järgmise jaotise teema.

Miks säilitab gamma{0}}prime tugevuse paremini kui gamma-topelt-prime püsivalt kõrgel temperatuuril?

Gamma-double-prime on metastabiilne faas, mis pikaajalisel kõrgel-temperatuuril kokkupuutel järk-järgult muutub ortorombseks deltafaasiks (ka Ni3Nb, kuid mitte -tugevduvaks), nõrgenedes järk-järgult 718; gamma-prime ei läbi samaväärset muundumist ja selle asemel jämeneb lihtsalt aeglasemalt, mistõttu gamma{7}}prime-tugevdatud sulamid, nagu Waspaloy, pakuvad üldiselt paremat mikrostruktuurilist stabiilsust pikaajalisel kõrgel temperatuuril{9}}.

See eristus selgitab, miks 718 maksimaalset kasutustemperatuuri kirjeldatakse faasimuutuse lävega, samas kui Waspaloy oma oksüdatsioonikindluse ja lühiajalise tugevuse säilimise -aspekti - puhul on need kaks sulamit lähenemas oma piiridele tänu tõeliselt erinevatele rikkemehhanismidele. See selgitab ka, miks 718 ei olnud kunagi mõeldud konkureerima gamma{5}}peasulamitega gaasiturbiini kuuma sektsiooni kõige kuumemates punktides; 718 tõeline konkurentsieelis seisneb temperatuurivahemikus, mis jääb alla selle delta-transformatsiooniläve, kus selle tugevuse, keevitatavuse ja maksumuse kombinatsioon ületab alternatiive, mitte aga Waspaloy või uuema pulber-metallurgiaketta sulamite kraadi-kõrgeima velje{10}}temperatuuri sobitamises.

Kuidas on need kaks sulamit libisemis- ja{0}}rebenemistugevuse poolest võrreldavad?

Waspaloy avaldatud 1000 -tunnine rebenemistugevus langeb 89 ksi-lt (615 MPa) temperatuuril 1200 ° F kuni 16 ksi-ni (110 MPa) temperatuuril 1600 ° F - ja kuna Special Metalsi enda patendi- ja tootekirjandus on eraldi kinnitatud, et Inconiil ksi ja kümnendiku tugevus5 langevad allapoole. 1600 kraadi F juures on üldine suund selge isegi ilma ideaalselt sobitatud kõrvuti-}kõrvuti-testita: jagatud töövahemikus säilitab Waspaloy gamma{18}}prime koormuse-taluvuse tõhusamalt kui 718 gamma-.

Allikas: Special Metals Corporation, tüüpilised roomamis-rebenemisomadused, Waspaloy tehniline bülletään SMC-011 (optimaalne kõrge-temperatuuriline roome ja pinge-rebenemise kuumtöötlus).

Lugejad peaksid arvestama, et rebenemistugevus ja tõmbe-/voolavustugevus on omavahel seotud, kuid erinevad omadused, seega tuleks seda võrdlust lugeda pigem suuna järgi, mitte täpse, sobitatud etalonina - Asi on selles, et mõlemad joonised, mis on koostatud iga sulami enda kirjandusest sõltumatult, näitavad sama suunda. Ketta konstruktsiooni puhul, kus valitsevaks tõrkerežiimiks on roomamine või pinge{2}}rebenemine püsival temperatuuril (mitte madala-tsükli väsimuse või tõmbeülekoormuse korral), on see tugevuse säilitamine kõige tugevam tehniline argument, et valida Waspaloy 718 asemel nende jagatud tööaknas.

Millist sulamit on lihtsam keevitada ja valmistada?

Inconel 718 on üks kõige keevitatavamaid vanus-karastavaid nikli supersulameid just seetõttu, et gamma-double-praime moodustub vananemise ajal aeglaselt, võimaldades keevisõmblusi teha lahusega lõõmutatud olekus ilma eel-pragunemiseta; Seevastu Special Metals kirjeldab Waspaloy't sõnaselgelt kui materjali, mis "ei ole kergesti keevitatav väljaspool väga hoolikalt kontrollitud tingimusi", mis on altid kuum-lühikesele käitumisele ja deformatsiooni-pragudele, ning seda tuleb keevitada ainult lahusega-töödeldud olekus, kusjuures kogu komponent on uuesti-töödeldud hoolduslahusega.

See on vaieldamatult suurim praktiline erinevus kahe sulami vahel tootjate ja remonditöökodade jaoks. Pingu -vanusepragu tekib siis, kui kiiresti moodustuv tugevnev sade tekitab keevisõmbluse kuumusest mõjutatud tsoonis ja selle ümbruses pinget kiiremini, kui materjal suudab seda lõdvestada, lõhestades vuugi just selle tugevdamiseks mõeldud kuumtöötluse ajal.

Gamma{0}}prime'i suhteliselt kiire sademete kineetika muudab Waspaloy selle rikete režiimi suhtes tõeliselt vastuvõtlikuks, mistõttu Special Metals soovitab lahuse -anniilimistemperatuuril kasutada kiireimat praktilist kuumutuskiirust, et minimeerida pinges-vanuse{3}}kuumpragunemise vahemikku ja kuumtöötluse järgset tugevust{4}. on selgelt madalam kui kuumtöödeldud -töödeldud sepistatud materjalil - Special Metals soovitab otseselt mitte asetada Waspaloy keevisõmblusi kõrge -pingega kohtadesse. Gamma-double-aeglasem moodustamine annab 718-le palju laiema ja andestavama töötlemisakna täpselt samal põhjusel, et 718 näitab sepistamisel laia ja andestavat kuum{13}}töötleva viimistluse-temperatuurivahemikku, nagu on kirjeldatud selle sarja kaasartiklis.

Millist sulamit on lihtsam töödelda?

Special Metals on selgelt määratlenud Waspaloy kui "keerulisemalt töödeldavate supersulamite hulgas", samas kui Inconel 718 on siiski oluliselt raskemini töödeldav kui roostevaba teras, kuid seda peetakse üldiselt paremini töödeldavaks kui gamma{1}}peamine-tugevdatud sulamid nagu Waspaloy mitmekordse kuluga töötlemine - valmis turbiini ketas tavaliselt nõuab.

Töödeldatavuse erinevused ühenduvad ketta kogu tootmisjärjestuses - töötlemata töötlemine pärast sepistamist, viimistletud töötlemine pärast sepistamist, töötlemine pärast kuumtöötlust ja mis tahes hilisemad ümbertöötlemised -, nii et isegi mõõdukas tööea -erinevus tööriista tööeas, lõikekiiruses või saavutatavas pinnaviimistluses muutub oluliseks kogukuluks ja töö-ajateguriks terve ketta kohta. See töötlemisraskus on otseselt seotud sama koobalti ja gamma{5}}põhimahufraktsiooniga, mis annab Waspaloyle selle kõrgendatud-temperatuuritugevuse eelise: omadused, mis panevad sulami töö käigus deformatsioonile vastu, on suures osas samad, mis takistavad selle materjali eemaldamist masinatöökojas.

Kuidas on need kaks sulamit võrreldavad kuuma{0}}tööpiirkonna ja sepistatavuse osas?

Waspaloy kuum-tööpiirkond (1800-2140 kraadi F) on sarnaselt kõrge temperatuurivahemikuga Inconel 718 omale (1650{11}}2050 kraadi F), kuid Waspaloy mõlemas otsas on teravamad tõrkerežiimid -. kuum-temperatuur üle 2150 kraadi F – ja kõvastub väga kiiresti, mistõttu on külmvormimistoimingute ajal tavaliselt vajalik vahepealne lõõmutamine, mida 718 talub sageli vähemate katkestustega.

Allikas: Special Metals Corporation, INCONEL sulam 718 ja Waspaloy tehnilised bülletäänid (SMC-045 ja SMC-011).

Kuidas võrreldakse standardseid kuumtöötlustsükleid{0}}?

Waspaloy standardne kuumtöötlus hõlmab täiendavat etappi 718, mis ei nõua - stabiliseerivat lõõmutamist lahusega töötlemise ja vananemise vahel -, mis muudab Waspaloy protsessi nii pikemaks kui ka järjestustundlikumaks-, mis on kooskõlas selle suurema vastuvõtlikkusega pingega seotud pragunemise suhtes, kui ajakava täpselt ei järgita.

Allikas: Special Metals Corporation, INCONEL sulam 718 ja Waspaloy tehnilised bülletäänid (SMC-045 ja SMC-011).

Waspaloy vahepealne stabiliseerimisetapp on olemas selleks, et sadestada tera{0}}piirkarbiidid kontrollitud viisil, enne kui vananemisetapis tekib gamma--peamine tugevdamine - järjestusvalik, mis vähendab tundlikkust järgnevate terade-piirirünnakute suhtes, kuid võib veelgi sattuda töötlemise ajal valesse punkti ja ajakava. See on veel üks väljend selles artiklis läbivast teemast: Waspaloy suurepärane kõrgel-temperatuuril tugevuse hoidmine ostetakse kitsama, vähem andestava ja rangemalt järjestatud tootmisprotsessi hinnaga.

Kas koobaltisisaldus tekitab Waspaloy kulusid ja pakkumist?

Jah - Waspaloy 12-15% koobaltisisaldus on tõeline, struktuurne kulu- ja tarneahela erinevus Inconel 718-st, mis sisuliselt ei sisalda (maksimaalselt 1%); koobalt on väiksem, geograafiliselt kontsentreeritum ja ajalooliselt muutlikum turg kui nikli, kroomi või molübdeeni turg ning selle kahekohaline massiprotsent Waspaloys ei ole sulamimise joonealune märkus.

See ei ole väide konkreetse praeguse hinnalisa kohta, mis kõigub koos koobaltituru tingimustega ja mida tuleks kinnitada praeguste veski noteeringutega -, see on struktuurne tähelepanek kahe sulami aluseks oleva materjalikulu kohta. Materjali spetsifikatsiooni otsus 718 ja Waspaloy vahel on osaliselt otsus selle kohta, kui suur osa valmisosa kulubaasist peaks olema avatud koobaltituru volatiilsusele, mitte aga suhteliselt stabiilsematele nikli-, kroomi- ja molübdeeniturgudele, mida mõlemad sulamid muidu jagavad.

Millised standardid reguleerivad turbiiniketaste hankimisel iga sulamit?

Mõlemad sulamid jagavad ASTM B637 kui ühtset varda ja sepis{1}}materjali spetsifikatsiooni, kuid kummalgi on oma AMS-i spetsifikatsioonide perekond, mis kajastab nende erinevaid kuumtöötlemise järjestusi - Waspaloy spetsifikatsioonide komplekt eraldab selgesõnaliselt lahusega-töödeldud-ainult materjalist A570A,7608. lahendus-stabiliseeritud-ja-vanandatud materjal (AMS 5704, AMS 5707, AMS 5709), sama loogiline jaotus, mis on hõlmatud kaasartiklis Inconel 718 paari AMS 5662/5663.

Allikas: Special Metals Corporation, "Saadaolevad tooted ja spetsifikatsioonid", INCONEL sulam 718 ja Waspaloy tehnilised bülletäänid.

Millise sulami peaksite turbiiniketta rakenduse jaoks määrama?

Määrake Inconel 718 kompressoriketaste, ventilaatoriketaste ja madalama-temperatuuriga turbiiniketaste jaoks, mille töötemperatuur jääb mugavalt alla 600-650 kraadi, kus on olulised tootmiskulud, keevitatavus ja töödeldavus ning kus koobalti{5}}turukulud on muret tekitavad; täpsustage Waspaloy, kus ketas töötab püsivalt vahemikus 540–650 kraadi ja konstruktsiooni juht on libisemis-/pingerebenemistugevuse säilimine pikkade hooldusintervallide jooksul.

Valige Inconel 718:Kompressor, ventilaator ja madalamal temperatuuril{0}}turbiini kettad töötavad hästi 718 pidevas-teenindusvahemikus.

Valige Inconel 718:Kettad või riistvara, mis vajavad valmistamise osana keevitamist, keevisõmbluste parandamist või põhjalikku töötlemist.

Valige Inconel 718:Programmid, mille puhul on prioriteediks madalamad materjalikulud ja väiksem kokkupuude koobalti{0}}turuhinna volatiilsusega.

Valige Waspaloy:Turbiinikettad ja pöörlev riistvara, mis töötavad ligikaudu 540-650 kraadi vahemikus, kus püsiv roomamis- ja pingerebenemistugevus reguleerib ketta eluiga.

Valige Waspaloy:Rakendused, kus valmistajal on kvalifitseeritud, rangelt kontrollitud keevitusprotseduurid, mis suudavad hallata Waspaloy deformatsiooni{0}}vanusepragude tundlikkust või kus konstruktsioon väldib täielikult keevisõmblusi suure-pingega kohtades.

Valige Waspaloy:Pärandmootoriprogrammid ja remondi-/kapitaalremonditööd, mille puhul Waspaloy on kvalifitseeritud, joonistatakse-välja-materjal ja asendamine ei ole võimalik.

Kummagi sulami praktilisest vahemikust väljapoole jäävate turbiiniketaste kõige kuumemate positsioonide jaoks pange tähele, et nii 718 kui ka Waspaloy uusimates mootorikonstruktsioonides on oluliselt täiendatud pulber-metallurgiagamma-prime/gamma-double-prime supersulamid, mis on spetsiaalselt välja töötatud selleks, et veelgi rohkem meelde tuletada, et {{5} ketta temperatuurikaitse} kahe-sulami võrdlus kirjeldab hästi-väljakujunenud, endiselt-asjakohast valikut, mitte kogu kaasaegset turbiiniketta materjalide maastikku.

Korduma kippuvad küsimused

K: Kas Waspaloy on tugevam kui Inconel 718?

A: Pidevalt kõrgel temperatuuril nende ühises töövahemikus jah, jah, - Waspaloy gamma-peamine tugevdusfaas säilitab koormusta-usaldusväärsemalt kui 718 gamma-double-prime, mis on kalduvus muutuda üle{6}peatuks. Toatemperatuuril saab mõlemat sulamit kuumtöödelda laias laastus võrreldavate suure{8}tugevusega tingimuste saavutamiseks.

K: Kas Waspaloy töötab tõesti kõrgematel temperatuuridel kui Inconel 718?

A: Mitte nii palju, kui tavaliselt turbiiniketaste puhul eeldatakse. Spetsiaalsete metallide enda kirjanduse kaaned on Waspaloy 650 kraadi (1200 kraadi F) jaoks kriitiliste pöörlevate rakenduste jaoks, nagu kettad, versus 718 704 kraadi (1300 kraadi F) pideva -teeninduslagi. Waspaloy sageli-tsiteeritud 870 kraadi (1600 kraadi F) võime kehtib vähem nõudlike, mitte{14}}pöörlevate rakenduste, mitte turbiiniketaste puhul.

K: Miks on Inconel 718 lihtsam keevitada kui Waspaloyd?

A: 718 gamma-double-tugevdusfaas moodustub vananemise ajal aeglaselt, nii et keevisõmblusi saab teha lahusega lõõmutatud olekus ilma järgneva kuumtöötlemise käigus pragunemata. Waspaloy gamma{5}}algne faas moodustub palju kiiremini, muutes sulami deformatsiooni-vanusepragude tekkeks; Spetsiaalsed metallid näitavad, et Waspaloy ei ole kergesti keevitatav väljaspool hoolikalt kontrollitud tingimusi ja seda tuleb keevitada ainult lahusega töödeldud olekus, seejärel töödeldakse kogu komponendi lahusega.

K: Kas Waspaloy on kallim kui Inconel 718?

A: Waspaloy 12-15% koobaltisisaldus (võrreldes 718 sisuliselt koobalti-vaba keemiaga) on struktuurne kulu ja tarneahela erinevus, kuna koobalt on nikli või kroomiga võrreldes väiksem ja hinnakõikuvam turg. Koos Waspaloy raskema töötlemise ja nõudlikumate tootmisnõuetega on selle tarnimise kogumaksumus üldiselt suurem, kuigi täpseid lisatasusid tuleks kinnitada praeguse turuhinnaga.

K: Kas Inconel 718 saab kasutada Waspaloy otsese asendajana turbiinikettas?

A: Mitte automaatselt. Ehkki 718 on lihtsam ja odavam valmistada, erinevad selle pidev-kasutustemperatuuri ülemmäär ja kõrgendatud-temperatuuri tugevuse säilitamine Waspaloy omast ning turbiiniketta asendamine nõuab täielikku insenertehnilist ümberkvalifitseerimist, mis vastab konkreetse mootori temperatuuri-, pinge- ja kasutusea nõuetele -, mitte ainult sarnase materjali jaoks{{.7}}

K: Millist sulamit on lihtsam töödelda, kas Inconel 718 või Waspaloy?

A: Inconel 718 peetakse üldiselt paremini töödeldavaks. Special Metals kirjeldab selgesõnaliselt Waspaloyd kui raskemini töödeldavate supersulamite hulka, mis on sama koobaltisisalduse ja gamma{2}}peamahufraktsiooni otsene tagajärg, mis annab sellele suurepärase tugevuse kõrgel temperatuuril.