Spurning 1: Hvað gerir Incoloy Alloy 903 í grundvallaratriðum frábrugðin flestum öðrum háum-ofurblendiefnum sem notuð eru í ofna og hverfla?
A: Incoloy Alloy 903 (UNS N19903) táknar sérhæfða grein af ofurblendihönnun sem kallast stýrð-stækkunarblendi. Ólíkt hefðbundnum ofurblendi eins og Inconel 718 eða Waspaloy, sem setja hrástyrk og oxunarþol í forgangi, var Alloy 903 hannað til að leysa ákveðna vélræna þraut: viðhalda styrkleika en passa við varmaþenslueiginleika annarra efna.
Skilgreiningareiginleikinn - Low Coefficient of Thermal Expansion (CTE):
Alloy 903 sýnir óvenjulega lágan og stjórnanlegan CTE, venjulega um 7,0–8,0 μm/m· gráðu (3,9–4,5 μin/in·· gráðu F) frá stofuhita til 425 gráður (800 gráður F). Þetta er um það bil helmingi minna en austenítískt ryðfrítt stál eins og 304 eða 316.
Hvernig er þetta náð?
Þessi eign kemur frá einstökum efnafræði. Það er nikkel-járn-kóbaltblendi með umtalsverðri viðbót af níóbíni (Cb) og títan. Það inniheldur sérstaklega mjög lítið króm (venjulega<0.5%). In most superalloys, Chromium is added for oxidation resistance. In Alloy 903, it is intentionally minimized because Chromium raises the CTE and disrupts the desired expansion behavior.
Umsókn rökfræði:
Þessi litla stækkun gerir Alloy 903 íhlutum (eins og hlífum, hlífum og hringjum) kleift að þenjast út og dragast saman á svipuðum hraða og neðri -þenslu nikkel- ofurblendi eða jafnvel keramikefni sem þau eru að þétta eða styðja. Þetta viðheldur þéttu bili í vélum sem snúast, eykur skilvirkni og kemur í veg fyrir að blaðoddar nuddast við áklæðið. Það er efni hannað fyrir víddarstöðugleika undir hitauppstreymi, ekki bara hrástyrk.
Spurning 2: Í AMS 5803 forskriftinni er minnst á „endurbráðna rafskautsefni“. Hvers vegna er þessi sérstaka bræðsluaðferð mikilvæg fyrir Incoloy 903 plötu og plötu sem ætlaðar eru fyrir íhluti í geimofna?
Svar: Krafan um endurbræðslu rafskauta-sérstaklega Vacuum Arc Remelting (VAR) eða Electroflux Remelting (EFR) eins og vísað er til í AMS 5803 - er ekki bara gátreitur; það er grundvallarkrafa fyrir frammistöðu og heilleika efnisins í mikilvægum snúnings- og þéttingaraðgerðum.
Ástæðan: Efnafræðistýring og smábyggingarjafnvægi
Stöðug efnafræðileg stjórnun: Einstakir eiginleikar Alloy 903 með litla-þenslu byggjast á nákvæmum hlutföllum nikkels, kóbalts og járns. Venjuleg loftbræðsla getur ekki náð þeirri einsleitni sem krafist er. Tómarúmbráðnun tryggir að hvarfgjarnir þættir eins og títan og níóbín (ál er einnig til staðar) séu nákvæmlega stjórnað og laus við mengun af lofttegundum eins og súrefni og köfnunarefni.
Útrýming aðskilnaðar: Í há-blendikerfi eins og N19903 getur aðskilnaður frumefna við storknun leitt til „röndunar“ á lokaplötunni eða lakinu. Ef band af efni hefur aðeins annan stækkunarstuðul en aðliggjandi band, getur íhluturinn skekkst eða skekkt á ófyrirsjáanlegan hátt við hitauppstreymi í ofni eða vél. VAR framleiðir einsleitari hleifabyggingu.
Lágmarka ó-málminnihald: Fyrir þunn blöð (AMS 5803 nær yfir blöð allt að 0,001 tommu þykkt fyrir sérstök forrit) getur ein smásæ innifalið virkað sem spennustig og upphafspunktur fyrir þreytubilun. Endurbræðsluferlið fínpússar kornbygginguna og flýtur út innfellingar og framleiðir „hreinna“ efni sem er nauðsynlegt fyrir áreiðanleika þunnra-mæla þindanna, belganna og þéttinga.
Í stuttu máli, með því að tilgreina AMS 5803 með kröfu um endurbræðslu rafskauts til notkunar, tryggir það að platan eða blaðið hafi innra hreinleika og efnafræðilega einsleitni sem nauðsynleg er til að framkvæma víddarstöðugleikaaðgerð sína á áreiðanlegan hátt.
Spurning 3: Hönnuður er að íhuga Incoloy 903 blað fyrir ofnplötu sem starfar við 700 gráður (1300 gráður F). Miðað við málmvinnslueiginleika þess, er þetta öruggt forrit? Hver eru eðlislæg takmörk þessarar málmblöndu?
A: Að velja Incoloy 903 fyrir ofnskugga við 700 gráður (1300 gráður F) væri líklega veruleg málmvinnsluröng beiting sem gæti leitt til hraðrar og skelfilegrar bilunar.
Kjarnatakmörkun: Skortur á oxunarþol
Eins og fram kemur í fyrsta ársfjórðungi inniheldur Alloy 903 mjög lítið króm (Cr). Króm er aðal frumefnið sem veitir háan- oxunarþol með því að mynda verndandi Cr₂O₃ kvarða.
Við 700 gráður í lofti (oxandi) andrúmslofti mun yfirborð Alloy 903 oxast hratt. Án hlífðar krómoxíðlags myndar það ó-verndandi, spillandi járn-nikkeloxíðhleif. Efnið mun "ryðga" í burtu á hraðari hraða, sem leiðir til hraðs hluta taps.
Aðrar mikilvægar takmarkanir:
Hátt-hitastyrksfall: Þó Alloy 903 hafi framúrskarandi styrk við meðalhitastig (allt að ~650 gráður) vegna úrkomuherðingar (gamma prime, Ni₃(Al, Ti, Cb)), þá minnkar styrkur þess verulega þegar hitastig nálgast 700 gráður og meira. Það er ekki hannað fyrir burðarþol-við það hitastig.
Stressaccelerated Grain Boundary Oxidation (SAGBO): Í fyrirhugaðri notkun í geimferðum (venjulega undir 650 gráður) getur Alloy 903 verið næm fyrir SAGBO, þar sem súrefni kemst í gegnum kornmörk undir togstreitu, sem leiðir til stökkunar. Við 700 gráður yrði þessu vélbúnaður hraðað.
Rétt umsókn:
Alloy 903 er ætlað fyrir millihitastig (allt að ~650 gráður), há-styrkleiki þar sem lítil þensla er mikilvæg og umhverfið er tiltölulega óvirkt eða varið (td inni í lokuðu vélarhúsi með stýrðu andrúmslofti). Fyrir ofnskírteini sem er útsett fyrir opnu lofti við 700 gráður, væri venjulegt há-hita málmblöndur eins og Inconel 600 eða 601, eða FeCrAl málmblöndur, mun hentugra.
Q4: Við erum að búa til flókið líkklæði úr AMS 5803 blað með því að nota Gas Tungsten Arc Welding (GTAW). Hver er einstaka suðuáskorunin sem þessi álfelgur býður upp á og hvaða sértæka eftir-suðuhitameðferð (PWHT) er krafist?
A: Welding Incoloy 903 býður upp á einstaka áskorun sem tengist beint stýrðri-þensluefnafræði þess. Aðaláhættan er álags-aldurssprungur við hitameðferð eftir -suðu (PWHT).
Áskorunin: Álag-Age Cracking
Vélbúnaðurinn: Alloy 903 er styrkt með útfellingu gamma prime [Ni₃(Al, Ti, Cb)] við öldrun. Suðuferlið skapar hita-áhrifasvæði (HAZ) sem er sett í togstreitu sem er eftir þegar það kólnar.
Vandamálið: Þegar soðið samsetning er undirgefin PWHT (öldrunarhringrás) til að þróa fullan styrk í grunnmálmnum, byrjar HAZ einnig að fella út gamma prime. Þessi úrkoma veldur því að HAZ styrkist og missir sveigjanleikaá meðanafgangsálag frá suðu er enn til staðar. Ef álagið er nógu mikið mun nú-brothætt HAZ sprunga-þetta er álags-aldurssprunga.
Lausnin: Tveggja-PWHT stefnu
Til að draga úr þessu er-staðlað nálgun iðnaðarins fyrir AMS 5803 íhluti:
Skref 1 - Lausnblæðing (streitulos) ÁÐUR en öldrun:
Eftir suðu ætti samsetningin að gangast undir lausnarglæðingu (venjulega um 980 gráður ± 15 gráður / 1800 gráður F ± 25 gráður F) fylgt eftir með hraðri kælingu (slökkva).
Tilgangur: Þetta léttir meginhluta suðuafgangsálagsins og leysir upp alla upphafsúrkomu sem gæti hafa orðið við suðu.
Skref 2 - Hringrás úrkomuherðingar (öldrunar):
Aðeins eftir streitulosun er hluturinn öldrunarhringurinn (venjulega tvíþætt-þrep ferli um 720 gráður og 620 gráður / 1325 gráður F og 1150 gráður F).
Tilgangur: Þetta þróar nauðsynlega vélræna eiginleika (tog- og flæðistyrk) í streitu-lausu eða lítilli-álagsumhverfi.
Að sleppa milliglæðingunni og fara beint í öldrunarferlið er uppskrift að rifnum hlutum vegna sprungna.
Spurning 5: Verkfræðingur er að skoða eldri hönnun sem tilgreinir AMS 5803 plötu. Aðfangakeðjan á í erfiðleikum með að fá hana. Hverjar eru nútímalegar málmblöndur og hverjar eru-málin við að skipta þeim út?
A: Það er erfitt að finna bein staðgengill fyrir AMS 5803/Alloy 903 vegna þess að samsetning þess af lítilli-þenslu og miklum-styrk er nokkuð sérhæfð. Hins vegar, allt eftir nákvæmum umsóknarkröfum, eru nokkrar leiðir, hver með verulegum skiptum-.
Val 1: Alloy 909 (UNS N19909 / AMS 5892)
Nútíma arftaki: Alloy 909 er bein þróun á 903 efnafræðinni. Það var þróað sérstaklega til að bæta SAGBO viðnám og hakkseigju Alloy 903 á sama tíma og viðheldur litlum-þenslueiginleikum.
The Trade-off: Þó að það bjóði upp á betri framleiðslugetu og viðnám gegn sprunguaðferðunum sem fjallað var um í fjórða ársfjórðungi, þá er það ekki fall- í endurnýjun án þess að endurhæfa hitameðhöndlunarlotuna. Það er oft ákjósanlegur kostur fyrir nýja hönnun sem krefst lítillar stækkunar, en ef hluturinn er svikinn er smíðahitastigið mikilvægara.
Val 2: álfelgur 718 (UNS N07718 / AMS 5596)
Algeng staðgengill „hár-styrktar“:
The Trade-Off (Expansion): Alloy 718 hefur verulega hærri varmaþenslustuðul. Að skipta því út myndi eyðileggja úthreinsunareftirlitið sem upprunalegi 903 hluturinn var hannaður til að veita. Skilvirkni túrbínu eða ofns myndi minnka, eða það yrði vélræn truflun (nudd).
The Trade-off (oxun): Það jákvæða er að 718 inniheldur umtalsvert króm, sem býður upp á gríðarlega betri oxunarþol samanborið við 903.
Val 3: Invar-Type málmblöndur (td Ni36 / UNS K93600)
Lág-útvíkkun staðgengill:
The Trade-off (styrkur): Invar hefur enn lægra CTE en 903 nálægt stofuhita, en það er ekki úrkomu-hertanlegt ofurblendi. Það er tiltölulega mjúkt og skortir háan-hitastyrk 903. Það myndi skríða eða afmyndast strax við álag við hærra hitastig.
Ályktun: Ef 903 er ekki tiltækt er Alloy 909 rökréttasta staðgengill málmvinnslu. Ef 909 er líka ekki tiltækt þarf líklega að endurmeta hönnunina-. Að skipta út með venjulegu ofurblendi eins og 718 myndi leysa framboðsvandamálið en brjóta varmaþensluvirkni íhlutans.
