1: Incoloy 901'in (UNS N09901 / AMS 5661) temel metalurjik bileşimi ve güçlendirme mekanizması nedir ve neden yüksek-gerilimli gaz türbini uygulamaları için benzersiz bir şekilde uygundur?
Incoloy 901 (NIMONIC 901 olarak da bilinir), olağanüstü yüksek-sıcaklık dayanımı için tasarlanmış çökeltme-sertleştirilmiş, nikel-demir{-krom süper alaşımıdır. Bileşimi dikkatli bir dengedir:
Baz: Nikel (~%42) ve Demir (~%36) östenitik matrisi sağlar.
Güçlendiriciler: Titanyum (~%2,9) ve Alüminyumun (~%0,2) kritik bir kombinasyonu, yaşlanmanın ardından sıralı intermetalik ' (gama-asal, Ni₃(Al,Ti)) olan birincil güçlendirme aşamasını oluşturur.
Katı Çözelti Güçlendiriciler: Krom (~%12,5) oksidasyon direnci ve katı çözeltinin güçlendirilmesini sağlarken, Molibden (~%5,8) dayanıklılık ve stabilite katar.
Tane Sınırı Kontrolü: Tane sınırı mukavemeti ve sürünme direnci için Bor ve düşük Karbon eklenir.
Güçlendirme Mekanizması: Katı -çözelti alaşımlarının (örneğin, Hastelloy X) aksine, Incoloy 901 gücünü çökeltme sertleşmesinden alır. Malzeme ilk olarak alaşım elementlerini çözmek için ~1095 derecede (2000 derece F) çözeltide-tavlanır, ardından hızla soğutulur. İki-adımlı bir yaşlandırma işlemi (örneğin, 775 derece, ardından 720 derece), tanecikler içindeki parçacıkların düzgün, ince bir dağılımını çökeltir. Bu parçacıklar, 540 derece ila 650 derece (1000 derece F ila 1200 derece F) arasındaki sıcaklıklarda olağanüstü çekme, sürünme ve stres-kırılma mukavemeti sağlayarak, dislokasyon hareketine karşı zorlu engeller görevi görür. Bu, onu, merkezkaç ve termal gerilimlerin aşırı olduğu gaz türbinleri için bu kritik sıcaklık aralığında birçok paslanmaz çelikten ve katı{21}}çözelti alaşımından üstün kılar.
Şekil 2: Incoloy 901 levha ve levha hangi spesifik gaz türbini motor bileşenlerinde en yaygın şekilde belirtilir ve hangi tasarım gereksinimlerini karşılar?
Incoloy 901, gaz türbinli motorların orta-bölümünde yüksek sıcaklıklarda ve en yüksek mekanik gerilim altında çalışan bileşenler için tasarlanmıştır. Kullanımı, benzersiz yüksek gerilme ve sürünme mukavemeti-/yoğunluk oranıyla- sağlanmaktadır.
Kritik Dönen Bileşenler: Başlıca uygulaması türbin disklerinde (rotorlarda) ve daha sonraki yüksek-sıcaklık aşamalarındaki kompresör disklerindedir. Bu bileşenler, alüminyum veya titanyum alaşımlarının uygun olmadığı çalışma sıcaklıklarında çok büyük merkezkaç kuvvetlerine maruz kalır. Büyük çubuk stoğundan yapılan dövmeler tipiktir, ancak ilgili plaka formları önceden-dövülmüş şekillere beslenir.
Yüksek-Gerilimli Statik Yapılar: Sac ve plaka formları, kritik muhafazalar, halkalar, contalar ve yüksek-basınçlı kompresör muhafazaları için kullanılır. Bu parçalar, karmaşık termal değişimler ve basınç yükleri altında boyutsal stabiliteyi ve yapısal bütünlüğü korumalıdır. Özel bir örnek, yüksek mukavemet ve iyi üretilebilirliğin gerekli olduğu yanma odası kasası veya türbin orta-çerçevesidir.
Bağlantı Elemanları ve Şaftlar: Yüksek-mukavemetli cıvatalar, somunlar ve türbin milleri de bu alaşımı kullanır.
The key design requirements it meets are: 1) High 0.2% Yield Strength (>Oda sıcaklığında 795 MPa / 115 ksi, 650 derecede önemli bir mukavemeti korur), 2) Olağanüstü sürünme-kopma ömrü (örneğin, yüksek gerilim altında 650 derecede 100+ saat) ve 3) aralıklı maruz kalma için ~815 dereceye (1500 derece F) kadar yeterli oksidasyon direnci. Termal genleşme katsayısı, termal stresi yönetmek için diğer motor malzemeleriyle de dikkatli bir şekilde eşleştirilir.
3: AMS 5661 levha/levhadan bileşenler üretirken takip edilmesi gereken temel ve özel imalat, kaynak ve ısıl işlem protokolleri nelerdir?
Incoloy 901 ile çalışmak, zamanla sertleşen doğası nedeniyle sıkı bir disiplin gerektirir-. Gerekli özelliklerin elde edilmesi ve çatlamanın önlenmesi için imalat adımları doğru şekilde sıralanmalıdır.
Üretim Sırası Kuralı: Tüm ana şekillendirme, işleme ve kaynak işlemleri, son yaşlandırma işleminden önce çözeltide-tavlanmış (yumuşak) durumda TAMAMLANMALIDIR. Alaşımı eskimiş (sertleşmiş) durumda şekillendirmeye veya kaynaklamaya çalışmak, çatlamaya ve kötü özelliklere yol açacaktır.
Isıl İşlem (AMS 5661'e göre):
Çözelti İşlemi: 1095 derece ±15 dereceye (2000 derece F) ısıtın ve tutun, ardından alaşım elementlerini çözelti içinde tutmak için hızla soğutun (tipik olarak yağ veya suyla söndürme).
Stabilizasyon (İsteğe bağlı ancak yaygın): 775 derece - 800 dereceye (1425 derece F - 1475 derece F) ısıtın ve tutun, ardından havayla soğutun. Bu, işlemeye yardımcı olur ve-kaynak gerilimi- sonrası yaş çatlaması riskini azaltır.
Yaşlandırma Tedavisi (Kritik): İki-adımlı yaşlandırma standarttır: Öncelikle 775 derece ±15 dereceye (1425 derece F) ısıtın ve 4 saat boyunca havayla soğutun. Daha sonra 720 derece ±15 dereceye (1325 derece F) ısıtın ve 24 saat boyunca havayla serinletin. Bu, optimal boyutu ve dağılımı hızlandırır.
Kaynak: Kaynak yapmak zordur ve gerekli onarımlar veya birleştirmelerle sınırlıdır.
İşlem: Gaz Tungsten Ark Kaynağı (GTAW/TIG) birincil yöntemdir.
Dolgu Metali: AWS A5.14 ERNiFeCr-1 gibi eşleşen-bileşim veya fazla-fazla eşleşen nikel-bazlı dolgu maddesi veya farklı bağlantılar için Inconel 617 dolgu maddesi gibi özel bir alaşım kullanın.
Önlemler: Kaynak parçası, kaynak sonrası ısıl işlem sırasında veya hizmet sırasında ısıdan-etkilenen bölgede (HAZ)-yaşlanma çatlaklarına{-karşı oldukça hassastır. Bunu azaltmak için, tamamen çözeltiyle-işlenmiş durumda kaynak yapın, düşük ısı girdisi kullanın, kapsamlı ön-ısı uygulayın (~315 derece / 600 derece F) ve bileşenin nihai özellikleri kritikse, kaynağı tam bir yeniden-çözümleme ve yeniden{-döngüyle uygulayın.
4: Incoloy 901'in performansı, Inconel 718 ve Waspaloy gibi diğer yaygın türbin süper alaşımlarıyla dayanıklılık, sıcaklık kapasitesi ve üretilebilirlik açısından nasıl karşılaştırılır?
Bu çöktürmeyle sertleştirilmiş süper alaşımlar arasındaki seçim-sıcaklık ve stres gereksinimlerine bağlı olarak önemli bir mühendislik değişimidir-.
Inconel 718'e (UNS N07718) karşı:
Mukavemet/Sıcaklık: Incoloy 901, yaklaşık 595 derecenin (1100 derece F) üzerinde daha yüksek çekme ve sürünme mukavemeti sunar. Inconel 718'in birincil güçlendirme fazı ('') bu sıcaklığın üzerinde kabalaşmaya ve çözünmeye başlar, bu da mukavemette hızlı bir düşüşe yol açar. 901, yaklaşık 650-700 dereceye (1200-1300 derece F) kadar faydalı mukavemeti korur.
Üretilebilirlik/Kaynaklanabilirlik: Inconel 718 çok üstündür. Yüksek derecede kaynak yapılabilir ve gerinim-yaş çatlamasına karşı dirençlidir, bu da onu karmaşık kaynaklı yapılar için tercih edilen seçenek haline getirir. 901. Karşılaştırıldığında kaynaklanabilirliği zayıftır.
Waspaloy'a karşı (UNS N07001):
Mukavemet/Sıcaklık: Waspaloy, ''nin daha yüksek hacim oranı nedeniyle sıcaklık aralığının en üst ucunda (650-815 derece / 1200-1500 derece F) genellikle daha iyi sürünme ve kopma mukavemetine sahiptir. Ancak Incoloy 901 genellikle orta sıcaklıklarda (540-650 derece) daha yüksek çekme akma dayanımına sahiptir ve daha az yoğundur.
Maliyet ve İşleme: Incoloy 901, önemli miktarda demir içeriğiyle, genellikle Waspaloy içeren yüksek-nikel, kobalt-dan-daha uygun maliyetlidir. Isıl işlemi de daha az karmaşıktır.
Seçim Özeti: Kaynak gerektiren karmaşık parçalar ve ~595 derecenin altındaki servisler için Inconel 718'i seçin. Yüksek-mukavemetli, dövme döner bileşenler ve kaynaklanabilirliğin öncelikli bir konu olmadığı 595 derece ila 650 derece aralığında çalışan statik yapılar için Incoloy 901'i seçin. Maliyetin en yüksek sürünme performansından daha önemli olduğu, en yüksek sıcaklıkta dönen parçalar için Waspaloy'u seçin.
5: Havacılık-sınıfı Incoloy 901 levha ve levha için AMS 5661'in zorunlu kıldığı temel kalite kontrol, test ve sertifika gereksinimleri nelerdir?
Havacılık ve Uzay Malzeme Spesifikasyonu (AMS) 5661, uçuş- açısından kritik uygulamalar için malzeme bütünlüğünü sağlamak amacıyla sıkı kalite güvence protokollerini tanımlar.
Kimyasal Analiz: Eriyik kimyası malzemenin her ısısı (partisi) için doğrulanmalıdır. Katı bileşim sınırlarına uygunluğu sağlamak için spektrografik veya ıslak analiz yöntemleri kullanılır.
Mekanik Özellik Testi: Oda sıcaklığında ve yüksek sıcaklıkta (tipik olarak 650 derece / 1200 derece F) çekme testleri (akma, nihai, uzama) gereklidir. Testler, son ısıl işlemden sonra bitmiş ürün formundan (levha/levha) alınan numuneler üzerinde gerçekleştirilir.
Tane Boyutu Kontrolü: AMS 5661, gerekli bir ASTM tane boyutu numarasını (tipik olarak 5 veya daha ince) belirtir. Optimum yorulma ve çekme özellikleri için düzgün, ince tane boyutu kritik öneme sahiptir. Makro-gravür değerlendirmeleri standarttır.
Stres-Kırılma Testi: Kritik uygulamalar için, parti kontrolü olarak veya periyodik olarak stres-kopma testleri gerekli olabilir. Bir numune, arızalanana kadar yüksek sıcaklıkta (örneğin 650 derece) belirli bir yük altında tutulur; kopma süresi minimum bir standardı karşılamalıdır (örneğin, belirli bir stres altında minimum 23 saat).
-Tahribatsız Muayene (NDT): Kalıntılar, laminasyonlar veya boşluklar gibi dahili süreksizliklerin tespit edilmesi için ASTM E114 veya benzeri uyarınca plakaların ve levhaların %100 Ultrasonik Muayene edilmesi zorunludur. Sıvı penetrant (PT) veya girdap akımı yoluyla yüzey muayenesi de belirtilebilir.
Sertifikasyon ve İzlenebilirlik: Malzeme üreticisi, kimya, mekanik özellikler, ısıl işlem döngüleri ve NDT raporları dahil olmak üzere belirli bir ısı ve parti için tüm test sonuçlarını listeleyen bir Sertifikalı Malzeme Test Raporu (CMTR) sağlamalıdır. Erimeden nihai ürüne kadar tam izlenebilirlik, havacılık tedarik zincirleri için-tartışılamaz bir gerekliliktir.
