stringtranslate.com

Инконель

Круглый пруток Инконель 718

Инконель — это суперсплав на основе никеля и хрома , часто используемый в экстремальных условиях, когда компоненты подвергаются высоким температурам, давлению или механическим нагрузкам . Сплавы Инконель устойчивы к окислению и коррозии . При нагревании Инконель образует толстый стабильный пассивирующий оксидный слой, защищающий поверхность от дальнейшего воздействия. Инконель сохраняет прочность в широком диапазоне температур, что делает его привлекательным для высокотемпературных применений, где алюминий и сталь подвержены ползучести в результате термически индуцированных кристаллических вакансий. Высокотемпературная прочность Инконеля достигается за счет упрочнения твердого раствора или дисперсионного твердения , в зависимости от сплава. [1] [2]

Сплавы инконель обычно используются при высоких температурах. Общие торговые названия для

История

Семейство сплавов Inconel было впервые разработано до декабря 1932 года, когда его товарный знак был зарегистрирован американской компанией International Nickel Company из Делавэра и Нью-Йорка. [5] [6] Значительное раннее применение было обнаружено в поддержку разработки реактивного двигателя Уиттла , [7] в 1940-х годах исследовательскими группами Генри Виггин и Ко из Херефорда, Англия, дочерней компании Mond Nickel Company , [ 8] , которая объединилась с Inco в 1928 году. Компания Hereford Works и ее имущество, включая торговую марку Inconel, были приобретены в 1998 году компанией Special Metals Corporation . [9]

Конкретные данные

Состав

Сплавы инконеля сильно различаются по своему составу, но все они состоят преимущественно из никеля, а вторым элементом является хром.

  1. ^ Включает кобальт

Характеристики

При нагревании Инконель образует толстый и стабильный пассивирующий оксидный слой, защищающий поверхность от дальнейшего воздействия. Инконель сохраняет прочность в широком диапазоне температур, что привлекательно для высокотемпературных применений, где алюминий и сталь поддаются ползучести в результате термически индуцированных кристаллических вакансий (см. уравнение Аррениуса ). Высокотемпературная прочность Инконеля достигается за счет упрочнения твердого раствора или дисперсионного упрочнения , в зависимости от сплава. В сортах , упрочняемых старением или дисперсионным упрочнением, небольшие количества ниобия соединяются с никелем , образуя интерметаллическое соединение Ni 3 Nb или двойное гамма-штрих (γ″). Гамма-прайм образует небольшие кубические кристаллы, которые эффективно препятствуют скольжению и ползучести при повышенных температурах. Образование кристаллов гамма-прайма увеличивается со временем, особенно после трех часов воздействия тепла при температуре 850 ° C (1560 ° F), и продолжает расти после 72 часов воздействия. [22]

Укрепление механизмов

Наиболее распространенными механизмами упрочнения сплавов инконель являются дисперсионное упрочнение и упрочнение твердого раствора . В сплавах инконель часто доминирует один из двух. Для таких сплавов, как Инконель 718, основным механизмом упрочнения является дисперсионное упрочнение. Большая часть усиления происходит из-за присутствия выделений гамма-двойного штриха (γ″). [23] [24] [25] [26] Сплавы инконеля имеют фазу γ-матрицы со структурой FCC. [25] [27] [28] [29] Преципитаты γ″ состоят из Ni и Nb, в частности, состава Ni 3 Nb. Эти выделения представляют собой мелкие, когерентные, дискообразные интерметаллические частицы тетрагональной структуры. [24] [25] [26] [27] [30] [31] [32] [33]

Вторичное усиление преципитатов происходит за счет преципитатов гамма-прайта (γ'). Фаза γ' может появляться в различных составах, таких как Ni 3 (Al, Ti). [24] [25] [26] Фаза осадка когерентна и имеет структуру FCC, как и γ-матрица; [33] [27] [30] [31] [32] Фаза γ’ гораздо менее распространена, чем γ″. Объемная доля фаз γ″ и γ’ после осаждения составляет примерно 15% и 4% соответственно. [24] [25] Из-за согласованности между матрицей γ и выделениями γ' и γ″ существуют поля деформации, которые препятствуют движению дислокаций. Преобладание карбидов состава MX(Nb, Ti)(C, N) также способствует упрочнению материала. [25] Для дисперсионного упрочнения решающую роль играют такие элементы, как ниобий, титан и тантал. [34]

Поскольку фаза γ″ метастабильна, чрезмерное старение может привести к преобразованию выделений фазы γ″ в выделения фазы дельта (δ), их стабильных аналогов. [25] [27] δ-фаза имеет ромбическую структуру, состав Ni 3 (Nb, Mo, Ti) и является некогерентной. [35] [29] В результате преобразование γ″ в δ в сплавах Инконель приводит к потере усиления когерентности, что делает материал более слабым. При этом в соответствующих количествах δ-фаза отвечает за закрепление и упрочнение границ зерен . [33] [32] [29]

Другой распространенной фазой в сплавах Инконель является интерметаллическая фаза Лавеса. Его составы: (Ni, Cr, Fe) x (Nb, Mo, Ti) y и Ni y Nb, он хрупкий, и его присутствие может отрицательно влиять на механическое поведение сплавов Инконель. [27] [33] [36] Места с большим количеством фазы Лавеса склонны к распространению трещин из-за более высокого потенциала концентрации напряжений. [31] Кроме того, из-за высокого содержания Nb, Mo и Ti фаза Лавеса может истощать матрицу этих элементов, что в конечном итоге затрудняет упрочнение осадка и твердого раствора. [32] [36] [28]

Для таких сплавов, как Инконель 625, основным механизмом упрочнения является закалка в твердом растворе. Такие элементы, как Мо, важны в этом процессе. Nb и Та также могут в меньшей степени способствовать упрочнению твердого раствора. [34] При упрочнении твердого раствора атомы Мо замещаются в γ-матрицу сплавов Инконель. Поскольку атомы Мо имеют значительно больший радиус, чем атомы Ni (209 пм и 163 пм соответственно), замещение создает поля деформаций в кристаллической решетке, которые препятствуют движению дислокаций, в конечном итоге упрочняя материал.

Сочетание элементного состава и механизмов упрочнения является причиной того, что сплавы Инконель могут сохранять свои благоприятные механические и физические свойства, такие как высокая прочность и усталостная стойкость, при повышенных температурах, особенно до 650°C. [23]

Обработка

Инконель представляет собой металл, который трудно поддается формованию и механической обработке с использованием традиционных методов холодной штамповки из-за быстрого наклепа . После первого прохода обработки наклеп имеет тенденцию пластически деформировать заготовку или инструмент при последующих проходах. По этой причине закаленные при старении инконели, такие как 718, обычно обрабатываются агрессивным, но медленным резом твердым инструментом, что сводит к минимуму необходимое количество проходов. Альтернативно, большая часть механической обработки может выполняться с заготовкой в ​​«растворенной» форме, [ необходимы пояснения ] с выполнением только заключительных этапов после старения. Однако некоторые утверждают [ кем? ] что инконель можно обрабатывать чрезвычайно быстро при очень высоких скоростях шпинделя с использованием многозубого керамического инструмента с небольшой глубиной резания при высоких скоростях подачи, поскольку это вызывает локальный нагрев и размягчение перед канавкой.

Наружную резьбу обрабатывают на токарном станке до «одноточечной» резьбы или накаткой резьбы в обработанном на раствор состоянии (для закаливаемых сплавов) с помощью винтового станка . Из Inconel 718 также можно нарезать резьбу после полного старения с использованием индукционного нагрева до 700 °C (1290 °F) без увеличения размера зерна. [ нужна цитация ] Отверстия с внутренней резьбой изготавливаются методом резьбофрезерования. Внутреннюю резьбу также можно формовать с помощью электроэрозионной обработки (EDM). [ нужна цитата ]

Присоединение

Сварка некоторых сплавов инконеля (особенно семейства гамма-первичных дисперсионно-твердеющих сплавов, например, Waspaloy и X-750) может быть затруднена из-за растрескивания и микроструктурной сегрегации легирующих элементов в зоне термического влияния . Однако для решения этих проблем было разработано несколько сплавов, таких как 625 и 718. Наиболее распространенными методами сварки являются газовая вольфрамовая дуговая сварка и электронно-лучевая сварка . [37]

Использование

Ракетный двигатель Астра

Инконель часто встречается в экстремальных условиях. Он часто встречается в лопатках газовых турбин , уплотнениях и камерах сгорания, а также в роторах и уплотнениях турбокомпрессоров , валах электродвигателей погружных скважинных насосов, высокотемпературных крепежных изделиях, сосудах для химической обработки и давления , трубках теплообменников , парогенераторах и основных компонентах ядерных установок под давлением . водяные реакторы , [38] переработка природного газа с такими загрязнителями, как H 2 S и CO 2 , шумоглушители огнестрельного оружия , а также выхлопные системы Формулы-1 , NASCAR , NHRA и APR, LLC . [39] [40] Он также используется в турбосистеме Mazda RX7 3-го поколения и в выхлопных системах мощных мотоциклов Norton с двигателем Ванкеля , где температура выхлопных газов достигает более 1000 ° C (1830 ° F). [41] Инконель все чаще используется в котлах мусоросжигательных заводов . [42] Вакуумные сосуды токамаков Joint European Torus и DIII-D изготовлены из инконеля. [43] Инконель 718 обычно используется для изготовления криогенных резервуаров, скважинных валов, устьевых частей скважин, [44] и в аэрокосмической промышленности, где он стал основным кандидатом для изготовления термостойких турбин. [45]

Аэрокосмическая промышленность

Автомобильная промышленность

Рулонный инконель часто использовался в качестве носителя для гравировки в самописцах «черный ящик» на самолетах. [64]

Альтернативой использованию инконеля в химических устройствах, таких как скрубберы, колонны, реакторы и трубы, являются углеродистая сталь с футеровкой из хастеллоя , перфторалкокси (PFA) или армированный волокном пластик .

Инконель сплавы

К сплавам инконеля относятся:

В разновидностях, упрочняемых старением или дисперсионным упрочнением, легирующие добавки алюминия и титана в сочетании с никелем образуют интерметаллическое соединение Ni 3 (Ti,Al) или гамма-штрих (γ'). Гамма-прайм образует небольшие кубические кристаллы, которые эффективно препятствуют скольжению и ползучести при повышенных температурах.

Смотрите также

Викискладе есть медиафайлы по теме Inconel .
Найдите инконель в Викисловаре, бесплатном словаре.

Рекомендации

  1. ^ ab Сплав Инконель 718. Архивировано 17 мая 2017 г. в Wayback Machine , Special Metals Corporation.
  2. ^ ab «Архивная копия». Архивировано из оригинала 02 сентября 2015 г. Проверено 16 сентября 2015 г.{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
  3. ^ «Специальные сплавы: Инконель 625». Архивировано из оригинала 5 июня 2009 г. Проверено 26 апреля 2010 г.
  4. ^ «Сплав Инконель 718» . Проверено 16 января 2023 г.
  5. ^ "Словесный знак: Инконель" . Ведомство США по патентам и товарным знакам. Электронная система поиска товарных знаков (TESS).
  6. ^ Монель, Инконель, никель и никелевые сплавы . Отдел разработок и исследований: Международная никелевая компания. 1947 год.
  7. ^ Джонс, TL «Турбореактивный двигатель W2B Фрэнка Уиттла: Соединенное Королевство против развития США». EngineHistory.org . Историческое общество авиационных двигателей, Inc. Архивировано из оригинала 30 марта 2016 года . Проверено 27 марта 2016 г.
  8. ^ Годовой отчет о добыче полезных ископаемых в Канаде . Канада. Статистическое бюро Доминиона. 1932. с. 88.
  9. ^ «Корпорация Special Metals: История». Архивировано из оригинала 21 апреля 2008 года . Проверено 18 мая 2012 г.
  10. ^ "Паспорт материала ASM" .
  11. ^ «Сплав Инконель 617 | Американские элементы» .
  12. ^ "Паспорт материала ASM" .
  13. ^ «Сплав Инконель 625 | Американские элементы» .
  14. ^ «Сплав Инконель 690 | Американские элементы» .
  15. ^ «Сплав Инконель 718 | Американские элементы» .
  16. ^ "Паспорт материала ASM" .
  17. ^ Сплав Инконель 600. Архивировано 27 января 2021 г. в Wayback Machine , Special Metals Corporation.
  18. ^ hightempmetals.com, Высокотемпературные металлы
  19. ^ Инконель сплав 625, Special Metals Corporation
  20. ^ ab Инконель сплав 690. Архивировано 27 января 2021 г. в Wayback Machine , Special Metals Corporation.
  21. ^ Инконель сплав X-750. Архивировано 25 января 2021 г. в Wayback Machine , Special Metals Corporation.
  22. ^ «DoITPoMS - Полная запись» . www.doitpoms.ac.uk .
  23. ^ Аб Миньянелли, премьер-министр; Джонс, Нью-Йорк; Пикеринг, Э.Дж.; Мессе, OMDM; Рэй, CMF; Харди, MC; Стоун, HJ (15 июля 2017 г.). «Гамма-гамма прайм-гамма двойное первичные суперсплавы с двойной решеткой». Скрипта Материалия . 136 : 136–140. дои : 10.1016/j.scriptamat.2017.04.029 . ISSN  1359-6462.
  24. ^ abcd Дево, А.; Назе, Л.; Молинс, Р.; Пино, А.; Органиста, А.; Геду, JY; Угинет, Дж. Ф.; Эритье, П. (15 июля 2008 г.). «Кинетика двойного гамма-осаждения в сплаве 718». Материаловедение и инженерия: А. 486 (1): 117–122. doi : 10.1016/j.msea.2007.08.046. ISSN  0921-5093.
  25. ^ abcdefg Хоссейни, Э.; Попович, В.А. (01.12.2019). «Обзор механических свойств Inconel 718, изготовленного аддитивным способом». Производство добавок . 30 : 100877. doi : 10.1016/j.addma.2019.100877. ISSN  2214-8604.
  26. ^ abc Шанкар, Вани; Бхану Шанкара Рао, К.; Маннан, С.Л. (1 февраля 2001 г.). «Микроструктура и механические свойства суперсплава Inconel 625». Журнал ядерных материалов . 288 (2): 222–232. дои : 10.1016/S0022-3115(00)00723-6. ISSN  0022-3115.
  27. ^ abcde Tucho, Вакшум М.; Кювилье, Присцилл; Шёлист-Квернеланд, Атле; Хансен, Видар (24 марта 2017 г.). «Исследование микроструктуры и твердости Inconel 718, изготовленного методом селективного лазерного плавления, до и после термообработки на раствор». Материаловедение и инженерия: А. 689 : 220–232. doi : 10.1016/j.msea.2017.02.062. ISSN  0921-5093.
  28. ^ Аб Ю, Сяобин; Линь, Синь; Тан, Хуа; Ху, Юньлун; Чжан, Шуя; Лю, Фэнчэн; Ян, Хайоу; Хуан, Вэйдун (01 февраля 2021 г.). «Микроструктура и рост усталостных трещин суперсплава Inconel 718, изготовленного методом лазерно-направленного энергетического напыления». Международный журнал усталости . 143 : 106005. doi : 10.1016/j.ijfatigue.2020.106005. ISSN  0142-1123.
  29. ^ abc Джамбор, Михал; Бокувка, Отакар; Новый, Франтишек; Тршко, Либор; Белан, Юрай (01.06.2017). «Фазовые превращения в суперсплаве Inconel 718 на основе никеля при циклическом нагружении при высокой температуре». Архив производственного машиностроения . 15 (15): 15–18. дои : 10.30657/pea.2017.15.04 .
  30. ^ Аб Беннетт, Дженнифер; Глерум, Дженнифер; Цао, Цзянь (01 января 2021 г.). «Связь свойств на растяжение деталей, изготовленных аддитивным способом, с тепловыми показателями». Анналы CIRP . 70 (1): 187–190. doi :10.1016/j.cirp.2021.04.053. ISSN  0007-8506.
  31. ^ abc Ли, Цзо; Чен, Цзин; Суй, Шан; Чжун, Чунлян; Лу, Сюфэй; Линь, Синь (01 января 2020 г.). «Эволюция микроструктуры и свойства растяжения Inconel 718, изготовленного с помощью высокоскоростного лазерно-направленного энергетического осаждения». Производство добавок . 31 : 100941. дои : 10.1016/j.addma.2019.100941. ISSN  2214-8604.
  32. ^ abcd Глерум, Дженнифер; Беннетт, Дженнифер; Эманн, Корнель; Цао, Цзянь (01 мая 2021 г.). «Механические свойства гибридных деталей из Inconel 718, изготовленных аддитивным способом, созданных посредством термоконтроля после процессов вторичной обработки». Журнал технологии обработки материалов . 291 : 117047. doi : 10.1016/j.jmatprotec.2021.117047. ISSN  0924-0136.
  33. ^ abcd Дэн, Дуньонг; Пэн, Жу Линь; Бродин, Хокан; Мовераре, Йохан (24 января 2018 г.). «Микроструктура и механические свойства Inconel 718, полученного методом селективного лазерного плавления: зависимость от ориентации образца и эффекты посттермической обработки». Материаловедение и инженерия: А. 713 : 294–306. doi : 10.1016/j.msea.2017.12.043. ISSN  0921-5093.
  34. ^ ab Aeether Co Limited. «Что такое твердый раствор? Почему никелевые сплавы / суперсплавы нуждаются в обработке раствором?». aeether.com . Проверено 8 мая 2023 г.
  35. ^ Ван, Ячао; Ши, Цзин (01 декабря 2019 г.). «Микроструктура и свойства Inconel 718, изготовленного методом направленного энергетического осаждения с ультразвуковой ударной наклейкой на месте». Металлургические операции и операции с материалами B . 50 (6): 2815–2827. дои : 10.1007/s11663-019-01672-3. ISSN  1543-1916.
  36. ^ аб Сохраби, Мохаммад Джавад; Мирзаде, Хамед; Рафии, Мохсен (01 августа 2018 г.). «Поведение при затвердевании и растворение фазы Лавеса во время гомогенизационной термообработки суперсплава Inconel 718». Вакуум . 154 : 235–243. doi :10.1016/j.vacuum.2018.05.019. ISSN  0042-207X.
  37. ^ Присоединение (PDF) , получено 9 октября 2009 г..
  38. ^ «Сплав Инконель 625, Специальные металлы, 2015» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 26 февраля 2009 г.
  39. ^ Производство электроэнергии. Архивировано 14 сентября 2012 г. на archive.today , Special Metals Corporation.
  40. ^ Химическая обработка. Архивировано 2 февраля 2013 г. на archive.today , Special Metals Corporation.
  41. ^ Торговец мотоциклами. Norton Rotary Revival. Cathcart. Декабрь 2007 г.
  42. ↑ Inconell — современная защита от коррозии. Архивировано 15 ноября 2008 г. в Wayback Machine компанией Babcock & Wilcox Vølund, 2003 г.
  43. ^ Судно Inconel JET используется с 1983 года. Архивировано 27 февраля 2010 г. в Wayback Machine . Простая и прочная конструкция.
  44. ^ Сплав Инконель, Инконель 718.
  45. ^ «Каковы применения Inconel 718?». Лэнгли Сплавы . Проверено 23 марта 2022 г.
  46. ^ Роберт С. Хьюстон, Ричард П. Халлион и Рональд Г. Бостон, введение редактора, «Переход из воздуха в космос: Североамериканский X-15», Гиперзвуковая революция: тематические исследования в истории гиперзвуковых технологий , ВВС Программа истории и музеев, 1998. NASA.gov.
  47. ^ Энтони Янг, «Растер-носитель Сатурн-5: включение Аполлона в историю», Springer-Verlag, 2009.
  48. ^ История инконеля и суперсплавов
  49. ^ «Отчет о космическом запуске: Спецификация SpaceX Falcon 9» . 1 мая 2017 г. Архивировано из оригинала 6 апреля 2022 г.
  50. ^ ab «Недавнее «смехотворное» заявление Илона Маска намекает на усиление синергии между Tesla и SpaceX - Electrek». Электрек . Архивировано из оригинала 12 сентября 2015 года.
  51. ^ Норрис, Гай (30 мая 2014 г.). «SpaceX представляет дракона «Step Change» V2» . Авиационная неделя . Архивировано из оригинала 31 мая 2014 г. Проверено 30 мая 2014 г.
  52. ^ Крамер, Мириам (30 мая 2014 г.). «SpaceX представляет космический корабль Dragon V2, пилотируемое космическое такси для астронавтов — встречайте Dragon V2: пилотируемое космическое такси SpaceX для путешествий астронавтов». space.com . Проверено 30 мая 2014 г.
  53. ^ Бергин, Крис (30 мая 2014 г.). «SpaceX открывает крышку космического корабля с экипажем Dragon V2» . NASAspaceflight.com . Проверено 6 марта 2015 г.
  54. ^ Фауст, Джефф (30 мая 2014 г.). «SpaceX представляет свой «космический корабль XXI века»». Журнал НьюКосмос . Проверено 6 марта 2015 г.
  55. ^ «SpaceX запускает в космос 3D-печатную деталь и создает напечатанную камеру двигателя для пилотируемого космического полета» . SpaceX. Архивировано из оригинала 25 августа 2017 г. Проверено 6 марта 2015 г. По сравнению с традиционным литьем, напечатанная деталь имеет более высокую прочность, пластичность и устойчивость к разрушению, а также меньшую изменчивость свойств материалов. ... Камера имеет регенеративное охлаждение и напечатана из инконеля, высокоэффективного суперсплава. Печать камеры привела к сокращению времени выполнения заказа на порядок по сравнению с традиционной механической обработкой: путь от первоначальной концепции до первого горячего огня составил чуть более трех месяцев. Во время испытания горячим огнем... двигатель SuperDraco был запущен как в профиле эвакуации, так и в режиме горения при посадке, успешно дросселируя уровни тяги между 20% и 100%. На сегодняшний день из камеры было произведено более 80 выстрелов, при этом горячее пламя длилось более 300 секунд.
  56. ^ SpaceX отливает детали двигателя Raptor из сплавов Supersteel, февраль 2019 г.
  57. ^ «День трёх собак». www.teslamotors.com .
  58. ^ «Новый турбодизельный двигатель Ford EcoBlue дебютирует на фоне дизельных проблем» . Автоблог.com. 26 апреля 2016 г.
  59. ↑ Дж. Смит, Эван (22 марта 2020 г.). «Трубопроводы для мощности: как выбрать лучшие коллекторы для вашей комбинации». НХРА . Проверено 9 августа 2022 г.
  60. ^ «Внутри 7-секундного трамвая Ford Barra | fullBOOST» . YouTube . 09.05.2021. Архивировано из оригинала 12 декабря 2021 г.
  61. ^ Осколок, Абхинав; Дипшиха; Гупта, Вишал; Гарг, депутат парламента (2021 г.). «Комплексный обзор обработки суперсплава Inconel 718». Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия . 1033 (1): 012069. Бибкод : 2021MS&E.1033a2069S. дои : 10.1088/1757-899X/1033/1/012069 . S2CID  234133836.
  62. ^ «Jaguar представляет сверхвысокопроизводительную SVR F-Type перед дебютом в Женеве» . www.jaguarusa.com .
  63. ^ «Болты продольного рычага». www.delorean.com .
  64. ↑ Барретт, Брайан (10 января 2011 г.). «Секретный соус черного ящика самолета».
  65. ^ thepipingmart (28 июня 2023 г.). «Плиты Inconel 600 против пластин Inconel 625: какой выбрать?». Стимит . Проверено 14 июля 2023 г.
  66. ^ «Сплав Инконель 617» (PDF) . Март 2005 года . Проверено 14 июля 2022 г.
  67. ^ «Коммерческий сплав, пригодный для нового использования, расширяющий рабочую температуру ядерного оружия» . Национальная лаборатория штата Айдахо Министерства энергетики США . 28 апреля 2020 г.
  68. ^ Сплав Инконель 690. Архивировано 12 ноября 2013 г. в Wayback Machine , Ресурсный центр NDT.
  69. ^ «DMLS из алюминия, инконеля или титана - стоит ли оно того? - Блог» . gpiprototype.com .
  70. ^ Инконель сплав 751, Special Metals Corporation
  71. ^ Вишал Кумар Джайсвал «Экспериментальное исследование параметров процесса на Inconel 925 для процесса электроэрозионной обработки с использованием метода Тагучи». Международный журнал научных исследований и разработок 6.5 (2018): 277-282. , ИДЖСРД