Udimet® / Waspaloy® – سوپرآلیاژها برای بارهای شدید

Udimet® / Waspaloy® – سوپرآلیاژها برای بارهای شدید

ویژگی‌های آلیاژهای Udimet® و Waspaloy®

اودیمت® و واسپالوی® متعلق به گروهی از سوپرآلیاژهای دما بالا هستند که برای استفاده در شرایطی طراحی شده‌اند که فولادهای مقاوم در برابر حرارت و خزش کلاسیک قادر به ارائه دوام کافی نیستند. این مواد عمدتاً در هوانوردی، تولید برق، توربین‌های گازی، صنعت فضا و سایر دستگاه‌هایی که همزمان در معرض دماهای بالا، بارهای مکانیکی، خزش، اکسیداسیون و خوردگی دما بالا قرار دارند، استفاده می‌شوند.
خانواده اودیمت شامل مواد مختلفی با ترکیبات شیمیایی و مکانیسم‌های استحکام‌دهی متمایز است. بنابراین، تمام آلیاژهای اودیمت و واسپالوی را نباید یک گروه واحد از آلیاژهای نیکل با خواص یکسان در نظر گرفت.
واسپالوی – UNS N07001 یک سوپرآلیاژ نیکل رسوب سخت شده است که در آن فاز γ′ نقش بسیار مهمی ایفا می‌کند. اودیمت ۱۸۸ – UNS R30188 oraz اودیمت L-605 – UNS R30605 آلیاژهای پایه کبالت دما بالا هستند. مکانیسم آنها برای دستیابی به استحکام و پایداری حرارتی بالا با سوپرآلیاژهای رسوب سخت شونده نیکل کلاسیک متفاوت است.

Waspaloy® - یک سوپرآلیاژ نیکل مقاوم‌سازی شده با رسوب

Waspaloy – UNS N07001, W.No. 2.4654 یک سوپرآلیاژ نیکل-کروم-کبالت با افزودنی‌های مولیبدن، تیتانیوم و آلومینیوم است. این آلیاژ برای عملکرد تحت بارهای مکانیکی بالا در دماهای بالا توسعه داده شده است.
ساختار آن بر اساس یک ماتریس γ مبتنی بر نیکل آستنیتی است. عملیات حرارتی مناسب منجر به تشکیل رسوبات فازی ریز و منسجم می‌شود. γ′ – Ni₃(آلومینیوم، تیتانیم)این فاز یکی از مکانیسم‌های اساسی استحکام‌دهی Waspaloy است و به آن اجازه می‌دهد تا حتی در دماهایی که خواص آلیاژهای ساختاری مرسوم به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد، استحکام بالایی را حفظ کند.
افزودن آلومینیوم و تیتانیوم عمدتاً مسئول تشکیل فاز γ′ است، در حالی که کروم مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی در دمای بالا را افزایش می‌دهد. کبالت بر پایداری ماتریس و خواص دمای بالا، از جمله موارد دیگر، تأثیر می‌گذارد و مولیبدن استحکام محلول اضافی را فراهم می‌کند.
به لطف ترکیب شیمیایی با دقت انتخاب شده و عملیات حرارتی چند مرحله‌ای، Waspaloy با استحکام کششی بالا، مقاومت در برابر خزش و مقاومت در برابر بارهای طولانی مدت در دماهای بالا مشخص می‌شود.

مقاومت خزشی واسپالوی

یکی از مهمترین خواص Waspaloy این است مقاومت بالا در برابر خزش و پارگی ناشی از خزشخزش فرآیند تغییر شکل آهسته و دائمی یک ماده تحت بارگذاری طولانی مدت در دمای بالا است.
در اجزای توربین گازی، این فرآیند از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است زیرا این قطعه می‌تواند همزمان برای هزاران ساعت تحت تأثیر دماهای بالا و تنش‌های مکانیکی بالا کار کند.
ماتریس پایدار نیکل و رسوبات فاز γ′ حرکت نابجایی‌ها را محدود کرده و استحکام بالای ماده را در دماهای بالا حفظ می‌کنند. به همین دلیل است که Waspaloy در حیاتی‌ترین اجزای موتورهای هواپیما و توربین‌های گازی استفاده می‌شود.

مقاومت Waspaloy در برابر اکسیداسیون

محتوای قابل توجه کروم، تشکیل یک لایه اکسید محافظ روی سطح Waspaloy را ممکن می‌سازد که اکسیداسیون بیشتر ماده را محدود می‌کند.
مقاومت در برابر اکسیداسیون به ویژه در اجزای موتور توربین و تجهیزات برق، که در آنها مواد برای مدت طولانی در تماس با گازهای داغ قرار می‌گیرند، اهمیت دارد.
با این حال، باید تمایز قائل شد حداکثر دمایی که آلیاژ در آن مقاومت در برابر اکسیداسیون نشان می‌دهد، از دمایی که در آن می‌تواند با خیال راحت بارهای مکانیکی بالا را برای هزاران ساعت تحمل کنددمای طراحی مجاز به تنش، دوام مورد نیاز، عملیات حرارتی و فرم خاص محصول بستگی دارد.

عملیات حرارتی واسپالوی

خواص Waspaloy به شدت به عملیات حرارتی مورد استفاده وابسته است. یک فرآیند معمول شامل عملیات حرارتی محلول و مراحل پیرسازی بعدی برای کنترل اندازه، توزیع و نسبت رسوبات فاز γ′ است.
تغییر پارامترهای عملیات حرارتی امکان تغییر در بده بستان بین استحکام، شکل‌پذیری، مقاومت در برابر خزش و عمر خستگی را فراهم می‌کند. بنابراین، خواص مکانیکی Waspaloy نباید به عنوان یک مقدار واحد و مستقل از شرایط ماده گزارش شود.

جوشکاری و ماشینکاری واسپالوی

واسپالوی ماده‌ای است که از نظر فناوری به طور قابل توجهی از فولادهای ضد زنگ معمولی و بسیاری از آلیاژهای استاندارد نیکل دشوارتر است. محتوای بالای عناصر تشکیل دهنده فاز γ′ آن نیاز به توجه دقیق به شرایط ماده، ورودی گرما و عملیات حرارتی بعدی در حین جوشکاری دارد.
این آلیاژ ممکن است در طول جوشکاری و فرآیندهای عملیات حرارتی مستعد ترک خوردگی باشد. در قطعاتی که تحت بارهای زیاد قرار دارند، اتصالات جوش داده شده نیاز به طراحی بسیار دقیقی دارند. خواص دمای بالای جوش‌ها ممکن است نسبت به خواص ماده پایه که به درستی عملیات حرارتی شده است، پایین‌تر باشد.
ماشینکاری نیز به دلیل استحکام بالای مواد، تمایل به سخت شدن در حین ماشینکاری و بارهای زیاد روی ابزارها، طاقت فرسا است.

Udimet® 188 - یک آلیاژ پایه کبالت مقاوم در برابر حرارت بالا

اودیمت ۱۸۸ – UNS R30188 یک آلیاژ کبالت-نیکل-کروم-تنگستن است که برای کار در دماهای بسیار بالا طراحی شده است. برخلاف Waspaloy، این یک سوپرآلیاژ نیکل کلاسیک تقویت شده با رسوبات γ′ نیست.
این آلیاژ تقریباً شامل ۲۰ تا ۲۴٪ کروم، ۲۰ تا ۲۴٪ نیکل و مقدار قابل توجهی تنگستندر حالی که پایه این ماده کبالت است. افزودن مقدار کمی لانتانیم از تشکیل یک لایه اکسید بادوام و محافظ پشتیبانی می‌کند.
Udimet 188 استحکام بالا در دماهای بالا را با مقاومت بسیار خوب در برابر اکسیداسیون، خوردگی در دمای بالا و پایداری متالورژیکی خوب در معرض حرارت طولانی مدت ترکیب می‌کند.
این ماده پس از قرار گرفتن طولانی مدت در معرض دمای بالا، شکل پذیری خوبی را حفظ می‌کند و با شکل پذیری و خواص جوشکاری خوب مشخص می‌شود.

مقاومت Udimet 188 در برابر اکسیداسیون و خوردگی در دمای بالا

یکی از مهمترین ویژگی‌های Udimet 188 توانایی آن در عملکرد در دماهای بسیار بالا است. این آلیاژ در معرض قرار گرفتن طولانی مدت در دماهایی که تقریباً به ... می‌رسند، مقاومت اکسیداسیون بسیار خوبی از خود نشان می‌دهد. 1095 ° C.
مقدار بالای کروم همراه با افزودن لانتانیم، تشکیل یک لایه محافظ فشرده و چسبنده را تقویت می‌کند. Udimet 188 همچنین مقاومت خوبی در برابر گوگردزایی و مقاومت بالا در برابر برخی از انواع خوردگی دمای بالا مرتبط با رسوبات سولفات از خود نشان می‌دهد.
باید تأکید کرد که دمای حدود ۱۰۹۵ درجه سانتیگراد در درجه اول به مقاومت در برابر اکسیداسیون اشاره دارد. این به معنای توانایی تحمل حداکثر بارهای مکانیکی در این دما نیست. تنش‌های ساختاری مجاز با افزایش دما کاهش می‌یابند.

کاربرد Udimet 188 در توربین‌های گازی

ترکیبی از مقاومت در برابر اکسیداسیون، استحکام در دمای بالا، پایداری متالورژیکی و جوش‌پذیری خوب، Udimet 188 را به ویژه برای قطعات بخش داغ توربین‌های گازی مناسب می‌کند.
کاربردهای معمول عبارتند از:

• محفظه‌های احتراق توربین گازی،
• پوشش محفظه احتراق،
• تثبیت کننده های شعله
• کانال‌های انتقال و عناصر سیستم‌های جریان گاز داغ،
• اجزای پس سوز موتور هواپیما، قطعات پس سوز موتور هواپیما,
• پوشش‌ها و اجزایی که در معرض تماس مستقیم با گازهای داغ قرار دارند.

در این کاربردها، نه تنها استحکام مکانیکی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، بلکه مقاومت در برابر چرخه‌های گرمایش و سرمایش و حفظ پایداری سازه در طول ساعات طولانی کارکرد نیز از اهمیت بالایی برخوردار است.

اودیمت® ال-۶۰۵ – UNS R30605

اودیمت L-605 – UNS R30605 یکی دیگر از آلیاژهای پایه کبالت با مقاومت بالا در برابر حرارت است. این ماده با نام‌های تجاری دیگری نیز شناخته می‌شود، از جمله هاینز® ۲۵.
این آلیاژ حاوی مقادیر قابل توجهی کروم، نیکل و تنگستن است. مقدار بالای کروم مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون ایجاد می‌کند، در حالی که تنگستن باعث سخت شدن محلولی قوی شده و به حفظ خواص مکانیکی در دماهای بالا کمک می‌کند.
L-605 با استحکام بالا در دماهای بالا، مقاومت در برابر اکسیداسیون خوب و مقاومت سایشی و خوردگی نسبتاً خوب مشخص می‌شود.
از جمله موارد دیگر، در اجزای توربین گازی، محفظه‌های احتراق، اجزای موتور هواپیما، اجزایی که در دماهای بالا کار می‌کنند و کاربردهای تخصصی که نیاز به مقاومت مکانیکی و حرارتی بالا دارند، استفاده می‌شود.

Waspaloy و Udimet 188 و L-605 - تفاوت‌های اساسی

مهمترین تفاوت بین این مواد، نوع ماتریس و مکانیسم تقویت کنندگی آنهاست.
واسپالوی یک سوپرآلیاژ پایه نیکل است که خواص مکانیکی بسیار بالای آن عمدتاً از طریق رسوب کنترل‌شده فاز γ′ حاصل می‌شود. این ماده به‌ویژه در قطعاتی که در دماهای بالا تحت تنش‌های مکانیکی بالا قرار دارند، مفید است.
اودیمت ۱۸۸ یک آلیاژ پایه کبالت است که بزرگترین مزایای آن مقاومت بسیار بالا در برابر اکسیداسیون، پایداری حرارتی و حفظ خواص خوب در معرض دمای بالا برای مدت طولانی است.
اودیمت L-605 این آلیاژ همچنین یک آلیاژ پایه کبالت است و عمدتاً از تقویت محلولی استفاده می‌کند. این آلیاژ استحکام بالا در دماهای بالا را با مقاومت خوب در برابر اکسیداسیون و سایش ترکیب می‌کند.
بنابراین، این مواد نباید به عنوان جایگزین‌های ساده در نظر گرفته شوند. Waspaloy به ویژه برای اجزای توربین تحت تنش مکانیکی بالا جالب است، در حالی که آلیاژهای 188 و L-605 در اجزای انتهای داغ که مقاومت در برابر اکسیداسیون، خوردگی در دمای بالا و پایداری حرارتی از اهمیت بالایی برخوردارند، بسیار مفید هستند.

خواص مکانیکی

نباید هیچ محدوده مشترک واحدی از Rp0,2، Rm، ازدیاد طول و سختی برای Waspaloy، Udimet 188 و L-605 وجود داشته باشد. اینها موادی با ماتریس‌ها، ترکیبات شیمیایی، مکانیسم‌های استحکام‌دهی و حالت‌های عملیات حرارتی مختلف هستند.
در مورد واسپالوی خواص مکانیکی به شدت به اشباع و پیرشدگی وابسته هستند. این ماده می‌تواند به استحکام تسلیم و استحکام کششی بسیار بالایی دست یابد و مزیت اصلی آن حفظ استحکام بالا و مقاومت در برابر خزش در دماهای بالا است.
در مورد اودیمت ۱۸۸ i L-605 مهمتر از استحکام تسلیم بسیار بالا در دمای اتاق، پایداری حرارتی، مقاومت در برابر اکسیداسیون، استحکام در دمای بالا و حفظ خواص پس از قرار گرفتن در معرض حرارت طولانی مدت است.
مقادیر دقیق خواص مکانیکی همیشه باید با گرید خاص، فرم محصول، دمای آزمایش و شرایط عملیات حرارتی مرتبط باشند.

استانداردها و علائم

واسپالوی: UNS N07001، W.Nr. 2.4654. برای میله‌ها، مواد آهنگری و سایر محصولات آهنگری شده، از جمله موارد زیر استفاده می‌شود: ASTM B637همچنین تعدادی از مشخصات AMS برای کاربردهای هوافضا وجود دارد.
اودیمت ۱۸۸: UNS R30188. این ماده در درجه اول تحت پوشش مشخصات هوافضایی AMS است، از جمله: AMS 5608 برای ورق‌ها و نوارها و AMS 5772 برای شمش، مواد اولیه و قطعات آهنگری شده.
اودیمت L-605: UNS R30605. این ماده در مشخصات صنعتی و هوافضای متعددی ذکر شده است. آلیاژ R30605 همچنین در کاربردهای پزشکی تحت پوشش الزامات مربوط به مواد، از جمله ASTM F90، استفاده می‌شود.
استاندارد همیشه باید برای شکل و کاربرد خاص محصول انتخاب شود. شناسه UNS ترکیب آلیاژ را مشخص می‌کند، در حالی که الزامات مربوط به خواص، شرایط تحویل، ابعاد و آزمایش از استاندارد محصول مربوطه استخراج می‌شود.

کاربردهای معمول آلیاژهای Waspaloy و Udimet

هوانوردی – اجزای موتور توربین، دیسک‌ها و حلقه‌های توربین، شفت‌ها، اجزای کمپرسور، محفظه‌های احتراق، لنت‌ها، کانال‌های انتقال و سایر اجزای قسمت داغ موتور.
رشته ای از علم مکانیك که درباره نیرو و تحولات آن بحی میکنند – توربین‌های گازی صنعتی، اجزای نصب شده در دمای بالا، قطعات تجهیزات برق که تحت بارهای حرارتی و مکانیکی طولانی مدت کار می‌کنند.
صنعت فضایی – اجزای سیستم محرکه و اجزایی که در شرایط حرارتی شدید کار می‌کنند.
صنعت کوره و متالورژی – عناصر، پوشش‌ها، دسته‌ها و اجزای دستگاه با دمای بالا که در معرض اکسیداسیون و قرار گرفتن طولانی مدت در معرض دمای بالا هستند.
تجهیزات تخصصی – اجزایی که نیاز به ترکیبی از استحکام بالا، مقاومت خزش، پایداری ساختاری و مقاومت در برابر خوردگی در دمای بالا دارند.

انتخاب یک سوپرآلیاژ مقاوم در برابر دمای بالا

انتخاب بین Waspaloy، Udimet 188 و L-605 نه تنها باید حداکثر دمای کارکرد را در نظر بگیرد، بلکه تنش‌های مکانیکی، عمر مفید مورد نیاز، مقاومت در برابر خزش، شرایط اکسیداسیون، ترکیب گاز داغ، چرخه دمایی و پتانسیل خوردگی در دمای بالا نیز از عوامل مهم هستند.
برای اجزای توربین تحت تنش بالا، خواص آلیاژ پس از عملیات حرارتی مناسب و پایداری فاز استحکام‌بخشی بسیار مهم است. برای اجزای محفظه احتراق و مجرای گاز داغ، مقاومت در برابر اکسیداسیون، پایداری متالورژیکی، مقاومت در برابر خستگی حرارتی و توانایی ساخت سازه‌های جوش داده شده ممکن است از اهمیت بیشتری برخوردار باشند.
به همین دلیل، مقایسه سوپرآلیاژها صرفاً بر اساس حداکثر دمای کارکرد ممکن است منجر به انتخاب نادرست مواد شود.

روش‌های تحویل

بسته به گرید و مشخصات، سوپرآلیاژهای Waspaloy و Udimet به صورت‌های زیر موجود هستند:

• میله‌ها و مواد اولیه برای آهنگری،
• آهنگری،
• حلقه‌ها،
• ورق‌ها و نوارها،
• سیم‌ها،
• مواد جوشکاری،
• محصولات نیمه تمام که برای پردازش بیشتر در نظر گرفته شده اند.

موجود بودن یک فرم خاص محصول بستگی به گرید، استاندارد تولید، ابعاد و شرایط عملیات حرارتی مورد نیاز دارد.

گونه‌های موجود در پیشنهاد Alfa-Tech:

• Udimet 188 – آلیاژ نیکل و کبالت، مقاوم در برابر حرارت و خوردگی،
• Udimet L-605 - مقاومت بسیار خوب در برابر اکسیداسیون و خزش، همچنین در محیط‌های شیمیایی،
• Waspaloy – یک سوپرآلیاژ کلاسیک هواپیما، مقاومت خزشی عالی تا دمای ۸۰۰ درجه سانتیگراد.

تقسیم‌بندی آلیاژهای نیکل

آلیاژهای نیکل را می‌توان به چندین خانواده اصلی تقسیم کرد که از نظر ترکیب شیمیایی، خواص و کاربردهای معمول متفاوت هستند. در زیر مهمترین گروه‌ها به همراه نمونه‌هایی از گریدهای موجود در Alfa-Tech آمده است:

آلیاژهای نیکل

اینکونل® - سوپرآلیاژهای نیکل و کروم

آلیاژهایی با مقاومت بسیار بالا در برابر اکسیداسیون و خزش در دماهای بالا. مورد استفاده در صنایع انرژی، هوانوردی و شیمیایی.
گریدها: اینکونل ۶۰۰، اینکونل ۶۰۱، اینکونل ۶۲۵، اینکونل ۶۸۶، اینکونل ۷۱۸، اینکونل X-۷۵۰، اینکونل HX.

Incoloy® - آلیاژهای نیکل، آهن و کروم

آنها مقاومت در برابر خوردگی را با پایداری ساختاری خوب ترکیب می‌کنند. آنها به ویژه در صنایع شیمیایی و پتروشیمی ارزشمند هستند.
گونه‌ها: اینکولوی 800 اچ/اچ‌تی، اینکولوی ۸۲۵، اینکولوی ۹۲۵، اینکولوی DS، اینکولوی ۳۳۰، اینکولوی A-۲۸۶.

Nimonic® – سوپرآلیاژهای دما بالا

مواد تقویت‌شده با رسوب که در صنایع هوایی و توربین‌های گازی استفاده می‌شوند، با مقاومت بالا در برابر خزش و خستگی حرارتی مشخص می‌شوند.
انواع: نیمونیک ۷۵، نیمونیک ۸۰A، نیمونیک ۹۰، نیمونیک ۲۶۳، نیمونیک ۹۰۱.

Udimet® / Waspaloy® – سوپرآلیاژها برای بارهای شدید

در موتورهای هواپیما و صنعت انرژی، جایی که بالاترین مقاومت در برابر خزش و خستگی حرارتی مورد نیاز است، استفاده می‌شود.
گونه‌ها: اودیمت ۱۸۸، اودیمت ال-۶۰۵، واسپالوی.

مونل® و نیکل خالص - مقاومت شیمیایی و دریایی

مونل (آلیاژهای نیکل-مس) و نیکل خالص موادی مقاوم در برابر آب دریا، اسیدها و قلیاها هستند. آنها اغلب در صنایع دریایی، شیمیایی و تجهیزات تخصصی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
گریدها: مونل ۴۰۰، مونل K-500، نیکل ۲۰۰، نیکل ۲۰۱.

آلیاژهای ویژه – Invar®، Kovar®، Permalloy

موادی با خواص فیزیکی منحصر به فرد - ضریب انبساط حرارتی پایین، پایداری ابعادی یا نفوذپذیری مغناطیسی کنترل شده. در الکترونیک، اپتیک و ابزارهای دقیق استفاده می‌شود.
گونه‌ها: اینوار ۳۶، کووار، پرمالوی، نیلوماگ ۷۷.

Hastelloy® / Haynes® – آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی و دمای بالا

آلیاژهایی با مقاومت بالا در برابر محیط‌های شیمیایی خورنده، اکسیداسیون و خزش. مورد استفاده در صنایع شیمیایی، انرژی و هوانوردی.
گریدها: هستلوی B-2، B-3، C-276، C-22، C-4، C-2000، G-30، G-35، X، N؛ هاینز 214، 230، 242، 282، HR-160.

Inconel®، Incoloy®، Nimonic®، Monel® و Udimet® علائم تجاری ثبت شده شرکت Special Metals هستند. Waspaloy® علامت تجاری ATI Allvac / Precision Castparts است، Hastelloy® علامت تجاری Haynes International است، Invar® و Kovar® متعلق به Imphy / ArcelorMittal هستند.