Udimet® / Waspaloy® – superlegure za ekstremna opterećenja
Karakteristike legura Udimet® i Waspaloy®
Udimet® i Waspaloy® pripadaju skupini visokotemperaturnih superlegura namijenjenih za rad u uvjetima u kojima su klasični čelici otporni na toplinu i materijali otporni na toplinu ne pružaju dovoljnu trajnost. Ovi se materijali prvenstveno koriste u zrakoplovstvu, energetici, plinskim turbinama, svemirskoj industriji i drugim uređajima izloženim visokim temperaturama i mehaničkim opterećenjima. puzati, oksidacija i korozija na visokim temperaturama.
Obitelj Udimet uključuje različite materijale s različitim kemijskim sastavima i mehanizmima ojačanja. Stoga se sve legure Udimet i Waspaloy ne bi trebale smatrati jednom skupinom legura nikla s identičnim svojstvima.
Waspaloy – UNS N07001 je superlegura nikla ojačana precipitacijom u kojoj γ′ faza igra vrlo važnu ulogu. Udimet 188 – UNS R30188 oraz Udimet L-605 – UNS R30605 su visokotemperaturne legure na matrici kobaltNjihov mehanizam za postizanje visoke čvrstoće i toplinske stabilnosti razlikuje se od mehanizma klasičnih nikl superlegura dobivenih precipitacijskim očvršćavanjem.
Waspaloy® – superlegura nikla ojačana precipitacijom
Waspaloy – UNS N07001, br. 2.4654 je superlegura nikla, kroma i kobalta s dodatkom molibdena, titan i aluminij. Razvijen je za rad pod visokim mehaničkim opterećenjima na povišenim temperaturama.
Njegova struktura temelji se na austenitnoj γ matrici na bazi nikla. Odgovarajuća toplinska obrada dovodi do stvaranja finih, koherentnih faznih taloga. γ′ – Ni3(Al,Ti)Ova faza je jedan od osnovnih mehanizama ojačavanja Waspaloya i omogućuje mu održavanje visoke čvrstoće čak i na temperaturama na kojima se svojstva konvencionalnih strukturnih legura značajno pogoršavaju.
Dodaci aluminija i titana prvenstveno su odgovorni za stvaranje γ′ faze, dok krom povećava otpornost na oksidaciju i koroziju na visokim temperaturama. Kobalt utječe na stabilnost matrice i svojstva na visokim temperaturama, između ostalog, a molibden pruža dodatno ojačanje otopine.
Zahvaljujući pažljivo odabranom kemijskom sastavu i višestupanjskoj toplinskoj obradi, Waspaloy se odlikuje visokom vlačnom čvrstoćom, otpornošću na puzanje i dugotrajnim opterećenjima na povišenim temperaturama.
Otpornost na puzanje Waspaloya
Jedno od najvažnijih svojstava Waspaloya je visoka otpornost na puzanje i lomljenje pri puzanjuPuzanje je proces spore i trajne deformacije materijala pod dugotrajnim opterećenjem na visokoj temperaturi.
Kod komponenti plinskih turbina ovaj je proces posebno važan jer komponenta može istovremeno raditi tisuće sati pod utjecajem visokih temperatura i visokih mehaničkih naprezanja.
Stabilna matrica nikla i talozi γ′ faze ograničavaju kretanje dislokacija i održavaju visoku čvrstoću materijala na povišenim temperaturama. Zbog toga se Waspaloy koristi u najkritičnijim komponentama zrakoplovnih motora i plinskih turbina.
Waspaloyeva otpornost na oksidaciju
Značajan sadržaj kroma omogućuje stvaranje zaštitnog oksidnog sloja na površini Waspaloya, što ograničava daljnju oksidaciju materijala.
Otpornost na oksidaciju posebno je važna kod komponenti turbinskih motora i energetske opreme, gdje materijal ostaje u kontaktu s vrućim plinovima dulje vrijeme.
Međutim, treba napraviti razliku maksimalna temperatura na kojoj legura pokazuje otpornost na oksidaciju, od temperature na kojoj može sigurno izdržati visoka mehanička opterećenja tisućama satiDopuštena projektna temperatura ovisi o naprezanju, potrebnoj trajnosti, toplinskoj obradi i specifičnom obliku proizvoda.
Toplinska obrada Waspaloya
Svojstva Waspaloya snažno ovise o korištenoj toplinskoj obradi. Tipičan proces uključuje toplinsku obradu u otopini i naknadne korake starenja kako bi se kontrolirala veličina, raspodjela i udio taloga γ′ faze.
Promjena parametara toplinske obrade omogućuje promjenu kompromisa između čvrstoće, duktilnosti, otpornosti na puzanje i vijeka trajanja do zamora. Stoga se mehanička svojstva Waspaloya ne smiju prikazivati kao jedna vrijednost neovisna o stanju materijala.
Zavarivanje i strojna obrada Waspaloya
Waspaloy je materijal koji je tehnološki znatno zahtjevniji od tipičnih nehrđajućih čelika i mnogih standardnih legura nikla. Njegov visok sadržaj elemenata koji tvore γ′-fazu zahtijeva pažljivu pozornost na stanje materijala, unos topline i naknadnu toplinsku obradu tijekom zavarivanja.
Legura može biti sklona pucanju tijekom zavarivanja i toplinske obrade. Kod komponenti izloženih velikim opterećenjima, zavareni spojevi zahtijevaju posebno pažljivo projektiranje. Svojstva zavara na visokim temperaturama mogu biti lošija od svojstava pravilno toplinski obrađenog osnovnog materijala.
Strojna obrada je također zahtjevna zbog visoke čvrstoće materijala, sklonosti stvrdnjavanju tijekom obrade i velikih opterećenja alata.
Udimet® 188 – legura na bazi kobalta otporna na visoke temperature
Udimet 188 – UNS R30188 je legura kobalta, nikla, kroma i volframa dizajnirana za rad na vrlo visokim temperaturama. Za razliku od Waspaloya, nije klasična superlegura nikla ojačana γ′ taloženjem.
Legura sadrži otprilike 20–24% kroma, 20–24% nikla i značajna količina volframa, dok je osnova materijala kobalt. Mali dodatak lantana podržava stvaranje trajnog i zaštitnog oksidnog sloja.
Udimet 188 kombinira visoku čvrstoću na povišenim temperaturama s vrlo dobrom otpornošću na oksidaciju, koroziju na visokim temperaturama i dobrom metalurškom stabilnošću tijekom dugotrajnog toplinskog izlaganja.
Materijal zadržava dobru duktilnost nakon duljeg izlaganja visokim temperaturama te se odlikuje dobrom oblikovljivošću i svojstvima zavarivanja.
Udimet 188 otpornost na oksidaciju i koroziju na visokim temperaturama
Jedna od najvažnijih karakteristika Udimeta 188 je njegova sposobnost rada na vrlo visokim temperaturama. Legura pokazuje vrlo dobru otpornost na oksidaciju tijekom dugotrajnog izlaganja temperaturama koje dosežu približno 1095 ° C.
Visok sadržaj kroma u kombinaciji s dodatkom lantana potiče stvaranje kompaktnog i dobro prianjajućeg zaštitnog sloja. Udimet 188 također pokazuje dobru otpornost na sumporizaciju i visoku otpornost na neke oblike korozije na visokim temperaturama povezane s naslagama sulfata.
Treba naglasiti da se temperatura oko 1095°C prvenstveno odnosi na otpornost na oksidaciju. To ne podrazumijeva sposobnost izdržavanja maksimalnih mehaničkih opterećenja na toj temperaturi. Dopuštena strukturna naprezanja smanjuju se s porastom temperature.
Primjena Udimeta 188 u plinskim turbinama
Kombinacija otpornosti na oksidaciju, čvrstoće na visokim temperaturama, metalurške stabilnosti i dobre zavarljivosti čini Udimet 188 posebno prikladnim za komponente vrućih dijelova plinskih turbina.
Tipične primjene uključuju:
- komore za izgaranje plinskih turbina,
- obloge komore za izgaranje,
- stabilizatori plamena,
- prijelazni kanali i elementi sustava protoka vrućeg plina,
- komponente naknadnog izgaranja zrakoplovnog motora,
- poklopci i komponente izložene izravnom utjecaju vrućih plinova.
U tim primjenama, ne samo mehanička čvrstoća je posebno važna, već i otpornost na cikluse zagrijavanja i hlađenja te održavanje strukturne stabilnosti tijekom dugih sati rada.
Udimet® L-605 – UNS R30605
Udimet L-605 – UNS R30605 je još jedna visokotemperaturna legura na bazi kobalta. Ovaj materijal je poznat i pod drugim trgovačkim nazivima, uključujući HAYNES® 25.
Legura sadrži značajne količine kroma, nikla i volframa. Visok sadržaj kroma pruža dobru otpornost na oksidaciju, dok volfram omogućuje snažno očvršćavanje u otopini i pomaže u održavanju mehaničkih svojstava na visokim temperaturama.
L-605 karakterizira visoka čvrstoća na povišenim temperaturama, dobra otpornost na oksidaciju i relativno dobra otpornost na habanje i zapinjanje.
Koristi se, između ostalog, u komponentama plinskih turbina, komorama za izgaranje, komponentama zrakoplovnih motora, komponentama koje rade na visokim temperaturama i specijaliziranim primjenama koje zahtijevaju visoku mehaničku i toplinsku otpornost.
Waspaloy i Udimet 188 i L-605 – osnovne razlike
Najvažnija razlika između ovih materijala je vrsta matrice i mehanizam ojačanja.
Waspaloy je superlegura na bazi nikla čija se vrlo visoka mehanička svojstva postižu prvenstveno kontroliranim taloženjem γ′ faze. Posebno je korisna u komponentama izloženim visokim mehaničkim naprezanjima na povišenim temperaturama.
Udimet 188 je legura na bazi kobalta čije su najveće prednosti vrlo visoka otpornost na oksidaciju, toplinska stabilnost i održavanje dobrih svojstava tijekom dugotrajnog izlaganja visokim temperaturama.
Udimet L-605 Također je legura na bazi kobalta i prvenstveno koristi ojačanje otopinom. Kombinira visoku čvrstoću na povišenim temperaturama s dobrom otpornošću na oksidaciju i habanje.
Stoga se ovi materijali ne bi trebali smatrati jednostavnim zamjenama. Waspaloy je posebno zanimljiv za visoko mehanički opterećene komponente turbina, dok su legure 188 i L-605 vrlo korisne u komponentama vrućeg dijela gdje su otpornost na oksidaciju, korozija na visokim temperaturama i toplinska stabilnost od najveće važnosti.
Mehanička svojstva
Ne bi trebao postojati jedan zajednički raspon Rp0,2, Rm, istezanja i tvrdoće za Waspaloy, Udimet 188 i L-605. To su materijali s različitim matricama, kemijskim sastavima, mehanizmima ojačanja i stanjima toplinske obrade.
U slučaju Waspaloy Mehanička svojstva snažno ovise o toplinskoj obradi otopinom i starenju. Materijal može postići vrlo visoku granicu razvlačenja i vlačnu čvrstoću, a njegova glavna prednost je održavanje visoke čvrstoće i otpornosti na puzanje na povišenim temperaturama.
U slučaju Udimet 188 i L-605 Važnije od vrlo visoke granice razvlačenja na sobnoj temperaturi su toplinska stabilnost, otpornost na oksidaciju, čvrstoća na visokim temperaturama i zadržavanje svojstava nakon dugotrajnog toplinskog izlaganja.
Točne vrijednosti mehaničkih svojstava uvijek trebaju biti povezane sa specifičnom vrstom, oblikom proizvoda, temperaturom ispitivanja i uvjetima toplinske obrade.
Standardi i oznake
Waspaloy: UNS N07001, W.Nr. 2.4654. Za šipke, materijal za kovanje i ostale kovane proizvode koristi se, između ostalog, ASTM B637Također postoji niz AMS specifikacija za zrakoplovne primjene.
Udimet 188: UNS R30188. Materijal je prvenstveno obuhvaćen AMS zrakoplovnim specifikacijama, uključujući: AMS 5608 za listove i trake i AMS 5772 za šipke, sirovine i otkivke.
Udimet L-605: UNS R30605. Materijal je naveden u brojnim industrijskim i zrakoplovnim specifikacijama. Legura R30605 se također koristi u medicinskim primjenama koje su obuhvaćene relevantnim zahtjevima za materijale, uključujući ASTM F90.
Normu uvijek treba odabrati za određeni oblik proizvoda i primjenu. Oznaka UNS identificira sastav legure, dok su zahtjevi za svojstva, uvjete isporuke, dimenzije i ispitivanje izvedeni iz odgovarajuće norme proizvoda.
Tipične primjene Waspaloy i Udimet legura
Zrakoplovstvo – komponente turbinskog motora, diskovi i prstenovi turbina, osovine, komponente kompresora, komore za izgaranje, obloge, prijelazni kanali i ostale komponente vrućeg dijela motora.
energetika – industrijske plinske turbine, komponente visokotemperaturnih instalacija, dijelovi energetske opreme koji rade pod dugotrajnim toplinskim i mehaničkim opterećenjima.
Svemirska industrija – komponente pogonskog sustava i komponente koje rade u ekstremnim toplinskim uvjetima.
Industrija peći i metalurgija – elementi uređaja, poklopci, ručke i komponente izloženi visokim temperaturama izloženi oksidaciji i dugotrajnoj izloženosti visokim temperaturama.
Specijalizirana oprema – komponente koje zahtijevaju kombinaciju visoke čvrstoće, otpornosti na puzanje, strukturne stabilnosti i otpornosti na koroziju na visokim temperaturama.
Odabir superlegure za visoke temperature
Prilikom odabira između Waspaloya, Udimeta 188 i L-605 treba uzeti u obzir ne samo maksimalnu radnu temperaturu. Mehanička naprezanja, potreban vijek trajanja, otpornost na puzanje, oksidacijski uvjeti, sastav vrućeg plina, temperaturne promjene i potencijal za koroziju na visokim temperaturama također su važni čimbenici.
Za visoko napregnute komponente turbina, svojstva legure nakon odgovarajuće toplinske obrade i stabilnost faze ojačanja su ključni. Za komponente komore za izgaranje i kanala vrućeg plina, otpornost na oksidaciju, metalurška stabilnost, otpornost na toplinski umor i sposobnost izrade zavarenih konstrukcija mogu biti od veće važnosti.
Zbog toga, usporedba superlegura isključivo na temelju maksimalne radne temperature može dovesti do pogrešnog odabira materijala.
Načini dostave
Ovisno o kvaliteti i specifikaciji, superlegure Waspaloy i Udimet dostupne su, između ostalog, kao:
- šipke i sirovine za kovanje,
- otkivci,
- prstenovi,
- listovi i trake,
- žice,
- materijali za zavarivanje,
- poluproizvodi namijenjeni daljnjoj preradi.
Dostupnost određenog oblika proizvoda ovisi o vrsti, proizvodnom standardu, dimenzijama i potrebnim uvjetima toplinske obrade.
Vrste dostupne u ponudi Alfa-Techa:
- Udimet 188 – legura nikla i kobalta, otpornost na toplinu i koroziju,
- Udimet L-605 – vrlo dobra otpornost na oksidaciju i puzanje, također i u kemijskim okruženjima,
- Waspaloy – klasična superlegura za zrakoplove, izvrsna otpornost na puzanje do 800°C.
Podjela niklnih legura
Nikalne legure mogu se podijeliti u nekoliko glavnih obitelji, koje se razlikuju po kemijskom sastavu, svojstvima i tipičnim primjenama. U nastavku su navedene najvažnije skupine, zajedno s primjerima vrsta dostupnih od Alfa-Techa:
Nikalne legure
Inconel® – superlegure nikla i kroma
Legure s vrlo visokom otpornošću na oksidaciju i puzanje na visokim temperaturama. Koriste se u energetskoj, zrakoplovnoj i kemijskoj industriji.
Vrste: Inconel 600, Inconel 601, Inconel 625, Inconel 686, Inconel 718, Inconel X-750, Inconel HX.
Incoloy® – legure nikla, željeza i kroma
Kombiniraju otpornost na koroziju s dobrom strukturnom stabilnošću. Posebno su cijenjeni u kemijskoj i petrokemijskoj industriji.
Vrsta: Incoloy 800 H/HT, Incoloy 825, Incoloy 925, Incoloy DS, Incoloy 330, Incoloy A-286.
Nimonic® – superlegure otporne na visoke temperature
Materijali ojačani taloženjem koji se koriste u zrakoplovstvu i plinskim turbinama karakteriziraju se visokom otpornošću na puzanje i toplinski umor.
Vrste: Nimonic 75, Nimonic 80A, Nimonic 90, Nimonic 263, Nimonic 901.
Udimet® / Waspaloy® – superlegure za ekstremna opterećenja
Koristi se u zrakoplovnim motorima i energetskoj industriji, gdje je potrebna najveća otpornost na puzanje i toplinski umor.
Vrste: Udimet 188, Udimet L-605, Waspaloy.
Monel® i čisti nikal – kemijska i morska otpornost
Monel (legure nikla i bakra) i čisti nikal su materijali otporni na morsku vodu, kiseline i lužine. Često se koriste u pomorskoj, kemijskoj i industriji specijalizirane opreme.
Vrste: Monel 400, Monel K-500, Nikal 200, Nikal 201.
Specijalne legure – Invar®, Kovar®, Permalloy
Materijali s jedinstvenim fizičkim svojstvima - niskim koeficijentom toplinskog širenja, dimenzijskom stabilnošću ili kontroliranom magnetskom permeabilnošću. Koriste se u elektronici, optici i preciznim instrumentima.
Vrste: Invar 36, Kovar, Permalloy, Nilomag 77.
Hastelloy® / Haynes® – legure otporne na koroziju i visoke temperature
Legure s visokom otpornošću na agresivne kemijske okoline, oksidaciju i puzanje. Koriste se u kemijskoj, energetskoj i zrakoplovnoj industriji.
Vrste: Hastelloy B-2, B-3, C-276, C-22, C-4, C-2000, G-30, G-35, X, N; Haynes 214, 230, 242, 282, HR-160.
Inconel®, Incoloy®, Nimonic®, Monel® i Udimet® su registrirani zaštitni znakovi tvrtke Special Metals Corporation. Waspaloy® je zaštitni znak tvrtke ATI Allvac / Precision Castparts, Hastelloy® je zaštitni znak tvrtke Haynes International, a Invar® i Kovar® su vlasništvo tvrtke Imphy / ArcelorMittal.