Udimet dan Waspaloy - Paduan Super Nikel untuk Beban Ekstrem

Udimet® / Waspaloy® – paduan super untuk beban ekstrem

Karakteristik paduan Udimet® dan Waspaloy®

Udimet® dan Waspaloy® Termasuk dalam kelompok superpaduan suhu tinggi yang dirancang untuk digunakan dalam kondisi di mana baja tahan panas dan tahan mulur klasik gagal memberikan daya tahan yang memadai. Material ini terutama digunakan dalam penerbangan, pembangkit listrik, turbin gas, industri luar angkasa, dan perangkat lain yang secara bersamaan terpapar suhu tinggi, beban mekanis, mulur, oksidasi, dan korosi suhu tinggi.
Keluarga Udimet mencakup berbagai material dengan komposisi kimia dan mekanisme penguatan yang berbeda. Oleh karena itu, semua paduan Udimet dan Waspaloy tidak boleh dianggap sebagai satu kelompok paduan nikel dengan sifat yang identik.
Waspaloy – UNS N07001 adalah superpaduan nikel yang diperkuat presipitasi di mana fase γ′ memainkan peran yang sangat penting. Udimet 188 – UNS R30188 oraz Udimet L-605 – UNS R30605 adalah paduan berbasis kobalt suhu tinggi. Mekanisme pencapaian kekuatan tinggi dan stabilitas termalnya berbeda dari superpaduan nikel pengerasan presipitasi klasik.

Waspaloy® – paduan super nikel yang diperkuat dengan pengendapan

Waspaloy – UNS N07001, W.No. 2.4654 adalah superpaduan nikel-kromium-kobalt dengan tambahan molibdenum, titanium, dan aluminium. Paduan ini dikembangkan untuk berkinerja di bawah beban mekanis tinggi pada suhu tinggi.
Strukturnya didasarkan pada matriks γ berbasis nikel austenitik. Perlakuan panas yang tepat mengarah pada pembentukan endapan fase halus dan koheren. γ′ – Ni₃(Al,Ti)Fase ini merupakan salah satu mekanisme penguatan dasar Waspaloy dan memungkinkannya untuk mempertahankan kekuatan tinggi bahkan pada suhu di mana sifat-sifat paduan struktural konvensional menurun secara signifikan.
Penambahan aluminium dan titanium terutama bertanggung jawab atas pembentukan fase γ′, sementara kromium meningkatkan ketahanan terhadap oksidasi dan korosi suhu tinggi. Kobalt memengaruhi stabilitas matriks dan sifat suhu tinggi, di antara hal-hal lainnya, dan molibdenum memberikan penguatan larutan tambahan.
Berkat komposisi kimia yang dipilih dengan cermat dan perlakuan panas multi-tahap, Waspaloy dicirikan oleh kekuatan tarik yang tinggi, ketahanan terhadap deformasi plastis (creep resistance), dan ketahanan terhadap beban jangka panjang pada suhu tinggi.

Ketahanan terhadap deformasi rambat Waspaloy

Salah satu sifat terpenting dari Waspaloy adalah ketahanan rambatan dan kerusakan rambatan yang tinggiPer creep adalah proses deformasi material yang lambat dan permanen akibat beban berkepanjangan pada suhu tinggi.
Pada komponen turbin gas, proses ini sangat penting karena komponen tersebut dapat beroperasi secara bersamaan selama ribuan jam di bawah pengaruh suhu tinggi dan tekanan mekanis yang tinggi.
Matriks nikel yang stabil dan endapan fase γ′ membatasi pergerakan dislokasi dan mempertahankan kekuatan tinggi material pada suhu tinggi. Inilah sebabnya mengapa Waspaloy digunakan dalam komponen paling penting dari mesin pesawat terbang dan turbin gas.

Ketahanan Waspaloy terhadap oksidasi

Kandungan kromium yang signifikan memungkinkan pembentukan lapisan oksida pelindung pada permukaan Waspaloy, yang membatasi oksidasi lebih lanjut pada material tersebut.
Ketahanan terhadap oksidasi sangat penting pada komponen mesin turbin dan peralatan pembangkit listrik, di mana material tersebut tetap bersentuhan dengan gas panas dalam jangka waktu yang lama.
Namun, perlu dibuat perbedaan. suhu maksimum di mana paduan tersebut menunjukkan ketahanan terhadap oksidasi, dari suhu di mana paduan tersebut dapat dengan aman menahan beban mekanis tinggi selama ribuan jam.Suhu desain yang diperbolehkan bergantung pada tegangan, daya tahan yang dibutuhkan, perlakuan panas, dan bentuk produk tertentu.

Perlakuan panas Waspaloy

Sifat-sifat Waspaloy sangat bergantung pada perlakuan panas yang digunakan. Proses tipikal meliputi perlakuan panas larutan dan langkah-langkah penuaan selanjutnya untuk mengontrol ukuran, distribusi, dan proporsi endapan fase γ′.
Mengubah parameter perlakuan panas memungkinkan perubahan dalam keseimbangan antara kekuatan, keuletan, ketahanan terhadap creep, dan umur kelelahan. Oleh karena itu, sifat mekanik Waspaloy tidak boleh dilaporkan sebagai nilai tunggal yang terlepas dari kondisi material.

Pengelasan dan pemesinan Waspaloy

Waspaloy adalah material yang secara teknologi jauh lebih menuntut daripada baja tahan karat biasa dan banyak paduan nikel standar. Kandungan unsur pembentuk fase γ′ yang tinggi memerlukan perhatian cermat terhadap kondisi material, masukan panas, dan perlakuan panas selanjutnya selama pengelasan.
Paduan tersebut mungkin rentan terhadap keretakan selama proses pengelasan dan perlakuan panas. Pada komponen yang承受 beban tinggi, sambungan las memerlukan desain yang sangat hati-hati. Sifat suhu tinggi dari hasil las mungkin lebih rendah daripada sifat material dasar yang telah diberi perlakuan panas dengan benar.
Proses pemesinan juga menuntut karena kekuatan material yang tinggi, kecenderungan untuk mengeras selama pemesinan, dan beban yang tinggi pada perkakas.

Udimet® 188 – paduan berbasis kobalt suhu tinggi

Udimet 188 – UNS R30188 adalah paduan kobalt-nikel-kromium-tungsten yang dirancang untuk beroperasi pada suhu yang sangat tinggi. Tidak seperti Waspaloy, ini bukanlah superpaduan nikel klasik yang diperkuat dengan presipitasi γ′.
Paduan tersebut mengandung kira-kira 20–24% kromium, 20–24% nikel, dan sejumlah besar tungsten.Sedangkan bahan dasarnya adalah kobalt. Penambahan sedikit lantanum mendukung pembentukan lapisan oksida yang tahan lama dan protektif.
Udimet 188 menggabungkan kekuatan tinggi pada suhu tinggi dengan ketahanan yang sangat baik terhadap oksidasi, korosi suhu tinggi, dan stabilitas metalurgi yang baik selama paparan termal jangka panjang.
Material ini mempertahankan keuletan yang baik setelah terpapar suhu tinggi dalam waktu lama dan dicirikan oleh kemampuan pembentukan dan sifat pengelasan yang baik.

Udimet 188 tahan terhadap oksidasi dan korosi suhu tinggi

Salah satu fitur terpenting Udimet 188 adalah kemampuannya untuk beroperasi pada suhu yang sangat tinggi. Paduan ini menunjukkan ketahanan oksidasi yang sangat baik selama paparan jangka panjang pada suhu yang mencapai sekitar 1095 ° C.
Kandungan kromium yang tinggi dikombinasikan dengan penambahan lantanum mendorong pembentukan lapisan pelindung yang kompak dan melekat dengan baik. Udimet 188 juga menunjukkan ketahanan sulfurisasi yang baik dan ketahanan tinggi terhadap beberapa bentuk korosi suhu tinggi yang terkait dengan endapan sulfat.
Perlu ditekankan bahwa suhu sekitar 1095°C terutama mengacu pada ketahanan terhadap oksidasi. Ini tidak berarti kemampuan untuk menahan beban mekanis maksimum pada suhu ini. Tegangan struktural yang diizinkan menurun seiring dengan peningkatan suhu.

Penerapan Udimet 188 pada turbin gas

Kombinasi ketahanan terhadap oksidasi, kekuatan suhu tinggi, stabilitas metalurgi, dan kemampuan pengelasan yang baik menjadikan Udimet 188 sangat cocok untuk komponen bagian panas turbin gas.
Aplikasi tipikal meliputi:

ruang bakar turbin gas,
lapisan ruang pembakaran,
penstabil api,
saluran transisi dan elemen sistem aliran gas panas,
komponen afterburner mesin pesawat terbang,
penutup dan komponen yang terpapar langsung gas panas.

Dalam aplikasi ini, bukan hanya kekuatan mekanik yang sangat penting, tetapi juga ketahanan terhadap siklus pemanasan dan pendinginan serta menjaga stabilitas struktural selama jam operasi yang panjang.

Udimet® L-605 – UNS R30605

Udimet L-605 – UNS R30605 adalah paduan berbasis kobalt suhu tinggi lainnya. Material ini juga dikenal dengan nama dagang lainnya, termasuk HAYNES® 25.
Paduan ini mengandung sejumlah besar kromium, nikel, dan tungsten. Kandungan kromium yang tinggi memberikan ketahanan oksidasi yang baik, sementara tungsten memberikan pengerasan larutan yang kuat dan membantu mempertahankan sifat mekanik pada suhu tinggi.
L-605 memiliki karakteristik kekuatan tinggi pada suhu tinggi, ketahanan oksidasi yang baik, serta ketahanan aus dan macet yang relatif baik.
Material ini digunakan, antara lain, pada komponen turbin gas, ruang pembakaran, komponen mesin pesawat terbang, komponen yang beroperasi pada suhu tinggi, dan aplikasi khusus yang membutuhkan ketahanan mekanik dan termal yang tinggi.

Waspaloy dan Udimet 188 dan L-605 – perbedaan mendasar

Perbedaan terpenting antara material-material ini terletak pada jenis matriks dan mekanisme penguatannya.
Waspaloy adalah superpaduan berbasis nikel yang sifat mekaniknya sangat tinggi, terutama dicapai melalui pengendapan fase γ′ yang terkontrol. Paduan ini sangat berguna dalam komponen yang mengalami tegangan mekanik tinggi pada suhu tinggi.
Udimet 188 adalah paduan berbasis kobalt yang keunggulan utamanya adalah ketahanan oksidasi yang sangat tinggi, stabilitas termal, dan mempertahankan sifat-sifat yang baik selama paparan jangka panjang terhadap suhu tinggi.
Udimet L-605 Ini juga merupakan paduan berbasis kobalt dan terutama menggunakan penguatan larutan. Paduan ini menggabungkan kekuatan tinggi pada suhu tinggi dengan ketahanan oksidasi dan keausan yang baik.
Oleh karena itu, material-material ini tidak boleh dianggap sebagai pengganti sederhana. Waspaloy sangat menarik untuk komponen turbin yang mengalami tekanan mekanis tinggi, sedangkan paduan 188 dan L-605 sangat berguna pada komponen ujung panas di mana ketahanan terhadap oksidasi, korosi suhu tinggi, dan stabilitas termal sangat penting.

Sifat mekanik

Seharusnya tidak ada rentang umum tunggal untuk Rp0,2, Rm, perpanjangan, dan kekerasan untuk Waspaloy, Udimet 188, dan L-605. Ini adalah material dengan matriks, komposisi kimia, mekanisme penguatan, dan kondisi perlakuan panas yang berbeda.
Dalam kasus Waspaloy Sifat mekanik sangat bergantung pada saturasi dan penuaan. Material ini dapat mencapai kekuatan luluh dan kekuatan tarik yang sangat tinggi, dan keunggulan utamanya adalah mempertahankan kekuatan tinggi dan ketahanan terhadap deformasi plastis (creep resistance) pada suhu tinggi.
Dalam kasus Udimet 188 i L-605 Yang lebih penting daripada kekuatan luluh yang sangat tinggi pada suhu ruang adalah stabilitas termal, ketahanan terhadap oksidasi, kekuatan suhu tinggi, dan mempertahankan sifat-sifat setelah paparan termal jangka panjang.
Nilai akurat dari sifat mekanik harus selalu dikaitkan dengan jenis, bentuk produk, suhu pengujian, dan kondisi perlakuan panas tertentu.

Standar dan penandaan

Waspaloy: UNS N07001, W.Nr. 2.4654. Untuk batangan, bahan tempa, dan produk tempa lainnya, digunakan antara lain, ASTM B637Terdapat juga sejumlah spesifikasi AMS untuk aplikasi kedirgantaraan.
Udimet 188: UNS R30188. Material ini terutama tercakup dalam spesifikasi kedirgantaraan AMS, termasuk: AMS 5608 untuk lembaran dan potongan dan AMS 5772 untuk batangan, bahan baku, dan tempaan.
Udimet L-605: UNS R30605. Material ini tercantum dalam berbagai spesifikasi industri dan kedirgantaraan. Paduan R30605 juga digunakan dalam aplikasi medis yang tercakup dalam persyaratan material terkait, termasuk ASTM F90.
Standar harus selalu dipilih sesuai dengan bentuk produk dan aplikasi spesifik. Penamaan UNS mengidentifikasi komposisi paduan, sedangkan persyaratan untuk sifat, kondisi pengiriman, dimensi, dan pengujian diperoleh dari standar produk yang relevan.

Aplikasi Khas Paduan Waspaloy dan Udimet

Penerbangan – komponen mesin turbin, cakram dan cincin turbin, poros, komponen kompresor, ruang pembakaran, pelapis, saluran transisi, dan komponen lain dari bagian mesin yang panas.
energetika – turbin gas industri, komponen instalasi suhu tinggi, bagian peralatan pembangkit listrik yang beroperasi di bawah beban termal dan mekanis jangka panjang.
Industri antariksa – komponen sistem penggerak dan komponen yang beroperasi dalam kondisi termal ekstrem.
Industri tungku dan metalurgi – elemen perangkat suhu tinggi, penutup, pegangan, dan komponen yang terpapar oksidasi dan paparan suhu tinggi dalam jangka panjang.
Peralatan khusus – komponen yang membutuhkan kombinasi kekuatan tinggi, ketahanan terhadap deformasi permanen (creep resistance), stabilitas struktural, dan ketahanan terhadap korosi suhu tinggi.

Pemilihan paduan super suhu tinggi

Pemilihan antara Waspaloy, Udimet 188, dan L-605 tidak hanya harus mempertimbangkan suhu operasi maksimum. Tegangan mekanis, masa pakai yang dibutuhkan, ketahanan terhadap deformasi plastis (creep resistance), kondisi oksidasi, komposisi gas panas, siklus suhu, dan potensi korosi suhu tinggi juga merupakan faktor penting.
Untuk komponen turbin yang mengalami tekanan tinggi, sifat paduan setelah perlakuan panas yang sesuai dan stabilitas fase penguatan sangat penting. Untuk komponen ruang bakar dan saluran gas panas, ketahanan terhadap oksidasi, stabilitas metalurgi, ketahanan terhadap kelelahan termal, dan kemampuan untuk membuat struktur las mungkin lebih penting.
Oleh karena itu, membandingkan superalloy hanya berdasarkan suhu operasi maksimum dapat menyebabkan pemilihan material yang salah.

Metode pengiriman

Tergantung pada tingkatan dan spesifikasinya, superalloy Waspaloy dan Udimet tersedia dalam berbagai bentuk, antara lain:

batangan dan bahan baku untuk penempaan,
tempaan,
cincin,
lembaran dan potongan,
kabel,
bahan pengelasan,
produk setengah jadi yang ditujukan untuk pengolahan lebih lanjut.

Ketersediaan bentuk produk tertentu bergantung pada tingkatan, standar manufaktur, dimensi, dan kondisi perlakuan panas yang dibutuhkan.

Spesies yang tersedia dalam penawaran Alfa-Tech:

Udimet 188 – paduan nikel dan kobalt, tahan panas dan korosi,
Udimet L-605 – ketahanan yang sangat baik terhadap oksidasi dan deformasi permanen, juga di lingkungan kimia,
Waspaloy – paduan super klasik untuk pesawat terbang, memiliki ketahanan mulur yang sangat baik hingga 800°C.

Divisi paduan nikel

Paduan nikel dapat dibagi menjadi beberapa kelompok utama, yang berbeda dalam komposisi kimia, sifat, dan aplikasi tipikal. Di bawah ini adalah kelompok-kelompok terpenting, beserta contoh jenis yang tersedia dari Alfa-Tech:

Paduan nikel

Inconel® – paduan super nikel dan kromium

Paduan logam dengan ketahanan yang sangat tinggi terhadap oksidasi dan deformasi plastis (creep) pada suhu tinggi. Digunakan dalam industri energi, penerbangan, dan kimia.
Jenis baja tahan karat: Inconel 600, Inconel 601, Inconel 625, Inconel 686, Inconel 718, Inconel X-750, Inconel HX.

Incoloy® – paduan nikel, besi, dan kromium

Material ini menggabungkan ketahanan terhadap korosi dengan stabilitas struktural yang baik. Material ini sangat dihargai di industri kimia dan petrokimia.
Jenis: Incoloy 800 H/HT, Incoloy 825, Incoloy 925, Incoloy DS, Incoloy 330, Incoloy A-286.

Nimonic® – paduan super suhu tinggi

Material yang diperkuat dengan pengendapan yang digunakan dalam penerbangan dan turbin gas dicirikan oleh ketahanan tinggi terhadap deformasi plastis dan kelelahan termal.
Jenis-jenis: Nimonic 75, Nimonic 80A, Nimonic 90, Nimonic 263, Nimonic 901.

Udimet® / Waspaloy® – paduan super untuk beban ekstrem

Digunakan dalam mesin pesawat terbang dan industri energi, di mana dibutuhkan ketahanan tertinggi terhadap creep dan kelelahan termal.
Spesies: Udimet 188, Udimet L-605, Waspaloy.

Monel® dan nikel murni – tahan terhadap bahan kimia dan lingkungan laut.

Monel (paduan nikel-tembaga) dan nikel murni adalah material yang tahan terhadap air laut, asam, dan basa. Material ini sering digunakan dalam industri kelautan, kimia, dan peralatan khusus.
Jenis: Monel 400, Monel K-500, Nikel 200, Nikel 201.

Paduan khusus – Invar®, Kovar®, Permalloy

Material dengan sifat fisik unik—koefisien ekspansi termal rendah, stabilitas dimensi, atau permeabilitas magnetik yang terkontrol. Digunakan dalam elektronik, optik, dan instrumen presisi.
Spesies: Invar 36, Kovar, Permalloy, Nilomag 77.

Hastelloy® / Haynes® – paduan tahan korosi dan suhu tinggi

Paduan logam dengan ketahanan tinggi terhadap lingkungan kimia yang agresif, oksidasi, dan deformasi permanen (creep). Digunakan dalam industri kimia, energi, dan penerbangan.
Kelas: 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® dan Udimet® adalah merek dagang terdaftar dari Special Metals Corporation. Waspaloy® adalah merek dagang dari ATI Allvac / Precision Castparts, Hastelloy® adalah merek dagang dari Haynes International, Invar® dan Kovar® dimiliki oleh Imphy / ArcelorMittal.