„Udimet®“ / „Waspaloy®“ – superlydiniai, skirti ekstremalioms apkrovoms
Udimet® ir Waspaloy® lydinių charakteristikos
Udimet® ir Waspaloy® priklauso aukštai temperatūrai atsparių superlydinių grupei, skirtai naudoti sąlygomis, kai klasikiniai karščiui ir šliaužimui atsparūs plienai neužtikrina pakankamo patvarumo. Šios medžiagos daugiausia naudojamos aviacijoje, elektros energijos gamyboje, dujų turbinose, kosmoso pramonėje ir kituose įrenginiuose, kurie vienu metu yra veikiami aukštos temperatūros, mechaninių apkrovų, šliaužimo, oksidacijos ir aukštos temperatūros korozijos.
„Udimet“ šeimą sudaro įvairios medžiagos, pasižyminčios skirtinga chemine sudėtimi ir stiprinimo mechanizmais. Todėl nereikėtų visų „Udimet“ ir „Waspaloy“ lydinių laikyti viena identiškų savybių turinčia nikelio lydinių grupe.
Waspaloy – UNS N07001 yra nusodinimu sustiprintas nikelio superlydinys, kuriame γ′ fazė atlieka labai svarbų vaidmenį. Udimet 188 – UNS R30188 ir Udimet L-605 – UNS R30605 yra aukštos temperatūros kobalto pagrindo lydiniai. Jų didelio stiprumo ir terminio stabilumo pasiekimo mechanizmas skiriasi nuo klasikinių nikelio nusodinimo būdu grūdinamų superlydinių.
„Waspaloy®“ – nusodinimu sustiprintas nikelio superlydinys
Waspaloy – UNS N07001, W.Nr. 2.4654 yra nikelio, chromo ir kobalto superlydinys su molibdeno, titano ir aliuminio priedais. Jis buvo sukurtas veikti esant didelėms mechaninėms apkrovoms aukštoje temperatūroje.
Jo struktūra pagrįsta austenitine nikelio pagrindu sudaryta γ matrica. Tinkamas terminis apdorojimas lemia smulkių, koherentinių fazinių nuosėdų susidarymą. γ′ – Ni3(Al,Ti)Ši fazė yra vienas iš pagrindinių „Waspaloy“ stiprinimo mechanizmų ir leidžia išlaikyti didelį stiprumą net esant temperatūrai, kurioje įprastų konstrukcinių lydinių savybės labai pablogėja.
Aliuminio ir titano priedai pirmiausia yra atsakingi už γ′ fazės susidarymą, o chromas padidina atsparumą oksidacijai ir korozijai aukštoje temperatūroje. Kobaltas, be kita ko, turi įtakos matricos stabilumui ir savybėms aukštoje temperatūroje, o molibdenas suteikia papildomą tirpalo stiprinimą.
Dėl kruopščiai parinktos cheminės sudėties ir daugiapakopio terminio apdorojimo „Waspaloy“ pasižymi dideliu tempiamuoju stiprumu, atsparumu šliaužimui ir ilgalaikiam apkrovimui aukštoje temperatūroje.
Waspaloy atsparumas šliaužimui
Viena iš svarbiausių Waspaloy savybių yra didelis atsparumas šliaužimui ir plyšimuiŠliaužimas yra lėtas ir nuolatinis medžiagos deformacijos procesas, kai ji ilgai veikiama aukštoje temperatūroje.
Dujų turbinų komponentuose šis procesas yra ypač svarbus, nes komponentas gali veikti vienu metu tūkstančius valandų, veikiamas aukštos temperatūros ir didelių mechaninių įtempių.
Stabili nikelio matrica ir γ′ fazės nusodinimai riboja dislokacijų judėjimą ir išlaiko didelį medžiagos stiprumą aukštoje temperatūroje. Štai kodėl „Waspaloy“ naudojamas svarbiausiuose orlaivių variklių ir dujų turbinų komponentuose.
Waspaloy atsparumas oksidacijai
Didelis chromo kiekis leidžia Waspaloy paviršiuje susidaryti apsauginiam oksido sluoksniui, kuris riboja tolesnę medžiagos oksidaciją.
Atsparumas oksidacijai yra ypač svarbus turbininių variklių komponentuose ir jėgos įrangoje, kur medžiaga ilgą laiką liečiasi su karštomis dujomis.
Tačiau reikia daryti skirtumą maksimali temperatūra, kurioje lydinys pasižymi atsparumu oksidacijai, nuo temperatūros, kurioje jis gali saugiai atlaikyti dideles mechanines apkrovas tūkstančius valandųLeistina projektinė temperatūra priklauso nuo įtempio, reikiamo ilgaamžiškumo, terminio apdorojimo ir konkrečios gaminio formos.
Waspaloy terminis apdorojimas
„Waspaloy“ savybės labai priklauso nuo naudojamo terminio apdorojimo. Įprasti procesai apima tirpalo terminį apdorojimą ir vėlesnius sendinimo etapus, siekiant kontroliuoti γ′ fazės nuosėdų dydį, pasiskirstymą ir proporciją.
Keičiant terminio apdorojimo parametrus, galima pakeisti kompromisą tarp stiprumo, tąsumo, atsparumo šliaužimui ir nuovargio trukmės. Todėl „Waspaloy“ mechaninės savybės neturėtų būti pateikiamos kaip viena vertė, nepriklausoma nuo medžiagos būklės.
Suvirinimas ir mechaninis apdirbimas Waspaloy
„Waspaloy“ yra technologiškai gerokai sudėtingesnė medžiaga nei įprasti nerūdijantys plienai ir daugelis standartinių nikelio lydinių. Dėl didelio γ′-fazės formavimo elementų kiekio suvirinimo metu reikia atidžiai stebėti medžiagos būklę, šilumos tiekimą ir vėlesnį terminį apdorojimą.
Lydinys gali trūkinėti suvirinimo ir terminio apdorojimo procesų metu. Didelėms apkrovoms veikiamuose komponentuose suvirintoms jungtims reikia ypač kruopštaus projektavimo. Suvirinimo siūlių savybės aukštoje temperatūroje gali būti prastesnės nei tinkamai termiškai apdorotos pagrindinės medžiagos.
Dėl didelio medžiagos stiprumo, polinkio sukietėti apdirbimo metu ir didelių įrankių apkrovų, apdirbimas taip pat yra sudėtingas.
„Udimet® 188“ – aukštai temperatūrai atsparus kobalto pagrindo lydinys
Udimet 188 – UNS R30188 yra kobalto-nikelio-chromo-volframo lydinys, skirtas darbui labai aukštoje temperatūroje. Skirtingai nuo „Waspaloy“, tai nėra klasikinis nikelio superlydinys, sustiprintas γ′ nusodinimais.
Lydinio sudėtyje yra maždaug 20–24 % chromo, 20–24 % nikelio ir nemažas kiekis volframo, o medžiagos pagrindas yra kobaltas. Nedidelis lantano kiekis padeda susidaryti patvariam ir apsauginiam oksido sluoksniui.
„Udimet 188“ pasižymi dideliu stiprumu aukštoje temperatūroje, labai geru atsparumu oksidacijai, korozijai aukštoje temperatūroje ir geru metalurginiu stabilumu ilgalaikio terminio poveikio metu.
Medžiaga išlaiko gerą plastiškumą po ilgalaikio aukštos temperatūros poveikio ir pasižymi geromis formavimo bei suvirinimo savybėmis.
„Udimet 188“ atsparumas oksidacijai ir korozijai aukštoje temperatūroje
Viena iš svarbiausių „Udimet 188“ savybių yra jo gebėjimas veikti labai aukštoje temperatūroje. Lydinys pasižymi labai geru atsparumu oksidacijai ilgalaikio poveikio metu, kai temperatūra siekia maždaug 1095 ° C.
Didelis chromo kiekis kartu su lantano priedu skatina kompaktiško ir gerai prilimpančio apsauginio sluoksnio susidarymą. „Udimet 188“ taip pat pasižymi geru atsparumu sierai ir dideliam atsparumui kai kurioms aukštos temperatūros korozijos formoms, susijusioms su sulfatų nuosėdomis.
Reikėtų pabrėžti, kad temperatūra apie 1095 °C pirmiausia reiškia atsparumą oksidacijai. Tai nereiškia gebėjimo atlaikyti didžiausias mechanines apkrovas šioje temperatūroje. Leistini konstrukciniai įtempiai mažėja didėjant temperatūrai.
„Udimet 188“ panaudojimas dujų turbinose
Dėl atsparumo oksidacijai, stiprumo aukštai temperatūrai, metalurginio stabilumo ir gero suvirinamumo „Udimet 188“ ypač tinka dujų turbinų karštųjų sekcijų komponentams.
Tipinės taikymo sritys:
- dujų turbinų degimo kameros,
- degimo kameros įdėklai,
- liepsnos stabilizatoriai,
- karštų dujų srauto sistemų pereinamieji kanalai ir elementai,
- orlaivio variklio papildomo degiklio komponentai,
- dangčiai ir komponentai, tiesiogiai veikiami karštų dujų.
Šiose srityse ypač svarbus ne tik mechaninis stiprumas, bet ir atsparumas kaitinimo bei aušinimo ciklams bei konstrukcijos stabilumo išlaikymas ilgas eksploatavimo valandas.
Udimet® L-605 – UNS R30605
Udimet L-605 – UNS R30605 yra dar vienas aukštos temperatūros kobalto pagrindu pagamintas lydinys. Ši medžiaga taip pat žinoma kitais prekių pavadinimais, įskaitant HAYNES® 25.
Lydinyje yra didelis kiekis chromo, nikelio ir volframo. Didelis chromo kiekis užtikrina gerą atsparumą oksidacijai, o volframas užtikrina stiprų kietėjimą tirpale ir padeda išlaikyti mechanines savybes aukštoje temperatūroje.
L-605 pasižymi dideliu stiprumu aukštoje temperatūroje, geru atsparumu oksidacijai ir santykinai geru atsparumu dilimui bei įtrūkimams.
Jis naudojamas, be kita ko, dujų turbinų komponentuose, degimo kamerose, orlaivių variklių komponentuose, komponentuose, veikiančiuose aukštoje temperatūroje, ir specializuotose srityse, kurioms reikalingas didelis mechaninis ir terminis atsparumas.
„Waspaloy“ ir „Udimet 188“ bei „L-605“ – pagrindiniai skirtumai
Svarbiausias šių medžiagų skirtumas yra matricos tipas ir stiprinimo mechanizmas.
Waspaloy yra nikelio pagrindu pagamintas superlydinys, kurio labai geros mechaninės savybės pasiekiamos pirmiausia kontroliuojant γ′ fazės nusodinimą. Jis ypač naudingas komponentuose, kuriems esant aukštai temperatūrai tenka dideli mechaniniai įtempiai.
Udimet 188 yra kobalto pagrindo lydinys, kurio didžiausi privalumai yra labai didelis atsparumas oksidacijai, terminis stabilumas ir gerų savybių išlaikymas ilgalaikio aukšto temperatūros poveikio metu.
Udimet L-605 Tai taip pat kobalto pagrindu pagamintas lydinys, kuriam daugiausia naudojamas tirpalo stiprinimas. Jis pasižymi dideliu stiprumu aukštoje temperatūroje ir geru atsparumu oksidacijai bei dilimui.
Todėl šių medžiagų nereikėtų laikyti paprastais pakaitalais. „Waspaloy“ ypač įdomus labai mechaniškai įtemptiems turbinų komponentams, o 188 ir L-605 lydiniai yra labai naudingi karštojo proceso komponentams, kur svarbiausias yra atsparumas oksidacijai, korozija aukštoje temperatūroje ir terminis stabilumas.
Mechaninės savybės
„Waspaloy“, „Udimet 188“ ir „L-605“ neturėtų būti vieno bendro Rp0,2, Rm, pailgėjimo ir kietumo diapazono. Tai medžiagos, turinčios skirtingas matricas, cheminę sudėtį, stiprinimo mechanizmus ir terminio apdorojimo būsenas.
Jei tai yra Waspaloy Mechaninės savybės labai priklauso nuo prisotinimo ir senėjimo. Medžiaga gali pasiekti labai didelį takumo stiprumą ir tempiamąjį stiprumą, o jos pagrindinis privalumas yra didelio stiprumo ir atsparumo šliaužimui išlaikymas aukštoje temperatūroje.
Jei tai yra Udimet 188 i L-605 Svarbiau nei labai didelė takumo riba kambario temperatūroje yra terminis stabilumas, atsparumas oksidacijai, stiprumas aukštoje temperatūroje ir savybių išlaikymas po ilgalaikio terminio poveikio.
Tikslios mechaninių savybių vertės visada turėtų būti susijusios su konkrečia rūšimi, gaminio forma, bandymo temperatūra ir terminio apdorojimo sąlygomis.
Standartai ir žymėjimai
Waspaloy: UNS N07001, W.Nr. 2.4654. Strypams, kalimo medžiagoms ir kitiems kaltiniams gaminiams jis naudojamas, be kita ko, ASTM B637Taip pat yra keletas AMS specifikacijų, skirtų aviacijos ir kosmoso reikmėms.
Udimet 188: UNS R30188. Medžiagai pirmiausia taikomos AMS aviacijos ir kosmoso specifikacijos, įskaitant: AMS 5608 lakštams ir juostelėms ir AMS 5772 strypams, žaliavoms ir kaltiniams gaminiams.
Udimet L-605: UNS R30605. Ši medžiaga įtraukta į daugybę pramonės ir aviacijos bei kosmoso specifikacijų. R30605 lydinys taip pat naudojamas medicinos reikmėms, kurioms taikomi atitinkami medžiagų reikalavimai, įskaitant ASTM F90.
Standartas visada turėtų būti parenkamas atsižvelgiant į konkrečią gaminio formą ir paskirtį. UNS žymėjimas nurodo lydinio sudėtį, o savybių, tiekimo sąlygų, matmenų ir bandymų reikalavimai yra kilę iš atitinkamo gaminio standarto.
Tipiniai Waspaloy ir Udimet lydinių panaudojimo būdai
Aviacija – turbininių variklių komponentai, turbinų diskai ir žiedai, velenai, kompresorių komponentai, degimo kameros, įdėklai, pereinamieji kanalai ir kiti karštosios variklio dalies komponentai.
energetika – pramoninės dujų turbinos, aukštos temperatūros įrenginių komponentai, elektros įrangos dalys, veikiančios ilgalaikėmis šiluminėmis ir mechaninėmis apkrovomis.
Kosmoso pramonė – pavaros sistemos komponentai ir komponentai, veikiantys ekstremaliomis terminėmis sąlygomis.
Krosnių ir metalurgijos pramonė – aukštos temperatūros įrenginio elementai, dangčiai, rankenos ir komponentai, veikiami oksidacijos ir ilgalaikio aukštos temperatūros poveikio.
Specializuota įranga – komponentams, kuriems reikalingas didelio stiprumo, atsparumo šliaužimui, konstrukcinio stabilumo ir atsparumo aukštai temperatūrai korozijai derinys.
Aukštos temperatūros superlydinio pasirinkimas
Renkantis tarp „Waspaloy“, „Udimet 188“ ir „L-605“, reikia atsižvelgti ne tik į maksimalią darbinę temperatūrą. Svarbūs veiksniai taip pat yra mechaniniai įtempiai, reikiamas eksploatavimo laikas, atsparumas valkšnumui, oksidacijos sąlygos, karštų dujų sudėtis, temperatūros cikliškumas ir galimos aukštos temperatūros korozijos.
Turbinų komponentams, veikiamiems didelio mechaniško įtempimo, labai svarbios lydinio savybės po tinkamo terminio apdorojimo ir stiprinimo fazės stabilumas. Degimo kameros komponentams ir karštų dujų kanalams svarbesnis gali būti atsparumas oksidacijai, metalurginis stabilumas, atsparumas terminiam nuovargiui ir galimybė gaminti suvirintas konstrukcijas.
Dėl šios priežasties superlydinių lyginimas vien pagal maksimalią darbinę temperatūrą gali lemti neteisingą medžiagų pasirinkimą.
Pristatymo būdai
Priklausomai nuo rūšies ir specifikacijos, „Waspaloy“ ir „Udimet“ superlydiniai yra, be kita ko:
- strypai ir žaliavos kalimui,
- kaltiniai dirbiniai,
- žiedai,
- lakštai ir juostelės,
- laidai,
- suvirinimo medžiagos,
- pusgaminiai, skirti tolesniam perdirbimui.
Konkrečios gaminio formos prieinamumas priklauso nuo rūšies, gamybos standarto, matmenų ir reikiamų terminio apdorojimo sąlygų.
„Alfa-Tech“ siūlomos rūšys:
- Udimet 188 – nikelio ir kobalto lydinys, atsparus karščiui ir korozijai,
- „Udimet L-605“ – labai geras atsparumas oksidacijai ir šliaužimui, taip pat cheminėje aplinkoje,
- „Waspaloy“ – klasikinis orlaivių superlydinys, pasižymintis puikiu atsparumu šliaužimui iki 800 °C.
Nikelio lydinių skyrius
Nikelio lydinius galima suskirstyti į kelias pagrindines šeimas, kurios skiriasi chemine sudėtimi, savybėmis ir tipiniais pritaikymais. Žemiau pateikiamos svarbiausios grupės ir „Alfa-Tech“ siūlomų rūšių pavyzdžiai:
Nikelio lydiniai
Inconel® – nikelio ir chromo superlydiniai
Lydiniai, pasižymintys labai dideliu atsparumu oksidacijai ir valkšnumui aukštoje temperatūroje. Naudojami energetikos, aviacijos ir chemijos pramonės šakose.
Rūšys: Inconel 600, Inconel 601, Inconel 625, Inconel 686, Inconel 718, Inconel X-750, Inconel HX.
Incoloy® – nikelio, geležies ir chromo lydiniai
Jie pasižymi atsparumu korozijai ir geru struktūriniu stabilumu. Jie ypač vertinami chemijos ir naftos chemijos pramonėje.
Rūšis: Incoloy 800 H/HT, Incoloy 825, Incoloy 925, Incoloy DS, Incoloy 330, Incoloy A-286.
Nimonic® – aukštos temperatūros superlydiniai
Aviacijoje ir dujų turbinose naudojamos krituliais sustiprintos medžiagos pasižymi dideliu atsparumu šliaužimui ir terminiam nuovargiui.
Tipai: Nimonic 75, Nimonic 80A, Nimonic 90, Nimonic 263, Nimonic 901.
„Udimet®“ / „Waspaloy®“ – superlydiniai, skirti ekstremalioms apkrovoms
Naudojamas orlaivių varikliuose ir energetikos pramonėje, kur reikalingas didžiausias atsparumas šliaužimui ir terminiam nuovargiui.
Rūšis: Udimet 188, Udimet L-605, Waspaloy.
Monel® ir grynas nikelis – atsparumas cheminėms medžiagoms ir jūrinei pramonei
Monelio lydiniai (nikelio ir vario lydiniai) ir grynas nikelis yra medžiagos, atsparios jūros vandeniui, rūgštims ir šarmams. Jos dažnai naudojamos jūrų, chemijos ir specializuotos įrangos pramonėje.
Rūšys: Monel 400, Monel K-500, Nikelis 200, Nikelis 201.
Specialūs lydiniai – Invar®, Kovar®, Permalloy
Medžiagos, pasižyminčios unikaliomis fizinėmis savybėmis – mažu šiluminio plėtimosi koeficientu, matmenų stabilumu arba kontroliuojamu magnetiniu pralaidumu. Naudojamos elektronikoje, optikoje ir tiksliuosiuose prietaisuose.
Rūšis: Invar 36, Kovar, Permalloy, Nilomag 77.
Hastelloy® / Haynes® – korozijai ir aukštai temperatūrai atsparūs lydiniai
Lydiniai, pasižymintys dideliu atsparumu agresyviai cheminei aplinkai, oksidacijai ir valkšnumui. Naudojami chemijos, energetikos ir aviacijos pramonės šakose.
Rūšiai: 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®“ ir „Udimet®“ yra registruotieji „Special Metals Corporation“ prekių ženklai. „Waspaloy®“ yra „ATI Allvac“ / „Precision Castparts“ prekių ženklas, „Hastelloy®“ yra „Haynes International“ prekių ženklas, o „Invar®“ ir „Kovar®“ priklauso „Imphy“ / „ArcelorMittal“.