Udimet® / Waspaloy® – supersakausējumi ekstremālām slodzēm

Udimet® / Waspaloy® – supersakausējumi ekstremālām slodzēm

Udimet® un Waspaloy® sakausējumu raksturojums

Udimet® un Waspaloy® pieder pie augstas temperatūras supersakausējumu grupas, kas paredzēti lietošanai apstākļos, kad klasiskie karstumizturīgie un šļūdes izturīgie tēraudi nenodrošina pietiekamu izturību. Šos materiālus galvenokārt izmanto aviācijā, enerģijas ražošanā, gāzes turbīnās, kosmosa rūpniecībā un citās ierīcēs, kas vienlaikus pakļautas augstām temperatūrām, mehāniskām slodzēm, šļūdei, oksidācijai un augstas temperatūras korozijai.
Udimet saimē ietilpst dažādi materiāli ar atšķirīgu ķīmisko sastāvu un stiprināšanas mehānismiem. Tāpēc visus Udimet un Waspaloy sakausējumus nevajadzētu uzskatīt par vienu niķeļa sakausējumu grupu ar identiskām īpašībām.
Vaspalojs – UNS N07001 ir ar nokrišņiem pastiprināts niķeļa supersakausējums, kurā γ′ fāzei ir ļoti svarīga loma. Udimet 188 – UNS R30188 oraz Udimet L-605 – UNS R30605 ir augstas temperatūras kobalta sakausējumi. To mehānisms augstas izturības un termiskās stabilitātes sasniegšanai atšķiras no klasisko niķeļa nogulsnēšanās ceļā cietējošo supersakausējumu mehānisma.

Waspaloy® – ar nokrišņiem pastiprināts niķeļa supersakausējums

Waspaloy – UNS N07001, W.Nr. 2.4654 ir niķeļa-hroma-kobalta supersakausējums ar molibdēna, titāna un alumīnija piedevām. Tas tika izstrādāts, lai darbotos lielu mehānisku slodžu apstākļos paaugstinātā temperatūrā.
Tā struktūra ir balstīta uz austenīta niķeļa bāzes γ matricu. Atbilstoša termiskā apstrāde noved pie smalku, koherentu fāzes nogulšņu veidošanās. γ′ – Ni₃(Al,Ti)Šī fāze ir viens no Waspaloy pamata stiprināšanas mehānismiem un ļauj tai saglabāt augstu izturību pat temperatūrās, kurās parasto strukturālo sakausējumu īpašības ievērojami pasliktinās.
Alumīnija un titāna piedevas galvenokārt ir atbildīgas par γ′ fāzes veidošanos, savukārt hroms palielina izturību pret oksidēšanos un koroziju augstā temperatūrā. Kobalts cita starpā ietekmē matricas stabilitāti un īpašības augstā temperatūrā, un molibdēns nodrošina papildu šķīduma stiprināšanu.
Pateicoties rūpīgi izvēlētajam ķīmiskajam sastāvam un daudzpakāpju termiskajai apstrādei, Waspaloy raksturo augsta stiepes izturība, izturība pret šļūdi un izturība pret ilgstošām slodzēm paaugstinātā temperatūrā.

Waspaloy šļūdes izturība

Viena no svarīgākajām Waspaloy īpašībām ir augsta šļūdes un šļūdes plīšanas izturībaŠļūde ir materiāla lēnas un paliekošas deformācijas process ilgstošas ​​slodzes ietekmē augstā temperatūrā.
Gāzturbīnu komponentos šis process ir īpaši svarīgs, jo komponents var darboties vienlaicīgi tūkstošiem stundu augstas temperatūras un lielas mehāniskās slodzes ietekmē.
Stabilā niķeļa matrica un γ′ fāzes nogulsnes ierobežo dislokāciju kustību un saglabā materiāla augsto izturību paaugstinātā temperatūrā. Tāpēc Waspaloy tiek izmantots vissvarīgākajās lidmašīnu dzinēju un gāzes turbīnu sastāvdaļās.

Waspaloy izturība pret oksidēšanos

Ievērojamais hroma saturs ļauj uz Waspaloy virsmas veidot aizsargājošu oksīda slāni, kas ierobežo materiāla turpmāku oksidēšanos.
Oksidēšanās izturība ir īpaši svarīga turbīnu dzinēju komponentos un spēka iekārtās, kur materiāls ilgstoši nonāk saskarē ar karstām gāzēm.
Tomēr ir jāizdara atšķirība maksimālā temperatūra, kurā sakausējumam ir oksidēšanās izturība, sākot no temperatūras, kurā tas var droši izturēt lielas mehāniskās slodzes tūkstošiem stunduPieļaujamā projektēšanas temperatūra ir atkarīga no sprieguma, nepieciešamās izturības, termiskās apstrādes un konkrētās izstrādājuma formas.

Waspaloy termiskā apstrāde

Waspaloy īpašības ir ļoti atkarīgas no izmantotās termiskās apstrādes. Tipiski procesi ietver šķīduma termisko apstrādi un sekojošas novecošanas darbības, lai kontrolētu γ′ fāzes nogulšņu izmēru, sadalījumu un proporciju.
Mainot termiskās apstrādes parametrus, var mainīt kompromisu starp izturību, plastiskumu, šļūdes pretestību un noguruma ilgmūžību. Tāpēc Waspaloy mehāniskās īpašības nevajadzētu ziņot kā vienu vērtību neatkarīgi no materiāla stāvokļa.

Metināšana un mehāniskā apstrāde Waspaloy

Waspaloy ir materiāls, kas tehnoloģiski ir ievērojami prasīgāks nekā tipiskie nerūsējošie tēraudi un daudzi standarta niķeļa sakausējumi. Tā augstais γ′-fāzes veidojošo elementu saturs prasa rūpīgu uzmanību materiāla stāvoklim, siltuma padevei un sekojošai termiskajai apstrādei metināšanas laikā.
Metināšanas un termiskās apstrādes procesu laikā sakausējums var plaisāt. Komponentos, kas pakļauti lielām slodzēm, metinātie savienojumi prasa īpaši rūpīgu projektēšanu. Metinājuma šuvju augstās temperatūras īpašības var būt sliktākas nekā pareizi termiski apstrādātam pamatmateriālam.
Apstrāde ir arī prasīga materiāla augstās izturības, tā tendences sacietēt apstrādes laikā un lielo instrumentu slodžu dēļ.

Udimet® 188 – augstas temperatūras kobalta sakausējums

Udimet 188 – UNS R30188 ir kobalta-niķeļa-hroma-volframa sakausējums, kas paredzēts darbam ļoti augstās temperatūrās. Atšķirībā no Waspaloy, tas nav klasisks niķeļa supersakausējums, kas pastiprināts ar γ′ nogulsnēm.
Sakausējums satur aptuveni 20–24 % hroma, 20–24 % niķeļa un ievērojams daudzums volframa, savukārt materiāla pamatā ir kobalts. Neliela lantāna piedeva veicina izturīga un aizsargājoša oksīda slāņa veidošanos.
Udimet 188 apvieno augstu izturību paaugstinātā temperatūrā ar ļoti labu izturību pret oksidēšanos, koroziju augstā temperatūrā un labu metalurģisko stabilitāti ilgstošas ​​termiskās iedarbības laikā.
Materiāls saglabā labu elastību pēc ilgstošas ​​iedarbības augstās temperatūrās, un to raksturo laba formējamība un metināšanas īpašības.

Udimet 188 izturība pret oksidēšanos un koroziju augstā temperatūrā

Viena no svarīgākajām Udimet 188 īpašībām ir tā spēja darboties ļoti augstā temperatūrā. Sakausējumam ir ļoti laba oksidēšanās izturība ilgstošas ​​iedarbības laikā temperatūrā, kas sasniedz aptuveni 1095 ° C.
Augstais hroma saturs apvienojumā ar lantāna pievienošanu veicina kompakta un labi pielipuša aizsargslāņa veidošanos. Udimet 188 demonstrē arī labu izturību pret sēra uzkrāšanos un augstu izturību pret dažām augstas temperatūras korozijas formām, kas saistītas ar sulfātu nogulsnēm.
Jāuzsver, ka temperatūra aptuveni 1095 °C galvenokārt attiecas uz oksidēšanās izturību. Tas nenozīmē spēju izturēt maksimālās mehāniskās slodzes šajā temperatūrā. Pieļaujamās konstrukcijas spriegumi samazinās, palielinoties temperatūrai.

Udimet 188 pielietojums gāzes turbīnās

Oksidēšanās izturības, augstas temperatūras izturības, metalurģiskās stabilitātes un labas metināmības kombinācija padara Udimet 188 īpaši piemērotu gāzes turbīnu karsto sekciju komponentiem.
Tipiski pielietojumi ietver:

• gāzes turbīnu sadegšanas kameras,
• sadegšanas kameras oderējums,
• liesmas stabilizatori,
• karstās gāzes plūsmas sistēmu pārejas kanāli un elementi,
• lidmašīnu dzinēju pēcapdedzinātāja komponenti,
• vāki un sastāvdaļas, kas pakļautas tiešai karstu gāzu iedarbībai.

Šajos pielietojumos īpaši svarīga ir ne tikai mehāniskā izturība, bet arī izturība pret sildīšanas un dzesēšanas cikliem un konstrukcijas stabilitātes saglabāšana ilgās darbības stundās.

Udimet® L-605 – UNS R30605

Udimet L-605 – UNS R30605 ir vēl viens augstas temperatūras kobalta sakausējums. Šis materiāls ir pazīstams arī ar citiem tirdzniecības nosaukumiem, tostarp HAYNES® 25.
Sakausējums satur ievērojamu daudzumu hroma, niķeļa un volframa. Augstais hroma saturs nodrošina labu oksidēšanās izturību, savukārt volframs nodrošina spēcīgu šķīdināšanas sacietēšanu un palīdz saglabāt mehāniskās īpašības augstās temperatūrās.
L-605 raksturo augsta izturība paaugstinātā temperatūrā, laba oksidēšanās izturība un relatīvi laba nodilumizturība un izturība pret iestrēgšanu.
To cita starpā izmanto gāzturbīnu komponentos, sadegšanas kamerās, lidmašīnu dzinēju komponentos, komponentos, kas darbojas augstā temperatūrā, un specializētās lietojumprogrammās, kurām nepieciešama augsta mehāniskā un termiskā izturība.

Waspaloy un Udimet 188 un L-605 – pamatatšķirības

Svarīgākā atšķirība starp šiem materiāliem ir matricas veids un stiprināšanas mehānisms.
Vaspalojs ir uz niķeļa bāzes izgatavots supersakausējums, kura ļoti augstās mehāniskās īpašības galvenokārt tiek panāktas, pateicoties kontrolētai γ′ fāzes nogulsnēšanai. Tas ir īpaši noderīgi detaļās, kas pakļautas lielām mehāniskām spriegumiem paaugstinātā temperatūrā.
Udimet 188 ir uz kobalta bāzes veidots sakausējums, kura lielākās priekšrocības ir ļoti augsta oksidēšanās izturība, termiskā stabilitāte un labu īpašību saglabāšana ilgstošas ​​iedarbības laikā augstās temperatūrās.
Udimet L-605 Tas ir arī kobalta bāzes sakausējums, un tajā galvenokārt tiek izmantota šķīdināšanas stiprināšana. Tas apvieno augstu izturību paaugstinātā temperatūrā ar labu oksidēšanās un nodilumizturību.
Tāpēc šie materiāli nav jāuzskata par vienkāršiem aizstājējiem. Waspaloy ir īpaši interesants turbīnu komponentiem ar augstu mehānisko slodzi, savukārt sakausējumi 188 un L-605 ir ļoti noderīgi karstās gala komponentos, kur oksidēšanās izturība, augstas temperatūras korozija un termiskā stabilitāte ir ārkārtīgi svarīga.

Mehāniskās īpašības

Waspaloy, Udimet 188 un L-605 materiāliem nevajadzētu būt vienam kopīgam Rp0,2, Rm, pagarinājuma un cietības diapazonam. Tie ir materiāli ar atšķirīgām matricām, ķīmisko sastāvu, stiprināšanas mehānismiem un termiskās apstrādes pakāpi.
Gadījumā, ja Vaspalojs Mehāniskās īpašības ir ļoti atkarīgas no piesātinājuma un novecošanas. Materiāls var sasniegt ļoti augstu tecēšanas robežu un stiepes izturību, un tā galvenā priekšrocība ir augstas izturības un šļūdes pretestības saglabāšana paaugstinātā temperatūrā.
Gadījumā, ja Udimet 188 i L-605 Svarīgāka par ļoti augsto tecēšanas robežu istabas temperatūrā ir termiskā stabilitāte, oksidēšanās izturība, izturība augstā temperatūrā un īpašību saglabāšana pēc ilgstošas ​​termiskās iedarbības.
Precīzām mehānisko īpašību vērtībām vienmēr jābūt saistītām ar konkrēto pakāpi, izstrādājuma formu, testēšanas temperatūru un termiskās apstrādes apstākļiem.

Standarti un marķējumi

Waspaloy: UNS N07001, W.Nr. 2.4654. Stieņiem, kalšanas materiāliem un citiem kaltiem izstrādājumiem to izmanto, cita starpā, ASTM B637Ir arī vairākas AMS specifikācijas kosmosa lietojumprogrammām.
Udimet 188: UNS R30188. Materiālu galvenokārt aptver AMS kosmosa specifikācijas, tostarp: AMS 5608 loksnēm un sloksnēm un AMS 5772 stieņiem, izejvielām un kalumiem.
Udimet L-605: UNS R30605. Materiāls ir iekļauts daudzās rūpniecības un kosmosa specifikācijās. Sakausējumu R30605 izmanto arī medicīnas lietojumprogrammās, uz kurām attiecas attiecīgās materiālu prasības, tostarp ASTM F90.
Standarts vienmēr jāizvēlas konkrētajai produkta formai un pielietojumam. UNS apzīmējums norāda sakausējuma sastāvu, savukārt prasības attiecībā uz īpašībām, piegādes nosacījumiem, izmēriem un testēšanu ir atvasinātas no attiecīgā produkta standarta.

Waspaloy un Udimet sakausējumu tipiskie pielietojumi

Lotnictwo – turbīnu dzinēja komponenti, turbīnu diski un gredzeni, vārpstas, kompresora komponenti, sadegšanas kameras, oderes, pārejas kanāli un citas karstās dzinēja daļas sastāvdaļas.
enerģētika – rūpnieciskās gāzes turbīnas, augstas temperatūras iekārtu komponenti, energoiekārtu daļas, kas darbojas ilgstošas ​​termiskās un mehāniskās slodzes apstākļos.
Kosmosa rūpniecība – piedziņas sistēmas komponenti un komponenti, kas darbojas ekstremālos termiskos apstākļos.
Krāsns un metalurģijas rūpniecība – augstas temperatūras ierīču elementi, vāki, rokturi un sastāvdaļas, kas pakļautas oksidācijai un ilgstošai augstas temperatūras iedarbībai.
Specializēts aprīkojums – komponentiem, kam nepieciešama augsta izturība, izturība pret šļūdi, strukturālā stabilitāte un izturība pret koroziju augstā temperatūrā.

Augstas temperatūras supersakausējuma izvēle

Izvēloties starp Waspaloy, Udimet 188 un L-605, jāņem vērā ne tikai maksimālā darba temperatūra. Svarīgi faktori ir arī mehāniskās slodzes, nepieciešamais kalpošanas laiks, izturība pret šļūdi, oksidēšanās apstākļi, karstās gāzes sastāvs, temperatūras cikli un iespējamā augstas temperatūras korozija.
Turbīnu komponentiem, kuriem ir augsts mehāniskais spriegums, izšķiroša nozīme ir sakausējuma īpašībām pēc atbilstošas ​​termiskās apstrādes un stiprināšanas fāzes stabilitātei. Sadegšanas kameras komponentiem un karsto gāzu kanāliem lielāka nozīme var būt oksidēšanās izturībai, metalurģiskajai stabilitātei, termiskajam nogurumam un spējai izgatavot metinātas konstrukcijas.
Šī iemesla dēļ supersakausējumu salīdzināšana, pamatojoties tikai uz maksimālo darba temperatūru, var izraisīt nepareizu materiālu izvēli.

Piegādes metodes

Atkarībā no markas un specifikācijas, Waspaloy un Udimet supersakausējumi ir pieejami cita starpā kā:

• stieņi un izejvielas kalšanai,
• kalumi,
• gredzeni,
• loksnes un sloksnes,
• vadi,
• metināšanas materiāli,
• pusfabrikāti, kas paredzēti tālākai pārstrādei.

Konkrētas produkta formas pieejamība ir atkarīga no markas, ražošanas standarta, izmēriem un nepieciešamajiem termiskās apstrādes nosacījumiem.

Alfa-Tech piedāvājumā pieejamās sugas:

• Udimet 188 – niķeļa un kobalta sakausējums, karstumizturīgs un korozijizturīgs,
• Udimet L-605 – ļoti laba izturība pret oksidēšanos un šļūdi, arī ķīmiskā vidē,
• Waspaloy – klasisks aviācijas supersakausējums ar izcilu izturību pret deformāciju līdz 800°C.

Niķeļa sakausējumu dalīšana

Niķeļa sakausējumus var iedalīt vairākās galvenajās saimēs, kas atšķiras pēc ķīmiskā sastāva, īpašībām un tipiskiem pielietojumiem. Zemāk ir norādītas svarīgākās grupas, kā arī Alfa-Tech pieejamo marku piemēri:

Niķeļa sakausējumi

Inconel® – niķeļa un hroma supersakausējumi

Sakausējumi ar ļoti augstu oksidēšanās un šļūdes izturību augstās temperatūrās. Izmanto enerģētikas, aviācijas un ķīmiskajā rūpniecībā.
Markas: Inconel 600, Inconel 601, Inconel 625, Inconel 686, Inconel 718, Inconel X-750, Inconel HX.

Incoloy® – niķeļa, dzelzs un hroma sakausējumi

Tie apvieno izturību pret koroziju ar labu strukturālo stabilitāti. Tie ir īpaši novērtēti ķīmiskajā un naftas ķīmijas rūpniecībā.
Sugas: Incoloy 800 H/HT, Incoloy 825, Incoloy 925, Incoloy DS, Incoloy 330, Incoloy A-286.

Nimonic® – augstas temperatūras supersakausējumi

Ar nokrišņiem pastiprinātiem materiāliem, ko izmanto aviācijā un gāzes turbīnās, ir raksturīga augsta izturība pret šļūdi un termisko nogurumu.
Veidi: Nimonic 75, Nimonic 80A, Nimonic 90, Nimonic 263, Nimonic 901.

Udimet® / Waspaloy® – supersakausējumi ekstremālām slodzēm

Izmanto lidmašīnu dzinējos un enerģētikas nozarē, kur nepieciešama visaugstākā izturība pret šļūdi un termisko nogurumu.
Sugas: Udimet 188, Udimet L-605, Vaspalojs.

Monel® un tīrs niķelis – ķīmiskā izturība un izturība pret jūras apstākļiem

Monela (niķeļa-vara sakausējumi) un tīrs niķelis ir materiāli, kas izturīgi pret jūras ūdeni, skābēm un sārmiem. Tos bieži izmanto jūras, ķīmiskajā un specializēto iekārtu rūpniecībā.
Klases: Monel 400, Monel K-500, Nickel 200, Nickel 201.

Speciālie sakausējumi – Invar®, Kovar®, Permalloy

Materiāli ar unikālām fizikālām īpašībām — zemu termiskās izplešanās koeficientu, izmēru stabilitāti vai kontrolētu magnētisko caurlaidību. Izmanto elektronikā, optikā un precīzijas instrumentos.
Sugas: Invar 36, Kovar, Permalloy, Nilomag 77.

Hastelloy® / Haynes® – korozijai un augstām temperatūrām izturīgi sakausējumi

Sakausējumi ar augstu izturību pret agresīvu ķīmisko vidi, oksidēšanos un šļūdi. Izmanto ķīmiskajā, enerģētikas un aviācijas rūpniecībā.
Markas: 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® un Udimet® ir Special Metals Corporation reģistrētas preču zīmes. Waspaloy® ir ATI Allvac / Precision Castparts preču zīme, Hastelloy® ir Haynes International preču zīme, Invar® un Kovar® pieder Imphy / ArcelorMittal.