Udimet и Waspaloy — никелевые суперсплавы для экстремальных нагрузок.

Udimet® / Waspaloy® – суперсплавы для экстремальных нагрузок

Характеристики сплавов Udimet® и Waspaloy®

Удимет® и Васпалой® Эти материалы относятся к группе высокотемпературных суперсплавов, предназначенных для использования в условиях, когда классические жаростойкие и ползучестойкие стали не обеспечивают достаточной прочности. Они в основном используются в авиации, энергетике, газовых турбинах, космической промышленности и других устройствах, одновременно подвергающихся воздействию высоких температур, механических нагрузок, ползучести, окисления и высокотемпературной коррозии.
Семейство сплавов Удимет включает в себя различные материалы с разным химическим составом и механизмами упрочнения. Поэтому все сплавы Удимет и Васпалой не следует рассматривать как единую группу никелевых сплавов с идентичными свойствами.
Waspaloy – UNS N07001 Это упрочненный осаждением никелевый суперсплав, в котором γ′-фаза играет очень важную роль. Удимет 188 – UNS R30188 и Удимет L-605 – UNS R30605 Это высокотемпературные сплавы на основе кобальта. Механизм достижения ими высокой прочности и термической стабильности отличается от механизма классических никелевых суперсплавов, упрочняемых осаждением.

Waspaloy® – никелевый суперсплав, упрочненный осаждением.

Васпалой – UNS N07001, W.No. 2.4654 Это никель-хром-кобальтовый суперсплав с добавками молибдена, титана и алюминия. Он был разработан для работы в условиях высоких механических нагрузок и повышенных температур.
Его структура основана на аустенитной γ-матрице на основе никеля. Соответствующая термическая обработка приводит к образованию мелких, когерентных фазовых преципитатов. γ' – Ni₃(Al,Ti)Эта фаза является одним из основных механизмов упрочнения сплава Waspaloy и позволяет ему сохранять высокую прочность даже при температурах, при которых свойства обычных конструкционных сплавов значительно ухудшаются.
Добавки алюминия и титана в основном отвечают за образование γ′-фазы, в то время как хром повышает стойкость к окислению и высокотемпературной коррозии. Кобальт, помимо прочего, влияет на стабильность матрицы и высокотемпературные свойства, а молибден обеспечивает дополнительное упрочнение твердого раствора.
Благодаря тщательно подобранному химическому составу и многоступенчатой термообработке, сплав Waspaloy отличается высокой прочностью на растяжение, сопротивлением ползучести и устойчивостью к длительным нагрузкам при повышенных температурах.

Сопротивление ползучести сплава Васпалой

Одним из важнейших свойств Waspaloy является высокая ползучесть и сопротивление разрушению при ползучестиПолзучесть — это процесс медленной и необратимой деформации материала под длительной нагрузкой при высокой температуре.
В компонентах газовых турбин этот процесс особенно важен, поскольку компонент может работать одновременно в течение тысяч часов под воздействием высоких температур и высоких механических напряжений.
Стабильная никелевая матрица и осадки γ′-фазы ограничивают движение дислокаций и поддерживают высокую прочность материала при повышенных температурах. Именно поэтому сплав Waspaloy используется в наиболее ответственных компонентах авиационных двигателей и газовых турбин.

Устойчивость васпалоя к окислению

Значительное содержание хрома позволяет формировать на поверхности Waspaloy защитный оксидный слой, который ограничивает дальнейшее окисление материала.
Стойкость к окислению особенно важна для компонентов турбинных двигателей и энергетического оборудования, где материал длительное время контактирует с горячими газами.
Однако необходимо провести различие. Максимальная температура, при которой сплав проявляет стойкость к окислению, определяется как температура, при которой он может безопасно выдерживать высокие механические нагрузки в течение тысяч часов.Допустимая расчетная температура зависит от нагрузки, требуемой прочности, термообработки и конкретной формы изделия.

термообработка Waspaloy

Свойства сплава Waspaloy в значительной степени зависят от используемой термической обработки. Типичные процессы включают термическую обработку в растворе и последующие этапы старения для контроля размера, распределения и доли осажденных частиц γ′-фазы.
Изменение параметров термообработки позволяет регулировать компромисс между прочностью, пластичностью, сопротивлением ползучести и усталостной долговечностью. Поэтому механические свойства сплава Waspaloy не следует указывать в виде единого значения, не зависящего от состояния материала.

Сварка и механическая обработка Waspaloy

Сплав Waspaloy — это материал, к которому в технологическом плане предъявляются значительно более высокие требования, чем к обычным нержавеющим сталям и многим стандартным никелевым сплавам. Высокое содержание элементов, образующих γ′-фазу, требует тщательного внимания к состоянию материала, подводимой температуре и последующей термической обработке во время сварки.
Сплав может быть подвержен растрескиванию в процессе сварки и термообработки. В деталях, подверженных высоким нагрузкам, сварные соединения требуют особенно тщательного проектирования. Высокотемпературные свойства сварных швов могут быть хуже, чем у надлежащим образом термообработанного основного материала.
Механическая обработка также сопряжена с высокими требованиями из-за высокой прочности материала, склонности к упрочнению в процессе обработки и высоких нагрузок на инструменты.

Удимет® 188 – высокотемпературный сплав на основе кобальта.

Удимет 188 – UNS R30188 Это кобальт-никель-хром-вольфрамовый сплав, предназначенный для работы при очень высоких температурах. В отличие от Waspaloy, это не классический никелевый суперсплав, упрочненный γ′-преципитатами.
Сплав содержит приблизительно 20–24% хрома, 20–24% никеля и значительное количество вольфрама.В основе материала лежит кобальт. Небольшое добавление лантана способствует образованию прочного и защитного оксидного слоя.
Удимет 188 сочетает в себе высокую прочность при повышенных температурах с очень хорошей устойчивостью к окислению, высокотемпературной коррозии и хорошей металлургической стабильностью при длительном воздействии высоких температур.
Материал сохраняет хорошую пластичность после длительного воздействия высоких температур и характеризуется хорошей формуемостью и свариваемостью.

Удимет 188 обладает устойчивостью к окислению и высокотемпературной коррозии.

Одной из важнейших особенностей сплава Удимет 188 является его способность работать при очень высоких температурах. Сплав демонстрирует очень хорошую стойкость к окислению при длительном воздействии температур, достигающих приблизительно 1095 ° C.
Высокое содержание хрома в сочетании с добавлением лантана способствует образованию компактного и хорошо прилегающего защитного слоя. Удимет 188 также демонстрирует хорошую устойчивость к сульфидированию и высокую стойкость к некоторым видам высокотемпературной коррозии, связанной с сульфатными отложениями.
Следует подчеркнуть, что температура около 1095 °C в первую очередь относится к стойкости к окислению. Это не означает способность выдерживать максимальные механические нагрузки при этой температуре. Допустимые структурные напряжения уменьшаются с повышением температуры.

Применение Удимета 188 в газовых турбинах

Сочетание стойкости к окислению, высокой термостойкости, металлургической стабильности и хорошей свариваемости делает сплав Удимет 188 особенно подходящим для компонентов горячей части газовых турбин.
Типичные области применения включают:

камеры сгорания газовых турбин,
облицовка камеры сгорания,
стабилизаторы пламени,
Переходные каналы и элементы систем потока горячего газа,
компоненты форсажной камеры авиационного двигателя,
крышки и компоненты, подвергающиеся прямому воздействию горячих газов.

В таких областях применения особенно важна не только механическая прочность, но и устойчивость к циклам нагрева и охлаждения, а также сохранение структурной стабильности в течение длительных часов эксплуатации.

Удимет® L-605 – UNS R30605

Удимет L-605 – UNS R30605 Это еще один высокотемпературный сплав на основе кобальта. Этот материал также известен под другими торговыми названиями, в том числе: ХАЙНС® 25.
Сплав содержит значительное количество хрома, никеля и вольфрама. Высокое содержание хрома обеспечивает хорошую стойкость к окислению, а вольфрам способствует сильному твердорастворному упрочнению и помогает сохранять механические свойства при высоких температурах.
Сплав L-605 характеризуется высокой прочностью при повышенных температурах, хорошей стойкостью к окислению, а также относительно хорошей износостойкостью и устойчивостью к заеданию.
Он используется, в частности, в компонентах газовых турбин, камерах сгорания, компонентах авиационных двигателей, компонентах, работающих при высоких температурах, и в специализированных областях применения, требующих высокой механической и термической стойкости.

Васпалой, Удимет 188 и Л-605 – основные различия.

Наиболее важное различие между этими материалами заключается в типе матрицы и механизме упрочнения.
Васпалой Это никелевый суперсплав, очень высокие механические свойства которого достигаются главным образом за счет контролируемого осаждения γ′-фазы. Он особенно полезен в компонентах, подверженных высоким механическим напряжениям при повышенных температурах.
Удимет 188 Это сплав на основе кобальта, главными преимуществами которого являются очень высокая стойкость к окислению, термическая стабильность и сохранение хороших свойств при длительном воздействии высоких температур.
Удимет Л-605 Это также сплав на основе кобальта, в котором используется преимущественно упрочнение твердым раствором. Он сочетает в себе высокую прочность при повышенных температурах с хорошей стойкостью к окислению и износу.
Поэтому эти материалы не следует рассматривать как простые заменители. Сплав Waspaloy особенно интересен для компонентов турбин, подверженных высоким механическим нагрузкам, в то время как сплавы 188 и L-605 очень полезны для компонентов горячей части турбины, где первостепенное значение имеют стойкость к окислению, высокотемпературная коррозия и термическая стабильность.

Механические свойства

Не должно быть единого общего диапазона значений Rp0,2, Rm, удлинения и твердости для сплавов Waspaloy, Udimet 188 и L-605. Это материалы с различными матрицами, химическим составом, механизмами упрочнения и степенями термообработки.
В случае продажи Васпалой Механические свойства в значительной степени зависят от термической обработки и старения. Материал может достигать очень высоких пределов текучести и прочности на растяжение, а его главное преимущество заключается в сохранении высокой прочности и сопротивления ползучести при повышенных температурах.
В случае продажи Удимет 188 i L-605 Более важными, чем очень высокий предел текучести при комнатной температуре, являются термическая стабильность, стойкость к окислению, прочность при высоких температурах и сохранение свойств после длительного воздействия тепла.
Точные значения механических свойств всегда должны быть связаны с конкретным сортом, формой изделия, температурой испытаний и условиями термообработки.

Стандарты и маркировка

Васпалой: UNS N07001, W.Nr. 2.4654. Используется, среди прочего, для производства прутков, ковочных материалов и других кованых изделий. ASTM B637Существует также ряд спецификаций AMS для применения в аэрокосмической отрасли.
Удимет 188: UNS R30188. Данный материал в основном соответствует аэрокосмическим спецификациям AMS, включая: AMS 5608 для листов и полос и AMS 5772 для прутков, сырья и поковок.
Удимет Л-605: Сплав UNS R30605. Этот материал включен в многочисленные промышленные и аэрокосмические спецификации. Сплав R30605 также используется в медицинской промышленности, где действуют соответствующие требования к материалам, в том числе ASTM F90.
Стандарт всегда следует выбирать в соответствии с конкретной формой изделия и областью применения. Обозначение UNS определяет состав сплава, а требования к свойствам, условиям поставки, размерам и испытаниям вытекают из соответствующего стандарта на продукцию.

Типичные области применения сплавов Waspaloy и Udimet

Самолет – компоненты турбинного двигателя, турбинные диски и кольца, валы, компоненты компрессора, камеры сгорания, облицовки, переходные каналы и другие компоненты горячей части двигателя.
энергетика – промышленные газовые турбины, высокотемпературные компоненты установок, части энергетического оборудования, работающего в условиях длительных тепловых и механических нагрузок.
Космическая индустрия – компоненты приводной системы и компоненты, работающие в экстремальных температурных условиях.
Печная и металлургическая промышленность – элементы, крышки, ручки и компоненты высокотемпературных устройств, подверженные окислению и длительному воздействию высоких температур.
Специализированное оборудование – компоненты, требующие сочетания высокой прочности, сопротивления ползучести, структурной стабильности и коррозионной стойкости при высоких температурах.

Выбор высокотемпературного суперсплава

При выборе между сплавами Waspaloy, Udimet 188 и L-605 следует учитывать не только максимальную рабочую температуру. Важными факторами также являются механические напряжения, требуемый срок службы, сопротивление ползучести, условия окисления, состав горячего газа, температурные циклы и потенциал высокотемпературной коррозии.
Для компонентов турбин, подверженных высоким нагрузкам, решающее значение имеют свойства сплава после соответствующей термической обработки и стабильность упрочняющей фазы. Для компонентов камеры сгорания и воздуховода горячего газа еще большее значение могут иметь стойкость к окислению, металлургическая стабильность, устойчивость к термической усталости и возможность изготовления сварных конструкций.
По этой причине сравнение суперсплавов исключительно на основе максимальной рабочей температуры может привести к неправильному выбору материала.

Способы доставки

В зависимости от марки и технических характеристик, суперсплавы Waspaloy и Udimet выпускаются, в частности, в следующих вариантах:

прутки и сырье для ковки,
поковки,
кольца,
листы и полосы,
провода,
сварочные материалы,
Полуфабрикаты, предназначенные для дальнейшей переработки.

Наличие конкретной формы изделия зависит от марки, стандарта производства, размеров и требуемых условий термообработки.

Виды растений, доступные в ассортименте Alfa-Tech:

Удимет 188 – никель-кобальтовый сплав, термо- и коррозионностойкий.
Удимет Л-605 – обладает очень хорошей устойчивостью к окислению и ползучести, в том числе в химических средах.
Waspaloy – классический авиационный суперсплав, обладающий превосходной ползучестью до 800 °C.

Разделение никелевых сплавов

Никелевые сплавы можно разделить на несколько основных групп, различающихся химическим составом, свойствами и типичными областями применения. Ниже приведены наиболее важные группы, а также примеры марок, доступных в Alfa-Tech:

Никелевые сплавы

Инконель® – никелевые и хромовые суперсплавы

Сплавы с очень высокой стойкостью к окислению и ползучести при высоких температурах. Используются в энергетической, авиационной и химической промышленности.
Марки стали: Inconel 600, Inconel 601, Inconel 625, Inconel 686, Inconel 718, Inconel X-750, Inconel HX.

Инколой® – сплавы никеля, железа и хрома.

Они сочетают в себе коррозионную стойкость и хорошую структурную стабильность. Они особенно ценятся в химической и нефтехимической промышленности.
Разновидность: Инколой 800 H/HTIncoloy 825, Incoloy 925, Incoloy DS, Incoloy 330, Incoloy A-286.

Nimonic® – высокотемпературные суперсплавы

Материалы, упрочненные осаждением и используемые в авиации и газовых турбинах, характеризуются высокой устойчивостью к ползучести и термической усталости.
Типы: Nimonic 75, Nimonic 80A, Nimonic 90, Nimonic 263, Nimonic 901.

Udimet® / Waspaloy® – суперсплавы для экстремальных нагрузок

Используется в авиационных двигателях и энергетической промышленности, где требуется высочайшая устойчивость к ползучести и термической усталости.
Виды: Udimet 188, Udimet L-605, Waspaloy.

Монель® и чистый никель – устойчивость к химическим воздействиям и воздействию морской среды.

Монель (никель-медные сплавы) и чистый никель — это материалы, устойчивые к морской воде, кислотам и щелочам. Они часто используются в морской, химической промышленности и производстве специализированного оборудования.
Марки стали: Монель 400, Монель K-500, Никель 200, Никель 201.

Специальные сплавы – инвар®, ковар®, пермаллой

Материалы с уникальными физическими свойствами — низким коэффициентом теплового расширения, стабильностью размеров или контролируемой магнитной проницаемостью. Используются в электронике, оптике и прецизионных приборах.
Виды: Invar 36, Kovar, Permalloy, Nilomag 77.

Hastelloy® / Haynes® – коррозионно-стойкие и высокотемпературные сплавы.

Сплавы с высокой устойчивостью к агрессивным химическим средам, окислению и ползучести. Используются в химической, энергетической и авиационной промышленности.
Марки стали: 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® и Udimet® являются зарегистрированными товарными знаками компании Special Metals Corporation. Waspaloy® — товарный знак компании ATI Allvac / Precision Castparts, Hastelloy® — товарный знак компании Haynes International, Invar® и Kovar® принадлежат компании Imphy / ArcelorMittal.