Udimet® / Waspaloy® – суперлегуре за екстремна оптерећења
Карактеристике легура Udimet® и Waspaloy®
Удимет® и Васпалој® Припадају групи високотемпературних суперлегура дизајнираних за употребу у условима где класични топлотно отпорни и пузајући челици не пружају довољну издржљивост. Ови материјали се првенствено користе у авијацији, производњи енергије, гасним турбинама, свемирској индустрији и другим уређајима који су истовремено изложени високим температурама, механичким оптерећењима, пузању, оксидацији и високотемпературној корозији.
Породица Удимет обухвата различите материјале са различитим хемијским саставима и механизмима ојачавања. Стога, све Удимет и Васпалој легуре не треба сматрати једном групом легура никла са идентичним својствима.
Васпалој – UNS N07001 је суперлегура никла ојачана таложењем у којој γ′ фаза игра веома важну улогу. Удимет 188 – УНС Р30188 и Удимет Л-605 – УНС Р30605 су легуре на бази кобалта за високе температуре. Њихов механизам за постизање високе чврстоће и термичке стабилности разликује се од оног код класичних суперлегура са никловим таложењем.
Waspaloy® – суперлегура никла ојачана преципитацијом
Васпалои – УНС Н07001, В.Но. 2.4654 је суперлегура никла, хрома и кобалта са додатком молибдена, титанијума и алуминијума. Развијена је за рад под високим механичким оптерећењима на повишеним температурама.
Његова структура је заснована на аустенитној γ матрици на бази никла. Одговарајућа термичка обрада доводи до формирања финих, кохерентних фазних талога. γ′ – Ни3(Al,Ti)Ова фаза је један од основних механизама ојачавања Васпалоја и омогућава му да одржи високу чврстоћу чак и на температурама на којима се својства конвенционалних структурних легура значајно погоршавају.
Додаци алуминијума и титанијума су првенствено одговорни за формирање γ′ фазе, док хром повећава отпорност на оксидацију и корозију на високим температурама. Кобалт утиче на стабилност матрице и својства на високим температурама, између осталог, а молибден пружа додатно ојачање раствора.
Захваљујући пажљиво одабраном хемијском саставу и вишестепеној термичкој обради, Васпалој карактерише висока затезна чврстоћа, отпорност на пузање и отпорност на дуготрајна оптерећења на повишеним температурама.
Отпорност на пузање Васпалоја
Једно од најважнијих својстава Васпалоја је висока отпорност на пузање и ломљење при пузањуПузање је процес споре и трајне деформације материјала под продуженим оптерећењем на високој температури.
Код компоненти гасних турбина, овај процес је посебно важан јер компонента може да ради истовремено хиљадама сати под утицајем високих температура и великих механичких напрезања.
Стабилна матрица никла и талози γ′ фазе ограничавају кретање дислокација и одржавају високу чврстоћу материјала на повишеним температурама. Због тога се Васпалој користи у најкритичнијим компонентама авионских мотора и гасних турбина.
Васпалојева отпорност на оксидацију
Значајан садржај хрома омогућава формирање заштитног оксидног слоја на површини Васпалоја, што ограничава даљу оксидацију материјала.
Отпорност на оксидацију је посебно важна код компоненти турбинских мотора и енергетске опреме, где материјал остаје у контакту са врућим гасовима током дужег периода.
Међутим, мора се направити разлика максимална температура на којој легура показује отпорност на оксидацију, од температуре на којој може безбедно да издржи велика механичка оптерећења хиљадама сатиДозвољена пројектована температура зависи од напона, потребне издржљивости, термичке обраде и специфичног облика производа.
Термичка обрада Васпалоја
Особине Васпалоја снажно зависе од коришћене термичке обраде. Типични процеси укључују термичку обраду раствором и накнадне кораке старења ради контроле величине, расподеле и удела талога γ′ фазе.
Промена параметара термичке обраде омогућава промену компромиса између чврстоће, дуктилности, отпорности на пузање и века трајања до замора. Стога, механичка својства Васпалоја не треба приказивати као једну вредност независну од стања материјала.
Заваривање и машинска обрада Васпалој
Васпалој је материјал који је технолошки знатно захтевнији од типичних нерђајућих челика и многих стандардних легура никла. Његов висок садржај елемената који формирају γ′-фазу захтева пажљиву пажњу на стање материјала, унос топлоте и накнадну термичку обраду током заваривања.
Легура може бити подложна пуцању током заваривања и процеса термичке обраде. Код компоненти изложених великим оптерећењима, заварени спојеви захтевају посебно пажљиво пројектовање. Особине заварених спојева на високим температурама могу бити инфериорније од оних код правилно термички обрађеног основног материјала.
Машинска обрада је такође захтевна због велике чврстоће материјала, склоности ка стврдњавању током обраде и великих оптерећења алата.
Udimet® 188 – легура на бази кобалта отпорна на високе температуре
Удимет 188 – УНС Р30188 је легура кобалт-никл-хром-волфрам дизајнирана за рад на веома високим температурама. За разлику од Васпалоја, није класична суперлегура никла ојачана γ′ таложењима.
Легура садржи приближно 20–24% хрома, 20–24% никла и значајна количина волфрама, док је основа материјала кобалт. Мали додатак лантана подржава формирање издржљивог и заштитног оксидног слоја.
Удимет 188 комбинује високу чврстоћу на повишеним температурама са веома добром отпорношћу на оксидацију, корозију на високим температурама и добром металуршком стабилношћу током дуготрајног термичког излагања.
Материјал задржава добру дуктилност након дужег излагања високим температурама и карактерише га добра обликовност и својства заваривања.
Удимет 188 отпорност на оксидацију и корозију на високим температурама
Једна од најважнијих карактеристика Удимета 188 је његова способност рада на веома високим температурама. Легура показује веома добру отпорност на оксидацију током дуготрајног излагања температурама које достижу приближно КСНУМКС ° Ц.
Висок садржај хрома у комбинацији са додатком лантана подстиче формирање компактног и добро пријањајућег заштитног слоја. Удимет 188 такође показује добру отпорност на сулфуризацију и високу отпорност на неке облике корозије на високим температурама повезане са наслагама сулфата.
Треба нагласити да се температура око 1095°C првенствено односи на отпорност на оксидацију. То не подразумева способност издржавања максималних механичких оптерећења на овој температури. Дозвољени структурни напони се смањују са повећањем температуре.
Примена Удимета 188 у гасним турбинама
Комбинација отпорности на оксидацију, чврстоће на високим температурама, металуршке стабилности и добре заварљивости чини Удимет 188 посебно погодним за компоненте врућих делова гасних турбина.
Типичне примене укључују:
- коморе за сагоревање гасних турбина,
- облоге коморе за сагоревање,
- стабилизатори пламена,
- прелазни канали и елементи система за проток врућег гаса,
- компоненте система за накнадно сагоревање авионског мотора,
- поклопци и компоненте изложени директном излагању врућим гасовима.
У овим применама, не само механичка чврстоћа је посебно важна, већ и отпорност на циклусе загревања и хлађења и одржавање структурне стабилности током дугих сати рада.
Удимет® Л-605 – УНС Р30605
Удимет Л-605 – УНС Р30605 је још једна легура на бази кобалта отпорна на високе температуре. Овај материјал је познат и под другим трговачким називима, укључујући ХЕЈНС® 25.
Легура садржи значајне количине хрома, никла и волфрама. Висок садржај хрома пружа добру отпорност на оксидацију, док волфрам омогућава јако очвршћавање раствором и помаже у одржавању механичких својстава на високим температурама.
Л-605 карактерише висока чврстоћа на повишеним температурама, добра отпорност на оксидацију и релативно добра отпорност на хабање и заглављивање.
Користи се, између осталог, у компонентама гасних турбина, коморама за сагоревање, компонентама авионских мотора, компонентама које раде на високим температурама и специјализованим применама које захтевају високу механичку и термичку отпорност.
Васпалој и Удимет 188 и Л-605 – основне разлике
Најважнија разлика између ових материјала је врста матрице и механизам ојачавања.
Васпалои је суперлегура на бази никла чије се веома високе механичке особине постижу првенствено контролисаним таложењем γ′ фазе. Посебно је корисна код компоненти изложених високим механичким напрезањима на повишеним температурама.
Удимет 188 је легура на бази кобалта чије су највеће предности веома висока отпорност на оксидацију, термичка стабилност и одржавање добрих својстава током дуготрајног излагања високим температурама.
Удимет Л-605 Такође је легура на бази кобалта и користи првенствено ојачавање раствором. Комбинује високу чврстоћу на повишеним температурама са добром отпорношћу на оксидацију и хабање.
Стога, ове материјале не треба сматрати једноставним заменама. Васпалој је посебно интересантан за компоненте турбина које су под великим механичким напрезањем, док су легуре 188 и L-605 веома корисне у компонентама врућих делова где су отпорност на оксидацију, корозија на високим температурама и термичка стабилност од највеће важности.
Механичка својства
Не би требало да постоји један заједнички опсег Rp0,2, Rm, издужења и тврдоће за Waspaloy, Udimet 188 и L-605. То су материјали са различитим матрицама, хемијским саставима, механизмима ојачавања и стањима термичке обраде.
У случају Васпалои Механичка својства снажно зависе од засићења и старења. Материјал може постићи веома високу границу течења и затезну чврстоћу, а његова главна предност је одржавање високе чврстоће и отпорности на пузање на повишеним температурама.
У случају Удимет 188 i Л-КСНУМКС Важније од веома високе границе течења на собној температури су термичка стабилност, отпорност на оксидацију, чврстоћа на високим температурама и задржавање својстава након дуготрајног термичког излагања.
Тачне вредности механичких својстава треба увек да буду повезане са специфичним степеном, обликом производа, температуром испитивања и условима термичке обраде.
Стандарди и ознаке
Васпалој: UNS N07001, W.Nr. 2.4654. За шипке, материјал за ковање и друге коване производе, користи се, између осталог, АСТМ БКСНУМКСТакође постоји низ AMS спецификација за ваздухопловне примене.
Удимет 188: UNS R30188. Материјал је првенствено обухваћен AMS ваздухопловним спецификацијама, укључујући: АМС КСНУМКС за лимове и траке и АМС КСНУМКС за шипке, сировине и отковке.
Удимет Л-605: UNS R30605. Материјал је наведен у бројним индустријским и ваздухопловним спецификацијама. Легура R30605 се такође користи у медицинским применама које покривају релевантни захтеви за материјале, укључујући ASTM F90.
Стандард увек треба одабрати за одређени облик производа и примену. Ознака UNS идентификује састав легуре, док су захтеви за својства, услове испоруке, димензије и испитивање изведени из релевантног стандарда производа.
Типичне примене легура Васпалој и Удимет
Лотництво – компоненте турбинског мотора, дискови и прстенови турбина, вратила, компоненте компресора, коморе за сагоревање, облоге, прелазни канали и друге компоненте врућег дела мотора.
Енергетика – индустријске гасне турбине, компоненте инсталација високих температура, делови енергетске опреме која ради под дуготрајним термичким и механичким оптерећењима.
Свемирска индустрија – компоненте погонског система и компоненте које раде у екстремним термичким условима.
Пећи и металуршка индустрија – елементи уређаја отпорни на високе температуре, поклопци, ручке и компоненте изложени оксидацији и дуготрајном излагању високим температурама.
Специјализована опрема – компоненте које захтевају комбинацију високе чврстоће, отпорности на пузање, структурне стабилности и отпорности на корозију на високим температурама.
Избор суперлегуре за високе температуре
Приликом избора између Waspaloy, Udimet 188 и L-605, треба узети у обзир не само максималну радну температуру. Важни фактори су и механичка напрезања, потребни век трајања, отпорност на пузање, услови оксидације, састав врућег гаса, цикличне промене температуре и потенцијал за корозију на високим температурама.
За компоненте турбина под великим оптерећењем, својства легуре након одговарајуће термичке обраде и стабилност фазе ојачавања су кључни. За компоненте коморе за сагоревање и канала за врући гас, отпорност на оксидацију, металуршка стабилност, отпорност на термички замор и могућност израде заварених конструкција могу бити од већег значаја.
Из тог разлога, поређење суперлегура искључиво на основу максималне радне температуре може довести до погрешног избора материјала.
Методе испоруке
У зависности од квалитета и спецификације, суперлегуре Васпалој и Удимет су доступне, између осталог, као:
- шипке и сировине за ковање,
- отковци,
- прстенови,
- листови и траке,
- жице,
- материјали за заваривање,
- полупроизводи намењени за даљу прераду.
Доступност одређеног облика производа зависи од класе, стандарда производње, димензија и потребног услова термичке обраде.
Врсте доступне у понуди Алфа-Тека:
- Удимет 188 – легура никла и кобалта, отпорност на топлоту и корозију,
- Удимет Л-605 – веома добра отпорност на оксидацију и пузање, такође и у хемијским срединама,
- Васпалој – класична суперлегура за авионе, одлична отпорност на пузање до 800°C.
Подела легура никла
Легуре никла могу се поделити у неколико главних породица, које се разликују по хемијском саставу, својствима и типичним применама. У наставку су наведене најважније групе, заједно са примерима квалитета које нуди Алфа-Тек:
Легуре никла
Inconel® – суперлегуре никла и хрома
Легуре са веома високом отпорношћу на оксидацију и пузање на високим температурама. Користе се у енергетској, ваздухопловној и хемијској индустрији.
Врсте: Инконел 600, Инконел 601, Инконел 625, Инконел 686, Инконел 718, Инконел X-750, Инконел HX.
Incoloy® – легуре никла, гвожђа и хрома
Комбинују отпорност на корозију са добром структурном стабилношћу. Посебно су цењени у хемијској и петрохемијској индустрији.
Врсте: Инколој 800 Х/ХТ, Инколој 825, Инколој 925, Инколој ДС, Инколој 330, Инколој А-286.
Нимоник® – суперлегуре отпорне на високе температуре
Материјали ојачани таложењем који се користе у авијацији и гасним турбинама карактеришу се високом отпорношћу на пузање и термички замор.
Типови: Нимоник 75, Нимоник 80А, Нимоник 90, Нимоник 263, Нимоник 901.
Udimet® / Waspaloy® – суперлегуре за екстремна оптерећења
Користи се у авионским моторима и енергетској индустрији, где је потребна највећа отпорност на пузање и термички замор.
Врсте: Удимет 188, Удимет Л-605, Васпалој.
Монел® и чисти никл – хемијска и морска отпорност
Монел (легуре никла и бакра) и чисти никл су материјали отпорни на морску воду, киселине и алкалије. Често се користе у поморској, хемијској и индустрији специјализоване опреме.
Врсте: Монел 400, Монел К-500, Никл 200, Никл 201.
Специјалне легуре – Invar®, Kovar®, Permalloy
Материјали са јединственим физичким својствима - ниским коефицијентом термичког ширења, димензионалном стабилношћу или контролисаном магнетном пермеабилношћу. Користе се у електроници, оптици и прецизним инструментима.
Врсте: Инвар 36, Ковар, Пермалој, Ниломаг 77.
Hastelloy® / Haynes® – легуре отпорне на корозију и високе температуре
Легуре са високом отпорношћу на агресивне хемијске средине, оксидацију и пузање. Користе се у хемијској, енергетској и ваздухопловној индустрији.
Врсте: Хастелој Б-2, Б-3, Ц-276, Ц-22, Ц-4, Ц-2000, Г-30, Г-35, X, Н; Хејнс 214, 230, 242, 282, ХР-160.
Inconel®, Incoloy®, Nimonic®, Monel® и Udimet® су регистровани заштитни знакови компаније Special Metals Corporation. Waspaloy® је заштитни знак компаније ATI Allvac / Precision Castparts, Hastelloy® је заштитни знак компаније Haynes International, Invar® и Kovar® су власништво компаније Imphy / ArcelorMittal.