Udimet® / Waspaloy® – aşırı yükler için süper alaşımlar

Udimet® / Waspaloy® – aşırı yükler için süper alaşımlar

Udimet® ve Waspaloy® alaşımlarının özellikleri

Udimet® ve Waspaloy® Klasik ısıya ve sürünmeye dayanıklı çeliklerin yeterli dayanıklılık sağlayamadığı koşullarda kullanılmak üzere tasarlanmış yüksek sıcaklık süper alaşımları grubuna aittirler. Bu malzemeler öncelikle havacılık, enerji üretimi, gaz türbinleri, uzay endüstrisi ve aynı anda yüksek sıcaklıklara, mekanik yüklere, sürünmeye, oksidasyona ve yüksek sıcaklık korozyonuna maruz kalan diğer cihazlarda kullanılır.
Udimet ailesi, farklı kimyasal bileşimlere ve güçlendirme mekanizmalarına sahip çeşitli malzemeler içermektedir. Bu nedenle, tüm Udimet ve Waspaloy alaşımları, aynı özelliklere sahip tek bir nikel alaşımı grubu olarak değerlendirilmemelidir.
Waspaloy – UNS N07001 Çökeltme ile güçlendirilmiş bir nikel süper alaşımıdır ve γ′ fazı çok önemli bir rol oynar. Udimet 188 – UNS R30188 oraz Udimet L-605 – UNS R30605 Bunlar yüksek sıcaklıkta kobalt bazlı alaşımlardır. Yüksek mukavemet ve termal kararlılık elde etme mekanizmaları, klasik nikel çökelme sertleştirmeli süper alaşımlardan farklıdır.

Waspaloy® – çökelme ile güçlendirilmiş nikel süper alaşımı

Waspaloy – UNS N07001, W.No. 2.4654 Nikel-krom-kobalt süper alaşımı olup, içine molibden, titanyum ve alüminyum ilaveleri yapılmıştır. Yüksek sıcaklıklarda yüksek mekanik yükler altında performans göstermek üzere geliştirilmiştir.
Yapısı, östenitik nikel bazlı bir γ matrisine dayanmaktadır. Uygun ısıl işlem, ince, uyumlu faz çökeltilerinin oluşmasına yol açar. γ′ – Ni₃(Al,Ti)Bu aşama, Waspaloy'un temel güçlendirme mekanizmalarından biridir ve geleneksel yapısal alaşımların özelliklerinin önemli ölçüde bozulduğu sıcaklıklarda bile yüksek mukavemetini korumasını sağlar.
Alüminyum ve titanyum ilaveleri esas olarak γ′ fazının oluşumundan sorumluyken, krom oksidasyona ve yüksek sıcaklık korozyonuna karşı direnci artırır. Kobalt, diğer şeylerin yanı sıra matris stabilitesini ve yüksek sıcaklık özelliklerini etkiler ve molibden ek çözelti güçlendirmesi sağlar.
Özenle seçilmiş kimyasal bileşimi ve çok aşamalı ısıl işlemi sayesinde Waspaloy, yüksek çekme dayanımı, sürünme direnci ve yüksek sıcaklıklarda uzun süreli yüklere karşı direnci ile karakterize edilir.

Waspaloy sürünme direnci

Waspaloy'un en önemli özelliklerinden biri şudur: yüksek sürünme ve sürünme kırılma direnciSünme, bir malzemenin yüksek sıcaklıkta ve uzun süreli yük altında yavaş ve kalıcı olarak deforme olma sürecidir.
Gaz türbini bileşenlerinde bu süreç özellikle önemlidir çünkü bileşen, yüksek sıcaklıklar ve yüksek mekanik gerilimlerin etkisi altında binlerce saat boyunca eş zamanlı olarak çalışabilir.
Kararlı nikel matrisi ve γ′ faz çökeltileri, dislokasyon hareketini sınırlandırır ve malzemenin yüksek mukavemetini yüksek sıcaklıklarda korur. Bu nedenle Waspaloy, uçak motorlarının ve gaz türbinlerinin en kritik bileşenlerinde kullanılır.

Waspaloy'un oksidasyona karşı direnci

Yüksek krom içeriği, Waspaloy yüzeyinde koruyucu bir oksit tabakasının oluşmasını sağlayarak malzemenin daha fazla oksidasyonunu sınırlandırır.
Oksidasyon direnci, malzemenin uzun süre sıcak gazlarla temas halinde kaldığı türbin motoru bileşenlerinde ve enerji ekipmanlarında özellikle önemlidir.
Ancak burada bir ayrım yapılması gerekiyor. Alaşımın oksidasyona karşı direnç gösterdiği maksimum sıcaklık, binlerce saat boyunca yüksek mekanik yüklere güvenle dayanabileceği sıcaklıktan itibaren ölçülür.İzin verilen tasarım sıcaklığı, gerilime, gerekli dayanıklılığa, ısıl işleme ve ürünün özel şekline bağlıdır.

Waspaloy ısıl işlemi

Waspaloy'un özellikleri, kullanılan ısıl işleme büyük ölçüde bağlıdır. Tipik bir işlem, γ′ faz çökeltilerinin boyutunu, dağılımını ve oranını kontrol etmek için çözelti ısıl işlemi ve ardından yaşlandırma adımlarını içerir.
Isıl işlem parametrelerinin değiştirilmesi, mukavemet, süneklik, sürünme direnci ve yorulma ömrü arasındaki dengeyi değiştirmeye olanak tanır. Bu nedenle, Waspaloy'un mekanik özellikleri, malzemenin durumundan bağımsız tek bir değer olarak rapor edilmemelidir.

Waspaloy'da kaynak ve işleme

Waspaloy, tipik paslanmaz çeliklere ve birçok standart nikel alaşımına kıyasla teknolojik olarak önemli ölçüde daha zorlu bir malzemedir. Yüksek oranda γ′-fazı oluşturan element içermesi, kaynak sırasında malzemenin durumuna, ısı girdisine ve sonrasındaki ısıl işleme dikkat edilmesini gerektirir.
Alaşım, kaynak ve ısıl işlem süreçlerinde çatlamaya yatkın olabilir. Yüksek yüklere maruz kalan bileşenlerde, kaynaklı bağlantıların özellikle dikkatli bir şekilde tasarlanması gerekir. Kaynakların yüksek sıcaklık özellikleri, uygun şekilde ısıl işlem görmüş ana malzemenin özelliklerinden daha düşük olabilir.
Malzemenin yüksek mukavemeti, işleme sırasında sertleşme eğilimi ve takımlara binen yüksek yükler nedeniyle işleme de oldukça zorlayıcıdır.

Udimet® 188 – yüksek sıcaklığa dayanıklı kobalt bazlı bir alaşım

Udimet 188 – UNS R30188 Çok yüksek sıcaklıklarda çalışmak üzere tasarlanmış bir kobalt-nikel-krom-tungsten alaşımıdır. Waspaloy'dan farklı olarak, γ′ çökelmeleriyle güçlendirilmiş klasik bir nikel süper alaşımı değildir.
Alaşım yaklaşık olarak şunları içerir: %20-24 krom, %20-24 nikel ve önemli miktarda tungstenMalzemenin ana bileşeni kobalttır. Az miktarda lantan ilavesi, dayanıklı ve koruyucu bir oksit tabakasının oluşumunu destekler.
Udimet 188, yüksek sıcaklıklarda yüksek mukavemeti, oksidasyona ve yüksek sıcaklık korozyonuna karşı çok iyi direnci ve uzun süreli termal maruz kalma sırasında iyi metalurjik kararlılığı bir araya getirir.
Bu malzeme, yüksek sıcaklıklara uzun süre maruz kaldıktan sonra bile iyi bir süneklik özelliğini korur ve iyi şekillendirilebilirlik ve kaynaklanabilirlik özellikleriyle karakterize edilir.

Udimet 188 oksidasyona ve yüksek sıcaklık korozyonuna karşı dirençlidir.

Udimet 188'in en önemli özelliklerinden biri, çok yüksek sıcaklıklarda çalışabilme yeteneğidir. Alaşım, yaklaşık olarak şu sıcaklıklara ulaşan uzun süreli maruz kalma sırasında çok iyi oksidasyon direnci gösterir. 1095 ° C.
Yüksek krom içeriği ve lantan ilavesi, kompakt ve iyi yapışmış bir koruyucu tabakanın oluşumunu destekler. Udimet 188 ayrıca iyi sülfürleşme direnci ve sülfat birikintileriyle ilişkili bazı yüksek sıcaklık korozyon türlerine karşı yüksek direnç gösterir.
Şunu vurgulamak gerekir ki, 1095°C civarındaki sıcaklık öncelikle oksidasyon direncini ifade eder. Bu, bu sıcaklıkta maksimum mekanik yüklere dayanabilme yeteneği anlamına gelmez. İzin verilen yapısal gerilimler, sıcaklık arttıkça azalır.

Udimet 188'in gaz türbinlerinde uygulanması

Oksidasyon direnci, yüksek sıcaklık dayanımı, metalurjik kararlılık ve iyi kaynaklanabilirlik özelliklerinin birleşimi, Udimet 188'i özellikle gaz türbinlerinin sıcak bölüm bileşenleri için uygun hale getirir.
Tipik uygulama alanları şunlardır:

• gaz türbini yanma odaları,
• yanma odası kaplamaları,
• alev dengeleyiciler,
• Sıcak gaz akış sistemlerinin geçiş kanalları ve elemanları,
• uçak motoru art yakıcı bileşenleri,
• Sıcak gazlara doğrudan maruz kalan kapaklar ve bileşenler.

Bu uygulamalarda, yalnızca mekanik dayanıklılık değil, aynı zamanda ısıtma ve soğutma döngülerine karşı direnç ve uzun çalışma saatleri boyunca yapısal istikrarın korunması da özellikle önemlidir.

Udimet® L-605 – UNS R30605

Udimet L-605 – UNS R30605 Bu, yüksek sıcaklığa dayanıklı bir diğer kobalt bazlı alaşımdır. Bu malzeme, aşağıdakiler de dahil olmak üzere diğer ticari isimlerle de bilinmektedir. HAYNES® 25.
Bu alaşım önemli miktarda krom, nikel ve tungsten içerir. Yüksek krom içeriği iyi oksidasyon direnci sağlarken, tungsten güçlü çözelti sertleşmesi sağlar ve yüksek sıcaklıklarda mekanik özelliklerin korunmasına yardımcı olur.
L-605, yüksek sıcaklıklarda yüksek mukavemeti, iyi oksidasyon direnci ve nispeten iyi aşınma ve sıkışma direnci ile karakterize edilir.
Bunlar arasında gaz türbini bileşenlerinde, yanma odalarında, uçak motoru bileşenlerinde, yüksek sıcaklıklarda çalışan bileşenlerde ve yüksek mekanik ve termal direnç gerektiren özel uygulamalarda kullanılır.

Waspaloy, Udimet 188 ve L-605 arasındaki temel farklar

Bu malzemeler arasındaki en önemli fark, matris tipi ve güçlendirme mekanizmasıdır.
yaban arısı Nikel bazlı bir süper alaşım olan bu malzemenin çok yüksek mekanik özellikleri, esas olarak γ′ fazının kontrollü çökelmesi yoluyla elde edilir. Özellikle yüksek sıcaklıklarda yüksek mekanik gerilmelere maruz kalan bileşenlerde kullanışlıdır.
Udimet 188 Kobalt bazlı bir alaşım olup en büyük avantajları çok yüksek oksidasyon direnci, termal kararlılık ve yüksek sıcaklıklara uzun süre maruz kalma sırasında iyi özelliklerini koruyabilmesidir.
Udimet L-605 Aynı zamanda kobalt bazlı bir alaşımdır ve esas olarak çözeltiyle güçlendirme yöntemini kullanır. Yüksek sıcaklıklarda yüksek mukavemeti, iyi oksidasyon ve aşınma direnciyle birleştirir.
Bu nedenle, bu malzemeler basit ikame olarak değerlendirilmemelidir. Waspaloy özellikle yüksek mekanik gerilime maruz kalan türbin bileşenleri için ilgi çekicidir, alaşımlar 188 ve L-605 ise oksidasyon direnci, yüksek sıcaklık korozyonu ve termal kararlılığın çok önemli olduğu sıcak uç bileşenlerinde oldukça kullanışlıdır.

Mekanik özellikler

Waspaloy, Udimet 188 ve L-605 için Rp0,2, Rm, uzama ve sertlik açısından tek bir ortak aralık olmamalıdır. Bunlar farklı matrislere, kimyasal bileşimlere, güçlendirme mekanizmalarına ve ısıl işlem durumlarına sahip malzemelerdir.
halinde yaban arısı Mekanik özellikler, doygunluğa ve yaşlanmaya büyük ölçüde bağlıdır. Malzeme çok yüksek akma dayanımı ve çekme dayanımı elde edebilir ve başlıca avantajı, yüksek sıcaklıklarda yüksek mukavemeti ve sürünme direncini korumasıdır.
halinde Udimet 188 i L-605 Oda sıcaklığındaki çok yüksek akma dayanımından daha önemli olan özellikler, termal kararlılık, oksidasyon direnci, yüksek sıcaklık dayanımı ve uzun süreli termal maruziyetten sonra özelliklerin korunmasıdır.
Mekanik özelliklerin doğru değerleri her zaman belirli kalite sınıfına, ürün formuna, test sıcaklığına ve ısıl işlem koşullarına bağlı olmalıdır.

Standartlar ve işaretlemeler

Waspaloy: UNS N07001, W.Nr. 2.4654. Çubuklar, dövme malzemeleri ve diğer dövme ürünler için, diğerlerinin yanı sıra, kullanılır. ASTM B637Havacılık ve uzay uygulamaları için de bir dizi AMS spesifikasyonu bulunmaktadır.
Udimet 188: UNS R30188. Malzeme esas olarak AMS havacılık spesifikasyonları kapsamındadır, bunlar şunları içerir: AMS 5608 levhalar ve şeritler için ve AMS 5772 Çubuklar, hammadde ve dövme parçalar için.
Udimet L-605: UNS R30605. Bu malzeme, çok sayıda endüstriyel ve havacılık spesifikasyonunda listelenmiştir. R30605 alaşımı ayrıca, ASTM F90 dahil olmak üzere ilgili malzeme gereksinimlerinin kapsadığı tıbbi uygulamalarda da kullanılmaktadır.
Standart, her zaman belirli ürün formu ve uygulamasına göre seçilmelidir. UNS tanımı alaşımın bileşimini belirtirken, özellikler, teslimat koşulları, boyutlar ve testlere ilişkin gereksinimler ilgili ürün standardından türetilir.

Waspaloy ve Udimet Alaşımlarının Tipik Uygulamaları

Lotnictwo – Türbin motoru bileşenleri, türbin diskleri ve halkaları, miller, kompresör bileşenleri, yanma odaları, kaplamalar, geçiş kanalları ve motorun sıcak kısmının diğer bileşenleri.
enerji bilimi – Endüstriyel gaz türbinleri, yüksek sıcaklık tesisat bileşenleri, uzun süreli termal ve mekanik yükler altında çalışan enerji ekipmanlarının parçaları.
Uzay endüstrisi – Aşırı sıcaklık koşullarında çalışan tahrik sistemi bileşenleri ve bileşenleri.
Fırın ve metalurji endüstrisi – Yüksek sıcaklığa dayanıklı cihaz elemanları, kapakları, tutacakları ve oksidasyona ve uzun süreli yüksek sıcaklıklara maruz kalan bileşenleri.
Özel ekipman – Yüksek mukavemet, sürünme direnci, yapısal kararlılık ve yüksek sıcaklık korozyon direncini bir arada gerektiren bileşenler.

Yüksek sıcaklık süper alaşımının seçimi

Waspaloy, Udimet 188 ve L-605 arasında seçim yapılırken sadece maksimum çalışma sıcaklığı değil, mekanik gerilimler, gerekli hizmet ömrü, sürünme direnci, oksitleyici koşullar, sıcak gaz bileşimi, sıcaklık döngüsü ve yüksek sıcaklık korozyonu potansiyeli de dikkate alınmalıdır.
Yüksek mekanik gerilime maruz kalan türbin bileşenleri için, uygun ısıl işlemden sonra alaşımın özellikleri ve güçlendirme fazının stabilitesi çok önemlidir. Yanma odası bileşenleri ve sıcak gaz kanalları için ise oksidasyon direnci, metalurjik stabilite, termal yorulma direnci ve kaynaklı yapılar oluşturma yeteneği daha büyük önem taşıyabilir.
Bu nedenle, süper alaşımları yalnızca maksimum çalışma sıcaklığına göre karşılaştırmak, yanlış malzeme seçimine yol açabilir.

Teslimat yöntemleri

Kalite ve özelliklerine bağlı olarak, Waspaloy ve Udimet süper alaşımları, diğerlerinin yanı sıra, şu şekillerde mevcuttur:

• Dövme için çubuklar ve hammaddeler,
• dövmeler,
• yüzükler,
• levhalar ve şeritler,
• teller,
• kaynak malzemeleri,
• Daha ileri işleme tabi tutulmak üzere tasarlanmış yarı mamul ürünler.

Belirli bir ürün formunun bulunabilirliği, kaliteye, üretim standardına, boyutlara ve gerekli ısıl işlem koşullarına bağlıdır.

Alfa-Tech'in sunduğu türler:

• Udimet 188 – nikel ve kobalt alaşımı, ısıya ve korozyona dayanıklı,
• Udimet L-605 – kimyasal ortamlarda bile oksidasyona ve sürünmeye karşı çok iyi direnç gösterir.
• Waspaloy – 800°C'ye kadar mükemmel sürünme direncine sahip, klasik bir uçak süper alaşımı.

Nikel alaşımlarının sınıflandırılması

Nikel alaşımları, kimyasal bileşimleri, özellikleri ve tipik uygulamaları bakımından farklılık gösteren birkaç ana gruba ayrılabilir. Aşağıda, Alfa-Tech'ten temin edilebilen kalite örnekleriyle birlikte en önemli gruplar yer almaktadır:

Nikel alaşımları

Inconel® – nikel ve krom süper alaşımları

Yüksek sıcaklıklarda oksidasyona ve sürünmeye karşı çok yüksek direnç gösteren alaşımlar. Enerji, havacılık ve kimya endüstrilerinde kullanılırlar.
Malzeme kaliteleri: Inconel 600, Inconel 601, Inconel 625, Inconel 686, Inconel 718, Inconel X-750, Inconel HX.

Incoloy® – nikel, demir ve krom alaşımları

Korozyon direncini iyi yapısal sağlamlıkla birleştirirler. Özellikle kimya ve petrokimya endüstrilerinde değerlidirler.
Türler: Incoloy 800 H/HTIncoloy 825, Incoloy 925, Incoloy DS, Incoloy 330, Incoloy A-286.

Nimonic® – yüksek sıcaklık süper alaşımları

Havacılık ve gaz türbinlerinde kullanılan çökelme ile güçlendirilmiş malzemeler, yüksek sürünme ve termal yorulma direncine sahiptir.
Çeşitleri: Nimonic 75, Nimonic 80A, Nimonic 90, Nimonic 263, Nimonic 901.

Udimet® / Waspaloy® – aşırı yükler için süper alaşımlar

En yüksek sürünme ve termal yorulma direncine ihtiyaç duyulan uçak motorlarında ve enerji sektöründe kullanılır.
Türler: Udimet 188, Udimet L-605, Waspaloy.

Monel® ve saf nikel – kimyasal ve deniz koşullarına dayanıklılık

Monel (nikel-bakır alaşımları) ve saf nikel, deniz suyuna, asitlere ve alkalilere dayanıklı malzemelerdir. Genellikle denizcilik, kimya ve özel ekipman endüstrilerinde kullanılırlar.
Kaliteler: Monel 400, Monel K-500, Nikel 200, Nikel 201.

Özel alaşımlar – Invar®, Kovar®, Permalloy

Benzersiz fiziksel özelliklere sahip malzemeler; düşük termal genleşme katsayısı, boyutsal kararlılık veya kontrollü manyetik geçirgenlik gibi özellikler gösterir. Elektronik, optik ve hassas aletlerde kullanılırlar.
Türler: Invar 36, Kovar, Permalloy, Nilomag 77.

Hastelloy® / Haynes® – korozyona ve yüksek sıcaklığa dayanıklı alaşımlar

Yüksek kimyasal ortamlara, oksidasyona ve sürünmeye karşı yüksek dirençli alaşımlar. Kimya, enerji ve havacılık sektörlerinde kullanılır.
Kaliteler: 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® ve Udimet®, Special Metals Corporation'ın tescilli ticari markalarıdır. Waspaloy®, ATI Allvac / Precision Castparts'ın, Hastelloy® ise Haynes International'ın ticari markasıdır. Invar® ve Kovar® ise Imphy / ArcelorMittal'e aittir.