П1: По чему се Инцолои Аллои 903 суштински разликује од већине других високо{2}}суперлегура које се користе у пећима и турбинама?
О: Инцолои Аллои 903 (УНС Н19903) представља специјализовану грану дизајна суперлегуре познату као суперлегура{2}}контролисане експанзије. За разлику од традиционалних суперлегура као што су Инцонел 718 или Васпалои, којима се даје предност сировој чврстоћи и отпорности на оксидацију, легура 903 је пројектована да реши специфичну механичку загонетку: одржавање чврстоће уз усклађивање карактеристика термичког ширења других материјала.
Дефинишућа карактеристика - Низак коефицијент термичке експанзије (ЦТЕ):
Легура 903 показује необично низак и контролисан ЦТЕ, обично око 7,0–8,0 μм/м· степена (3,9–4,5 μин/ин· степен Ф) од собне температуре до 425 степени (800 степени Ф). Ово је отприлике половина мање од аустенитног нерђајућег челика попут 304 или 316.
Како се то постиже?
Ово својство потиче од његове јединствене хемије. То је легура никла-гвожђа-кобалта са значајним додацима ниобијума (Цб) и титанијума. Нарочито садржи врло мало хрома (обично<0.5%). In most superalloys, Chromium is added for oxidation resistance. In Alloy 903, it is intentionally minimized because Chromium raises the CTE and disrupts the desired expansion behavior.
Логика апликације:
Ова ниска експанзија омогућава компонентама Аллои 903 (као што су кућишта, поклопци и прстенови) да се шире и скупљају брзином сличном суперлегурама на бази никла -експанзије- или чак керамичким материјалима које заптују или подржавају. Ово одржава чврсте размаке у ротирајућим машинама, побољшавајући ефикасност и спречавајући трљање врхова сечива о омотач. То је материјал дизајниран за стабилност димензија под термичким циклусом, а не само за сирову снагу.
П2: Спецификација АМС 5803 помиње материјал „претопљеног потрошним електродама“. Зашто је ова специфична пракса топљења критична за лимове и плоче Инцолои 903 намењене за компоненте ваздушних пећи?
О: Захтев за претапање потрошних електрода-посебно за претапање под вакуумом (ВАР) или претапање електрофлуксом (ЕФР) као што је наведено у АМС 5803 – није само поље за потврду квалитета; то је основни захтев за перформансе и интегритет материјала у критичним апликацијама ротације и заптивања.
Разлог: контрола хемије и микроструктурна униформност
Чврста хемијска контрола: Јединствена својства ниске експанзије легуре 903 ослањају се на прецизне пропорције никла, кобалта и гвожђа. Стандардним топљењем на ваздуху не може се постићи потребна хомогеност. Топљење у вакууму осигурава да су реактивни елементи попут титанијума и ниобијума (алуминијум је такође присутан) прецизно контролисани и ослобођени од контаминације гасовима као што су кисеоник и азот.
Елиминација сегрегације: У високо{0}}системима од легуре као што је Н19903, елементарна сегрегација током очвршћавања може да доведе до „спајања“ на завршној плочи или листу. Ако трака материјала има мало другачији коефицијент експанзије од суседне траке, компонента се може непредвидиво искривити или изобличити током термичког циклуса у пећи или мотору. ВАР производи хомогенију структуру ингота.
Минимизирање не-неметалних инклузија: За танке лимове (АМС 5803 покрива листове дебљине до 0,001 инча за специјалне примене), једно микроскопско укључивање може да делује као подизач напона и почетна тачка за отказивање услед замора. Процес претапања оплемењује зрнасту структуру и избацује инклузије, производећи „чишћи“ материјал неопходан за поузданост танких- дијафрагми, мехова и заптивки.
Укратко, спецификација АМС 5803 са захтевом за претапање потрошних електрода гарантује да плоча или плоча имају унутрашњу чистоћу и хемијску униформност неопходну за поуздано обављање функције стабилности димензија.
П3: Дизајнер разматра лим Инцолои 903 за преграду пећи која ради на 700 степени (1300 степени Ф). На основу његових металуршких својстава, да ли је ово безбедна примена? Која су инхерентна ограничења ове легуре?
О: Одабир Инцолои 903 за преграду пећи на 700 степени (1300 степени Ф) би вероватно била значајна металуршка погрешна примена која би могла довести до брзог и катастрофалног квара.
Основно ограничење: недостатак отпорности на оксидацију
Као што је поменуто у К1, легура 903 садржи врло мало хрома (Цр). Хром је примарни елемент који обезбеђује високу -температурну отпорност на оксидацију тако што формира заштитну Цр₂О₃ скалу.
На 700 степени у ваздушној (оксидирајућој) атмосфери, површина легуре 903 ће брзо оксидирати. Без заштитног слоја хром-оксида, он формира не-незаштитну, расцепкану љуску од гвожђа-никл оксида. Материјал ће "рђати" убрзано, што ће довести до брзог губитка пресека.
Остала критична ограничења:
Висок-Пад чврстоће при високим температурама: Док легура 903 има одличну чврстоћу на средњим температурама (до ~650 степени) због очвршћавања на падавинама (гама приме, Ни₃(Ал, Ти, Цб)), њена чврстоћа нагло опада како се температуре приближавају 700 степени и више. Није дизајниран за{5}}примену са оптерећењем на тој температури.
Оксидација на граници зрна убрзана напрезањем (САГБО): У намераваној употреби у ваздухопловству (обично испод 650 степени), легура 903 може бити осетљива на САГБО, где кисеоник продире у границе зрна под затезним напрезањем, што доводи до кртости. На 700 степени овај механизам би се убрзао.
Исправна апликација:
Легура 903 је намењена за средње температуре (до ~650 степени), високе-прилике где је мала експанзија критична, а окружење је релативно инертно или заштићено (нпр. унутар затвореног кућишта мотора са контролисаном атмосфером). За преграду пећи која је изложена отвореном ваздуху на 700 степени, стандардна високотемпературна легура као што је Инцонел 600 или 601, или легура ФеЦрАл, била би далеко прикладнија.
П4: Израђујемо сложени омотач од АМС 5803 лима коришћењем гасног волфрамовог електролучног заваривања (ГТАВ). Који је јединствени изазов заварљивости који представља ова легура и која је специфична термичка обрада након{3}}заваривања (ПВХТ) потребна?
О: Заваривање Инцолои 903 представља јединствен изазов директно везан за његову контролисану{1}}хемију експанзије. Примарни ризик је напрезање-старост пукотина током термичке обраде након-заваривања (ПВХТ).
Изазов: Страин{0}}Пукотине од старости
Механизам: Легура 903 је ојачана таложењем гама прајмера [Ни₃(Ал, Ти, Цб)] током старења. Процес заваривања ствара зону{2}}захваћену топлотом (ХАЗ) која се током хлађења доводи у стање заосталог затезног напона.
Проблем: Када се заварени склоп подвргне ПВХТ (циклус старења) да би се развила пуна чврстоћа у основном металу, ХАЗ такође почиње да таложи гама прајмер. Ове падавине узрокују да ЗУТ ојача и изгуби дуктилностдокзаостала напрезања од заваривања су и даље присутна. Ако су напрезања довољно велика, сада-крхки ХАЗ ће напући-ово је прслина због деформације-.
Решење: ПВХТ стратегија у два{0}} корака
Да би се ово ублажило, индустријски{0}}стандардни приступ за компоненте АМС 5803 је:
Корак 1 - Одгревање раствора (ублажавање стреса) ПРЕ старења:
Након заваривања, склоп треба да прође третман жарења раствором (обично око 980 степени ± 15 степени / 1800 степени Ф ± 25 степени Ф) након чега следи брзо хлађење (гашење).
Сврха: Ово ослобађа већину заосталих напона заваривања и раствара све почетне падавине које су се могле појавити током заваривања.
Корак 2 - Циклус очвршћавања (старење) на падавинама:
Тек након ослобађања од напрезања, део се подвргава циклусу старења (обично двостепени{0}}процес око 720 степени и 620 степени / 1325 степени Ф и 1150 степени Ф).
Сврха: Овим се развијају потребна механичка својства (затезна и чврстоћа течења) у окружењу{0}}без напрезања или ниског{1}}напона.
Прескакање жарења средњег раствора и прелазак директно на циклус старења је рецепт за отпадне делове због пуцања.
П5: Инжењер прегледа застарели дизајн који специфицира АМС 5803 плочу. Ланац снабдевања се бори да га набави. Које су модерне алтернативне легуре и који су компромиси-у њиховој замени?
О: Проналажење директне замене за АМС 5803/Легуру 903 је тешко јер је његова комбинација мале -експанзије и високе{3}} чврстоће прилично специјализована. Међутим, у зависности од тачних захтева за апликацију, постоји неколико путања, од којих сваки има значајне-уступке.
Алтернатива 1: легура 909 (УНС Н19909 / АМС 5892)
Модерни наследник: легура 909 је директна еволуција хемије 903. Развијен је посебно да побољша отпорност на САГБО и жилавост легуре 903 уз одржавање ниске{4}}карактеристике експанзије.
Компромис-: Иако нуди бољу могућност израде и отпорност на механизме пуцања о којима се говорило у К4, то није пад-у замени без поновне квалификације циклуса топлотне обраде. Често је пожељан избор за нове дизајне који захтевају ниску експанзију, али ако је део кован, температуре ковања су критичније.
Алтернатива 2: легура 718 (УНС Н07718 / АМС 5596)
Уобичајена замена „високе{0}}снаге“:
Компромис{0}}(ширење): легура 718 има знатно већи коефицијент термичког ширења. Замена би уништила контролу зазора коју је оригинални део 903 био дизајниран да обезбеди. Ефикасност турбине или пећи би опала, или би дошло до механичких сметњи (трљања).
Компромис{0}}(оксидација): Са позитивне стране, 718 садржи значајан хром, који нуди знатно бољу отпорност на оксидацију у поређењу са 903.
Алтернатива 3: Инвар{1}} легуре (нпр. Ни36 / УНС К93600)
Ниска{0}}замена за проширење:
Компромис{0}}(снага): Инвар има чак нижи ЦТЕ од 903 у близини собне температуре, али није суперлегура која се-каљи. Релативно је мекан и недостаје му висока{4}}температурна чврстоћа од 903. Пузала би или би се деформисала одмах под оптерећењем на повишеним температурама.
Закључак: Ако 903 није доступан, легура 909 је најлогичнија металуршка замена. Ако 909 такође није доступан, вероватно треба поново{4}}проценити дизајн. Замена стандардном суперлегуром као што је 718 решила би проблем снабдевања, али би прекинула функционалност термичке експанзије компоненте.
