Forġa Superliga Ibbażata fuq in-Nikil: Trattament tas-Sħana għall-Kontroll tad-Daqs tal-Qamħ f'Partijiet Kritiċi li jduru

Id-diski tat-turbini, id-diski tal-kompressur, ix-xaftijiet, u l-forġa tar-rotor jduru b'veloċità għolja u temperatura għolja għal eluf ta 'sigħat. Falliment mhuwiex tnixxija; huwa avveniment katastrofiku. Għal dawn il-partijiet, id-daqs tal-ħbub tal-metall mhuwiex dettall kożmetiku. Jiddeċiedi kif il-parti tirreżisti xquq tal-għeja, creep, u tkabbir bil-mod tal-qsim. Din il-gwida tispjega kif it-trattament tas-sħana jistabbilixxi d-daqs tal-qamħ f'forġa superliga bbażati fuq in-nikil, kif iqabblu r-rotot ewlenin, u x'xerrejja għandhom jispeċifikaw u jivverifikaw.

Id-daqs tal-qamħ f'forġa ta 'superalloy huwa stabbilit minn żewġ affarijiet li jaħdmu flimkien: l-istorja tax-xogħol sħun li toħloq il-ħbub, u t-temperatura tat-trattament bis-sħana relattiva għat-temperatura li fiha l-partiċelli tat-tisħiħ jew tal-pinning jinħall. Soluzzjoni taħt dik it-temperatura żżomm il-ħbub multa (saħħa tat-tensjoni u għeja aħjar); is-soluzzjoni fuqha tħalli l-ħbub jikbru oħxon (creep aħjar u dwell reżistenza għat-tkabbir tax-xquq). Trattamenti b'mikrostruttura doppja jippruvaw jagħtu lil kull parti ta 'diska d-daqs tal-qamħ li teħtieġ.

Għaliex id-Daqs tal-Qamħ jimpurtah f'Partijiet Kritiċi li jduru?

Minħabba li l-ħbub fini u oħxon jipproteġu kontra modi differenti ta 'falliment. Ħbub fini jagħtu saħħa tensili ogħla u reżistenza aħjar għall-għeja b'ċiklu baxx; ħbub oħxon jagħtu creep aħjar u dwell xquq reżistenza għat-tkabbir f'temperatura għolja. L-ebda daqs wieħed tal-qamħ ma huwa l-aħjar kullimkien f'parti li ddur.

Qamħ huwa kristall ċkejken. Il-konfini bejn il-ħbub huma spots dgħajfa f'temperatura għolja, fejn il-metall jista 'bil-mod jiddeforma (jixxaqqaq) tulhom. F'temperatura aktar baxxa huwa minnu l-oppost: il-konfini jimblokkaw xquq, għalhekk aktar konfini (ħbub irqaq) tfisser metall aktar b'saħħtu u reżistenti għall-għeja. Diska għandha ż-żewġ kundizzjonijiet f'daqqa. It-toqba (ċentru) huwa aktar frisk u jġorr ċikli ta 'tensjoni għolja. Ir-rimm jisħon u joqgħod taħt tagħbija sostnuta.

Tabella 1. Il-kompromess tad-daqs tal-qamħ fil-ligi tad-disk, kif deskritt fil-letteratura ppubblikata dwar it-trattament tas-sħana tad-diska tat-turbini tal-gass.

X'jikkontrolla d-Daqs tal-Qamħ f'Forġa ta 'Superalloy Ibbażata fuq in-Nikil?

Tliet lievi jikkontrollawha: kemm u kemm jaħraq il-metall huwa deformat waqt il-forġa, liema partiċelli huma preżenti biex jgħaqqdu l-konfini tal-qamħ, u t-temperatura finali tat-trattament tas-soluzzjoni relattiva għas-solvus (it-temperatura li fiha dawk il-partiċelli jinħall).

Matul il-forġa, id-deformazzjoni toħloq ħbub ġodda u żgħar permezz tar-rikristallizzazzjoni. Waqt tisħin aktar tard, dawk il-ħbub għandhom it-tendenza li jikbru, minħabba li l-ħbub kbar għandhom inqas erja tal-konfini u għalhekk inqas enerġija. Partiċelli iebsin li jkunu bilqiegħda fuq il-konfini tal-qamħ jaġixxu bħal ankri u jwaqqfu dan it-tkabbir. FilLiga 718il-fażi tal-ankraġġ hija delta (δ); fil-ligi ta' diski tat-trab tal-metall huwa primarju gamma primarju oħxon ( ′). Ladarba t-temperatura tat-trattament bis-sħana tgħaddi mill-punt fejn l-ankri jinħall, il-ħbub jistgħu jikbru malajr. Dan huwa għaliex it-temperatura solvus hija l-aktar numru importanti fil-kontroll tad-daqs tal-qamħ.

Kif id-Daqs tal-Qamħ tal-Kontroll tal-Fażi Delta f'Inconel 718?

Il-fażi tad-delta hija fażi b'ħafna nijobju li tifforma fuq il-konfini tal-qamħ bejn bejn wieħed u ieħor 800 u 1000 grad. Jippermetti l-konfini waqt il-forġa u t-trattament tas-soluzzjoni, u għalhekk Alloy 718 tibqa 'fin-grained sakemm it-temperatura tas-soluzzjoni tibqa' taħt id-delta solvus, madwar 1010-1020 grad.

Il-falsifikaturi jisfruttaw dan apposta. Fl-"ipproċessar tad-delta," il-materjal jinżamm biex jippreċipita fażi delta qabel u matul il-forġa, sabiex il-ħbub jibqgħu żgħar meta l-parti tissaħħan aktar tard. Id-dejta ppubblikata turi kemm id-daqs tal-qamħ huwa sensittiv għat-temperatura u l-kontenut delta. Fi studju wieħed ta '718 billetta ultra-fine-grain, soluzzjoni ta' 1800 grad F (madwar 980 grad) għal 5 sigħat ħalliet madwar 2.6% delta u tat ASTM 9 daqs tal-qamħ, filwaqt li 1850 grad F (madwar 1010 grad) għal siegħa ħalla madwar 4.6% delta standard separata u taw soluzzjoni standard ASTM 10. 954 grad ipproduċa struttura uniformi ASTM 11-12 f'materjal ipproċessat tad-delta.

Tabella 2. Effett tat-temperatura tas-soluzzjoni u l-fażi delta fuq id-daqs tal-qamħa tal-Liga 718. Sorsi: Proċedimenti TMS Superalloys (1992, 2001) u letteratura dwar il-privattivi dwar it-trattament tas-sħana Alloy 718. In-numri ASTM huma numri tad-daqs tal-qamħ ASTM E112; ogħla tfisser ifjen.

It-takeaway huwa kompromess. Il-fażi tad-delta tgħin biex iżżomm id-daqs tal-qamħ, iżda fil-konfini tal-qamħ tista 'wkoll taffettwa l-imġieba tad-duttilità u l-korrużjoni tal-istress, għalhekk xi applikazzjonijiet deliberatament ħollha. Privattiva ppubblikata dwar ir-reżistenza għall-korrużjoni tal-istress tirrapporta li l-ittemprar 'il fuq mid-delta solvus neħħiet id-delta tal-konfini iżda ħbub coarsened minn ASTM 8 sa ASTM 3. Huwa għalhekk li t-temperatura tas-soluzzjoni tintgħażel għall-applikazzjoni, mhux ikkupjata minn tabella ġenerika.

X'inhi d-differenza bejn it-trattament tas-sħana Subsolvus u Supersolvus?

It-trattament tas-soluzzjoni Subsolvus isir taħt il-gamma prime solvus, iħalli partiċelli oħxon primarji ′ li pinn qamħ, u jagħti ħbub fini. It-trattament tas-Supersolvus isir 'il fuq mis-solvus, jinħall dawk il-partiċelli, u jħalli l-ħbub jaħarqu. L-ewwel jiffavorixxi s-saħħa u l-għeja; it-tieni jiffavorixxi reżistenza għat-tkabbir tal-creep u xquq.

Din l-għażla tapplika prinċipalment għal ligi ta 'diska ta' trab-metall imsaħħa b'liga ħafna, gamma-prime bħal René 88DT, li l-gamma prime solvus tiegħu ġie rrappurtat f'madwar 1110-1116 grad (2030-2040 grad F). Ix-xogħol ippubblikat fuq dawn il-ligi jinnota li t-trattamenti subsolvus iżommu bejn wieħed u ieħor 10–20% ta 'partiċelli primarji oħxon li jirrestrinġu t-tkabbir tal-qamħ, filwaqt li t-trattamenti tas-supersolvus jitilfu din il-limitazzjoni u jippermettu li l-ħbub jikbru.

Tabella 3. Trattament ta 'soluzzjoni ta' Subsolvus versus supersolvus għal ligi tad-disk imsaħħa bil-gamma-prime. Sorsi: Proċedimenti TMS Superalloys, studji tad-disk tan-NASA, u letteratura dwar il-privattivi GE.

L-ipproċessar ta 'Supersolvus kien ċentrali għall-iżvilupp ta' René 88DT, fejn id-daqs tal-qamħ oħxon żviluppat minn trattament ta 'soluzzjoni supersolvus kien mistenni li jibbenefika creep, u l-programm immirat għal tnaqqis kbir fir-rata ta' tkabbir tax-xquq tal-għeja meta mqabbel ma 'René 95. Trattament Supersolvus ta 'din il-klassi ta' liga jista 'jipproduċi daqsijiet tal-qamħ oħxon li joqrob ASTM 6 għal reżistenza mtejba tal-qasma tal-għeja.

X'inhu t-Trattament tas-Sħana Standard għal Inconel 718 Forgings?

Ittemprar tas-soluzzjoni f'madwar 925-1010 grad segwit minn kessaħ rapidu, imbagħad età f'żewġ stadji: 718 grad għal 8 sigħat, kessaħ tal-forn għal madwar 620 grad, żomm għal ħin totali ta 'tixjiħ ta' 18-il siegħa, imbagħad kessaħ bl-arja. Iż-żamma tal-pass tas-soluzzjoni taħt id-delta solvus tippreserva qamħ fin.

Tabella 4. Ċiklu tipiku ta 'soluzzjoni u età ta' Alloy 718. Sorsi: folji tad-dejta tal-fornitur li jirreferu għall-prattika tal-AMS 5662/5663. Dejjem segwi l-ispeċifikazzjoni li tirregola u l-ordni tax-xiri.

Il-passi tat-tixjiħ ma jbiddlux ħafna d-daqs tal-qamħ, minħabba li 718 grad u 620 grad huma ferm taħt it-temperaturi tas-soluzzjoni. Dak li jagħmlu huwa jippreċipita l-fażijiet tat-tisħiħ ( ″ u ′). Id-daqs tal-qamħ huwa għalhekk iffissat mir-rotta tal-forġa u l-pass tas-soluzzjoni; tixjiħ imbagħad jistabbilixxi s-saħħa.

X'inhu t-Trattament tas-Sħana tal-Mikrostruttura Doppju, u Għaliex Jintuża għad-Diski?

It-trattament tas-sħana ta 'mikrostruttura doppja jagħti diska qamħa fina, toqba ta' saħħa għolja u rimm ta 'qamħ oħxon, reżistenti għat-tkaxkir billi ssaħħan iż-żewġ reġjuni għal temperaturi differenti relattivi għas-solvus. Hija għandha l-għan li tneħħi l-kompromess ta’ qamħ wieħed għal kulħadd.

Trattament tas-sħana uniformi jagħti daqs uniformi tal-qamħ fid-diska, jew fina jew oħxon, li jġiegħel kompromess. Fi trattament doppju, ir-rimm jinġieb 'il fuq mill-gamma prime solvus biex iħaffefha, filwaqt li t-toqba jinżamm taħt is-solvus. Ir-riċerka dwar il-liga ta 'diska avvanzata LSHR eżaminat għażliet ta' subsolvus u supersolvus u diversi għażliet ta 'struttura doppja, iddisinjati biex iwasslu bore ta' qamħa fin, ta 'qawwa għolja u rimm ta' qamħ oħxon, reżistenti għat-tkaxkir.

Il-metodu għandu l-isfida tiegħu stess: iż-żona ta 'tranżizzjoni bejn reġjuni fini u oħxon. Ir-riċerkaturi tan-NASA studjaw il-modi ta 'falliment tal-għeja fiż-żona ta' transizzjoni tad-daqs tal-qamħ ta 'diska ta' mikrostruttura doppja, u l-privattivi tat-trattament bis-sħana jinnotaw riskju ta 'proċess ulterjuri, li temperatura ta' bore wisq taħt is-solvus tista 'tgħaqqad il-gamma prime u tikkanċella l-benefiċċju. It-trattament b'mikrostruttura doppja jeħtieġ kontroll termali preċiż u ttestjar bir-reqqa.

Liema Difetti Jista' Jikkawża l-Kontroll Fqir tad-Daqs tal-Qamħ?

Id-difetti ewlenin huma ħbub oħxon anormali (tkabbir kritiku tal-qamħ), strutturi tal-qamħ imħallta jew banded, ħbub imkabbra żżejjed minn temperatura ta 'soluzzjoni eċċessiva, u stress residwu jew qsim tal-qtugħ, li kollha jistgħu jnaqqsu l-ħajja tal-għeja jew jagħmlu r-riżultati imprevedibbli.

Tabella 5. Difetti komuni relatati mad-daqs tal-qamħ f'forġa superliga u kif jiġu evitati.

Kif għandhom ix-xerrejja jispeċifikaw u jivverifikaw id-daqs tal-qamħ?

Speċifika l-liga u l-ispeċifikazzjoni li tirregola, il-firxa meħtieġa tad-daqs tal-qamħ ASTM E112 (u kwalunkwe qamħ oħxon massimu permissibbli), il-postijiet tat-test, u r-rotta tat-trattament bis-sħana, imbagħad jeħtieġu ċertifikati u metallografija li tipprovaha.

Id-daqs tal-qamħ huwa rrappurtat fuq l-iskala ASTM E112, fejn numru akbar ifisser qamħ ifjen. It-tabella hawn taħt tagħti dijametri tal-qamħ medju approssimattiv għan-numri li komunement jidhru fil-forġa superliga.

Tabella 6. Konverżjonijiet approssimattivi tad-daqs tal-qamħ ASTM E112.

Tabella 7. Lista ta 'kontroll tax-xerrej għal forġar superliga kritiċi tad-daqs tal-qamħ.

Mistoqsijiet Frekwenti

Id-deformazzjoni tal-forġa toħloq il-ħbub, il-partiċelli tal-pinning (fażi delta fl-Alloy 718, primarju gamma primarju oħxon fil-ligi tad-disk) iżżommhom lura, u t-temperatura tas-soluzzjoni relattiva għas-solvus tiddeċiedi jekk dawk il-partiċelli jibqgħux jew jinħallux.

X'inhu d-delta solvus ta' Inconel 718?

Madwar 1010–1020 grad. Il-valuri ppubblikati jvarjaw ftit minħabba li s-solvus jiddependi fuq il-ħin, il-morfoloġija, u l-kontenut lokali tan-nijobju; studju wieħed jirrapporta valur ta 'ekwilibriju kkalkulat qrib 1033 grad u valur apparenti qrib 1020 grad.

X'inhu trattament tas-sħana subsolvus versus supersolvus?

Subsolvus huwa trattament ta 'soluzzjoni taħt il-gamma prime solvus u jagħti ħbub fini u proprjetajiet ta' tensjoni u għeja aħjar. Supersolvus huwa 'l fuq mis-solvus u jagħti ħbub oħxon u reżistenza aħjar għat-tkabbir ta' creep u xquq.

Għaliex ma tagħmilx kull qamħ oħxon għar-reżistenza għat-tkaxkir?

Ħbub oħxon ibaxxu l-qawwa tat-tensjoni u l-għeja b'ċiklu baxx, li huma importanti fil-bore tal-diska li jkessaħ, enfasizzat ħafna. Huwa għalhekk li jeżistu trattamenti b'mikrostruttura doppja.

X'inhu t-trattament tas-sħana standard għal Inconel 718?

Ittemprar tas-soluzzjoni madwar 925-1010 grad bi tkessiħ rapidu, imbagħad ixxejħ f'718 grad għal 8 sigħat, kessaħ il-forn għal madwar 620 grad, żomm sa 18-il siegħa totali, u kessaħ bl-arja.

X'inhu t-tkabbir kritiku tal-qamħ?

Ħbub anormali oħxon li jiffurmaw f'reġjuni ta 'tensjoni kritika wara trattament bis-sħana supersolvus ta' ligi ta 'trab tal-metall bħal René 88DT. Huwa riskju magħruf tal-forġa u tat-trattament bis-sħana li l-kontrolli tal-ipproċessar huma mfassla biex jipprevjenu.