المطروقات المصنوعة من السبائك ذات درجة الحرارة العالية لتوربينات الغاز: درجات المواد ومتطلبات الجودة

يدور قرص توربين الغاز لعشرات الملايين من الدورات عند درجات حرارة من شأنها أن تؤدي إلى تليين الفولاذ العادي. إن جودة الجزء لا تقل عن جودة السبيكة، ولا تقل أهمية عن ذلك عملية الحدادة والمعالجة الحرارية والفحص التي تكمن خلفه.

يغطي هذا الدليل درجات سبائك النيكل الفائقة المستخدمة في المطروقات التوربينية -إنكونيل 718، Waspaloy، Rene 41، X-750، 706، 625 وHastelloy X - ومتطلبات الجودة (درجات ASTM وAMS، تقليل الحدادة، تدفق الحبوب، NDT وإمكانية التتبع) التي تفصل المطروقة الفضائية عن شريط مشابه.

لماذا يتم اختيار المطروقات على المسبوكات أو الألواح للأجزاء الدوارة للتوربين؟

يتم اختيار قرص أو عمود توربيني مطروق لأن التشكيل يعمل على محاذاة تدفق الحبوب مع مسار الضغط ويسمح للفحص الحجمي بنسبة 100% بإثبات أن الجزء سليم داخليًا - شيئان لا يمكن أن يحققهما الصب بنفس التكلفة والمخاطر بالنسبة لمكون بالغ الأهمية للتعب.

قرص التوربين عبارة عن كتلة دوارة تشهد إجهادًا منخفض الدورة من كل نقطة توقف، وإجهادًا عالي الدورة من تمرير الشفرة، وحمل طرد مركزي ثابت. يمكن أن تنتج عملية الصب شكلًا معقدًا بالقرب من الشبكة، لكن حبيباتها الخشنة ومتساوية المحاور ومسامية الانكماش المحتملة هي نقاط ضعف للتعب وقابلية الفحص بالموجات فوق الصوتية. يعمل تزوير القالب المفتوح والقالب المغلق على تفكيك البنية التغصنية المصبوبة، وصقل الحبوب، و- من خلال التشوه المتحكم فيه - توجيه تدفق الحبوب حول الحافة والتجويف حيث يكون الضغط أعلى. إن بنية الحبوب التي تم تشغيلها هي أيضًا ما يجعل اختبار الموجات فوق الصوتية اللاحق ذا معنى: فالتزوير النظيف يعطي أثر UT نظيفًا وقابلاً للقراءة.

إن قطع اللوحة أو الشريط حسب الشكل يخسر في كلتا الحالتين: فالحبيبات تمر بشكل مستقيم عبر القسم بدلاً من اتباع الكفاف، ولا يتم العمل على المادة بالطريقة التي يتم بها الحدادة. بالنسبة للأجهزة الثابتة ذات الضغط المنخفض مثل الأغلفة والقنوات، تظل اللوحة والصفائح شائعة - راجع ملاحظاتنا حولهاستيلوي إكسوإنكونيل 625في القسم الساخن

ما هي سبائك النيكل الفائقة المستخدمة في المطروقات لتوربينات الغاز؟

تنقسم عائلة تشكيل التوربينات إلى سبائك قرص/عمود مقواة بالترسيب (Inconel 718، Waspaloy، Rene 41، X-750، 706، Incoloy 901) وسبائك الاحتراق/العلبة ذات المحلول الصلب (Inconel 625، Hastelloy X) - كل منها مطابق لنطاق درجة الحرارة وجزء.

تستخدم الأجزاء الدوارة التي تحتاج إلى قوة عالية عند درجة الحرارة سبائك النيكل المقواة بالترسيب جاما برايم (جاما) أو جاما مزدوج برايم (جاما). تستخدم الأجزاء الهيكلية والأجزاء الساخنة التي تحتاج إلى قابلية التشكيل ومقاومة الأكسدة والقوة المعتدلة سبائك ذات محلول صلب. يقوم الجدول بتجميع درجات الحدادة الشائعة حسب الوظيفة التي يقومون بها.

درجات تزوير سبائك النيكل الفائقة المستخدمة في توربينات الغاز

ما الذي يجعل Inconel 718 السبيكة ذات القرص التوربيني هي العمود الفقري للعمل؟

يكتسب Inconel 718 مكانته لأن راسب غاما المزدوج الأولي يعطي قوة عالية جدًا ولكنه يتشكل ببطء، وبالتالي يتم لحام السبيكة دون تشقق بسبب الإجهاد وتتقادم بشكل موحد من خلال المقاطع السميكة - وهو بالضبط ما يحتاجه القرص أو العمود الكبير.

718 عبارة عن سبيكة فائقة Ni-Cr-Fe-Nb-Mo، UNS N07718 (W.Nr 2.4668)، مع ما يقرب من 50-55% نيكل، 17-21% كروم، حديد كتوازن، 4.75-5.50% نيوبيوم بالإضافة إلى التنتالوم، 2.80-3.30% موليبدينوم، 0.65-1.15% التيتانيوم و0.20-0.80% ألومنيوم؛ الحد الأقصى للكربون هو 0.08٪. قوتها تأتي بشكل رئيسي من الطور الأولي المزدوج لجاما رباعي الزوايا المتمحور حول الجسم Ni3Nb، مع مساهمة جاما أصغر (Ni3(Al,Ti)). الكثافة 8.19 جم/سم3.

في الحالة المعالجة بالمحلول والشيخوخة، يصل 718 إلى الحد الأدنى من قوة الشد البالغة 1276 ميجا باسكال (185 كيلو بوصة مربعة) وإنتاجية 0.2% تبلغ 1034 ميجا باسكال (150 كيلو بوصة مربعة) مع استطالة لا تقل عن 12% (AMS 5662)، كما أنها تحمل قوة مفيدة من درجات الحرارة المبردة حتى حوالي 650 درجة مئوية (1200 درجة فهرنهايت) متواصلة، مع قدرة قصيرة المدى نحو 700 درجة مئوية. (1290 ف). فوق 700 درجة مئوية تقريبًا، يخشن جاما المزدوج الأولي ويتحول إلى مرحلة دلتا غير متماسكة وتفقد السبيكة ميزتها.

بيانات تزوير Inconel 718 (UNS N07718، إلى AMS 5662 / ASTM B637)

نظرًا لأن هطول الأمطار ثنائي جاما بطيء، يمكن لحام 718 في حالة المعالجة بالمحلول وعمره بعد ذلك دون تشقق عصر الإجهاد الذي يؤثر على سبائك جاما الأولية مثل واسبالوي ورينيه 41. إن قابلية اللحام هذه، بالإضافة إلى الاستجابة الموحدة للقسم، هي السبب وراء تحديد 718 من أجهزة رأس البئر إلى المضخات التوربينية الصاروخية، وبالطبع، أقراص وأعمدة التوربينات. انظر لديناخصائص المواد إنكونيل 718الصفحة وإنكونيل 718 في الفضاء الجويللمزيد.

متى يكون Waspaloy هو الخيار الأفضل من 718 للأقراص والأعمدة؟

اختر Waspaloy (UNS N07001) عندما تكون درجة حرارة الجزء أعلى من 620-650 درجة مئوية تقريبًا ويحتاج إلى عمر تمزق زاحف لا يمكن لـ 718 توفيره؛ اختر 718 عندما تحتاج إلى أعلى قوة في درجة حرارة الغرفة وقابلية لحام سهلة أقل من حوالي 650 درجة مئوية.

Waspaloy عبارة عن سبيكة فائقة من النيكل والكروم والكوبالت، ومعززة بأشعة جاما: حوالي 58% نيكل، و18-21% كروم، و12-15% كوبالت، و3.5-5.0% موليبدينوم، و2.75-3.25% تيتانيوم، و1.20-1.60% ألومنيوم، مع حد أقصى للحديد بنسبة 2%. يعطي الكوبالت والموليبدينوم قوة للمحلول الصلب؛ يقوم التيتانيوم والألومنيوم بترسيب جاما برايم Ni3(Al,Ti) الذي يحمل قوة درجات الحرارة العالية. جاما برايم أكثر استقرارًا بكثير من جاما برايم المزدوج الذي يقوي 718، لذلك يحافظ واسبالوي على قوة مفيدة إلى حوالي 650 درجة مئوية (1200 فهرنهايت) في الأجزاء الدوارة وإلى حوالي 870 درجة مئوية (1600 فهرنهايت) في الأجزاء الثابتة ذات الضغط المنخفض، وتتفوق قوة التمزق الزاحف على 718 فوق ما يقرب من 620-650 درجة مئوية.

التجارة ذات شقين. يبلغ الحد الأدنى لمقاومة الشد لـ Waspaloy حوالي 1441 ميجا باسكال (209 كيلو بوصة مربعة) مع إنتاجية 0.2٪ حوالي 1076 ميجا باسكال (156 كيلو بوصة مربعة) - أقل من 718 ميجا باسكال (156 كيلو بوصة مربعة) - كما أن جاما برايم يجعلها عرضة للتشقق الناتج عن الإجهاد، لذا فإن اللحام أصعب. المعالجة الحرارية النموذجية ثلاثية المراحل هي محلول عند حوالي 1080 درجة مئوية (1975 فهرنهايت) لمدة 4 ساعات، بارد بالهواء؛ يستقر عند حوالي 845 درجة مئوية (1550 فهرنهايت) لمدة 4 ساعات، بارد بالهواء؛ ثم تقدم عند حوالي 760 درجة مئوية (1400 فهرنهايت) لمدة 16 ساعة، باردًا بالهواء (تحقق من الدورة الدقيقة مقابل إصدار AMS الحاكم). المواصفات هي ASTM B637 وسلسلة AMS 5704/5706/5708.

Inconel 718 vs Waspaloy للمطروقات التوربينية

كيف تخدم السبائك ذات المحلول الصلب القسم الساخن؟

إن Inconel 625 وHastelloy X ليسا مقواين بمرور الزمن، لذا فهما يستبدلان القوة القصوى بقابلية التشكيل والأكسدة/مقاومة التآكل - وهو بالضبط ما تحتاجه الأغلفة والحلقات والأختام وأجهزة الاحتراق.

يأتي تقوية المحاليل الصلبة من الموليبدينوم والنيوبيوم والكروم المذاب بدلاً من الطور المترسب، لذلك تظل هذه السبائك قابلة للسحب وقابلة للحام ويمكن تشكيلها في أشكال كبيرة أو رفيعة. يعد Inconel 625 (UNS N06625: توازن Ni، 20-23% Cr، 8-10% Mo، 3.15-4.15% Nb) هو الاختيار القياسي للحالات والخواتم والأختام والقنوات التي تصل إلى حوالي 650 درجة مئوية، كما أن مقاومته للكلوريد تعتبر ميزة إضافية في التوربينات البحرية والبحرية.

يحمل Hastelloy X (UNS N06002: توازن Ni، 20.5-23% Cr، 17-20% Fe، 8-10% Mo، 0.2-1.0% W) الاحتراق: البطانات والقنوات الانتقالية وأجهزة الحارق اللاحق حيث تكون مقاومة الأكسدة إلى حوالي 870 درجة مئوية (1600 فهرنهايت) أكثر أهمية من القوة. يتم تغطية مخزون المطروقات والمطروقات بواسطة ASTM B564؛ راجع مطروقات Inconel 625 B564 وصفحات Hastelloy X.

أبعد من النيكل: حيث يحتاج التوربين إلى مقاومة الأكسدة فوق حوالي 900 درجة مئوية، فإن السبائك القائمة على الكوبالت مثل UNS R30188 (الكوبالت والنيكل والكروم والتنغستن مع اللانثانوم) تمتد إلى 980 درجة مئوية (1800 فهرنهايت) للاحتراق وبطانات الانتقال. يتم توفيرها عند الطلب وليس كدرجة مخزون قياسية.

ما هي حدود درجة الحرارة المطبقة على كل سبيكة في خدمة التوربينات؟

"درجة حرارة الخدمة" لطرق التوربينات ليست رقمًا واحدًا - فهي الحد الأدنى لقوة السبيكة عند الضغط وحد أكسدة المكون، وتختلف بعشرات إلى مئات الدرجات بين الأجزاء الدوارة والثابتة.

استخدم الجدول كدليل تخطيط، وليس كقيمة تصميمية. الحد الحاكم للجزء الدوار المجهد هو قوة تمزق الزحف عند إجهاد العمل؛ بالنسبة لبطانة الاحتراق المحملة بخفة فهي أكسدة. تأكد دائمًا من الضغط المسموح به مقابل ورقة بيانات ASME أو OEM الحالية لمعرفة الحالة الدقيقة.

حدود درجة الحرارة المستمرة مقابل المدى القصير لسبائك تزوير التوربينات

كيف يختلف راسب التقوية بين 718 وسبائك جاما الأولية؟

تم تقوية 718 بواسطة جاما مزدوج أولي (Ni3Nb)، والذي يتشكل ببطء ويعطي قابلية لحام جيدة؛ تم تقوية Waspaloy وRene 41 وX-750 بواسطة جاما برايم (Ni3(Al,Ti))، وهو أكثر استقرارًا في درجة الحرارة ولكنه يجعل اللحام والإصلاح أكثر صعوبة.

جاما المزدوج هو مرحلة مرتبة رباعية الأضلاع مركزها الجسم. نظرًا لأنها تتنوى وتنمو ببطء، يمكن لحام المطروقة 718 في الحالة المعالجة بالمحلول الناعم ثم تعتيقها إلى القوة الكاملة دون التشقق بين الحبيبات الذي تعاني منه سبائك جاما الأولية أثناء شيخوخة ما بعد اللحام (تكسير عصر الانفعال). على النقيض من ذلك، فإن سبائك جاما الأولية متماسكة ومستقرة للغاية عند درجة الحرارة، وهذا هو السبب في أن سبائك جاما الأولية تدوم أكثر من 718 درجة في الزحف والتمزق فوق حوالي 620-650 درجة مئوية - لكن نوافذ اللحام الخاصة بها ضيقة والإصلاحات تحتاج إلى تحكم حراري دقيق. إن نوع الراسب، وليس محتوى النيكل، هو ما يحدد سقف درجة الحرارة ومسار التصنيع.

ما هي عملية الحدادة التي تحول قطعة الخام إلى قرص توربيني؟

يتم تصنيع أقراص التوربينات عن طريق تزوير القالب المفتوح أو المغلق (غالبًا تزوير متساوي الحرارة 718) من قطعة معدنية مصهورة، مع اختيار درجة حرارة الحدادة أسفل محلول الدلتا للحبوب الناعمة أو فوقها للحبوب الخشنة - اختيار متعمد، وليس حادث.

نقطة البداية هي VIM+ESR (أو VIM+ESR+VAR ثلاثي الذوبان) الذي تم توثيق كيميائه ونظافته بالحرارة. يتم تسخين المادة الخام وتشغيلها - قالب مفتوح للحلقات والكتل والتشكيلات؛ تزوير القالب المغلق (والمتساوي الحرارة بشكل متزايد) للأقراص القريبة من الشبكة مما يقلل من مخزون المعالجة. بالنسبة لـ 718، تبلغ درجة حرارة نافذة الحدادة تقريبًا 950-1150 درجة مئوية (1750-2100 فهرنهايت)؛ عادة ما يتم تشكيل أقراص التوربينات بالقرب من 1000-1025 درجة مئوية.

عنصر التحكم الرئيسي هو تزوير المذيبات الفرعية مقابل المذيبات الفائقة. يوفر التشكيل أسفل محلول الدلتا (Ni3Nb) بنية حبيبية دقيقة مُعاد بلورتها تتميز بقوة عالية، وليونة، وعمر دورة حياة منخفض - وهو الاختيار لمعظم الأقراص البالغ عددها 718 قرصًا. يمنح التزوير فوق المذيب بنية حبيبية خشنة تستبدل بعض القوة من أجل حياة أفضل للزحف/التمزق ونمو أبطأ لشقوق التعب المسكن، وتستخدم حيث يحكم الزحف طويل المدى. يتم التحقق من حجم الحبوب الذي تحدده العملية لاحقًا وفقًا لمعيار ASTM E112 وهو جزء من سجل قبول المطروقة.

تعتبر نسبة الشراء إلى الطيران هي المحرك الهادئ للتكلفة. يمكن أن يكون للقرص 718 متساوي الحرارة دقة نسبة الشراء إلى الطيران بالقرب من 1.3:1 (خردة صغيرة)، في حين أن التشكيل الكبير المفتوح قد يبدأ عند 4:1 أو أكثر من الخام الذي يتم تصنيعه بعيدًا. تمثل السبائك الفائقة الخام التي تدفع ثمنها ولكنك لا تطير أبدًا جزءًا كبيرًا من سعر القطعة - ولهذا السبب تستحق عملية التزوير القريبة من الشبكة وHIP من المواد المتميزة المتابعة.

ما هي نسبة التخفيض ومتطلبات تدفق الحبوب التي تحتاجها المطروقات التوربينية؟

يعتبر الحد الأدنى لنسبة تقليل الحدادة حوالي 4:1 أمرًا نموذجيًا، ويرتفع إلى 6:1-8:1 للأجزاء الدوارة، ويجب أن يتبع تدفق الحبوب محيط الجزء - يتم التحقق من كلاهما، وليس افتراضهما.

نسبة التخفيض هي نسبة المقطع العرضي الأولي إلى المقطع العرضي النهائي. ويجب أن تكون عالية بما يكفي لإغلاق مسامية الصب وتكسير البنية التغصنية للسبائك؛ الحد الأدنى الشائع هو 4:1، ويتم تحديد الأجزاء الدوارة في الفضاء الجوي بشكل متكرر بنسبة 6:1 إلى 8:1. لكن التخفيض وحده لا يكفي: يجب أن يضع اتجاه العمل تدفق الحبوب على طول مسار الإجهاد. يجب أن تظهر حافة القرص المحملة بشد الطوق تدفقًا محيطيًا للحبوب؛ يجب أن يُظهر العمود في حالة الالتواء والانحناء التدفق المحوري. إن الماكرويتش (انظر أدناه) هو الدليل.

• الحد الأدنى للتخفيض: حوالي 4:1 نموذجيًا؛ 6:1-8:1 للأقراص والأعمدة الدوارة.
• تدفق الحبوب: يجب أن يتبع محيط الجزء، ولا يمر عبره بشكل مستقيم.
• البنية التغصنية: مفككة بالكامل، مع عدم وجود انفصال أو نطاقات في خط الوسط.
• حجم الحبوب: يتم التحكم فيه والتحقق منه وفقًا لمتطلبات ASTM E112 الحاكمة.
• طرق متعدد الاتجاهات: يستخدم للأشكال المعقدة لمحاذاة التدفق في أكثر من اتجاه.

ما هي المعالجات الحرارية المحددة للمطروقات التوربينية المتصلبة بالترسيب؟

يتم تزويد المطروقات التوربينية المقوية بالترسيب بمحلول معالج (وبالنسبة للسبائك القرصية، يتم مضاعفة عمرها إلى الدورة AMS/B637)؛ تتم كتابة درجات الحرارة ودرجات الحرارة الدقيقة في مواصفات الشراء ويتم تسجيلها على مخطط المعالجة الحرارية.

يتم عادةً تسليم محلول 718 معالجًا عند درجة حرارة 925-1010 مئوية (1700-1850 فهرنهايت)، مبردًا بالهواء أو بشكل أسرع، ثم يتضاعف عمره: 720 درجة مئوية (1325 فهرنهايت) لمدة 8 ساعات، ويتم تبريده بالفرن إلى 620 درجة مئوية (1150 فهرنهايت) ويتم الاحتفاظ به لمدة إجمالية تبلغ 18 ساعة، ثم يتم تبريده بالهواء. يستخدم Waspaloy تسلسل عمر الحل لتحقيق الاستقرار كما هو موضح أعلاه. يتم رسم دورة فرن المعالجة الحرارية والاحتفاظ بها كجزء من سجل الجودة، ومن المتوقع أن تحمل العمليات الخاصة مثل المعالجة الحرارية اعتماد NADCAP للأجزاء الحرجة للطيران. الإفراط في التعتيق أو الحل خارج النافذة يمكن أن يحرك حجم الحبوب ويعجل بالتوزيع بدرجة كافية للفشل في الاختبارات الميكانيكية، وبالتالي فإن الدورة غير قابلة للتفاوض.

ما هي مواصفات ASTM وAMS التي تحكم هذه المطروقات؟

ASTM B637 يحكم قضبان سبائك النيكل المقوية بالترسيب والمطروقات ومخزون المطروقات (718، X-750، 706، Waspaloy وما شابه)؛ يحكم ASTM B564 عائلة المطروقات من سبائك النيكل الأوسع (625، 600، 825، X-750، 718، C-276 وغيرها). تحدد إصدارات AMS التفاصيل الدقيقة للمعالجة الحرارية والاختبار.

لا يعد تحديد درجة ASTM وحده كافيًا - حيث يحدد إصدار AMS أو OEM درجة الحرارة ودورة المعالجة الحرارية واختبارات القبول. الإطلاقات الأكثر استخدامًا للمطروقات التوربينية مذكورة أدناه؛ تحتوي صفحات الشفاه Inconel 718 ASTM B637 وInconel 718 B564 الخاصة بنا على تفاصيل مستوى الصف.

المواصفات الرئيسية للمطروقات من سبائك توربينات الغاز

ما هي الاختبارات غير المدمرة الإلزامية للمطروقات التوربينية؟

تخضع عملية تشكيل التوربينات الحرجة للطيران أو الطاقة إلى اختبار حجمي بنسبة 100% بالموجات فوق الصوتية، واختبار اختراق السطح أو الجسيمات المغناطيسية، وحفر ماكرو لإثبات تدفق الحبوب - كل منها إلى فئة قبول محددة.

لا يوجد اختبار واحد يرى كل شيء: السطح النظيف لا يثبت السلامة الداخلية، ولا يثبت UT النظيف مخزون الآلات أو حالة السطح. الطبقات الثلاث متكاملة. يعيّن الجدول كل اختبار وفقًا لمعاييره المعتادة للمطروقات من السبائك الفائقة.

مكدس اختبار غير مدمر للمطروقات التوربينية

إن اجتياز اختبار السطح لا يثبت السلامة الداخلية، كما أن اختبار UT لا يثبت مخزون الآلات. غالبًا ما يكون أرخص عرض أسعار هو الذي يتجاهل الفحص الذي من شأنه اكتشاف العيب الذي يخفيه السعر بالفعل - لذا قم بتسمية فئة القبول، وليس فقط "تم اختباره بواسطة UT".

كيف يتم التحقق من تدفق الحبوب ولماذا يهم التعب؟

يتم التحقق من تدفق الحبوب من خلال رسم ماكرو لقسم تمثيلي، وهذا مهم لأن شقوق الكلال تتبع المسار الأقل مقاومة - حيث يوجه تدفق الحبوب الذي يتبع الكفاف الشقوق بعيدًا عن السطح عالي الضغط.

يقوم الماكرويتش (ASTM E381 للمطروقات، ASTM E340 عمومًا) بإذابة مقطع عرضي مُجهز للكشف عن نمط الحبوب المشوه. يوضح التقرير ما إذا كانت خطوط التدفق تغطي حافة القرص، أو تعمل بشكل محوري على طول العمود، أو تقطع بشكل مستقيم عبر ميزة مهمة. عندما ينقطع التدفق أو يسير بشكل عرضي للإجهاد، يصبح هذا الموقع هو المرشح لبدء التعب. ولهذا السبب فإن رسم الحدادة - وليس فقط الكيمياء - يحدد اتجاه التدفق المطلوب، ويعتبر الرسم الماكرو دليل على أن الحدادة تلبي هذا الاتجاه.

ما هي ممارسة الذوبان المطلوبة للمطروقات ذات الجودة الفائقة في مجال الطيران؟

تبدأ المطروقات التوربينية ذات الجودة الفضائية من ذوبان الحث الفراغي بالإضافة إلى إعادة صهر الخبث الكهربائي (VIM + ESR)، وعادة ما تكون الأجزاء الدوارة ذات ذوبان ثلاثي (VIM + ESR + VAR)؛ يمكن تتبع مسار الذوبان من الجزء النهائي إلى الحرارة.

إعادة الصهر هي ما يمنح المطروقات المصنوعة من السبائك الفائقة نظافتها وتحررها من الفصل المركزي والشوائب الصلبة التي من شأنها أن تؤدي إلى نواة شقوق التعب. يتحكم الصهر بالحث الفراغي في الكيمياء والغازات الذائبة؛ تعمل إعادة صهر الخبث الكهربائي على تحسين بنية السبائك؛ تعمل إعادة صهر القوس الفراغي (خطوة VAR في الذوبان الثلاثي) على تشديد التوحيد التركيبي على طول السبيكة. ينتقل رقم الحرارة مع الخامة والتزوير وكل قسيمة اختبار، لذلك يمكن تتبع النتيجة المشبوهة إلى الذوبان الدقيق. تغطي نظرة عامة على سبائك النيكل الفئات التي تخدمها ممارسة الصهر هذه.

ما هي العيوب التي يمكن أن تظهر في المطروقات من السبائك الفائقة وكيف يمكن الوقاية منها؟

العيوب المهمة في المطروقات التوربينية هي اللفات والطيات، والشقوق الصغيرة بمعدل الانفعال، والفصل والربط، ورقائق الهيدروجين (البقع البيضاء) والشوائب - كل منها يمكن الوقاية منه عن طريق نسبة التخفيض والتحكم في درجة الحرارة والفحص.

السبائك الفائقة لا ترحم: فهي تحافظ على قوتها عند درجة حرارة الحدادة، ولها نافذة عمل ضيقة، كما أنها حساسة لمعدل الإجهاد، لذا فإن درجة الحرارة أو التدرج الخاطئة تسبب تشققات دقيقة. يمكن أن تحمل السبائك انفصالًا مركزيًا، وفي أجزاء كبيرة، رقائق الهيدروجين - شقوق داخلية صغيرة قد تنجو من التصنيع وتتسبب في فشل مفاجئ. مكدس الوقاية راسخ.

العيوب الشائعة في تزوير التوربينات وضوابطها

ما هي اختبارات الخواص الميكانيكية التي تثبت أن الحدادة تلبي المواصفات؟

ويتم إثبات القبول من خلال اختبارات الشد والصلابة على الأقل، بالإضافة إلى التمزق الإجهادي أو الزحف والتأثير حيث يتطلب العمل، وكلها مأخوذة من موقع واتجاه قسيمة محددين.

يسجل تقرير اختبار المواد خصائص الشد وفقًا لمعيار ASTM E8، والصلابة وفقًا لمعيار ASTM E18، و- بالنسبة للخدمة في درجات الحرارة العالية - بيانات التمزق أو الزحف وفقًا لمعيار ASTM E139 وغالبًا تأثير Charpy وفقًا لمعيار ASTM E23. والأهم من ذلك، أنه يتم أخذ القسيمة في الاتجاه ومن الموقع وأسماء المواصفات (غالبًا ما تكون امتدادًا للتزوير)، وبالتالي فإن الأرقام تمثل الجزء، وليس قطعًا مناسبًا. تم الإبلاغ عن حجم الحبوب وفقًا لمعيار ASTM E112 والكيمياء للحرارة وفقًا لمعيار ASTM E1473. يتم رفض المطروق الذي يجتاز الكيمياء ولكنه يفشل في الشد الموجه - فالاختبار هو الدليل وليس الشهادة وحدها.

• الشد: ASTM E8 (النهائي، الإنتاجية، الاستطالة).
• الصلابة: ASTM E18 (غالبًا ما يستخدم للتحقق من المعالجة الحرارية).
• تمزق/زحف الإجهاد: ASTM E139 (واجب درجات الحرارة العالية).
• التأثير: ASTM E23 (حالات درجات الحرارة المنخفضة أو حالات تحمل العيوب).
• حجم الحبوب: ASTM E112 (خاص بالقسيمة).
• الكيمياء: ASTM E1473 / الطيفي، للحرارة.

كيف يتم التعامل مع إمكانية التتبع والتوثيق للمطروقات التوربينية؟

يتم إثبات تزوير التوربينات الفضائية من خلال الأوراق بقدر ما يتم إثباته من خلال المعدن - تقرير اختبار المواد EN 10204 3.1 مع إمكانية تتبع الرقم الحراري، وشهادة المطابقة، وفحص المادة الأولى، وسجلات NADCAP.

تحدد حزمة الوثائق كل متغير يمكن أن يدمر جزءًا بصمت: هوية المخزون الأولي وطريق الذوبان، وتسلسل التشوه، والتحكم الحراري، ومخططات المعالجة الحرارية، والاستقامة، وتكييف السطح، ونتائج الاختبارات غير التدميرية وأدلة الاختبار. تقوم NADCAP (التي يديرها معهد مراجعة الأداء) بمراجعة العمليات الخاصة مثل المعالجة الحرارية والاختبارات غير التدميرية وفقًا لمتطلبات الفضاء الجوي، وتكون نتائج التدقيق علنية. يجب على المشتري أن يتوقع، على الأقل، تقرير منتصف المدة، ومدونة قواعد السلوك (COC)، وتقرير فحص المادة الأولى مدعومًا بمخططات المعالجة الحرارية وتقارير الاختبارات غير التدميرية.

• تقرير اختبار المواد (MTR) مع إمكانية تتبع الرقم الحراري - EN 10204 3.1 (3.2 مع الشاهد).
• شهادة المطابقة (COC).
• فحص المادة الأولى (FAI) للتصميمات الجديدة.
• توضح مخططات المعالجة الحرارية دورات الفرن الفعلية.
• تقارير NDT مع معايير القبول والنتائج.
• اعتماد NADCAP للمعالجة الحرارية وNDT حيث يكون الطيران بالغ الأهمية.

ما هي المستندات عالية الجودة التي يجب على المشتري أن يطلبها في طلب عرض الأسعار؟

اكتب الدرجة والجزء ومسار التحميل وطريق الذوبان ونسبة التخفيض واتجاه تدفق الحبوب وحالة المعالجة الحرارية ونطاق الاختبارات غير التدميرية والوثائق في طلب عرض الأسعار - ثم تحقق من المقالة الأولى قبل إطلاق الإنتاج.

تؤدي دعوة "Inconel Forging" الغامضة إلى إنتاج شريط يبدو صحيحًا ويفشل لاحقًا. قائمة المراجعة أدناه هي نفس القائمة التي يستخدمها صانع المعدات الأصلية للتوربينات؛ تم إعادة إنتاجه كإجراء تدريجي بحيث يمكن نسخه مباشرة في طلب عرض الأسعار.

الخطوة 1. قم بتسمية الدرجة الدقيقة ومواصفات المنتج:لا تكتب "إنكونيل". حدد Inconel 718 إلى AMS 5662 أو AMS 5663، أو Waspaloy إلى AMS 5708 - الدرجة ومواصفات الإصدار تقرر كل اختبار نهائي.

الخطوة 2. اذكر الجزء ومسار التحميل ودرجة حرارة التشغيل:يرى كل من القرص أو العمود أو العلبة أو الختم أو أجهزة الاحتراق ضغطًا ودرجة حرارة مختلفة؛ يحدد الواجب السبيكة واتجاه تدفق الحبوب الذي يجب أن يتبعه الحدادة.

الخطوة 3. حدد مسار الذوبان:اذكر VIM+ESR للخدمة العامة أو VIM+ESR+VAR (الذوبان الثلاثي) للأجزاء الدوارة، وتتطلب إمكانية تتبع رقم الحرارة مرة أخرى إلى الذوبان الأصلي.

الخطوة 4. ضبط نسبة تخفيض الحدادة واتجاه تدفق الحبوب:اطلب الحد الأدنى من التخفيض بنسبة 4:1 (6:1-8:1 للأجزاء الدوارة) والمخطط الذي يجب أن يتبعه تدفق الحبوب؛ وهذا ما يجب أن يثبته تقرير الماكرويتش.

الخطوة 5. تحديد حالة المعالجة الحرارية:قم بتسمية حالة التسليم - تمت معالجة المحلول، أو تمت معالجة المحلول وعمره إلى دورة AMS/B637 - ومن يقوم بتنفيذه والمصادقة عليه.

الخطوة 6. قم بتعيين نطاق NDT وفئة القبول:يتطلب اختبار الموجات فوق الصوتية بنسبة 100% وفقًا لمعايير AMS 2154 Class AA (أو ASTM A388 / E2375)، أو PT السطحي (ASTM E165) أو MT (ASTM E1444)، وقياس ماكرو لكل ASTM E381 / E340؛ قم بتسمية مستوى القبول لكل منها.

الخطوة 7. اطلب حزمة الوثائق:اطلب شهادة EN 10204 3.1 MTR، وشهادة المطابقة، وتقرير فحص المادة الأولى، ومخططات المعالجة الحرارية، وتقارير NDT، مع اعتماد NADCAP للعمليات الخاصة حيث يكون الجزء ضروريًا للطيران.

كيف يمكنك اختيار السبيكة والمواصفات المناسبة لجزء توربيني معين؟

اختر السبيكة حسب نطاق درجة الحرارة والحمل - 718 للأقراص/الأعمدة العامة حتى 650 درجة مئوية، أو Waspaloy أو Rene 41 حيث يحكم الزحف فوق 650 درجة مئوية، أو 625 أو Hastelloy X للحالات وجهاز الاحتراق - ثم قم بتسمية درجة ASTM وإصدار AMS، وليس فقط الاسم التجاري.

القرار عبارة عن تطابق ثلاثي بين درجة الحرارة والضغط وقابلية التصنيع. أقل من حوالي 650 درجة مئوية مع احتياجات عالية القوة وقابلية اللحام، 718 هو الافتراضي. عندما يحكم الزحف فوق 620-650 درجة مئوية الجزء الدوار، انتقل إلى Waspaloy، وبالنسبة للألواح/المطروقات المجهدة الأكثر سخونة إلى Rene 41.

تستخدم العلب والخواتم والأختام والقنوات المحلول الصلب 625؛ تستخدم بطانات الاحتراق Hastelloy X. ثم يتحول كل اختيار إلى مواصفات: 718 إلى ASTM B637 / AMS 5662، Waspaloy إلى ASTM B637 / AMS 5708، وما إلى ذلك. تدرج صفحات عائلة Inconel وHastelloy الخاصة بنا درجات المخزون وراء هذه الاختيارات.

دليل اختيار السبائك حسب جزء التوربين

ما هي عوامل التكلفة والمدة الزمنية للمطروقات التوربينية فائقة السبائك؟

يتم تحديد سعر تزوير التوربين من خلال علاوة السبائك، ونسبة الشراء إلى الطيران، وطريق الصهر، ونطاق الاختبارات غير التدميرية والأدوات - وليس من خلال سعر شريط الكيلوجرام الواحد.

تكلف سبائك النيكل الفائقة عدة مرات أكثر من تكلفة الكربون أو الفولاذ المقاوم للصدأ، وبالتالي فإن الكتلة التي تدفع ثمنها ولكنك لا تطير أبدًا تهيمن على التكلفة. يضيف الذوبان الثلاثي، و100% من الفئة AA UT، وتقنية الماكرويتش وحزمة الوثائق الكاملة تكلفة حقيقية ولكنها دليل على أن الجزء مؤهل. مكدسات زمنية من ذوبان الخامات، وعمليات إعادة تسخين الحدادة، والمعالجة الحرارية، والاختبارات غير التدميرية، مع قالب مغلق أو أدوات متساوية الحرارة في الأعلى - خطط لأسابيع إلى أشهر، لفترة أطول للأجزاء الكبيرة أو الحرجة للطيران. إن الشراء وفقًا لمواصفات محكمة وصحيحة وطريق قريب من الشبكة هو ما يتحكم فعليًا في التكلفة والجدول الزمني.

للمقارنة مع عالم المنتجات المطروقة، فإن صفحات تجهيزات الأنابيب المطروقة ASME B16.11 الخاصة بنا تغطي المكونات الأصغر المطروقة، وتغطي صفحات Incoloy 800H / 800HT الخاصة بنا السبائك المطاوع ذات درجة الحرارة العالية المستخدمة في المناطق الأكثر دفئًا والأقل ضغطًا بالماكينة.

الأسئلة المتداولة

الأكثر شيوعًا هي أقراص Inconel 718 والأعمدة والشفرات والأختام والخواتم؛ أقراص وأعمدة دوارة Waspaloy وRene 41 للأقسام الأكثر سخونة؛ شفرات ومسامير وزنبركات إنكونيل X-750؛ وعلب Inconel 625 الصلبة والحلقات والأختام بالإضافة إلى بطانات الاحتراق Hastelloy X والقنوات الانتقالية. راجع Inconel 718 وHastelloy X للحصول على تفاصيل الدرجة.

ما هو الفرق بين Inconel 718 وWaspaloy للمطروقات؟

تم تقوية 718 بواسطة جاما مزدوج (Ni3Nb) ويعطي أعلى قوة في درجة حرارة الغرفة وسهولة اللحام إلى حوالي 650 درجة مئوية؛ Waspaloy هو عبارة عن مادة جاما أولية (Ni3(Al,Ti)) معززة وتحافظ على قوة التمزق الزحف فوق ما يقرب من 620-650 درجة مئوية، إلى 870 درجة مئوية للأجزاء الثابتة، ولكن من الصعب لحامها. كلاهما مشمول بـ ASTM B637.

ما هي درجة الحرارة التي يمكن أن تتحملها توربينات Inconel 718؟

يُستخدم Inconel 718 بشكل مستمر حتى درجة حرارة 650 درجة مئوية (1200 درجة فهرنهايت) ولفترات قصيرة حتى درجة حرارة 700 درجة مئوية (1290 درجة فهرنهايت). فوق 700 درجة مئوية تقريبًا، يخشن راسب جاما المزدوج ويتحول إلى طور دلتا وتفقد السبيكة ميزة قوتها.

ما الذي يغطيه ASTM B637؟

ASTM B637 هي مواصفات قضبان سبائك النيكل المقوية بالترسيب والمطروقات ومخزون المطروقات للخدمة في درجات الحرارة العالية - بما في ذلك Inconel 718 وX-750 و706 وWaspaloy. تحدد إصدارات AMS المصاحبة (على سبيل المثال AMS 5662 لـ 718 وAMS 5708 لـ Waspaloy) تفاصيل المعالجة الحرارية والاختبار الدقيقة.

ما الذي يغطيه ASTM B564؟

يغطي ASTM B564 مطروقات سبائك النيكل على نطاق أوسع - Inconel 625 و600 وX-750 وHastelloy X وC-276 وIncoloy 825 وMonel 400 وغيرها - للخدمة العامة المقاومة للتآكل والحرارة. إنها المواصفات المعتادة لمخزون تزوير التوربينات ذات المحلول الصلب والمطروقات.

ما أهمية تدفق الحبوب في تزوير قرص التوربين؟

تتبع شقوق التعب المسار الأقل مقاومة، لذا فإن تدفق الحبوب الذي يتبع محيط القرص يوجه الشقوق بعيدًا عن السطح عالي الضغط. إن الماكرويتش وفقًا لمعيار ASTM E381 / E340 هو دليل على أن التدفق يطابق الرسم، وأن اتجاه التدفق محدد على الحدادة، وليس مفترضًا.

ما هي نسبة التخفيض اللازمة لتزوير التوربينات؟

يعد الحد الأدنى من تقليل الحدادة حوالي 4:1 أمرًا نموذجيًا، ويتم تحديد الأجزاء الدوارة مثل الأقراص والأعمدة بشكل شائع بنسبة 6:1 إلى 8:1 لتفكيك البنية التغصنية المصبوبة وإغلاق المسامية.

ما هو تزوير المذيبات الفرعية مقابل تزوير المذيبات الفائقة؟

إن تزوير 718 أسفل محلول الدلتا (Ni3Nb) يعطي حبيبات دقيقة معاد بلورتها ذات قوة عالية وحياة جيدة منخفضة دورة التعب؛ إن التزوير فوق المذيب يعطي حبيبات خشنة ذات عمر زحف/تمزق أفضل ونمو أبطأ لشقوق التعب المسكن. يتم الاختيار بشكل متعمد ويتم التحقق من حجم الحبوب الناتج وفقًا لمعيار ASTM E112.

ما هي الاختبارات غير المدمرة المطلوبة للمطروقات التوربينية؟

تخضع عملية الحدادة الحرجة للطيران أو الطاقة إلى اختبار حجمي 100% بالموجات فوق الصوتية (AMS 2154 Class AA، أو ASTM A388 / ASTM E2375)، أو اختبار اختراق السطح (ASTM E165) أو اختبار الجسيمات المغناطيسية (ASTM E1444)، واختبار ماكروتش (ASTM E381 / E340) لإثبات تدفق الحبوب. لا يوجد اختبار واحد يرى كل شيء، وبالتالي فإن الطبقات متكاملة.

ما هو AMS 2154 فئة AA؟

AMS 2154 هي مواصفات الفضاء الجوي للفحص بالموجات فوق الصوتية للمعادن المطاوع؛ الفئة AA هي مستوى القبول الأكثر صرامة، وتستخدم للأجزاء الدوارة المتميزة مثل أقراص التوربينات والأعمدة حيث تكون السلامة الداخلية أمرًا بالغ الأهمية.

ما هي ممارسة الذوبان المستخدمة في المطروقات فائقة السبائك الفضائية؟

تبدأ المطروقات ذات الجودة الفضائية من الصهر بالحث الفراغي بالإضافة إلى إعادة الصهر بالكهرباء (VIM+ESR)؛ عادة ما تكون الأجزاء الدوارة مصهورة ثلاث مرات (VIM+ESR+VAR). يتتبع رقم الحرارة الجزء النهائي إلى الذوبان الأصلي.

لماذا يصعب تشكيل المطروقات المصنوعة من السبائك الفائقة؟

إنها تحتفظ بالقوة عند درجة حرارة الحدادة، ولها نافذة عمل ضيقة، كما أنها حساسة لمعدل الإجهاد، لذا فإن درجة الحرارة الخاطئة أو التدرج يؤدي إلى حدوث تشققات صغيرة. إن التحكم في التسخين والانحدار والتخفيض هو ما يجعل عملية تزوير نظيفة.

ما هي المستندات التي يجب أن تتضمنها شحنة تزوير التوربينات؟

على الأقل تقرير اختبار المواد EN 10204 3.1 مع إمكانية تتبع رقم الحرارة، وشهادة المطابقة، وفحص المادة الأولى، ومخططات المعالجة الحرارية، وتقارير NDT؛ من المتوقع الحصول على اعتماد NADCAP للعمليات الخاصة المتعلقة بالطيران.

هل إنكونيل 718 قابل للحام؟

نعم - أفضل من معظم السبائك الفائقة عالية القوة. يتشكل راسب غاما المزدوج الأولي ببطء، لذا يمكن لحام 718 في الحالة المعالجة بالمحلول وتعتيقه بعد ذلك دون التشقق الناتج عن عصر الإجهاد الذي يؤثر على سبائك جاما الأولية مثل Waspaloy وRene 41.

هل يمكن تصنيع Hastelloy X لأجزاء التوربينات؟

نعم. تم تصميم Hastelloy X (UNS N06002) لبطانات الاحتراق والقنوات الانتقالية والحلقات وأجهزة الحارق اللاحق حيث تكون مقاومة الأكسدة إلى حوالي 870 درجة مئوية (1600 فهرنهايت) أكثر أهمية من قوة الذروة. يتم تغطية المطروقات بواسطة ASTM B564؛ انظر هاستيلوي X.

ما هي نسبة الشراء مقابل الطيران وما أهميتها؟

الشراء للطيران هو نسبة كتلة الخام الخام إلى كتلة الجزء النهائي. يمكن أن يصل تزوير متساوي الحرارة لـ 718 إلى حوالي 1.3: 1، في حين أن التشكيل الكبير المفتوح قد يبدأ أعلى من 4: 1؛ إن السبائك الفائقة التي تدفع ثمنها ولكنك لا تطير أبدًا تمثل جزءًا كبيرًا من تكلفة الجزء، لذا فإن الطرق القريبة من الشبكة وHIP من المواد المتميزة تستحق المتابعة.

ما المدة التي يستغرقها تصنيع التوربينات فائقة السبائك؟

مداخن زمنية من ذوبان الخامات، وإعادة تسخين الحدادة، والمعالجة الحرارية، والاختبارات غير التدميرية، مع قالب مغلق أو أدوات متساوية الحرارة في الأعلى - عادة من أسابيع إلى أشهر، وأطول بالنسبة للأجزاء الكبيرة أو الحرجة للطيران. إن المواصفات الدقيقة والصحيحة والطريق القريب من الشبكة هما جدول التحكم.

هل تحتاج المطروقات التوربينية إلى ضغط متساوي الضغط الساخن (HIP)؟

يتم استخدام HIP في المطروقات المتميزة والأشكال القريبة من الشبكة لإغلاق المسامية الداخلية وتحسين التعب وقابلية الفحص، وهو أمر شائع بالنسبة للأجزاء الدوارة المهمة؛ يتم تحديد ما إذا كان ذلك مطلوبًا من خلال مواصفات الشراء وفئة قبول NDT.