Inconel 718 vs Waspaloy: Nikkelin superseosvalinta turbiinilevysovelluksiin

Mitä ovat Inconel 718 ja Waspaloy, ja miten niiden vahvistusmekanismit eroavat?

Molemmat seokset ovat saostus-karkaistuja nikkeli-superseoksia, mutta niiden lujuus kehittyy eri metallien välisistä faaseista: Inconel 718:n niobipitoisuus muodostaa gamma-kaksois-prime (Ni3Nb), metastabiilin rungon-keskittyneen- alumiinin ja tetrapalo-tiinifaasin. muodostaa klassisen gamma-prime:n (Ni3(Al,Ti)), lämpöstabiilin pinnan-keskittyneen-kuutiofaasin -, ja tämä yksittäinen kemiallinen ero on suurin syy lähes kaikille muille tässä artikkelissa käsitellyille eroille.

Lähde: Special Metals Corporationin nimelliskoostumustiedot INCONEL-lejeeringille 718 ja Waspaloy tekniset tiedotteet (SMC-045 ja SMC-011).

Näkyvin kemiallinen ero on Waspaloyn huomattava kobolttipitoisuus (12-15 %) verrattuna 718:n olennaiseen koboltin puuttumiseen (maksimi 1 %) - koboltti nostaa lämpötilaa, jossa gamma-prime pysyy vakaana ja hidastaa sen karkenemista, mikä on osa sitä, miksi Waspaloy kestää paremmin kobolttia.

Niobiumin puuttuminen Waspaloysta ja vastaava merkittävä alumiinin ja titaanin puuttuminen 718:ssa on toinen määrittävä jako: 718 suunniteltiin tarkoituksella gamma{2}}double--prime:n ympärille erityisesti siksi, että tämä faasi muodostuu hitaammin ikääntymisen aikana, mikä (kuten myöhemmissä osissa selitetään) on erinomainen lähde718.

Millä seoksella on korkeampi maksimikäyttölämpötila turbiinilevysovelluksissa?

Rako on pienempi kuin tavallisesti oletetaan turbiinikiekkojen tapauksessa: Special Metalsin oma Inconel 718 -kirjallisuus kertoo, että seos pysyy jatkuvasti käyttökelpoisena noin 704 asteeseen (1 300 astetta F), kun taas sen oma Waspaloy-kirjallisuus rajoittaa kriittisiä pyöriviä sovelluksia - tarkan luokan turbiinikiekot putoavat {6,50 asteeseen (1,500 astetta). Waspaloyn korkeampi, usein -lainattu 870 astetta (1 600 astetta F) katto erityisesti muihin, vähemmän vaativiin, ei-{13}}pyöriviin sovelluksiin.

Lähde: Special Metals Corporation, INCONEL-seos 718 ja Waspaloy tekniset tiedotteet (SMC-045 ja SMC-011).

Tämä on todella hyödyllinen korjaus yleiseen liialliseen yksinkertaistukseen. Suuri osa näitä kahta metalliseosta vertailevasta toissijaisesta kirjallisuudesta väittää selkeästi, että "Waspaloy kestää korkeampia lämpötiloja kuin 718" viitaten 870 asteen lukemaan ilman tarkennetta, jonka mukaan tämä katto koskee ei--pyöriviä laitteistoja, ei turbiini- ja kompressorilevyjä, joista tässä artikkelissa on kyse.

Itse levysovelluksen osalta molempien metalliseosten oma valmistajan kirjallisuus sijoittaa jatkuvan{0}}huoltokaton noin 50 asteen kulmaan toisistaan. Tarkempi ja hyödyllisempi kehystys ei ole "Waspaloy kuumenee paremmin", vaan "Waspaloy säilyttää enemmän lujuutta lämpötila-alueella, jonka molemmat seokset sietävät" -, joka on kahden seuraavan osan aihe.

Miksi Gamma{0}}Prime säilyttää voimansa paremmin kuin Gamma-Double-Prime korkeassa lämpötilassa?

Gamma-double-prime on metastabiili vaihe, joka vähitellen muuttuu ortorombiseksi deltavaiheeksi (myös Ni3Nb, mutta ei--vahvistava) pitkäaikaisen korkean-lämpötilojen aikana, heikentää asteittain 718; gamma-prime ei käy läpi vastaavaa muutosta, vaan sen sijaan yksinkertaisesti karhenee hitaammin, minkä vuoksi gamma{7}}prime-vahvistetut seokset, kuten Waspaloy, tarjoavat yleensä paremman mikrorakenteen vakauden pidennetyssä kohotetussa lämpötilassa.

Tämä ero selittää, miksi 718:n maksimikäyttölämpötilaa kuvataan vaihemuutoskynnyksen avulla, kun taas Waspaloyn lämpötilaa kuvataan enemmän hapettumiskestävyyden ja lyhytaikaisen lujuuden säilymisen kannalta -, molemmat metalliseokset lähestyvät rajojaan aidosti erilaisten vikamekanismien kautta. Se selittää myös, miksi 718:aa ei koskaan tarkoitettu kilpailemaan gamma{5}}prime metalliseosten kanssa kaasuturbiinin kuuman osan kuumimmissa kohdissa; 718:n todellinen kilpailuetu piilee lämpötila-alueella, joka on sen delta-muunnoskynnyksen alapuolella, jossa sen lujuuden, hitsattavuuden ja kustannusten yhdistelmä ylittää vaihtoehtoja, eikä Waspaloyn tai uudempien jauhe-metallimetalliseosten astetta-vertailu{10}}levyn korkeimmalle lämpötilalle.

Miten nämä kaksi metalliseosta verraavat ryömintä- ja{0}}repeämislujuuteen?

Waspaloyn julkaisema 1 000 -tunnin murtolujuus putoaa 89 ksi:stä (615 MPa) 1 200 asteessa F alas 16 ksi:iin (110 MPa) 1 600 asteessa F -, ja koska Special Metalsin oma patentti- ja tuotekirjallisuus laskee erikseen sekä Inconilelin myötölujuus5 että tensilein5. 1 600 asteessa F yleinen suunta on selkeä jopa ilman täydellisesti sovitettua vierekkäistä

Lähde: Special Metals Corporation, tyypilliset viruma-murtumisominaisuudet, Waspaloyn tekninen tiedote SMC-011 (optimaalinen korkean-lämpötilan viruminen ja jännitysmurtuman lämpökäsittely).

Lukijoiden tulee huomioida, että murtolujuus ja veto-/myötölujuus ovat toisiinsa liittyviä, mutta erillisiä ominaisuuksia, joten tätä vertailua tulisi lukea suunnassa eikä täsmällisenä vertailukohtana - asia on, että molemmat luvut, jotka on piirretty kunkin lejeeringin omasta kirjallisuudesta riippumatta, osoittavat samaa suuntaa. Levysuunnittelussa, jossa hallitseva vikatila on viruminen tai jännitys-repeämä jatkuvassa lämpötilassa (vähän -syklin väsymisen tai vetoylikuormituksen sijaan), tämä lujuuden säilyttäminen on vahvin yksittäinen tekninen argumentti Waspaloyn valitsemiselle 718:n sijaan yhteisessä käyttöikkunassa.

Mikä metalliseos on helpompi hitsata ja valmistaa?

Inconel 718 on yksi hitsattavimpia ikääntyvä-karkaistuja nikkelisuperseoksia juuri siksi, että gamma-double-prime muodostuu hitaasti vanhenemisen aikana, mikä mahdollistaa hitsien tekemisen liuos-hehkutetussa tilassa ilman esi-halkeilua; Sitä vastoin Special Metals kuvailee Waspaloya nimenomaisesti materiaaliksi, joka "ei helposti hitsoitavissa erittäin tarkasti valvotuissa olosuhteissa", joka on altis kuuma-lyhyelle käyttäytymiselle ja jännitys-ikääntymishalkeilulle, ja se tulee hitsata vain liuoksessa-käsitellyssä tilassa ja koko komponentti on uudelleen-käsitelty huoltoliuoksella jälkeenpäin.

Tämä on luultavasti suurin yksittäinen käytännön ero näiden kahden metalliseoksen välillä valmistajille ja korjaamoille. Jännitys-ikähalkeilu tapahtuu, kun nopeasti muodostuva vahvistuva sakka synnyttää jännitystä hitsauslämmön-vaikuttamalle vyöhykkeelle ja sen ympärille nopeammin kuin materiaali pystyy löysäämään sen, murtaen liitoksen juuri sen vahvistamiseen tarkoitetun lämpökäsittelyn aikana.

Gamma{0}}primen suhteellisen nopea saostumiskinetiikka tekee Waspaloysta aidosti alttiita tälle vikatilalle, minkä vuoksi Special Metals suosittelee nopeinta käytännöllistä lämmitysnopeutta liuoksen-hehkutuslämpötilaan erityisesti minimoimaan jännitys-ikä{3}}lämpösäröilyn jälkeisen lujuuden{4}. on selvästi alhaisempi kuin lämpö-käsitellyn muokatun materiaalin - Special Metals suosittelee suoraan, että Waspaloy-hitsauksia ei saa sijoittaa korkeaan-rasituskohteisiin. Gamma-double-prime:n hitaampi muodostus antaa 718:lle paljon leveämmän ja anteeksiantavamman käsittelyikkunan täsmälleen samasta syystä. 718 näyttää laajan, anteeksiantavan kuuman-työskentelyn viimeistelyn-lämpötila-alueen takomisessa, kuten tämän sarjan artikkelissa käsitellään.

Mikä metalliseos on helpompi työstää?

Special Metals on nimenomaisesti tunnistanut Waspaloyn "vaikeimpien työstettävien superseosten joukoksi", kun taas Inconel 718, vaikka se on edelleen huomattavasti vaikeampi työstää kuin ruostumaton teräs, pidetään yleisesti koneistettavampana kuin gamma{1}}prime-vahvistetut seokset, kuten Waspaloyn moninkertainen kustannustehokkuus - valmis turbiinilevy vaatii tyypillisesti.

Työstettävyyden erot yhdistyvät levyn koko valmistusjakson välillä - karkea työstö takomisen jälkeen, viimeistelytyöstö lämpökäsittelyn jälkeen ja kaikki myöhemmät korjaukset -, joten jopa kohtalainen -operaatiokohtainen ero työkalun käyttöiässä, leikkausnopeudessa tai saavutettavassa pinnan viimeistelyssä tulee mielekkääksi kokonaiskustannuksiksi ja läpimenoaikatekijäksi kokonaiseen levyyn nähden. Tämä työstövaikeus liittyy suoraan samaan koboltti- ja gamma{5}}tilavuusosaan, joka antaa Waspaloylle sen korkean lämpötilan-lujuusedun: ominaisuudet, jotka tekevät seoksesta kestämään muodonmuutoksia käytössä, ovat suurelta osin samat ominaisuudet, jotka tekevät siitä materiaalin poistamisen konepajassa.

Miten nämä kaksi metalliseosta eroavat toisistaan ​​kuumassa{0}}työskentelyalueella ja muokattavuudessa?

Waspaloyn kuuma-työskentelyalue (1800-2140 astetta F) on yhtä korkealla lämpötila-alueella kuin Inconel 718:n (1650-2050 astetta F), mutta Waspaloyn molemmissa päissä on terävämpiä vikatiloja -, 0,00 astetta alle 1 F mahdollista. kuuma-shortness yli 2150 astetta F - ja työstökovettuu erittäin nopeasti, minkä vuoksi kylmämuovausoperaatioiden aikana tarvitaan yleensä välihehkutusta, jonka 718 sietää usein pienemmillä keskeytyksellä.

Lähde: Special Metals Corporation, INCONEL-seos 718 ja Waspaloy tekniset tiedotteet (SMC-045 ja SMC-011).

Miten vakiolämpö{0}}käsittelyjaksot ovat vertailussa?

Waspaloyn vakiolämpökäsittely sisältää lisävaiheen 718, joka ei vaadi - stabilointihehkutusta liuoskäsittelyn ja vanhenemisen välillä -, mikä tekee Waspaloyn prosessista sekä pidemmän että sekvenssin -herkemmän, mikä on johdonmukaista sen suuremman herkkyyden kanssa -joihin liittyvälle halkeilulle, jos aikataulua ei noudateta tarkasti.

Lähde: Special Metals Corporation, INCONEL-seos 718 ja Waspaloy tekniset tiedotteet (SMC-045 ja SMC-011).

Waspaloyn välistabilointivaihe on olemassa rae{0}}rajakarbidien saostamiseksi hallitusti, ennen kuin ikääntymisvaihe kehittää bulkkigamma-prime-vahvistuksen - sekvensointivalinnan, joka vähentää herkkyyttä myöhemmälle rae-rajahyökkäykselle käytössä, mutta lisää reaaliaikaista käsittelyaikaa ja aikataulua. Tämä on vielä yksi ilmaisu samasta tämän artikkelin taustalla olevasta teemasta: Waspaloyn ylivoimainen korkean-lämpötilojen kesto ostetaan kapeamman, vähemmän anteeksiantavan ja raskaammin sekvensoidun valmistusprosessin kustannuksella.

Aiheuttaako kobolttisisältö Waspaloylle kustannuksia ja tarjontaa?

Kyllä - Waspaloyn 12-15 % kobolttipitoisuus on todellinen, rakenteellinen kustannus- ja toimitusketjun ero Inconel 718:aan verrattuna, joka ei sisällä käytännössä yhtään (enintään 1 %); koboltti on pienemmät, maantieteellisesti keskittyneemmät ja historiallisesti hintavaihteluiden markkinat -heilahtelivat enemmän kuin nikkeli, kromi tai molybdeeni, ja sen esiintyminen kaksinumeroisina painoprosentteina Waspaloyssa ei ole vähäinen seosalaviite.

Tämä ei ole väite tietystä nykyisestä hintapreemiosta, joka vaihtelee kobolttimarkkinoiden olosuhteiden mukaan, ja se on vahvistettava nykyisiä tehdasnoteerauksia vastaan ​​-, se on rakenteellinen havainto kahden lejeeringin taustalla olevista materiaalikustannuksista. Materiaalispesifikaatiopäätös 718:n ja Waspaloyn välillä on osittain päätös siitä, kuinka suuri osa valmiiden osien kustannuspohjasta tulee altistua kobolttimarkkinoiden epävakaudelle sen sijaan, että molemmilla seoksilla muutoin jaetaan suhteellisen vakaampia nikkeli-, kromi- ja molybdeenimarkkinoita.

Mitkä standardit koskevat kutakin metalliseosta turbiinilevyjen hankinnassa?

Molemmat metalliseokset jakavat ASTM B637:n yhteisenä tanko- ja taontamassa-spesifikaationa, mutta jokaisella on oma erillinen AMS-määrittelyjen perheensä, joka heijastaa niiden erilaisia lämpökäsittelysekvenssejä - Waspaloyn spesifikaatiosarja erottaa nimenomaisesti liuos-käsitellystä- vain MS57 A, 57 A, 7608 materiaalista. ratkaisu-stabiloitu-ja-vanhennettu materiaali (AMS 5704, AMS 5707, AMS 5709), sama looginen jako, joka kattaa Inconel 718:n AMS 5662/5663 -parin oheisessa artikkelissa.

Lähde: Special Metals Corporation, "Available Products and Specifications", INCONEL-seos 718 ja Waspaloy tekniset tiedotteet.

Mikä metalliseos tulisi määrittää turbiinilevysovellukselle?

Määritä Inconel 718 kompressorilevyille, puhallinlevyille ja alhaisemman lämpötilan turbiinilevyille, joissa käyttölämpötilat pysyvät mukavasti alle noin 600-650 asteessa, joissa valmistuskustannukset, hitsattavuus ja työstettävyys ovat tärkeitä ja joissa koboltti-markkinoiden hinta on huolenaihe. määritä Waspaloy, jossa levy näkee jatkuvan toiminnan 540-650 asteen alueella ja virumis-/jännitysmurtumislujuuden säilyminen pitkien huoltovälejen ajan on ohjaava suunnitteluajuri.

Valitse Inconel 718:Kompressori, tuuletin ja alemman lämpötilan{0}}turbiinilevyt toimivat hyvin 718:n jatkuvalla-käyttöalueella.

Valitse Inconel 718:Levyt tai laitteistot, jotka vaativat hitsausta, hitsauskorjausta tai laajaa koneistusta osana valmistusta.

Valitse Inconel 718:Ohjelmat, joissa alhaisemmat materiaalikustannukset ja pienempi altistuminen koboltin{0}}markkinoiden hintojen vaihteluille ovat etusijalla.

Valitse Waspaloy:Turbiinilevyt ja pyörivät laitteistot, jotka toimivat noin 540-650 asteen alueella, jossa jatkuva virumis- ja jännitysmurtumislujuus säätelee levyn käyttöikää.

Valitse Waspaloy:Sovellukset, joissa valmistajalla on päteviä, tiukasti kontrolloituja hitsausmenetelmiä, jotka pystyvät hallitsemaan Waspaloyn jännitys-iän halkeiluherkkyyttä, tai joissa suunnittelussa vältetään hitsaukset korkean{1}}rasituskohdissa.

Valitse Waspaloy:Vanhat moottoriohjelmat ja korjaus-/huoltotyöt, joissa Waspaloy on pätevä, piirustus-kutsutaan-materiaalia, eikä vaihtaminen ole vaihtoehto.

Kummankin metalliseoksen käytännöllisen alueen ulkopuolella olevista kuumimmista turbiinilevyasennoista on huomioitava, että sekä 718:aa että Waspaloyta on uusimmissa moottoreissa huomattavasti täydennetty jauhe-metallurgiagamma-prime/gamma-double-prime-superlejeeringillä, joka on kehitetty erityisesti muistuttamaan tätä {{5-levyjen lämpötilasuojaa}}. kaksi-seosten vertailu kuvaa hyvin-vakiintunutta, edelleen-olennaista valintaa, ei koko nykyaikaista turbiinilevyjen materiaalimaisemaa.

Usein kysytyt kysymykset

K: Onko Waspaloy vahvempi kuin Inconel 718?

A: Jatkuvasti kohotetussa lämpötilassa niiden yhteisellä toiminta-alueella, kyllä ​​- Waspaloyn gamma-prime-vahvistusvaihe säilyttää kuormituksen-kestävyyden luotettavammin kuin 718:n gamma-double-prime, joka on taipuvainen muuttumaan ei-{{6}-ajan kuluessa. Huoneenlämmössä molemmat seokset voidaan lämpökäsitellä laajalti verrattavissa oleviin korkean lujuuden olosuhteisiin.

K: Toimiiko Waspaloy todella korkeammissa lämpötiloissa kuin Inconel 718?

A: Ei niin paljon kuin yleisesti oletetaan erityisesti turbiinilevyistä. Special Metalsin omat kirjallisuuskorkit Waspaloyn 650 astetta (1 200 astetta F) kriittisiin pyöriviin sovelluksiin, kuten levyihin, verrattuna 718:n 704 asteen (1 300 astetta F) jatkuvaan -huoltokattoon. Waspaloyn usein-mainittu 870 asteen (1 600 asteen F) kyky koskee vähemmän vaativia, ei-{14}}pyöriviä sovelluksia, ei turbiinilevyjä.

K: Miksi Inconel 718 on helpompi hitsata kuin Waspaloy?

A: 718:n gamma-kaksois-perusvahvistusfaasi muodostuu hitaasti vanhenemisen aikana, joten hitsit voidaan tehdä liuos-hehkutetussa tilassa ilman halkeilua myöhemmän lämpökäsittelyn aikana. Waspaloyn gamma{5}}primäärifaasi muodostuu paljon nopeammin, mikä tekee lejeeringistä alttiita venymä-ikääntymiselle; Erikoismetallien mukaan Waspaloy ei ole helposti hitsattavissa tarkasti valvotuissa olosuhteissa, ja se tulee hitsata vain liuos{7}}käsitellyssä tilassa, ja koko komponentti{8}}liuos käsitellään myöhemmin.

K: Onko Waspaloy kalliimpi kuin Inconel 718?

A: Waspaloyn 12-15 % kobolttipitoisuus (verrattuna 718:n olennaisesti koboltti-vapaaseen kemiaan) on rakenteellinen kustannus- ja toimitusketjun ero, koska koboltti on pienempi ja hintahaihtuvampi markkina kuin nikkeli tai kromi. Yhdessä Waspaloyn vaikeamman koneistuksen ja vaativampien valmistusvaatimusten kanssa sen toimituskustannukset ovat yleensä korkeammat, vaikka tarkat palkkiot olisi vahvistettava nykyistä markkinahintaa vastaan.

K: Voidaanko Inconel 718:a käyttää Waspaloyn suorana korvikkeena turbiinilevyssä?

A: Ei automaattisesti. Vaikka 718 on helpompi ja halvempi valmistaa, sen jatkuva-käyttölämpötilakatto ja kohonnut-lämpötilan lujuuden säilyvyys eroavat Waspaloyn vastaavista, ja turbiinilevyjen vaihdot vaativat täyden teknisen uudelleenkelpoisuuden tietyn moottorin lämpötilan, rasituksen ja käyttöiän -käyttövaatimuksia -, ei vain samankaltaista{{.6}}materiaalia varten.

K: Kumpi metalliseos on helpompi työstää, Inconel 718 vai Waspaloy?

A: Inconel 718:aa pidetään yleisesti koneistettavampana. Special Metals kuvailee Waspaloyta yksiselitteisesti vaikeammin työstettäviksi superseoksiksi, mikä on suora seuraus samasta kobolttipitoisuudesta ja gamma{2}}päätilavuusosuudesta, jotka antavat sille erinomaisen korkean lämpötilan lujuuden.