Vysokoteplotné zliatinové výkovky pre plynové turbíny: Materiálové triedy a požiadavky na kvalitu

Kotúč plynovej turbíny sa točí v desiatkach miliónov cyklov pri teplotách, ktoré by zmäkli obyčajnú oceľ. Súčiastka je len taká dobrá ako zliatina a rovnako dôležité je kovanie, tepelné spracovanie a kontrola.

Táto príručka sa týka tried niklových superzliatin používaných na výkovky turbín -Inconel 718, Waspaloy, Rene 41, X-750, 706, 625 a Hastelloy X – a požiadavky na kvalitu (triedy ASTM a AMS, redukcia výkovku, tok zrna, NDT a sledovateľnosť), ktoré oddeľujú letecký výkovok od podobnej tyče.

Prečo sa u rotačných častí turbíny uprednostňujú výkovky pred odliatkami alebo doskami?

Kovaný turbínový kotúč alebo hriadeľ je zvolený, pretože kovanie vyrovnáva tok zrna s dráhou napätia a umožňuje 100% volumetrickú kontrolu dokázať, že súčiastka je vnútorne v poriadku – dve veci nemôže odlievanie poskytnúť pri rovnakých nákladoch a riziku pre súčiastku kritickú z hľadiska únavy.

Turbínový kotúč je rotujúca hmota, ktorá vidí nízkocyklovú únavu z každého štart-stop, vysokocyklovú únavu z prechodu lopatky a stabilné odstredivé zaťaženie. Odlievanie môže reprodukovať zložitý tvar blízko siete, ale jeho hrubé, rovnoosé zrno a možná pórovitosť zmršťovania sú slabými stránkami pre únavu a pre ultrazvukovú kontrolu. Kovanie v otvorenej zápustke a v uzavretej zápustke rozbíja odlievanú dendritickú štruktúru, zjemňuje zrno a - prostredníctvom riadenej deformácie - riadi tok zrna okolo okraja a otvoru tam, kde je napätie najvyššie. Táto opracovaná štruktúra zŕn je tiež to, čo robí následný ultrazvukový test zmysluplným: čisté kovanie poskytuje čistú a čitateľnú stopu UT.

Doska alebo tyč orezaná do tvaru stráca v oboch ohľadoch: zrno prechádza priamo cez sekciu namiesto toho, aby sledovalo obrys a materiál nie je opracovaný ako výkovok. Pre statický, menej namáhaný hardvér, ako sú plášte a kanály, platne a plechy zostávajú bežné – pozrite si naše poznámky kHastelloy XaInconel 625v horúcej časti.

Ktoré niklové superzliatiny sa používajú na výkovky plynových turbín?

Rodina kovania turbín sa delí na zliatiny diskov/hriadeľov kalených precipitáciou (Inconel 718, Waspaloy, Rene 41, X-750, 706, Incoloy 901) a zliatiny skrine/spaľovača s pevným roztokom (Inconel 625, Hastelloy X) – každá je prispôsobená teplotnému pásmu a dielu.

Rotujúce časti, ktoré vyžadujú vysokú pevnosť pri teplote, používajú zliatiny niklu spevnené precipitáciou gama (gama') alebo gama-double-prime (gama''). Konštrukčné diely a diely s horúcim prierezom, ktoré vyžadujú tvárnosť, odolnosť proti oxidácii a strednú pevnosť, používajú zliatiny v tuhom roztoku. Tabuľka zoskupuje bežné triedy kovania podľa práce, ktorú vykonávajú.

Typy výkovkov zo superzliatiny niklu používané v plynových turbínach

Čo robí Inconel 718 zliatinou turbíny a kotúča?

Inconel 718 si zasluhuje svoje miesto, pretože zrazenina gama-double-prime poskytuje veľmi vysokú pevnosť, no formuje sa pomaly, takže zliatina sa zvára bez trhlín spôsobených starnutím a starne rovnomerne cez hrubé časti – presne to, čo veľký kotúč alebo hriadeľ potrebuje.

718 je superzliatina Ni-Cr-Fe-Nb-Mo, UNS N07718 (W.Nr 2,4668), s približne 50-55 % niklu, 17-21 % chrómu, železo ako zvyšok, 4,75-5,50 % nióbu plus tantal-3,3,080 % molitanu, 2,080 % 0,65-1,15% titánu a 0,20-0,80% hliníka; uhlík je obmedzený na 0,08 %. Jeho sila pochádza hlavne z tela-centrovanej-tetragonálnej gama-dvojitej fázy Ni3Nb s menším príspevkom gama' (Ni3(Al,Ti)). Hustota je 8,19 g/cm3.

V stave ošetrenom roztokom a starnutím dosahuje 718 minimálnu pevnosť v ťahu 1276 MPa (185 ksi) a 0,2% výťažnosť 1034 MPa (150 ksi) s najmenej 12% predĺžením (AMS 5662) a udržiava si užitočnú pevnosť od kryogénnych teplôt do približne 2050 F01 nepretržitej kapacity. C (1290 F). Približne nad 700 C gama-dvojitá základná vrstva hrubne a prechádza do nekoherentnej delta fázy a zliatina stráca svoju výhodu.

Údaje o kovaní Inconel 718 (UNS N07718, až AMS 5662 / ASTM B637)

Pretože precipitácia gama-double-prim je pomalá, 718 možno zvárať v stave ošetrenom roztokom a následne nechať starnúť bez praskania v dôsledku deformačného starnutia, ktoré ovplyvňuje zliatiny gama-primer, ako sú Waspaloy a Rene 41. Táto zvárateľnosť a rovnomerná odozva v priereze sú dôvodom, prečo je 718 špecifikovaný od hardvéru vrtu až po hriadeľ rakiet a turbočerpadiel. Pozrite si našeVlastnosti materiálu Inconel 718stránku aInconel 718 v letectvepre viac.

Kedy je Waspaloy lepšia voľba ako 718 pre disky a hriadele?

Zvoľte Waspaloy (UNS N07001), keď sa súčiastka pohybuje nad teplotou približne 620-650 C a potrebuje životnosť pri tečení, ktorú 718 nedokáže zabezpečiť; vyberte si 718, keď potrebujete najvyššiu pevnosť pri izbovej teplote a ľahkú zvárateľnosť pod cca 650 C.

Waspaloy je nikel-chróm-kobalt, gama-primom spevnená superzliatina: asi 58 % niklu, 18-21 % chrómu, 12-15 % kobaltu, 3,5-5,0 % molybdénu, 2,75-3,25 % titánu a hliníka 1,2 % s 1,2 % titánu a 60 %. Kobalt a molybdén poskytujú pevnosť tuhého roztoku; titán a hliník precipitujú gama primárny Ni3(Al,Ti), ktorý nesie pevnosť pri vysokej teplote. Gamma-prime je oveľa stabilnejšia ako gama-double-prime, ktorá spevňuje 718, takže Waspaloy si udržiava užitočnú pevnosť na približne 650 C (1200 F) v rotujúcich častiach a na približne 870 C (1600 F) v menej namáhaných statických častiach a jeho pevnosť pri tečení prevyšuje približne 620-65.

Obchod je dvojaký. Minimálna pevnosť v ťahu Waspaloy po starnutí je asi 1441 MPa (209 ksi) s 0,2% výťažnosťou asi 1076 MPa (156 ksi) - nižšia ako 718 pri izbovej teplote - a jeho gama-prime ho robí náchylným na praskanie spôsobené starnutím, takže zváranie je ťažšie. Typickým trojstupňovým tepelným spracovaním je roztok pri asi 1080 C (1975 F) počas 4 hodín, chladenie vzduchom; stabilizovať na približne 845 °C (1550 F) počas 4 hodín, ochladzovať vzduchom; potom starnúť pri teplote asi 760 C (1400 F) po dobu 16 hodín, chladiť vzduchom (overiť presný cyklus oproti riadiacemu uvoľňovaniu AMS). Špecifikácie sú ASTM B637 a séria AMS 5704 / 5706 / 5708.

Inconel 718 vs Waspaloy pre turbínové výkovky

Ako zliatiny v tuhom roztoku slúžia horúcej sekcii?

Inconel 625 a Hastelloy X nie sú tvrdené starnutím, takže špičkovú pevnosť vymieňajú za tvárnosť a odolnosť voči oxidácii/korózii – čo je presne to, čo kryty, krúžky, tesnenia a hardvér spaľovacích zariadení potrebujú.

Spevnenie v tuhom roztoku pochádza skôr z rozpusteného molybdénu, nióbu a chrómu než z vyzrážanej fázy, takže tieto zliatiny zostávajú ťažné a zvárateľné a môžu byť tvarované do veľkých alebo tenkých tvarov. Inconel 625 (UNS N06625: Ni rovnováha, 20-23 % Cr, 8-10 % Mo, 3,15-4,15 % Nb) je štandardnou voľbou pre puzdrá, krúžky, tesnenia a potrubia do teploty približne 650 C a jeho odolnosť voči chloridovej jamke je bonusom v námorných a pobrežných turbínach.

Hastelloy X (UNS N06002: Ni rovnováha, 20,5 – 23 % Cr, 17 – 20 % Fe, 8 – 10 % Mo, 0,2 – 1,0 % W) nesie spaľovaciu komoru: vložky, prechodové kanály a príslušenstvo prídavného spaľovania, kde záleží viac ako na odolnosti voči oxidácii do 870 C (1600 F. pevnosť). Na výkovky a výkovky oboch sa vzťahuje ASTM B564; pozrite si naše výkovky Inconel 625 B564 a strany Hastelloy X.

Okrem niklu: tam, kde turbína potrebuje odolnosť proti oxidácii nad približne 900 C, zliatiny na báze kobaltu, ako je UNS R30188 (kobalt-nikel-chróm-volfrám s lantánom), rozširujú prevádzku smerom k 980 C (1800 F) pre spaľovacie a prechodové vložky. Tieto sa dodávajú na požiadanie a nie ako štandardná skladová trieda.

Aké teplotné limity platia pre každú zliatinu v prevádzke turbín?

„Prevádzková teplota“ výkovku turbíny nie je jedno číslo – je to nižšia z medze pevnosti zliatiny pri namáhaní a oxidačnej medze súčiastky a medzi rotujúcimi a statickými časťami sa líši o desiatky až stovky stupňov.

Tabuľku používajte ako plánovaciu príručku, nie ako návrhovú hodnotu. Rozhodujúcim limitom pre namáhanú rotačnú časť je medza pevnosti pri tečení pri prevádzkovom napätí; pre málo zaťaženú vložku spaľovacieho zariadenia je to oxidácia. Pre presný stav si vždy overte prípustné napätie podľa aktuálneho údajového listu ASME alebo OEM.

Kontinuálne verzus krátkodobé teplotné limity pre zliatiny na kovanie turbíny

Ako sa líši spevňujúci precipitát medzi zliatinami 718 a gama prvotriednymi zliatinami?

718 je zosilnený gama-double-primer (Ni3Nb), ktorý sa formuje pomaly a poskytuje dobrú zvárateľnosť; Waspaloy, Rene 41 a X-750 sú zosilnené gama-primom (Ni3(Al,Ti)), ktorý je teplotne stabilnejší, ale sťažuje zváranie a opravy.

Gamma-double-prime je usporiadaná na telo centrovaná-tetragonálna fáza. Pretože nukleuje a rastie pomaly, výkovok 718 možno zvárať v mäkkom roztoku a potom nechať zostarnúť na plnú pevnosť bez medzikryštálového praskania, ktorým gama-primárne zliatiny trpia počas starnutia po zváraní (prasknutie starnutím). Naproti tomu gama-prim je koherentný a extrémne stabilný pri teplote, čo je dôvod, prečo gama-prime zliatiny vydržia 718 pri tečení a pretrhnutí nad asi 620-650 C - ale ich zváracie okná sú úzke a opravy vyžadujú starostlivú tepelnú kontrolu. O teplotnom strope a spôsobe výroby rozhoduje typ zrazeniny, nie obsah niklu.

Aký proces kovania premení predvalok na kotúč turbíny?

Turbínové kotúče sa vyrábajú otvoreným alebo uzavretým kovaním (často izotermickým kovaním 718) z pretaveného predvalku, pričom teplota kovania je zvolená pod delta solvus pre jemné zrno alebo nad ním pre hrubé zrno - zámerná voľba, nie náhoda.

Východiskovým bodom je predvalok VIM+ESR (alebo trojtavený VIM+ESR+VAR), ktorého chémia a čistota sú dokumentované teplom. Predvalok je ohrievaný a opracovaný - otvorená matrica pre krúžky, bloky a predlisky; kovanie v uzavretej zápustke (a čoraz viac izotermické) pre kotúče s takmer sieťou, ktoré minimalizuje obrábanie. Pre 718 je kovacie okno približne 950-1150 C (1750-2100 F); kotúče turbíny sa bežne kujú pri teplote 1000-1025 C.

Kľúčovým ovládacím prvkom je kovanie sub-solvus verzus super-solvus. Kovanie pod delta (Ni3Nb) solvus poskytuje jemnú, rekryštalizovanú štruktúru zŕn s vysokou pevnosťou, ťažnosťou a nízkou únavovou životnosťou – voľba pre väčšinu kotúčov 718. Kovanie nad solvus dáva hrubozrnnú štruktúru, ktorá vymieňa určitú silu za lepšiu životnosť pri tečení/roztrhnutí a pomalší rast trhlín spôsobených únavou, ktoré sa používajú tam, kde vládne dlhodobé tečenie. Veľkosť zrna, ktorú proces nastaví, sa neskôr overí podľa ASTM E112 a je súčasťou záznamu o prevzatí výkovku.

Pomer medzi nákupom a letom je tichým hnacím motorom nákladov. Presný izotermický kotúč 718 môže mať pomer odkúpenia k odletu takmer 1,3:1 (malý odpad), zatiaľ čo veľký predlisok s otvorenou matricou môže začínať na 4:1 alebo väčšom pomere polotovaru, ktorý je obrobený. Surová superzliatina, za ktorú platíte, ale nikdy neletí, tvorí veľkú časť ceny dielu – preto sa oplatí kovanie na takmer sieti a HIP prémiového materiálu.

Aký redukčný pomer a požiadavky na prietok zrna potrebujú výkovky turbíny?

Typický je minimálny pomer redukcie výkovku asi 4:1, pre rotujúce diely stúpa na 6:1-8:1 a tok zrna musí sledovať obrys dielu – oba sú overené, nie predpokladané.

Redukčný pomer je pomer počiatočného prierezu k hotovému prierezu. Musí byť dostatočne vysoká, aby uzavrela pórovitosť odliatku a rozbila dendritickú štruktúru ingotu; spoločné minimum je 4:1 a rotujúce časti v letectve sú často špecifikované v pomere 6:1 až 8:1. Samotná redukcia však nestačí: smer práce musí smerovať tok zrna pozdĺž dráhy napätia. Veniec disku zaťažený napätím by mal vykazovať obvodový tok zrna; hriadeľ v krútení a ohybe by mal vykazovať axiálny tok. Dôkazom je makrolept (pozri nižšie).

• Minimálne zníženie: typické približne 4:1; 6:1-8:1 pre rotujúce kotúče a hriadele.
• Tok zŕn: musí sledovať obrys dielu, nesmie ním prechádzať priamo.
• Dendritická štruktúra: úplne rozbitá, bez segregácie v stredovej línii alebo pásov.
• Veľkosť zrna: kontrolovaná a overená podľa platných požiadaviek ASTM E112.
• Viacsmerné kovanie: používa sa pre zložité tvary na vyrovnanie toku vo viac ako jednom smere.

Aké tepelné spracovania sú určené pre precipitátne kalené turbínové výkovky?

Turbínové výkovky kalené zrážaním sa dodávajú roztokovo ošetrené (a v prípade diskových zliatin dvojnásobne starnúce do cyklu AMS/B637); presné teploty a výdrže sú zapísané v nákupnej špecifikácii a zaznamenané v tabuľke tepelného spracovania.

718 sa zvyčajne dodáva v roztoku spracovaný pri 925-1010 C (1700-1850 F), chladený vzduchom alebo rýchlejšie, potom dvojité starnutie: 720 C (1325 F) počas 8 hodín, pec ochladená na 620 C (1150 F) a udržiavaná celkovo 18 hodín, potom ochladená vzduchom. Waspaloy používa sekvenciu riešenia stabilizácie starnutia, ako je opísané vyššie. Cyklus pece tepelného spracovania je zmapovaný a uchovávaný ako súčasť záznamov o kvalite a očakáva sa, že špeciálne procesy, ako je tepelné spracovanie, budú mať akreditáciu NADCAP pre časti kritické pre let. Nadmerné starnutie alebo riešenie mimo okna môže posunúť veľkosť zŕn a distribúciu precipitátov natoľko, že neuspejú v mechanických testoch, takže cyklus nie je obchodovateľný.

Ktoré špecifikácie ASTM a AMS riadia tieto výkovky?

ASTM B637 upravuje tyče, výkovky a výkovky z niklovej zliatiny vytvrdzovanej zrážaním (718, X-750, 706, Waspaloy a podobne); ASTM B564 upravuje širšiu rodinu výkovkov z niklových zliatin (625, 600, 825, X-750, 718, C-276 a ďalšie). Vydania AMS uvádzajú presné detaily tepelného spracovania a testovania.

Samotné špecifikovanie triedy ASTM nestačí – o teplote, cykle tepelného spracovania a akceptačných testoch rozhoduje vydanie AMS alebo OEM. Najpoužívanejšie uvoľnenia pre turbínové výkovky sú uvedené nižšie; naše prírubové strany Inconel 718 ASTM B637 a Inconel 718 B564 obsahujú detaily na úrovni triedy.

Kľúčové špecifikácie zliatinových výkovkov plynových turbín

Aké nedeštruktívne skúšanie je povinné pre výkovky turbín?

Turbínový výkovok alebo výkovok s kritickým výkonom pre let dostane 100 % objemové ultrazvukové testovanie, testovanie povrchovej penetrácie alebo magnetických častíc a makroleptanie na preukázanie toku zrna – každé do pomenovanej akceptačnej triedy.

Žiadny jediný test neuvidí všetko: čistý povrch nedokazuje vnútornú neporušenosť a čistý UT nepreukazuje obrábaný materiál alebo stav povrchu. Tieto tri vrstvy sa navzájom dopĺňajú. Tabuľka mapuje každý test na jeho obvyklý štandard pre výkovky zo superzliatiny.

Nedeštruktívny skúšobný komín pre turbínové výkovky

Úspešný test povrchu nestanoví vnútornú neporušenosť a úspešný test UT nestanoví obrábací materiál. Najlacnejšia cenová ponuka je často tá, ktorá vynechá kontrolu, ktorá by zachytila ​​chybu, ktorú už cena skrýva – preto pomenujte akceptačnú triedu, nie len „testované UT“.

Ako sa overuje tok zrna a prečo je to dôležité pri únave?

Tok zŕn je overený makroleptaním reprezentatívneho rezu a to je dôležité, pretože únavové trhliny idú cestou najmenšieho odporu - tok zrna sledujúci obrysy odvádza trhliny od vysoko namáhaného povrchu.

Makroleptanie (ASTM E381 pre výkovky, ASTM E340 všeobecne) rozpúšťa pripravený prierez, aby odhalil deformovaný vzor zŕn. Správa ukazuje, či čiary toku ovíjajú okraj disku, prebiehajú axiálne pozdĺž hriadeľa alebo pretínajú priamo cez kritický prvok. Ak je tok prerušený alebo prebieha priečne k napätiu, toto miesto sa stáva kandidátom na iniciáciu únavy. Z tohto dôvodu výkres výkovku - nielen chémia - definuje požadovaný smer prúdenia a makroleptanie je dôkazom, že výkovok ho spĺňa.

Aký postup pri tavenine je potrebný pre výkovky zo superzliatiny leteckej kvality?

Turbínové výkovky v leteckej kvalite začínajú vákuovým indukčným tavením plus elektrotroskovým pretavovaním (VIM+ESR) a rotujúce časti sú zvyčajne tavené trikrát (VIM+ESR+VAR); cesta taveniny je vysledovateľná od hotového dielu späť k teplu.

Pretavovanie je to, čo dodáva výkovkom zo superzliatiny ich čistotu a oslobodenie od segregácie v stredovej línii a inklúzií výstuh, ktoré by mohli spôsobiť únavové trhliny. Vákuové indukčné tavenie riadi chémiu a rozpustené plyny; elektrotroskové pretavovanie zušľachťuje štruktúru ingotu; pretavenie vákuovým oblúkom (krok VAR pri trojitom tavení) sprísňuje rovnomernosť zloženia pozdĺž ingotu. Tepelné číslo putuje s predvalkom, kovaním a každým testovacím kupónom, takže podozrivý výsledok možno vysledovať k presnej tavenine. Náš prehľad zliatin niklu pokrýva skupiny tried, ktorým táto tavná prax slúži.

Aké chyby sa môžu objaviť v superzliatinových výkovkoch a ako im predchádzať?

Chyby, na ktorých záleží pri výkovkoch turbíny, sú presahy a záhyby, mikrotrhlinky s rýchlosťou deformácie, segregácia a páskovanie, vločky vodíka (biele škvrny) a inklúzie – každému sa dá predísť redukčným pomerom, kontrolou teploty a inšpekciou.

Superzliatiny sú neúprosné: zachovávajú si svoju pevnosť pri teplote kovania, majú úzke pracovné okno a sú citlivé na rýchlosť deformácie, takže nesprávna teplota alebo stúpanie spôsobuje mikrotrhlinky. Ingoty môžu niesť stredovú segregáciu a vo veľkých častiach môžu niesť vodíkové vločky - vnútorné mikrotrhliny, ktoré môžu prežiť obrábanie a spôsobiť náhle zlyhanie. Zásobník prevencie je dobre zavedený.

Bežné poruchy kovania turbín a ich riadenie

Aké testy mechanických vlastností dokazujú, že výkovok spĺňa špecifikáciu?

Akceptácia je preukázaná skúškami ťahu a tvrdosti pri minimálnom počte plus pretrhnutie napätím alebo tečenie a náraz tam, kde si to vyžaduje povinnosť, všetko prevzaté zo špecifikovaného miesta a orientácie kupónu.

Správa o skúške materiálu zaznamenáva vlastnosti v ťahu podľa ASTM E8, tvrdosť podľa ASTM E18 a – pri vysokoteplotnom zaťažení – údaje o pretrhnutí alebo tečení podľa ASTM E139 a často Charpyho náraz podľa ASTM E23. Rozhodujúce je, že kupón sa berie v orientácii a od miesta špecifikácie názvov (často predĺženie kovania), takže čísla predstavujú časť, nie vhodný odrezok. Veľkosť zŕn sa uvádza podľa ASTM E112 a chémia podľa tepla podľa ASTM E1473. Výkovok, ktorý prejde chémiou, ale nevyhovuje orientovaným ťahom, je zamietnutý – dôkazom je skúška, nie samotný certifikát.

• Ťah: ASTM E8 (ultimátna, ťažnosť, predĺženie).
• Tvrdosť: ASTM E18 (často používané na overenie tepelného spracovania).
• Pretrhnutie / tečenie: ASTM E139 (vysokoteplotné zaťaženie).
• Vplyv: ASTM E23 (prípady s nízkou teplotou alebo toleranciou defektov).
• Veľkosť zrna: ASTM E112 (špecifické pre kupóny).
• Chémia: ASTM E1473 / spektro, na teplo.

Ako sa rieši sledovateľnosť a dokumentácia pre výkovky turbín?

Výkovok pre leteckú turbínu je dokázaný svojou papierovou dokumentáciou ako aj jej kovom - protokolom o skúške materiálu EN 10204 3.1 s sledovateľnosťou tepelného čísla, certifikátom zhody, kontrolou prvého výrobku a záznamami NADCAP.

Dokumentačný balík mapuje každú premennú, ktorá by mohla v tichosti zničiť súčiastku: identitu východiskovej suroviny a cestu taveniny, postupnosť deformácií, tepelnú kontrolu, schémy tepelného spracovania, vyrovnávanie, úpravu povrchu, výsledky NDT a dôkazy testov. NADCAP (spravovaný inštitútom Performance Review Institute) audituje špeciálne procesy, ako je tepelné spracovanie a NDT v porovnaní s požiadavkami letectva a kozmonautiky a výsledky auditu sú verejné. Kupujúci by mal očakávať minimálne MTR, COC a správu o kontrole prvého výrobku podloženú tabuľkami tepelného spracovania a správami NDT.

• Správa o skúške materiálu (MTR) s vysledovateľnosťou tepelného čísla - EN 10204 3.1 (3.2 so svedkom).
• Certifikát o zhode (COC).
• Kontrola prvého výrobku (FAI) pre nové dizajny.
• Grafy tepelného spracovania zobrazujúce skutočné cykly pece.
• NDT správy s akceptačnými kritériami a výsledkami.
• Akreditácia NADCAP pre tepelné spracovanie a NDT tam, kde je to kritické pre let.

Aké kvalitné dokumenty by mal kupujúci požadovať v RFQ?

Do RFQ zapíšte triedu, diel, dráhu zaťaženia, trasu taveniny, redukčný pomer, smer toku zrna, stav tepelného spracovania, rozsah NDT a dokumentáciu - potom overte prvý článok pred uvoľnením výroby.

Nejasná pozvánka „Inconel kovanie“ vytvorí tyčinku, ktorá vyzerá dobre a neskôr zlyhá. Nižšie uvedený kontrolný zoznam je rovnaký, aký používa OEM turbína; je reprodukovaný ako postupný postup, takže ho možno skopírovať priamo do žiadosti o cenovú ponuku.

Krok 1. Pomenujte presnú triedu a špecifikáciu produktu:Nepíšte „Inconel“. Uveďte Inconel 718 až AMS 5662 alebo AMS 5663, alebo Waspaloy až AMS 5708 - stupeň a špecifikácia, ktorá ho vydala, rozhodujú o každom následnom teste.

Krok 2. Uveďte dielec, jeho dráhu zaťaženia a prevádzkovú teplotu:Disk, hriadeľ, puzdro, tesnenie alebo hardvér spaľovacieho zariadenia každý vidí iné napätie a teplotu; povinnosť určuje zliatinu a smer toku zrna, ktorým sa musí výkovok riadiť.

Krok 3. Uveďte cestu tavenia:Uveďte VIM+ESR pre všeobecnú prevádzku alebo VIM+ESR+VAR (trojité tavenie) pre rotujúce časti a požadujte spätnú sledovateľnosť tepelného čísla k pôvodnej tavenine.

Krok 4. Nastavte pomer redukcie kovania a smer toku zrna:Vyvolajte minimálne zníženie 4:1 (6:1-8:1 pre rotujúce časti) a obrys, ktorý musí tok zrna sledovať; toto musí dokázať správa o makroleptach.

Krok 5. Definujte podmienky tepelného spracovania:Pomenujte podmienku dodávky – ošetrený roztokom alebo ošetrený roztokom a zrejúci do cyklu AMS/B637 – a kto ho vykonáva a certifikuje.

Krok 6. Nastavte rozsah NDT a akceptačnú triedu:Vyžadovať 100 % ultrazvukové testovanie podľa AMS 2154 Trieda AA (alebo ASTM A388 / E2375), povrchové PT (ASTM E165) alebo MT (ASTM E1444) a makroleptanie podľa ASTM E381 / E340; pomenujte úroveň prijatia pre každú z nich.

Krok 7. Vyžadujte balík dokumentácie:Vyžiadajte si EN 10204 3.1 MTR, osvedčenie o zhode, správu o kontrole prvého článku, tabuľky tepelného spracovania a správy o NDT s akreditáciou NADCAP pre špeciálne procesy, kde je časť kritická pre let.

Ako si vybrať správnu zliatinu a špecifikáciu pre daný diel turbíny?

Vyberte zliatinu podľa teplotného pásma a zaťažte - 718 pre všeobecné disky/hriadele na 650 C, Waspaloy alebo Rene 41, kde sa riadi tečenie nad 650 C, 625 alebo Hastelloy X pre skrinky a spaľovaciu komoru – potom pomenujte triedu ASTM a vydanie AMS, nielen obchodný názov.

Rozhodnutie je trojstranný zápas teploty, stresu a spracovateľnosti. Pod približne 650 C s vysokou potrebou pevnosti a zvariteľnosti je predvolená hodnota 718. Tam, kde tečenie nad 620-650 C riadi rotačnú časť, prejdite na Waspaloy a pre najhorúcejšie namáhané plechy/výkovky na Rene 41.

Puzdrá, krúžky, tesnenia a potrubia používajú tuhý roztok 625; vložky spaľovacieho zariadenia používajú Hastelloy X. Každá voľba potom zodpovedá špecifikácii: 718 podľa ASTM B637 / AMS 5662, Waspaloy podľa ASTM B637 / AMS 5708 atď. Naše rodinné stránky Inconel a Hastelloy uvádzajú triedy akcií za týmito výbermi.

Sprievodca výberom zliatin podľa časti turbíny

Aké sú náklady a čas potrebný na výrobu výkovkov pre turbíny zo superzliatiny?

Cena výkovku turbíny sa určuje podľa prémie zliatiny, pomeru nákupu a odletu, trasy taveniny, rozsahu NDT a nástrojov - nie podľa ceny za kilogram tyče.

Niklové superzliatiny stoja mnohonásobne viac ako uhlíková alebo nehrdzavejúca oceľ, takže nákladom dominuje hmotnosť, za ktorú zaplatíte, ale nikdy neuletíte. Trojité tavenie, 100% trieda AA UT, makroleptanie a kompletný balík dokumentácie zvyšujú skutočné náklady, ale sú dôkazom, že diel je kvalifikovaný. Zásobníky s predstihom z taveniny predvalkov, ohrevu kovania, tepelného spracovania a NDT, s uzavretými zápustkami alebo izotermickými nástrojmi navrchu - plánujte týždne až mesiace, dlhšie pre veľké diely alebo diely kritické pre let. Nákup podľa prísnych, správnych špecifikácií a takmer čistej trasy je to, čo v skutočnosti riadi náklady aj harmonogram.

Pre porovnanie so svetom kovaných produktov, naše stránky ASME B16.11 kované tvarovky a kované potrubné tvarovky pokrývajú menšie kované komponenty a naše strany Incoloy 800H / 800HT pokrývajú vysokoteplotné spracované zliatiny používané v teplejších, menej namáhaných zónach stroja.

Často kladené otázky

Najbežnejšie sú kotúče, hriadele, čepele, tesnenia a krúžky Inconel 718; Kotúče a hriadele rotora Waspaloy a Rene 41 pre teplejšie sekcie; čepele, skrutky a pružiny Inconel X-750; a obaly, krúžky a tesnenia Inconel 625 s pevným roztokom plus vložky spaľovacieho zariadenia Hastelloy X a prechodové kanály. Podrobnosti o triede nájdete v Inconel 718 a Hastelloy X.

Aký je rozdiel medzi Inconel 718 a Waspaloy na výkovky?

718 je spevnený gama-double-primer (Ni3Nb) a poskytuje najvyššiu pevnosť pri izbovej teplote a ľahkú zvárateľnosť do cca 650 C; Waspaloy je zosilnený gama-prime (Ni3(Al,Ti)) a udržuje pevnosť pri tečení nad približne 620-650 C až do 870 C pre statické časti, ale je ťažšie zvárať. Obe sú pokryté normou ASTM B637.

Akú teplotu znesie kovanie turbíny Inconel 718?

Inconel 718 sa používa nepretržite do asi 650 C (1200 F) a krátkodobo do 700 C (1290 F). Približne nad 700 °C zrazenina gama-dvojitého základu hrubne a premieňa sa na delta fázu a zliatina stráca svoju pevnosť.

Čo pokrýva ASTM B637?

ASTM B637 je špecifikácia pre precipitátne kalené tyče, výkovky a výkovky z niklovej zliatiny pre vysokoteplotné použitie – vrátane Inconel 718, X-750, 706 a Waspaloy. Sprievodné vydania AMS (napríklad AMS 5662 pre 718, AMS 5708 pre Waspaloy) nastavujú presné tepelné spracovanie a detaily testu.

Čo pokrýva ASTM B564?

ASTM B564 pokrýva výkovky zo zliatiny niklu v širšom zmysle – Inconel 625, 600 a X-750, Hastelloy X a C-276, Incoloy 825, Monel 400 a ďalšie – pre všeobecné služby odolné voči korózii a teplu. Je to zvyčajná špecifikácia pre výkovky a výkovky turbín v tuhom roztoku.

Prečo je prietok obilia dôležitý pri kovaní turbínových kotúčov?

Únavové trhliny sledujú cestu najmenšieho odporu, takže tok zrna, ktorý sleduje obrys disku, odvádza trhliny od vysoko namáhaného povrchu. Makrolept podľa ASTM E381 / E340 je dôkazom, že tok zodpovedá výkresu a smer toku je špecifikovaný na výkovku, nie je predpokladaný.

Aký redukčný pomer je potrebný na kovanie turbíny?

Typická je minimálna redukcia kovania asi 4:1 a rotujúce časti, ako sú kotúče a hriadele, sú bežne špecifikované v pomere 6:1 až 8:1 na rozbitie odliatej dendritickej štruktúry a uzavretie pórovitosti.

Čo je subsolvus verzus supersolvus kovanie?

Kovanie 718 pod delta (Ni3Nb) solvus poskytuje jemné rekryštalizované zrno s vysokou pevnosťou a dobrou životnosťou pri nízkej únave; kovanie nad solvus dáva hrubé zrno s lepšou životnosťou pri tečení/trhaní a pomalším rastom únavových trhlín. Voľba je zámerná a výsledná veľkosť zrna je overená podľa ASTM E112.

Aké nedeštruktívne skúšky sa vyžadujú pre výkovky turbín?

Výkovok kritický pre let alebo výkon dostane 100% objemové ultrazvukové testovanie (AMS 2154 Trieda AA alebo ASTM A388 / ASTM E2375), testovanie povrchovou penetráciou (ASTM E165) alebo magnetickými časticami (ASTM E1444) a makroleptanie (ASTM E381 / E340) na preukázanie toku zrna. Žiadny jediný test nevidí všetko, takže vrstvy sa dopĺňajú.

Čo je AMS 2154 Trieda AA?

AMS 2154 je letecká špecifikácia pre ultrazvukovú kontrolu tvárneného kovu; Trieda AA je jej najprísnejšou úrovňou prijatia, používa sa pre prémiové rotačné časti, ako sú turbínové kotúče a hriadele, kde je rozhodujúca vnútorná spoľahlivosť.

Aká tavná prax sa používa na výkovky z leteckých superzliatin?

Výkovky leteckej kvality začínajú vákuovým indukčným tavením plus elektrotroskovým pretavovaním (VIM+ESR); rotujúce časti sú zvyčajne trojnásobne tavené (VIM+ESR+VAR). Tepelné číslo sleduje hotový diel späť k pôvodnej tavenine.

Prečo je ťažké kovať výkovky zo superzliatiny?

Zachovávajú si pevnosť pri teplote kovania, majú úzke pracovné okno a sú citlivé na rýchlosť deformácie, takže nesprávna teplota alebo stúpanie spôsobuje mikrotrhlinky. Riadený ohrev, rampovanie a redukcia sú to, čo robí čistý výkovok.

Aké dokumenty by mala obsahovať zásielka výkovku turbíny?

Minimálne protokol o skúške materiálu EN 10204 3.1 s sledovateľnosťou tepelného čísla, certifikát zhody, kontrola prvého výrobku, tabuľky tepelného spracovania a správy o NDT; Očakáva sa akreditácia NADCAP pre špeciálne procesy kritické pre let.

Je Inconel 718 zvárateľný?

Áno – lepšie ako väčšina vysokopevnostných superzliatin. Jeho gama-dvojitá zrazenina sa tvorí pomaly, takže 718 možno zvárať v stave ošetrenia roztokom a následne nechať starnúť bez praskania spôsobeného starnutím, ktoré ovplyvňuje gama-primárne zliatiny, ako sú Waspaloy a Rene 41.

Môže byť Hastelloy X kované pre časti turbín?

áno. Hastelloy X (UNS N06002) je kovaný pre vložky spaľovacích zariadení, prechodové kanály, krúžky a príslušenstvo prídavného spaľovania, kde je dôležitejšia odolnosť voči oxidácii do 870 C (1600 F) ako maximálna pevnosť. Na výkovky sa vzťahuje ASTM B564; pozri Hastelloy X.

Aký je pomer medzi nákupom a lietaním a prečo na tom záleží?

Buy-to-fly je pomer hmotnosti surového polotovaru k hmotnosti hotového dielu. Izotermické kovanie v blízkosti siete 718 môže dosiahnuť približne 1,3:1, zatiaľ čo veľký predlisok v otvorenej zápustke môže začať nad 4:1; superzliatina, za ktorú platíte, ale nikdy nelietate, tvorí veľkú časť nákladov na súčiastku, takže sa oplatí sledovať trasy blízke sieti a vysokokvalitné vysokokvalitné materiály.

Ako dlho trvá výroba výkovku turbíny zo superzliatiny?

Predbežné zostavy z taveniny predvalkov, kovania, tepelného spracovania a NDT, s uzavretou matricou alebo izotermickým nástrojom navrchu - zvyčajne týždne až mesiace a dlhšie pre veľké alebo kritické časti. Presná, správna špecifikácia a blízka sieťová trasa sú to, čo je plán kontroly.

Potrebujú výkovky turbíny izostatické lisovanie za tepla (HIP)?

HIP sa používa na prémiových výkovkoch a tvaroch blízkych sieti na uzavretie vnútornej pórovitosti a zlepšenie únavy a kontrolovateľnosti a je bežné pre kritické rotujúce časti; či sa to vyžaduje, rozhoduje špecifikácia nákupu a trieda akceptácie NDT.