Поковки з високотемпературних сплавів для газових турбін: марки матеріалів і вимоги до якості

Диск газової турбіни обертається протягом десятків мільйонів циклів при температурах, які розм’якшили б звичайну сталь. Деталь така ж хороша, як і сплав, і, що не менш важливо, кування, термічна обробка та перевірка, що стоять за ним.

Цей посібник охоплює марки нікелевих суперсплавів, які використовуються для поковок турбін -Інконель 718, Waspaloy, Rene 41, X-750, 706, 625 і Hastelloy X – і вимоги до якості (класи ASTM і AMS, скорочення ковки, зернистість, НК і відстеження), які відрізняють аерокосмічну поковку від схожого бруска.

Чому для частин турбіни, що обертаються, вибирають поковки, а не лиття чи лист?

Вибрано кований диск або вал турбіни, тому що кування вирівнює потік зерна з траєкторією напруги та дозволяє 100% об’ємною перевіркою підтвердити внутрішню надійність деталі – дві речі, які неможливо забезпечити литтям за таку саму ціну та ризик для компонента, критичного до втоми.

Диск турбіни — це маса, що обертається, яка відчуває втому під час низького циклу від кожного пуску та зупинки, втому під час великого циклу від проходження лопаті та постійне відцентрове навантаження. Лиття може відтворювати складну форму поблизу сітки, але його грубе, рівновісне зерно та можлива усадкова пористість є слабкими місцями для втоми та для ультразвукового контролю. Кування у відкритому та закритому штампі розбиває литу дендритну структуру, покращує зернистість і за допомогою контрольованої деформації спрямовує потік зерна навколо обода та отвору, де напруга найвища. Ця оброблена зерниста структура також робить подальший ультразвуковий тест значущим: чиста ковка дає чисту, зрозумілу UT-графику.

Плита або брусок, вирізані за необхідною формою, програють за обома пунктами: зерно проходить прямо через секцію замість того, щоб слідувати контуру, і матеріал обробляється не так, як кування. Для статичного обладнання з меншим навантаженням, такого як корпуси та повітроводи, пластини та листи залишаються звичайними - див. наші примітки щодоHastelloy XіІнконель 625в гарячій секції.

Які нікелеві суперсплави використовують для поковок газових турбін?

Сімейство ковок для турбін поділяється на дисперсійно-гартовані сплави для дисків/валів (Inconel 718, Waspaloy, Rene 41, X-750, 706, Incoloy 901) і сплави корпусу/камери згоряння на твердому розчині (Inconel 625, Hastelloy X), кожен з яких відповідає температурному діапазону та частині.

Обертові деталі, які потребують високої міцності при температурі, використовують нікелеві сплави з гамма-примом (gamma') або гамма-подвійним примом (gamma''). Конструкційні та гарячі частини, які потребують формування, стійкості до окислення та помірної міцності, використовують сплави на твердому розчині. Таблиця групує загальні сорти кування за роботою, яку вони виконують.

Нікелеві суперсплави, які використовуються в газових турбінах

Що робить Inconel 718 найкращим сплавом для турбінних дисків?

Inconel 718 заслужив своє місце, оскільки гамма-подвійний первинний осад забезпечує дуже високу міцність, але утворюється повільно, тому сплав зварюється без розтріскування під час деформації та рівномірно старіє через товсті секції - саме те, що потрібно великому диску чи валу.

718 — суперсплав Ni-Cr-Fe-Nb-Mo, UNS N07718 (W.Nr 2.4668), з приблизно 50-55% нікелю, 17-21% хрому, заліза як баланс, 4,75-5,50% ніобію плюс тантал, 2,80-3,30% молібдену, 0,65-1,15% титану і 0,20-0,80% алюмінію; вуглець обмежений 0,08%. Його міцність зумовлена ​​в основному об'ємно-центрованою тетрагональною гамма-подвійною простою фазою Ni3Nb з меншим внеском гамма-випромінювання (Ni3(Al,Ti)). Щільність 8,19 г/см3.

У обробленому розчином і витриманому стані 718 досягає мінімальної міцності на розрив 1276 МПа (185 ksi) і 0,2% виходу 1034 МПа (150 ksi) з принаймні 12% подовженням (AMS 5662), і він зберігає корисну міцність від кріогенних температур до приблизно 650 C (1200 F) безперервно, з короткочасним здатність до 700 C (1290 F). Приблизно вище 700 C гамма-подвійний штрих укрупнюється і перетворюється на некогерентну дельта-фазу, і сплав втрачає свою перевагу.

Дані кування Inconel 718 (UNS N07718, відповідно до AMS 5662 / ASTM B637)

Оскільки гамма-подвійне прайм-осаджування відбувається повільно, 718 можна зварювати в стані, обробленому розчином, а потім старити без розтріскування під час деформації, яке впливає на гамма-прайм-сплави, такі як Waspaloy і Rene 41. Ця зварюваність, а також рівномірна реакція наскрізного перетину, є причиною того, чому 718 специфікується від обладнання гирла свердловини до ракетних турбонасосів і, звичайно, турбінних дисків. і вали. Дивіться нашВластивості матеріалу Inconel 718сторінка іInconel 718 в аерокосмічній галузідля більшого.

Коли Waspaloy є кращим вибором, ніж 718 для дисків і валів?

Вибирайте Waspaloy (UNS N07001), якщо деталь працює при температурі вище приблизно 620-650 C і потребує стійкості до повзучості, яку 718 не може забезпечити; обирайте 718, коли вам потрібна найвища міцність при кімнатній температурі та легка зварюваність при температурі нижче 650 C.

Waspaloy — це суперсплав нікель-хром-кобальт, зміцнений гамма-примом: приблизно 58% нікелю, 18-21% хрому, 12-15% кобальту, 3,5-5,0% молібдену, 2,75-3,25% титану та 1,20-1,60% алюмінію, із залізом у верхній частині. 2%. Міцність твердого розчину надають кобальт і молібден; титан і алюміній виділяють гамма-прим Ni3(Al,Ti), який несе міцність при високій температурі. Gamma-prime є набагато стабільнішим, ніж gamma-double-prime, який зміцнює 718, тому Waspaloy зберігає корисну міцність приблизно до 650 C (1200 F) у обертових частинах і приблизно до 870 C (1600 F) у статичних частинах з нижчими навантаженнями, а його міцність до повзучості перевищує 718 вище приблизно 620-650 C.

Торгівля подвійна. Мінімальна міцність на розтягування Waspaloy у старінні становить близько 1441 МПа (209 ksi) з плинністю 0,2% близько 1076 МПа (156 ksi) - менше, ніж 718 при кімнатній температурі - і його гамма-прим робить його схильним до розтріскування під час деформації, тому зварювання є складнішим. Типова триступенева термічна обробка – розчин при температурі приблизно 1080 C (1975 F) протягом 4 годин, охолодження на повітрі; стабілізувати приблизно при 845 C (1550 F) протягом 4 годин, охолодити повітрям; потім витримуйте при температурі приблизно 760 C (1400 F) протягом 16 годин, охолоджуйте повітря (перевірте точний цикл у порівнянні з основним випуском AMS). Технічні характеристики відповідають ASTM B637 і серії AMS 5704 / 5706 / 5708.

Inconel 718 проти Waspaloy для турбінних поковок

Як твердорозчинні сплави обслуговують гарячу секцію?

Inconel 625 і Hastelloy X не зміцнюються під впливом старіння, тому вони обмінюють пікову міцність на здатність до формування та стійкість до окислення/корозії - це саме те, що потрібно корпусам, кільцям, ущільненням і фурнітурі камер згоряння.

Зміцнення твердого розчину відбувається за рахунок розчиненого молібдену, ніобію та хрому, а не осадженої фази, тому ці сплави залишаються пластичними та придатними для зварювання, і їх можна формувати у великі або тонкі форми. Inconel 625 (UNS N06625: баланс Ni, 20-23% Cr, 8-10% Mo, 3,15-4,15% Nb) є стандартним вибором для корпусів, кілець, ущільнень і каналів при температурі приблизно до 650 C, а його стійкість до питінгової хлориду є перевагою в морських і морських турбінах.

Hastelloy X (UNS N06002: баланс Ni, 20,5-23% Cr, 17-20% Fe, 8-10% Mo, 0,2-1,0% W) несе камеру згоряння: вкладиші, перехідні канали та фурнітуру, де стійкість до окислення приблизно до 870 C (1600 F) має більше значення, ніж міцність. Заготовка кування та поковки обох охоплюються ASTM B564; перегляньте наші сторінки Inconel 625 B564 і Hastelloy X.

Крім нікелю: там, де турбіна потребує стійкості до окислення вище приблизно 900 C, сплави на основі кобальту, такі як UNS R30188 (кобальт-нікель-хром-вольфрам з лантаном), продовжують термін служби до 980 C (1800 F) для камери згоряння та перехідних вкладишів. Вони постачаються за запитом, а не як стандартний запас.

Які температурні межі застосовуються до кожного сплаву в турбіні?

«Температура експлуатації» турбінної поковки — це не одне число — це нижча межа міцності сплаву при напрузі та межа окислення компонента, і вона відрізняється від десятків до сотень градусів між обертовими та статичними частинами.

Використовуйте таблицю як орієнтир для планування, а не як проектну цінність. Основною межею для напруженої обертової частини є опір повзучості при робочому напрузі; для малонавантаженої гільзи камери згоряння це окислення. Завжди перевіряйте допустиму напругу відповідно до поточної таблиці даних ASME або OEM для точного стану.

Безперервні та короткочасні температурні обмеження для сплавів для турбінного кування

Чим відрізняється осад зміцнення між сплавами 718 і гамма-прим?

718 зміцнений гамма-подвійним праймом (Ni3Nb), який утворюється повільно та забезпечує хорошу зварюваність; Waspaloy, Rene 41 і X-750 зміцнені гамма-праймом (Ni3(Al,Ti)), який є більш стійким до температури, але ускладнює зварювання та ремонт.

Gamma-double-prime — це впорядкована об'ємно-центрована тетрагональна фаза. Оскільки він зароджується і росте повільно, поковку 718 можна зварювати в стані, обробленому м’яким розчином, а потім витримувати її до повної міцності без міжзеренних тріщин, яких зазнають гамма-прим-сплави під час старіння після зварювання (розтріскування під час старіння). Gamma-prime, навпаки, є когерентним і надзвичайно стабільним при температурі, саме тому сплави gamma-prime перевищують 718 при повзучості та розриві вище приблизно 620-650 C, але їхні зварювальні вікна вузькі, і ремонт потребує ретельного термічного контролю. Тип осаду, а не вміст нікелю, є тим, що визначає максимальну температуру та шлях виготовлення.

Який процес кування перетворює заготовку на диск турбіни?

Турбінні диски виготовляються методом відкритого або закритого штампування (часто ізотермічне кування 718) з переплавленої заготовки, при цьому температура кування вибирається нижче дельта розчину для дрібного зерна або вище її для грубого зерна - це свідомий вибір, а не випадковість.

Початковою точкою є заготовка VIM+ESR (або потрійного розплаву VIM+ESR+VAR), хімічний склад і чистота якої задокументовані до нагрівання. Заготівля нагрівається і обробляється - штамп для кілець, блоків і преформ; ковка із закритою матрицею (і дедалі частіше ізотермічна) для майже чистих дисків, що мінімізує оброблюваний матеріал. Для 718 вікно кування становить приблизно 950-1150 C (1750-2100 F); диски турбіни зазвичай кують при температурі 1000-1025 C.

Ключовим елементом керування є кування суб-сольвусу проти супер-сольвусу. Кування нижче дельта-сольвуса (Ni3Nb) дає дрібну рекристалізовану зернисту структуру з високою міцністю, пластичністю та довговічністю при низьких циклах втоми - вибір для більшості дисків 718. Кування над розчином дає грубозернисту структуру, яка замінює певну міцність на кращий термін повзучості/розриву та уповільнений розвиток втомної тріщини, що використовується там, де регулює довготривала повзучість. Розмір зерна, який встановлює процес, пізніше перевіряється відповідно до ASTM E112 і є частиною протоколу приймання кування.

Співвідношення купівлі-польоту є тихим драйвером витрат. Прецизійний ізотермічний диск 718 може мати співвідношення «купівля-до-скручування» близько 1,3:1 (невеликий брухт), тоді як велика преформа з відкритим штампом може починатися з 4:1 або більше заготовки, яка вирізається машиною. Необроблений суперсплав, за який ви платите, але ніколи не користуєтеся, становить значну частину ціни деталі, тому варто прагнути до майже чистого кування та HIP преміального матеріалу.

Який коефіцієнт зменшення та вимоги до потоку зерна потрібні для поковок турбін?

Типовим є мінімальний коефіцієнт зменшення ковки приблизно 4:1, який зростає до 6:1-8:1 для деталей, що обертаються, і потік зерна повинен слідувати контуру деталі - обидва вони перевіряються, а не припускаються.

Коефіцієнт зменшення - це відношення початкового поперечного перерізу до кінцевого поперечного перерізу. Він має бути достатньо високим, щоб закрити пористість лиття та зруйнувати дендритну структуру злитка; загальним мінімумом є 4:1, а для аерокосмічних обертових частин часто вказується від 6:1 до 8:1. Але одного лише зменшення недостатньо: напрямок роботи має спрямувати потік зерна на шлях напруги. Обід диска, навантажений у формі кільця, повинен показувати потік зерна по окружності; вал при крученні та згині повинен демонструвати осьовий потік. Доказом є макротравлення (див. нижче).

• Мінімальне зменшення: типове приблизно 4:1; 6:1-8:1 для обертових дисків і валів.
• Потік зерна: повинен слідувати контуру деталі, а не проходити прямо через нього.
• Дендритна структура: повністю розбита, без центральної сегрегації або смуг.
• Розмір зерна: контролюється та перевіряється відповідно до вимог ASTM E112.
• Різнонаправлене кування: використовується для складних форм для вирівнювання потоку в кількох напрямках.

Які термічні обробки передбачені для дисперсійно зміцнених турбінних поковок?

Поковки турбін, загартовані дисперсійним зміцненням, постачаються обробленими розчином (а для дискових сплавів подвійним старінням до циклу AMS/B637); точні температури та витримки вказуються в специфікації закупівлі та записуються в таблиці термічної обробки.

718 зазвичай поставляється розчином, обробленим при 925-1010 C (1700-1850 F), охолодженим повітрям або швидше, потім подвійним старінням: 720 C (1325 F) протягом 8 годин, піч охолоджується до 620 C (1150 F) і витримується протягом 18 годин, потім охолоджується повітрям. Waspaloy використовує послідовність розчин-стабілізація-вік, як описано вище. Цикл печі для термічної обробки нанесено на графік і зберігається як частина запису про якість, а спеціальні процеси, такі як термічна обробка, повинні мати акредитацію NADCAP для критично важливих частин. Надмірне старіння або рішення поза вікном може змінити розмір зерна та розподіл осаду настільки, що не пройдуть механічні випробування, тому цикл не підлягає обговоренню.

Які специфікації ASTM і AMS регулюють ці поковки?

ASTM B637 регулює дисперсійне зміцнення нікелевих сплавів, поковок і заготовок для кування (718, X-750, 706, Waspaloy тощо); ASTM B564 регулює ширшу сімейство ковок із нікелевих сплавів (625, 600, 825, X-750, 718, C-276 та інші). Релізи AMS називають точну термічну обробку та деталі тесту.

Одного тільки визначення класу ASTM недостатньо - випуск AMS або OEM визначає відпуск, цикл термічної обробки та приймальні випробування. Найбільш використовувані випуски для турбінних поковок перераховані нижче; наші сторінки фланців Inconel 718 ASTM B637 та Inconel 718 B564 містять детальну інформацію про рівень якості.

Основні технічні характеристики поковок з газотурбінних сплавів

Який неруйнівний контроль є обов'язковим для поковок турбін?

Поковка турбіни, яка має важливе значення для польоту або потужності, проходить 100% об’ємне ультразвукове випробування, поверхневе проникнення або магнітно-порошкове випробування, а також макротравлення для підтвердження потоку зерна – кожне з названим класом приймання.

Жоден окремий тест не бачить усе: чиста поверхня не підтверджує внутрішню міцність, а чистий UT не підтверджує обробку або стан поверхні. Три шари доповнюють один одного. У таблиці кожне випробування відповідає його звичайному стандарту для поковок із суперсплаву.

Стек неруйнівного контролю поковок турбін

Прохідне випробування поверхні не встановлює внутрішню цілісність, а успішне UT не встановлює заготівлю. Найдешевша пропозиція часто є тією, яка не включає перевірку, яка б виявила дефект, який ціна вже приховує, тому називайте клас приймання, а не просто «випробувано UT».

Як перевіряється потік зерна і чому це має значення для втоми?

Потік зерна перевіряється макротравленням репрезентативного перерізу, і це має значення, оскільки втомні тріщини йдуть шляхом найменшого опору - потік зерна, що слідує контуру, відводить тріщини від поверхні високого навантаження.

Макротравлення (ASTM E381 для поковок, ASTM E340 загалом) розчиняє підготовлений поперечний зріз, щоб виявити деформований малюнок зерна. Звіт показує, чи лінії потоку охоплюють обід диска, проходять аксіально вздовж валу чи прямо перетинають критичну деталь. Там, де потік переривається або проходить поперек напруги, це місце стає кандидатом на ініціацію втоми. З цієї причини малюнок кування, а не тільки хімічний склад, визначає необхідний напрямок потоку, а макротравлення є доказом того, що кування йому відповідає.

Яка практика плавлення потрібна для поковок зі суперсплавів аерокосмічної якості?

Поковки турбін аерокосмічної якості починаються з вакуумної індукційної плавки плюс електрошлакового переплаву (VIM+ESR), а обертові частини зазвичай тричі плавляться (VIM+ESR+VAR); шлях плавлення простежується від готової деталі назад до тепла.

Переплавлення — це те, що надає поковкам із суперсплавів їхню чистоту та відсутність сегрегації по центральній лінії та стрингерних включень, які можуть утворювати втомні тріщини. Вакуумна індукційна плавка контролює хімію та розчинені гази; електрошлаковий переплав уточнює структуру зливка; вакуумно-дуговий переплав (етап VAR у потрійному плавленні) посилює однорідність складу вздовж злитка. Число тепла переміщується разом із заготовкою, поковкою та кожним тестовим зразком, тому підозрілий результат можна відстежити до точного розплаву. Наш огляд нікелевих сплавів охоплює сімейства марок, які обслуговує ця практика плавлення.

Які дефекти можуть виникати в поковках із суперсплавів і як їм запобігти?

Дефекти, які мають значення в поковках турбін, це нахили та складки, мікротріщини швидкості деформації, сегрегація та смуги, водневі пластівці (білі плями) та включення - кожному можна запобігти за допомогою коефіцієнта зменшення, контролю температури та перевірки.

Суперсплави невблаганні: вони зберігають свою міцність при температурі кування, мають вузьке робоче вікно та чутливі до швидкості деформації, тому неправильна температура або підвищення температури спричиняє мікротріщини. Злитки можуть нести сегрегацію по центральній лінії, а на великих ділянках – водневі лусочки – внутрішні мікротріщини, які можуть витримати механічну обробку та спричинити раптову поломку. Профілактичний комплекс добре розроблений.

Поширені дефекти кування турбіни та засоби їх контролю

Які випробування механічних властивостей підтверджують, що поковка відповідає специфікаціям?

Прийнятність підтверджується як мінімум випробуваннями на розтягування та твердість, а також розривом під напругою або повзучістю та ударом, якщо цього вимагає обов’язок, усе взято з указаного місця та орієнтації зразка.

У звіті про випробування матеріалу записуються властивості розтягування згідно з ASTM E8, твердість згідно з ASTM E18, а для високотемпературного режиму роботи – дані про розрив напруги або повзучість згідно з ASTM E139 і часто вплив Шарпі згідно з ASTM E23. Важливо те, що купон береться в орієнтації та з місця розташування, в якому описується специфікація (часто це продовження кування), тому номери представляють деталь, а не зручну відрізку. Розмір зерна відповідає ASTM E112, а хімічний склад – відповідно до нагрівання ASTM E1473. Поковка, яка проходить хімічний аналіз, але не відповідає орієнтованому розтягуванню, відхиляється - перевірка є доказом, а не лише сертифікатом.

• Міцність на розтяг: ASTM E8 (гранична міцність, текучість, подовження).
• Твердість: ASTM E18 (часто використовується для перевірки термообробки).
• Розрив під напругою / повзучість: ASTM E139 (висока температура).
• Вплив: ASTM E23 (низькотемпературні випадки або випадки толерантності до дефектів).
• Розмір зерна: ASTM E112 (залежно від купону).
• Хімія: ASTM E1473 / спектр, до тепла.

Як здійснюється відстеження та документація для поковок турбін?

Кування аерокосмічної турбіни підтверджується як документацією, так і металом – звітом про випробування матеріалу EN 10204 3.1 із відстеженням теплового числа, сертифікатом відповідності, перевіркою першого виробу та записами NADCAP.

Пакет документації відображає кожну змінну, яка може мовчки зіпсувати деталь: ідентичність вихідної сировини та шлях плавлення, послідовність деформації, термічний контроль, діаграми термічної обробки, вирівнювання, кондиціювання поверхні, результати НК та докази випробувань. NADCAP (під керівництвом Інституту перевірки ефективності) перевіряє спеціальні процеси, такі як термічна обробка та НК, відповідно до аерокосмічних вимог, і результати аудиту є відкритими. Покупець повинен очікувати, щонайменше, MTR, COC та звіт про перевірку першого виробу, підкріплений таблицями термічної обробки та звітами про НК.

• Звіт про випробування матеріалу (MTR) із відстеженням теплового числа - EN 10204 3.1 (3.2 зі свідком).
• Сертифікат відповідності (COC).
• Перша перевірка товару (FAI) для нових конструкцій.
• Графіки термічної обробки, що показують фактичні цикли печі.
• Звіти про НК з критеріями прийнятності та результатами.
• Акредитація NADCAP для термічної обробки та НК у критичних для польоту випадках.

Які документи про якість повинен вимагати покупець у тендері?

Запишіть марку, деталь, шлях навантаження, шлях плавлення, коефіцієнт зменшення, напрямок потоку зерна, умови термічної обробки, обсяг НК і документацію в запит на пропозицію - потім перевірте першу статтю перед випуском виробництва.

Розпливчасте запрошення «ковка Інконель» створює брусок, який виглядає правильно, але пізніше виходить з ладу. Наведений нижче контрольний список той самий, який використовує виробник комплектного обладнання для турбін; вона відтворюється як поетапна процедура, тому її можна скопіювати прямо в запит пропозиції.

Крок 1. Назвіть точну марку та специфікацію продукту:Не пишіть «Інконель». Укажіть Inconel 718 до AMS 5662 або AMS 5663, або Waspaloy до AMS 5708 - клас і специфікація випуску вирішують кожне наступне випробування.

Крок 2. Вкажіть деталь, шлях її навантаження та робочу температуру:Диск, вал, корпус, ущільнення або камера згоряння відчувають різні навантаження та температуру; обов'язок встановлює сплав і напрямок потоку зерна, якого має дотримуватися кування.

Крок 3. Вкажіть маршрут плавлення:Вкажіть VIM+ESR для загального режиму роботи або VIM+ESR+VAR (потрійний розплав) для деталей, що обертаються, і вимагайте відстеження теплового числа до вихідного розплаву.

Крок 4. Встановіть коефіцієнт зменшення ковки та напрямок потоку зерна:Викликайте мінімальне зменшення 4:1 (6:1-8:1 для обертових частин) і контур, якому повинен слідувати потік зерна; це те, що звіт про макротравлення повинен підтвердити.

Крок 5. Визначити умову термічної обробки:Назвіть умову доставки – розчин оброблений або розчин оброблений і витриманий до циклу AMS/B637 – і хто це виконує та сертифікує.

Крок 6. Встановіть область НК і клас приймання:Вимагають 100% ультразвукового тестування відповідно до AMS 2154 класу AA (або ASTM A388 / E2375), поверхні PT (ASTM E165) або MT (ASTM E1444), а також макротравлення відповідно до ASTM E381 / E340; назвіть рівень прийнятності для кожного.

Крок 7. Вимагайте пакет документів:Вимагайте EN 10204 3.1 MTR, сертифікат відповідності, звіт про перевірку першого виробу, таблиці термічної обробки та звіти про НК, а також акредитацію NADCAP для спеціальних процесів, де деталь є критично важливою для польоту.

Як вибрати правильний сплав і характеристики для даної частини турбіни?

Виберіть сплав за температурним діапазоном і навантажте - 718 для звичайних дисків/валів до 650 C, Waspaloy або Rene 41, де регулюється повзучість вище 650 C, 625 або Hastelloy X для корпусів і камери згоряння - тоді вкажіть марку ASTM і випуск AMS, а не лише торгову назву.

Рішення - це тристороння відповідність температури, стресу та технологічності. Нижче приблизно 650 C з високими потребами у міцності та зварюваності, 718 є стандартним. Якщо повзучість вище 620-650 C регулює обертову частину, перейдіть до Waspaloy, а для найгарячішого напруженого листа/кованок до Rene 41.

Корпуси, кільця, ущільнювачі та канали використовують твердий розчин 625; Для вкладишів камери згоряння використовується Hastelloy X. Кожен вибір потім вирішується відповідно до специфікації: 718 відповідно до ASTM B637 / AMS 5662, Waspaloy відповідно до ASTM B637 / AMS 5708 тощо. На наших сторінках сімейства Inconel і Hastelloy перераховані сорти запасів, що стоять за цими виборами.

Керівництво по вибору сплаву по частинах турбіни

Що є причиною вартості та термінів виготовлення поковок для турбін із суперсплаву?

Ціна турбінної поковки встановлюється на основі вищої якості сплаву, співвідношення ціни і якості, маршруту плавлення, обсягу НК та інструменту, а не ціни злитка за кілограм.

Нікелеві суперсплави коштують у багато разів дорожче, ніж вуглецева або нержавіюча сталь, тому маса, за яку ви платите, але ніколи не летите, домінує у вартості. Потрійне плавлення, 100% клас AA UT, макротравлення та повний пакет документації додають реальну вартість, але є доказом відповідності деталі. Час виконання пакетів від розплавлення заготовок, повторного нагріву кування, термічної обробки та НК із закритою матрицею або ізотермічним інструментом на вершині - плануйте від тижнів до місяців, довше для великих або критично важливих деталей. Купівля за чіткими, правильними специфікаціями та маршрутом, близьким до мережі, фактично контролює вартість і графік.

Для порівняння зі світом кованих виробів, наші сторінки ASME B16.11 про ковані фітинги та ковані фітинги для труб охоплюють менші ковані компоненти, а наші сторінки Incoloy 800H / 800HT охоплюють високотемпературні деформовані сплави, які використовуються в тепліших зонах машини з меншим навантаженням.

Часті запитання

Найпоширенішими є диски, вали, лопаті, ущільнювачі та кільця Inconel 718; Роторні диски та вали Waspaloy та Rene 41 для більш гарячих секцій; Inconel X-750 леза, болти та пружини; корпуси, кільця та ущільнювачі з твердого розчину Inconel 625, а також вкладиші камер згоряння та перехідні канали з Hastelloy X. Див. Inconel 718 і Hastelloy X для детальної інформації.

Яка різниця між Inconel 718 і Waspaloy для поковок?

718 зміцнений гамма-подвійним праймом (Ni3Nb) і забезпечує найвищу міцність при кімнатній температурі та легку зварюваність приблизно до 650 C; Waspaloy зміцнений гамма-примом (Ni3(Al,Ti)) і зберігає міцність при повзучості вище приблизно 620-650 C, до 870 C для статичних частин, але його важче зварювати. Обидва підпадають під дію ASTM B637.

Яку температуру може витримати кування турбіни Inconel 718?

Inconel 718 використовується постійно до приблизно 650 C (1200 F) і протягом коротких періодів до 700 C (1290 F). Приблизно при температурі 700 C гамма-подвійний первинний осад укрупнюється і перетворюється на дельта-фазу, і сплав втрачає свою міцність.

Що охоплює ASTM B637?

ASTM B637 — це специфікація для дисперсійно зміцнюваних стрижнів з нікелевих сплавів, поковок і заготівлі для високотемпературного використання, включаючи інконель 718, X-750, 706 і васпалой. Супутні випуски AMS (наприклад, AMS 5662 для 718, AMS 5708 для Waspaloy) встановлюють точну термообробку та деталі тестування.

Що охоплює ASTM B564?

ASTM B564 ширше охоплює поковки з нікелевих сплавів - Inconel 625, 600 і X-750, Hastelloy X і C-276, Incoloy 825, Monel 400 та інші - для загальної стійкості до корозії та тепла. Це звичайна специфікація для заготівлі та поковок із твердого розчину для турбін.

Чому потік зерна важливий для кування дисків турбіни?

Втомні тріщини йдуть по шляху найменшого опору, тому потік зерна, який слідує за контуром диска, спрямовує тріщини в сторону від поверхні з високим навантаженням. Макротравлення за ASTM E381 / E340 є доказом того, що потік відповідає кресленню, а напрямок потоку вказано на куванні, а не припускається.

Який коефіцієнт редукції необхідний для кування турбіни?

Типовим є мінімальне скорочення ковки приблизно 4:1, а обертові частини, такі як диски та вали, зазвичай вказуються від 6:1 до 8:1, щоб розбити литу дендритну структуру та закрити пористість.

Що таке суб-сольвус проти супер-сольвусного кування?

Кування 718 нижче розчину дельта (Ni3Nb) дає дрібне рекристалізоване зерно з високою міцністю та хорошим терміном служби при низьких циклах втоми; кування вище розчину дає грубе зерно з кращим терміном повзучості/розриву та повільнішим ростом втомної тріщини. Вибір зроблено свідомо, а отриманий розмір зерна перевірено відповідно до ASTM E112.

Який неруйнівний контроль необхідний для поковок турбін?

Кування, що має важливе значення для польоту або потужності, проходить 100% об’ємне ультразвукове випробування (AMS 2154 клас AA або ASTM A388 / ASTM E2375), поверхневе проникнення (ASTM E165) або магнітно-порошковий тест (ASTM E1444), а також макротравлення (ASTM E381 / E340) для підтвердження потоку зерна. Жоден тест не бачить усе, тому шари доповнюють один одного.

Що таке AMS 2154 клас AA?

AMS 2154 — це аерокосмічна специфікація ультразвукового контролю кованого металу; Клас АА є найсуворішим рівнем прийнятності, який використовується для обертових частин преміум-класу, таких як диски та вали турбін, де внутрішня міцність є критичною.

Яка практика плавлення використовується для поковок з аерокосмічних суперсплавів?

Поковки аерокосмічної якості починаються з вакуумної індукційної плавки плюс електрошлакового переплаву (VIM+ESR); деталі, що обертаються, зазвичай тричі оплавляються (VIM+ESR+VAR). Число нагрівання відстежує готову деталь назад до вихідного розплаву.

Чому поковки зі суперсплавів важко кувати?

Вони зберігають міцність при температурі кування, мають вузьке робоче вікно та чутливі до швидкості деформації, тому неправильна температура або підвищення температури спричиняє мікротріщини. Контрольоване нагрівання, підвищення та скорочення – це те, що робить кування чистим.

Які документи має включати відправлення поковки турбіни?

Щонайменше звіт про випробування матеріалу EN 10204 3.1 із можливістю відстеження теплового числа, сертифікат відповідності, перевірка першого виробу, таблиці термічної обробки та звіти про НК; Очікується акредитація NADCAP для важливих для польотів спеціальних процесів.

Чи можна зварювати Inconel 718?

Так - краще, ніж більшість високоміцних суперсплавів. Його гама-подвійний первинний осад утворюється повільно, тому 718 можна зварювати в стані, обробленому розчином, а потім старити без розтріскування під час старіння, яке впливає на гамма-прості сплави, такі як Waspaloy і Rene 41.

Чи можна кувати Hastelloy X для деталей турбін?

так Hastelloy X (UNS N06002) виготовляється для футеровок камери згоряння, перехідних каналів, кілець і фурнітури, де стійкість до окислення приблизно до 870 C (1600 F) має більше значення, ніж максимальна міцність. Поковки охоплені ASTM B564; див. Hastelloy X.

Що таке співвідношення купівлі-польоту і чому це важливо?

Buy-to-fly — це відношення маси сирої заготовки до маси готової деталі. Майже чисте ізотермічне кування 718 може досягати приблизно 1,3:1, тоді як велика преформа з відкритим штампом може починатися вище 4:1; суперсплав, за який ви платите, але ніколи не літаєте, становить значну частину вартості деталі, тому варто прагнути до майже чистих маршрутів і HIP преміального матеріалу.

Скільки часу займає виготовлення ковки турбіни зі суперсплаву?

Накопичення часу від розплавлення заготовок, повторного нагріву кування, термічної обробки та НК із закритою матрицею або ізотермічним інструментом на вершині - зазвичай від тижнів до місяців і довше для великих або критичних для польоту деталей. Чітка, правильна специфікація та майже мережевий маршрут – ось що контролює графік.

Чи потребують турбінні поковки гарячого ізостатичного пресування (HIP)?

HIP використовується на високоякісних поковках і формах, що мають майже сітчасту форму, щоб закрити внутрішню пористість і покращити втомлюваність і перевірку, і є звичайним для критичних деталей, що обертаються; чи потрібна вона, визначається специфікацією закупівлі та класом приймання НК.