Nikel asosidagi super qotishma zarblar: muhim aylanadigan qismlarda don hajmini nazorat qilish uchun issiqlik bilan ishlov berish

Turbinali disklar, kompressor disklari, vallar va rotorli zarblar minglab soatlar davomida yuqori tezlikda va yuqori haroratda aylanadi. Muvaffaqiyatsizlik - bu oqish emas; bu halokatli hodisadir. Ushbu qismlar uchun metall donlarining kattaligi kosmetik tafsilot emas. Bu qismning charchoq yoriqlariga, o'rmalanishiga va sekin o'sishiga qanday qarshilik ko'rsatishini hal qiladi. Ushbu qo'llanmada issiqlik bilan ishlov berish nikel asosidagi super qotishma zarblarida don hajmini qanday belgilashi, asosiy yo'nalishlar qanday taqqoslanishi va xaridorlar nimani ko'rsatishi va tekshirishi kerakligini tushuntiradi.

Superqotishma zarrachalarida don hajmi ikkita narsaning birgalikda ishlashi bilan belgilanadi: donalarni hosil qiluvchi issiq ishlov berish tarixi va mustahkamlovchi yoki biriktiruvchi zarrachalar eriydigan haroratga nisbatan issiqlik bilan ishlov berish harorati. Bu haroratdan past bo'lgan eritma donni yaxshi saqlaydi (yaxshiroq tortishish va charchoqqa chidamlilik); uning ustidagi eritma donning dag'al o'sishiga imkon beradi (yaxshiroq o'rmalanadi va yorilishga chidamli). Ikkilamchi mikrostrukturali muolajalar diskning har bir qismiga kerakli don hajmini berishga harakat qiladi.

Nima uchun muhim aylanadigan qismlarda don hajmi muhim?

Chunki nozik va qo'pol donalar turli xil nosozlik usullaridan himoya qiladi. Nozik donalar yuqori kuchlanish kuchini va past tsikldagi charchoqqa yaxshiroq qarshilik ko'rsatadi; qo'pol donalar yuqori haroratda yaxshi o'rmalash va yoriq o'sishiga qarshilik ko'rsatadi. Aylanadigan qismda hamma joyda bitta don hajmi eng yaxshi emas.

Don mayda kristalldir. Donlar orasidagi chegaralar yuqori haroratda zaif nuqtalar bo'lib, ular bo'ylab metall asta-sekin deformatsiyalanishi (emirilishi) mumkin. Pastroq haroratda buning aksi bo'ladi: chegaralar yoriqlarni to'sib qo'yadi, shuning uchun ko'proq chegaralar (nozik donalar) kuchliroq, charchoqqa chidamliroq metallni anglatadi. Diskda bir vaqtning o'zida ikkala shart ham mavjud. Teshik (markaz) sovuqroq va yuqori kuchlanish davrlarini o'tkazadi. Jant issiqroq ishlaydi va barqaror yuk ostida o'tiradi.

Jadval 1. Gaz turbinasi diskini issiqlik bilan ishlov berish bo'yicha nashr etilgan adabiyotlarda tasvirlanganidek, disk qotishmalarida don o'lchami almashinuvi.

Nikel asosidagi super qotishma zarbda don hajmini nima nazorat qiladi?

Uni uchta tutqich boshqaradi: zarb paytida metall qanchalik va qanchalik qiziydi, qanday zarralar pin chegaralarida mavjud va eritmaning oxirgi harorati (bu zarrachalar erishi harorati).

Soxtalash jarayonida deformatsiya qayta kristallanish natijasida yangi mayda donalar hosil qiladi. Keyinchalik isitish vaqtida bu donalar o'sib boradi, chunki yirik donalar kamroq chegara maydoniga ega va shuning uchun kamroq energiyaga ega. Don chegaralarida o'tirgan qattiq zarralar langar kabi harakat qiladi va bu o'sishni to'xtatadi. InQotishma 718ankraj bosqichi delta (d); kukun-metall diskli qotishmalarda u qo'pol birlamchi gamma prime ('). Issiqlik bilan ishlov berish harorati ankrajlar eriydigan nuqtadan o'tgandan so'ng, donalar tez o'sishi mumkin. Shuning uchun solvus harorati don hajmini nazorat qilishda eng muhim raqamdir.

Delta fazasi Inconel 718 da don hajmini qanday nazorat qiladi?

Delta fazasi niobiyga boy faza bo'lib, taxminan 800 dan 1000 darajagacha bo'lgan don chegaralarida hosil bo'ladi. U zarb qilish va eritma bilan ishlov berish jarayonida chegaralarni mustahkamlaydi, shuning uchun 718 qotishmasi eritma harorati delta solvusidan past bo'lib, taxminan 1010-1020 daraja bo'lsa, nozik taneli bo'lib qoladi.

Soxtakorlar bundan ataylab foydalanadilar. "Delta ishlov berish" da material zarbdan oldin va zarb paytida delta fazasini cho'ktirish uchun ushlab turiladi, shuning uchun qism keyinchalik qizdirilganda donalar kichik bo'lib qoladi. Nashr etilgan ma'lumotlar don hajmining harorat va delta tarkibiga qanchalik sezgir ekanligini ko'rsatadi. Bir tadqiqotda ultra nozik donali 718 ignabargli 1800 daraja F (taxminan 980 daraja) eritma 5 soat davomida taxminan 2,6% delta qoldirdi va ASTM 9 don o'lchamini berdi, 1850 daraja F (taxminan 1010 daraja) 1 soat davomida taxminan 4,6% to'liq disk qoldirdi va AST shkalasida standart eritmani berdi. 954 daraja delta-qayta ishlangan materialda bir xil ASTM 11-12 tuzilishini ishlab chiqardi.

2-jadval. Eritma harorati va delta fazasining qotishma 718 don hajmiga ta'siri. Manbalar: TMS Superalloys protsesslari (1992, 2001) va Alloy 718 issiqlik bilan ishlov berish bo'yicha patent adabiyotlari. ASTM raqamlari ASTM E112 don hajmi raqamlari; yuqoriroq nozikroq degan ma'noni anglatadi.

Olib ketish - bu savdo-sotiq. Delta fazasi don hajmini ushlab turishga yordam beradi, lekin don chegaralarida u egiluvchanlik va stress-korroziya xatti-harakatlariga ham ta'sir qilishi mumkin, shuning uchun ba'zi ilovalar uni ataylab eritib yuboradi. Stressli korroziyaga chidamlilik bo'yicha nashr etilgan patent delta solvusidan yuqoridagi tavlanish chegara deltasini olib tashlaganini, lekin ASTM 8 dan ASTM 3 gacha bo'lgan dag'al donani olib tashlaganini bildiradi. Shuning uchun eritma harorati umumiy jadvaldan ko'chirilmagan holda dastur uchun tanlanadi.

Subsolvus va Supersolvus issiqlik bilan ishlov berish o'rtasidagi farq nima?

Subsolvus eritmasi bilan ishlov berish gamma-prime solvus ostida amalga oshiriladi, donalarni bog'laydigan qo'pol birlamchi 'zarralarni qoldiradi va mayda donalar beradi. Supersolvus bilan ishlov berish solvus ustida amalga oshiriladi, bu zarralarni eritib yuboradi va donalarning qo'pollashishiga imkon beradi. Birinchisi kuch va charchoqni yaxshilaydi; ikkinchisi o'rmalash va yorilish o'sishiga qarshilik ko'rsatadi.

Bu tanlov asosan yuqori darajada qotishma, gamma bilan mustahkamlangan chang-metall disk qotishmalariga taalluqlidir, masalan, René 88DT, ularning gamma asosiy eritmasi taxminan 1110–1116 daraja (2030–2040 daraja F) da qayd etilgan. Ushbu qotishmalar bo'yicha chop etilgan ish shuni ko'rsatadiki, subsolvus bilan ishlov berish don o'sishini cheklaydigan qo'pol birlamchi zarralarning taxminan 10-20% ni saqlab qoladi, supersolvus bilan ishlov berish esa bu cheklanishni yo'qotadi va donalarning o'sishiga imkon beradi.

Jadval 3. Gamma bilan mustahkamlangan disk qotishmalari uchun subsolvus va supersolvus eritmasi bilan ishlov berish. Manbalar: TMS Superalloys ishlari, NASA disk tadqiqotlari va GE patent adabiyoti.

Supersolvus bilan ishlov berish René 88DT ning rivojlanishida markaziy oʻrin tutdi, bunda supersolvus eritmasi bilan ishlov berish natijasida ishlab chiqilgan yirikroq don oʻlchami oʻrmalashdan foyda keltirishi kutilgan edi va dastur René 95 bilan solishtirganda charchoq yoriqlari oʻsish tezligini sezilarli darajada kamaytirishga qaratilgan. Ushbu toifadagi qotishmalarga supersolvus bilan ishlov berish ASTM donalarining oʻlchamiga nisbatan yaxshilangan chidamliligini oshirishi mumkin.

Inconel 718 Forgings uchun standart issiqlik bilan ishlov berish nima?

Eritma taxminan 925–1010 daraja haroratda tavlanadi, so'ngra tez sovutish, keyin ikki bosqichli yosh: 8 soat davomida 718 daraja, o'choq taxminan 620 darajagacha sovutiladi, umumiy qarish vaqtini 18 soat ushlab turing, keyin havo bilan sovuting. Eritma qadamini delta solvus ostida saqlash nozik donni saqlaydi.

Jadval 4. Odatda qotishma 718 eritma-va-yosh aylanishi. Manbalar: AMS 5662/5663 amaliyotiga havola etuvchi yetkazib beruvchi ma'lumotlar varaqlari. Har doim boshqaruv spetsifikatsiyasi va sotib olish tartibiga rioya qiling.

Qarish bosqichlari don hajmini ko'p o'zgartirmaydi, chunki 718 daraja va 620 daraja eritma haroratidan ancha past. Ularning qiladigan ishi kuchayish fazalarini (″ va ′) cho'ktiradi. Shuning uchun don hajmi zarb yo'nalishi va eritma bosqichi bilan belgilanadi; qarish keyin kuchini o'rnatadi.

Ikkilamchi mikrostrukturali issiqlik bilan ishlov berish nima va u disklar uchun nima uchun ishlatiladi?

Ikkilamchi mikrostrukturali issiqlik bilan ishlov berish diskga nozik taneli, yuqori quvvatli teshik va qo'pol donli, o'rmalanishga chidamli jant beradi, bu ikki hududni solvuzga nisbatan har xil haroratga qizdiradi. Bu bitta don o'lchamdagi barcha kelishuvlarni olib tashlashga qaratilgan.

Yagona issiqlik bilan ishlov berish disk bo'ylab bir xil don hajmini beradi, nozik yoki qo'pol, bu murosaga olib keladi. Ikkilamchi ishlov berishda jant uni qo'pollashtirish uchun gamma-asosiy solvusdan yuqoriga keltiriladi, teshik esa solvus ostida saqlanadi. Ilg'or disk qotishmasi LSHR ustida olib borilgan tadqiqotlar subsolvus va supersolvus variantlarini va nozik taneli, yuqori quvvatli teshik va qo'pol donli, egiluvchanlikka chidamli jantni etkazib berishga mo'ljallangan bir nechta ikki tomonlama tuzilish variantlarini ko'rib chiqdi.

Usulning o'ziga xos muammosi bor: nozik va qo'pol hududlar o'rtasidagi o'tish zonasi. NASA tadqiqotchilari er-xotin mikro tuzilmali diskning don o'lchamiga o'tish zonasida charchoqni yo'qotish rejimlarini o'rganishdi va issiqlik bilan ishlov berish patentlari keyingi jarayon xavfini qayd etadi, chunki solvusdan juda past bo'lgan teshik harorati gamma-primeni haddan tashqari qarishi va foydani bekor qilishi mumkin. Ikkilamchi mikrostrukturani davolash aniq termal nazoratni va to'liq sinovni talab qiladi.

Noto'g'ri don hajmi nazorati qanday kamchiliklarga olib kelishi mumkin?

Asosiy nuqsonlar - g'ayritabiiy qo'pol donalar (donning muhim o'sishi), aralash yoki tarmoqli don tuzilmalari, eritmaning haddan tashqari haroratidan o'sib chiqqan donalar va qoldiq stress yoki söndürme yorilishi, bularning barchasi charchoq muddatini qisqartirishi yoki natijalarni oldindan aytib bo'lmaydi.

Jadval 5. Superqotishma zarblaridagi don o'lchamiga bog'liq umumiy nuqsonlar va ularni oldini olish usullari.

Qabul qiluvchilar don hajmini qanday aniqlashlari va tekshirishlari kerak?

Qotishma va boshqaruv spetsifikatsiyasi, talab qilinadigan ASTM E112 don o'lchamlari diapazoni (va har qanday maksimal ruxsat etilgan qo'pol don), sinov joylari va issiqlik bilan ishlov berish yo'lini belgilang, keyin buni tasdiqlovchi sertifikatlar va metallografiya talab qilinadi.

Donning kattaligi ASTM E112 shkalasi bo'yicha xabar qilinadi, bu erda kattaroq raqam nozikroq donni anglatadi. Quyidagi jadvalda super qotishma zarblarida tez-tez uchraydigan raqamlar uchun taxminan o'rtacha don diametri berilgan.

Jadval 6. Taxminan ASTM E112 don o'lchamlari konversiyalari.

Jadval 7. Don o'lchami uchun muhim bo'lgan super qotishma zarblari uchun xaridorlarning nazorat ro'yxati.

Tez-tez so'raladigan savollar

Soxta deformatsiya donalarni hosil qiladi, zarrachalar (718 qotishmasida delta fazasi, disk qotishmalarida qo'pol birlamchi gamma-prime) ularni ushlab turadi va eritmaning eritma harorati bu zarrachalarning qolishini yoki erishini hal qiladi.

Inconel 718 ning delta solvusi nima?

Taxminan 1010-1020 daraja. Nashr qilingan qiymatlar biroz farq qiladi, chunki solvus vaqtga, morfologiyaga va mahalliy niobiy tarkibiga bog'liq; bir tadqiqot 1033 darajaga yaqin hisoblangan muvozanat qiymati va 1020 darajaga yaqin ko'rinadigan qiymat haqida xabar beradi.

Subsolvus va supersolvus issiqlik bilan ishlov berish nima?

Subsolvus - bu gamma-prime solvus ostidagi eritma bilan ishlov berish va nozik donalar va yaxshiroq valentlik va charchoq xususiyatlarini beradi. Supersolvus solvus ustida joylashgan va qo'pol donalar va yaxshi o'rmalash va yoriqlar o'sishiga qarshilik ko'rsatadi.

Nega har bir donni o'rmalanish qarshiligi uchun qo'pol qilmaslik kerak?

Dag'al donalar valentlik va past tsiklli charchoq kuchini pasaytiradi, bu diskning sovutgich, yuqori kuchlanishli teshigida muhimdir. Shuning uchun ikkilamchi mikrostrukturali davolash usullari mavjud.

Inconel 718 uchun standart issiqlik bilan ishlov berish nima?

Eritma tez sovutish bilan 925-1010 daraja atrofida qaynatiladi, so'ngra 718 darajada 8 soat davomida qariydi, o'choq taxminan 620 darajagacha sovutiladi, jami 18 soat ushlab turing va havo sovutadi.

Kritik don o'sishi nima?

René 88DT kabi chang-metall qotishmalarining supersolvus issiqlik bilan ishlov berishdan so'ng tanqidiy kuchlanish mintaqalarida hosil bo'ladigan g'ayritabiiy qo'pol donalar. Soxtalashtirish va issiqlik bilan ishlov berish xavfi ma'lum bo'lib, ishlov berish nazorati oldini olish uchun mo'ljallangan.