Резюме: Техническо ръководство за предизвикателствата при леене на инконел 718, включително горещо крекинг и машинна обработка, и какво купувачите трябва да проверят при доставчик.
Inconel 718 е една от най-широко използваните суперсплави на базата на никел. Поддържа висока якост, устойчивост на пълзене и устойчивост на умора при температури до приблизително 700°C.
Тези свойства го правят стандартен избор за компоненти на аерокосмически двигатели, газови турбини и нефтено и газово оборудване.
Въпреки това, същите характеристики, които правят Inconel 718 желан, също го правят изключително труден за леене и обработка.
При снабдяване Инконел 718 отливка по инвестиционни модели компоненти, купувачите често установяват, че не всяка леярна може да достави здрави отливки.
Разбирането на металургичните корени на тези трудности е по-полезно от простото изискване на списък със сертификати.
Сертификатите показват, че дадено съоръжение е преминало одит, а не че контролът на процеса е в състояние да управлява тази специфична сплав.
Защо Inconel 718 е предизвикателство за леене по модели
Леенето по модели е много подходящо за Inconel 718, защото може да произвежда сложни, почти чисти форми и да намали количеството скъпа суперсплав, отстранена чрез машинна обработка.
Но процесът на втвърдяване, присъщ на леенето, въвежда два основни риска от дефекти.
Рискът от горещо напукване (фаза на Laves)
Inconel 718 съдържа ниобий (Nb). По време на последните етапи на втвърдяване, остатъчната течност се обогатява с Nb, силиций и други елементи, насърчавайки образуването на фаза на Laves.
Изследванията показват, че дори нивата на остатъчна фаза на Laves до 0,14–0,35 тегл.% могат да бъдат вредни за пластичността на горещо и свойствата на разкъсване под напрежение.
Наличието на фаза на Laves разширява ефективния диапазон на замръзване, оставяйки междудендритните области без достатъчна пластичност, за да поемат напрежението на свиване в края на втвърдяването.
При условия на термично напрежение това води до горещо разкъсване.
Скоростта на охлаждане е основната променлива за контролиране на фазата на Laves. По-бавното охлаждане позволява повече сегрегация на ниобий и увеличава вероятността от задържане на остатъчната фаза на Laves при стайна температура; по-бързото охлаждане може частично да потисне образуването му.
Следователно, способността на леярната да контролира температурата на предварително загряване на черупката, температурата на изливане и графици за охлаждане директно диктува нейния успех в предотвратяването на горещи пукнатини.
Свиване и вътрешна порьозност
Поведението при свиване на Inconel 718 е силно чувствително към прозореца на процеса. Симулационни проучвания върху отливки на турбинни лопатки показват, че когато времето на престой на матрицата се увеличи от 0 s до 420 s, температурата на корпуса пада от 1000°C до 860°C и общият обем и честота на свиване се увеличават съответно.
Това означава, че ако термичното управление преди изливането се отклонява от проектирания прозорец, вътрешната порьозност ще се увеличи значително.
Вътрешната порьозност в отливките от Inconel 718 не е рядка аномалия, а типичен режим на повреда в резултат на неадекватен контрол на процеса.
За носещи или критични за умора части, дори след горещо изостатично пресоване (HIP), микросвиването все още може да съкрати живота на умора.
Следователно рискът от свиване трябва да бъде разгледан от етапите на проектиране на литниковата система и симулация на втвърдяване.
Предизвикателства след отливането: Машинна обработка на Inconel 718
Дори една здрава отливка все още създава значителни трудности при обработката. Inconel 718 има ниска топлопроводимост, концентрирайки топлината при рязане близо до ръба на инструмента, докато неговата аустенитна структура причинява бързо втвърдяване при напрежение при рязане.
Този закален при работа слой ускорява износването на страните, създавайки цикъл, при който рязането прави материала по-твърд, което от своя страна износва инструмента по-бързо.
Що се отнася до параметрите на рязане, твърдосплавните инструменти без покритие се представят добре в диапазона 10–30 m/min; за скорости над 40 м/мин по-подходящи са твърдосплавните пластини с покритие.
Този диапазон на скоростта е значително по-нисък от конвенционалните параметри за алуминий или стандартна стомана, което означава, че времето за обработка и разходите за инструменти за Inconel 718 са по същество по-високи.
От гледна точка на обществените поръчки това повдига критична точка за оценка на доставчика: леярни със собствени възможности за машинна обработка обикновено имат предимство пред тези, които само леят и възлагат машинна обработка на външни изпълнители.
Поведението на Inconel 718 при закаляване при работа изисква координирана оптимизация на параметрите на рязане, траекторията на инструмента и твърдостта на приспособлението.
Ако леярната контролира както допуските за отливане, така и допуските за машинна обработка, тя може да определи по-подходящи условия по време на леене, намалявайки риска от необичайно износване на инструмента или увреждане на целостта на повърхността, причинено от неправилни допуски.
Как да оцените леярна Inconel 718
Когато оценяваме доставчици за отливки от Inconel 718, сертификатите са праг, а не достатъчно условие.
Следните възможности са по-показателни за това дали дадено съоръжение наистина контролира тази сплав.
1. Контрол на атмосферата на топене и изливане. Inconel 718 е чувствителен към кислород, азот и водород, което изисква подходяща защита по време на топене и изливане.
Вакуумното индукционно топене (VIM) може да ограничи окисляването и улавянето на газ, където е приложимо, но не всички отливки от Inconel 718 изискват VIM. Маршрутът на процеса трябва да бъде потвърден спрямо спецификациите на частите и приложимите стандарти.
2. Контрол на термичната обработка. Твърдостта на Inconel 718, както е отлята, не представлява крайна експлоатационна производителност.
Обикновено посоченият път на термична обработка в промишлената литература се състои от обработка на разтвор при приблизително 980°C, последвано от бързо охлаждане, първо стареене при 720°C за 8 часа, охлаждане в пещта до 620°C за второ 8-часово стареене и въздушно охлаждане.
Това двуетапно стареене утаява γ″ фазата на укрепване, отговорна за здравината на сплавта.
Ако доставчикът няма контролирани пещи и проследими температурни криви, отливката може да отговаря на стандартите за качество на металургията, но да не отговаря на изискванията за механични свойства.
3. Обхват на безразрушителен контрол (NDT). Тенденциите към вътрешно свиване и горещо напукване на Inconel 718 означават, че NDT не може да разчита само на визуална проверка.
Рентгеновата радиография открива вътрешно свиване и пукнатини, инспекцията с флуоресцентен пенетрант (FPI) идентифицира дефекти при счупване на повърхността, а ултразвуковото изпитване може да допълни близката до повърхността или вътрешната оценка.
Потвърдете дали NDT се извършва вътрешно или на външен изпълнител и дали критериите за приемане отговарят на приложението на частта.
4. Проследимост на материала и последователност на партидите. Химическият състав на всяка топлина от Inconel 718 – по-специално нивата на Nb, Si и C – и нейната история на охлаждане влияят върху тенденцията за образуване на фаза на Laves.
Изискването на записи за ниво на топене на топлинно число, дневници за термична обработка и отчети за NDT е директен начин да се оцени дали контролът на процеса на доставчика е систематичен.
5. Интеграция от отливане към машинна обработка. Както беше отбелязано, работното втвърдяване на Inconel 718 прави интерфейса между леене и машинна обработка критичен.
Ако доставчикът може да управлява целия работен процес вътрешно, координирането на разпределението на допустимите отклонения, проектирането на квоти и стратегиите за отстраняване на дефекти обикновено е по-ефективно.
За примери за възможности за обработка на сложни сплави можете да прегледате нашите възможности.
Специфични съображения за приложението
Инконел 718 отливка по инвестиционни модели обикновено попада в две категории приложения.
Аерокосмически двигател и газова турбина структурните компоненти с гореща секция (като корпуси, монтажни фланци и скоби) изискват характеристики на умора при висок цикъл, с много ниска толерантност към проблеми с вътрешната порьозност и целостта на повърхността.
Нефт, газ и енергийно оборудване компоненти като тела на клапани, части на помпи и компоненти на устието на кладенеца се фокусират повече върху устойчивостта на корозия и целостта на налягането, където прозорецът на толерантност към дефекти за чувствителни към горещи пукнатини, но некритични за умора части може да бъде относително по-широк.
Това не означава, че едно приложение е „по-лесно“ за предаване. Това означава, че акцентът върху оценката на доставчика трябва да се измести с крайната употреба на частта.
Леярна с постоянен запис на доставка на некритични структурни отливки може да не притежава системата за контрол на процеса и документация, необходима за отливки от аерокосмически клас Inconel 718.
Изясняването на окончателното приложение на частта и приложимите стандарти по време на етапа на RFQ помага на доставчика да определи дали неговите възможности на процеса съвпадат, избягвайки откриването на несъответстващи критерии за приемане само след възникване на спор за качеството.
