Inconel álfelgur: 625 og 718 fyrir háhita og ætandi umhverfi 

Þegar verkfræðingur skráir upp inconel hluti fyrir krefjandi umsókn birtast Alloy 625 og Alloy 718 oft á sama listanum. Báðar eru nikkel-undirstaða ofurblendi með framúrskarandi háhitastöðugleika. Báðir standast oxun. Báðir eru fáanlegir í stöng-, plötu- og steypuformi. Samt eru þeir hannaðir fyrir í grundvallaratriðum mismunandi bilunarhami og að velja rangan getur leitt til annað hvort ótímabærrar tæringar eða ofhönnuðs íhluts sem eykur kostnað án þess að bæta endingartíma.

Greinarmunurinn snýst ekki um hvaða álfelgur er „sterkari“ eða „tæringarþolnara“ í almennum skilningi. Það snýst um hvaða styrkingarkerfi passar við ríkjandi niðurbrotsógn. Inconel 625 byggir á styrkingu á föstu lausninni fyrir tæringarþol og víðtækan hitastöðugleika. Inconel 718 notar úrkomuherðingu til að ná mjög miklum styrk, en sá styrkur er með hitaþak. Að skilja hvar það þak situr, og hvað gerist handan þess, er upphafspunkturinn fyrir hvert inconel hluti ákvörðun um val.

Þessi grein er skrifuð fyrir flugvéla-, jarðolíu- og háhitabúnaðarverkfræðinga og kaupendur sem þurfa starfandi valramma. Það einblínir á málmvinnslurökfræðina á bak við hverja málmblöndu, þjónustuskilyrðin sem eru hlynnt öðru fram yfir, og framleiðslusjónarmiðin sem ákvarða hvort tilgreind málmblendi skilar árangri.

Kjarnamunurinn: Styrking á föstu lausnum vs úrkomuharðnun

Einfaldasta leiðin til að ramma inn muninn er þessi: Inconel 625 fær styrk sinn frá því sem er leyst upp í því; Inconel 718 fær styrk sinn frá því sem fellur út úr honum.

Inconel 625 (UNS N06625) er styrkt málmblendi með fastri lausn. Mólýbden (8–10%) og níóbíum (3,15–4,15%) eru áfram uppleyst í nikkel-króm fylkinu, sem skekkir kristalgrindina og hindrar hreyfingu til að losna. Þessi styrking er til staðar í því ástandi sem það er afhent. Engin öldrunarmeðferð er nauðsynleg. Sömu samsetningareiginleikar sem veita styrk - sérstaklega mikið mólýbden- og króminnihald - framleiða einnig einstaka tæringarþol málmblöndunnar. Inconel 625 er í raun og veru tæringarblendi sem fyrir tilviljun hefur gagnlegan styrk frekar en styrkleikablendi sem stenst tæringu.

Inconel 718 (UNS N07718) virkar eftir annarri meginreglu. Níóbín (4,75–5,5%) sameinast nikkel við öldrun og myndar gamma tvöfalt grunn (Ni₃Nb) botnfall, sem vinnur við hlið gamma prime (Ni₃Al/Ti) til að veita aðalstyrkjandi áhrif. Í ástandi sem er meðhöndlað með lausn er 718 tiltölulega mjúkt. Eftir öldrun nær uppskerustyrkur þess um það bil 1000–1100 MPa eftir vöruformi og forskrift, samanborið við venjulega 320–450 MPa fyrir glæðað 625. Sá munur – u.þ.b. tvisvar til þrefaldur uppskerustyrkur – útskýrir hvers vegna 718 ræður ríkjum í háspennu sem snúast íhlutum.

Inconel 600, stundum flokkað með þessum málmblöndur í almennum umræðum um nikkelblendi, er Ni-Cr málmblöndur án mólýbden- eða níobíumviðbótanna sem skilgreina 625 og 718. Styrking þess og tæringarþol eru bæði hóflegri og það situr utan við þennan samanburð.

Fyrir an inconel hluti þar sem aðalógnin er klóríðhola eða súrárás, er efnafræði 625 í föstu lausnum viðeigandi kostur. Þar sem aðalógnunin er þreyta eða uppgjöf undir miklu álagi við meðalhita er úrkomuhert uppbygging 718 viðeigandi val. Afgangurinn af þessari grein skoðar hvar þessar aðstæður eiga sér stað í raun og veru.

Hvernig hitastig og tæringarskilyrði ráða valinu

Inconel 625: Þjónusta með tæringu og soðið burðarvirki

Inconel 625 er sjálfgefin forskrift þegar tæringarþol ræður úrslitum. Mólýbdeninnihald þess veitir gryfju- og sprungutæringarþol í klóríðberandi umhverfi, með gryfjuþolsjafngildi (PREN) umtalsvert hærra en 718 vegna hærra mólýbdeninnihalds. Í sjó, súrum vinnslustraumum og súrgasþjónustu er þessi viðnám ástæðan fyrir því að 625 er valinn frekar en sterkari valkostur. Málblönduna er notað fyrir neðansjávarflæðislínur, efnavinnslubúnað, þar á meðal loka og varmaskipti, og útblásturskerfi sjávar.

Hitastigsgetan 625 er oft misskilin. Málblönduna heldur gagnlegum styrk og oxunarþol í um það bil 980°C og sumar heimildir vitna í þjónustuhitastig allt að 1093°C fyrir tilteknar vöruform. En "gagnlegur styrkur" við 980°C er ekki það sama og mikla burðargetu sem 718 veitir við lægra hitastig. Inconel 625 við háan hita er valið fyrir oxunarþol og burðarstöðugleika, ekki fyrir uppskeruþol undir miklu álagi.

Framleiðslukosturinn við 625 er jafn mikilvægur. Hægt er að nota málmblönduna í soðnu ástandi án hitameðhöndlunar eftir suðu og er ónæmt fyrir millikorna tæringu jafnvel í soðnu ástandi. Fyrir soðin mannvirki, suðuálagsklæðningu og flókna tilbúning þar sem öldrunarferill eftir suðu myndi skapa röskun eða auka kostnað, er þessi einfaldleiki hagnýt valviðmið. Málblöndunni er almennt beitt sem suðuyfirlag á kolefnisstál fyrir súr þjónustu, þar sem klæðningin veitir tæringarþol án þess að þurfa hitameðhöndlun á öllum íhlutnum.

Inconel 718: Þjónusta undir stjórn öldrunar fyrir neðan öldrunargluggann

Inconel 718 er ríkjandi ofurblendi fyrir háspennunotkun undir um það bil 650°C. Þotuhreyfilskífur, hástyrkar festingar, olíu- og gasverkfæri niðri í holu og eldflaugamótor túrbódælur treysta allt á aldraðan styrk 718. Skrið- og spennubrotsárangur málmblöndunnar er frábær á þessu sviði.

Yfir því hitastigi byrjar styrkingarbúnaðurinn að bila. Gamma tvöfalda útfellingin sem veitir styrk 718 grófst og umbreytist í delta fasa við hitastig um 650°C og yfir, sem veldur styrkleikatapi. Þetta er ekki hægfara lækkun sem hægt er að stjórna með öryggisstuðli. Það er fasabreyting sem breytir grundvallarhegðun málmblöndunnar. Fyrir viðvarandi þjónustu yfir um það bil 650–700°C er 718 ekki lengur viðeigandi val á styrkleikaástæðum, óháð stofuhitaeiginleikum. Nákvæm efri mörk eru háð álagsstigi og nauðsynlegu lífi, en vélbúnaðurinn setur hagnýt mörk sem ekki er hægt að hanna í kringum endalaust.

Inconel 718 hefur gagnlega tæringarþol. Það þolir oxun og marga vatnskennda miðla nægilega vel fyrir burðarvirki. En í árásargjarnu klóríð- eða afoxandi sýruumhverfi gerir lægra mólýbdeninnihald þess (2,8–3,3%) og hærra járninnihald það minna ónæmt en 625. inconel hluti sem tilgreint er í 718 fyrir ætandi notkun er líklega oftilgreint varðandi styrk og vantilgreint um tæringarþol. Valrökfræðin ætti að fylgja ríkjandi bilunarham, ekki almennri vali fyrir „afkastameiri“ álfelgur.

Dæmigert Inconel hlutaform og hvar hver álfelgur passar

Lokahlutir og efnavinnsluíhlutir

Í efnavinnslu standa lokar og innri íhlutir frammi fyrir blöndu af ætandi miðli, rofflæði og kröfum um þéttingu yfirborðs. Þegar vinnslustraumurinn inniheldur klóríð, afoxandi sýrur eða sjókælingu er Inconel 625 viðeigandi forskrift. Mólýbdeninnihald þess tekur á gryfju- og sprungutæringu á flansum og þéttingarflötum, og eins og soðið notagildi þess einfaldar tilbúningur flókinna lokageometría.

Inconel 718 kemur fyrir í efnaþjónustu fyrst og fremst í háþrýstifestingum og burðarhlutum þar sem styrkur er ríkjandi krafa, frekar en í blautum hlutum sem verða fyrir árásargjarnri efnafræði. Fyrir an inconel hluti sem sameinar báðar aðgerðir - háspennuþáttur sem snertir einnig ætandi miðla - valið gæti þurft málamiðlun eða allt aðra málmblöndu.

Staðfestingarskýrsla: Núverandi vörusíður vefsíðunnar ná yfir Inconel 600 og Inconel 718. Staðfesta skal framboð á Inconel 625 hlutum áður en 625 er tilgreint sem meðfylgjandi efni.

Túrbínuþéttingar, diskar og háspennu snúningshlutar

Í flugvéla- og gastúrbínuforritum er 718 sjálfgefið fyrir hverfilskífur, þjöppuskífur, stokka og háspennustöðuhluta sem starfa undir 650°C. Erfitt er að skipta um samsetningu málmblöndunnar af mikilli uppskeruþol, þreytuþol og álagsrofagetu á þessu hitastigi. Túrbínuþéttingar sem verða fyrir miklu snertiálagi og hitauppstreymi eru oft tilgreindar í 718 þegar innsiglishliðin verða ekki fyrir alvarlegri ætandi árás.

Inconel 625 kemur fyrir í útblásturskerfum vélar, leiðslum og íhlutum þar sem oxunarþol og tæringarþol eru mikilvægari en burðargeta. Valið á milli tveggja í hverflaumhverfi fylgir venjulega skýrri spurningu: er hluturinn fyrst og fremst álagsleið burðarvirkis, eða fyrst og fremst innilokunar- og flæðisbrautarhluti? Fyrstu greiða 718; sá seinni velur 625.

Skilagreinar, festingar og útblásturshlutar

Festingar eru klassískt 718 forrit. Mikið forálag, viðnám gegn slökun á álagi og þreytuþol við hringrásarálag eru ríkjandi kröfur og 718 hefur aldraður styrkur og frammistaða álagsrofs beint að þeim. Háhitaboltasamskeyti sem tilgreind er í 625 myndi líklega krefjast stærri festingar eða lægri forálags til að ná sambærilegum árangri, auka þyngd og flókið.

Útblástursgreinir og álíka íhlutir sýna blæbrigðaríkara tilfelli. Ef rekstrarhitastig helst undir 650°C og umhverfið er oxandi en ekki mjög ætandi er 718 sanngjarnt val. Ef útblástursstraumurinn inniheldur klóríðberandi þéttiefni eða súr tegundir, getur tæringarþol 625 vegið þyngra en styrkleikakostur 718. Ákvörðunin ætti að byggjast á raunverulegri gasefnafræði og málmhitastigi, ekki á almennri forsendu um að meiri styrkur sé alltaf æskilegur.

Smíði og steypuáskoranir: 625 á móti 718

Vinnsluhegðun

Báðar málmblöndur eru erfiðar í vinnslu miðað við ryðfrítt stál, en af mismunandi ástæðum. Inconel 625 í glæðu ástandi er gúmmí og vinnuharðnar hratt. Flísar eru langar og strengar, slit á verkfærum er hraðari og efnið hefur tilhneigingu til að ýta frá skurðbrúninni frekar en að klippast hreint. Skarp verkfæri, háþrýsti kælivökvi og íhaldssöm straum eru nauðsynleg til að forðast hert yfirborðslag sem flækir síðari aðgerðir.

Inconel 718 er venjulega unnin í lausnmeðhöndluðu ástandi eða að hluta til öldrun, síðan öldruð eftir vinnslu. Hærri alger hörku þess þýðir að slit á verkfærum er aðal áhyggjuefni, en flísmyndun er fyrirsjáanlegri og víddarstýring er almennt betri en með 625. Ef hluti er eldaður fyrir lokavinnslu eykst hörkan enn frekar og vinnslan verður verulega erfiðari. Hagnýt nálgun fyrir flesta inconel hluti framleiðsla er að grófa vél í mýkra ástandi, eldast og klára síðan vél með tilliti til stærðarbreytinga sem öldrun veldur.

Suðu og eftirsuðumeðferð

Hægt er að sjóða Inconel 625 og taka í notkun án hitameðhöndlunar eftir suðu og málmblönduna þolir tæringu á milli korna jafnvel í soðnu ástandi. Þetta er ósvikinn framleiðslukostur fyrir stórar eða flóknar samsetningar þar sem öldrun eftir suðu væri óframkvæmanleg eða myndi brengla. Málblönduna er einnig mikið notað sem suðuyfirlag til tæringarvörn, borið á kolefnisstál eða undirlag með lægri málmblöndur án þess að þurfa hitameðhöndlun á fullunnum íhlut.

Inconel 718 er suðuhæft, en soðnir íhlutir þurfa almennt öldrun eftir suðu til að endurheimta styrk á suðu- og hitaáhrifasvæðinu. Suðuferlið sjálft getur framleitt steypulaga örbyggingu með aðskilnað sem hefur áhrif á síðari öldrunarviðbrögð. Fyrir soðin 718 mannvirki verður hitameðferðarferlið hluti af mikilvægu framleiðsluferlinu, ekki valfrjálst frágangsskref.

Hugleiðingar um steypu

Báðar málmblöndur geta verið fjárfestingarsteyptar, en kröfur um ferlistýringu eru mismunandi. Inconel 718 inniheldur nægilegt níóbín sem Laves fasi getur myndað við storknun. Þessi áfangi er skaðlegur fyrir vélræna eiginleika og verður að leysa hann upp með lausnarmeðferð fyrir öldrun. Hefðbundin hitameðhöndlun fyrir afsteypu 718, eins og lýst er í AMS 5383, felur í sér einsleitni fylgt eftir með lausnarmeðferð og tveggja þrepa öldrun. Steypuferlið og hitameðferðaráætlun fyrir 718 verður að vera hönnuð sem samþætt kerfi, ekki sem aðskildar aðgerðir. Inconel 625 er fyrirgefnari í steypu, þó aðskilnaðarstjórnun í þykkum hlutum sé áfram mikilvæg.

Fyrir an inconel hluti sem krefst bæði steypu og mikils styrkleika, hitameðferð 718 er óaðskiljanlegur hluti af því að ná tilgreindum eiginleikum. Steyptur 718 íhlutur sem hefur ekki fengið rétta lausnar- og aldursmeðferð mun ekki skila þeim styrk sem málmblöndun gefur til kynna.

Staðfestingargátlisti fyrir val

Eftirfarandi gátlisti er ætlaður til notkunar fyrir tilvitnun eða hönnunarskoðun, sem leið til að staðfesta að val á álfelgur passi við ríkjandi þjónustuþörf.

800–900 MPa þröskuldurinn í þessari töflu er hagnýtur greinarmunur á dæmigerðum uppskeruþol glóðar 625 og aldraðra 718. Það eru ekki forskriftarmörk. Endanlegt efnisval ætti að byggjast á raunverulegum hönnunarkröfum og viðeigandi stöðlum fyrir viðkomandi inconel hluti.

Algengar spurningar

Er Inconel 718 sterkari en 625 við öll hitastig?
Styrkleikakostur nr. 718 er háður gamma tvöföldu grunnfalli sem helst stöðugt undir u.þ.b. 650°C. Yfir því hitastigi grófst botnfallið og umbreytist og styrkleikaforskotið minnkar. Styrking Inconel 625 í föstu lausnum er ekki háð botnfallsfasa og heldur áfram að virka við hærra hitastig, þó við lægra styrkleikastig.

Er hægt að elda Inconel 625 til að passa við styrkleika 718?
Nei. Inconel 625 inniheldur ekki títan-, ál- og níóbíumjafnvægi sem þarf til að bregðast verulega við úrkomuhörðnun. Styrkur þess kemur frá mólýbdeni og níóbíni í föstu lausninni og öldrunarmeðferð framleiðir ekki gamma tvöfalda prime botnfallið sem styrkir 718.

Hvaða álfelgur er betra fyrir sjónotkun?
Inconel 625. Mólýbdeninnihald þess veitir tæringarþol gegn holum og sprungum með PREN sem er umtalsvert hærra en 718, og það er sérstaklega þekkt fyrir sjóþjónustu, þar með talið lagnir, festingar og sjóhluta. Inconel 718 hefur fullnægjandi tæringarþol fyrir mörg umhverfi en er ekki valinn kostur fyrir árásargjarna klóríðþjónustu.

Af hverju þarf Inconel 718 öldrunarmeðferð?
Í því ástandi sem er meðhöndlað með lausn, eru málmblöndur 718 að mestu í lausn og málmblandið er tiltölulega mjúkt. Öldrun fellur út gamma double prime (Ni₃Nb), sem hindrar hreyfingu frá liðfæringu og framleiðir þann mikla styrk sem málmblönduna er tilgreind fyrir. Án öldrunar nær 718 hluti ekki tilætluðum vélrænni eiginleikum sínum.

Er hægt að steypa báðar málmblöndur?
Já. Bæði er hægt að framleiða með fjárfestingarsteypu. Inconel 718 steypa krefst lausnarmeðferðar til að leysa upp Laves fasa sem myndast við storknun, fylgt eftir með öldrun til að þróa styrk. Hitameðferðin er ómissandi hluti af framleiðsluferlinu, ekki valfrjálst skref. Inconel 625 steypa er nokkuð fyrirgefnari, þó aðskilnaðarstýring sé áfram mikilvæg fyrir þykka hluta.

Næsta skref: Passaðu vélbúnaðinn við bilunarhaminn

Valið á milli Inconel 625 og 718 fyrir an inconel hluti ætti að fylgja einni skipulagsspurningu: hvað er ríkjandi niðurbrotskerfi? Ef tæring - hola, sprunguárás, súr eða klóríðberandi miðill - er trúverðug ógnin, þá er efnafræði 625 í föstu lausnum og mólýbdeninnihaldi beint til þess og eins og soðið notagildi þess einfaldar framleiðslu. Ef mikil streita, þreyta eða uppgjöf undir álagi undir u.þ.b. 650°C er ríkjandi krafa, er úrkomuherti styrkur 718 viðeigandi forskrift, að því tilskildu að hitaþakið sé virt.

Fyrir notkun þar sem bæði tæring og mikið álag er til staðar, er hvorugt álfelgur alhliða svar. Matið ætti að vega afleiðingar tæringarbilunar á móti afleiðingum vélrænnar bilunar og íhuga hvort annað efni eða yfirborðsvörn gæti tekið á báðum kröfunum á skilvirkari hátt.

Til að skoða í boði Forskriftir Inconel hluta, þar á meðal Inconel 600 og Inconel 718 vöruupplýsingar, farðu á viðeigandi vörusíður. Fyrir Inconel 625 íhluti eða sérsniðna steypta og smíðaða íhluti í hvorri álfelgu, staðfestu núverandi framleiðsluumfang og hitameðhöndlunargetu beint áður en tilgreint er.