「インコネル 718」と聞くと、ジェット エンジン部品やタービン ディスクなど、すぐに「高温セクション用の丈夫なもの」を思い浮かべるでしょう。それは事実ですが、ここからよくある落とし穴が始まります。人々は 700°C での高い引張およびクリープの数値を見て、それが 316 ステンレスの単なる硬質版であると考えます。そうではありません。本当の課題はその強さだけではありません。それは、その強さから何かを生み出そうとするときに、その強さがどのように作用するかです。加工と後処理のストーリーには、実際の経験が書かれています。
機械加工の研削 – 文字通り
切削工具について話しましょう。私たちは早い段階で、高温鋼と同じように扱うことが、インサートの破損や部品の廃棄の早道であることを苦労して学びました。加工硬化が激しいです。工具が鋭くない場合、または少しでも残っている場合は、もう切ることはできません。表面をさらに硬いものに冷間加工することになります。私たちは、鋭く研磨された刃先形状を備えた非常に特殊なグレードに落ち着く前に、いくつかのブランドのコーティングされた超硬を焼き尽くしました。それでも、スチールで走行した場合の速度のおそらく 20% 程度です。これは時間がかかり、高価な取り外しプロセスであり、冷却剤はオプションではありません。これは、ワークピース自体が熱くなりすぎて硬化が悪化するのを防ぐための重要な熱管理ツールです。
私たちが機械加工したバルブ本体のバッチを覚えています インコネル718 バーストック。プリントでは、一部の内部ボアに細かい表面仕上げが必要でした。寸法は完璧でしたが、仕上げはざらざらしていて、ほとんど破れていました。問題は？工具のたわみ。たとえ厳格な設定であっても、切削抵抗は非常に大きく、微細なビビリを引き起こす可能性がありました。私たちは戻ってツールパスを再設計して、さらに軽い仕上げパスを実行し、専用のワイパーインサートに切り替える必要がありました。サイクルタイムに何時間もかかりましたが、それはその部品か、適切に密閉されなかった部品でした。それが隠れたコスト、つまりエンジニアリング時間とプロセスの微調整であり、キロ当たりの原材料価格には現れません。
穴あけとタップ加工は、それぞれが持つ特殊な地獄です。切りくずの排出は重要です。糸状で硬い切りくずがドリルに巻きつき、積極的につついたり、工具に高圧クーラントを使用したりしないと、あっという間にドリルが折れてしまいます。ねじに関しては、ほとんどの場合、スパイラルフルートタップと特大タップドリルを指定します。 50%のネジを切ろうとしています インコネル718 非常に高価な部品の奥深くに埋め込まれた壊れた蛇口を求めています。素材に余裕を与えることを学びます。
鋳造の複雑さ – ただ注いですぐではない
機械加工からインベストメント鋳造によるニアネットシェイプの作成への移行 – それが私たちの中心的なゲームです 青島強泉源科技有限公司 (QSY)。 30 年以上にわたってシェルおよびインベストメント鋳造を行ってきた当社では、鋳造工場で多くのニッケル合金を製造してきました。 インコネル718 は定番ですが、要求が厳しいものです。合金の融点が高いことも一つの特徴です。そばかす、分離、熱による裂傷を避けるために固化を制御することは、まったく別の競技です。
718 のゲートとライザーの設計は、多くの鋼材よりも重要です。大幅な収縮を適切に発生させるには、非常に方向性のある凝固が必要です。熱勾配が間違っていると、厚い部分に微細な気孔ができたり、薄い部分から厚い部分への移行部付近に表面の破れが生じたりします。シェルから出た部品は完璧に見えますが、X 線や UT ではハブに微細な多孔性の雲が確認できたことがあります。それは完全に損失です。そのため、特定の形状に対する注湯温度と金型の予熱プロトコルの完全な見直しを余儀なくされました。場合によっては、この修正が直観に反する場合があります。合金の液相線に近いところで作業している場合でも、過熱度をわずかに低くすると実際に乱流が減少し、健全性が向上します。
次に、鋳放し構造です。そのままでは使用できません。固有の樹枝状構造とラーベス相 (ニオブを多く含む脆い金属間化合物) が存在する可能性が高いため、金型から取り出したばかりの部品の機械的特性が劣ることになります。これは多くの購入者が見落としている重要な点です。鋳造 718 コンポーネントはまだ半分しか完成していません。これらの有害な相をマトリックスに溶解して戻すために、均質化熱処理 (通常は 1100°C 以上で長時間浸漬) を必ず行う必要があります。これをスキップすると、鋳造品がどれほど優れていても、応力がかかると部品が早期に破損してしまいます。
熱処理ダンス – 重要なのはシーケンスです
これが取得の中心です インコネル718 実行すること。標準的な時効処理 (720°C で 8 時間、炉を 620°C まで冷却、8 時間保持、空冷) については十分に文書化されています。ただし、他の操作との相対的な順序がすべてです。鍛造ストックから機械加工された部品の場合は、通常、焼き鈍しされた (柔らかい) 状態で機械加工され、その後時効処理されます。単純そうに聞こえます。
しかし、キャスト パーツの場合はさらに複雑になります。前述したように、最初に均質化します。次に、熱間静水圧プレス (HIP) サイクルを実行して、残った微小気孔を閉じます。重要な質問は、溶体化処理の前後に HIP を行うかどうかです。議論があります。私たちは両方の方法でそれを行いました。サブソルバス熱処理後の HIPping は効果的ですが、粒子の成長を避けるために温度には細心の注意を払う必要があります。現在、当社では通常、鋳放し + 均質化された状態で HIP を行い、その後完全な熱処理シーケンスに進むことを好みます。コストはかかりますが、データはより優れた、より一貫した疲労特性を示しており、これは回転部品にとって重要な仕様となることがよくあります。
もう 1 つのニュアンス: ストレスの軽減。時効後に大幅な機械加工を行う場合 (これを避けようとしても、できない場合もあります)、その後に低温応力除去が必要です。高くすることはできません。そうしないと、素材が老化しすぎてしまいます。寸法安定性と、718 に強度を与えるガンマ ダブルプライム析出物の維持との間の一定のバランスが保たれています。
溶接と修理 - 細心の注意を払って作業を行ってください
鋳造品に修復可能と思われる表面欠陥がある場合や、機械加工部品に肉盛溶接が必要な場合があります。 718 では、これはリスクの高い操作です。この合金は、特に時効状態にある場合、溶接後の熱影響部 (HAZ) でひずみ時効亀裂が発生しやすくなります。溶接の熱サイクルにより応力が発生し、その後の時効処理 (適用される場合) により、HAZ が再析出しようとして亀裂が発生する可能性があります。
標準的な方法では、焼きなまし状態で溶接し、その後アセンブリ全体に完全な時効硬化サイクルを適用します。しかし、それでも成功が保証されているわけではありません。私たちは数年前に大型タービンハウジングの修理を試みました。本に従い、溶接前焼きなまし、ERNiFeCr-2 フィラー ワイヤ (基本的に 718 組成) の使用、パス間温度の制御を行いました。溶接後の見た目は完璧でした。しかし、老化サイクル後、染料浸透検査により、HAZ に微細な亀裂のネットワークが明らかになりました。部品はジャンク品でした。結論は、鋳物の質量が非常に厳しい拘束を生み出し、完全な再時効を行った後でも、溶接による残留応力が高すぎるということでした。現在、私たちの方針は、人為的に可能な限り、718 歳の溶接を避けることです。失敗の代償は大きすぎます。設計で溶接が必要な場合は、その特定のサブアセンブリに対して 625 などのより溶接可能なバリアントを使用することをお勧めします。
調達と現実世界のサプライチェーン
全部ではない インコネル718 平等に作られています。さまざまな工場や鋳造所の仕様書はすべて AMS 5662 または 5663 を満たしていると述べているかもしれませんが、悪魔は溶解の実践にいます。 VIM-VAR (真空誘導溶解後の真空アーク再溶解) 材料は、介在物を最小限に抑え、均一で微細な粒子構造を提供するため、航空宇宙回転部品のゴールドスタンダードです。多くの静的キャスト コンポーネントの場合、単一の VIM メルトで十分な場合がありますが、アプリケーションの重要性を把握する必要があります。
ここでパートナーのプロセス管理が重要になります。 QSY では、このような材料のインベストメント鋳造と CNC 加工に重点を置いているということは、単に工場在庫を購入しているだけではないことを意味します。当社は、自社の鋳造工場での溶融物の化学的性質を制御して鋳物を製造したり、棒材サプライヤーを厳格に認証したりしています。溶けたレポートがきれいな熱を示す感覚を養います。硫化物の形状を制御するには、低硫黄で制御されたレベルのマグネシウムまたはセリウムを探します。一連の部品が超音波検査に合格するか、高サイクル疲労試験で 1 つの部品が不合格になるかは、これらの気の抜けた詳細によって決まります。
最後に、経済的な現実があります。 718は高いですね。ニオブの含有量がそれを裏付けています。したがって、これを使用するすべての設計は、650°C 以上の強度と耐食性に対する真のニーズによって正当化される必要があります。設計段階からお客様とご相談させていただくこともございます。場合によっては、溶接性や耐食性を向上させるために合金 625 に切り替えたり、低温用途のために高級ステンレスに切り替えたりすることで、機能を損なうことなく大幅なコストと製造上の悩みを軽減できることがあります。経験の証は、単に操作方法を知っているだけではありません インコネル718;それは、実際にそれがいつ必要かを知ることです。
