Rezumat: Un ghid tehnic pentru provocările de turnare pentru investiții Inconel 718, inclusiv fisurarea la cald și prelucrarea prin prelucrare, și ce ar trebui să verifice cumpărătorii la un furnizor.
Inconel 718 este unul dintre cele mai utilizate superaliaje pe bază de nichel. Menține rezistența ridicată, rezistența la fluaj și durata de viață la oboseală la temperaturi de până la aproximativ 700°C.
Aceste proprietăți îl fac o alegere standard pentru componentele motoarelor aerospațiale, turbinele cu gaz și echipamentele de petrol și gaze.
Cu toate acestea, aceleași caracteristici care fac ca Inconel 718 să fie dezirabil, îl fac, de asemenea, notoriu de dificil de turnat și prelucrat.
La aprovizionare Turnare de investiții Inconel 718 componente, cumpărătorii constată adesea că nu orice turnătorie poate livra piese turnate sonore.
Înțelegerea rădăcinilor metalurgice ale acestor dificultăți este mai utilă decât simpla solicitare a unei liste de certificări.
Certificarile arată că o unitate a trecut un audit, nu că controlul procesului său este capabil să gestioneze acest aliaj specific.
De ce Inconel 718 este o provocare pentru investiții
Turnarea cu investiții este potrivită pentru Inconel 718, deoarece poate produce forme complexe, aproape nete și poate reduce cantitatea de superaliaj scump îndepărtat prin prelucrare.
Dar procesul de solidificare inerent turnării introduce două riscuri primare de defecte.
Riscul de fisurare la cald (faza Laves)
Inconel 718 conține niobiu (Nb). În fazele finale de solidificare, lichidul rezidual devine îmbogățit în Nb, siliciu și alte elemente, favorizând formarea fazei Laves.
Cercetările indică faptul că chiar și nivelurile reziduale ale fazei Laves de până la 0,14–0,35% în greutate pot fi dăunătoare proprietăților de ductilitate la cald și rupere prin stres.
Prezența fazei Laves extinde intervalul efectiv de îngheț, lăsând regiunile interdendritice fără o ductilitate suficientă pentru a acomoda tulpinile de contracție tardive în solidificare.
În condiții de tensiune termică, acest lucru duce la ruperea la cald.
Viteza de răcire este variabila principală pentru controlul fazei Laves. Răcirea mai lentă permite mai multă segregare a niobiului și crește probabilitatea de a păstra faza Laves reziduală la temperatura camerei; răcirea mai rapidă poate suprima parțial formarea acesteia.
În consecință, capacitatea unei turnătorii de a controla temperatura de preîncălzire a carcasei, temperatura de turnare și programele de răcire dictează direct succesul acesteia în prevenirea fisurilor fierbinți.
Contracție și porozitate internă
Comportamentul la contracție al Inconel 718 este foarte sensibil la fereastra procesului. Studiile de simulare pe piese turnate ale paletelor turbinei arată că atunci când timpul de păstrare a matriței crește de la 0 s la 420 s, temperatura învelișului scade de la 1000 ° C la 860 ° C și volumul total de contracție și frecvența cresc în mod corespunzător.
Aceasta înseamnă că, dacă managementul termic înainte de turnare se abate de la fereastra proiectată, porozitatea internă va crește semnificativ.
Porozitatea internă în piese turnate Inconel 718 nu este o anomalie rară, ci un mod tipic de defecțiune care rezultă din controlul inadecvat al procesului.
Pentru piesele portante sau critice pentru oboseală, chiar și după presarea izostatică la cald (HIP), microcontracția poate reduce în continuare durata de viață la oboseală.
Prin urmare, riscul de contracție trebuie abordat din etapele de proiectare a sistemului de închidere și de simulare a solidificării.
Provocări post-turnare: prelucrarea Inconel 718
Chiar și o turnare solidă prezintă încă dificultăți semnificative de prelucrare. Inconel 718 are o conductivitate termică scăzută, concentrând căldura de tăiere în apropierea muchiei sculei, în timp ce structura sa austenitică provoacă o întărire rapidă prin lucru sub presiune de tăiere.
Acest strat întărit prin lucru accelerează uzura flancurilor, creând un ciclu în care tăierea îngreunează materialul, ceea ce, la rândul său, uzează scula mai rapid.
Pentru parametrii de așchiere, sculele din carbură neacoperite funcționează bine în intervalul 10–30 m/min; pentru viteze de peste 40 m/min, inserțiile din carbură acoperite sunt mai potrivite.
Acest interval de viteză este semnificativ mai mic decât parametrii convenționali pentru aluminiu sau oțel standard, ceea ce înseamnă că timpul de prelucrare și costurile cu sculele pentru Inconel 718 sunt în mod inerent mai mari.
Din perspectiva achizițiilor, acest lucru ridică un punct critic de evaluare a furnizorului: turnătorii cu capabilități interne de prelucrare au de obicei un avantaj față de cei care doar turnează și externalizează prelucrarea.
Comportamentul la întărire la lucru al Inconel 718 necesită optimizarea coordonată a parametrilor de tăiere, a traseelor sculei și a rigidității dispozitivului de fixare.
Dacă turnatoria controlează atât toleranțele de turnare, cât și toleranțele de prelucrare, poate specifica condiții mai adecvate în timpul turnării, reducând riscul de uzură anormală a sculei sau deteriorarea integrității suprafeței cauzate de toleranțe necorespunzătoare.
Cum se evaluează o turnătorie Inconel 718
La evaluarea furnizorilor pentru piese turnate Inconel 718, certificările sunt un prag, nu o condiție suficientă.
Următoarele capacități indică mai mult dacă o instalație controlează cu adevărat acest aliaj.
1. Controlul atmosferei de topire și turnare. Inconel 718 este sensibil la oxigen, azot și hidrogen, necesitând o protecție adecvată în timpul topirii și turnării.
Topirea prin inducție în vid (VIM) poate limita oxidarea și preluarea gazului acolo unde este cazul, dar nu toate turnările Inconel 718 necesită VIM. Traseul procesului trebuie confirmat în raport cu specificațiile piesei și standardele aplicabile.
2. Controlul tratamentului termic. Duritatea turnată a Inconel 718 nu reprezintă performanța finală a serviciului.
Calea de tratare termică specificată în mod obișnuit în literatura de specialitate constă în tratarea cu soluție la aproximativ 980°C urmată de răcire rapidă, o primă îmbătrânire la 720°C timp de 8 ore, răcirea cuptorului la 620°C pentru a doua îmbătrânire de 8 ore și răcirea cu aer.
Această îmbătrânire în două etape precipită faza de întărire γ″ responsabilă pentru rezistența aliajului.
Dacă furnizorul nu are cuptoare controlate și curbe de temperatură trasabile, turnarea poate îndeplini standardele de calitate metalurgică, dar nu cerințele de proprietate mecanică.
3. Domeniul de aplicare al testelor nedistructive (NDT). Tendințele de contracție internă și de fisurare la cald ale Inconel 718 înseamnă că NDT nu se poate baza doar pe inspecția vizuală.
Radiografia cu raze X detectează contracția și fisurile interne, inspecția cu penetrant fluorescent (FPI) identifică defectele de rupere a suprafeței, iar testarea cu ultrasunete poate completa evaluarea aproape de suprafață sau internă.
Confirmați dacă NDT este efectuat intern sau externalizat și dacă criteriile de acceptare se potrivesc cu aplicația piesei.
4. Trasabilitatea materialului și consistența lotului. Compoziția chimică a fiecărei călduri Inconel 718 - în special nivelurile de Nb, Si și C - și istoria sa de răcire influențează tendința de formare a fazei Laves.
Solicitarea înregistrărilor de topire a numărului de căldură, a jurnalelor de tratament termic și a rapoartelor NDT este o modalitate directă de a evalua dacă controlul procesului de către furnizor este sistematic.
5. Integrare turnare la prelucrare. După cum sa menționat, întărirea prin lucru a Inconel 718 face ca interfața dintre turnare și prelucrare să fie critică.
Dacă furnizorul poate gestiona întregul flux de lucru la nivel intern, coordonarea alocării toleranțelor, a proiectării cotelor și a strategiilor de remediere a defectelor este de obicei mai eficientă.
Pentru exemple de capabilități de prelucrare pentru aliaje complexe, puteți consulta capacitățile noastre.
Considerații specifice aplicației
Turnarea pentru investiții Inconel 718 se încadrează de obicei în două categorii de aplicații.
Motor aerospațial și turbină cu gaz componentele structurale cu secțiune fierbinte (cum ar fi carcasele, flanșele de montare și consolele) necesită performanță la oboseală la ciclu înalt, cu toleranță foarte scăzută la problemele de porozitate internă și integritate a suprafeței.
Echipamente pentru petrol, gaze și energie componente precum corpurile supapelor, piesele pompelor și componentele capului de sondă se concentrează mai mult pe rezistența la coroziune și pe integritatea presiunii, unde fereastra de toleranță la defect pentru piesele sensibile la fisuri la cald, dar care nu sunt critice la oboseală, poate fi relativ mai largă.
Acest lucru nu înseamnă că o aplicație este „mai ușor” de proiectat. Înseamnă că accentul pe evaluarea furnizorului ar trebui să se schimbe odată cu utilizarea finală a piesei.
Este posibil ca o turnătorie cu o înregistrare consecventă a livrărilor pentru piese turnate structurale necritice să nu posede sistemul de control al procesului și de documentare necesar pentru piesele turnate Inconel 718 de calitate aerospațială.
Clarificarea aplicării finale a piesei și a standardelor aplicabile în timpul etapei RFQ ajută furnizorul să determine dacă capacitățile sale de proces se potrivesc, evitând descoperirea unor criterii de acceptare nepotrivite numai după ce apare o dispută privind calitatea.
