Zhrnutie: Technický sprievodca výzvami Inconel 718 v oblasti investičného odlievania vrátane praskania za tepla a obrábania a toho, čo by kupujúci mali skontrolovať u dodávateľa.
Inconel 718 je jednou z najpoužívanejších superzliatin na báze niklu. Zachováva si vysokú pevnosť, odolnosť proti tečeniu a únavovú životnosť pri teplotách až do cca 700°C.
Tieto vlastnosti z neho robia štandardnú voľbu pre komponenty leteckých motorov, plynové turbíny a ropné a plynové zariadenia.
Avšak rovnaké vlastnosti, pre ktoré je Inconel 718 žiaduci, tiež sťažujú jeho odlievanie a obrábanie.
Pri získavaní zdrojov Investičný odliatok Inconel 718 komponentov, kupujúci často zistia, že nie každá zlieváreň môže dodať zvukové odliatky.
Pochopenie metalurgických koreňov týchto ťažkostí je užitočnejšie ako jednoduché vyžiadanie zoznamu osvedčení.
Certifikáty ukazujú, že zariadenie prešlo auditom, nie to, že jeho riadenie procesu je schopné riadiť túto špecifickú zliatinu.
Prečo je Inconel 718 náročný na investičné odlievanie
Investičné liatie je vhodné pre Inconel 718, pretože môže vytvárať zložité, takmer sieťovité tvary a znižovať množstvo drahej superzliatiny odstránenej obrábaním.
Proces tuhnutia spojený s odlievaním však prináša dve primárne riziká defektov.
Riziko praskania za tepla (Lavesova fáza)
Inconel 718 obsahuje niób (Nb). Počas posledných fáz tuhnutia sa zvyšková kvapalina obohacuje o Nb, kremík a ďalšie prvky, čo podporuje tvorbu Lavesovej fázy.
Výskum naznačuje, že aj zvyškové úrovne Lavesovej fázy tak nízke, ako je 0,14–0,35 % hmotn., môžu byť škodlivé pre ťažnosť za tepla a vlastnosti pri pretrhnutí napätím.
Prítomnosť Lavesovej fázy rozširuje účinný rozsah zmrazovania, pričom interdendritické oblasti ponecháva bez dostatočnej ťažnosti na prispôsobenie sa kontrakčným kmeňom v neskoršom tuhnutí.
Pri tepelne namáhaných podmienkach to vedie k roztrhnutiu za tepla.
Rýchlosť chladenia je primárnou premennou pre riadenie Lavesovej fázy. Pomalšie chladenie umožňuje väčšiu segregáciu nióbu a zvyšuje pravdepodobnosť zadržania zvyškovej Lavesovej fázy pri izbovej teplote; rýchlejšie ochladzovanie môže jeho vznik čiastočne potlačiť.
V dôsledku toho schopnosť zlievarne kontrolovať teplotu predhrievania plášťa, teplotu liatia a plány chladenia priamo určuje jej úspech pri predchádzaní horúcim trhlinám.
Zmršťovanie a vnútorná pórovitosť
Zmršťovacie správanie Inconel 718 je vysoko citlivé na procesné okno. Simulačné štúdie na odliatkoch turbínových lopatiek ukazujú, že keď sa doba zotrvania formy zvýši z 0 s na 420 s, teplota plášťa klesne z 1000 °C na 860 °C a zodpovedajúcim spôsobom sa zvýši celkový objem zmršťovania a frekvencia.
To znamená, že ak sa tepelný manažment pred zalievaním odchyľuje od navrhnutého okna, vnútorná pórovitosť sa výrazne zvýši.
Vnútorná pórovitosť v odliatkoch Inconel 718 nie je zriedkavou anomáliou, ale typickým poruchovým režimom vyplývajúcim z neadekvátneho riadenia procesu.
V prípade nosných dielov alebo dielov kritických z hľadiska únavy môže mikrozmrštenie skrátiť životnosť aj po izostatickom lisovaní za tepla (HIP).
Preto sa riziko zmršťovania musí riešiť už od štádia návrhu vtokového systému a simulácie tuhnutia.
Výzvy po odlievaní: obrábanie Inconel 718
Dokonca aj zdravé odlievanie stále predstavuje značné ťažkosti pri obrábaní. Inconel 718 má nízku tepelnú vodivosť, sústreďuje rezné teplo v blízkosti ostria nástroja, zatiaľ čo jeho austenitická štruktúra spôsobuje rýchle mechanické spevnenie pri reznom namáhaní.
Táto pracovne spevnená vrstva urýchľuje opotrebenie boku a vytvára cyklus, v ktorom rezanie robí materiál tvrdším, čo následne opotrebováva nástroj rýchlejšie.
Pokiaľ ide o rezné parametre, nepovlakované karbidové nástroje fungujú dobre v rozsahu 10–30 m/min; pre rýchlosti nad 40 m/min sú vhodnejšie doštičky z karbidu s povlakom.
Tento rozsah otáčok je výrazne nižší ako bežné parametre pre hliník alebo štandardnú oceľ, čo znamená, že čas obrábania a náklady na nástroje pre Inconel 718 sú prirodzene vyššie.
Z pohľadu obstarávania to vyvoláva kritický bod hodnotenia dodávateľov: zlievarne s vlastnými možnosťami obrábania majú zvyčajne výhodu oproti tým, ktoré iba odlievajú a zadávajú obrábanie.
Správanie Inconel 718 pri mechanickom vytvrdzovaní vyžaduje koordinovanú optimalizáciu rezných parametrov, dráh nástroja a tuhosti upínača.
Ak zlieváreň kontroluje tolerancie odlievania aj prídavky na obrábanie, môže špecifikovať vhodnejšie podmienky počas odlievania, čím sa zníži riziko abnormálneho opotrebovania nástroja alebo poškodenia celistvosti povrchu spôsobeného nesprávnymi prídavkami.
Ako hodnotiť zlieváreň Inconel 718
Pri hodnotení dodávateľov odliatkov Inconel 718 sú certifikácie hranicou, nie dostatočnou podmienkou.
Nasledujúce možnosti viac svedčia o tom, či zariadenie skutočne kontroluje túto zliatinu.
1. Kontrola atmosféry tavenia a nalievania. Inconel 718 je citlivý na kyslík, dusík a vodík, čo si vyžaduje vhodnú ochranu počas tavenia a liatia.
Vákuové indukčné tavenie (VIM) môže obmedziť oxidáciu a zachytávanie plynov tam, kde je to možné, ale nie všetky odliatky Inconel 718 vyžadujú VIM. Postup procesu musí byť potvrdený podľa špecifikácií dielov a platných noriem.
2. Kontrola tepelného spracovania. Tvrdosť Inconel 718 po odliatí nepredstavuje konečný servisný výkon.
Bežne špecifikovaný spôsob tepelného spracovania v priemyselnej literatúre pozostáva zo spracovania roztoku pri približne 980 °C, po ktorom nasleduje rýchle ochladenie, prvé starnutie pri 720 °C počas 8 hodín, ochladenie pece na 620 °C počas druhého 8-hodinového starnutia a vzduchové chladenie.
Toto dvojstupňové starnutie vyvoláva γ″ spevňujúcu fázu zodpovednú za pevnosť zliatiny.
Ak dodávateľ nemá riadené pece a sledovateľné teplotné krivky, odliatok môže spĺňať metalurgické normy kvality, ale nespĺňa požiadavky na mechanické vlastnosti.
3. Rozsah nedeštruktívneho testovania (NDT). Vnútorné zmršťovanie a tendencia k praskaniu za tepla Inconel 718 znamená, že NDT sa nemôže spoliehať len na vizuálnu kontrolu.
Röntgenová rádiografia deteguje vnútorné zmrštenie a praskliny, fluorescenčná penetračná kontrola (FPI) identifikuje defekty porušujúce povrch a ultrazvukové testovanie môže doplniť blízke alebo interné hodnotenie.
Potvrďte, či sa NDT vykonáva interne alebo externe a či kritériá prijatia zodpovedajú aplikácii dielu.
4. Vysledovateľnosť materiálu a konzistentnosť šarží. Chemické zloženie každého tepla Inconel 718 - najmä úrovne Nb, Si a C - a jeho história ochladzovania ovplyvňujú tendenciu tvorby Lavesovej fázy.
Vyžadovanie záznamov o tavení na úrovni tepelných čísel, protokolov tepelného spracovania a správ NDT je priamym spôsobom, ako posúdiť, či je kontrola procesu dodávateľa systematická.
5. Integrácia odlievania do obrábania. Ako už bolo uvedené, vďaka mechanickému vytvrdzovaniu Inconel 718 je rozhranie medzi odlievaním a obrábaním kritické.
Ak dodávateľ môže riadiť celý pracovný tok interne, koordinácia prideľovania tolerancií, návrhu kvót a stratégií odstraňovania defektov je zvyčajne efektívnejšia.
Príklady možností obrábania zložitých zliatin nájdete v našich možnostiach.
Úvahy špecifické pre aplikáciu
Investičný odliatok Inconel 718 zvyčajne spadá do dvoch kategórií použitia.
Letecký motor a plynová turbína Konštrukčné komponenty horúceho prierezu (ako sú plášte, montážne príruby a konzoly) vyžadujú výkon pri vysokocyklovej únave s veľmi nízkou toleranciou pre problémy s vnútornou pórovitosťou a integritou povrchu.
Ropné, plynové a energetické zariadenia komponenty, ako sú telesá ventilov, časti čerpadiel a komponenty ústia vrtu, sa viac zameriavajú na odolnosť proti korózii a tlakovú integritu, kde môže byť okno tolerancie defektov pre časti citlivé na vznik trhlín za tepla, ale nie kritické voči únave, relatívne širšie.
To neznamená, že jedna aplikácia je „jednoduchšia“ na odovzdanie. Znamená to, že dôraz na hodnotenie dodávateľa by sa mal posunúť s konečným použitím dielu.
Zlieváreň s konzistentným záznamom o dodávke nekritických konštrukčných odliatkov nemusí vlastniť systém riadenia procesu a dokumentácie požadovaný pre odliatky Inconel 718 pre letecký priemysel.
Objasnenie konečnej aplikácie dielu a príslušných noriem počas fázy RFQ pomáha dodávateľovi určiť, či sa jeho procesné schopnosti zhodujú, čím sa zabráni odhaleniu nezhodných kritérií prijatia až po vzniku sporu o kvalite.
