Slišite 'Inconel 718' in takoj pomislite na 'težke stvari za vroče odseke' – deli reaktivnih motorjev, turbinski diski in podobno. To je res, a tu se tudi začne pogosta past. Ljudje vidijo visoke vrednosti natezne trdnosti in lezenja pri 700 °C in domnevajo, da gre samo za tršo različico nerjavečega jekla 316. ni. Pravi izziv ni le njegova moč; tako se ta moč obnaša, ko poskušaš iz nje nekaj narediti. Zgodba o strojni obdelavi in naknadni obdelavi je tista, kjer se piše prava izkušnja.
Strojno brušenje – dobesedno
Pogovorimo se o rezalnih orodjih. Zgodaj smo se na težji način naučili, da je ravnanje z njim kot z visokotemperaturnim jeklom hitra pot do uničenih vložkov in odpadnih delov. Utrjevanje pri delu je hudo. Če vaše orodje ni ostro ali če se malo ustavite, ne režete več – površino hladno obdelujete v nekaj še tršega. Preučili smo več znamk prevlečenih karbidnih trdin, preden smo se odločili za zelo specifično kakovost z ostro, polirano geometrijo robov. Celo takrat gledate na hitrosti, ki so morda 20 % tiste, ki bi jih imeli na jeklu. To je počasen in drag postopek odstranjevanja in hladilna tekočina ni neobvezna; je kritično orodje za upravljanje toplote, ki preprečuje, da bi obdelovanec postal prevroč in poslabšal strjevanje.
Spominjam se serije teles ventilov, iz katerih smo strojno izdelali Inconel 718 bar zaloga. Tisk je zahteval fino površinsko obdelavo nekaterih notranjih izvrtin. Dobili smo popolne dimenzije, vendar je bil zaključek zrnat, skoraj natrgan. Težava? Odklon orodja. Tudi pri togi postavitvi so bile rezalne sile dovolj visoke, da so povzročile minutno klepetanje. Morali smo se vrniti, preoblikovati pot orodja, da smo lahko opravili še lažje zaključne prehode, in preklopiti na specializiran vložek brisalca. Času cikla je dodal ure, vendar to ali del ni želel pravilno tesniti. To je skriti strošek – čas inženiringa in prilagajanje procesa, ki se ne vidi v ceni surovin na kilogram.
Vrtanje in narezovanje je njihov poseben pekel. Evakuacija čipov je kralj. Ti žilavi, žilavi ostružki se bodo ovili okoli vrtalnika in ga v hipu odtrgali, če ne boste agresivno kljuvali in skozi orodje uporabljali visokotlačno hladilno tekočino. Za navoje skoraj vedno določimo navojne navoje s spiralnimi žlebovi in predimenzionirane navojne svedre. Poskušam vrezati 50% nit Inconel 718 prosi za pokvarjeno pipo, zakopano globoko v zelo drag del. Naučiš se dati materialu prostor.
Zapletenost litja – ne le Pour and Go
Premik od strojne obdelave do izdelave skoraj neto oblike z vlitjem – to je naša glavna igra pri Qingdao Qiangsenyuan Technology Co., Ltd. (QSY). Z več kot tremi desetletji litja lupin in vložkov smo skozi livarno pretočili veliko nikljevih zlitin. Inconel 718 je stalnica, a zahtevna. Visoko tališče zlitine je ena stvar; nadzor njegovega strjevanja, da bi se izognili pegam, ločevanju in vročemu trganju, je povsem druga igra.
Zasnova zapornic in dviganja za 718 je bolj kritična kot za številna jekla. Potrebujete zelo usmerjeno strjevanje, da pravilno nahranite masivno krčenje. Če so toplotni gradienti napačni, pride do mikroporoznosti v debelih delih ali površinskih raztrganin v bližini prehodov iz tanke v debelo. Imeli smo dele, ki so prišli iz ohišja in so bili videti popolni, le rentgen ali UT je razkril oblak fine poroznosti v pestu. To je popolna izguba. Zahteval je popoln pregled naše temperature vlivanja in protokola predgretja kalupa za to posebno geometrijo. Včasih je popravek nasprotno intuitiven – nekoliko nižje pregrevanje lahko dejansko zmanjša turbulenco in izboljša trdnost, čeprav delate bližje likvidusu zlitine.
Potem je tu še ulita struktura. Ne morete ga uporabljati takšnega, kot je. Inherentna dendritična struktura in verjetna prisotnost Lavesove faze (krhke intermetalne spojine, bogate z niobijem) pomenita, da ima del slabe mehanske lastnosti takoj iz kalupa. To je ključna točka, ki jo veliko kupcev spregleda: komponenta litja 718 je le napol dokončana. Vsekakor mora iti skozi homogenizacijsko toplotno obdelavo – dolgo namakanje, običajno nad 1100 °C –, da se te škodljive faze raztopijo nazaj v matrico. Preskočite to in del bo pod obremenitvijo prezgodaj odpovedal, ne glede na to, kako dober je ulitek videti.
Ples toplotne obdelave – vse je odvisno od zaporedja
To je srce pridobivanja Inconel 718 opravljati. Standardna obdelava staranja (720 °C 8 ur, peč ohladi na 620 °C, drži 8 ur, zračno ohladi) je dobro dokumentirana. Toda zaporedje glede na druge operacije je vse. Za obdelan del iz kovanega materiala ga običajno obdelate v žarjenem (mehkejšem) stanju, nato pa ga postarate. Sliši se naravnost.
Toda za igrano vlogo je bolj zapleteno. Kot rečeno, najprej homogenizirate. Nato lahko izvedete cikel vročega izostatičnega stiskanja (HIP), da zaprete vse preostale mikroporoze. Ključno vprašanje je: ali imate HIP pred ali po zdravljenju z raztopino? Obstaja razprava. Naredili smo to v obe smeri. HIPping po sub-solvus toplotni obdelavi je lahko učinkovit, vendar morate biti zelo previdni pri temperaturah, da preprečite rast zrn. Zdaj na splošno raje uporabljamo HIP v ulitem + homogeniziranem stanju, nato nadaljujemo s celotno sekvenco toplotne obdelave. To poveča stroške, vendar podatki kažejo boljše in bolj dosledne lastnosti utrujenosti, kar je pogosto kritična specifikacija za vrtljive dele.
Še en odtenek: lajšanje stresa. Če po staranju izvajate znatno strojno obdelavo (ki se ji poskušate izogniti, a včasih ne morete), potem potrebujete nizkotemperaturno razbremenitev. Ne morete iti visoko, sicer boste material prestarali. To je stalno ravnovesje med dimenzijsko stabilnostjo in ohranjanjem gama dvojno praznih oborin, ki dajejo 718 njegovo moč.
Varjenje in popravilo – nadaljujte skrajno previdno
Včasih ima ulitek površinsko napako, za katero menite, da jo lahko popravite, ali pa strojno obdelani del potrebuje prekrivni zvar. Pri 718 je to zelo tvegana operacija. Zlitina je nagnjena k razpokanju zaradi deformacije v območju toplotnega vpliva (HAZ) po varjenju, zlasti če je v staranem stanju. Varilni toplotni cikel povzroča napetosti, poznejša obdelava s staranjem (če je uporabljena) pa lahko povzroči razpoke, ko se HAZ poskuša ponovno izločiti.
Standardna praksa je varjenje v žarjenem stanju, nato pa celoten sklop skozi celoten cikel utrjevanja s staranjem. Toda tudi takrat uspeh ni zagotovljen. Pred nekaj leti smo poskušali popraviti veliko ohišje turbine. Sledil sem knjigi: žarjenje pred varjenjem, uporabljena polnilna žica ERNiFeCr-2 (v bistvu sestava 718), nadzorovana temperatura med prehodi. Po varjenju je bilo videti popolno. Po ciklu staranja pa je pregled z barvilom razkril mrežo drobnih razpok v ZTV. Del je bil smeti. Zaključek je bil, da je masa ulitka ustvarila tako močno omejitev, da so bile preostale napetosti zaradi varjenja preprosto previsoke, tudi po popolnem ponovnem staranju. Naša politika je, da se izogibamo varjenju starega 718, kadar koli je to možno. Cena neuspeha je previsoka. Če konstrukcija zahteva varjenje, je bolje uporabiti bolj varljivo različico, kot je 625, za ta specifični podsklop.
Nabava in dobavna veriga v resničnem svetu
Ne vsi Inconel 718 je ustvarjen enak. Listi s specifikacijami iz različnih tovarn ali livarn bi lahko rekli, da ustrezajo AMS 5662 ali 5663, toda hudič je v praksi taljenja. Material VIM-VAR (vakuumsko indukcijsko taljenje, ki mu sledi vakuumsko obločno pretaljenje) je zlati standard za vrteče se dele v letalstvu, ker zmanjšuje vključke in zagotavlja enakomerno drobnozrnato strukturo. Za številne statične ulite komponente lahko zadostuje ena talina VIM, vendar morate poznati kritičnost aplikacije.
Tu je pomembna partnerjeva kontrola procesa. Pri QSY naša osredotočenost na vlivanje in CNC strojno obdelavo materialov, kot je ta, pomeni, da ne kupujemo le zalog za mlin; nadzorujemo kemijo iz taline v lastni livarni za ulitke ali strogo certificiramo naše dobavitelje zalog za palice. Razvijete občutek, za katera poročila o taljenju kažejo čisto vročino. Iščete nizko vsebnost žvepla, nadzorovane ravni magnezija ali cerija za nadzor oblike sulfida. Prav te neprivlačne podrobnosti določajo, ali bo serija delov prestala ultrazvočni pregled ali bo eden neuspešen pri visokocikličnem preizkusu utrujenosti.
Končno je tu še gospodarska realnost. 718 je drago. Za to poskrbi vsebnost niobija. Zato mora biti vsaka zasnova, ki jo uporablja, upravičena z resnično potrebo po njegovi trdnosti pri 650 °C+ in odpornosti proti koroziji. Pogosto se s strankami posvetujemo že v fazi načrtovanja. Včasih lahko prehod na zlitino 625 za boljšo varljivost ali odpornost proti koroziji ali celo na visokokakovostno nerjavno jeklo za aplikacije pri nižjih temperaturah prihrani znatne stroške in glavobol pri izdelavi, ne da bi pri tem ogrozil delovanje. Znak izkušenj ni le poznavanje dela Inconel 718; je vedeti, kdaj ga dejansko potrebujete.
