آهنگرهای هوافضا با دمای بالا: مشخصات AMS و الزامات NDT

" آهنگری در دمای بالا " بخشی است که با فشردن فلز داغ بین قالب‌ها شکل می‌گیرد و معمولاً از یک سوپرآلیاژ مبتنی بر نیکل ساخته می‌شود تا استحکام خود را حفظ کرده و در برابر اکسیداسیون در منطقه 650-1200 درجه که موتورهای جت و توربین‌های گازی کار می‌کنند، مقاومت کند.

مشخصات AMS (منتشر شده توسط SAE International) قراردادی است که شیمی، روش ذوب، عملیات حرارتی، استحکام و آزمایش را برای این آلیاژها تعریف می کند.

Aerospace High-Temperature Forgings

آلیاژهای آهنگری چهار اسب کار هستنداینکونل 718(استحکام به علاوه جوش پذیری)،اینکونل 625(خوردگی به اضافه اکسیداسیون)،هاستلوی ایکس(اکسیداسیون تا 1200 درجه) و Waspaloy (قدرت خزش تا 760 درجه).

NDT اجباری است: تست اولتراسونیک (UT) سلامت داخلی را ثابت می‌کند، تست نافذ (PT) ترک‌های سطحی را پیدا می‌کند، بازرسی ذرات مغناطیسی (MPI) فولادهای فرومغناطیسی را بررسی می‌کند، و رادیوگرافی (RT) مقاطع پیچیده یا جوش‌شده را بررسی می‌کند.

همیشه شماره AMS، نامه بازبینی، شرایط و کلاس NDT را در سفارش خرید مشخص کنید. "آلیاژ 718" به تنهایی یک مشخصات نیست.

آهنگرهای هوافضا با دمای بالا قطعات فلزی هستند که با فشرده سازی فلز داغ بین قالب ها شکل می گیرند و از سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل ساخته می شوند تا در منطقه 650-1200 درجه که موتورهای جت و توربین های گازی کار می کنند استحکام خود را حفظ کرده و در برابر اکسیداسیون مقاومت کنند. آنها اهمیت دارند زیرا یک شکست آهنگری در یک دیسک توربین یا براکت نصب می تواند هواپیما را از کار بیاندازد.

آهنگری با ریخته گری و ماشینکاری متفاوت است. در ریخته گری، فلز مذاب در قالب ریخته می شود. در ماشینکاری، فلز بریده می شود. در آهنگری، یک شمش جامد در حالی که گرم است فشرده می شود (معمولاً 950-1200 درجه برای آلیاژهای نیکل)، که جریان دانه را در امتداد طرح کلی قطعه تراز می کند و حفره های داخلی را می بندد. این جریان دانه به همین دلیل است که یک دیسک توربین آهنگری در برابر رشد ترک بسیار بهتر از یک بلوک ماشینکاری شده از همان آلیاژ مقاومت می کند. درجه حرارت بالا به این معنی است که آلیاژ برای حفظ استحکام مفید و مقاومت در برابر پوسته پوسته شدن بالاتر از حدود 650 درجه، بسیار فراتر از آنچه فولاد ضد زنگ معمولی می تواند تحمل کند، طراحی شده است. به زبان ساده: اینها سخت ترین شکل های فلزی مقاوم در برابر حرارت هستند که موتور را کنار هم نگه می دارند.

مشخصات AMS حاکم، استانداردهای شکل محصول و شرایط است که توسط SAE International منتشر شده است. برای چهار آلیاژ آهنگری اصلی اعداد کلیدی عبارتند از AMS 5662 / 5663 / 5664 (Inconel 718)، AMS 5666 (Inconel 625)، AMS 5754 (Hastelloy X) و AMS 5708 / 5709 (Waspaloy). هر کدام شیمی، عمل ذوب، عملیات حرارتی، خواص مکانیکی و گواهینامه را کنترل می کنند.

اسناد AMS (Aerospace Material Specification) زبان خرید هوافضا هستند. آنها پنجره شیمی دقیق و مسیر ذوب را مشخص می کنند (تقریبا همیشه VIM به اضافه VAR - ذوب القایی خلاء به اضافه ذوب مجدد قوس خلاء - برای قطعات در حال چرخش)، و شرایط عملیات حرارتی را که در آن مواد تحویل داده می شود، بیان می کنند. بنابراین یک آلیاژ منفرد بسته به شکل و شرایط محصول تحت چندین عدد AMS ظاهر می‌شود، بنابراین نام‌گذاری عدد اشتباه در نقشه یک خطای مهندسی واقعی است، نه یک خطای اداری.

آلیاژ (UNS)	نقش معمولی	مشخصات مواد AMS	فرم محصول پوشش داده شده است	سقف خدمات مفید
Inconel 718 (N07718)	دیسک ها، شفت ها، بست ها	AMS 5662 / 5663 / 5664	میله، آهنگری، حلقه	~650 درجه (خزش)؛ اکسیداسیون تا 980 درجه
Inconel 625 (N06625)	اگزوز، کانال، فنر	AMS 5666	میله ها، آهنگری، حلقه ها (بازپخت شده)	~650 درجه؛ اکسیداسیون تا 980 درجه
Hastelloy X (N06002)	محفظه های احتراق، پس سوز	AMS 5754	میله، آهنگری، حلقه	تا 1200 درجه
Waspaloy (N07001)	دیسک های توربین، بست های با دمای بالا	AMS 5708 / 5709	میله، آهنگری، حلقه	~760 درجه

سقف خدمات اسمی "استحکام مفید / اکسیداسیون" راهنمایی هستند. حد کنترل کننده همیشه نقشه طراحی و بازبینی خاص AMS است.

آلیاژ را با حالت شکست غالب که باید زنده بمانید انتخاب کنید: زمانی که به بهترین ترکیب استحکام و جوش‌پذیری نیاز دارید، Inconel 718، هنگامی که خوردگی و اکسیداسیون غالب است، Inconel 625، زمانی که باید داغ‌تر از ~900 درجه باشد، Hastelloy X را انتخاب کنید، و هنگامی که قدرت خزش بالاتر از ~650 درجه است، Waspaloy را انتخاب کنید.

Inconel 718 vs Inconel 625 vs Hastelloy X vs Waspaloy Which Forging Alloy Should You Specify

این چهار آلیاژ قابل تعویض نیستند. هر کدام برای یک محدودیت متفاوت بهینه شده است. Inconel 718 پیش فرض است زیرا تقویت گاما دو پرایم (″) به آن اجازه می دهد به استحکام بالایی برسد و در عین حال قابل جوش باشد. اینکونل 625 استحکام خود را از مولیبدن و نیوبیم به دست می آورد و در جایی انتخاب می شود که آب دریا، اگزوز یا حمله اکسیداسیون اهمیت بیشتری نسبت به اوج قدرت دارد.

Hastelloy X یک آلیاژ محلول جامد است که برای مقاومت در برابر اکسیداسیون تا 1200 درجه ساخته شده است، ایده آل برای سازه های گرم استاتیک. Waspaloy، تقویت شده توسط گاما-پرایم (')، در قدرت خزش در محدوده 650-760 درجه برای سخت افزار موتور دوار برنده می شود.

اموال	اینکونل 718	اینکونل 625	هاستلوی ایکس	واسپالوی
نوع تقویتی	″ (بارش)	محلول جامد	محلول جامد	(بارش)
حداقل کششی (معمولی، قدیمی)	~ 1275 مگاپاسکال (185 ksi)	830 مگاپاسکال	~690-755 مگاپاسکال	~1170 مگاپاسکال
حداکثر دمای مفید	~650 درجه	~650 درجه	~1200 درجه	~760 درجه
قابلیت جوشکاری	عالی	عالی	خوب	دشوار است
مغناطیسی؟	غیر مغناطیسی	غیر مغناطیسی	غیر مغناطیسی	غیر مغناطیسی
بهترین برای	دیسک ها، شفت ها، بست ها	کانال، اگزوز، فنر	احتراق، پس سوز	دیسک های توربین، بست های داغ

آهنگرهای هوافضا به طور معمول تحت آزمایش اولتراسونیک (UT) برای سلامت داخلی، آزمایش نفوذ مایع (PT) برای ترک‌های سطحی، بازرسی ذرات مغناطیسی (MPI) برای فولادهای فرومغناطیسی و رادیوگرافی (RT) برای هندسه‌های پیچیده یا جوش داده می‌شوند. چک های سطحی و داخلی مکمل یکدیگر هستند و هرگز جایگزین یکدیگر نمی شوند.

آهنگری می‌تواند از بیرون عالی به نظر برسد، اما نقص زیرسطحی را پنهان کند، یا از نظر داخلی تمیز باشد و در عین حال ترک‌های سطح مویی را از دست زدن به همراه داشته باشد. هر روش NDT کلاس متفاوتی از نقص را می بیند، به همین دلیل است که سیستم های بدنه و کیفیت موتور آنها را روی هم قرار می دهند.

UT از امواج صوتی برای آشکار کردن حفره‌های داخلی، گنجاندن و دور استفاده می‌کند. PT از رنگی استفاده می‌کند که در شکاف‌های سطح باز نفوذ می‌کند و زیر نور UV درخشان می‌شود. MPI فقط روی فولادهای مغناطیسی کار می کند و ناپیوستگی های سطح و نزدیک به سطح را نشان می دهد. RT از اشعه ایکس برای تصویربرداری از عیوب حجمی در بخش های ضخیم یا جوش داده شده استفاده می کند.

روش NDT	آنچه را می یابد	استاندارد معمولی هوافضا	اعمال می شود
اولتراسونیک (UT)	حفره های داخلی، آخال ها، لپ ها، ترک ها	AMS 2630 (>12.7 میلی متر)، AMS 2632 (کمتر یا مساوی 12.7 میلی متر)	نیکل، فولاد، تیتانیوم
مایع نافذ (PT)	ترک های سطحی باز، تخلخل، درز	AMS 2644، ASTM E1417	همه آلیاژها (غیر متخلخل)
ذرات مغناطیسی (MPI)	ترک های سطحی / نزدیک به سطح در فولاد	AMS 2300 / 2301 / 2303 / 2304، ASTM E1444	فقط فولادهای فرومغناطیسی
رادیوگرافی (RT)	عیوب حجمی، عیوب جوش	ASTM E1742، MIL-STD-453	مقاطع پیچیده / جوش داده شده

معیارهای پذیرش توسط استاندارد و کلاس سفارش داده شده تعریف می‌شوند، نه با یک "گذرنامه" جهانی، بنابراین خریدار باید هم استاندارد روش (به عنوان مثال AMS 2630 کلاس A برای UT) و هم اندازه نشانه مجاز را ذکر کند. برای فولادهای فرومغناطیسی، کلاس های پاکیزگی سری AMS 2300، تعداد درج را به محدودیت های پذیرش/رد تبدیل می کند.

How Do NDT Acceptance Criteria Map to AMS and ASTM Standards

NDT بدون قاعده پذیرش بی معنی است. برای UT از نیکل و محصول فولادی فرفورژه، AMS 2630 (ضخیم) و AMS 2632 (نازک) سطوح کیفی مبتنی بر بلوک مرجع را تنظیم می‌کنند - یک حد بازتابنده معادل FBH (سوراخ مسطح) و قوانین نشانگر متراکم. برای نفوذگرها، AMS 2644 نوع نفوذگر، روش و سطح حساسیت (½ تا 4) را تعیین می کند که تعیین می کند که چگونه می توان یک ترک را پیدا کرد.

برای تمیزی فولاد، خانواده AMS 2300 مواد را بر اساس درجه بندی فرکانس (F) و شدت (S) از طول نشانگر ذرات مغناطیسی درجه بندی می کند: AMS 2300 درجه ممتاز است، ردیف مورد نیاز VAR/ESR برای قطعات چرخان حیاتی، و AMS 2301 / 2304 هواپیماهای معمولی با درجه بالاتری هستند. این مشخصات تمیزی MPI برای فولادهای فرومغناطیسی اعمال می شود. سوپرآلیاژهای نیکل در عوض توسط UT و PT واجد شرایط هستند زیرا غیر مغناطیسی هستند.

تست سفارش داده شده	استاندارد حاکم	آنچه کلاس / سطح کنترل می کند
UT، محصول ضخیم	AMS 2630	محدودیت اندازه بازتابنده، پوشش اسکن، پذیرش کلاس A/B
UT، محصول نازک	AMS 2632	چارچوب مشابه برای مقاطع کمتر یا مساوی 12.7 میلی متر
PT	AMS 2644	نوع نافذ / روش، سطح حساسیت ½-4
	AMS 2300 / 2301 / 2304	رتبه بندی F/S برای پذیرش / رد (MPI)
RT	ASTM E1742 / MIL-STD-453	کیفیت تصویر، پذیرش ناپیوستگی

ذوب مضاعف - ذوب القایی خلاء (VIM) به دنبال ذوب مجدد قوس خلاء (VAR) یا ذوب مجدد الکتروسرباره (ESR) - چیزی است که اجزای غیرفلزی و حباب‌های گازی را که در غیر این صورت به شروع کننده ترک در آهنگری چرخان تبدیل می‌شوند، حذف می‌کند، به همین دلیل است که مشخصات AMS برای قطعات حیاتی آن را الزامی می‌کند.

عمر آهنگری مدت ها قبل از عملیات حرارتی تنظیم می شود و این به میزان تمیزی شمش شروع می شود. فولاد ذوب شده در هوا می تواند حاوی ترکیبات اکسید و سولفید باشد که به عنوان افزایش دهنده تنش داخلی عمل می کنند. تحت بارهای چرخه ای یک دیسک توربین، اینها به ترک های خستگی تبدیل می شوند. VIM آلیاژ را در خلاء ذوب می کند تا گازهای محلول و عناصر سبک را از بین ببرد و VAR/ESR شمش را مجدداً به صورت یک قطره کنترل شده ذوب می کند و یک الکترود یکنواخت و بدون گنجایش تولید می کند.

AMS 5662 و مشخصات تمیزی ممتاز سری 2300 صراحتاً به ذوب کلاس VIM + VAR / VAR برای سخت‌افزارهای چرخان سخت‌تر نیاز دارند و گواهینامه‌ای که فقط "718" را بدون مسیر ذوب گزارش می‌کند، مطابقت را نشان نمی‌دهد.

انطباق AMS بر روی کاغذ به همان اندازه ثابت شده است: هر کشتی آهنگری با گزارش آزمایش تست آسیاب تایید شده (CMTR) که به یک عدد گرما/لات، ثبت شیمی، خواص مکانیکی، عملیات حرارتی، عمل مذاب، اندازه دانه و نتایج NDT مرتبط است، همگی قابل ردیابی به مذاب مبدا هستند.

زنجیره های تامین هوافضا بر اساس قابلیت ردیابی ساخته شده اند. آهنگری بدون CMTR منطبق، از نظر عملکردی، حتی اگر فلز کامل باشد، قابل حمل نیست، زیرا هیچ کس نمی تواند ثابت کند که از کدام مذاب آمده یا کدام آزمایش را پشت سر گذاشته است. سیستم AMS انتظار آزمایش در شرایط تحویلی را با نمونه‌برداری مستند دارد، و گواهی باید مشخصات و بازبینی را مشخص کند (به عنوان مثال "AMS 5662M" نه فقط "AMS 5662") به اضافه شماره حرارت. بازرسی شخص ثالث توسط ارگان‌هایی مانند Lloyds، Bureau Veritas یا DNV اغلب برای تدارکات حیاتی مورد نیاز است و سوابق برای سال‌ها حفظ می‌شوند تا بتوان بخشی از آن را ده‌ها سال بعد ممیزی کرد.

سفارش خرید را بنویسید تا تأمین‌کننده نتواند «آلیاژ اشتباه» را تحویل دهد: شماره دقیق AMS را با حرف تجدیدنظر، فرم و شرایط محصول، روش ذوب، روش و کلاس NDT، سطح گواهی‌نامه، و الزامات علامت‌گذاری/ردیابی حرارتی را نام ببرید.

How Should You Specify AMS and NDT in a Purchase Order

رایج ترین شکست در تدارکات، سفارشی است که فقط "آلیاژ 718" نوشته شده است. دو تامین‌کننده می‌توانند قیمت یکسانی را برای یک آلیاژ اسمی یکسان ارائه کنند و مواد را با مسیرهای ذوب متفاوت، آزمایش‌های متفاوت و شیمی مجاز متفاوت تحویل دهند. مشخصات، بازنگری و شرایط چیزی است که نام آلیاژ را به خرید تبدیل می کند. یک خط سفارش قابل دفاع چیزی شبیه به این می‌خواند: "فورجینگ‌های Inconel 718 به AMS 5663 Rev M, VIM + VAR, محلول درمان شده و سخت‌شده با بارش، 100% UT به AMS 2630 Class A, PT to AMS 2644 Level 3, with EN {3-numberce / EN {3-numberce/ability."

س: آیا Inconel 718 قوی تر از Hastelloy X است؟

A:از نظر استحکام کششی و تسلیم در دمای اتاق و متوسط، بله - اینکونل 718 قدیمی تقریباً به کششی 1275 مگاپاسکال می رسد در مقابل حدود 690-755 مگاپاسکال برای Hastelloy X. اما Hastelloy X در مقاومت در برابر اکسیداسیون و دمای سرویس مفید برنده می شود و تا 718 درجه استحکام را از دست می دهد. بر اساس وظیفه انتخاب کنید، نه با یک عدد واحد.

س: آیا می توانید AMS 5663 را جایگزین AMS 5662 کنید؟

A:نه کورکورانه AMS 5662 شرایط درمان شده با محلول (نرم، قابل ماشینکاری) است که هنگام ماشینکاری و پیری استفاده می شود. AMS 5663 قبلاً در اثر بارش سخت شده است (استحکام کامل، آماده تحویل داده شده). آنها یک آلیاژ و شکل هستند اما شرایط متفاوتی دارند، بنابراین جایگزینی کاملاً به هدف عملیات حرارتی طراحی شما بستگی دارد.

س: آیا سوپرآلیاژهای نیکل نیاز به بازرسی ذرات مغناطیسی دارند؟

A:به طور کلی خیر Inconel 718 / 625 و Hastelloy X غیر مغناطیسی هستند، بنابراین MPI (سری AMS 2300) اعمال نمی شود. تمیزی و یکپارچگی سطح آنها توسط UT (AMS 2630 / 2632) و PT (AMS 2644) اثبات شده است. MPI برای فولادهای فرومغناطیسی در نظر گرفته شده است.

س: «AMS 2630 Class A» در سفارش جعل به چه معناست؟

A:این به معنای بازرسی 100% اولتراسونیک آهنگری در AMS 2630 در سخت‌ترین سطح پذیرش (کلاس A)، با نشانه‌های غیرقابل رد تعریف شده توسط بازتابنده‌های معادل سوراخ با پایین تخت و قوانین نشانگر متراکم - سطحی که معمولاً برای قطعات حیاتی چرخشی یا ایمنی پرواز مورد نیاز است.