آهنگرهای آلیاژی با دمای بالا برای توربین های گاز: درجه مواد و الزامات کیفیت

یک دیسک توربین گاز ده ها میلیون دور در دمایی می چرخد ​​که فولاد معمولی را نرم می کند. این قطعه فقط به خوبی آلیاژ است و به همان اندازه مهم، آهنگری، عملیات حرارتی و بازرسی پشت آن است.

این راهنما نمرات سوپرآلیاژ نیکل مورد استفاده برای آهنگری توربین را پوشش می دهد -اینکونل 718، Waspaloy، Rene 41، X-750، 706، 625 و Hastelloy X - و الزامات کیفی (نمرات ASTM و AMS، کاهش آهنگری، جریان دانه، NDT و قابلیت ردیابی) که آهنگری هوافضا را از یک میله مشابه جدا می کند.

چرا آهنگری به جای ریخته گری یا صفحه برای قطعات چرخان توربین انتخاب می شود؟

دیسک یا شافت توربین آهنگری انتخاب می شود زیرا آهنگری جریان دانه را با مسیر تنش همسو می کند و به بازرسی 100 درصد حجمی اجازه می دهد تا ثابت کند که قطعه از نظر داخلی سالم است - دو چیز ریخته گری نمی تواند با هزینه و خطر یکسان برای یک جزء حیاتی برای خستگی ارائه شود.

دیسک توربین توده ای در حال چرخش است که خستگی سیکل پایین را از هر استارت، خستگی چرخه بالا از عبور پره و بار گریز از مرکز ثابت می بیند. ریخته‌گری می‌تواند شکل پیچیده‌ای را در نزدیکی شبکه بازتولید کند، اما دانه‌های درشت، هم محور و تخلخل احتمالی انقباض آن نقاط ضعفی برای خستگی و قابلیت بازرسی اولتراسونیک هستند. آهنگری قالب باز و قالب بسته ساختار دندریتی ریخته‌گری را می‌شکند، دانه را اصلاح می‌کند و - از طریق تغییر شکل کنترل‌شده - جریان دانه را در اطراف لبه هدایت می‌کند و در جایی که تنش بیشتر است سوراخ می‌کند. این ساختار دانه کار شده نیز چیزی است که آزمایش اولتراسونیک بعدی را معنادار می کند: آهنگری تمیز یک ردپای UT تمیز و قابل خواندن می دهد.

صفحه یا میله ای که به شکل بریده می شود در هر دو حالت از دست می رود: دانه ها به جای دنبال کردن کانتور، مستقیماً از قسمت عبور می کنند، و مواد به روش آهنگری کار نمی شود. برای سخت‌افزارهای استاتیک و کم‌تنش مانند محفظه‌ها و کانال‌ها، صفحه و ورق معمولی باقی می‌مانند - به یادداشت‌های ما درهاستلوی ایکسواینکونل 625در بخش داغ

کدام سوپر آلیاژهای نیکل برای آهنگری توربین گاز استفاده می شود؟

خانواده آهنگری توربین به آلیاژهای دیسک/شفت سخت شده با بارش (Inconel 718، Waspaloy، Rene 41، X-750، 706، Incoloy 901) و آلیاژهای محفظه محفظه محلول جامد/محفظه (Inconel 625، Hastelloy با باند X و هر کدام با درجه حرارت منطبق است) تقسیم می شود.

قطعات چرخشی که در دما به استحکام بالایی نیاز دارند از آلیاژهای نیکل سخت شده با بارش گاما پرایم (گاما) یا گاما دو پرایم (گاما) استفاده می کنند. قطعات سازه ای و مقاطع گرم که نیاز به شکل پذیری، مقاومت در برابر اکسیداسیون و استحکام متوسط ​​دارند از آلیاژهای محلول جامد استفاده می کنند. جدول نمرات آهنگری رایج را بر اساس کاری که انجام می دهند گروه بندی می کند.

نمرات آهنگری سوپرآلیاژ نیکل مورد استفاده در توربین های گازی

چه چیزی اینکونل 718 را به آلیاژ توربین-دیسک اسب کار تبدیل می کند؟

اینکونل 718 جایگاه خود را به دست می‌آورد زیرا رسوب گاما دو پرایم استحکام بسیار بالایی می‌دهد اما به کندی شکل می‌گیرد، بنابراین آلیاژ بدون ترک خوردگی در سن کرنش جوش می‌شود و به طور یکنواخت در بخش‌های ضخیم پیر می‌شود - دقیقا همان چیزی که یک دیسک یا شفت بزرگ به آن نیاز دارد.

718 یک سوپرآلیاژ Ni-Cr-Fe-Nb-Mo، UNS N07718 (W.Nr 2.4668)، با تقریباً 50-55٪ نیکل، 17-21٪ کروم، آهن به عنوان تعادل، 4.75-5.50٪ نیوبیوم به علاوه مولکول تانتالیوم، 30.2٪، 800٪ است. 0.65-1.15٪ تیتانیوم و 0.20-0.80٪ آلومینیوم؛ کربن روی 0.08 درصد محدود شده است. قدرت آن عمدتاً از فاز گامای دوگانه پرایم Ni3Nb با بدنه-مرکز-تتراگونال با سهم گامای کوچکتر (Ni3(Al,Ti)) می آید. چگالی 8.19 گرم بر سانتی متر مکعب است.

در شرایط تیمار شده با محلول و کهنه شده، 718 به حداقل استحکام کششی 1276 مگاپاسکال (185 ksi) و 0.2 درصد بازده 1034 مگاپاسکال (150 ksi) با حداقل 12 درصد کشیدگی (AMS 5662) می رسد، و استحکام مفیدی را از دماهای برودتی پیوسته، با قابلیت برودتی 6-50 درجه سانتی گراد تا حدود 1 حفظ می کند. به سمت 700 درجه سانتیگراد (1290 فارنهایت). در دمای بالای 700 درجه سانتیگراد، گاما-دبل-پرایم درشت می شود و به فاز دلتای نامنسجم تبدیل می شود و آلیاژ مزیت خود را از دست می دهد.

داده های جعل Inconel 718 (UNS N07718، به AMS 5662 / ASTM B637)

از آنجایی که بارش گاما دو پرایم کند است، 718 را می توان در شرایط تیمار شده با محلول جوش داد و پس از آن بدون ترک خوردگی سن کرنش که بر آلیاژهای گاما پرایم مانند Waspaloy و Rene 41 تأثیر می گذارد، پیر شد. دیسک ها و شفت های توربین. ما را ببینیدخواص مواد Inconel 718صفحه وInconel 718 در هوافضابرای بیشتر

چه زمانی Waspaloy بهتر از 718 برای دیسک ها و شفت ها است؟

Waspaloy (UNS N07001) را زمانی انتخاب کنید که قطعه در دمای حدوداً 620-650 درجه سانتیگراد کار می کند و به عمر گسیختگی خزشی نیاز دارد که 718 قادر به ارائه آن نیست. زمانی که به بالاترین استحکام در دمای اتاق و قابلیت جوشکاری آسان زیر حدود 650 درجه سانتیگراد نیاز دارید، 718 را انتخاب کنید.

Waspaloy یک سوپرآلیاژ نیکل-کروم-کبالت، گاما-پرایم تقویت شده است: حدود 58٪ نیکل، 18-21٪ کروم، 12-15٪ کبالت، 3.5-5.0٪ مولیبدن، 2.75-3.25٪ آلیاژ آلومینیوم، 2.75-3.25٪ آلومینیم با آلومینیم 1. 2 درصد کبالت و مولیبدن استحکام محلول جامد را می دهند. تیتانیوم و آلومینیوم گاما-پرایم Ni3 (Al,Ti) را رسوب می دهند که دارای استحکام در دمای بالا است. گاما پرایم به مراتب پایدارتر از گاما دو پرایم است که 718 را تقویت می کند، بنابراین Waspaloy استحکام مفید را در حدود 650 درجه سانتیگراد (1200 فارنهایت) در قسمتهای چرخان و تا حدود 870 درجه سانتیگراد (1600 فارنهایت) در قسمتهای استاتیکی با تنش کمتر حفظ می کند و قدرت گسیختگی خزشی آن در حدود 60-70 درجه سانتیگراد است.

تجارت دوگانه است. حداقل کشش قدیمی Waspaloy حدود 1441 مگاپاسکال (209 ksi) با 0.2 درصد بازده حدود 1076 مگاپاسکال (156 ksi) است - کمتر از 718 در دمای اتاق - و گاما پرایم آن را مستعد ترک خوردگی در سن کرنش می‌کند، بنابراین جوشکاری سخت‌تر است. یک عملیات حرارتی معمولی سه مرحله ای محلول در حدود 1080 درجه سانتیگراد (1975 فارنهایت) به مدت 4 ساعت، هوا خنک است. در حدود 845 درجه سانتیگراد (1550 فارنهایت) به مدت 4 ساعت تثبیت شود، هوا خنک شود. سپس در حدود 760 درجه سانتیگراد (1400 فارنهایت) به مدت 16 ساعت، هوا خنک شود (سیکل دقیق را در برابر انتشار AMS کنترل کنید). مشخصات ASTM B637 و سری AMS 5704 / 5706 / 5708 است.

Inconel 718 در مقابل Waspaloy برای آهنگری توربین

آلیاژهای محلول جامد چگونه به بخش داغ خدمت می کنند؟

Inconel 625 و Hastelloy X از لحاظ سنی سخت نمی شوند، بنابراین حداکثر استحکام را با شکل پذیری و مقاومت در برابر اکسیداسیون/خوردگی - که دقیقاً همان چیزی است که روکش ها، حلقه ها، مهر و موم ها و سخت افزار احتراق به آن نیاز دارند، مبادله می کنند.

تقویت محلول جامد از مولیبدن، نیوبیم و کروم محلول به جای فاز رسوبی حاصل می شود، بنابراین این آلیاژها انعطاف پذیر و قابل جوش می مانند و می توانند به اشکال بزرگ یا نازک در آیند. اینکونل 625 (UNS N06625: تعادل نیکل، 20-23٪ کروم، 8-10٪ مو، 3.15-4.15٪ Nb) انتخاب استاندارد برای کیس ها، حلقه ها، مهر و موم ها و مجاری تا حدود 650 درجه سانتیگراد است و مقاومت حفره های کلریدی آن در کشتی های دریایی و دریایی یک امتیاز است.

Hastelloy X (UNS N06002: تعادل نیکل، 20.5-23٪ کروم، 17-20٪ آهن، 8-10٪ مو، 0.2-1.0٪ W) محفظه احتراق را حمل می کند: آسترها، کانال های انتقال و سخت افزار پس سوز که مقاومت در برابر اکسیداسیون تا حدود 870 درجه فارنهایت استحکام دارد (160 درجه سانتیگراد). سهام آهنگری و آهنگری هر دو تحت پوشش ASTM B564 هستند. فورجینگ های Inconel 625 B564 و صفحات Hastelloy X ما را ببینید.

فراتر از نیکل: در جایی که توربین به مقاومت اکسیداسیون بالاتر از حدود 900 درجه سانتیگراد نیاز دارد، آلیاژهای مبتنی بر کبالت مانند UNS R30188 (کبالت- نیکل- کروم- تنگستن با لانتانیم) خدمات را تا دمای 980 درجه سانتیگراد (1800 فارنهایت) برای محفظه احتراق و لاینرهای انتقالی افزایش می دهند. اینها در صورت درخواست و نه به عنوان یک درجه استاندارد سهام عرضه می شوند.

چه محدودیت های دما برای هر آلیاژ در سرویس توربین اعمال می شود؟

"دمای سرویس" آهنگری توربین یک عدد نیست - این کمترین حد استحکام آلیاژ در تنش و حد اکسیداسیون جزء است و ده ها تا صدها درجه بین قسمت های دوار و استاتیک متفاوت است.

از جدول به عنوان یک راهنمای برنامه ریزی استفاده کنید، نه یک ارزش طراحی. حد حاکم برای یک قطعه دوار تحت تنش، قدرت گسیختگی خزشی در تنش وظیفه است. برای یک لاینر احتراق با بار کم، اکسیداسیون است. همیشه تنش مجاز را در برابر برگه داده ASME یا OEM فعلی برای شرایط دقیق تأیید کنید.

محدودیت دمای مداوم در مقابل کوتاه مدت برای آلیاژهای آهنگری توربین

رسوب تقویتی بین آلیاژهای 718 و گاما پرایم چه تفاوتی دارد؟

718 توسط گاما دو پرایم (Ni3Nb) تقویت می شود که به آرامی شکل می گیرد و جوش پذیری خوبی می دهد. Waspaloy، Rene 41 و X-750 توسط گاما-پرایم (Ni3(Al,Ti)) تقویت می شوند که در برابر دما پایدارتر است اما جوشکاری و تعمیر را سخت تر می کند.

گاما-دبل-پرایم یک فاز منظم-مرکز بدنه-تتراگونال است. از آنجایی که فورج 718 به آرامی رشد می‌کند، می‌توان آن را در شرایط عملیاتی شده با محلول نرم جوش داد و سپس بدون ترک‌خوردگی بین دانه‌ای که آلیاژهای گاما پرایم در طول پیری پس از جوش متحمل می‌شوند (ترک‌خوردگی در سن کرنش) به استحکام کامل رسید. در مقابل، گاما پرایم در دما منسجم و بسیار پایدار است، به همین دلیل است که آلیاژهای گاما پرایم در خزش و گسیختگی بیش از 718 درجه سانتیگراد در حدود 620 تا 650 درجه سانتیگراد دوام می آورند - اما پنجره های جوشکاری آنها باریک است و تعمیرات نیاز به کنترل حرارتی دقیق دارد. نوع رسوب، نه محتوای نیکل، تعیین کننده سقف دما و مسیر ساخت است.

چه فرآیند آهنگری یک بیلت را به دیسک توربین تبدیل می کند؟

دیسک های توربین با آهنگری قالب باز یا قالب بسته (اغلب آهنگری همدما 718) از یک بیلت ذوب شده، با دمای آهنگری در زیر حلال دلتا برای دانه های ریز یا بالاتر از آن برای دانه های درشت انتخاب می شوند - یک انتخاب عمدی، نه تصادفی.

نقطه شروع یک شمش VIM+ESR (یا سه مذاب VIM+ESR+VAR) است که شیمی و تمیزی آن به گرما ثابت شده است. بیلت گرم می شود و کار می شود - قالب باز برای حلقه ها، بلوک ها و پریفرم ها. آهنگری با قالب بسته (و به طور فزاینده همدما) برای دیسک های نزدیک به شبکه که ذخایر ماشینکاری را به حداقل می رساند. برای 718 پنجره آهنگری تقریباً 950-1150 C (1750-2100 F) است. دیسک های توربین معمولاً در دمای 1000-1025 درجه سانتیگراد ساخته می شوند.

یک کنترل کلیدی sub-solvus در مقابل super-solvus forging است. آهنگری در زیر حلزون دلتا (Ni3Nb) ساختار دانه‌ای ریز و تبلور مجدد با استحکام بالا، شکل‌پذیری و عمر خستگی کم چرخه - انتخابی برای اکثر دیسک‌های 718 است. آهنگری در بالای solvus ساختار دانه‌ای درشت ایجاد می‌کند که مقداری استحکام را با عمر خزش/پارگی بهتر و رشد کندتر ترک ناشی از خستگی در مکان‌هایی که خزش طولانی‌مدت حاکم است مورد استفاده قرار می‌دهد. اندازه دانه ای که فرآیند تنظیم می کند بعداً در برابر ASTM E112 تأیید می شود و بخشی از رکورد پذیرش آهنگری است.

نسبت خرید به پرواز محرک هزینه بی‌صدا است. یک دیسک دقیق همدما 718 می‌تواند نسبت خرید به پرواز نزدیک به 1.3:1 (ضایعات کمی) داشته باشد، در حالی که یک پیش‌فرم باز قالب بزرگ ممکن است از 4:1 یا بیشتر از بیلت که ماشین‌کاری شده شروع شود. سوپرآلیاژ خامی که برای آن هزینه می‌کنید اما هرگز پرواز نمی‌کنید، بخش بزرگی از قیمت قطعه است - به همین دلیل است که آهنگری تقریباً خالص و HIP از مواد درجه یک ارزش پیگیری دارد.

آهنگری توربین به چه نسبت کاهش و نیاز به جریان دانه نیاز دارد؟

حداقل نسبت کاهش آهنگری در حدود 4:1 معمول است، که برای قطعات در حال چرخش به 6:1-8:1 افزایش می یابد، و جریان دانه باید از خطوط قطعه پیروی کند - هر دو تأیید شده اند، فرض نمی شوند.

نسبت کاهش، نسبت سطح مقطع شروع به مقطع تمام شده است. باید آنقدر بالا باشد که تخلخل ریخته گری بسته شود و ساختار دندریتیک شمش شکسته شود. حداقل متداول 4:1 است و قسمت های چرخان هوافضا اغلب در 6:1 تا 8:1 مشخص می شوند. اما کاهش به تنهایی کافی نیست: جهت کار باید جریان دانه را در امتداد مسیر تنش قرار دهد. یک لبه دیسک بارگذاری شده در کشش حلقه باید جریان دانه های محیطی را نشان دهد. یک شفت در پیچش و خمش باید جریان محوری را نشان دهد. ماکرو اچ (به زیر مراجعه کنید) اثبات است.

• حداقل کاهش: حدود 4:1 معمولی. 6:1-8:1 برای دیسک های چرخان و شفت ها.
• جریان دانه: باید از کانتور قطعه پیروی کند، نه اینکه مستقیماً از آن عبور کند.
• ساختار دندریتیک: کاملاً شکسته شده، بدون جداسازی یا نوارهای مرکزی.
• اندازه دانه: مطابق با نیاز حاکم بر ASTM E112 کنترل و تأیید شده است.
• آهنگری چند جهته: برای اشکال پیچیده برای تراز کردن جریان در بیش از یک جهت استفاده می شود.

چه عملیات حرارتی برای آهنگری توربین های سخت شده با بارش مشخص شده است؟

آهنگری‌های توربین سخت‌شده با بارندگی تحت درمان با محلول قرار می‌گیرند (و برای آلیاژهای دیسکی، تا چرخه AMS/B637 دو برابر می‌شوند). دماها و نگهداری دقیق در مشخصات خرید نوشته شده و در نمودار عملیات حرارتی ثبت می شود.

718 معمولاً محلول تحویلی است که در دمای 925-1010 درجه سانتیگراد (1700-1850 فارنهایت) تصفیه می شود، با هوا خنک می شود یا سریعتر، سپس دوبرابر می شود: 720 درجه سانتیگراد (1325 فارنهایت) به مدت 8 ساعت، کوره تا دمای 620 درجه سانتیگراد (1150 فارنهایت) خنک می شود و در مجموع 18 ساعت در هوا خنک می شود. Waspaloy از یک توالی سن محلول پایدار استفاده می کند که در بالا توضیح داده شد. چرخه کوره عملیات حرارتی نمودار شده و به عنوان بخشی از رکورد کیفیت حفظ می‌شود، و انتظار می‌رود فرآیندهای ویژه مانند عملیات حرارتی اعتبار NADCAP را برای قطعات حیاتی پرواز به همراه داشته باشد. پیری بیش از حد یا یک محلول خارج از پنجره می تواند اندازه دانه را تغییر دهد و توزیع را به اندازه کافی رسوب دهد تا در آزمایشات مکانیکی شکست بخورد، بنابراین چرخه قابل مذاکره نیست.

کدام مشخصات ASTM و AMS بر این فورجینگ ها حاکم است؟

ASTM B637 بر میله‌های آلیاژ نیکل سخت‌کننده بارش، آهنگری و ذخایر آهنگری (718، X-750، 706، Waspaloy و موارد مشابه) نظارت می‌کند. ASTM B564 خانواده آهنگری آلیاژ نیکل گسترده تر را کنترل می کند (625، 600، 825، X-750، 718، C-276 و دیگران). نسخه های AMS عملیات حرارتی و جزئیات آزمایش دقیق را نام می برند.

تعیین درجه ASTM به تنهایی کافی نیست - انتشار AMS یا OEM در مورد مزاج، چرخه عملیات حرارتی و تست های پذیرش تصمیم می گیرد. پرمصرف ترین نسخه ها برای آهنگری توربین در زیر فهرست شده است. صفحات فلنج Inconel 718 ASTM B637 و Inconel 718 B564 ما جزئیات سطح درجه را دارند.

مشخصات کلیدی برای آهنگری آلیاژی توربین گازی

چه آزمایش های غیر مخربی برای آهنگری توربین اجباری است؟

آهنگری توربین بحرانی پرواز یا توان، 100٪ تست اولتراسونیک حجمی، تست نفوذ سطحی یا ذرات مغناطیسی و یک ماکرو اچ برای اثبات جریان دانه - هر کدام به یک کلاس پذیرش نام‌گذاری شده، انجام می‌شود.

هیچ آزمایش واحدی همه چیز را نمی بیند: یک سطح تمیز استحکام داخلی را ثابت نمی کند و یک UT تمیز استوک ماشین کاری یا وضعیت سطح را ثابت نمی کند. این سه لایه مکمل هم هستند. جدول هر آزمایش را مطابق با استاندارد معمول خود برای آهنگری سوپرآلیاژی ترسیم می کند.

پشته آزمایش غیر مخرب برای آهنگری توربین

یک آزمایش سطح گذرا، استحکام داخلی را ایجاد نمی کند، و یک UT با موفقیت، سهام ماشینکاری را ایجاد نمی کند. ارزان‌ترین قیمت معمولاً قیمتی است که بازرسی را کنار می‌گذارد که می‌تواند نقصی را که قیمت قبلاً پنهان کرده است، تشخیص دهد - بنابراین کلاس پذیرش را نام ببرید، نه فقط "UT tested".

جریان دانه چگونه تأیید می شود و چرا برای خستگی مهم است؟

جریان دانه با یک ماکرو اچ یک بخش معرف تأیید می‌شود، و این مهم است زیرا ترک‌های خستگی مسیر کمترین مقاومت را دنبال می‌کنند - یک جریان دانه‌ای به دنبال کانتور، ترک‌ها را از سطح پر تنش دور می‌کند.

ماکرو اچ (ASTM E381 برای آهنگری، ASTM E340 به طور کلی) یک مقطع آماده شده را حل می کند تا الگوی دانه تغییر شکل یافته را نشان دهد. این گزارش نشان می‌دهد که آیا خطوط جریان، لبه دیسک را می‌پیچند، به صورت محوری در امتداد یک شفت حرکت می‌کنند، یا مستقیماً بر روی یک ویژگی حیاتی بریده می‌شوند. در جایی که جریان قطع می‌شود یا به صورت عرضی نسبت به تنش حرکت می‌کند، آن مکان به کاندیدای شروع خستگی تبدیل می‌شود. به همین دلیل نقشه آهنگری - نه فقط شیمی - جهت جریان مورد نیاز را مشخص می کند و ماکرو اچ شواهدی است که آهنگری با آن مطابقت دارد.

برای فورجینگ های سوپرآلیاژی با کیفیت هوافضا به چه عمل مذابی نیاز است؟

آهنگری توربین با کیفیت هوافضا از ذوب القایی خلاء به اضافه ذوب مجدد الکتروسرباره (VIM+ESR) شروع می شود و قطعات چرخان معمولاً سه گانه ذوب می شوند (VIM+ESR+VAR). مسیر ذوب از قسمت تمام شده به سمت گرما قابل ردیابی است.

ذوب مجدد چیزی است که به آهنگری های سوپرآلیاژی تمیزی و رهایی از جداسازی خط مرکزی و ادغام های رشته ای می دهد که باعث ایجاد ترک های خستگی می شود. ذوب القایی خلاء، شیمی و گازهای محلول را کنترل می کند. ذوب مجدد الکتروسرباره ساختار شمش را اصلاح می کند. ذوب مجدد قوس خلاء (مرحله VAR در ذوب سه گانه) یکنواختی ترکیب را در امتداد شمش محکم می کند. عدد گرما با شمش، آهنگری و هر کوپن آزمایشی حرکت می کند، بنابراین یک نتیجه مشکوک را می توان در ذوب دقیق ردیابی کرد. نمای کلی آلیاژ نیکل ما خانواده‌های درجه‌ای را پوشش می‌دهد که این عمل مذاب به آن خدمت می‌کند.

چه عیوبی می تواند در آهنگری های سوپرآلیاژی ظاهر شود و چگونه از آنها جلوگیری می شود؟

عیوب مهم در آهنگری توربین عبارتند از: لپ ها و چین خوردگی ها، ریزترک های نرخ کرنش، جداسازی و نواربندی، تکه های هیدروژن (لکه های سفید) و آخال ها - هر کدام با نسبت کاهش، کنترل دما و بازرسی قابل پیشگیری هستند.

سوپرآلیاژها نابخشودنی هستند: آنها استحکام خود را در دمای آهنگری حفظ می کنند، پنجره کار باریکی دارند و نسبت به نرخ کرنش حساس هستند، بنابراین درجه حرارت یا شیب نامناسب باعث ایجاد ریزترک می شود. شمش‌ها می‌توانند جداسازی خط مرکزی و در بخش‌های بزرگ، تکه‌های هیدروژن را حمل کنند - ریزترک‌های داخلی که ممکن است از ماشین‌کاری جان سالم به در ببرند و باعث شکست ناگهانی شوند. پشته پیشگیری به خوبی ایجاد شده است.

عیوب رایج آهنگری توربین و کنترل آنها

چه آزمایش‌های خواص مکانیکی ثابت می‌کند که آهنگری با مشخصات مطابقت دارد؟

پذیرش حداقل با آزمایش‌های کششی و سختی، به‌علاوه پارگی تنش یا خزش و ضربه در جایی که وظیفه ایجاب می‌کند، ثابت می‌شود، که همگی از یک مکان و جهت کوپن مشخص گرفته شده‌اند.

گزارش آزمایش مواد، ویژگی‌های کششی را در ASTM E8، سختی در ASTM E18، و - برای کار در دمای بالا - داده‌های تنش-پارگی یا خزش در هر ASTM E139 و اغلب ضربه Charpy در ASTM E23 را ثبت می‌کند. به طور بحرانی، کوپن در جهت و از محل نام مشخصات گرفته می شود (اغلب طولانی شدن آهنگری)، بنابراین اعداد نشان دهنده قسمت هستند، نه یک برش راحت. اندازه دانه به ASTM E112 و شیمی به گرما در ASTM E1473 گزارش شده است. آهنگری که شیمی را می گذراند اما در کشش جهت دار شکست می خورد، رد می شود - آزمایش اثبات است، نه گواهی به تنهایی.

• کشش: ASTM E8 (نهایی، تسلیم، ازدیاد طول).
• سختی: ASTM E18 (اغلب برای تأیید عملیات حرارتی استفاده می شود).
• پارگی تنش / خزش: ASTM E139 (وظیفه در دمای بالا).
• تاثیر: ASTM E23 (مواردی با دمای پایین یا تحمل عیب).
• اندازه دانه: ASTM E112 (مخصوص کوپن).
• شیمی: ASTM E1473 / طیف، به گرما.

قابلیت ردیابی و مستندسازی برای آهنگری توربین چگونه است؟

آهنگری یک توربین هوافضا به اندازه فلزش با کاغذهایش ثابت می شود - یک گزارش آزمایش مواد EN 10204 3.1 با قابلیت ردیابی شماره حرارتی، گواهی انطباق، بازرسی مقاله اول و سوابق NADCAP.

بسته مستندات هر متغیری را که می‌تواند بی‌صدا بخشی را خراب کند، نقشه‌برداری می‌کند: هویت اولیه و مسیر ذوب، ترتیب تغییر شکل، کنترل حرارتی، نمودارهای عملیات حرارتی، صاف کردن، تهویه سطح، نتایج NDT و شواهد آزمایش. NADCAP (که توسط موسسه بررسی عملکرد اداره می شود) فرآیندهای ویژه مانند عملیات حرارتی و NDT را در برابر الزامات هوافضا ممیزی می کند و نتایج ممیزی عمومی است. یک خریدار باید حداقل انتظار یک MTR، یک COC و یک گزارش بازرسی مقاله اول را داشته باشد که توسط نمودارهای عملیات حرارتی و گزارش‌های NDT پشتیبانی می‌شود.

• گزارش آزمایش مواد (MTR) با قابلیت ردیابی شماره حرارتی - EN 10204 3.1 (3.2 با شاهد).
• گواهی انطباق (COC).
• بازرسی مقاله اول (FAI) برای طرح های جدید.
• نمودارهای عملیات حرارتی که چرخه های واقعی کوره را نشان می دهد.
• گزارش NDT با معیارهای پذیرش و نتایج.
• اعتبار NADCAP برای عملیات حرارتی و NDT که در آن پرواز بسیار مهم است.

خریدار چه مدارکی با کیفیت باید در RFQ درخواست کند؟

درجه، قطعه، مسیر بار، مسیر ذوب، نسبت کاهش، جهت جریان دانه، شرایط عملیات حرارتی، محدوده NDT و مستندات را در RFQ بنویسید - سپس مقاله اول را قبل از انتشار تولید بررسی کنید.

یک دعوت مبهم «Inconel forging» نواری را ایجاد می‌کند که درست به نظر می‌رسد و بعداً خراب می‌شود. چک لیست زیر همان لیستی است که یک OEM توربین از آن استفاده می کند. این به عنوان یک رویه مرحله ای تکثیر می شود، بنابراین می توان آن را مستقیماً در یک درخواست برای نقل قول کپی کرد.

مرحله 1. درجه دقیق و مشخصات محصول را نام ببرید:«Inconel» را ننویسید. Inconel 718 را به AMS 5662 یا AMS 5663، یا Waspaloy را به AMS 5708 - تعیین کنید، درجه و مشخصات صادر کننده در هر آزمون پایین دستی تعیین می شود.

مرحله 2. قطعه، مسیر بارگذاری آن و دمای عملیاتی را بیان کنید:دیسک، شفت، محفظه، مهر و موم یا سخت افزار احتراق هر کدام تنش و دمای متفاوتی را مشاهده می کنند. وظیفه آلیاژ را تعیین می کند و جهت جریان دانه که آهنگری باید دنبال کند.

مرحله 3. مسیر ذوب را مشخص کنید:VIM+ESR را برای کار عمومی یا VIM+ESR+VAR (مذاب سه گانه) برای قطعات چرخان قرار دهید و به قابلیت ردیابی شماره حرارتی بازگشت به مذاب اولیه نیاز دارید.

مرحله 4. نسبت کاهش آهنگری و جهت جریان دانه را تنظیم کنید:حداقل کاهش 4:1 (6:1-8:1 برای قطعات در حال چرخش) و کانتور جریان دانه باید دنبال شود. این چیزی است که گزارش کلان باید ثابت کند.

مرحله 5. شرایط عملیات حرارتی را تعریف کنید:شرایط تحویل را نام ببرید - محلول درمان شده، یا محلول درمان شده و سن آن تا چرخه AMS/B637 - و چه کسی آن را انجام می دهد و گواهی می دهد.

مرحله 6. محدوده NDT و کلاس پذیرش را تنظیم کنید:نیاز به آزمایش 100٪ اولتراسونیک برای AMS 2154 کلاس AA (یا ASTM A388 / E2375)، PT سطح (ASTM E165) یا MT (ASTM E1444)، و ماکرو اچ در هر ASTM E381 / E340. سطح قبولی هر کدام را نام ببرید.

مرحله 7. نیاز به بسته مستندات:درخواست EN 10204 3.1 MTR، گواهی انطباق، گزارش بازرسی مقاله اول، نمودارهای عملیات حرارتی و گزارش‌های NDT، همراه با اعتبار NADCAP برای فرآیندهای ویژه که در آن قسمت از نظر پرواز حیاتی است.

چگونه آلیاژ و مشخصات مناسب را برای یک قطعه توربین معین انتخاب می کنید؟

آلیاژ را بر اساس باند دما انتخاب کنید و بار - 718 را برای دیسک‌ها/شفت‌های عمومی تا دمای 650 درجه سانتی‌گراد، Waspaloy یا Rene 41 که در آن خزش بالای 650 درجه سانتی‌گراد حاکم است، 625 یا Hastelloy X برای کیس‌ها و محفظه احتراق - سپس درجه ASTM و انتشار AMS را نام ببرید، نه فقط نام تجاری.

این تصمیم یک تطابق سه جانبه دما، تنش و قابلیت ساخت است. زیر حدود 650 درجه سانتیگراد با نیاز به استحکام و جوش پذیری بالا، 718 پیش فرض است. در جایی که خزش بالای 620 تا 650 درجه سانتیگراد بر یک قسمت چرخشی حاکم است، به Waspaloy و برای داغترین ورق/ آهنگری تحت تنش به Rene 41 بروید.

کیس ها، حلقه ها، مهر و موم ها و کانال ها از محلول جامد 625 استفاده می کنند. لاینرهای احتراق از Hastelloy X استفاده می کنند. سپس هر انتخاب به مشخصاتی بستگی دارد: 718 به ASTM B637 / AMS 5662، Waspaloy به ASTM B637 / AMS 5708 و غیره. صفحات خانواده Inconel و Hastelloy ما نمرات سهام پشت این انتخاب ها را فهرست می کنند.

راهنمای انتخاب آلیاژ توسط قسمت توربین

هزینه و محرک های زمان سرب برای فورجینگ های توربین سوپرآلیاژی چقدر است؟

قیمت آهنگری توربین بر اساس حق بیمه آلیاژ، نسبت خرید به پرواز، مسیر ذوب، محدوده NDT و ابزارآلات تعیین می شود - نه با قیمت هر کیلوگرم میله.

سوپر آلیاژهای نیکل چندین برابر کربن یا فولاد ضد زنگ قیمت دارند، بنابراین جرمی که برای آن هزینه می کنید اما هرگز پرواز نمی کنید، بر این هزینه غالب است. ذوب سه گانه، 100% کلاس AA UT، ماکرو اچ و بسته مستندات کامل هزینه واقعی را اضافه می کند، اما دلیل واجد شرایط بودن قطعه است. پشته های زمان از ذوب بیلت، گرم کردن مجدد آهنگری، عملیات حرارتی و NDT، با قالب بسته یا ابزار همدما در بالا - برای هفته ها تا ماه ها برنامه ریزی کنید، برای قطعات بزرگ یا حیاتی پرواز طولانی تر. خرید با مشخصات دقیق و صحیح و مسیری نزدیک به خالص چیزی است که در واقع هزینه و زمان بندی را کنترل می کند.

برای مقایسه با دنیای محصولات آهنگری، صفحات اتصالات آهنگری ASME B16.11 و اتصالات لوله آهنگری اجزای آهنگری کوچکتر را پوشش می دهند و صفحات Incoloy 800H / 800HT ما آلیاژهای فرفورژه با دمای بالا را که در مناطق گرمتر و کم تنش دستگاه استفاده می شود پوشش می دهند.

سوالات متداول

رایج ترین دیسک ها، شفت ها، تیغه ها، مهر و موم ها و حلقه های Inconel 718 هستند. دیسک‌ها و شفت‌های روتور Waspaloy و Rene 41 برای بخش‌های داغ‌تر. اینکونل X-750 تیغه، پیچ و مهره و فنر. کیس‌ها، حلقه‌ها و آب‌بندهای Inconel 625 با محلول جامد به‌علاوه آسترها و کانال‌های انتقال احتراق Hastelloy X. برای جزئیات درجه به Inconel 718 و Hastelloy X مراجعه کنید.

تفاوت Inconel 718 و Waspaloy برای آهنگری چیست؟

718 توسط گاما دو پرایم (Ni3Nb) تقویت می شود و بالاترین استحکام در دمای اتاق و جوش پذیری آسان را تا حدود 650 درجه سانتیگراد می دهد. Waspaloy با گاما پرایم (Ni3(Al,Ti)) تقویت شده است و استحکام گسیختگی خزش را در بالای 620-650 درجه سانتیگراد تا 870 درجه سانتیگراد برای قطعات استاتیک نگه می دارد، اما جوش دادن آن سخت تر است. هر دو تحت پوشش ASTM B637 هستند.

آهنگری توربین Inconel 718 چه دمایی را می تواند تحمل کند؟

Inconel 718 به طور مداوم تا حدود 650 درجه سانتیگراد (1200 فارنهایت) و برای دوره های کوتاه تا دمای 700 درجه سانتیگراد (1290 فارنهایت) استفاده می شود. در دمای بالای 700 درجه سانتیگراد، رسوب گاما دو پرایم درشت می شود و به فاز دلتا تبدیل می شود و آلیاژ مزیت استحکام خود را از دست می دهد.

ASTM B637 چه چیزی را پوشش می دهد؟

ASTM B637 مشخصاتی برای میله‌های آلیاژ نیکل سخت‌کننده بارش، آهنگری و مواد آهنگری برای خدمات در دمای بالا است - از جمله Inconel 718، X-750، 706 و Waspaloy. نسخه های همراه AMS (به عنوان مثال AMS 5662 برای 718، AMS 5708 برای Waspaloy) عملیات حرارتی دقیق و جزئیات آزمایش را تنظیم می کند.

ASTM B564 چه چیزی را پوشش می دهد؟

ASTM B564 آهنگری های آلیاژ نیکل را به طور گسترده تری پوشش می دهد - Inconel 625، 600 و X-750، Hastelloy X و C-276، Incoloy 825، Monel 400 و موارد دیگر - برای خدمات عمومی مقاوم در برابر خوردگی و حرارت. این مشخصات معمولی برای استوک و فورجینگ توربین با محلول جامد است.

چرا جریان دانه در آهنگری دیسک توربین مهم است؟

ترک‌های خستگی مسیری را دنبال می‌کنند که کمترین مقاومت را دارند، بنابراین جریان دانه‌ای که از کانتور دیسک پیروی می‌کند، ترک را از سطح پر تنش دور می‌کند. ماکرو اچ در ASTM E381 / E340 شواهدی است که نشان می‌دهد جریان با نقشه مطابقت دارد و جهت جریان بر روی آهنگری مشخص شده است، نه فرض شده.

چه نسبت کاهشی برای آهنگری توربین مورد نیاز است؟

حداقل کاهش آهنگری در حدود 4:1 معمول است و قطعات دوار مانند دیسک ها و شفت ها معمولاً در 6:1 تا 8:1 مشخص می شوند تا ساختار دندریتی ریخته گری و تخلخل نزدیک را از بین ببرند.

sub-solvus در مقابل super-solvus forging چیست؟

فورج 718 در زیر حلزون دلتا (Ni3Nb) یک دانه ریز تبلور مجدد با استحکام بالا و عمر خستگی کم در چرخه ایجاد می کند. آهنگری در بالای solvus یک دانه درشت با عمر خزش/پارگی بهتر و رشد ترک ماندگار-خستگی کندتر می دهد. انتخاب عمدی است و اندازه دانه حاصل با ASTM E112 تأیید می شود.

چه آزمایش های غیر مخربی برای آهنگری توربین لازم است؟

آهنگرهای حیاتی پرواز یا قدرت دارای آزمایش 100٪ اولتراسونیک حجمی (AMS 2154 Class AA یا ASTM A388 / ASTM E2375)، آزمایش نفوذ سطحی (ASTM E165) یا ذرات مغناطیسی (ASTM E1444) و آزمایش جریان ماکرو اچ 384 در E381 (EASTM) می شود. هیچ تست واحدی همه چیز را نمی بیند، بنابراین لایه ها مکمل هم هستند.

AMS 2154 Class AA چیست؟

AMS 2154 مشخصات هوافضا برای بازرسی اولتراسونیک فلزات فرفورژه است. کلاس AA دقیق‌ترین سطح پذیرش آن است که برای قطعات دوار ممتاز مانند دیسک‌های توربین و شفت‌ها که در آن سلامت داخلی حیاتی است استفاده می‌شود.

چه روش مذابی برای آهنگری های سوپرآلیاژ هوافضا استفاده می شود؟

آهنگری با کیفیت هوافضا از ذوب القایی خلاء به اضافه ذوب مجدد الکتروسرباره (VIM+ESR) شروع می شود. قطعات دوار معمولاً سه گانه ذوب می شوند (VIM+ESR+VAR). عدد حرارتی قطعه تمام شده را به مذاب اولیه باز می گرداند.

چرا آهنگرهای سوپرآلیاژی به سختی آهنگر می شوند؟

آنها در دمای آهنگری استحکام خود را حفظ می کنند، دارای یک پنجره کار باریک هستند و به نرخ کرنش حساس هستند، بنابراین درجه حرارت یا رمپ اشتباه باعث ایجاد ریزترک می شود. گرمایش کنترل شده، رمپ و کاهش آن چیزی است که یک آهنگری تمیز را می سازد.

محموله آهنگری توربین باید شامل چه اسنادی باشد؟

حداقل یک گزارش تست مواد EN 10204 3.1 با قابلیت ردیابی شماره حرارتی، گواهی انطباق، بازرسی مقاله اول، نمودارهای عملیات حرارتی و گزارش‌های NDT. انتظار می رود اعتبار NADCAP برای فرآیندهای ویژه پرواز بسیار مهم باشد.

آیا اینکونل 718 قابل جوش است؟

بله - بهتر از اکثر سوپر آلیاژهای با مقاومت بالا. رسوب گاما دو پرایم آن به آرامی تشکیل می شود، بنابراین 718 را می توان در شرایط محلول جوش داده و پس از آن بدون ترک خوردگی سن کرنش که بر آلیاژهای گاما پرایم مانند Waspaloy و Rene 41 تأثیر می گذارد، پیر شد.

آیا می توان Hastelloy X را برای قطعات توربین جعل کرد؟

بله Hastelloy X (UNS N06002) برای آسترهای احتراق، کانال های انتقال، حلقه ها و سخت افزار پس سوز ساخته شده است که در آن مقاومت اکسیداسیون تا حدود 870 درجه سانتیگراد (1600 فارنهایت) بیشتر از قدرت اوج است. آهنگری توسط ASTM B564 پوشیده شده است. Hastelloy X را ببینید.

نسبت خرید به پرواز چقدر است و چرا اهمیت دارد؟

خرید به پرواز نسبت جرم بیلت خام به جرم قطعه تمام شده است. فورج ایزوترمال نزدیک به شبکه 718 می تواند به حدود 1.3:1 برسد، در حالی که یک پریفرم باز قالب بزرگ ممکن است بالاتر از 4:1 شروع شود. سوپر آلیاژی که برای آن هزینه می کنید اما هرگز پرواز نمی کنید بخش بزرگی از هزینه قطعه است، بنابراین مسیرهای نزدیک به شبکه و HIP مواد درجه یک ارزش پیگیری را دارند.

ساخت یک آهنگری توربین سوپرآلیاژی چقدر طول می کشد؟

پشته‌های زمان از ذوب بیلت، گرم کردن مجدد آهنگری، عملیات حرارتی و NDT، با قالب بسته یا ابزار همدما در بالا - معمولاً هفته‌ها تا ماه‌ها، و برای قطعات بزرگ یا حیاتی پرواز طولانی‌تر است. مشخصات دقیق و دقیق و یک مسیر نزدیک به شبکه، برنامه کنترلی است.

آیا فورجینگ های توربین به پرس گرم ایزواستاتیک (HIP) نیاز دارند؟

HIP در آهنگری های درجه یک و اشکال نزدیک به تور برای بستن تخلخل داخلی و بهبود خستگی و قابلیت بازرسی استفاده می شود و برای قطعات چرخان حیاتی رایج است. اینکه آیا آن مورد نیاز است یا خیر توسط مشخصات خرید و کلاس پذیرش NDT تعیین می شود.