Аерокосмически високотемпературни изковки: Спецификации на AMS и изисквания за NDT

„Високотемпературна изковка“ е част, оформена чрез изстискване на горещ метал между матриците, обикновено изработена от суперсплав на базата на никел, така че да запази здравината си и да е устойчива на окисление в зоната от 650-1200 градуса, където работят реактивни двигатели и газови турбини.

Спецификациите на AMS (публикувани от SAE International) са договорът, който определя химията, метода на топене, термичната обработка, якостта и тестването на тези сплави.

Четирите работен кон сплави за коване саИнконел 718(якост плюс заваряемост),Инконел 625(корозия плюс окисление),Hastelloy X(окисляване до ~1200 градуса) и Waspaloy (якост на пълзене до ~760 градуса).

NDT е задължителен: ултразвуковият тест (UT) доказва вътрешна здравина, тестът с проникване (PT) открива повърхностни пукнатини, инспекцията с магнитни частици (MPI) проверява феромагнитни стомани, а радиографията (RT) инспектира сложни или заварени секции.

Винаги посочвайте AMS номера, писмото за редакция, състоянието и NDT класа в поръчката за покупка. Само "сплав 718" не е спецификация.

Какво представляват аерокосмическите високотемпературни изковки?

Аерокосмическите високотемпературни изковки са метални части, оформени чрез компресиране на горещ метал между матрици, направени от суперсплави на базата на никел, така че да запазят здравината си и да издържат на окисление в зоната от 650-1200 градуса, където работят реактивни двигатели и газови турбини. Те имат значение, тъй като единична повреда при изковаване на диск на турбина или монтажна скоба може да извади от строя самолет.

Коването се различава от леенето и машинната обработка. При леене разтопеният метал се излива във форма; при машинната обработка металът се отрязва. При коването твърдата заготовка се компресира, докато е гореща (обикновено 950-1200 градуса за никелови сплави), което подравнява потока на зърното по очертанията на детайла и затваря вътрешните празнини. Този поток на зърно е причината кован диск на турбина да се съпротивлява на образуването на пукнатини много по-добре от машинно обработен блок от същата сплав. Квалификаторът "висока температура" означава, че сплавта е проектирана да запази полезна здравина и да издържа на мащабиране над приблизително 650 градуса, далеч над това, което обикновената неръждаема стомана може да понесе. С прости думи: това са най-здравите, устойчиви на топлина метални форми, които държат двигателя заедно.

Кои спецификации на материалите на AMS уреждат високотемпературните изковки в космическата промишленост?

Управляващите спецификации на AMS са стандарти за форма и състояние на продукта, публикувани от SAE International; за четирите основни сплави за коване ключовите номера са AMS 5662 / 5663 / 5664 (Inconel 718), AMS 5666 (Inconel 625), AMS 5754 (Hastelloy X) и AMS 5708 / 5709 (Waspaloy). Всеки контролира химията, практиката на топене, термичната обработка, механичните свойства и сертифицирането.

AMS (спецификация на аерокосмическите материали) документите са lingua franca на обществените поръчки в аерокосмическата промишленост. Те определят точния химичен прозорец и пътя на топене (почти винаги VIM плюс VAR - вакуумно индукционно топене плюс вакуумно дъгово претопяване - за въртящи се части) и посочват състоянието на топлинна обработка, при което се доставя материалът. Следователно една сплав се появява под няколко AMS номера в зависимост от формата и състоянието на продукта, така че назоваването на грешен номер на чертеж е истинска инженерна грешка, а не техническа.

Сервизните тавани са номинални насоки за „полезна якост/окисление“; контролната граница винаги е проектният чертеж и конкретната версия на AMS.

Inconel 718 срещу Inconel 625 срещу Hastelloy X срещу Waspaloy: Коя сплав за коване трябва да посочите?

Изберете сплавта според доминиращия режим на повреда, който трябва да оцелеете: изберете Inconel 718, когато имате нужда от най-добрата комбинация от здравина и заваряемост, Inconel 625, когато доминират корозията и окислението, Hastelloy X, когато трябва да работите с горещина над ~900 градуса, и Waspaloy, когато силата на пълзене над ~650 градуса е приоритет.

Тези четири сплави не са взаимозаменяеми; всеки е оптимизиран за различно ограничение. Inconel 718 е по подразбиране, защото неговото гама-двойно основно (″) укрепване му позволява да достигне висока якост, като същевременно остава заваряем. Inconel 625 получава своята здравина от молибден и ниобий и е избран там, където морската вода, отработените газове или окислителната атака са по-важни от пиковата якост.

Hastelloy X е сплав на твърд разтвор, създадена за устойчивост на окисляване до ~1200 градуса, идеална за статични горещи структури. Waspaloy, подсилен с гама-прайм ( ′), печели при якост на пълзене в диапазона 650-760 градуса за хардуер на въртящ се двигател.

Какви методи за неразрушаващ контрол са необходими за аерокосмически изковки и какво открива всеки от тях?

Аерокосмическите изковки рутинно се подлагат на ултразвуково изпитване (UT) за вътрешна здравина, изпитване с течно проникване (PT) за повърхностни пукнатини, инспекция с магнитни частици (MPI) за феромагнитни стомани и радиография (RT) за сложни или заварени геометрии. Повърхностните и вътрешните проверки се допълват и никога не се заместват по избор.

Изковката може да изглежда перфектно отвън, но да скрие подповърхностен дефект, или да бъде вътрешно чиста, но да има пукнатина по повърхността от боравене. Всеки метод за NDT вижда различен клас дефекти, поради което системите за качество на корпуса и двигателя ги подреждат.

UT използва звукови вълни, за да разкрие вътрешни кухини, включвания и обиколки; PT използва багрило, което се просмуква в отворени повърхностни пукнатини и пламва ярко под UV светлина; MPI работи само върху магнитни стомани и разкрива повърхностни и близки до повърхността прекъсвания; RT използва рентгенови лъчи за изобразяване на обемни дефекти в дебели или заварени секции.

Как се съпоставят критериите за приемане на NDT към стандартите AMS и ASTM?

Критериите за приемане се определят от поръчания стандарт и клас, а не от универсален "пропуск", така че купувачът трябва да посочи както стандарта на метода (например AMS 2630 клас A за UT), така и допустимия размер на индикацията; за феромагнитни стомани класовете на чистота от серията AMS 2300 преобразуват броя на включванията в граници за приемане/отхвърляне.

NDT е безсмислен без правило за приемане. За UT на продукт от кован никел и стомана, AMS 2630 (дебел) и AMS 2632 (тънък) задават нива на качество, базирани на референтни блокове - FBH-еквивалентна граница на рефлектора (отвор с плоско дъно) и правила за плътна индикация. За пенетрантите AMS 2644 определя вида на пенетранта, метода и нивото на чувствителност (½ до 4), които определят колко фина може да бъде открита пукнатина.

За чистотата на стоманата фамилията AMS 2300 класифицира материала по честота (F) и степен на тежест (S) според дължините на индикация на магнитни частици: AMS 2300 е най-високото ниво, изисквано от VAR/ESR за критични въртящи се части, а AMS 2301 / 2304 са по-често срещаните нива за качество на самолета. Тези MPI спецификации за чистота се отнасят за феромагнитни стомани; никеловите суперсплави вместо това се квалифицират от UT и PT, защото са немагнитни.

Защо практиката на топене (VIM + VAR) определя надеждността на коването?

Двойното топене - вакуумно индукционно топене (VIM), последвано от вакуумно-дъгово претопяване (VAR) или електрошлаково претопяване (ESR) - е това, което премахва неметалните включвания и газови джобове, които иначе биха станали инициатори на пукнатини във въртящо се коване, поради което спецификациите на AMS за критични части го изискват.

Животът на изковката се определя много преди термичната обработка, от това колко чиста е началната заготовка. Разтопената на въздух стомана може да съдържа оксидни и сулфидни включвания, които действат като щрангове на вътрешно напрежение; при цикличните натоварвания на турбинния диск те прерастват в пукнатини от умора. VIM разтопява сплавта под вакуум, за да отстрани разтворените газове и леки елементи, а VAR / ESR претопява слитъка като контролирано падане, произвеждайки равномерен електрод без включения.

AMS 5662 и премиум спецификациите за чистота от серия 2300 изрично изискват VIM + VAR / VAR-клас топене за най-взискателния въртящ се хардуер и сертификат, който отчита само "718" без пътя на топене, не демонстрира съответствие.

Каква документация и възможност за проследяване изисква AMS за авиационни изковки?

Съответствието с AMS е доказано както на хартия, така и от страна: всяка коване се доставя със Сертифициран протокол от изпитване на мелницата (CMTR), свързан с номер на топлина/партида, записваща химия, механични свойства, термична обработка, практика на топене, размер на зърното и резултати от NDT, всички проследими до първоначалната стопилка.

Аерокосмическите вериги за доставки са изградени върху проследимост. Коване без съвпадащ CMTR функционално не е годно за полет, дори ако металът е перфектен, защото никой не може да докаже от коя стопилка произлиза или какви тестове е преминал. Системата AMS очаква тестване в доставено състояние с документирано вземане на проби и сертификатът трябва да идентифицира спецификацията и ревизията (например „AMS 5662M,“ не само „AMS 5662“) плюс топлинния номер. Често се изисква инспекция от трета страна от органи като Lloyds, Bureau Veritas или DNV за критични поръчки, а записите се съхраняват с години, така че част може да бъде одитирана десетилетия по-късно.

Как трябва да посочите AMS и NDT в поръчка за покупка?

Напишете поръчката за покупка, така че доставчикът да не може да достави „грешната правилна сплав“: назовете точния номер на AMS с буква за преразглеждане, формата и състоянието на продукта, практиката на топене, метода и класа на NDT, нивото на сертифициране и изискванията за маркиране / топлинно проследяване.

Най-честата неуспех на поръчката е поръчка, която казва само "Alloy 718." Двама доставчици могат да предложат една и съща цена за една и съща номинална сплав и да доставят материал с различни пътища на топене, различно изпитване и различен допустим химичен състав. Спецификацията, редакцията и състоянието са това, което превръща името на сплавта в покупка. Защитен ред за поръчка гласи нещо като: „Изковки от Inconel 718 към AMS 5663 Rev M, VIM + VAR, обработени с разтвор и закалени чрез утаяване, 100% UT към AMS 2630 клас A, PT към AMS 2644 ниво 3, с EN 10204 3.1 / 3.2 CMTR и възможност за проследяване на топлинното число.“

Често задавани въпроси

Въпрос: Inconel 718 по-здрав ли е от Hastelloy X?

A:По отношение на якостта на опън и провлачването при стайна и умерена температура, да - състареният Inconel 718 достига грубо 1275 MPa на опън спрямо около 690-755 MPa за Hastelloy X. Но Hastelloy X печели по отношение на устойчивостта на окисление и полезна работна температура, оставайки жизнеспособен до ~1200 градуса, където 718 би загубил сила. Избирайте по задължение, а не по едно число.

Въпрос: Можете ли да замените AMS 5663 с AMS 5662?

A:Не на сляпо. AMS 5662 е състоянието, обработено с разтвор (меко, годно за машинна обработка), което се използва, когато машинно и след това стареете; AMS 5663 вече е втвърден при валежи (пълна здравина, доставен готов). Те са една и съща сплав и форма, но различни условия, така че заместването зависи изцяло от намерението за топлинна обработка на вашата рисунка.

Въпрос: Нуждаят ли се суперсплавите от никел да се проверяват с магнитни частици?

A:Общо взето не. Inconel 718 / 625 и Hastelloy X са немагнитни, така че MPI (серия AMS 2300) не се прилага; тяхната чистота и целостта на повърхността са доказани от UT (AMS 2630 / 2632) и PT (AMS 2644). MPI е запазен за феромагнитни стомани.

Въпрос: Какво означава "AMS 2630 клас A" за поръчка за коване?

A:Това означава 100% ултразвукова инспекция на изковката по AMS 2630 при най-строгото (клас A) ниво на приемане, с отхвърлящи индикации, дефинирани от рефлектори, еквивалентни на плоско дъно, и правила за плътна индикация - нивото, което обикновено се изисква за критични въртящи се части или части за безопасност на полета.