Изковки от високотемпературни сплави за газови турбини: Класове на материалите и изисквания за качество

Диск на газова турбина се върти в продължение на десетки милиони цикъла при температури, които биха омекнали обикновена стомана. Детайлът е толкова добър, колкото сплавта и, също толкова важно, коването, топлинната обработка и проверката зад нея.

Това ръководство обхваща класовете никелови суперсплави, използвани за турбинни изковки -Инконел 718, Waspaloy, Rene 41, X-750, 706, 625 и Hastelloy X – и изискванията за качество (класове по ASTM и AMS, намаляване на коването, поток на зърно, NDT и проследимост), които разделят аерокосмическата изковка от подобна лента.

Защо се избират изковки пред отливки или плоча за въртящи се части на турбината?

Избран е кован турбинен диск или вал, тъй като коването изравнява потока на зърното с пътя на напрежението и позволява 100% обемна инспекция да докаже, че частта е вътрешно здрава - две неща, които леенето не може да осигури при същата цена и риск за критичен за умората компонент.

Турбинният диск е въртяща се маса, която изпитва умора при нисък цикъл от всеки старт-стоп, умора при висок цикъл от преминаване на лопатката и постоянно центробежно натоварване. Отливката може да възпроизведе сложна форма близо до мрежата, но нейното грубо зърно с еднакви оси и възможната порьозност на свиване са слаби места за умора и ултразвукова проверка. Коването в отворена и затворена матрица разрушава отлятата дендритна структура, усъвършенства зърното и - чрез контролирана деформация - насочва потока на зърното около ръба и отвора, където напрежението е най-високо. Тази обработена зърнеста структура е и това, което прави последващия ултразвуков тест значим: чистото изковаване дава чиста, четима UT следа.

Плочата или прътът, изрязани във форма, губят и в двата случая: зърното преминава направо през сечението, вместо да следва контура, и материалът не се обработва по начина, по който се обработва коването. За статичен, по-слабо натоварен хардуер, като корпуси и канали, плочите и листовете остават обичайни - вижте нашите бележки заHastelloy XиИнконел 625в горещата част.

Кои никелови суперсплави се използват за изковки за газови турбини?

Семейството от ковани турбини се разделя на втвърдени с валежи сплави за диск/вал (Inconel 718, Waspaloy, Rene 41, X-750, 706, Incoloy 901) и сплави с корпус/горивна камера с твърд разтвор (Inconel 625, Hastelloy X) – всяка съответстваща на температурна лента и част.

Въртящите се части, които се нуждаят от висока якост при температура, използват гама-първични (gamma') или гама-двойно първични (gamma'') никелови сплави, втвърдени чрез утаяване. Структурните части и частите с гореща секция, които се нуждаят от възможност за формоване, устойчивост на окисление и умерена якост, използват сплави на твърд разтвор. Таблицата групира общите степени на коване според работата, която извършват.

Никелови суперсплави за коване, използвани в газови турбини

Какво прави Inconel 718 най-добрата сплав за турбинни дискове?

Inconel 718 печели своето място, тъй като гама-двойно-основната утайка дава много висока якост, но се оформя бавно, така че сплавта се заварява без напукване при деформация и остарява равномерно през дебели участъци - точно това, от което се нуждае един голям диск или вал.

718 е супер сплав Ni-Cr-Fe-Nb-Mo, UNS N07718 (W.Nr 2.4668), с приблизително 50-55% никел, 17-21% хром, желязо като баланс, 4.75-5.50% ниобий плюс тантал, 2.80-3.30% молибден, 0,65-1,15% титан и 0,20-0,80% алуминий; въглеродът е ограничен до 0,08%. Силата му идва главно от центрираната в тялото тетрагонална гама-двойна основна фаза Ni3Nb, с по-малък гама' (Ni3(Al,Ti)) принос. Плътността е 8,19 g/cm3.

В състояние, обработено с разтвор и отлежало, 718 достига минимална якост на опън от 1276 MPa (185 ksi) и 0,2% добив от 1034 MPa (150 ksi) с най-малко 12% удължение (AMS 5662) и поддържа полезна якост от криогенни температури до около 650 C (1200 F) непрекъснато, с краткотрайно способност към 700 C (1290 F). Над приблизително 700 C гама-двойното основно загрубява и се превръща в некохерентна делта фаза и сплавта губи своето предимство.

Данни за коване на Inconel 718 (UNS N07718, към AMS 5662 / ASTM B637)

Тъй като гама-двойно основното утаяване е бавно, 718 може да бъде заварен в състояние, обработено с разтвор, и след това да старее без напукване при деформация при стареене, което засяга гама-първични сплави като Waspaloy и Rene 41. Тази заваряемост, плюс равномерна реакция през сечението, е причината 718 да се специфицира от хардуера на кладенците до ракетните турбопомпи и, разбира се, турбинните дискове и валове. Вижте нашитеСвойства на материала Inconel 718страница иInconel 718 в космическото пространствоза още.

Кога Waspaloy е по-добрият избор от 718 за дискове и валове?

Изберете Waspaloy (UNS N07001), когато детайлът работи над приблизително 620-650 C и се нуждае от живот при пълзене, който 718 не може да осигури; изберете 718, когато имате нужда от най-високата якост при стайна температура и лесна заваряемост под около 650 C.

Waspaloy е никел-хром-кобалт, подсилена с гама-прайм суперсплав: около 58% никел, 18-21% хром, 12-15% кобалт, 3,5-5,0% молибден, 2,75-3,25% титан и 1,20-1,60% алуминий, с желязо, ограничено при 2%. Кобалтът и молибденът придават здравина на твърдия разтвор; титанът и алуминият утаяват гама-първичния Ni3(Al,Ti), който носи устойчивост при висока температура. Gamma-prime е много по-стабилен от гама-double-prime, който укрепва 718, така че Waspaloy поддържа полезна якост до около 650 C (1200 F) във въртящи се части и до около 870 C (1600 F) в статични части с по-ниско напрежение, а неговата якост на пълзене-разкъсване бие 718 над приблизително 620-650 C.

Търговията е двойна. Минималната якост на опън при стареене на Waspaloy е около 1441 MPa (209 ksi) с 0,2% добив около 1076 MPa (156 ksi) - по-ниска от 718 при стайна температура - и неговата гама-прайм го прави податлив на напукване при деформация, така че заваряването е по-трудно. Типична тристепенна термична обработка е разтвор при около 1080 C (1975 F) за 4 часа, охлаждане на въздуха; стабилизира се при около 845 C (1550 F) за 4 часа, охлажда се на въздух; след това отлежава при около 760 C (1400 F) за 16 часа, охлаждане на въздух (проверете точния цикъл спрямо управляващото освобождаване на AMS). Спецификациите са ASTM B637 и серията AMS 5704 / 5706 / 5708.

Inconel 718 срещу Waspaloy за турбинни изковки

Как сплавите с твърд разтвор обслужват горещата секция?

Inconel 625 и Hastelloy X не са втвърдени при стареене, така че те разменят максимална якост за формоспособност и устойчивост на окисление/корозия - което е точно това, от което се нуждаят корпусите, пръстените, уплътненията и хардуерът на горивната камера.

Укрепването чрез твърд разтвор идва от разтворен молибден, ниобий и хром, а не от утаена фаза, така че тези сплави остават пластични и заваряеми и могат да бъдат формовани в големи или тънки форми. Inconel 625 (UNS N06625: Ni баланс, 20-23% Cr, 8-10% Mo, 3,15-4,15% Nb) е стандартният избор за корпуси, пръстени, уплътнения и канали до около 650 C, а устойчивостта му на хлоридна питинг е бонус в морски и офшорни турбини.

Hastelloy X (UNS N06002: Ni баланс, 20,5-23% Cr, 17-20% Fe, 8-10% Mo, 0,2-1,0% W) носи горивната камера: облицовки, преходни канали и хардуер за последващо изгаряне, където устойчивостта на окисление до около 870 C (1600 F) има повече значение от здравината. Ковашкият материал и изковките и на двете са обхванати от ASTM B564; вижте нашите страници Inconel 625 B564 и Hastelloy X.

Отвъд никела: когато турбината се нуждае от устойчивост на окисление над около 900 C, базираните на кобалт сплави като UNS R30188 (кобалт-никел-хром-волфрам с лантан) разширяват услугата до 980 C (1800 F) за горивна камера и преходни облицовки. Те се доставят по заявка, а не като стандартна наличност.

Какви температурни ограничения се прилагат за всяка сплав в турбината?

„Експлоатационната температура“ на турбинната изковка не е едно число – тя е по-ниската от границата на якост на сплавта при напрежението и границата на окисление на компонента и се различава с десетки до стотици градуси между въртящи се и статични части.

Използвайте таблицата като ръководство за планиране, а не като проектна стойност. Управляващата граница за натоварена въртяща се част е якостта на пълзене при работно напрежение; за леко натоварена обвивка на горивната камера е окисление. Винаги потвърждавайте допустимото напрежение спрямо текущия лист с данни на ASME или OEM за точното състояние.

Непрекъснати спрямо краткосрочни температурни граници за сплави за турбинно коване

Каква е разликата между укрепващата утайка между 718 и гама-прим сплавите?

718 е подсилен с гама-двойно прайм (Ni3Nb), който се образува бавно и осигурява добра заваряемост; Waspaloy, Rene 41 и X-750 са подсилени с гама-прайм (Ni3(Al,Ti)), който е по-стабилен на температура, но прави заваряването и ремонта по-трудни.

Gamma-double-prime е подредена телецентрирана тетрагонална фаза. Тъй като се заражда и расте бавно, изковка 718 може да бъде заварена в състояние, обработено с мек разтвор и след това остаряла до пълна якост без междукристално напукване, което гама-първичните сплави страдат по време на стареене след заваряване (напукване след стареене). Гама-прайм, обратно, е кохерентен и изключително стабилен при температура, поради което гама-прайм сплавите издържат 718 при пълзене и разкъсване над около 620-650 C - но техните заваръчни прозорци са тесни и ремонтите изискват внимателен термичен контрол. Типът утайка, а не съдържанието на никел, е това, което определя както температурния таван, така и пътя на производство.

Какъв процес на коване превръща заготовката в турбинен диск?

Турбинните дискове се изработват чрез коване в отворена или затворена матрица (често изотермично коване от 718) от претопена заготовка, като температурата на коване е избрана под делта солвус за фини зърна или над нея за едри зърна – умишлен избор, а не инцидент.

Началната точка е заготовка VIM+ESR (или VIM+ESR+VAR с тройно топене), чиято химия и чистота са документирани спрямо топлината. Заготовката се нагрява и обработва - отворена матрица за пръстени, блокове и преформи; коване със затворена матрица (и все по-изотермично) за почти нетни дискове, които минимизират машинния материал. За 718 прозорецът за коване е приблизително 950-1150 C (1750-2100 F); турбинните дискове обикновено се коват при 1000-1025 C.

Ключов контрол е суб-солвус срещу супер-солвус коване. Коването под делта (Ni3Nb) солвус дава фина, рекристализирана зърнеста структура с висока якост, пластичност и живот при нисък цикъл на умора - изборът за повечето 718 дискове. Коването над солвуса дава груба зърнеста структура, която заменя известна здравина за по-добър живот при пълзене/разкъсване и по-бавно нарастване на пукнатини от умора на престой, използвано там, където дългосрочното пълзене управлява. Размерът на зърното, зададен от процеса, по-късно се проверява спрямо ASTM E112 и е част от записа за приемане на коването.

Съотношението buy-to-fly е тихият двигател на разходите. Прецизният изотермичен диск 718 може да има съотношение купуване към летене близо до 1,3:1 (малък скрап), докато голяма заготовка с отворена матрица може да започне от 4:1 или повече заготовка, която се обработва машинно. Суровата суперсплав, за която плащате, но никога не лети, е голяма част от цената на частта - поради което си струва да се преследвате почти чисто коване и HIP от първокласен материал.

От какво съотношение на редукция и изисквания за потока на зърното се нуждаят турбинните изковки?

Типично е минимално съотношение на намаляване на коването от около 4:1, което се повишава до 6:1-8:1 за въртящи се части, а потокът на зърното трябва да следва контура на частта - и двете се проверяват, не се предполагат.

Коефициентът на намаляване е съотношението на началното напречно сечение към крайното напречно сечение. Тя трябва да бъде достатъчно висока, за да затвори порьозността на отливката и да разруши дендритната структура на блока; общият минимум е 4:1, а въртящите се части в аерокосмическата промишленост често се определят от 6:1 до 8:1. Но само намаляването не е достатъчно: посоката на работа трябва да постави потока на зърното по пътя на напрежението. Дисков ръб, натоварен в обръч, трябва да показва периферен поток на зърното; вал при усукване и огъване трябва да показва аксиален поток. Макроецването (виж по-долу) е доказателството.

• Минимално намаление: около 4:1 типично; 6:1-8:1 за въртящи се дискове и валове.
• Поток на зърното: трябва да следва контура на детайла, а не да минава право през него.
• Дендритна структура: напълно раздробена, без централна сегрегация или ивици.
• Размер на зърното: контролиран и проверен в съответствие с изискванията на ASTM E112.
• Многопосочно коване: използва се за сложни форми за подравняване на потока в повече от една посока.

Какви топлинни обработки са определени за изковки за турбини, закалени чрез валежи?

Преципитационно закалените турбинни изковки се доставят обработени с разтвор (и, за дискови сплави, двойно състарени до AMS/B637 цикъл); точните температури и задържане са записани в спецификацията за покупка и записани в таблицата за термична обработка.

718 обикновено е доставен разтвор, обработен при 925-1010 C (1700-1850 F), въздушно охлаждане или по-бързо, след това двойно отлежало: 720 C (1325 F) за 8 часа, пещ, охладена до 620 C (1150 F) и задържано общо 18 часа, след това въздушно охлаждане. Waspaloy използва последователност разтвор-стабилизиране-възраст, както е описано по-горе. Цикълът на пещта за топлинна обработка е начертан и запазен като част от записа за качество, а специалните процеси като термичната обработка се очаква да носят акредитация от NADCAP за критични за полета части. Прекомерното стареене или решението извън прозореца може да промени размера на зърното и разпределението на утайката достатъчно, за да се провали на механичните тестове, така че цикълът не подлежи на обсъждане.

Кои спецификации на ASTM и AMS управляват тези изковки?

ASTM B637 управлява пръти, изковки и заготовки от никелова сплав, втвърдяващи се чрез утаяване (718, X-750, 706, Waspaloy и подобни); ASTM B564 управлява по-широкото семейство за коване на никелови сплави (625, 600, 825, X-750, 718, C-276 и други). Изданията на AMS посочват точната топлинна обработка и подробности за теста.

Посочването на степента по ASTM само по себе си не е достатъчно - AMS или OEM версията решава температурата, цикъла на термична обработка и тестовете за приемане. Най-използваните освобождавания за турбинни изковки са изброени по-долу; нашите страници за фланци Inconel 718 ASTM B637 и Inconel 718 B564 съдържат подробности за нивото на класа.

Основни спецификации за изковки от газови турбини

Какво безразрушително изпитване е задължително за турбинните изковки?

Изковаване на турбина, което е критично за полет или мощност, получава 100% обемно ултразвуково изпитване, повърхностно проникващо изпитване или изпитване с магнитни частици и макроецване за доказване на потока на зърното - всеки към определен клас на приемане.

Нито един тест не вижда всичко: чистата повърхност не доказва вътрешна здравина, а чистият UT не доказва машинния материал или състоянието на повърхността. Трите слоя се допълват. Таблицата съпоставя всеки тест с неговия обичаен стандарт за изковки от свръхсплави.

Безразрушителен тестов стек за турбинни изковки

Успешният повърхностен тест не установява вътрешна здравина, а успешният UT не установява материал за обработка. Най-евтината оферта често е тази, която пропуска инспекцията, която би уловила дефекта, който цената вече крие - така че назовете класа на приемане, а не само "UT тестван".

Как се проверява потокът на зърното и защо има значение за умората?

Потокът на зърното се проверява чрез макроецване на представителен участък и има значение, защото пукнатините от умора следват пътя на най-малкото съпротивление - следващ контура поток на зърното насочва пукнатините далеч от повърхността с високо напрежение.

Макроецване (ASTM E381 за изковки, ASTM E340 като цяло) разтваря подготвено напречно сечение, за да разкрие деформирания модел на зърното. Докладът показва дали линиите на потока обгръщат ръба на диска, минават аксиално по протежение на вал или направо пресичат критична характеристика. Когато потокът е прекъснат или протича напречно на напрежението, това място става кандидат за иницииране на умора. Поради тази причина чертежът на изковаването - не само химията - определя необходимата посока на потока, а макроецването е доказателство, че изковката я изпълнява.

Каква практика на топене се изисква за изковки от суперсплави с аерокосмическо качество?

Турбинните изковки с аерокосмическо качество започват от вакуумно индукционно топене плюс електрошлаково претопяване (VIM+ESR), а въртящите се части обикновено се топят тройно (VIM+ESR+VAR); пътят на топене може да бъде проследен от завършената част обратно до топлината.

Претопяването е това, което придава на изковките от суперсплав тяхната чистота и свобода от централна сегрегация и включвания на стрингери, които биха образували пукнатини от умора. Вакуумното индукционно топене контролира химията и разтворените газове; електрошлаковото претопяване усъвършенства структурата на блока; вакуумно-дъгово претопяване (етап VAR при тройно топене) затяга композиционната еднородност по дължината на слитъка. Топлинното число пътува със заготовката, изковката и всеки тестов купон, така че подозрителен резултат може да бъде проследен до точната стопилка. Нашият преглед на никелови сплави обхваща семействата класове, които обслужва тази практика за топене.

Какви дефекти могат да се появят в изковките от свръхсплави и как се предотвратяват?

Дефектите, които имат значение в изковките на турбината, са преплитания и гънки, микропукнатини при скорост на деформация, сегрегация и ивици, водородни люспи (бели петна) и включвания - всеки може да бъде предотвратен чрез коефициент на намаляване, контрол на температурата и проверка.

Свръхсплавите не прощават: те запазват здравината си при температура на коване, имат тесен работен прозорец и са чувствителни към скоростта на деформация, така че неправилната температура или наклона причинява микропукнатини. Слитъците могат да носят сегрегация по централната линия и, в големи участъци, водородни люспи - вътрешни микропукнатини, които могат да оцелеят при механична обработка и да причинят внезапна повреда. Превантивният пакет е добре установен.

Често срещани дефекти при коване на турбини и техните контроли

Какви тестове за механични свойства доказват, че изковката отговаря на спецификацията?

Приемането се доказва чрез минимални тестове за опън и твърдост, плюс разкъсване при напрежение или пълзене и удар, когато задължението изисква, всички взети от определено място и ориентация на купона.

Докладът за изпитване на материала записва свойства на опън по ASTM E8, твърдост по ASTM E18 и - за работа при висока температура - данни за напрежение и разкъсване или пълзене по ASTM E139 и често удар на Шарпи по ASTM E23. Най-важното е, че купонът се взема в ориентацията и от местоположението, в което се определят спецификациите (често продължение на изковаването), така че числата представляват частта, а не удобна изрезка. Размерът на зърното се отчита според ASTM E112, а химията спрямо топлината според ASTM E1473. Коване, което преминава химията, но не отговаря на ориентираната якост на опън, се отхвърля - тестът е доказателството, а не само сертификатът.

• Якост на опън: ASTM E8 (максимален добив, удължение).
• Твърдост: ASTM E18 (често се използва за проверка на термична обработка).
• Разкъсване при напрежение / пълзене: ASTM E139 (работа при висока температура).
• Удар: ASTM E23 (случаи на ниска температура или толерантност към дефекти).
• Размер на зърното: ASTM E112 (специфичен за купона).
• Химия: ASTM E1473 / спектро, до топлина.

Как се обработват проследимостта и документацията за изковките на турбини?

Изковаването на аерокосмическа турбина се доказва както от документацията, така и от метала – EN 10204 3.1 протокол от изпитване на материал с възможност за проследяване на топлинното число, сертификат за съответствие, проверка на първия артикул и записи на NADCAP.

Пакетът от документи картографира всяка променлива, която може безшумно да съсипе част: идентичност на изходния материал и път на топене, последователност на деформация, термичен контрол, диаграми на топлинна обработка, изправяне, кондициониране на повърхността, резултати от NDT и доказателства от тестове. NADCAP (администриран от Performance Review Institute) одитира специални процеси като топлинна обработка и NDT спрямо авиокосмическите изисквания и резултатите от одита са публични. Купувачът трябва да очаква най-малко MTR, COC и доклад за проверка на първия артикул, подкрепен от диаграми за термична обработка и доклади за NDT.

• Протокол от изпитване на материала (MTR) с възможност за проследяване на топлинното число - EN 10204 3.1 (3.2 със свидетел).
• Сертификат за съответствие (COC).
• Първа проверка на артикул (FAI) за нови дизайни.
• Диаграми за топлинна обработка, показващи действителните цикли на пещта.
• NDT доклади с критерии за приемане и резултати.
• Акредитация от NADCAP за топлинна обработка и NDT, където полетът е критичен.

Какви документи за качество трябва да изисква купувачът в RFQ?

Напишете степента, частта, пътя на натоварване, пътя на топене, съотношението на редукция, посоката на потока на зърното, състоянието на термична обработка, обхвата на NDT и документацията в RFQ - след това проверете първия артикул, преди да пуснете производството.

Неясна покана за „изковаване на Inconel“ създава лента, която изглежда добре и се проваля по-късно. Контролният списък по-долу е същият, който използва OEM турбината; тя се възпроизвежда като стъпкова процедура, така че да може да се копира направо в заявка за оферта.

Стъпка 1. Наименувайте точния клас и спецификация на продукта:Не пишете "Inconel". Посочете Inconel 718 към AMS 5662 или AMS 5663, или Waspaloy към AMS 5708 - класът и спецификацията на издаване решават всеки тест надолу по веригата.

Стъпка 2. Посочете детайла, неговия път на натоварване и работната температура:Диск, вал, кутия, уплътнение или хардуер на горивната камера виждат различно напрежение и температура; митото определя сплавта и посоката на потока на зърното, която коването трябва да следва.

Стъпка 3. Посочете пътя на топене:Посочете VIM+ESR за общо приложение или VIM+ESR+VAR (тройна стопилка) за въртящи се части и изисквайте проследимост на топлинното число обратно до оригиналната стопилка.

Стъпка 4. Задайте коефициента на намаляване на коването и посоката на потока на зърното:Извикайте минимум 4:1 намаление (6:1-8:1 за въртящи се части) и контура, който трябва да следва зърното; това трябва да докаже докладът за макроеч.

Стъпка 5. Определете условието за термична обработка:Назовете условието за доставка – обработен разтвор или разтвор обработен и отлежал до цикъла AMS/B637 – и кой го изпълнява и сертифицира.

Стъпка 6. Задайте обхвата на NDT и класа на приемане:Изисква се 100% ултразвуково изпитване по AMS 2154 клас AA (или ASTM A388 / E2375), повърхност PT (ASTM E165) или MT (ASTM E1444) и макроецване по ASTM E381 / E340; посочете нивото на приемане за всеки.

Стъпка 7. Изискване на пакета документи:Изисквайте EN 10204 3.1 MTR, сертификат за съответствие, доклад за инспекция на първия артикул, диаграми за термична обработка и отчети за NDT, с акредитация от NADCAP за специални процеси, където частта е критична за полет.

Как избирате правилната сплав и спецификация за дадена част от турбина?

Изберете сплавта по температурен диапазон и натоварете - 718 за общи дискове/валове до 650 C, Waspaloy или Rene 41, където пълзенето над 650 C управлява, 625 или Hastelloy X за кутиите и горивната камера - след това назовете класа ASTM и версията на AMS, а не само търговското наименование.

Решението е тристранно съвпадение на температура, напрежение и изработваемост. Под около 650 C с високи нужди от якост и заваряемост, 718 е по подразбиране. Когато пълзенето над 620-650 C управлява въртяща се част, преминете към Waspaloy, а за най-горещо напрегнатите листове/изковки към Rene 41.

Корпуси, пръстени, уплътнения и канали използват твърд разтвор 625; Обшивките на горивните камери използват Hastelloy X. Всеки избор след това се разрешава до спецификация: 718 към ASTM B637 / AMS 5662, Waspaloy към ASTM B637 / AMS 5708 и т.н. Нашите страници за фамилията Inconel и Hastelloy изброяват класовете запаси зад тези селекции.

Ръководство за избор на сплав по турбинна част

Какви са факторите за цената и времето за изпълнение на изковките за турбини от свръхсплав?

Цената на изковката на турбината се определя от премията за сплавта, съотношението купуване към летене, пътя на топене, обхвата на NDT и инструменталната екипировка - не от цената на килограм прът.

Никеловите суперсплави струват много пъти повече от въглеродната или неръждаемата стомана, така че масата, за която плащате, но никога не летите, доминира цената. Тройно топене, 100% клас AA UT, макроецване и пълен пакет от документи добавят реални разходи, но са доказателство, че частта е квалифицирана. Време за изпълнение от топене на заготовки, повторно нагряване на коване, топлинна обработка и NDT, със затворена матрица или изотермична инструментална екипировка отгоре - планирайте за седмици до месеци, по-дълго за големи или критични за полет части. Купуването по стриктна, правилна спецификация и почти нетен маршрут е това, което всъщност контролира както разходите, така и графика.

За сравнение със света на кованите продукти, нашите страници за ковани фитинги ASME B16.11 и фитинги за ковани тръби обхващат по-малките ковани компоненти, а нашите страници Incoloy 800H / 800HT покриват високотемпературните ковани сплави, използвани в по-топлите зони с по-ниско напрежение на машината.

Често задавани въпроси

Най-разпространени са Inconel 718 дискове, валове, остриета, уплътнения и пръстени; Waspaloy и Rene 41 роторни дискове и валове за по-горещи секции; Inconel X-750 остриета, болтове и пружини; и корпуси, пръстени и уплътнения от твърд разтвор Inconel 625 плюс облицовки на горивни камери и преходни канали от Hastelloy X. Вижте Inconel 718 и Hastelloy X за подробности за степента.

Каква е разликата между Inconel 718 и Waspaloy за изковки?

718 е подсилен с гама-двойно основно (Ni3Nb) и дава най-високата якост при стайна температура и лесна заваряемост до около 650 C; Waspaloy е гама-първо (Ni3(Al,Ti)) подсилен и поддържа якостта на пълзене при разкъсване над приблизително 620-650 C, до 870 C за статични части, но е по-труден за заваряване. И двете са обхванати от ASTM B637.

Каква температура може да издържи коване на турбина Inconel 718?

Inconel 718 се използва непрекъснато до около 650 C (1200 F) и за кратки периоди до 700 C (1290 F). Над приблизително 700 C утайката от гама-двойно основно загрубява и се превръща в делта фаза и сплавта губи предимството си на якост.

Какво обхваща ASTM B637?

ASTM B637 е спецификацията за пръти от никелова сплав, изковки и изковки за работа при високи температури - включително Inconel 718, X-750, 706 и Waspaloy. Придружаващите версии на AMS (например AMS 5662 за 718, AMS 5708 за Waspaloy) задават точната термична обработка и детайлите на теста.

Какво обхваща ASTM B564?

ASTM B564 обхваща по-широко изковките от никелови сплави - Inconel 625, 600 и X-750, Hastelloy X и C-276, Incoloy 825, Monel 400 и други - за общо обслужване, устойчиво на корозия и топлина. Това е обичайната спецификация за материал за коване на турбини с твърд разтвор и изковки.

Защо потокът на зърното е важен при коването на турбинни дискове?

Пукнатините от умора следват пътя на най-малкото съпротивление, така че потокът на зърното, който следва контура на диска, насочва пукнатините далеч от повърхността с високо напрежение. Макроецването по ASTM E381 / E340 е доказателството, че потокът съответства на чертежа и посоката на потока е посочена на изковката, а не се предполага.

Какво съотношение на намаление е необходимо за коване на турбина?

Типично е минимално намаляване на коването от около 4:1, а въртящите се части като дискове и валове обикновено се определят от 6:1 до 8:1, за да се разруши отлятата дендритна структура и да се затвори порьозността.

Какво е под-солвус срещу супер-солвус коване?

Коване 718 под делта (Ni3Nb) солвус дава фино рекристализирано зърно с висока якост и добър живот на умора при нисък цикъл; коването над солвуса дава грубо зърно с по-добър живот при пълзене/разкъсване и по-бавно нарастване на пукнатините от умора на престой. Изборът е умишлен и полученият размер на зърното е проверен по ASTM E112.

Какво безразрушително изпитване се изисква за изковките на турбината?

Изковаване, което е критично за полет или мощност, получава 100% обемно ултразвуково изпитване (AMS 2154 клас AA или ASTM A388 / ASTM E2375), повърхностно проникване (ASTM E165) или изпитване с магнитни частици (ASTM E1444) и макроеч (ASTM E381 / E340) за доказване на потока на зърното. Нито един тест не вижда всичко, така че слоевете се допълват.

Какво е AMS 2154 клас AA?

AMS 2154 е космическата спецификация за ултразвукова инспекция на кован метал; Клас AA е най-строгото ниво на приемане, използвано за първокласни въртящи се части като турбинни дискове и валове, където вътрешната здравина е критична.

Каква практика на топене се използва за изковки от аерокосмическа суперсплав?

Изковките с аерокосмическо качество започват от вакуумно индукционно топене плюс електрошлаково претопяване (VIM+ESR); въртящите се части обикновено са тройно разтопени (VIM+ESR+VAR). Топлинното число проследява завършената част обратно до оригиналната стопилка.

Защо изковките от свръхсплави са трудни за изковаване?

Те запазват здравина при температура на коване, имат тесен работен прозорец и са чувствителни към скоростта на деформация, така че неправилната температура или наклона причиняват микропукнатини. Контролираното нагряване, рампиране и намаляване са това, което прави изковаването чисто.

Какви документи трябва да включва пратката за коване на турбина?

Най-малко EN 10204 3.1 протокол от изпитване на материал с възможност за проследяване на топлинното число, сертификат за съответствие, инспекция на първия артикул, диаграми за термична обработка и доклади за NDT; Очаква се акредитация от NADCAP за критични за полета специални процеси.

Заваряем ли е Inconel 718?

Да - по-добре от повечето суперсплави с висока якост. Неговата гама-двойна основна утайка се образува бавно, така че 718 може да бъде заварен в състояние, обработено с разтвор и след това да остарее без напукване при деформация при стареене, което засяга гама-първични сплави като Waspaloy и Rene 41.

Може ли Hastelloy X да бъде изкован за части на турбини?

да Hastelloy X (UNS N06002) е изкован за облицовки на горивни камери, преходни канали, пръстени и хардуер за доизгаряне, където устойчивостта на окисление до около 870 C (1600 F) има повече значение от пиковата якост. Изковките са обхванати от ASTM B564; вижте Hastelloy X.

Какво е съотношението buy-to-fly и защо има значение?

Buy-to-fly е съотношението на масата на суровата заготовка към масата на готовата част. Изотермичното коване с близко до мрежата 718 може да достигне около 1,3:1, докато голяма заготовка с отворена матрица може да започне над 4:1; свръхсплавта, за която плащате, но никога не летите, е голяма част от цената на частта, така че почти нетните маршрути и HIP от първокласен материал си струва да се преследвате.

Колко време отнема изковаването на турбина от суперсплав?

Време за доставка от топене на заготовки, повторно нагряване на коване, термична обработка и NDT, със затворена матрица или изотермична инструментална екипировка отгоре - обикновено седмици до месеци и по-дълго за големи или критични за полет части. Строгите, правилни спецификации и почти мрежов маршрут са този контролен график.

Турбинните изковки имат ли нужда от горещо изостатично пресоване (HIP)?

HIP се използва при висококачествени изковки и почти нетни форми за затваряне на вътрешната порьозност и подобряване на умората и възможността за проверка и е обичаен за критични въртящи се части; дали е необходимо се решава от спецификацията за закупуване и класа на приемане на NDT.