Температура на коване на Inconel 718: Диапазон на гореща работа и контрол на размера на зърното за аерокосмически части

Какъв е правилният диапазон на гореща-работна температура за Inconel 718?

Special Metals определя горещо формоване на Inconel 718 в диапазона от 1650-2050 градуса F (900-1120 градуса), но последната операция трябва да обработи метала равномерно с постепенно намаляваща температура и да завърши с намаление на светлината, специално в диапазона 1650-1750 градуса F (900-955 градуса) - крайната температура, а не началната температура, е това, което определя окончателната зърнеста структура на изковката и свойствата на разкъсване.

Това дву{0}}упътване има значение, тъй като Inconel 718 се държи много различно в горната и долната част на своя горещ-работен диапазон. В горния край (близо до 2000-2050 градуса F), укрепващият ниобий на сплавта е напълно разтворен и растежът на зърната продължава лесно по време на всяко последващо накисване; в долния край (1650-1750 градуса F), фини частици делта-фаза (Ni3Nb) започват да се образуват по границите на зърната и физически ги закрепват на място, устоявайки на по-нататъшен растеж. График за коване, който започва горещо за генериране на обемна форма и постепенно се охлажда до фин довършителен проход, е съзнателно проектиран да използва и двата ефекта: високо-температурни проходи за ефективно движение на метала с по-ниска сила и финален нискотемпературен проход за заключване на фина, равномерна зърнеста структура, преди частта да премине към термична обработка.

Защо Inconel 718 изисква много повече сила на коване от стоманата или други никелови сплави?

При дадена редукция и температура Inconel 718 развива приблизително 2-3 пъти по-голямо от меката стомана-налягане на междината на ролката и забележимо повече от никелови сплави като Inconel 600 или X-750, поради което Special Metals ясно заявява, че сплавта „е лесно подложена на гореща обработка, ако се използва достатъчно мощно оборудване“ – оборудването с недостатъчна мощност е пряк път до непълни редукции и проблемите с дуплексното зърно, обсъдени по-долу.

Източник: Special Metals Corporation, налягане, развито в междината на ролката при 20% намаление, технически бюлетин за сплав INCONEL 718 SMC-045.

Тази таблица е полезно, количествено напомняне, че проблемите с ковакостта на Inconel 718 не са основно свързани с контрола на температурата -, те са свързани с грубата механична устойчивост на деформация. Преса или чук с адекватен резервен капацитет при предвидената работна температура е предпоставка за графика за намаляване и контрола на-размера на зърното, обсъдени в останалата част от тази статия; машина, която е подходяща само за изковки от неръждаема стомана или Inconel 600, ще се бори да постигне пълно намаляване на 718 при същата температура.

Как температурата на окончателното изковаване влияе върху живота на разкъсване и пластичността на прореза?

Собствените изпитания на Special Metals за коване показват драматична, пряка връзка между крайната температура и-живота на скъсване: покритието на пръта-, изковано при 1650 градуса F, оцеля над 426 часа при 1200 градуса F/100 ksi, без да се провали (тестът беше прекратен), докато идентичното покритие на материала-изковано при 2050 градуса F се провали в приблизително 16 часа при същия тест - разлика от повече от 25 пъти, причинена само от крайната температура.

Източник: Special Metals Corporation, ефект от температурата на горещо{0}}формоване върху свойствата на разрушаване (0,75-инча квадратен прът, 25% намаление при едно преминаване, тест за разрушаване при 1200 градуса F/100 ksi след стандартно отгряване и стареене), INCONEL сплав 718 технически бюлетин SMC-045.

Обърнете внимание, че животът на гладката-шина при скъсване не проследява температурата на завършване почти толкова ясно, колкото животът на -шината с прорез - той всъщност е най-висок при 1950 градуса F в този набор от данни, а не при най-ниската крайна температура. Това разграничение има огромно значение за истински аерокосмически хардуер: гладкият-живот на разкъсване на пръти описва идеализиран,-бездефектен тестов образец, докато издънки-животът на разрушаване на пръти моделира концентрациите на напрежение, които съществуват при всяко филе, дупка и корен на резба на действителен диск или пръстен. Тъй като-експлоатационните повреди почти винаги започват при геометрична концентрация на напрежение, прорез-пластичността на разкъсване - не е гладка-здравината на пръта - е свойството, което трябва да ръководи решението за-температура на крайната обработка за-разкъсване-ограничени въртящи се компоненти.

Защо редукциите на коване трябва да са еднакви и какво се случва, ако не са?

Неравномерното или недостатъчно редуциране създава директно дуплексна (смесена фина{0}}и-груба) зърнеста структура, поради което Special Metals определя минимални крайни редукции от 20% за отворен-щанцоване и 10% за затворено-щанцоване, и изисква всеки участък от детайла, охлаждащ се под 1650 градуса F по време на коване, да бъде повторно загрят преди да продължите - работата с частично охладена секция е една от най-честите причини за дуплексно зърно на практика.

Дуплексна зърнеста структура се получава, когато различните области на изковката изпитват различни количества ефективна деформация при температура -, например, ъгъл или тънка секция, които се охлаждат по-бързо от по-голямата част от частта, или график за намаляване, при който някои материали почти не се деформират, докато съседният материал е силно обработен. Леко обработените региони запазват по-груби, по-малко-рафинирани зърна, докато силно обработените региони рекристализират фино; резултатът е микроструктура със смесен-зърно-размер, директно аналогична на реда от 2050 градуса F в таблицата по-горе.

Ръководството на Special Metals е конкретно и приложимо: загрейте детайла до температура, накиснете само за кратко, за да осигурите еднородност (продължителното накисване изрично не се препоръчва), загрейте отново всяка област, която пада под 1650 градуса F, и приложете намаления възможно най-равномерно в детайла, вместо да концентрирате деформацията в една област.

Как температурата след-коване и отгряване контролира размера на зърното?

Температурата на отгряване директно определя крайния размер на зърното, тъй като контролира колко делта фаза (Ni3Nb) е налична за фиксиране на границите на зърното: отгряването в рамките на приблизително 1650-1850 градуса F поддържа достатъчно делта фаза в микроструктурата, за да ограничи растежа на зърното и да произведе фино зърно, докато отгряването над около 1900 градуса F разтваря прогресивно повече делта фаза, премахвайки това закрепване ефект и позволява на зърното да загрубее.

Собствените данни на Special Metals за ефекта от 30-минутно отгряване при температури от 1650 градуса F до 1950 градуса F показват среден размер на зърното (изразен като число за размер на зърното по ASTM, където по-високото число означава по-фино зърно) става прогресивно по-груб с нарастването на температурата на отгряване през този диапазон, през всяко ниво на предишна тествана студена работа.

Това е практическата, ежедневна версия на същата физика зад температурния ефект-завършване-на коване, обсъден по-горе: дали фината{2}}зърнистост-делта фаза се запазва или разтваря зависи от коя страна на приблизително 1850-1900 градуса F металът прекарва времето си, дали това време идва от довършителен проход на коване, решение отгряване или друго излагане на повишена температура.

Коя топлинна обработка трябва да посочите - 1, 700-1850 градуса F или 1900-1950 градуса F Отгряване и възраст?

Посочете 1700-1850 градуса F отгряване и възраст, когато животът на разкъсване, животът на прорез-разкъсване, пластичността на прорез-разкъсване и якостта на умора са управляващите проектни свойства; посочете 1900-1950 градуса F отгряване и възраст, когато приложението е ограничено на опън-и се нуждае от най-добрата напречна пластичност в тежки секции, якост на удар или якост на опън при ниска температура, тъй като тази обработка разменя известна пластичност на разкъсване за тези предимства.

Източник: Special Metals Corporation, обработки за отгряване и -закаляване със стареене, технически бюлетин за сплав INCONEL 718 SMC-045.

Нито една обработка не е универсално „по-добра“ - те са оптимизирани за различни режими на повреда, а Special Metals е изрично, че изборът трябва да следва от това кое свойство управлява проектния живот на детайла. Диск на турбина, чийто критичен режим на повреда е нисък-циклична умора или пълзене-разкъсване при болтов отвор или филето, трябва по подразбиране да се третира с 1700-1850 градуса F; част с тежко сечение, оценена предимно по граница на опън и якост на удар, може да се обслужва по-добре от обработка с 1900-1950 градуса F.

Реакцията на стареене и в двата случая е сравнително бавна - на практика не настъпва втвърдяване през първите 2-3 минути при температура на стареене -, което позволява на заварени или закалени части да бъдат охлаждани с въздух без случайно частично втвърдяване.

Как размерът на зърното влияе на якостта на умора в кованите компоненти?

Собствените данни за умора на Special Metals показват границата на издръжливост от 10^8-цикъла на загрята-и-състарена плоча, нарастваща стабилно с намаляването на средния размер на зърното, което потвърждава, че контролът на-размера на зърното, постигнат чрез коване и температура на-топлинна обработка, не е просто съображение за-живот на разкъсване, а пряко умора-издръжлив лост също -, което е точно причината аерокосмическите дискове и пръстени да отговарят на строги изисквания за размер на зърното, проверени съгласно ASTM E112.

Това се свързва директно обратно към секциите за-температура на коване и{1}}температура на отгряване по-горе: тъй като и ниската{2}}завършваща температура на коване, и ниската (1700-1850 градуса F) след-отгряване след коване изтласкват по-фин размер на зърното чрез делта-фаза закрепване на границата на зърното, и двата избора на процеса се комбинират в една и съща посока на живот на умора.

Special Metals също така отбелязва, че ако якостта на умора е основният двигател на дизайна, изковките Inconel 718 могат да се използват в закалени условия, а не напълно закалени-и-състарени, тъй като стареенето повишава якостта на умора само умерено (приблизително 4 ksi или по-малко в собствените данни на компанията за изпитване на въртяща се{4}}греда) в сравнение с много по-големия ефект на самия размер на зърното.

Каква атмосфера в пещта и практики за нагряване защитават качеството на коването?

Атмосферата на пещта и чистотата на складовете не са случайни домакински елементи за коване Inconel 718 - Special Metals определя леко редуцираща атмосфера (най-малко 2% въглероден окис) с леко положително налягане в пещта, гориво с изключително ниско-серно съдържание и материал, който е напълно без масло, боя, грес и замърсяване от завода преди зареждане, тъй като това неправилно води до тежък, трудно{4}}за-отстраняване оксидна нагар вместо тънкия, прилепнал и сравнително доброкачествен зелен-черен филм, който оставя след себе си правилно контролирана редуцираща атмосфера.

• Практики за пещ и склад, които трябва да следвате:Поддържайте леко намаляваща атмосфера в пещта, съдържаща най-малко 2% въглероден окис, с леко положително налягане, за да предотвратите проникването на въздух.
• Практики за пещ и склад, които трябва да следвате:Използвайте горива с изключително ниско съдържание на сяра; замърсяването със сяра на никелови сплави при температура на коване е добре-известна причина за междукристална крехкост.
• Практики за пещ и склад, които трябва да следвате:Зареждайте само материал, който е напълно чист от масло, боя, грес и замърсявания от магазина.
• Практики за пещ и склад, които трябва да следвате:Доведете детайла до температура, накиснете само за кратко, за да осигурите еднородност, и изтеглете - продължителното накисване при температура на коване изрично не се препоръчва.
• Практики за пещ и склад, които трябва да следвате:Предварително загрейте инструментите за коване и матриците до около 500 градуса F и отстранете всякакви повърхностни разкъсвания на обработвания детайл веднага щом се появят.
• Практики за пещ и склад, които трябва да следвате:Въздушно-охлаждане на части от горещата-работна температура; закаляването с вода директно от температурата на коване не е стандартна практика за тази сплав.

Какви спецификации на AMS и ASTM уреждат изковките Inconel 718?

Inconel 718 bar, ковашка заготовка и изковки за космическа употреба най-често се описват в AMS 5662 (прътове и ковашка заготовка, консумативи-електродни или-вакуумно{3}}топени индукционно, за обща употреба до 1300 градуса по Фаренхайт) и AMS 5663 (топлинно{7}}обработени с разтвор и-закалени чрез утаяване пръти и ковашки материали) заедно с ASTM B637 и ASME Code Cases, обхващащи болтове и{10}}гранични приложения.

Източник: Special Metals Corporation, „Налични продукти и спецификации“, технически бюлетин за сплав INCONEL 718 SMC-045.

На какви механични свойства трябва да отговарят аерокосмическите изковки?

Правилно изковани и топлинно{0}}обработени пръчки Inconel 718 и изковки отговарят на минимални-температури на стайна температура от порядъка на 180 ksi (1241 MPa) якост на опън и 150 ksi (1034 MPa) граница на провлачване с дву-цифрено процентно удължение -, но точните минимуми и кои условията на топлинна-обработка, за които се прилагат, зависят от конкретната AMS спецификация и формата на продукта, посочени на чертежа, така че самата препратка към спецификацията е толкова важна, колкото и числата.

Собствените публикувани данни на Special Metals за пръти, изковки и пръстени, обработени до 1900-1950 градуса F отгряване и възраст (обработка с ограничение на опън) показват минимална якост на опън при стайна температура от 180 ksi, минимална граница на провлачване от 150 ksi и минимално удължение в диапазона от 10-15% в зависимост от формата на продукта, с твърдост, контролирана до приблизително 331 BHN или Rc 38 или по-добра.

Тъй като свойствата на Inconel 718 са толкова чувствителни към конкретния път на изковаване и термична-обработка, предприет за производството им -, тъй като данните за разрушаването на прореза- по-горе демонстрират драстично - спецификацията на поръчката за изковки от авиокосмически-клас винаги трябва да се позовава на точния AMS номер и необходимото-условие на термична-обработка, а не само „Inconel 718“ или обща цел за сила.

Често задавани въпроси

Въпрос: Какъв температурен диапазон се използва за коване на Inconel 718?

A: Горещото формоване се извършва при 1650-2050 градуса F (900-1120 градуса), но окончателното, леко довършително редуциране трябва да бъде направено специално в диапазона 1650-1750 градуса F, за да се постигне фината, равномерна зърнеста структура, необходима за добра пластичност при назъбване и разкъсване.

Въпрос: Защо крайната температура е по-важна от началната температура на коване?

A: Крайната температура определя размера на зърното, което частта пренася при термична обработка. Собствените данни на Special Metals показват прорез-живот на скъсване при 1200 градуса F/100 ksi, нарастващ от около 16 часа за материал, завършен при 2050 градуса F, до над 426 часа (без повреда) за материал, завършен при 1650 градуса F - разлика, дължаща се изцяло на крайната температура.

В: Какво причинява дуплексната зърнеста структура в изковките от Inconel 718 и как се избягва?

A: Дуплексната (смесена фино-и-едрозърнеста структура е резултат от неравномерно редуциране в изковка, често защото част от детайла се охлажда под работната температура по време на обработката. Избягва се чрез прилагане на равномерни намаления (20% минимум за работа с отворен-щанц, 10% минимум за работа със затворен-щанц) и повторно нагряване на всяка секция, която се охлажда под 1650 градуса F, преди да продължите да я ковате.

В: Кое отгряване-и-стареене трябва да се уточни за критично-умора на Inconel 718 дисково изковаване?

A: Отгряването при 1700-1850 градуса F и стареене, последвано от стареене при 1325 градуса F за 8 часа, пещта-охладена до 1150 градуса F и задържана за общо време на стареене от 18 часа. Това третиране произвежда най-финото зърно и е свързано с най-висока якост на умора, живот на разкъсване и пластичност на разкъсване.

Въпрос: Стареенето увеличава ли значително якостта на умора на изковките от Inconel 718?

A: Само скромно. Данните за умора на въртяща се{1}}греда на Special Metals показват, че стареенето повишава якостта на умора при 10^8-цикъла с по-малко от 4 ksi в сравнение със състоянието само на загряване, което означава, че размерът на зърното, а не стареенето, е доминиращият лост за представяне на умора.

Въпрос: Защо Inconel 718 се нуждае от по-мощно оборудване за коване от неръждаема стомана?

A: При дадена температура и редуциране, Inconel 718 развива приблизително 2-3 пъти по-голямо налягане при валцоване от мека стомана и значително повече от неръждаема стомана тип 302 или Inconel 600, така че оборудването, подходящо за тези материали, може да не постигне пълно, равномерно редуциране на 718 при същата температура.