Vysokoteplotní slitinové výkovky pro plynové turbíny: Materiálové třídy a požadavky na kvalitu

Kotouč plynové turbíny se točí desítky milionů cyklů při teplotách, které by změkly běžnou ocel. Součást je jen tak dobrá jako slitina a stejně důležité je kování, tepelné zpracování a kontrola za ní.

Tato příručka pokrývá třídy niklových superslitin používaných pro výkovky turbín -Inconel 718, Waspaloy, Rene 41, X-750, 706, 625 a Hastelloy X – a požadavky na kvalitu (třídy ASTM a AMS, redukce výkovků, tok zrna, NDT a sledovatelnost), které oddělují letecký výkovek od tyče podobné tyči.

Proč se u rotačních dílů turbíny volí výkovky před odlitky nebo deskami?

Kovaný turbínový kotouč nebo hřídel je vybrán, protože kování vyrovnává tok zrna s dráhou napětí a umožňuje 100% volumetrickou kontrolu prokázat, že součást je vnitřně v pořádku – dvě věci nemůže odlévání poskytnout za stejnou cenu a riziko pro součást kritickou z hlediska únavy.

Turbínový kotouč je rotující hmota, která vidí nízkocyklovou únavu z každého start-stop, vysokocyklovou únavu z projetí lopatek a stálé odstředivé zatížení. Odlévání může reprodukovat složitý tvar blízko sítě, ale jeho hrubé, rovnoosé zrno a možná poréznost smršťování jsou slabými místy pro únavu a pro ultrazvukovou kontrolu. Kování v otevřené zápustce a v uzavřené zápustce rozbíjí litou dendritickou strukturu, zjemňuje zrno a - prostřednictvím řízené deformace - řídí tok zrna kolem ráfku a otvoru tam, kde je napětí nejvyšší. Tato opracovaná struktura zrna je také tím, co dělá následný ultrazvukový test smysluplný: čisté kování poskytuje čistou a čitelnou stopu UT.

Plech nebo tyč oříznutá do tvaru ztrácí v obou ohledech: zrno prochází řezem přímo, místo aby sledovalo obrys a materiál není opracován jako výkovek. U statického, méně namáhaného hardwaru, jako jsou pouzdra a potrubí, zůstávají desky a plechy běžné – viz naše poznámky kHastelloy XaInconel 625v horké sekci.

Které niklové superslitiny se používají pro výkovky plynových turbín?

Rodina turbínových výkovků se dělí na precipitačně kalené slitiny disků/hřídel (Inconel 718, Waspaloy, Rene 41, X-750, 706, Incoloy 901) a slitiny pouzdra/spalovací komory s pevným roztokem (Inconel 625, Hastelloy X) – každá je přizpůsobena teplotnímu pásmu a dílu.

Rotující součásti, které vyžadují vysokou pevnost při teplotě, používají niklové slitiny gama-prime (gama') nebo gama-double-prime (gama'') precipitátně kalené. Konstrukční díly a díly s horkým řezem, které vyžadují tvarovatelnost, odolnost proti oxidaci a střední pevnost, používají slitiny v pevném roztoku. Tabulka seskupuje běžné třídy kování podle práce, kterou vykonávají.

Třídy výkovků ze superslitiny niklu používané v plynových turbínách

Co dělá Inconel 718 tažnou slitinou turbíny a kotouče?

Inconel 718 si vydobyl své místo, protože sraženina gama-double-prime poskytuje velmi vysokou pevnost, ale tvoří se pomalu, takže slitina svařuje bez praskání způsobeného deformací a stárne rovnoměrně v tlustých částech - přesně to, co velký kotouč nebo hřídel potřebuje.

718 je superslitina Ni-Cr-Fe-Nb-Mo, UNS N07718 (W.Nr 2,4668), se zhruba 50-55 % niklu, 17-21 % chrómu, železo jako zbytek, 4,75-5,50 % niob plus tantal-3,3,080 % molitanu, 2,080 % 0,65-1,15 % titanu a 0,20-0,80 % hliníku; uhlík je omezen na 0,08 %. Jeho síla pochází hlavně z na tělo centrované tetragonální gama-dvojité primární fáze Ni3Nb s menším příspěvkem gama' (Ni3(Al,Ti)). Hustota je 8,19 g/cm3.

Ve stavu ošetřeném roztokem a stárnutím dosahuje 718 minimální pevnosti v tahu 1276 MPa (185 ksi) a 0,2% výtěžnost 1034 MPa (150 ksi) s alespoň 12% prodloužením (AMS 5662) a zachovává si užitečnou pevnost od kryogenních teplot do cca 2 050 C-01 kontinuální kapky. C (1290 F). Při teplotě zhruba nad 700 C gama-dvojitá primární vrstva hrubne a přechází na nekoherentní delta fázi a slitina ztrácí svou výhodu.

Údaje o kování Inconel 718 (UNS N07718, až AMS 5662 / ASTM B637)

Vzhledem k tomu, že precipitace gama-double-prime je pomalá, lze 718 svařovat ve stavu ošetřeném roztokem a následně stárnout bez praskání způsobeného deformací, které postihuje slitiny gama-primer, jako je Waspaloy a Rene 41. Tato svařitelnost a rovnoměrná odezva napříč průřezem jsou důvodem, proč je 718 specifikován od hardwaru vrtu až po hřídele raketových turbín a turbín. Podívejte se na našeVlastnosti materiálu Inconel 718stránku aInconel 718 v letectvípro více.

Kdy je Waspaloy lepší volbou než 718 pro disky a hřídele?

Zvolte Waspaloy (UNS N07001), když součást běží nad zhruba 620-650 C a potřebuje životnost při tečení, kterou 718 nemůže zajistit; zvolte 718, když potřebujete nejvyšší pevnost při pokojové teplotě a snadnou svařitelnost pod cca 650 C.

Waspaloy je nikl-chrom-kobalt, gama-primem zpevněná superslitina: asi 58 % niklu, 18-21 % chrómu, 12-15 % kobaltu, 3,5-5,0 % molybdenu, 2,75-3,25 % titanu, 1,2 % titanu a 60 % hliníku. Kobalt a molybden poskytují pevnost pevného roztoku; titan a hliník srážejí gama-primární Ni3(Al,Ti), který nese pevnost při vysokých teplotách. Gamma-prime je mnohem stabilnější než gama-double-prime, který zpevňuje 718, takže Waspaloy si zachovává užitečnou pevnost asi 650 C (1200 F) v rotujících částech a asi 870 C (1600 F) ve statických částech s nižším namáháním a jeho pevnost při tečení zhruba převyšuje 620 nad 600 F.

Obchod je dvojí. Minimální pevnost v tahu Waspaloy při stárnutí je asi 1441 MPa (209 ksi) s 0,2% výtěžností asi 1076 MPa (156 ksi) - nižší než 718 při pokojové teplotě - a jeho gama-primer ho činí náchylným k praskání způsobenému stárnutím, takže svařování je těžší. Typické třístupňové tepelné zpracování je roztok při asi 1080 C (1975 F) po dobu 4 hodin, chlazení vzduchem; stabilizovat na asi 845 C (1550 F) po dobu 4 h, ochlazovat vzduchem; poté stárnout při teplotě asi 760 C (1400 F) po dobu 16 hodin, ochlazovat vzduchem (ověřit přesný cyklus proti řídícímu uvolnění AMS). Specifikace jsou ASTM B637 a řada AMS 5704 / 5706 / 5708.

Inconel 718 vs Waspaloy pro turbínové výkovky

Jak slitiny v pevném roztoku slouží horké části?

Inconel 625 a Hastelloy X nejsou tvrzené stárnutím, takže špičkovou pevnost vyměňují za tvarovatelnost a odolnost proti oxidaci/korozi – což je přesně to, co kryty, kroužky, těsnění a hardware spalovací komory potřebují.

Zpevnění v pevném roztoku pochází spíše z rozpuštěného molybdenu, niobu a chrómu než z vysrážené fáze, takže tyto slitiny zůstávají tažné a svařitelné a lze je tvarovat do velkých nebo tenkých tvarů. Inconel 625 (UNS N06625: Ni rovnováha, 20-23% Cr, 8-10% Mo, 3,15-4,15% Nb) je standardní volbou pro pouzdra, kroužky, těsnění a potrubí až do teploty asi 650 C a jeho odolnost proti důlkové korozi je bonusem v námořních a pobřežních turbínách.

Hastelloy X (UNS N06002: Ni rovnováha, 20,5-23 % Cr, 17-20 % Fe, 8-10 % Mo, 0,2-1,0 % W) nese spalovací komoru: vložky, přechodové kanály a přídavné spalování, kde záleží více než na odolnosti vůči oxidaci do 870 C (1600 F. Na výkovky a výkovky obou se vztahuje ASTM B564; viz naše výkovky Inconel 625 B564 a stránky Hastelloy X.

Kromě niklu: tam, kde turbína potřebuje odolnost proti oxidaci nad asi 900 C, rozšiřují slitiny na bázi kobaltu, jako je UNS R30188 (kobalt-nikl-chrom-wolfram s lanthanem), provoz až k 980 C (1800 F) pro spalovací a přechodové vložky. Tyto jsou dodávány na vyžádání spíše než jako standardní skladová třída.

Jaké teplotní limity platí pro jednotlivé slitiny v provozu turbín?

„Provozní teplota“ výkovku turbíny není jedno číslo – je to nižší z meze pevnosti slitiny při napětí a meze oxidace součásti a mezi rotujícími a statickými částmi se liší o desítky až stovky stupňů.

Tabulku použijte jako vodítko pro plánování, nikoli jako návrhovou hodnotu. Rozhodujícím limitem pro namáhanou rotační součást je pevnost při tečení při provozním napětí; u málo zatížené vložky spalovací komory je to oxidace. Vždy ověřte přípustné napětí podle aktuálního datového listu ASME nebo OEM pro přesný stav.

Kontinuální vs krátkodobé teplotní limity pro turbínové kovářské slitiny

Jak se liší zpevňující precipitát mezi slitinami 718 a primárními gama slitinami?

718 je posílen gama-double-prime (Ni3Nb), který se tvoří pomalu a poskytuje dobrou svařitelnost; Waspaloy, Rene 41 a X-750 jsou zesíleny gama-primem (Ni3(Al,Ti)), který je teplotně stabilnější, ale ztěžuje svařování a opravy.

Gamma-double-prime je uspořádaná na tělo centrovaná-tetragonální fáze. Vzhledem k tomu, že nukleuje a roste pomalu, výkovek 718 může být svařen v měkkém roztoku a poté zestárnut do plné pevnosti bez mezikrystalového praskání, které gama-primární slitiny trpí během stárnutí po svařování (praskání způsobené stárnutím). Naproti tomu gama primární slitina je koherentní a extrémně stabilní při teplotě, což je důvod, proč slitiny gama-prim přežijí 718 při tečení a lomu nad asi 620-650 C - ale jejich svařovací okna jsou úzká a opravy vyžadují pečlivou tepelnou kontrolu. O teplotním stropu a způsobu výroby rozhoduje typ sraženiny, nikoli obsah niklu.

Jaký proces kování promění sochor v kotouč turbíny?

Turbínové kotouče jsou vyráběny kováním v otevřeném nebo uzavřeném zápustce (často izotermické kování 718) z přetaveného sochoru, přičemž teplota kování je zvolena pod delta solvus pro jemné zrno nebo nad ním pro hrubozrnné - záměrná volba, nikoli náhoda.

Výchozím bodem je sochor VIM+ESR (nebo trojtavený VIM+ESR+VAR), jehož chemie a čistota jsou dokumentovány teplu. Sochor je ohříván a opracován - otevřená matrice pro kroužky, bloky a předlisky; kování s uzavřenou zápustkou (a stále více izotermické) pro kotouče s téměř čistou sítí, které minimalizuje obrábění. U 718 je kovací okno zhruba 950-1150 C (1750-2100 F); Turbínové kotouče se běžně kují při teplotách 1000-1025 C.

Klíčovým ovládáním je sub-solvus versus super-solvus kování. Kování pod delta (Ni3Nb) solvus poskytuje jemnou, rekrystalizovanou strukturu zrna s vysokou pevností, tažností a nízkou únavovou životností – volba pro většinu kotoučů 718. Kování nad solvusem poskytuje hrubozrnnou strukturu, která vyměňuje určitou pevnost za lepší životnost při tečení/roztržení a pomalejší růst únavových trhlin, které se používají tam, kde vládne dlouhodobé tečení. Velikost zrna, kterou proces nastavuje, je později ověřena podle ASTM E112 a je součástí záznamu o přejímce výkovku.

Poměr nákupu a letu je tichým hnacím motorem nákladů. Přesný izotermický kotouč 718 může mít poměr nákupu a odletu blízko 1,3:1 (malý odpad), zatímco velký předlisek s otevřenou formou může začínat na 4:1 nebo více polotovaru, který je obroben. Surová superslitina, za kterou platíte, ale nikdy nelétáte, tvoří velkou část ceny dílu – proto se vyplatí kování v blízkosti sítě a HIP prémiového materiálu.

Jaký redukční poměr a požadavky na průtok zrna potřebují výkovky turbín?

Typický je minimální poměr redukce výkovku asi 4:1, u rotujících dílů stoupá na 6:1-8:1 a tok zrna musí sledovat obrys dílu - obojí je ověřeno, nepředpokládá se.

Redukční poměr je poměr počátečního průřezu ke konečnému průřezu. Musí být dostatečně vysoká, aby uzavřela poréznost odlitku a rozbila dendritickou strukturu ingotu; běžné minimum je 4:1 a rotační části v letectví jsou často specifikovány na 6:1 až 8:1. Ale samotná redukce nestačí: směr zpracování musí dát tok zrna podél dráhy napětí. Ráfek disku zatížený smyčkovým napětím by měl vykazovat obvodový tok zrna; hřídel v torzi a ohybu by měl vykazovat axiální tok. Důkazem je makrolept (viz níže).

• Minimální redukce: typicky asi 4:1; 6:1-8:1 pro rotující kotouče a hřídele.
• Tok zrn: musí kopírovat obrys součásti, nesmí jím procházet přímo.
• Dendritická struktura: zcela rozbitá, bez segregace středové linie nebo pruhování.
• Velikost zrna: kontrolovaná a ověřená podle platných požadavků ASTM E112.
• Vícesměrné kování: používá se pro složité tvary k vyrovnání toku ve více než jednom směru.

Jaká tepelná zpracování jsou specifikována pro precipitačně kalené turbínové výkovky?

Precipitačně kalené turbínové výkovky se dodávají roztokově ošetřené (a u diskových slitin dvakrát zestárlé do cyklu AMS/B637); přesné teploty a výdrže jsou zapsány do nákupní specifikace a zaznamenány do tabulky tepelného zpracování.

718 je obvykle dodávána roztokem ošetřeným při 925-1010 C (1700-1850 F), chlazeným vzduchem nebo rychleji, poté dvojnásobným stárnutím: 720 C (1325 F) po dobu 8 hodin, pec ochlazena na 620 C (1150 F) a udržována po dobu celkem 18 hodin, poté ochlazena vzduchem. Waspaloy používá sekvenci stabilizace roztoku, jak je popsáno výše. Cyklus tepelného zpracování pece je zmapován a uchováván jako součást záznamů o kvalitě a očekává se, že speciální procesy, jako je tepelné zpracování, ponesou akreditaci NADCAP pro díly kritické pro let. Nadměrné stárnutí nebo řešení mimo okno může posunout velikost zrna a distribuci precipitátů natolik, že neuspějí v mechanických testech, takže cyklus není obchodovatelný.

Které specifikace ASTM a AMS řídí tyto výkovky?

ASTM B637 upravuje precipitačně kalené niklové slitinové tyče, výkovky a výkovky (718, X-750, 706, Waspaloy a podobné); ASTM B564 upravuje širší rodinu výkovků z niklových slitin (625, 600, 825, X-750, 718, C-276 a další). Verze AMS pojmenovávají přesné detaily tepelného zpracování a testování.

Určení třídy ASTM samo o sobě nestačí – o teplotě, cyklu tepelného zpracování a akceptačních testech rozhoduje vydání AMS nebo OEM. Nejpoužívanější uvolnění pro výkovky turbín jsou uvedeny níže; naše přírubové stránky Inconel 718 ASTM B637 a Inconel 718 B564 obsahují detaily na úrovni třídy.

Klíčové specifikace slitinových výkovků plynových turbín

Jaké nedestruktivní zkoušky jsou povinné pro výkovky turbín?

Turbínový výkovek kritický pro let nebo výkon získává 100% objemové ultrazvukové testování, testování povrchových penetrantů nebo magnetických částic a makroleptání k prokázání toku zrna - každý do jmenované třídy přijatelnosti.

Žádný jednotlivý test nevidí vše: čistý povrch neprokazuje vnitřní neporušenost a čistý UT neprokazuje obrábění nebo stav povrchu. Tyto tři vrstvy se doplňují. Tabulka mapuje každý test na jeho obvyklý standard pro výkovky z vysoce legovaných slitin.

Nedestruktivní zkušební komín pro výkovky turbín

Úspěšná zkouška povrchu nestanoví vnitřní neporušenost a vyhovující UT nestanoví polotovar pro obrábění. Nejlevnější nabídka je často ta, která vynechá inspekci, která by zachytila ​​vadu, kterou již cena skrývá – pojmenujte tedy třídu akceptace, nikoli pouze „testováno UT“.

Jak se ověřuje tok zrna a proč na únavě?

Tok zrna se ověřuje makroleptáním reprezentativního řezu a to je důležité, protože únavové trhliny sledují cestu nejmenšího odporu - tok zrna sledující obrys odvádí trhliny od vysoce namáhaného povrchu.

Makroleptání (ASTM E381 pro výkovky, ASTM E340 obecně) rozpustí připravený průřez, aby se odhalil deformovaný vzor zrna. Zpráva ukazuje, zda čáry proudění obalují okraj disku, probíhají axiálně podél hřídele nebo vedou přímo přes kritický prvek. Tam, kde je proudění přerušeno nebo probíhá napříč k napětí, se toto místo stává kandidátem na iniciaci únavy. Z tohoto důvodu výkres výkovku - nejen chemie - definuje požadovaný směr proudění a makroleptání je důkazem, že jej výkovek splňuje.

Jaké tavné postupy jsou vyžadovány pro výkovky ze superslitiny letecké kvality?

Turbínové výkovky v letecké kvalitě začínají vakuovým indukčním tavením plus elektrostruskovým přetavováním (VIM+ESR) a rotující části jsou obvykle trojnásobně taveny (VIM+ESR+VAR); cesta taveniny je sledovatelná od hotového dílu zpět k teplu.

Přetavování je to, co dodává výkovkům ze superslitiny jejich čistotu a osvobození od segregace středové linie a vměstků výztuh, které by mohly způsobit únavové trhliny. Vakuové indukční tavení řídí chemii a rozpuštěné plyny; elektrostruskové přetavování zjemňuje strukturu ingotu; vakuové obloukové přetavování (krok VAR v trojitém tavení) zpřísňuje rovnoměrnost složení podél ingotu. Tepelné číslo putuje s předvalkem, výkovkem a každým zkušebním kupónem, takže podezřelý výsledek lze vysledovat k přesné tavenině. Náš přehled slitin niklu pokrývá rodiny jakostí, kterým tato praxe tavení slouží.

Jaké vady se mohou objevit u výkovků ze superslitiny a jak jim předcházet?

Vady, na kterých záleží u výkovků turbíny, jsou lapy a záhyby, mikrotrhliny s rychlostí deformace, segregace a pásy, vločky vodíku (bílé skvrny) a vměstky – každému lze předejít redukčním poměrem, kontrolou teploty a kontrolou.

Superslitiny jsou neúprosné: udržují si svou pevnost při kovací teplotě, mají úzké pracovní okno a jsou citlivé na rychlost deformace, takže nesprávná teplota nebo rampování způsobuje mikrotrhlinky. Ingoty mohou nést segregaci středové linie a ve velkých částech vodíkové vločky - vnitřní mikrotrhliny, které mohou přežít obrábění a způsobit náhlé selhání. Zásobník prevence je dobře zaveden.

Běžné poruchy kování turbín a jejich řízení

Jaké testy mechanických vlastností prokazují, že výkovek splňuje specifikace?

Přijatelnost je prokázána zkouškami tahu a tvrdosti minimálně, plus přetržení namáháním nebo tečení a ráz, kde to vyžaduje zatížení, vše převzato ze specifikovaného místa a orientace kupónu.

Protokol o zkoušce materiálu zaznamenává vlastnosti v tahu podle ASTM E8, tvrdost podle ASTM E18 a - pro vysokoteplotní provoz - údaje o namáhání, lomu nebo tečení podle ASTM E139 a často Charpyho rázy podle ASTM E23. Rozhodující je, že kupon je brán v orientaci a z umístění podle názvů specifikací (často prodloužení výkovku), takže čísla představují součást, nikoli vhodný odřez. Velikost zrna se uvádí podle ASTM E112 a chemie podle tepla podle ASTM E1473. Výkovek, který projde chemií, ale nevyhoví orientovanému tahu, je zamítnut – důkazem je zkouška, nikoli samotný certifikát.

• Tah: ASTM E8 (ultimátní, kluznost, prodloužení).
• Tvrdost: ASTM E18 (často používané pro ověření tepelného zpracování).
• Roztržení / tečení: ASTM E139 (vysokoteplotní provoz).
• Dopad: ASTM E23 (případy s nízkou teplotou nebo odolností proti defektům).
• Zrnitost: ASTM E112 (specifická pro kupóny).
• Chemie: ASTM E1473 / spektro, na teplo.

Jak je řešena sledovatelnost a dokumentace pro výkovky turbín?

Výkovek letecké turbíny je dokázán svou papírovou dokumentací stejně jako svým kovem - protokol o zkoušce materiálu EN 10204 3.1 s návazností tepelného čísla, certifikát shody, kontrola prvního výrobku a záznamy NADCAP.

Dokumentační balíček mapuje každou proměnnou, která by mohla v tichosti zničit součást: identitu výchozí suroviny a cestu taveniny, sekvenci deformace, tepelnou kontrolu, tabulky tepelného zpracování, rovnání, úpravu povrchu, výsledky NDT a důkazy o zkouškách. NADCAP (spravovaný institutem Performance Review Institute) audituje speciální procesy, jako je tepelné zpracování a NDT, s ohledem na požadavky letectví a kosmonautiky a výsledky auditu jsou veřejné. Kupující by měl očekávat minimálně MTR, COC a zprávu o kontrole prvního výrobku podloženou tabulkami tepelného zpracování a zprávami NDT.

• Zpráva o zkoušce materiálu (MTR) s návazností tepelného čísla - EN 10204 3.1 (3.2 s svědkem).
• Osvědčení o shodě (COC).
• První kontrola výrobku (FAI) pro nové designy.
• Grafy tepelného zpracování zobrazující skutečné cykly pece.
• Zprávy NDT s kritérii přijetí a výsledky.
• Akreditace NADCAP pro tepelné zpracování a NDT tam, kde je to kritické pro let.

Jaké kvalitní dokumenty by měl kupující požadovat v RFQ?

Do RFQ zapište jakost, součást, dráhu zatížení, cestu taveniny, redukční poměr, směr toku zrna, stav tepelného zpracování, rozsah NDT a dokumentaci - poté ověřte první článek před uvolněním výroby.

Vágní pozvánka 'Inconel kování' vytvoří tyčinku, která vypadá správně a později selže. Níže uvedený kontrolní seznam je stejný, jaký používá OEM turbína; je reprodukován jako postupný postup, takže jej lze přímo zkopírovat do žádosti o cenovou nabídku.

Krok 1. Pojmenujte přesnou třídu a specifikaci produktu:Nepište 'Inconel'. Uveďte Inconel 718 až AMS 5662 nebo AMS 5663 nebo Waspaloy až AMS 5708 - stupeň a vydávající specifikace rozhodují o každém následném testu.

Krok 2. Uveďte díl, jeho dráhu zatížení a provozní teplotu:Disk, hřídel, pouzdro, těsnění nebo hardware spalovací komory každý vidí jiné napětí a teplotu; povinnost určuje slitinu a směr toku zrna, kterým se musí kování řídit.

Krok 3. Zadejte cestu tání:Uveďte VIM+ESR pro všeobecné použití nebo VIM+ESR+VAR (trojité tavení) pro rotující součásti a požadujte sledovatelnost tepelného čísla zpět k původní tavenině.

Krok 4. Nastavte poměr redukce kování a směr toku zrna:Vyvolejte minimální redukci 4:1 (6:1-8:1 pro rotující části) a obrys, který musí tok zrna sledovat; to musí zpráva o makroleptu dokázat.

Krok 5. Definujte podmínky tepelného zpracování:Pojmenujte podmínky dodání – roztok ošetřený nebo roztok ošetřený a stárnutý do cyklu AMS/B637 – a kdo to provádí a certifikuje.

Krok 6. Nastavte rozsah NDT a třídu přijetí:Vyžadovat 100% ultrazvukové testování podle AMS 2154 třídy AA (nebo ASTM A388 / E2375), povrchové PT (ASTM E165) nebo MT (ASTM E1444) a makroleptání podle ASTM E381 / E340; u každého pojmenujte úroveň přijetí.

Krok 7. Vyžadujte balíček dokumentace:Vyžádejte si EN 10204 3.1 MTR, osvědčení o shodě, zprávu o kontrole prvního článku, tabulky tepelného zpracování a zprávy NDT s akreditací NADCAP pro speciální procesy, kde je součást kritická pro let.

Jak vybrat správnou slitinu a specifikaci pro daný díl turbíny?

Vyberte slitinu podle teplotního pásma a načtěte - 718 pro běžné disky/hřídele na 650 C, Waspaloy nebo Rene 41, kde se řídí tečením nad 650 C, 625 nebo Hastelloy X pro pouzdra a spalovací komoru – pak pojmenujte třídu ASTM a verzi AMS, nikoli pouze obchodní název.

Rozhodnutí je trojstrannou shodou teploty, namáhání a zpracovatelnosti. Pod asi 650 C s požadavky na vysokou pevnost a svařitelnost je výchozí hodnota 718. Tam, kde tečení nad 620-650 C řídí rotační díl, přejděte na Waspaloy a pro nejteplejší namáhané plechy/výkovky na Rene 41.

Pouzdra, kroužky, těsnění a potrubí používají pevný roztok 625; vložky spalovací komory používají Hastelloy X. Každá volba se pak vyřeší podle specifikace: 718 podle ASTM B637 / AMS 5662, Waspaloy podle ASTM B637 / AMS 5708 atd. Naše rodinné stránky Inconel a Hastelloy uvádějí třídy akcií za těmito výběry.

Průvodce výběrem slitin podle části turbíny

Jaké jsou náklady a dodací lhůty pro výkovky pro turbíny ze superslitin?

Cena výkovku turbíny je dána prémií slitiny, poměrem nákupu a letu, cestou taveniny, rozsahem NDT a nástrojem – nikoli cenou za kilogram tyče.

Niklové superslitiny stojí mnohonásobně více než uhlíková nebo nerezová ocel, takže nákladům dominuje hmotnost, za kterou zaplatíte, ale nikdy neuletíte. Trojité tavení, 100% třída AA UT, makroleptání a kompletní balík dokumentace zvyšují skutečné náklady, ale jsou důkazem, že díl je kvalifikovaný. Předběžné sestavy z taveniny sochorů, ohřev kování, tepelné zpracování a NDT, s uzavřeným zápustkovým nebo izotermickým nástrojem navrchu - plánujte týdny až měsíce, delší pro velké díly nebo díly kritické pro let. Nákup podle přesných, správných specifikací a téměř čisté trasy je to, co ve skutečnosti řídí náklady i harmonogram.

Pro srovnání se světem kovaných výrobků naše stránky ASME B16.11 kované tvarovky a kované potrubní tvarovky pokrývají menší kované součásti a naše stránky Incoloy 800H / 800HT pokrývají vysokoteplotní tvářené slitiny používané v teplejších a méně namáhaných zónách stroje.

Často kladené otázky

Nejběžnější jsou Inconel 718 kotouče, hřídele, lopatky, těsnění a kroužky; Kotouče a hřídele rotoru Waspaloy a Rene 41 pro teplejší sekce; čepele, šrouby a pružiny Inconel X-750; a pouzdra, kroužky a těsnění Inconel 625 v pevném roztoku plus vložky a přechodové kanály spalovací komory Hastelloy X. Podrobnosti o třídě viz Inconel 718 a Hastelloy X.

Jaký je rozdíl mezi Inconel 718 a Waspaloy pro výkovky?

718 je zpevněn gama-double-prime (Ni3Nb) a poskytuje nejvyšší pevnost při pokojové teplotě a snadnou svařitelnost do cca 650 C; Waspaloy je zesílený gama-primem (Ni3(Al,Ti)) a udržuje pevnost při tečení nad zhruba 620-650 C až do 870 C pro statické díly, ale hůře se svařuje. Oba jsou pokryty normou ASTM B637.

Jakou teplotu vydrží kování turbíny Inconel 718?

Inconel 718 se používá nepřetržitě do asi 650 C (1200 F) a krátkodobě až do 700 C (1290 F). Při teplotě zhruba nad 700 C gama-dvojitá sraženina hrubne a přechází na delta fázi a slitina ztrácí svou pevnostní výhodu.

Co pokrývá ASTM B637?

ASTM B637 je specifikace pro precipitačně kalené tyče, výkovky a výkovky z niklové slitiny pro vysokoteplotní provoz – včetně Inconel 718, X-750, 706 a Waspaloy. Doprovodné verze AMS (například AMS 5662 pro 718, AMS 5708 pro Waspaloy) nastavují přesné tepelné zpracování a detaily testu.

Co pokrývá ASTM B564?

ASTM B564 pokrývá výkovky ze slitiny niklu šířeji – Inconel 625, 600 a X-750, Hastelloy X a C-276, Incoloy 825, Monel 400 a další – pro obecnou odolnost vůči korozi a teplu. Je to obvyklá specifikace pro výkovky a výkovky turbín s pevným roztokem.

Proč je důležitý průtok obilí při kování turbínových kotoučů?

Únavové trhliny sledují cestu nejmenšího odporu, takže tok zrna, který sleduje obrys disku, odvádí trhliny od vysoce namáhaného povrchu. Makrolept podle ASTM E381 / E340 je důkazem, že tok odpovídá výkresu a směr toku je specifikován na výkovku, nepředpokládá se.

Jaký redukční poměr je potřeba pro kování turbíny?

Typická je minimální redukce kování asi 4:1 a rotační části, jako jsou kotouče a hřídele, jsou běžně specifikovány v poměru 6:1 až 8:1, aby se rozbila litá dendritická struktura a uzavřela se pórovitost.

Co je sub-solvus versus super-solvus kování?

Kování 718 pod delta (Ni3Nb) solvus poskytuje jemné rekrystalizované zrno s vysokou pevností a dobrou životností při nízké únavě; kování nad solvusem poskytuje hrubé zrno s lepší životností při tečení/roztržení a pomalejším růstem únavových trhlin. Volba je záměrná a výsledná velikost zrna je ověřena podle ASTM E112.

Jaké nedestruktivní zkoušky jsou vyžadovány pro výkovky turbín?

Výkovek kritický pro let nebo výkon prochází 100% objemovým ultrazvukovým testováním (AMS 2154 Třída AA nebo ASTM A388 / ASTM E2375), testováním povrchového penetrantu (ASTM E165) nebo magnetickými částicemi (ASTM E1444) a makroleptáním (ASTM E381 / E340) k prokázání toku zrna. Žádný jednotlivý test nevidí vše, takže se vrstvy doplňují.

Co je AMS 2154 třída AA?

AMS 2154 je letecká specifikace pro ultrazvukovou kontrolu tvářených kovů; Třída AA je její nejpřísnější úroveň přijatelnosti, používá se pro prémiové rotační díly, jako jsou turbínové kotouče a hřídele, kde je kritický vnitřní zvuk.

Jaká tavná praxe se používá pro výkovky z leteckých superslitin?

Výkovky v letecké kvalitě začínají vakuovým indukčním tavením plus elektrostruskovým přetavením (VIM+ESR); rotující části jsou obvykle trojité tavené (VIM+ESR+VAR). Tepelné číslo sleduje hotovou součást zpět k původní tavenině.

Proč je těžké kovat výkovky ze superslitiny?

Zachovají si pevnost při kovací teplotě, mají úzké pracovní okno a jsou citlivé na rychlost deformace, takže nesprávná teplota nebo rampování způsobuje mikrotrhlinky. Řízený ohřev, rampování a redukce jsou to, co dělá čisté kování.

Jaké dokumenty by měla obsahovat zásilka kování turbíny?

Minimálně protokol o zkoušce materiálu EN 10204 3.1 s sledovatelností tepelných čísel, osvědčení o shodě, kontrola prvního výrobku, tabulky tepelného zpracování a zprávy o NDT; Očekává se akreditace NADCAP pro speciální procesy kritické pro let.

Je Inconel 718 svařitelný?

Ano – lepší než většina vysoce pevných superslitin. Jeho gama-dvojitá sraženina se tvoří pomalu, takže 718 může být svařován ve stavu ošetřeném roztokem a následně stárnut bez praskání způsobeného deformací, které postihuje gama-slitiny, jako je Waspaloy a Rene 41.

Lze Hastelloy X vykovat pro díly turbín?

Ano. Hastelloy X (UNS N06002) je kovaný pro vložky spalovací komory, přechodové kanály, kroužky a přídavné spalování, kde je důležitější oxidační odolnost do 870 C (1600 F) než maximální pevnost. Na výkovky se vztahuje ASTM B564; viz Hastelloy X.

Jaký je poměr buy-to-fly a proč na tom záleží?

Buy-to-fly je poměr surové hmoty ingotu k hmotnosti hotového dílu. Izotermické kování v blízkosti sítě 718 může dosáhnout asi 1,3:1, zatímco velký předlisek s otevřenou zápustkou může začít nad 4:1; superslitina, za kterou platíte, ale nikdy nelétáte, tvoří velkou část nákladů na díl, takže se vyplatí sledovat trasy blízké síti a HIP prémiového materiálu.

Jak dlouho trvá výroba kování turbíny ze superslitiny?

Předběžné sestavy z taveniny sochorů, ohřevy kování, tepelné zpracování a NDT, s uzavřenými zápustkami nebo izotermickými nástroji nahoře - obvykle týdny až měsíce a déle u velkých dílů nebo dílů kritických pro let. Přísná, správná specifikace a trasa v blízkosti sítě jsou tím kontrolním plánem.

Potřebují výkovky turbíny izostatické lisování za tepla (HIP)?

HIP se používá u prémiových výkovků a tvarů blízkých síti k uzavření vnitřní pórovitosti a zlepšení únavy a kontrolovatelnosti a je běžné pro kritické rotační součásti; o tom, zda je požadováno, rozhoduje nákupní specifikace a třída akceptace NDT.