Inconel - Inconel

Kruhová tyč Inconel 718

Inconel je registrovaná ochranná známka společnosti Special Metals Corporation pro rodinu austenitický nikl -chrom -na základě superslitiny.[1]

Slitiny inconel jsou oxidačníkorozivzdorný materiály vhodné pro použití v extrémních podmínkách vystavených tlaku a teplu. Při zahřátí vytváří Inconel tlustý, stabilní, pasivující oxidová vrstva chránící povrch před dalším útokem. Inconel si zachovává pevnost v širokém teplotním rozmezí, což je atraktivní pro vysokoteplotní aplikace, kde by podlehl hliník a ocel plížit se v důsledku tepelně indukovaných volných míst krystalů. Inconelova vysokoteplotní pevnost byla vyvinuta posílení pevného řešení nebo srážení kalení, v závislosti na slitině.[2][3]

Slitiny Inconel se obvykle používají v aplikacích s vysokou teplotou. Společné obchodní názvy pro

  • Inconel Alloy 625 zahrnuje: Inconel 625, Chronin 625, Altemp 625, Haynes 625, Nickelvac 625 a Nicrofer 6020.[4]
  • Mezi slitiny Inconel Alloy 600 patří: NA14, N06600, BS3076, 2.4816, NiCr15Fe (FR), NiCr15Fe (EU) a NiCr15Fe8 (DE).
  • Inconel 718 zahrnuje: Nicrofer 5219, Superimphy 718, Haynes 718, Pyromet 718, Supermet 718 a Udimet 718.[5]

Dějiny

Rodina slitin Inconel byla poprvé vyvinuta ve 40. letech 20. století výzkumnými týmy ve Wiggin Alloys (Hereford, Anglie; který od té doby získal Special Metals Corporation[6]) na podporu rozvoje Ořezávat tryskový motor.[7][ověření se nezdařilo ]

Specifické údaje

SlitinaSolidus (° C)Liquidus (° C)
Inconel 600[8]13541413
Inconel 617[9]13321377
Inconel 625[10]12901350
Inconel 690[11]13431377
Inconel 718[12]12601336
Inconel X-750[13]13901430

Složení

Inconel slitiny se velmi liší ve svém složení, ale všechny jsou převážně nikl, s chromem jako druhým prvkem.

InconelPrvek, hmotnostní podíl (%)
NiCrFeMoPozn & TaSpolMnCuAlTiSiCSPB
600[14]≥72.0[A]14.0–17.06.0–10.0N / A≤1.0≤0.5≤0.5≤0.15≤0.015
617[15]44.2–61.020.0–24.0≤3.08.0–10.010.0–15.0≤0.5≤0.50.8–1.5≤0.6≤0.50.05–0.15≤0.015≤0.015≤0.006
625[16]≥58.020.0–23.0≤5.08.0–10.03.15–4.15≤1.0≤0.5≤0.4≤0.4≤0.5≤0.1≤0.015≤0.015
690[17]≥5827–317–11≤0.50≤0.50≤0.50≤0.05≤0.015
Jaderný stupeň 690[17]≥5828–317–11≤0.10≤0.50≤0.50≤0.50≤0.04≤0.015
718[2]50.0–55.017.0–21.0Zbytek2.8–3.34.75–5.5≤1.0≤0.35≤0.30.2–0.80.65–1.15≤0.35≤0.08≤0.015≤0.015≤0.006
X-750[18]≥70.014.0–17.05.0–9.00.7–1.2≤1.0≤1.0≤0.50.4–1.02.25–2.75≤0.5≤0.08≤0.01
  1. ^ Zahrnuje kobalt

Vlastnosti

Slitiny Inconel jsou oxidace - a koroze -odolné materiály vhodné pro použití v extrémních prostředích vystavených vysokému tlaku a Kinetická energie. Při zahřátí vytváří Inconel silný a stabilní pasivující oxidová vrstva chránící povrch před dalším útokem. Inconel si zachovává pevnost v širokém teplotním rozmezí, což je atraktivní pro vysokoteplotní aplikace, kde hliník a ocel podlehne plížit se v důsledku tepelně indukovaných volných míst krystalů (viz Arrheniova rovnice ). Inconelova vysokoteplotní pevnost byla vyvinuta posílení pevného řešení nebo zesílení srážek, v závislosti na slitině. v stárnutí nebo odrůdy zesilující srážení, malé množství niob kombinace s nikl tvořit intermetalické sloučenina Ni3Nb nebo gama dvojité prime (γ ″). Gamma prime tvoří malé krychlové krystaly, které inhibují uklouznutí a účinně se plazit při zvýšených teplotách. Tvorba krystalů gama-prime se časem zvyšuje, zejména po třech hodinách vystavení teplu 850 ° C, a pokračuje v růstu po 72 hodinách vystavení.[19]

Obrábění

Inconel je obtížně tvarovatelný kov a lze ho obrobit tradičním způsobem tváření za studena techniky díky rychlému kalení práce. Po prvním průchodu obráběním má kalení tendenci plasticky deformovat obrobek nebo nástroj při následujících průchodech. Z tohoto důvodu se stárnoucí Inconels, jako je 718, obrábějí agresivním, ale pomalým řezem tvrdým nástrojem, čímž se minimalizuje požadovaný počet průchodů. Alternativně lze většinu obrábění provádět s obrobkem ve formě „řešení“, přičemž po vytvrzení stárnutím se provedou pouze poslední kroky.

Externí vlákna jsou obráběny pomocí a soustruh "jednobodové" závity nebo válcováním závitů ve stavu upraveném roztokem (pro kalitelné slitiny) pomocí šroubovací stroj. Inconel 718 může být také závitován po úplném stárnutí pomocí indukční teplo na 700 ° C bez zvětšení zrnitosti.[Citace je zapotřebí ] Otvory s vnitřními závity jsou vyráběny frézováním závitů. Vnitřní závity lze také vytvořit pomocí platiny obrábění elektrickým výbojem (EDM).[Citace je zapotřebí ]

Řezání talíře se často provádí pomocí a řezačka vodním paprskem. Nové keramické frézy vyztužené vousem se také používají k obrábění slitin niklu. Odstraňují materiál rychlostí obvykle osmkrát rychlejší než slinutý karbid řezačky. Kromě těchto metod mohou být díly Inconel také vyráběny společností selektivní laserové tavení.

Častěji než obrábění, vodní paprsek nebo laser, broušení je upřednostňovaná a ekonomická metoda pro tvarování a konečnou úpravu součástí ze slitin niklu. Vzhledem k tvrdosti použitých brusiv nejsou brusné kotouče natolik ovlivněny vytvrzením materiálu, že zůstávají ostré a odolné.

Připojování

Svařování některých slitin Inconel (zejména skupiny tvrzené sražením gamma prime; např. Waspalloy a X-750) může být obtížné kvůli praskání a mikrostrukturální segregaci legujících prvků v tepelně ovlivněná zóna. K překonání těchto problémů však bylo navrženo několik slitin, například 625 a 718. Nejběžnější metody svařování jsou plynové wolframové obloukové svařování a svařování elektronovým paprskem.[20]

Použití

Raketový motor Astra

Inconel se často setkává v extrémních podmínkách. Je to běžné v plynová turbína lopatky, těsnění a spalovací komory, jakož i rychlonabíječka rotory a těsnění, elektrické hřídele ponorných motorových čerpadel, vysokoteplotní spojovací prostředky, chemické zpracování a tlakové nádoby, výměník tepla potrubí, parogenerátory a hlavní součásti v jaderné oblasti tlakovodní reaktory,[21] zpracování zemního plynu s kontaminujícími látkami, jako je H2S a CO2, střelná zbraň potlačovač zvuku vysoké přepážky a Formule jedna, NASCAR, NHRA, a APR, LLC výfukové systémy.[22][23] Používá se také v turbo systému 3. generace Mazda RX7 a vysoce výkonné výfukové systémy Wankel motory Motocykly Norton, kde výfukové teploty dosahují více než 1 000 ° C.[24] Inconel se stále více používá v kotlích na odpad spalovny.[25] The Společný evropský torus a DIII-D vakuové nádoby tokamaků jsou vyrobeny z Inconelu.[26] Inconel 718 se běžně používá pro kryogenní skladovací nádrže, šachty pro hlubinné díry a části hlav studní.[27]

Několik aplikací inconel v letectví zahrnuje:

Inconel se používá také v automobilovém průmyslu:

  • Tesla používá Inconel místo oceli v hlavním stykači jeho baterie Model S. aby zůstala pružná pod žárem silného proudu. Tesla tvrdí, že to těmto modernizovaným vozidlům umožňuje bezpečně zvýšit maximální výkon balení z 1300 na 1500 ampéry, což umožňuje zvýšení výkonu (zrychlení), které Tesla označuje jako „Bezhlavý režim ".[32][39]
  • Ford Motor Company používá Inconel k výrobě turbínového kola v turbodmychadle EcoBlue dieselové motory představené v roce 2016.[40]
  • Výfukové ventily u závodních motorů NHRA Top Fuel a Funny Car drag racing jsou vyrobeny z materiálu Inconel.[Citace je zapotřebí ] Inconel se také používá při výrobě výfukových ventilů u vysoce výkonných přeplňovaných turbodmychadel a přeplňovaných motorů Mazda Miata (viz Flyin 'Miata).
  • BMW od té doby používá Inconel ve sběrném výfukovém potrubí svého vysoce výkonného luxusního automobilu, BMW M5 E34 s ikonickým motorem S38, odolává vyšším teplotám a snižuje protitlak.[Citace je zapotřebí ]
  • Automobily Jaguar zapadá do jejich Jaguar F-Type Vysokovýkonný sportovní vůz SVR, nový lehký titanový výfukový systém Inconel, který odolává vyšším špičkovým teplotám, snižuje protitlak a eliminuje 16 kg (35 lb) hmotnosti z vozidla.[41]

Válcovaný Inconel se často používal jako záznamové médium gravírováním Černá skříňka zapisovače v letadle.[42]

Alternativy k použití Inconel v chemických aplikacích, jako jsou pračky, kolony, reaktory a potrubí, jsou Hastelloy, perfluoralkoxy (PFA) lemovaná uhlíková ocel nebo plast vyztužený vlákny.

Slitiny inconel

Slitiny inconel patří:

  • Inconel 188: Snadno vyrobeno pro komerční plynové turbíny a letecké aplikace.
  • Inconel 230: Deska a plech ze slitiny 230 používaný hlavně v energetickém, leteckém a kosmickém průmyslu, chemickém průmyslu a průmyslovém topení.
  • Inconel 600: Tuhý roztok zesílen
  • Inconel 601:
  • Inconel 617: Tuhý roztok vyztužený (nikl-chrom-kobalt-molybden), pevnost za vysokých teplot, odolný proti korozi a oxidaci, vysoká zpracovatelnost a svařitelnost.[43] Začleněno v Kód kotle a tlakové nádoby ASME pro vysokoteplotní jaderné aplikace, jako je reaktory s roztavenou solí C. Duben 2020.[44]
  • Inconel 625: Odolný vůči kyselinám, dobrá svařitelnost. Verze LCF se obvykle používá v měchu.
  • Inconel 690: Nízký obsah kobaltu pro jaderné aplikace a nízký odpor[45]
  • Inconel 713C: Srážená kalitelná slitina na bázi niklu a chromu[3]
  • Inconel 718: Gamma double prime zesílený dobrou svařitelností[46]
  • Inconel X-750: Běžně se používá pro součásti plynových turbín, včetně lopatek, těsnění a rotorů.
  • Inconel 751: Zvýšený obsah hliníku pro lepší odolnost proti roztržení v rozsahu 1600 ° F[47]
  • Inconel 792: Zvýšený obsah hliníku pro lepší vysokoteplotní korozní vlastnosti, používaný zejména v plynových turbínách
  • Inconel 907
  • Inconel 909
  • Inconel 706
  • Inconel 939: Gamma prime posílena pro zvýšení svařitelnosti.
  • Inconel 925: Inconel 925 je nestabilizovaná austenitická nerezová ocel s nízkým obsahem uhlíku.[48]

U odrůd vytvrzujících nebo vyztužujících srážení, legujících přísad hliníku a titan zkombinujte s niklem za vzniku intermetalické sloučeniny Ni3 (Ti, Al) nebo gama prime (γ ′). Gamma prime tvoří malé krychlové krystaly, které účinně inhibují uklouznutí a plížení při zvýšených teplotách.

Viz také

Reference

  1. ^ „Vysoce výkonné slitiny“. Special Metals Corporation. Archivovány od originál dne 2012-12-08. Citováno 2010-04-26.
  2. ^ A b Slitina INCONEL 718, Special Metals Corporation
  3. ^ A b „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 02.09.2015. Citováno 2015-09-16.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  4. ^ „Special Alloys: Inconel 625“. Archivovány od originál dne 06.06.2009. Citováno 2010-04-26.
  5. ^ „Alloy 600 Inconel 600“. Citováno 2018-06-30.
  6. ^ „Special Metals Corporation: History“. Archivovány od originál 21. dubna 2008. Citováno 2012-05-18.
  7. ^ Jones, T.L. „Frank Whittle's W2B Turbojet: United Kingdom versus United States Development“. EngineHistory.org. Aircraft Engine Historical Society, Inc. Archivovány od originál dne 30. března 2016. Citováno 27. března 2016.
  8. ^ http://asm.matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnum=NINC30
  9. ^ https://www.americanelements.com/inconel-617-alloy
  10. ^ https://www.americanelements.com/inconel-625-alloy
  11. ^ https://www.americanelements.com/inconel-690-alloy
  12. ^ https://www.americanelements.com/inconel-718-alloy
  13. ^ http://asm.matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnum=NINC35
  14. ^ Slitina INCONEL 600, Special Metals Corporation
  15. ^ hightempmetals.com, Vysokoteplotní kovy
  16. ^ Slitina INCONEL 625, Special Metals Corporation
  17. ^ A b Slitina Inconel 690, Special Metals Corporation
  18. ^ Slitina INCONEL X-750, Special Metals Corporation
  19. ^ „DoITPoMS - plný záznam“. www.doitpoms.ac.uk.
  20. ^ Připojování (PDF), vyvoláno 2009-10-09.
  21. ^ "Slitina Inconel 625„Speciální kovy, 2015“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 26.02.2009.
  22. ^ Výroba elektřiny Archivováno 14.09.2012 v Archiv. Dnes, Special Metals Corporation.
  23. ^ Chemické zpracování Archivováno 02.02.2013 v Archiv. Dnes, Special Metals Corporation.
  24. ^ Obchodník s motocykly.Norton Rotary Revival.Cathcart.Dec 2007.
  25. ^ Inconell - nejmodernější ochrana proti korozi Archivováno 2008-11-15 na Wayback Machine podle Babcock & Wilcox Vølund, 2003
  26. ^ Plavidlo Inconel JET se používá od roku 1983 Archivováno 2010-02-27 na Wayback Machine. Jednoduchá, robustní konstrukce.
  27. ^ Slitina Inconel, Inconel 718.
  28. ^ Robert S. Houston, Richard P. Hallion a Ronald G. Boston, ÚVOD REDAKCE, „Transit from Air to Space: The North American X-15“, Hypersonická revoluce: Případové studie v historii hypersonické technologie, Air Force History and Museums Program, 1998. NASA.gov.
  29. ^ Anthony Young, „The Saturn V Booster: Powering Apollo into History“, Springer-Verlag, 2009.
  30. ^ HISTORIE INCONELU A SUPERALLOY
  31. ^ „SpaceX Falcon 9“. Zpráva o vypuštění vesmíru. Citováno 2013-08-13.
  32. ^ A b „Nedávné oznámení„ Elon Musk “„ Ludicrous “naznačuje větší synergii mezi Teslou a SpaceX - Electrek“. Electrek. Archivováno z původního dne 12. září 2015.
  33. ^ Norris, Guy (30.05.2014). „SpaceX představuje„ Dragon Change “V2 s„ Step Change “'". Letecký týden. Citováno 2014-05-30.
  34. ^ Kramer, Miriam (30.05.2014). „SpaceX představuje kosmickou loď Dragon V2, vesmírný taxi s posádkou pro astronauty - Seznamte se s Dragon V2: SpaceX s posádkou, vesmírný taxi pro výlety astronautů“. space.com. Citováno 2014-05-30.
  35. ^ Bergin, Chris (2014-05-30). „SpaceX zvedá víko na kosmické lodi posádky Dragon V2“. NASAspaceflight.com. Citováno 2015-03-06.
  36. ^ Foust, Jeff (2014-05-30). „SpaceX představuje svou“ vesmírnou loď 21. století"". NewSpace Journal. Citováno 2015-03-06.
  37. ^ „SpaceX spouští do vesmíru vytištěnou část 3D a vytváří komoru motoru s potiskem pro pilotovaný vesmírný let“. SpaceX. Citováno 2015-03-06. Ve srovnání s tradičně litým dílem má tištěný [díl] vynikající pevnost, tažnost a odolnost proti lomu, s nižší variabilitou vlastností materiálů. ... Komora je regenerativně chlazena a potištěna ve vysoce výkonné slitině Inconel. Tisk komory vyústil ve srovnání s tradičním obráběním o řádové snížení doby realizace - cesta od počátečního konceptu k prvnímu ohni byla jen něco málo přes tři měsíce. Během testu ohněm ... byl motor SuperDraco vystřelen jak v profilu únikového startu, tak v profilu přistávacího hoření, čímž se úspěšně škrtilo mezi 20% a 100% úrovní tahu. Do dnešního dne byla komora vystřelena více než 80krát s více než 300 sekundami horkého ohně.
  38. ^ SpaceX Casting Raptor Engine Parts from Supersteel Alloys Února 2019
  39. ^ "Den tří psů". www.teslamotors.com.
  40. ^ „Nový turbodieslový motor Ford EcoBlue debutuje uprostřed těžkostí nafty“. Autoblog.com. 26.dubna 2016.
  41. ^ „Jaguar představuje ultra vysoký výkon modelu F-TYPE SVR před debutem v Ženevě“. www.jaguarusa.com.
  42. ^ Barrett, Brian. „Tajná omáčka černé skříňky letadla“.
  43. ^ „Slitina Inconel 617“ (PDF). Citováno 28. března 2019.
  44. ^ „OBCHODNÍ SLITINA KVALIFIKOVANÁ PRO NOVÉ POUŽITÍ, ROZŠÍŘENÍ JADERNÉ PROVOZNÍ TEPLOTY“. Americké ministerstvo energetiky Idaho National Laboratory. 28.dubna 2020.
  45. ^ Slitina INCONEL 690 Archivováno 12. 11. 2013 v Wayback Machine, NDT Resource Center
  46. ^ „DMLS v hliníku, inconelu nebo titanu - stojí to za to? - blog“. gpiprototype.com.
  47. ^ Slitina INCONEL 751, Special Metals Corporation
  48. ^ Vishal Kumar Jaiswal „Experimentální zkoumání parametrů procesu na Inconel 925 pro EDM proces pomocí metody Taguchi.“ International Journal for Scientific Research and Development 6.5 (2018): 277-282. , IJSRD