1. Otázka: Aký je rozsah ASTM A638 a ako sa vzťahuje na niklové-zliatinové okrúhle tyče, ako sú Incoloy A-286, 800, 825 a 925?
A: ASTM A638je štandardná špecifikácia pre tyče, prúty a výkovky z nehrdzavejúcej ocele a zliatin niklu, ktoré sa vytvrdzujú za tepla-za studena a za studena-Dokončený vek{{2}“. Týka sa to najmä materiálov, ktoré je možné spevniť precipitačným vytvrdzovaním (starnutím -kalenie) tepelným spracovaním. Zatiaľ čo názov normy odkazuje na nehrdzavejúcu oceľ, zahŕňa niekoľko superzliatin na báze niklu, ktoré získavajú svoju vysokú-teplotnú pevnosť z riadeného zrážania intermetalických fáz.
Medzi zliatiny bežne dodávané podľa ASTM A638 patria:
A-286 (UNS S66286): Zliatina železa-niklu-chrómu s prísadami molybdénu, titánu a hliníka. Je spevnený gama primárnym zrážaním (Ni₃(Al,Ti)) a je široko používaný pre vysokoteplotné spojovacie prvky, komponenty turbín a časti prúdových motorov vyžadujúce pevnosť až do 1300 stupňov F (700 stupňov).
Incoloy 800 (UNS N08800): Zatiaľ čo Incoloy 800 je predovšetkým tuhá -zliatina spevnená roztokom, niekedy sa dodáva podľa normy ASTM A638, ak je špecifikovaná v stave-vytvrditeľnom veku. Je však dôležité poznamenať, že Incoloy 800 nie je inherentne precipitačným-tvrdnutím; vek-vytvrditeľný variant je zvyčajneIncoloy 800Halebo800 HT, ktoré majú kontrolovaný obsah uhlíka a môžu vyvinúť určité zosilnenie zrážaním.
Incoloy 825 (UNS N08825): Zliatina niklu-železa-chrómu s prísadami molybdénu, medi a titánu. Incoloy 825 je vytvrditeľný precipitáciou-a dá sa vytvrdzovať-starnutím, aby sa dosiahli lepšie mechanické vlastnosti, vďaka čomu je vhodný pre aplikácie s vysokou-pevnosťou v korozívnom prostredí.
Incoloy 925 (UNS N09925): Špeciálne navrhnutý ako precipitačná-vytvrditeľná verzia zliatiny 825, Incoloy 925 je tepelne spracovaná, aby sa dosiahla vysoká medza klzu (zvyčajne 110 – 130 ksi) pri zachovaní vynikajúcej odolnosti voči koróznemu praskaniu sulfidovým napätím a kyslému prostrediu.
ASTM A638 stanovuje požiadavky na chemické zloženie, vlastnosti v ťahu (v roztoku- aj v podmienkach starnutia), veľkosť zŕn a nedeštruktívne testovanie. Špecifikácia umožňuje tvarovanie hotových výrobkov za tepla-tepané aj za studena-, pričom kruhové tyče sú zvyčajne dostupné v priemeroch od malých veľkostí tyčí (menej ako 1 palec) až po veľké tyče s priemerom presahujúcim 8 palcov, v závislosti od špecifickej zliatiny a možností frézy.
2. Otázka: Aké sú odlišné charakteristiky a typické aplikácie každej triedy Incoloy-A-286, 800, 825 a 925 – ak sú dodávané ako kruhová tyč alebo tyč podľa ASTM A638?
A:Každá z týchto zliatin na báze niklu{0}} ponúka jedinečnú kombináciu mechanických vlastností, odolnosti proti korózii a tepelnej stability. Pochopenie týchto rozdielov je nevyhnutné pre výber vhodného materiálu pre danú priemyselnú aplikáciu.
A-286 (UNS S66286):Táto zliatina je superzliatina na báze železa{0}} obsahujúca približne 25 % niklu, 15 % chrómu, s molybdénom, titánom a hliníkom. Je precipitáciou-tvrdená prostredníctvom dvoj{5}}krokového spracovania starnutia, aby sa dosiahla medza klzu 90 – 110 ksi alebo vyššia. A-286 vykazuje výnimočnú pevnosť v ťahu pri vysokej teplote, odolnosť proti tečeniu a odolnosť proti oxidácii až do 1300 stupňov F (700 stupňov ). Bežné aplikácie pre kruhové tyče a prúty A-286 zahŕňajú:komponenty motora s plynovou turbínou(lopatky turbíny, kotúče a hriadele),vysokoteplotné spojovacie prvky(skrutky, matice a čapy pre letecké a automobilové aplikácie),komponenty prídavného spaľovania, adiely kompresorapre vysokovýkonné-motory.
Incoloy 800 (UNS N08800) a 800H/800HT:Tieto zliatiny obsahujú približne 32 – 35 % niklu a 19 – 23 % chrómu, čím poskytujú vynikajúcu odolnosť voči oxidácii, nauhličovaniu a vysokoteplotnej- korózii. Incoloy 800 je pevný-roztok spevnený a zvyčajne sa používa v žíhanom stave. Varianty „H“ a „HT“ majú kontrolovaný obsah uhlíka (0,05–0,10 %) a jemnejšiu štruktúru zŕn na zvýšenie pevnosti pri tečení. Podľa ASTM A638 môžu byť tieto zliatiny špecifikované pre aplikácie vyžadujúce vysokú-teplotnú pevnosť a odolnosť proti korózii. Typické aplikácie zahŕňajú:rúrky a potrubia výmenníka tepla(ak sa dodáva ako tyč pre príruby a tvarovky),komponenty pece, petrochemické reformovacie rúrky, akomponenty jadrového parného generátora.
Incoloy 825 (UNS N08825):S 38 – 46 % niklu, 19,5 – 23,5 % chrómu, plus molybdén, meď a titán ponúka Incoloy 825 vynikajúcu odolnosť voči redukčným a oxidačným kyselinám, najmä kyseline sírovej a fosforečnej. Aj keď sa často používa v-rozpúšťacom žíhanom stave, môže byť vytvrdzovaný precipitáciou-, aby sa dosiahla zvýšená pevnosť. Aplikácie pre kruhové tyče Incoloy 825 zahŕňajú:hriadele čerpadiel a drieky ventilovpri chemickom spracovaní,spojovacie prvky pre servis s kyselinami, dolné nástroje pre vrty s kyslým plynom, akomponenty pri morení.
Incoloy 925 (UNS N09925):Táto zliatina je v podstate precipitáciou-kalená verzia Alloy 825 s prímesami titánu a hliníka, ktoré umožňujú starnutím-tvrdenie na medzu klzu presahujúcu 110 ksi (760 MPa). Zachováva si vynikajúcu odolnosť proti korózii zliatiny 825 a zároveň ponúka výrazne vyššie mechanické vlastnosti. Typické aplikácie pre kruhové tyče Incoloy 925 zahŕňajú:spodný plášť a rúrkapre prostredia s kyslým plynom (H₂S/CO₂),vysokopevnostné spojovacie prvkypre podmorské a pobrežné aplikácie,hriadele čerpadiel a komponenty ventilovvyžadujúce odolnosť proti korózii a vysokú pevnosť ahardvér výmenníka teplav agresívnom chemickom servise.
3. Otázka: Aké procesy tepelného spracovania špecifikuje ASTM A638 pre tieto zliatiny na báze niklu-a ako ovplyvňujú mechanické vlastnosti kruhových tyčí?
A:Protokoly tepelného spracovania podľa ASTM A638 sa líšia v závislosti od zliatiny, ale vo všeobecnosti sa riadia dvojfázovým-procesom:roztokové žíhanienasledujeprecipitačné vytvrdzovanie (starnutie). Špecifické teploty a doby trvania sú rozhodujúce pre dosiahnutie požadovaných mechanických vlastností.
Pre A-286 (UNS S66286):
Štandardné tepelné spracovanie podľa ASTM A638 pozostáva z:
Roztokové žíhanie:1800 stupňov F (982 stupňov) po dobu minimálne 1 hodiny, po ktorej nasleduje rýchle ochladenie (olej alebo voda)
Vytvrdzovanie (starnutie):1325 stupňov F (718 stupňov) počas 16 hodín, po ktorých nasleduje chladenie vzduchom
Toto spracovanie poskytuje typické vlastnosti: Pevnosť v ťahu 130–160 ksi, medza klzu 90–110 ksi, ťažnosť 15–25 % a tvrdosť 30–35 HRC. Ošetrenie starnutím vyzráža častice gama prime (Ni3(Al,Ti)), ktoré slúžia ako prekážky pohybu dislokácie, čím sa dramaticky zvyšuje pevnosť pri zachovaní primeranej ťažnosti.
Pre Incoloy 825 a 925:
Incoloy 825 (UNS N08825):Zvyčajne sa dodáva v stave-žíhaného roztoku pri teplote 925 – 1040 stupňov F, po ktorej nasleduje rýchle ochladenie. Keď sa vyžaduje starnutie-, použije sa dvoj{7}}proces starnutia, zvyčajne pri 732 stupňoch F počas 8 hodín, po ktorých nasleduje 8 hodín pri 621 stupňoch F, potom sa ochladzuje vzduchom. To poskytuje pevnosť v ťahu 100–120 ksi a medzu klzu 70–90 ksi v stave starnutia.
Incoloy 925 (UNS N09925):Vyžaduje kontrolovanejšiu postupnosť starnutia: žíhanie v roztoku pri teplote 1800 stupňov F (982 stupňov) počas 30 minút, ochladenie vodou, potom starnutie pri teplote 1350 stupňov F (732 stupňov) počas 8 hodín, ochladenie pece na 1150 stupňov F (621 stupňov), udržiavanie 8 hodín a potom ochladenie vzduchom. To vytvára medzu klzu 110 – 130 ksi, medzu pevnosti v ťahu 150 – 170 ksi a predĺženie 15 – 25 %, čo z nej robí zliatinu s najvyššou{16}}pevnosťou v tejto skupine.
Pre sériu Incoloy 800:
Incoloy 800 sa primárne používa v-rozpúšťacom žíhanom stave a zvyčajne nepodlieha precipitačnému vytvrdzovaniu. Ak je to však špecifikované v norme ASTM A638 pre aplikácie tvrditeľné vekom{4}}, varianty 800H/800HT môžu dostať „stabilizačné žíhanie“ pri teplote približne 2100 stupňov F (1150 stupňov), po ktorom nasleduje rýchle ochladenie, aby sa dosiahla štruktúra s hrubým zrnom, ktorá zvyšuje pevnosť pri tečení.
Výber tepelného spracovania priamo ovplyvňuje vlastnosti materiálu. Nadmerné-starnutie (nadmerný čas alebo teplota) môže viesť k zhrubnutiu precipitátov, čo vedie k zníženiu pevnosti. Naopak, nedostatočné starnutie- môže viesť k neúplnému vyzrážaniu, čím sa nedosiahnu špecifikované mechanické vlastnosti.
4. Otázka: Ako sa porovnávajú mechanické vlastnosti týchto niklových-zliatinových okrúhlych tyčí a aké faktory by sa mali riadiť výberom materiálu pre aplikácie s vysokou-pevnosťou oproti korózii-odolným?
A:Výber medzi A-286, Incoloy 800, 825 a 925 pre aplikácie s kruhovými tyčami vyžaduje vyváženie mechanickej pevnosti, odolnosti proti korózii a prevádzkovej teploty. Nasledujúca tabuľka sumarizuje typické mechanické vlastnosti v stave tvrdenom starnutím:
| Zliatina | Pevnosť v ťahu (ksi) | Medza klzu (ksi) | Predĺženie (%) | Tvrdosť (HRC) |
|---|---|---|---|---|
| A-286 | 130–160 | 90–110 | 15–25 | 30–35 |
| Incoloy 800 | 80 – 100 (žíhané) | 35 – 55 (žíhané) | 30–50 | Neuplatňuje sa |
| Incoloy 825 | 100–120 | 70–90 | 25–35 | 20–25 |
| Incoloy 925 | 150–170 | 110–130 | 15–25 | 30–38 |
Pokyny pre výber materiálu:
Vysoká{0}}teplotná pevnosť (až do 1300 stupňov F / 700 stupňov):Preferovanou voľbou je -286. Vďaka kombinácii pevnosti v ťahu pri vysokých{5}}teplotách, odolnosti voči tečeniu a odolnosti voči oxidácii je štandardom pre spojovacie prvky v leteckom priemysle, hardvér turbín a komponenty automobilových kompresorov. Incoloy 800 je vhodný pre vysokoteplotné aplikácie až do 1800 stupňov F (982 stupňov), kde je prijateľná mierna pevnosť, predovšetkým pre konštrukčné komponenty a nie pre vysoko namáhané časti.
Odolnosť proti korózii so strednou pevnosťou:Incoloy 825 je materiál voľby pre aplikácie chemického spracovania, kde sa vyžaduje odolnosť voči kyseline sírovej, fosforečnej a dusičnej. Ponúka vynikajúcu odolnosť proti jamkovej a štrbinovej korózii, najmä v prostrediach-obsahujúcich chloridy. Jeho pevnosť je dostatočná pre väčšinu hriadeľov čerpadiel, driekov ventilov a spojovacích prvkov v korozívnom prevádzke.
Odolnosť proti korózii s vysokou pevnosťou:Incoloy 925 premosťuje priepasť medzi -zliatinami odolnými voči korózii a vysoko-pevnými materiálmi. Náradie na ťažbu ropy a zemného plynu, podmorské spojovacie prvky a vysokotlakové zariadenia na chemické spracovanie poskytuje Incoloy 925 potrebnú pevnosť (výťažnosť 110 – 130 ksi), pričom si zachováva odolnosť proti koróznemu praskaniu sulfidovým napätím (SSC) a koróznemu praskaniu pod napätím chloridov (SCC). A-286, aj keď je silný, neponúka rovnakú úroveň odolnosti proti korózii v prostredí s kyslým plynom (H₂S).
Úvahy o nákladoch:Incoloy 800 je vo všeobecnosti cenovo-najefektívnejšia možnosť, vhodná pre aplikácie so strednou-koróziou a vysokou-teplotou, kde vysoká pevnosť nie je kritická. A-286 spadá do stredného{11}}rozsahu, zatiaľ čo Incoloy 825 a 925 majú vyššie ceny kvôli obsahu niklu a špecializovaným postupom tavenia. Pre aplikácie vyžadujúce vysokú pevnosť a výnimočnú odolnosť proti korózii ponúka Incoloy 925 najlepšiu cenovú ponuku v porovnaní s vysokolegovanými alternatívami ako Alloy C-276 alebo Inconel 718 v špecifických kyslých prevádzkových prostrediach.
5. Otázka: Aké aspekty výroby a spracovania sú rozhodujúce pri výrobe kruhových tyčí a prútov z týchto -zliatín na báze niklu na konečné-použitie komponentov?
A:Výroba kruhových tyčí zo zliatiny -niklu na hotové komponenty-či už obrábaním, kovaním alebo zváraním-si vyžaduje starostlivú pozornosť venovanú jedinečným vlastnostiam každej zliatiny.
Úvahy o obrábaní:
Tieto zliatiny na báze niklu-sa vo všeobecnosti považujú za ťažko obrábateľné z dôvodu ich vysokej pevnosti,{1}}rýchlosti tvrdnutia a nízkej tepelnej vodivosti. Medzi kľúčové odporúčania patria:
Nástroje:Používajte tvrdokovové nástroje s ostrými, pozitívnymi-geometriami sklonu, aby ste minimalizovali spevnenie
Povrchové rýchlosti:Pre A-286 a Incoloy 925 sú typické povrchové rýchlosti 50–100 SFM; pre Incoloy 800 a 825 sú prijateľné rýchlosti 80–150 SFM
Chladiaca kvapalina:Vysokotlaková-chladiaca kvapalina je nevyhnutná na riadenie tvorby tepla a predchádzanie opotrebovaniu nástrojov
Tuhosť:Nastavenie stroja musí byť pevné, aby sa zabránilo chveniu, ktoré môže urýchliť spevnenie
Kovanie:
Všetky štyri zliatiny môžu byť kované za tepla, ale teplotné rozsahy sa líšia:
A-286:Teplotný rozsah kovania 1800–2100 stupňov F (982–1149 stupňov), s konečnou úpravou nad 1800 stupňov F, aby sa zabránilo praskaniu
Incoloy 800:Rozsah kovania 1700–2100 stupňov F (927–1149 stupňov), s rýchlym chladením po kovaní
Incoloy 825/925:Rozsah kovania 1750 – 2150 stupňov F (954 – 1177 stupňov) s dodatočným-žíhaním po kováčskom žíhaní na obnovenie odolnosti proti korózii
Po kovaní musia byť komponenty žíhané v roztoku, aby sa rozpustili všetky zrazeniny, ktoré sa vytvorili počas chladenia, a aby sa obnovila ťažnosť a odolnosť proti korózii.
zváranie:
Zváranie týchto zliatin vyžaduje správny výber prídavného kovu a reguláciu prívodu tepla:
A-286:Pre vysokoteplotné aplikácie použite zodpovedajúce plnivo (A-286); vyžadujú starnutie po zváraní na obnovenie vlastností
Incoloy 800:Použite prídavné kovy ERNiCr-3 alebo ERNiFeCr-2; zvyčajne sa nevyžaduje tepelné spracovanie po zváraní
Incoloy 825/925:Použite plnivo ERNiFeCr-1 (INCOLOY® 65); pre 925 je na udržanie pevnosti potrebné rozpúšťacie žíhanie a starnutie po zváraní
Zabezpečenie kvality a testovanie:
ASTM A638 vyžaduje špecifické testovanie na overenie zhody:
Skúška ťahom:Podmienky ošetrené roztokom- aj starnutie musia spĺňať špecifikované vlastnosti
Testovanie tvrdosti:Zvyčajne sa vykonáva pri starobe
Nedeštruktívne testovanie:Pre kritické aplikácie môže byť špecifikované vyšetrenie ultrazvukom alebo vírivými prúdmi
Určenie veľkosti zrna:Pre A-286 a Incoloy 925 požiadavky na veľkosť zrna zabezpečujú konzistentné mechanické vlastnosti
Koncovým-používateľom zabezpečuje získavanie materiálu s certifikáciou ASTM A638-od závodov so zavedenými systémami kvality vysledovateľnosť a súlad s priemyselnými normami. Vzhľadom na vysokú hodnotu a kritickú povahu aplikácií,-od leteckých spojovacích materiálov až po nástroje pre ropné polia, sú certifikácie materiálov dokumentujúce tepelnú analýzu, mechanické vlastnosti a cykly tepelného spracovania základnými súčasťami špecifikácií obstarávania.
