1. Otázka: Jaký je rozsah ASTM A638 a jak se vztahuje na kruhové tyče ze slitiny niklu-, jako jsou Incoloy A-286, 800, 825 a 925?
A: ASTM A638je standardní specifikace pro tyče, pruty a výkovky z nerezové oceli a slitin niklu, které se tvrdnou za tepla-za studena-dokončené stáří-. Zahrnuje konkrétně materiály, které lze zpevnit precipitačním vytvrzováním (vytvrzování stárnutím) tepelným zpracováním. Zatímco název normy odkazuje na nerezovou ocel, zahrnuje několik niklových-superslitin, které získávají svou vysokou-teplotní pevnost z řízené precipitace intermetalických fází.
Mezi slitiny běžně dodávané podle ASTM A638 patří:
A-286 (UNS S66286): Železo-nikl-chromová slitina s přísadami molybdenu, titanu a hliníku. Je zpevněn gama primárními (Ni₃(Al,Ti)) srážkami a je široce používán pro vysokoteplotní spojovací prvky, součásti turbín a součásti proudových motorů, které vyžadují pevnost až 1300 stupňů F (700 stupňů).
Incoloy 800 (UNS N08800): Zatímco Incoloy 800 je především pevná -slitina zpevněná roztokem, někdy je dodávána podle ASTM A638, pokud je specifikována ve stáří-kalitelném stavu. Je však důležité poznamenat, že Incoloy 800 není přirozeně precipitační-tvrdnutí; věkem-vytvrditelná varianta je obvykleIncoloy 800Hnebo800HT, které mají kontrolovaný obsah uhlíku a mohou vyvinout určité zpevnění srážením.
Incoloy 825 (UNS N08825): Slitina niklu-železa-chrómu s přísadami molybdenu, mědi a titanu. Incoloy 825 je precipitační-kalitelný a lze jej vytvrdit stárnutím-k dosažení lepších mechanických vlastností, takže je vhodný pro aplikace s vysokou-pevností v korozivním prostředí.
Incoloy 925 (UNS N09925): Speciálně navržená jako precipitační-kalitelná verze slitiny 825, Incoloy 925 je tepelně zpracována tak, aby dosáhla vysoké meze kluzu (obvykle 110–130 ksi) při zachování vynikající odolnosti vůči sulfidovému koroznímu praskání a prostředí s kyselými plyny.
ASTM A638 ukládá požadavky na chemické složení, vlastnosti v tahu (jak v roztoku-upraveném, tak v podmínkách stárnutí), velikost zrna a nedestruktivní testování. Specifikace umožňuje výrobu hotových výrobků za tepla -tvářené i za studena-, přičemž kulaté tyče jsou obvykle dostupné v průměrech od malých velikostí tyčí (méně než 1 palec) až po velké tyče přesahující 8 palců, v závislosti na konkrétní slitině a možnostech frézy.
2. Otázka: Jaké jsou odlišné vlastnosti a typické aplikace jednotlivých tříd Incoloy-A-286, 800, 825 a 925 – pokud jsou dodávány jako kruhová tyč nebo tyč podle ASTM A638?
A:Každá z těchto slitin na bázi niklu- nabízí jedinečnou kombinaci mechanických vlastností, odolnosti proti korozi a tepelné stability. Pochopení těchto rozdílů je nezbytné pro výběr vhodného materiálu pro danou průmyslovou aplikaci.
A-286 (UNS S66286):Tato slitina je superslitina na bázi železa{0}} obsahující přibližně 25 % niklu, 15 % chrómu, s molybdenem, titanem a hliníkem. Je precipitačním-tvrzením prostřednictvím dvou{5}}stárnutí, aby bylo dosaženo meze kluzu 90–110 ksi nebo vyšší. A-286 vykazuje výjimečnou pevnost v tahu za vysokých teplot, odolnost proti tečení a odolnost proti oxidaci až do 1300 stupňů F (700 stupňů). Mezi běžné aplikace kruhových tyčí a tyčí A-286 patří:součásti motoru s plynovou turbínou(lopatky, kotouče a hřídele turbíny),vysokoteplotní spoje-(šrouby, matice a svorníky pro letecké a automobilové aplikace),komponenty přídavného spalováníadíly kompresorupro vysoce výkonné-motory.
Incoloy 800 (UNS N08800) a 800H/800HT:Tyto slitiny obsahují přibližně 32–35 % niklu a 19–23 % chrómu a poskytují vynikající odolnost proti oxidaci, nauhličování a vysokoteplotní-korozi. Incoloy 800 je pevný-roztok zpevněný a obvykle se používá v žíhaném stavu. Varianty „H“ a „HT“ mají kontrolovaný obsah uhlíku (0,05–0,10 %) a jemnější strukturu zrn pro zvýšení pevnosti při tečení. Podle ASTM A638 mohou být tyto slitiny určeny pro aplikace vyžadující vysokou-teplotní pevnost a odolnost proti korozi. Mezi typické aplikace patří:potrubí a potrubí výměníku tepla(pokud je dodáván jako tyč pro příruby a tvarovky),komponenty pece, trubky pro petrochemický reformátorasoučásti jaderného parního generátoru.
Incoloy 825 (UNS N08825):S 38–46 % niklu, 19,5–23,5 % chrómu, plus molybden, měď a titan nabízí Incoloy 825 vynikající odolnost vůči redukčním a oxidujícím kyselinám, zejména kyselinám sírové a fosforečné. I když se často používá v rozpouštěcím-žíhání, může být precipitačním-kalením k dosažení vyšší pevnosti. Aplikace pro kruhové tyče Incoloy 825 zahrnují:hřídele čerpadel a vřetena ventilůpři chemickém zpracování,spojovací materiál pro použití s kyselinou, hlubinné nástroje pro vrty s kyselým plynemakomponenty v mořicích operacích.
Incoloy 925 (UNS N09925):Tato slitina je v podstatě precipitační-kalenou verzí Alloy 825 s přídavky titanu a hliníku, které umožňují vytvrzení stárnutím- na mez kluzu přesahující 110 ksi (760 MPa). Zachovává si vynikající odolnost proti korozi slitiny Alloy 825 a zároveň nabízí výrazně vyšší mechanické vlastnosti. Typické aplikace pro kruhové tyče Incoloy 925 zahrnují:spodní plášť a potrubípro prostředí s kyselým plynem (H₂S/CO₂),vysokopevnostní spojepro podmořské a pobřežní aplikace,hřídele čerpadel a součásti ventilůvyžadující jak odolnost proti korozi, tak vysokou pevnost, ahardware výměníku teplav agresivním chemickém provozu.
3. Otázka: Jaké procesy tepelného zpracování jsou specifikovány v normě ASTM A638 pro tyto slitiny na bázi niklu-a jak ovlivňují mechanické vlastnosti kruhových tyčí?
A:Protokoly tepelného zpracování podle ASTM A638 se liší podle slitiny, ale obecně se řídí dvoufázovým-procesem:rozpouštěcím žíhánímnásledujeprecipitační vytvrzování (stárnutí). Specifické teploty a doby trvání jsou rozhodující pro dosažení požadovaných mechanických vlastností.
Pro A-286 (UNS S66286):
Standardní tepelné zpracování podle ASTM A638 se skládá z:
Roztokové žíhání:1800 stupňů F (982 stupňů) po dobu minimálně 1 hodiny, následuje rychlé ochlazení (olej nebo voda)
Srážkové kalení (stárnutí):1325 stupňů F (718 stupňů) po dobu 16 hodin s následným chlazením vzduchem
Tato úprava poskytuje typické vlastnosti: pevnost v tahu 130–160 ksi, mez kluzu 90–110 ksi, tažnost 15–25 % a tvrdost 30–35 HRC. Ošetření stárnutím vysráží gama primární částice (Ni3(Al,Ti)), které slouží jako překážky pohybu dislokace, čímž se dramaticky zvyšuje pevnost při zachování adekvátní tažnosti.
Pro Incoloy 825 a 925:
Incoloy 825 (UNS N08825):Obvykle se dodává v rozpouštěcím{0}}žíhaném stavu při 1700–1900 stupních F (925–1040 stupňů) s následným rychlým ochlazením. Když je požadováno-zpevnění stárnutím, použije se dvou{7}}krokový proces stárnutí, typicky 1350 stupňů F (732 stupňů) po dobu 8 hodin, poté následuje 1150 stupňů F (621 stupňů) po dobu 8 hodin, poté chlazení vzduchem. To poskytuje pevnost v tahu 100–120 ksi a mez kluzu 70–90 ksi ve stavu stárnutí.
Incoloy 925 (UNS N09925):Vyžaduje více kontrolovanou sekvenci stárnutí: rozpouštěcí žíhání při teplotě 1800 stupňů F (982 stupňů) po dobu 30 minut, ochlazení vodou, poté stárnutí při teplotě 1350 stupňů F (732 stupňů) po dobu 8 hodin, ochlazení v peci na 1150 stupňů F (621 stupňů), držení po dobu 8 hodin, poté chlazení vzduchem. To poskytuje mez kluzu 110–130 ksi, pevnosti v tahu 150–170 ksi a prodloužení 15–25 %, což z této skupiny činí slitinu s nejvyšší{16}}pevností.
Pro řadu Incoloy 800:
Incoloy 800 se primárně používá ve stavu -rozpouštěcího žíhání a obvykle nepodléhá precipitačnímu vytvrzování. Pokud je však specifikováno v normě ASTM A638 pro aplikace tvrditelné stárnutím, mohou varianty 800H/800HT dostat „stabilizační žíhání“ při teplotě přibližně 2100 stupňů F (1150 stupňů), po kterém následuje rychlé ochlazení, aby se dosáhlo hrubozrnné struktury, která zvyšuje pevnost při tečení.
Volba tepelného zpracování přímo ovlivňuje vlastnosti materiálu. Nadměrné-stárnutí (nadměrná doba nebo teplota) může vést ke zhrubnutí sraženin, což má za následek snížení pevnosti. Naopak nedostatečné-stárnutí může mít za následek neúplné vysrážení, které nedosáhne stanovených mechanických vlastností.
4. Otázka: Jaké jsou mechanické vlastnosti těchto kulatých tyčí ze slitiny niklu-a jaké faktory by měly být vodítkem pro výběr materiálu pro aplikace s vysokou-pevností versus korozi-?
A:Výběr mezi A-286, Incoloy 800, 825 a 925 pro aplikace s kruhovými tyčemi vyžaduje vyvážení mechanické pevnosti, odolnosti proti korozi a provozní teploty. Níže uvedená tabulka shrnuje typické mechanické vlastnosti ve vytvrzeném stavu:
| Slitina | Pevnost v tahu (ksi) | Mez kluzu (ksi) | Prodloužení (%) | Tvrdost (HRC) |
|---|---|---|---|---|
| A-286 | 130–160 | 90–110 | 15–25 | 30–35 |
| Incoloy 800 | 80–100 (žíhaný) | 35–55 (žíhaný) | 30–50 | Nelze použít |
| Incoloy 825 | 100–120 | 70–90 | 25–35 | 20–25 |
| Incoloy 925 | 150–170 | 110–130 | 15–25 | 30–38 |
Pokyny pro výběr materiálu:
Vysoká-teplotní pevnost (až 1300 stupňů F / 700 stupňů):Preferovanou volbou je -286. Jeho kombinace pevnosti v tahu za vysokých{5}}teplot, odolnosti proti tečení a odolnosti proti oxidaci z něj činí standard pro spojovací prvky pro letectví a kosmonautiku, hardware turbín a součásti automobilových kompresorů. Incoloy 800 je vhodný pro vysokoteplotní aplikace až do 1800 stupňů F (982 stupňů), kde je přijatelná střední pevnost, především pro konstrukční součásti spíše než pro vysoce namáhané součásti.
Odolnost proti korozi se střední pevností:Incoloy 825 je materiálem volby pro chemické zpracování, kde je vyžadována odolnost vůči kyselině sírové, fosforečné a dusičné. Nabízí vynikající odolnost proti důlkové a štěrbinové korozi, zejména v prostředích obsahujících chlorid-. Jeho pevnost je dostatečná pro většinu hřídelí čerpadel, dříků ventilů a upevňovacích prvků v korozivním provozu.
Odolnost proti korozi s vysokou pevností:Incoloy 925 překlenuje propast mezi slitinami odolnými proti korozi-a vysoce-pevnostními materiály. Pro vrtné ropné a plynové nástroje, podmořské spojovací prvky a vysokotlaká chemická zpracovatelská zařízení poskytuje Incoloy 925 potřebnou pevnost (výtěžnost 110–130 ksi) při zachování odolnosti vůči sulfidovému koroznímu praskání (SSC) a chloridovému-koroznímu praskání (SCC). A-286, přestože je silný, nenabízí stejnou úroveň odolnosti proti korozi v prostředí kyselých plynů (H₂S).
Úvahy o ceně:Incoloy 800 je obecně cenově-nejefektivnější varianta, vhodná pro aplikace se střední-korozí a vysokou-teplotou, kde vysoká pevnost není kritická. A-286 spadá do středního-rozsahu, zatímco Incoloy 825 a 925 mají vyšší ceny kvůli obsahu niklu a speciálním postupům tavení. Pro aplikace vyžadující vysokou pevnost a výjimečnou odolnost proti korozi nabízí Incoloy 925 nejlepší cenovou nabídku ve srovnání s vysoce legovanými alternativami jako Alloy C-276 nebo Inconel 718 ve specifických kyselých provozních prostředích.
5. Otázka: Jaká hlediska při výrobě a zpracování jsou kritická při výrobě kruhových tyčí a prutů z těchto slitin na bázi niklu-pro konečné-použití součástí?
A:Výroba kulatých tyčí ze slitiny na bázi niklu- na hotové součásti-ať už obráběním, kováním nebo svařováním- vyžaduje pečlivou pozornost jedinečným vlastnostem každé slitiny.
Úvahy o obrábění:
Tyto slitiny na bázi niklu-jsou obecně považovány za obtížně obrobitelné kvůli jejich vysoké pevnosti,-rychlosti kalení a nízké tepelné vodivosti. Mezi hlavní doporučení patří:
Nástroje:Používejte tvrdokovové nástroje s ostrými, pozitivními -geometriemi sklonu, abyste minimalizovali zpevňování
Povrchové rychlosti:Pro A-286 a Incoloy 925 jsou typické povrchové rychlosti 50–100 SFM; pro Incoloy 800 a 825 jsou přijatelné rychlosti 80–150 SFM
Chladicí kapalina:Vysokotlaká chladicí kapalina-je nezbytná pro řízení tvorby tepla a předcházení opotřebení nástrojů
Tuhost:Nastavení stroje musí být tuhé, aby se zabránilo chvění, které může urychlit zpevňování
Kování:
Všechny čtyři slitiny lze kovat za tepla, ale teplotní rozsahy se liší:
A-286:Rozsah teplot kování 1800–2100 stupňů F (982–1149 stupňů), s konečnou úpravou nad 1800 stupňů F, aby se zabránilo praskání
Incoloy 800:Rozsah kování 1700–2100 stupňů F (927–1149 stupňů), s rychlým chlazením po kování
Incoloy 825/925:Rozsah kování 1750–2150 stupňů F (954–1177 stupňů), s dodatečným-žíháním po kování pro obnovení odolnosti proti korozi
Po kování musí být součásti žíhány v roztoku, aby se rozpustily všechny sraženiny, které se vytvořily během chlazení, a obnovila se tažnost a odolnost proti korozi.
Svařování:
Svařování těchto slitin vyžaduje správný výběr přídavného kovu a kontrolu příkonu tepla:
A-286:Použijte odpovídající výplň (A-286) pro vysokoteplotní-aplikace; vyžadují stárnutí po svařování, aby se obnovily vlastnosti
Incoloy 800:Použijte přídavné kovy ERNiCr-3 nebo ERNiFeCr-2; obvykle se nevyžaduje tepelné zpracování po svařování
Incoloy 825/925:Použijte plnivo ERNiFeCr-1 (INCOLOY® 65); u 925 je pro udržení pevnosti nutné rozpouštěcí žíhání a stárnutí po svařování
Zajištění kvality a testování:
ASTM A638 vyžaduje specifické testování k ověření shody:
Zkouška tahem:Podmínky ošetřené roztokem{0}}i stárnutí musí splňovat stanovené vlastnosti
Testování tvrdosti:Obvykle se provádí za stavu stáří
Nedestruktivní testování:Pro kritické aplikace může být specifikováno vyšetření ultrazvukem nebo vířivými proudy
Určení velikosti zrna:U A-286 a Incoloy 925 požadavky na velikost zrna zajišťují konzistentní mechanické vlastnosti
Pro koncové-uživatele, získávání materiálu s certifikací ASTM A638-od závodů se zavedenými systémy kvality zajišťuje sledovatelnost a shodu s průmyslovými standardy. Vzhledem k vysoké hodnotě a kritické povaze aplikací,-od leteckých spojovacích prostředků až po hlubinné nástroje pro ropná pole, jsou certifikace materiálů dokumentující tepelnou analýzu, mechanické vlastnosti a cykly tepelného zpracování základními součástmi specifikací nákupu.
