Rèn hợp kim nhiệt độ cao cho tua bin khí: Cấp vật liệu và yêu cầu chất lượng

Một đĩa tuabin khí quay hàng chục triệu chu kỳ ở nhiệt độ có thể làm mềm thép thông thường. Bộ phận này chỉ tốt bằng hợp kim và quan trọng không kém là quá trình rèn, xử lý nhiệt và kiểm tra đằng sau nó.

Hướng dẫn này đề cập đến các loại siêu hợp kim niken được sử dụng để rèn tuabin -Inconel 718, Waspaloy, Rene 41, X-750, 706, 625 và Hastelloy X - và các yêu cầu về chất lượng (cấp ASTM và AMS, khả năng giảm rèn, dòng chảy hạt, NDT và truy xuất nguồn gốc) tách biệt rèn hàng không vũ trụ với thanh trông giống nhau.

Tại sao vật rèn được chọn thay vì vật đúc hoặc tấm cho các bộ phận quay của tuabin?

Đĩa hoặc trục tuabin rèn được chọn vì quá trình rèn điều chỉnh dòng hạt theo đường ứng suất và cho phép kiểm tra thể tích 100% chứng minh bộ phận bên trong có âm thanh tốt - hai thứ mà quá trình đúc không thể mang lại với cùng chi phí và rủi ro đối với một bộ phận quan trọng về độ mỏi.

Đĩa tuabin là một khối quay có độ mỏi ở chu kỳ thấp từ mỗi lần dừng khởi động, độ mỏi ở chu kỳ cao do đi qua cánh quạt và tải ly tâm ổn định. Việc đúc có thể tái tạo một hình dạng phức tạp gần lưới, nhưng hạt thô, cân bằng và độ xốp co ngót của nó là những điểm yếu gây ra mỏi và khả năng kiểm tra siêu âm. Việc rèn khuôn mở và rèn khuôn kín phá vỡ cấu trúc đuôi gai đúc, tinh chỉnh hạt và - thông qua biến dạng được kiểm soát - điều khiển dòng hạt xung quanh vành và lỗ khoan ở nơi ứng suất cao nhất. Cấu trúc hạt đã hoạt động đó cũng là điều làm cho thử nghiệm siêu âm tiếp theo trở nên có ý nghĩa: việc rèn sạch sẽ mang lại dấu vết UT rõ ràng, dễ đọc.

Tấm hoặc thanh được cắt thành hình sẽ mất cả hai số lượng: thớ chạy thẳng qua mặt cắt thay vì đi theo đường viền và vật liệu không được gia công theo cách rèn. Đối với phần cứng tĩnh, chịu ứng suất thấp hơn như vỏ và ống dẫn, tấm và tấm vẫn phổ biến - xem ghi chú của chúng tôi vềHastelloy XVàInconel 625ở phần nóng.

Những siêu hợp kim niken nào được sử dụng để rèn tuabin khí?

Nhóm rèn tuabin được chia thành các hợp kim đĩa/trục được tôi cứng kết tủa (Inconel 718, Waspaloy, Rene 41, X-750, 706, Incoloy 901) và các hợp kim vỏ/buồng đốt dung dịch rắn (Inconel 625, Hastelloy X) - mỗi hợp kim phù hợp với một dải nhiệt độ và một bộ phận.

Các bộ phận quay cần độ bền cao ở nhiệt độ sử dụng hợp kim niken cứng kết tủa gamma-prime (gamma') hoặc gamma-double-prime (gamma''). Các bộ phận kết cấu và phần nóng cần khả năng định hình, khả năng chống oxy hóa và độ bền vừa phải sẽ sử dụng hợp kim dung dịch rắn. Bảng này nhóm các cấp độ rèn phổ biến theo công việc họ làm.

Các loại rèn siêu hợp kim niken được sử dụng trong tua bin khí

Điều gì làm cho Inconel 718 trở thành hợp kim đĩa tua-bin đặc biệt?

Inconel 718 giành được vị trí của mình vì kết tủa gamma-kép nguyên tố mang lại độ bền rất cao nhưng hình thành chậm, do đó, hợp kim hàn không bị nứt do lão hóa và có độ tuổi đồng đều qua các phần dày - chính xác là những gì một đĩa hoặc trục lớn cần.

718 là siêu hợp kim Ni-Cr-Fe-Nb-Mo, UNS N07718 (W.Nr 2,4668), với khoảng 50-55% niken, 17-21% crom, cân bằng là sắt, 4,75-5,50% niobi cộng với tantalum, 2,80-3,30% molypden, 0,65-1,15% titan và nhôm 0,20-0,80%; carbon được giới hạn ở mức 0,08%. Sức mạnh của nó chủ yếu đến từ pha nguyên tố kép gamma tứ giác tập trung vào vật thể Ni3Nb, với sự đóng góp gamma' (Ni3(Al,Ti)) nhỏ hơn. Mật độ là 8,19 g/cm3.

Trong điều kiện được xử lý và lão hóa bằng dung dịch, 718 đạt độ bền kéo tối thiểu là 1276 MPa (185 ksi) và hiệu suất 0,2% là 1034 MPa (150 ksi) với độ giãn dài ít nhất 12% (AMS 5662) và nó giữ được độ bền hữu ích từ nhiệt độ đông lạnh lên đến khoảng 650 C (1200 F) liên tục, với khả năng ngắn hạn lên tới 700 C (1290 F). Trên khoảng 700 C, gamma-double-prime thô lại và chuyển sang pha delta không mạch lạc và hợp kim mất đi ưu điểm của nó.

Dữ liệu rèn Inconel 718 (UNS N07718, tới AMS 5662 / ASTM B637)

Bởi vì lượng mưa gamma-kép nguyên tố chậm nên 718 có thể được hàn trong điều kiện xử lý bằng dung dịch và già đi sau đó mà không bị nứt do tuổi biến dạng như ảnh hưởng đến các hợp kim gamma-prime như Waspaloy và Rene 41. Khả năng hàn đó, cộng với phản ứng xuyên suốt đồng đều, là lý do tại sao 718 được chỉ định từ phần cứng đầu giếng đến máy bơm phản lực tên lửa và tất nhiên là cả đĩa và trục tuabin. Xem của chúng tôiTính chất vật liệu Inconel 718trang vàInconel 718 trong ngành hàng không vũ trụđể biết thêm.

Khi nào Waspaloy là lựa chọn tốt hơn 718 cho đĩa và trục?

Chọn Waspaloy (UNS N07001) khi bộ phận chạy trên khoảng 620-650 C và cần tuổi thọ khi bị đứt mà 718 không thể cung cấp; chọn 718 khi bạn cần độ bền nhiệt độ phòng cao nhất và khả năng hàn dễ dàng dưới khoảng 650 C.

Waspaloy là siêu hợp kim niken-crom-coban, được tăng cường gamma-prime: khoảng 58% niken, 18-21% crom, 12-15% coban, 3,5-5,0% molypden, 2,75-3,25% titan và 1,20-1,60% nhôm, với hàm lượng sắt giới hạn ở mức 2%. Coban và molypden tạo độ bền cho dung dịch rắn; titan và nhôm kết tủa gamma-prime Ni3(Al,Ti) có độ bền nhiệt độ cao. Gamma-Prime ổn định hơn nhiều so với gamma-double-Prime tăng cường sức mạnh cho 718, vì vậy Waspaloy duy trì độ bền hữu ích ở khoảng 650 C (1200 F) trong các bộ phận quay và khoảng 870 C (1600 F) trong các bộ phận tĩnh có ứng suất thấp hơn, và độ bền khi rão của nó vượt qua 718 trên khoảng 620-650 C.

Giao dịch có hai mặt. Độ bền kéo tối thiểu theo tuổi của Waspaloy là khoảng 1441 MPa (209 ksi) với hiệu suất 0,2% khoảng 1076 MPa (156 ksi) - thấp hơn 718 ở nhiệt độ phòng - và gamma-prime của nó khiến nó dễ bị nứt do tuổi biến dạng, do đó việc hàn khó hơn. Xử lý nhiệt ba giai đoạn điển hình là dung dịch ở nhiệt độ khoảng 1080 C (1975 F) trong 4 giờ, làm mát bằng không khí; ổn định ở khoảng 845 C (1550 F) trong 4 giờ, làm mát bằng không khí; sau đó ủ ở nhiệt độ khoảng 760 C (1400 F) trong 16 giờ, làm mát bằng không khí (xác minh chu trình chính xác đối với việc giải phóng AMS chủ đạo). Thông số kỹ thuật là dòng ASTM B637 và AMS 5704/5706/5708.

Inconel 718 vs Waspaloy để rèn tuabin

Hợp kim dung dịch rắn phục vụ phần nóng như thế nào?

Inconel 625 và Hastelloy X không được làm cứng theo thời gian, vì vậy chúng đánh đổi độ bền tối đa để lấy khả năng định hình và khả năng chống oxy hóa/ăn mòn - đó chính xác là những gì vỏ, vòng đệm, vòng đệm và phần cứng của buồng đốt cần.

Việc tăng cường dung dịch rắn đến từ molypden, niobi và crom hòa tan chứ không phải là pha kết tủa, vì vậy các hợp kim này vẫn dẻo và có thể hàn được và có thể được tạo thành các hình dạng lớn hoặc mỏng. Inconel 625 (UNS N06625: Cân bằng Ni, 20-23% Cr, 8-10% Mo, 3,15-4,15% Nb) là lựa chọn tiêu chuẩn cho vỏ, vòng, vòng đệm và ống dẫn lên đến khoảng 650 C, và khả năng chống rỗ clorua của nó là một điểm cộng trong các tuabin hàng hải và ngoài khơi.

Hastelloy X (UNS N06002: Cân bằng Ni, 20,5-23% Cr, 17-20% Fe, 8-10% Mo, 0,2-1,0% W) mang theo bộ đốt: ống lót, ống chuyển tiếp và phần cứng đốt sau trong đó khả năng chống oxy hóa ở khoảng 870 C (1600 F) quan trọng hơn độ bền. Vật liệu rèn và vật rèn của cả hai đều được bảo đảm theo tiêu chuẩn ASTM B564; xem các trang rèn Inconel 625 B564 và Hastelloy X của chúng tôi.

Ngoài niken: khi tuabin cần khả năng chống oxy hóa trên khoảng 900 C, các hợp kim gốc coban như UNS R30188 (coban-niken-crom-vonfram với lanthanum) mở rộng khả năng sử dụng lên tới 980 C (1800 F) cho buồng đốt và ống lót chuyển tiếp. Chúng được cung cấp theo yêu cầu chứ không phải là loại hàng tồn kho tiêu chuẩn.

Giới hạn nhiệt độ nào áp dụng cho từng hợp kim trong dịch vụ tuabin?

'Nhiệt độ sử dụng' của quá trình rèn tuabin không phải là một con số - nó là mức thấp hơn trong giới hạn độ bền của hợp kim ở ứng suất và giới hạn oxy hóa của thành phần, đồng thời nó chênh lệch hàng chục đến hàng trăm độ giữa các bộ phận quay và bộ phận tĩnh.

Sử dụng bảng làm hướng dẫn lập kế hoạch chứ không phải giá trị thiết kế. Giới hạn điều chỉnh đối với bộ phận quay bị ứng suất là độ bền đứt từ biến ở ứng suất làm việc; đối với lớp lót buồng đốt tải nhẹ thì đó là quá trình oxy hóa. Luôn xác nhận ứng suất cho phép dựa trên bảng dữ liệu ASME hoặc OEM hiện tại để biết điều kiện chính xác.

Giới hạn nhiệt độ liên tục và ngắn hạn đối với hợp kim rèn tuabin

Kết tủa tăng cường khác nhau như thế nào giữa hợp kim 718 và gamma-prime?

718 được tăng cường bởi gamma-double-prime (Ni3Nb), hình thành chậm và cho khả năng hàn tốt; Waspaloy, Rene 41 và X-750 được tăng cường bởi gamma-prime (Ni3(Al,Ti)), ổn định nhiệt độ hơn nhưng khiến việc hàn và sửa chữa khó khăn hơn.

Gamma-double-Prime là một pha tứ giác lấy cơ thể làm trung tâm. Bởi vì nó tạo mầm và phát triển chậm nên vật rèn 718 có thể được hàn trong điều kiện xử lý bằng dung dịch mềm và sau đó được lão hóa đến cường độ tối đa mà không bị nứt giữa các hạt mà hợp kim gamma-prime gặp phải trong quá trình lão hóa sau hàn (nứt do tuổi biến dạng). Ngược lại, gamma-prime kết hợp và cực kỳ ổn định ở nhiệt độ, đó là lý do tại sao hợp kim gamma-prime tồn tại lâu hơn 718 khi bị rão và đứt trên khoảng 620-650 C - nhưng cửa sổ hàn của chúng hẹp và việc sửa chữa cần kiểm soát nhiệt cẩn thận. Loại kết tủa, chứ không phải hàm lượng niken, mới là yếu tố quyết định cả mức trần nhiệt độ và quy trình chế tạo.

Quá trình rèn nào biến phôi thành đĩa tuabin?

Đĩa tuabin được chế tạo bằng cách rèn khuôn hở hoặc khuôn kín (thường là rèn đẳng nhiệt 718) từ phôi thép được nấu chảy lại, với nhiệt độ rèn được chọn dưới nhiệt độ delta solvus đối với hạt mịn hoặc cao hơn nhiệt độ đó đối với hạt thô - một sự lựa chọn có chủ ý, không phải ngẫu nhiên.

Điểm bắt đầu là phôi VIM+ESR (hoặc VIM+ESR+VAR tan chảy ba lần) có tính chất hóa học và độ sạch được ghi nhận dưới nhiệt độ. Phôi được gia nhiệt và gia công - khuôn mở cho vòng, khối và phôi; rèn khuôn kín (và ngày càng đẳng nhiệt) cho các đĩa gần lưới giúp giảm thiểu khối lượng gia công. Đối với 718 cửa sổ rèn là khoảng 950-1150 C (1750-2100 F); đĩa tuabin thường được rèn ở nhiệt độ gần 1000-1025 C.

Một điều khiển quan trọng là rèn sub-solvus và rèn super-solvus. Việc rèn bên dưới solvus delta (Ni3Nb) mang lại cấu trúc hạt mịn, kết tinh lại với độ bền, độ dẻo cao và tuổi thọ chu kỳ mỏi thấp - sự lựa chọn cho hầu hết 718 đĩa. Việc rèn phía trên lớp solvus tạo ra cấu trúc hạt thô giúp đánh đổi một số độ bền để có tuổi thọ từ biến/vỡ tốt hơn và tốc độ phát triển vết nứt do mỏi lâu hơn, được sử dụng khi từ biến dài hạn chi phối. Kích thước hạt mà quy trình đặt ra sau đó được xác minh theo tiêu chuẩn ASTM E112 và là một phần trong hồ sơ nghiệm thu của quá trình rèn.

Tỷ lệ mua để bay là yếu tố điều khiển chi phí thầm lặng. Đĩa 718 đẳng nhiệt chính xác có thể có tỷ lệ mua để bay gần 1,3: 1 (ít phế liệu), trong khi khuôn phôi mở lớn có thể bắt đầu ở tỷ lệ 4: 1 trở lên của phôi được gia công đi. Siêu hợp kim thô mà bạn trả tiền nhưng không bao giờ bay chiếm một phần lớn trong giá của bộ phận đó - đó là lý do tại sao việc rèn gần lưới và HIP bằng vật liệu cao cấp đáng để theo đuổi.

Tỷ lệ giảm và yêu cầu về dòng chảy hạt mà việc rèn tuabin cần là gì?

Tỷ lệ giảm rèn tối thiểu khoảng 4:1 là điển hình, tăng lên 6:1-8:1 đối với các bộ phận quay và dòng hạt phải tuân theo đường viền của bộ phận - cả hai đều được xác minh, không được giả định.

Tỉ số thu nhỏ là tỉ số giữa mặt cắt đầu và mặt cắt hoàn thiện. Nó phải đủ cao để đóng kín độ xốp của vật đúc và phá vỡ cấu trúc đuôi gai của phôi; mức tối thiểu chung là 4:1 và các bộ phận quay trong ngành hàng không vũ trụ thường được chỉ định ở mức 6:1 đến 8:1. Nhưng chỉ giảm thiểu thôi thì chưa đủ: hướng gia công phải đưa dòng hạt dọc theo đường ứng suất. Vành đĩa chịu lực căng vòng phải thể hiện dòng hạt theo chu vi; một trục bị xoắn và uốn sẽ thể hiện dòng chảy dọc trục. Một macroetch (xem bên dưới) là bằng chứng.

• Mức giảm tối thiểu: điển hình khoảng 4:1; 6:1-8:1 cho đĩa và trục quay.
• Dòng hạt: phải đi theo đường viền của bộ phận, không chạy thẳng qua nó.
• Cấu trúc đuôi gai: bị phá vỡ hoàn toàn, không có sự phân chia hoặc dải ở đường trung tâm.
• Kích thước hạt: được kiểm soát và xác minh theo yêu cầu quản lý của ASTM E112.
• Rèn đa hướng: được sử dụng cho các hình dạng phức tạp để căn chỉnh dòng chảy theo nhiều hướng.

Những phương pháp xử lý nhiệt nào được chỉ định cho việc rèn tuabin được làm cứng bằng kết tủa?

Các vật liệu rèn tuabin được làm cứng bằng kết tủa được cung cấp xử lý bằng dung dịch (và, đối với hợp kim dạng đĩa, được lão hóa gấp đôi theo chu trình AMS/B637); nhiệt độ và mức giữ chính xác được ghi vào thông số kỹ thuật mua hàng và ghi lại trên biểu đồ xử lý nhiệt.

718 thường được cung cấp dung dịch được xử lý ở 925-1010 C (1700-1850 F), làm mát bằng không khí hoặc nhanh hơn, sau đó được ủ hai lần: 720 C (1325 F) trong 8 giờ, làm nguội lò đến 620 C (1150 F) và giữ trong tổng cộng 18 giờ, sau đó làm mát bằng không khí. Waspaloy sử dụng trình tự tuổi ổn định giải pháp như mô tả ở trên. Chu trình của lò xử lý nhiệt được lập biểu đồ và lưu giữ như một phần của hồ sơ chất lượng, đồng thời các quy trình đặc biệt như xử lý nhiệt dự kiến ​​sẽ mang lại chứng nhận NADCAP cho các bộ phận quan trọng của chuyến bay. Quá trình lão hóa hoặc giải pháp ngoài cửa sổ có thể làm thay đổi kích thước hạt và phân phối kết tủa đủ để thất bại trong các thử nghiệm cơ học, do đó không thể thương lượng được chu trình.

Thông số kỹ thuật nào của ASTM và AMS chi phối các sản phẩm rèn này?

ASTM B637 quản lý các thanh hợp kim niken làm cứng kết tủa, vật rèn và vật liệu rèn (718, X-750, 706, Waspaloy và tương tự); ASTM B564 chi phối dòng rèn hợp kim niken rộng hơn (625, 600, 825, X-750, 718, C-276 và các loại khác). AMS công bố tên chi tiết thử nghiệm và xử lý nhiệt chính xác.

Chỉ chỉ định loại ASTM là không đủ - bản phát hành AMS hoặc OEM quyết định nhiệt độ, chu trình xử lý nhiệt và các thử nghiệm chấp nhận. Các bản phát hành được sử dụng nhiều nhất để rèn tuabin được liệt kê dưới đây; Các trang mặt bích Inconel 718 ASTM B637 và Inconel 718 B564 của chúng tôi có chi tiết về cấp độ.

Thông số kỹ thuật chính của vật liệu rèn hợp kim tuabin khí

Thử nghiệm không phá hủy nào là bắt buộc đối với việc rèn tuabin?

Quá trình rèn tuabin bay hoặc sử dụng năng lượng quan trọng được kiểm tra siêu âm thể tích 100%, kiểm tra độ thẩm thấu bề mặt hoặc hạt từ tính và một macroetch để chứng minh dòng hạt - mỗi loại thuộc một loại chấp nhận được đặt tên.

Không có thử nghiệm đơn lẻ nào có thể nhìn thấy tất cả mọi thứ: bề mặt sạch không chứng tỏ độ bền bên trong và UT sạch không chứng tỏ nguyên liệu gia công hoặc tình trạng bề mặt. Ba lớp bổ sung cho nhau. Bảng này sắp xếp từng thử nghiệm theo tiêu chuẩn thông thường của nó đối với vật rèn siêu hợp kim.

Ngăn thử nghiệm không phá hủy để rèn tuabin

Việc kiểm tra bề mặt đạt không xác định được độ bền bên trong và UT đạt không xác định được phôi gia công. Báo giá rẻ nhất thường là báo giá bỏ qua việc kiểm tra có thể phát hiện ra khiếm khuyết mà giá đã che giấu - vì vậy hãy đặt tên cho loại chấp nhận, không chỉ là 'Đã thử nghiệm UT'.

Dòng chảy của hạt được xác minh như thế nào và tại sao nó lại gây ra hiện tượng mỏi?

Dòng chảy hạt được xác minh bằng một macroetch của một phần đại diện và nó quan trọng vì các vết nứt mỏi đi theo con đường có ít lực cản nhất - dòng hạt theo đường viền sẽ đẩy các vết nứt ra khỏi bề mặt ứng suất cao.

Một macroetch (ASTM E381 để rèn, nói chung là ASTM E340) hòa tan một mặt cắt ngang đã chuẩn bị sẵn để lộ ra mẫu hạt bị biến dạng. Báo cáo cho biết liệu các đường dòng có quấn quanh vành đĩa, chạy dọc trục hay cắt thẳng qua một bộ phận quan trọng hay không. Khi dòng chảy bị gián đoạn hoặc chạy ngang với ứng suất thì vị trí đó sẽ trở thành ứng cử viên gây ra hiện tượng mỏi. Vì lý do này, bản vẽ rèn - không chỉ về mặt hóa học - xác định hướng dòng chảy cần thiết và macroetch là bằng chứng cho thấy quá trình rèn đáp ứng được hướng đó.

Cần thực hành nấu chảy gì để rèn siêu hợp kim chất lượng hàng không vũ trụ?

Quá trình rèn tuabin chất lượng hàng không vũ trụ bắt đầu từ quá trình nấu chảy cảm ứng chân không cộng với nấu chảy lại bằng điện xỉ (VIM+ESR) và các bộ phận quay thường được nấu chảy ba lần (VIM+ESR+VAR); lộ trình tan chảy có thể theo dõi được từ phần hoàn thiện trở lại phần nhiệt.

Nấu chảy lại là yếu tố mang lại cho siêu hợp kim sự sạch sẽ và không bị phân tách ở đường trung tâm cũng như các tạp chất dạng dây có thể tạo ra các vết nứt do mỏi. Sự nóng chảy cảm ứng chân không kiểm soát hóa học và khí hòa tan; nấu chảy lại bằng điện xỉ để tinh chỉnh cấu trúc phôi; nấu lại bằng hồ quang chân không (bước VAR trong nấu chảy ba lần) thắt chặt tính đồng nhất về thành phần dọc theo phôi. Nhiệt lượng truyền đi cùng với phôi thép, quá trình rèn và mỗi phiếu thử nghiệm, do đó, kết quả đáng ngờ có thể được truy tìm đến sự tan chảy chính xác. Tổng quan về hợp kim niken của chúng tôi bao gồm các nhóm cấp mà phương pháp nấu chảy này phục vụ.

Những khiếm khuyết nào có thể xuất hiện trong quá trình rèn siêu hợp kim và chúng được ngăn chặn như thế nào?

Các khuyết tật quan trọng trong quá trình rèn tuabin là các nếp gấp và nếp gấp, các vết nứt nhỏ ở tốc độ biến dạng, sự phân tách và tạo dải, các mảnh hydro (đốm trắng) và các tạp chất - mỗi khuyết tật đều có thể ngăn ngừa được bằng tỷ lệ giảm, kiểm soát và kiểm tra nhiệt độ.

Các siêu hợp kim không thể tha thứ: chúng giữ được độ bền ở nhiệt độ rèn, có cửa sổ làm việc hẹp và nhạy cảm với tốc độ biến dạng, do đó nhiệt độ sai hoặc gia tốc đột ngột sẽ gây ra các vết nứt vi mô. Các thỏi có thể có sự phân chia đường tâm và, trong các phần lớn, các mảnh hydro - các vết nứt nhỏ bên trong có thể tồn tại trong quá trình gia công và gây ra hỏng hóc đột ngột. Ngăn xếp phòng ngừa được thiết lập tốt.

Các khuyết tật rèn tuabin phổ biến và cách kiểm soát chúng

Những thử nghiệm đặc tính cơ học nào chứng minh việc rèn đáp ứng đặc điểm kỹ thuật?

Sự chấp nhận được chứng minh bằng các thử nghiệm độ bền kéo và độ cứng ở mức tối thiểu, cộng với hiện tượng đứt gãy hoặc từ biến và tác động theo yêu cầu của nhiệm vụ, tất cả được lấy từ vị trí và hướng phiếu giảm giá được chỉ định.

Báo cáo thử nghiệm vật liệu ghi lại các đặc tính kéo theo tiêu chuẩn ASTM E8, độ cứng theo tiêu chuẩn ASTM E18 và - đối với nhiệm vụ ở nhiệt độ cao - dữ liệu về độ đứt ứng suất hoặc độ rão theo tiêu chuẩn ASTM E139 và thường là tác động Charpy theo tiêu chuẩn ASTM E23. Quan trọng hơn, phiếu giảm giá được lấy theo hướng và từ vị trí các tên thông số kỹ thuật (thường là sự kéo dài của quá trình rèn), vì vậy các con số thể hiện bộ phận chứ không phải là một lối tắt tiện lợi. Kích thước hạt được báo cáo theo tiêu chuẩn ASTM E112 và thành phần hóa học theo nhiệt độ theo tiêu chuẩn ASTM E1473. Việc rèn đạt yêu cầu về mặt hóa học nhưng không đạt độ bền kéo định hướng sẽ bị từ chối - bài kiểm tra là bằng chứng chứ không chỉ là chứng chỉ.

• Độ bền kéo: ASTM E8 (cuối cùng, năng suất, độ giãn dài).
• Độ cứng: ASTM E18 (thường được sử dụng để xác minh xử lý nhiệt).
• Căng thẳng đứt/leo: ASTM E139 (nhiệt độ cao).
• Tác động: ASTM E23 (trường hợp nhiệt độ thấp hoặc khả năng chịu lỗi).
• Kích thước hạt: ASTM E112 (theo phiếu giảm giá).
• Hóa học: ASTM E1473/quang phổ, nhiệt.

Việc truy xuất nguồn gốc và tài liệu được xử lý như thế nào đối với việc rèn tuabin?

Việc rèn tuabin hàng không vũ trụ được chứng minh bằng giấy tờ cũng như kim loại của nó - báo cáo thử nghiệm vật liệu EN 10204 3.1 với khả năng truy nguyên số nhiệt, giấy chứng nhận tuân thủ, kiểm tra bài viết đầu tiên và hồ sơ NADCAP.

Gói tài liệu liệt kê mọi biến số có thể âm thầm làm hỏng một bộ phận: nhận dạng nguyên liệu ban đầu và lộ trình nóng chảy, trình tự biến dạng, kiểm soát nhiệt, biểu đồ xử lý nhiệt, làm thẳng, xử lý bề mặt, kết quả NDT và bằng chứng thử nghiệm. NADCAP (do Viện Đánh giá Hiệu suất quản lý) kiểm tra các quy trình đặc biệt như xử lý nhiệt và NDT theo các yêu cầu về hàng không vũ trụ và kết quả kiểm toán được công khai. Người mua tối thiểu phải mong đợi MTR, COC và báo cáo kiểm tra bài viết đầu tiên được hỗ trợ bởi các biểu đồ xử lý nhiệt và báo cáo NDT.

• Báo cáo thử nghiệm vật liệu (MTR) có khả năng truy nguyên số nhiệt - EN 10204 3.1 (3.2 có bằng chứng).
• Giấy chứng nhận hợp quy (COC).
• Kiểm tra bài viết đầu tiên (FAI) đối với thiết kế mới.
• Biểu đồ xử lý nhiệt cho thấy chu trình lò thực tế.
• Báo cáo NDT với các tiêu chí và kết quả chấp nhận.
• Chứng nhận NADCAP cho xử lý nhiệt và NDT ở những nơi quan trọng đối với chuyến bay.

Người mua nên yêu cầu những tài liệu chất lượng nào trong RFQ?

Viết cấp độ, bộ phận, đường tải, lộ trình nóng chảy, tỷ lệ giảm, hướng dòng hạt, điều kiện xử lý nhiệt, phạm vi NDT và tài liệu vào RFQ - sau đó xác minh bài viết đầu tiên trước khi đưa vào sản xuất.

Lời mời 'Rèn Inconel' mơ hồ tạo ra một thanh có vẻ đúng nhưng sau đó lại thất bại. Danh sách kiểm tra bên dưới giống với danh sách mà OEM tuabin sử dụng; nó được sao chép dưới dạng quy trình từng bước để có thể sao chép thẳng vào yêu cầu báo giá.

Bước 1. Đặt tên chính xác cho loại và quy cách sản phẩm:Đừng viết 'Inconel'. Chỉ định Inconel 718 thành AMS 5662 hoặc AMS 5663 hoặc Waspaloy thành AMS 5708 - cấp độ và thông số kỹ thuật phát hành sẽ quyết định mọi thử nghiệm tiếp theo.

Bước 2. Nêu rõ bộ phận, đường dẫn tải của nó và nhiệt độ vận hành:Mỗi phần cứng đĩa, trục, vỏ, phốt hoặc buồng đốt đều có ứng suất và nhiệt độ khác nhau; nhiệm vụ đặt ra hợp kim và hướng dòng hạt mà quá trình rèn phải tuân theo.

Bước 3. Chỉ định lộ trình tan chảy:Nêu rõ VIM+ESR cho nhiệm vụ chung hoặc VIM+ESR+VAR (nung chảy ba lần) cho các bộ phận quay và yêu cầu truy xuất nguồn gốc số nhiệt trở lại trạng thái tan chảy ban đầu.

Bước 4. Đặt tỷ lệ giảm rèn và hướng dòng hạt:Đưa ra mức giảm tối thiểu 4:1 (6:1-8:1 đối với các bộ phận quay) và đường viền mà dòng hạt phải tuân theo; đây là điều mà báo cáo macroetch phải chứng minh.

Bước 5. Xác định điều kiện xử lý nhiệt:Đặt tên cho điều kiện phân phối - giải pháp đã được xử lý hoặc giải pháp đã được xử lý và được lão hóa theo chu trình AMS/B637 - và ai thực hiện cũng như chứng nhận điều đó.

Bước 6. Đặt phạm vi NDT và lớp chấp nhận:Yêu cầu thử nghiệm siêu âm 100% theo AMS 2154 Loại AA (hoặc ASTM A388 / E2375), PT bề mặt (ASTM E165) hoặc MT (ASTM E1444) và macroetch theo tiêu chuẩn ASTM E381 / E340; đặt tên cho mức độ chấp nhận cho mỗi.

Bước 7. Yêu cầu gói tài liệu:Yêu cầu EN 10204 3.1 MTR, chứng chỉ tuân thủ, báo cáo kiểm tra bài viết đầu tiên, biểu đồ xử lý nhiệt và báo cáo NDT, với chứng nhận NADCAP cho các quy trình đặc biệt trong đó bộ phận đó quan trọng trong chuyến bay.

Làm thế nào để bạn chọn hợp kim và thông số kỹ thuật phù hợp cho một bộ phận tuabin nhất định?

Chọn hợp kim theo dải nhiệt độ và tải - 718 cho các đĩa/trục thông thường đến 650 C, Waspaloy hoặc Rene 41 khi độ leo trên 650 C chi phối, 625 hoặc Hastelloy X cho vỏ và buồng đốt - sau đó đặt tên cho loại ASTM và bản phát hành AMS, không chỉ tên thương mại.

Quyết định này là sự kết hợp ba chiều về nhiệt độ, ứng suất và khả năng chế tạo. Dưới khoảng 650 C với nhu cầu cường độ và khả năng hàn cao, 718 là mặc định. Khi nhiệt độ từ biến trên 620-650 C chi phối bộ phận quay, hãy di chuyển đến Waspaloy và đối với tấm/vật rèn chịu ứng suất nóng nhất tới Rene 41.

Vỏ, vòng, vòng đệm và ống dẫn sử dụng dung dịch rắn 625; Lớp lót buồng đốt sử dụng Hastelloy X. Sau đó, mỗi lựa chọn sẽ phân giải theo thông số kỹ thuật: 718 đến ASTM B637 / AMS 5662, Waspaloy đến ASTM B637 / AMS 5708, v.v. Các trang gia đình Inconel và Hastelloy của chúng tôi liệt kê các loại cổ phiếu đằng sau những lựa chọn này.

Hướng dẫn lựa chọn hợp kim theo bộ phận tuabin

Chi phí và thời gian thực hiện cho việc rèn tuabin siêu hợp kim là bao nhiêu?

Giá của việc rèn tuabin được xác định theo giá hợp kim, tỷ lệ mua để bay, lộ trình nấu chảy, phạm vi NDT và dụng cụ - không phải theo giá thanh mỗi kg.

Siêu hợp kim niken có giá cao hơn nhiều lần so với carbon hoặc thép không gỉ, vì vậy khối lượng bạn trả nhưng không bao giờ bay sẽ chiếm ưu thế về chi phí. Sự tan chảy ba lần, 100% lớp AA UT, macroetch và gói tài liệu đầy đủ sẽ thêm chi phí thực tế nhưng là bằng chứng cho thấy bộ phận đó đủ tiêu chuẩn. Xếp chồng thời gian từ quá trình nấu chảy phôi, gia nhiệt rèn, xử lý nhiệt và NDT, với dụng cụ khuôn kín hoặc đẳng nhiệt ở trên cùng - lên kế hoạch từ hàng tuần đến hàng tháng, lâu hơn đối với các bộ phận lớn hoặc quan trọng trong chuyến bay. Mua theo đúng thông số kỹ thuật chặt chẽ, chính xác và lộ trình gần gũi là những gì thực sự kiểm soát cả chi phí và tiến độ.

Để so sánh với thế giới sản phẩm rèn, các trang phụ kiện rèn và phụ kiện đường ống rèn ASME B16.11 của chúng tôi đề cập đến các bộ phận rèn nhỏ hơn và các trang Incoloy 800H / 800HT của chúng tôi đề cập đến các hợp kim rèn ở nhiệt độ cao được sử dụng trong các vùng ấm hơn, ứng suất thấp hơn của máy.

Câu hỏi thường gặp

Phổ biến nhất là đĩa, trục, lưỡi, vòng đệm và vòng Inconel 718; Đĩa và trục rôto Waspaloy và Rene 41 dành cho các phần nóng hơn; Lưỡi, bu lông và lò xo Inconel X-750; và vỏ, vòng và vòng đệm Inconel 625 dung dịch rắn cùng với ống lót buồng đốt Hastelloy X và ống dẫn chuyển tiếp. Xem Inconel 718 và Hastelloy X để biết chi tiết về cấp độ.

Sự khác biệt giữa Inconel 718 và Waspaloy đối với vật rèn là gì?

718 được tăng cường bằng gamma-double-prime (Ni3Nb) và mang lại độ bền ở nhiệt độ phòng cao nhất và khả năng hàn dễ dàng đến khoảng 650 C; Waspaloy là loại gamma-prime (Ni3(Al,Ti)) được tăng cường và giữ độ bền khi bị đứt trên khoảng 620-650 C, đến 870 C đối với các bộ phận tĩnh, nhưng khó hàn hơn. Cả hai đều được bao phủ bởi tiêu chuẩn ASTM B637.

Máy rèn tuabin Inconel 718 có thể chịu được nhiệt độ bao nhiêu?

Inconel 718 được sử dụng liên tục ở nhiệt độ khoảng 650 C (1200 F) và trong thời gian ngắn tới 700 C (1290 F). Trên khoảng 700 C, kết tủa gamma-kép nguyên tố thô trở nên thô hơn và chuyển sang pha delta và hợp kim mất đi ưu điểm về độ bền.

ASTM B637 bao gồm những gì?

ASTM B637 là thông số kỹ thuật dành cho các thanh hợp kim niken làm cứng kết tủa, vật rèn và vật liệu rèn cho dịch vụ nhiệt độ cao - bao gồm Inconel 718, X-750, 706 và Waspaloy. Các bản phát hành AMS đồng hành (ví dụ AMS 5662 cho 718, AMS 5708 cho Waspaloy) thiết lập chi tiết thử nghiệm và xử lý nhiệt chính xác.

ASTM B564 bao gồm những gì?

ASTM B564 bao gồm các vật liệu rèn hợp kim niken rộng rãi hơn - Inconel 625, 600 và X-750, Hastelloy X và C-276, Incoloy 825, Monel 400 và các loại khác - dành cho dịch vụ chống ăn mòn và chịu nhiệt nói chung. Đây là thông số kỹ thuật thông thường dành cho vật liệu rèn và vật rèn tuabin dung dịch rắn.

Tại sao dòng hạt lại quan trọng trong quá trình rèn đĩa tuabin?

Các vết nứt mỏi đi theo con đường có ít lực cản nhất, do đó dòng hạt đi theo đường viền của đĩa sẽ đẩy các vết nứt ra khỏi bề mặt chịu ứng suất cao. Một macroetch theo tiêu chuẩn ASTM E381 / E340 là bằng chứng cho thấy dòng chảy khớp với bản vẽ và hướng dòng chảy được chỉ định khi rèn chứ không phải giả định.

Tỷ lệ giảm nào là cần thiết cho việc rèn tuabin?

Điển hình là mức giảm rèn tối thiểu khoảng 4:1 và các bộ phận quay như đĩa và trục thường được chỉ định ở mức 6:1 đến 8:1 để phá vỡ cấu trúc đuôi gai đúc và đóng độ xốp.

Rèn sub-solvus và super-solvus là gì?

Việc rèn 718 bên dưới solvus delta (Ni3Nb) tạo ra hạt kết tinh mịn với độ bền cao và tuổi thọ chu kỳ mỏi thấp; rèn trên lớp solvus tạo ra hạt thô có tuổi thọ rão/vỡ tốt hơn và tốc độ phát triển vết nứt do mỏi lâu hơn. Sự lựa chọn là có chủ ý và kích thước hạt thu được được xác minh theo tiêu chuẩn ASTM E112.

Những thử nghiệm không phá hủy nào được yêu cầu đối với việc rèn tuabin?

Quá trình rèn quan trọng trong chuyến bay hoặc năng lượng quan trọng được kiểm tra siêu âm thể tích 100% (AMS 2154 Class AA, hoặc ASTM A388 / ASTM E2375), kiểm tra độ thẩm thấu bề mặt (ASTM E165) hoặc hạt từ tính (ASTM E1444) và macroetch (ASTM E381 / E340) để chứng minh dòng hạt. Không có bài kiểm tra đơn lẻ nào có thể nhìn thấy mọi thứ, vì vậy các lớp bổ sung cho nhau.

AMS 2154 Lớp AA là gì?

AMS 2154 là thông số kỹ thuật hàng không vũ trụ để kiểm tra siêu âm kim loại rèn; Loại AA là mức chấp nhận nghiêm ngặt nhất, được sử dụng cho các bộ phận quay cao cấp như đĩa và trục tuabin trong đó độ bền bên trong là rất quan trọng.

Phương pháp nấu chảy nào được sử dụng để rèn siêu hợp kim hàng không vũ trụ?

Quá trình rèn đạt chất lượng hàng không vũ trụ bắt đầu từ quá trình nấu chảy cảm ứng chân không cộng với nấu chảy lại bằng điện xỉ (VIM+ESR); các bộ phận quay thường được nấu chảy ba lần (VIM+ESR+VAR). Số nhiệt theo dõi phần hoàn thiện trở lại trạng thái tan chảy ban đầu.

Tại sao việc rèn siêu hợp kim lại khó rèn?

Chúng giữ được độ bền ở nhiệt độ rèn, có cửa sổ làm việc hẹp và nhạy cảm với tốc độ biến dạng, do đó nhiệt độ sai hoặc tăng tốc gây ra các vết nứt vi mô. Việc gia nhiệt, tăng tốc và giảm tốc có kiểm soát là những gì tạo nên quá trình rèn sạch.

Một lô hàng rèn tuabin nên bao gồm những tài liệu gì?

Tối thiểu phải có báo cáo thử nghiệm vật liệu EN 10204 3.1 có khả năng truy nguyên số nhiệt, giấy chứng nhận tuân thủ, kiểm tra bài viết đầu tiên, biểu đồ xử lý nhiệt và báo cáo NDT; Chứng nhận NADCAP được mong đợi cho các quy trình đặc biệt quan trọng đối với chuyến bay.

Inconel 718 có hàn được không?

Có - tốt hơn hầu hết các siêu hợp kim có độ bền cao. Kết tủa gamma-nguyên tố kép của nó hình thành chậm, vì vậy 718 có thể được hàn trong điều kiện xử lý bằng dung dịch và già đi sau đó mà không bị nứt do tuổi biến dạng như ảnh hưởng đến các hợp kim gamma-nguyên tố như Waspaloy và Rene 41.

Hastelloy X có thể được rèn cho các bộ phận tuabin không?

Đúng. Hastelloy X (UNS N06002) được rèn cho ống lót buồng đốt, ống chuyển tiếp, vòng và phần cứng đốt sau trong đó khả năng chống oxy hóa ở khoảng 870 C (1600 F) quan trọng hơn cường độ cực đại. Vật rèn được bao phủ bởi tiêu chuẩn ASTM B564; xem Hastelloy X.

Tỷ lệ mua trên chuyến bay là gì và tại sao nó lại quan trọng?

Mua để bay là tỷ lệ giữa khối lượng phôi thô và khối lượng thành phẩm. Quá trình rèn đẳng nhiệt gần ròng của 718 có thể đạt khoảng 1,3:1, trong khi phôi khuôn mở lớn có thể bắt đầu trên 4:1; siêu hợp kim mà bạn trả tiền nhưng không bao giờ bay chiếm một phần lớn chi phí của bộ phận đó, vì vậy, các tuyến đường gần lưới và HIP của vật liệu cao cấp rất đáng để theo đuổi.

Quá trình rèn tuabin siêu hợp kim mất bao lâu để thực hiện?

Xếp chồng thời gian từ quá trình nấu chảy phôi, gia nhiệt rèn, xử lý nhiệt và NDT, với dụng cụ khuôn kín hoặc đẳng nhiệt phía trên - thường là vài tuần đến vài tháng và lâu hơn đối với các bộ phận lớn hoặc quan trọng trong chuyến bay. Một thông số kỹ thuật chặt chẽ, chính xác và một tuyến đường gần mạng là lịch trình kiểm soát.

Việc rèn tuabin có cần ép đẳng tĩnh nóng (HIP) không?

HIP được sử dụng trên các vật rèn cao cấp và các hình dạng gần như lưới để đóng độ xốp bên trong cũng như cải thiện độ mỏi và khả năng kiểm tra, đồng thời thường dùng cho các bộ phận quay quan trọng; liệu nó có được yêu cầu hay không sẽ được quyết định bởi thông số kỹ thuật mua hàng và loại chấp nhận NDT.