Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Круглый пруток Inconel 718

Инконель является зарегистрированным товарным знаком компании Special Metals Corporation для семьи из аустенитного никеля - хром - жаропрочные . [1]

Сплавы Inconel - это устойчивые к окислению и коррозии материалы, хорошо подходящие для работы в экстремальных условиях, подверженных давлению и высокой температуре. При нагревании Inconel образует толстый, стабильный, пассивирующий оксидный слой, защищающий поверхность от дальнейшего воздействия. Инконель сохраняет прочность в широком диапазоне температур, что делает его привлекательным для высокотемпературных применений, когда алюминий и сталь будут подвержены ползучести из-за термически индуцированных кристаллических вакансий. Высокотемпературная прочность инконеля достигается за счет упрочнения твердого раствора или дисперсионного твердения , в зависимости от сплава. [2] [3]

Сплавы инконель обычно используются при высоких температурах. Общие торговые наименования для

  • Сплав Inconel 625 включает: Inconel 625 , Chronin 625, Altemp 625, Haynes 625, Nickelvac 625 и Nicrofer 6020. [4]
  • Сплав Inconel 600 включает: NA14, N06600, BS3076, 2.4816, NiCr15Fe (FR), NiCr15Fe (EU) и NiCr15Fe8 (DE).
  • Inconel 718 включает: Nicrofer 5219, Superimphy 718, Haynes 718, Pyromet 718, Supermet 718 и Udimet 718. [5]

История [ править ]

Семейство сплавов Inconel было впервые разработано в 1940-х годах исследовательскими группами компании Wiggin Alloys ( Херефорд, Англия ; с тех пор она была приобретена корпорацией Special Metals Corporation [6] ) в поддержку разработки реактивного двигателя Whittle . [7] [ неудачная проверка ]

Конкретные данные [ править ]

СплавСолидус (° C)Ликвидус (° C)
Инконель 600 [8]13541413
Инконель 617 [9]13321377
Инконель 625 [10]12901350
Инконель 690 [11]13431377
Инконель 718 [12]12601336
Инконель Х-750 [13]13901430

Состав [ править ]

Сплавы инконеля широко различаются по своему составу, но все они преимущественно состоят из никеля с хромом в качестве второго элемента.

ИнконельЭлемент, массовая доля (%)
NiCrFeПнNb & TaCoMnCuAlTiSiCSпB
600 [14]≥72,0 [а]14,0–17,06.0–10.0Нет данных≤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
Ядерная степень 690 [17]≥5828–317–11≤0,10≤0,50≤0,50≤0,50≤0,04≤0,015
718 [2]50,0–55,017,0–21,0Баланс2,8–3,34,75–5,5≤1,0≤0,35≤0,30,2–0,80,65–1,15≤0,35≤0,08≤0,015≤0,015≤0,006
Х-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. ^ Включает кобальт

Свойства [ править ]

Сплавы Inconel - это стойкие к окислению и коррозии материалы, хорошо подходящие для работы в экстремальных условиях, подверженных высоким механическим нагрузкам. При нагревании Inconel образует толстый и стабильный пассивирующий оксидный слой, защищающий поверхность от дальнейшего воздействия. Инконель сохраняет прочность в широком диапазоне температур, что делает его привлекательным для высокотемпературных применений, когда алюминий и сталь будут поддаваться ползучести из-за термически индуцированных кристаллических вакансий (см. Уравнение Аррениуса ). Высокая термостойкость инконеля достигается за счет упрочнения твердого раствора или дисперсионного упрочнения., в зависимости от сплава. В разновидностях, способствующих старению или дисперсионному упрочнению, небольшие количества ниобия соединяются с никелем с образованием интерметаллического соединения Ni 3 Nb или двойного гамма-соединения (γ ″). Gamma prime образует небольшие кубические кристаллы, которые эффективно препятствуют скольжению и ползучести при повышенных температурах. Образование кристаллов гамма-прайма усиливается со временем, особенно после трех часов теплового воздействия 850 ° C, и продолжает расти после 72 часов воздействия. [19]

Обработка [ править ]

Инконель - это металл, который сложно формовать и обрабатывать с использованием традиционных методов холодной штамповки из-за быстрого наклепа . После первого прохода обработки наклеп имеет тенденцию к пластической деформации заготовки или инструмента при последующих проходах. По этой причине закаленные против старения инконели, такие как 718, обрабатываются с использованием агрессивного, но медленного резания твердым инструментом, что сводит к минимуму необходимое количество проходов. В качестве альтернативы, большая часть механической обработки может выполняться с заготовкой в ​​«растворенной» форме, причем только последние операции выполняются после упрочнения старением.

Наружная резьба обрабатывается на токарном станке для «одноточечной» резьбы или путем накатывания резьбы в обработанном растворе состоянии (для упрочняемых сплавов) с использованием винтового станка . Инконель 718 также может быть нарезан роликом после полного старения с использованием индукционного нагрева до 1300 ° F (700 ° C) без увеличения размера зерна. [ необходима цитата ] Отверстия с внутренней резьбой выполняются резьбонарезанием. Внутренняя резьба также может быть сформирована с использованием электроэрозионной обработки с грузилом (EDM). [ необходима цитата ]

Резка пластины часто производится гидроабразивным резаком . Новые керамические фрезы с усами также используются для обработки никелевых сплавов. Обычно они удаляют материал в восемь раз быстрее, чем фрезы из твердого сплава . Помимо этих методов, детали из инконеля также можно изготавливать путем селективного лазерного плавления .

Чаще, чем механическая обработка, водоструйная или лазерная обработка, шлифование является предпочтительным и экономичным методом формовки деталей из никелевых сплавов для придания им формы и отделки. Благодаря твердости используемых абразивов, шлифовальные круги меньше подвержены деформационному упрочнению материала и остаются острыми и прочными.

Присоединение [ править ]

Сварка некоторых сплавов Inconel (особенно семейства дисперсионно-упрочненных гамма-первичной дисперсией; например, Waspalloy и X-750) может быть затруднена из-за растрескивания и микроструктурной сегрегации легирующих элементов в зоне термического влияния . Однако несколько сплавов, таких как 625 и 718, были разработаны для решения этих проблем. Наиболее распространенными методами сварки являются дуговая сварка вольфрамовым электродом и электронно-лучевая сварка . [20]

Использует [ редактировать ]

Ракетный двигатель Астра

Инконель часто встречается в экстремальных условиях. Обычно в газотурбинных лопаток, уплотнений и камер сгорания, а также турбокомпрессора роторов и уплотнений, электрических погружных и насосных валов двигателя, высокие застежек температуры, химической обработки и сосудов высокого давления , теплообменников насосно - компрессорных труб, парогенераторов и основных компонентов в ядерной под давлением реакторы , [21] переработка природного газа с загрязнителями , такими как H 2 S и CO 2 , огнестрельными оружием звука супрессоров бластных перегородок, и Formula One , NASCAR , NHRA , иВыхлопные системы АПР, ООО . [22] [23] Он также используется в турбо-системе Mazda RX7 3-го поколения и выхлопных системах мощных мотоциклов Norton с двигателями Ванкеля, где температура выхлопных газов достигает более 1000  ° C. [24] Инконель все чаще используется в котлах мусоросжигательных заводов . [25] Совместная Европейская тора и DIII-D вакуумных сосуды токамаков выполнены из Inconel. [26] Inconel 718 обычно используется для резервуаров для хранения криогенных материалов , стволов скважин и частей устья скважины. [27]

Несколько применений инконеля в аэрокосмической отрасли включают:

  • Space Shuttle используется четыре Inconel шпильки для закрепления твердотопливных ракетных ускорителей на стартовой платформу, восемь всего шпилек поддерживают весь вес готовых покупать систему Shuttle. С внешней стороны твердотопливных ракетных ускорителей заключено восемь хрупких гаек , при запуске взрывчатка отделила гайки, освобождающие Шаттл от пусковой платформы. [ необходима цитата ]
  • North American Aviation построила обшивку североамериканского самолета с ракетным двигателем X-15 из сплава Inconel. [28]
  • Компания Rocketdyne использовала Inconel X-750 в камере тяги ракетного двигателя F-1, используемого в первой ступени ракеты-носителя Saturn V. [29]
  • SpaceX использует инконель (Inconel 718 [30] ) в коллекторе двигателей своего двигателя Merlin, который используется в ракете-носителе Falcon 9 . [31]
  • Впервые для 3D-печати полностью напечатан ракетный двигатель SpaceX SuperDraco, который обеспечивает систему эвакуации для космической капсулы Dragon V2 с экипажем . В частности, камера сгорания двигателя напечатана из инконеля с использованием процесса прямого лазерного спекания металла и работает при очень высокой температуре и давлении в камере 6900 кПа (1000 фунтов на квадратный дюйм). [32] [33] [34] [35] [36] [37]
  • SpaceX отлила коллекторы ракетных двигателей Raptor от SX300, позже SX500, которые представляют собой монокристаллический сплав никеля (улучшение по сравнению с более старыми сплавами Inconel). [38]

Инконель также используется в автомобильной промышленности:

  • Tesla использует инконель вместо стали в главном контакторе аккумуляторной батареи своей модели S, чтобы он оставался упругим при нагревании сильного тока. Tesla утверждает, что это позволяет этим модернизированным транспортным средствам безопасно увеличивать максимальную мощность блока с 1300 до 1500 ампер , что позволяет увеличить выходную мощность (ускорение), которую Тесла называет « нелепым режимом ». [32] [39]
  • Ford Motor Company использует Inconel для изготовления турбинного колеса в турбокомпрессоре своих дизельных двигателей EcoBlue, представленных в 2016 году. [40]
  • Выхлопные клапаны двигателей для дрэг-рейсинга NHRA Top Fuel и Funny Car изготовлены из инконеля. [ необходимая цитата ] Inconel также используется в производстве выпускных клапанов в высокоэффективных двигателях с турбонаддувом и двигателями Mazda Miata с наддувом (см. Flyin 'Miata).
  • С тех пор BMW использовала Inconel в выпускном коллекторе своего роскошного автомобиля BMW M5 E34 с культовым двигателем S38, выдерживающего более высокие температуры и снижающего противодавление. [ необходима цитата ]
  • Jaguar Cars установила в своем высокопроизводительном спортивном автомобиле Jaguar F-Type SVR новую легкую выхлопную систему из титана Inconel в стандартной комплектации, которая выдерживает более высокие пиковые температуры, снижает противодавление и снижает массу автомобиля на 16 кг (35 фунтов). [41]

Прокатный инконель часто использовался в качестве носителя записи для гравировки на записывающих устройствах черного ящика на самолетах. [42]

Альтернативой использованию инконеля в химической промышленности, такой как скрубберы, колонны, реакторы и трубы, являются хастеллой , углеродистая сталь, футерованная перфторалкокси (PFA), или армированный волокном пластик .

Инконель сплавы [ править ]

Сплавы инконеля включают:

  • Inconel 188: легко изготавливается для промышленных газовых турбин и аэрокосмической промышленности.
  • Inconel 230: листы и листы из сплава 230, которые в основном используются в энергетике, авиакосмической, химической промышленности и промышленном отоплении.
  • Inconel 600: усиление твердого раствора
  • Инконель 601:
  • Inconel 617: усиленный твердым раствором (никель-хром-кобальт-молибден), высокотемпературная прочность, устойчивость к коррозии и окислению, высокая обрабатываемость и свариваемость. [43] Включено в Кодекс ASME по котлам и сосудам высокого давления для высокотемпературных ядерных применений, таких как реакторы с расплавленной солью c. Апрель 2020 г. [44]
  • Инконель 625: кислотостойкий, хорошая свариваемость. Версия LCF обычно используется в сильфонах.
  • Inconel 690: низкое содержание кобальта для ядерных применений и низкое удельное сопротивление [45]
  • Inconel 713C: литейный сплав на никель-хромовой основе, упрочняемый осаждением [3]
  • Inconel 718: Gamma с двойной грунтовкой, усиленная с хорошей свариваемостью [46]
  • Inconel X-750: Обычно используется для компонентов газовых турбин, включая лопатки, уплотнения и роторы.
  • Inconel 751: повышенное содержание алюминия для повышения прочности на разрыв в диапазоне 1600 ° F [47]
  • Inconel 792: повышенное содержание алюминия для улучшения стойкости к высокотемпературной коррозии, особенно используется в газовых турбинах.
  • Инконель 907
  • Инконель 909
  • Инконель 706
  • Inconel 939: Gamma Prime усилен для улучшения свариваемости.
  • Инконель 925: Инконель 925 - нестабилизированная аустенитная нержавеющая сталь с низким содержанием углерода. [48]

При старении или дисперсионном упрочнении легирующие добавки алюминия и титана объединяются с никелем с образованием интерметаллического соединения Ni.
3(Ti, Al) или гамма-простое число (γ ′). Gamma prime образует небольшие кубические кристаллы, которые эффективно препятствуют скольжению и ползучести при повышенных температурах.

См. Также [ править ]

  • Хастеллой
  • Инколой
  • Монель
  • Нимоник
  • Стеллит

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Высокоэффективные сплавы" . Корпорация специальных металлов. Архивировано из оригинала на 2012-12-08 . Проверено 26 апреля 2010 .
  2. ^ a b Сплав INCONEL 718 , Special Metals Corporation
  3. ^ a b «Архивная копия» . Архивировано из оригинала на 2015-09-02 . Проверено 16 сентября 2015 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  4. ^ "Специальные сплавы: Инконель 625" . Архивировано из оригинала на 2009-06-05 . Проверено 26 апреля 2010 .
  5. ^ "Сплав 600 Инконель 600" . Проверено 30 июня 2018 .
  6. ^ "Special Metals Corporation: История" . Архивировано из оригинального 21 апреля 2008 года . Проверено 18 мая 2012 .
  7. ^ Джонс, Т.Л. "Турбореактивный двигатель W2B Фрэнка Уиттла: Соединенное Королевство против развития Соединенных Штатов" . EngineHistory.org . Самолеты Историческое Общество Двигатель, Inc. Архивировано из оригинала 30 марта 2016 года . Проверено 27 марта 2016 года .
  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. ^ Сплав INCONEL 600 , Special Metals Corporation
  15. ^ hightempmetals.com , Высокотемпературные металлы
  16. ^ Сплав INCONEL 625 , Special Metals Corporation
  17. ^ a b Сплав инконель 690 , Special Metals Corporation
  18. ^ Сплав INCONEL X-750 , Special Metals Corporation
  19. ^ «DoITPoMS - Полная запись» . www.doitpoms.ac.uk .
  20. ^ Присоединение (PDF) , получено 9 октября 2009 г. .
  21. ^ « Сплав Inconel 625 , Specials Metals, 2015» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 26 февраля 2009 года.
  22. ↑ Power Generation. Архивировано 14сентября2012 г. в Archive.today , Special Metals Corporation.
  23. ↑ Химическая обработка. Архивировано 2 февраля2013 г. в Archive.today , Special Metals Corporation.
  24. ^ Мотоцикл Trader.Norton Rotary Revival.Cathcart.Dec 2007.
  25. ^ Inconell - внедренный защита от коррозии Архивировано 2008-11-15 в Wayback Machine по Babcock & Wilcox Вёлунд, 2003
  26. ^ Inconel JET судно в эксплуатации с 1983 года архивации 2010-02-27 в Wayback Machine . Простая прочная конструкция.
  27. ^ Инконель Сплав , Инконель 718.
  28. ^ Роберт С. Хьюстон, Ричард П. Hallion, и Рональд Г. Бостон, РЕДАКТОРА ВВЕДЕНИЕ «Транзитный из воздуха в космос: североамериканский X-15» , гиперзвуковая революция: Практические примеры в истории гиперзвуковых технологии , военновоздушных силы Программа истории и музеев, 1998. NASA.gov.
  29. ↑ Энтони Янг, «Ракета-носитель Сатурна V: включение Аполлона в историю», Springer-Verlag, 2009.
  30. ^ ИСТОРИЯ ИНКОНЕЛЯ И СУПЕРАЛОМОВ
  31. ^ "SpaceX Falcon 9" . Отчет о космическом запуске . Проверено 13 августа 2013 .
  32. ^ a b «Недавнее« Нелепое »объявление Илона Маска намекает на усиление взаимодействия между Tesla и SpaceX - Electrek» . Электрек . Архивировано 12 сентября 2015 года.
  33. ^ Норрис, Гай (2014-05-30). "SpaceX представляет" Step Change "Dragon" V2 " " . Авиационная неделя . Проверено 30 мая 2014 .
  34. ^ Крамер, Мириам (30 мая 2014 г.). «SpaceX представляет космический корабль Dragon V2, пилотируемое космическое такси для астронавтов - встречайте Dragon V2: пилотируемое космическое такси SpaceX для поездок астронавтов» . space.com . Проверено 30 мая 2014 .
  35. ^ Бергин, Крис (30 мая 2014 г.). «SpaceX поднимает крышку на космическом корабле Dragon V2» . NASAspaceflight.com . Проверено 6 марта 2015 .
  36. ^ Фуст, Джефф (30 мая 2014 г.). «SpaceX представляет свой« космический корабль 21 века » » . NewSpace Journal . Проверено 6 марта 2015 .
  37. ^ «SpaceX запускает 3D-печатную деталь в космос, создает камеру с печатным двигателем для космического полета с экипажем» . SpaceX . Проверено 6 марта 2015 .По сравнению с традиционно литой деталью напечатанная [деталь] имеет превосходную прочность, пластичность и сопротивление разрушению при меньшем разбросе свойств материалов. ... Камера регенеративно охлаждается и напечатана из высокопрочного суперсплава Inconel. Печать камеры привела к сокращению времени выполнения заказа на порядок по сравнению с традиционной обработкой - путь от первоначальной концепции до первого горячего огня составил чуть более трех месяцев. Во время испытания горячим огнем ... двигатель SuperDraco был запущен как в профиле выхода при запуске, так и в профиле горения при посадке, успешно снижая тягу от 20% до 100%. На сегодняшний день камера была обожжена более 80 раз, при этом горячий огонь продолжался более 300 секунд.
  38. ^ Детали двигателя SpaceX Casting Raptor из сплавов Supersteel, февраль 2019 г.
  39. ^ "День трех собак" . www.teslamotors.com .
  40. ^ "Новый турбодизельный двигатель Ford EcoBlue дебютирует на фоне проблем с дизельным двигателем" . Autoblog.com. 26 апреля 2016 г.
  41. ^ "Jaguar представляет сверхвысокопроизводительный F-TYPE SVR в преддверии женевского дебюта" . www.jaguarusa.com .
  42. ^ Барретт, Брайан. "Секретный соус черного ящика самолета" .
  43. ^ "Сплав Инконель 617" (PDF) . Проверено 28 марта 2019 .
  44. ^ "КОММЕРЧЕСКИЙ СПЛАВ, КВАЛИФИЦИРОВАННЫЙ ДЛЯ НОВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ, РАСШИРЕНИЯ РАБОЧЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ЯДЕРНОЙ СИСТЕМЫ" . Национальная лаборатория штата Айдахо Министерства энергетики США . 28 апреля 2020.
  45. ^ INCONEL сплава 690 архивации 2013-11-12 в Wayback Machine , NDT ресурсный центр
  46. ^ «DMLS в алюминии, инконеле или титане - это того стоит? - Блог» . gpiprototype.com .
  47. ^ Сплав INCONEL 751 , Special Metals Corporation
  48. ^ Вишал Кумар Джайсвал «Экспериментальное исследование параметров процесса на Inconel 925 для процесса EDM с использованием метода Тагучи». Международный журнал научных исследований и разработок 6.5 (2018): 277-282. , IJSRD