Nodweddion superaloy sy'n seiliedig ar nicel Inconel 718
Inconel 718 - Beth yw priodweddau uwch-aloi sy'n seiliedig ar nicel - Diffiniad
Mae Inconel 718 yn superalloy sy'n seiliedig ar nicel gydag eiddo cryfder uchel a gwrthiant tymheredd uchel. Mae hefyd yn dangos amddiffyniad sylweddol rhag cyrydiad ac ocsidiad.
Superalloys - Inconel - Llafnau Tyrbin Mae superalloys neu aloion perfformiad uchel yn aloion anfferrus sy'n arddangos cryfder rhagorol a sefydlogrwydd arwyneb ar dymheredd uchel. Eu gallu i weithredu'n ddiogel ar ymdoddbwyntiau uwch (hyd at 85% o'r pwynt toddi (T m ) mewn graddau Kelvin, 0.85) yw eu priodwedd allweddol. Yn nodweddiadol, defnyddir superalloys ar dymheredd uwch na 540 gradd (1000 gradd F) oherwydd bod aloion dur a thitaniwm cyffredin yn colli eu cryfder ar y tymereddau hyn, ac mae cyrydiad hefyd yn gyffredin mewn dur ar y tymereddau hyn. Ar dymheredd uchel, mae superalloys yn cynnal cryfder mecanyddol, ymwrthedd i anffurfiad ymgripiad thermol, sefydlogrwydd wyneb, a gwrthsefyll cyrydiad neu ocsidiad. Gall rhai uwch-aloi sy'n seiliedig ar nicel wrthsefyll tymereddau uwch na 1200 gradd, yn dibynnu ar gyfansoddiad yr aloi. Mae superalloys fel arfer yn cael eu castio fel crisialau sengl, ac er bod ffiniau grawn yn darparu cryfder, maent yn lleihau ymwrthedd creep.
Superalloy seiliedig ar nicel
Ar hyn o bryd mae uwch-aloi sy'n seiliedig ar nicel yn cyfrif am fwy na 50% o bwysau peiriannau awyrennau datblygedig. Mae uwch-aloi sy'n seiliedig ar nicel yn cynnwys aloion wedi'u cryfhau â hydoddiant solet ac aloion sy'n caledu oedran. Mae aloion caledu oedran yn cynnwys matrics austenitig (fcc) lle mae cyfansoddion rhyngfetelaidd Ni wedi'u gwaddodi'n gydlynol (Al, Ti) yn cael eu gwasgaru ac mae ganddyn nhw strwythur fcc. Mae uwch-aloi sy'n seiliedig ar nicel yn aloion gyda nicel fel y brif elfen aloi. Yn y ceisiadau a drafodwyd yn flaenorol, mae uwch-aloi sy'n seiliedig ar nicel yn cael ei ffafrio fel deunyddiau llafn yn hytrach na superaloys sy'n seiliedig ar cobalt neu haearn. Pwysig ar gyfer uwch-aloi sy'n seiliedig ar nicel yw eu cryfder uchel, eu gwrthiant ymgripiad a'u gwrthiant cyrydiad ar dymheredd uchel. Mae llafnau tyrbin fel arfer yn cael eu castio ar ffurf wedi'i solidoli'n gyfeiriadol neu ar ffurf grisial sengl. Defnyddir llafnau grisial sengl yn bennaf yn y rhes gyntaf o gamau tyrbin.
Fe'u datblygwyd yn wreiddiol i'w defnyddio mewn turbochargers injan piston awyrennau. Heddiw, mae'r cais mwyaf cyffredin mewn cydrannau tyrbinau awyrennau, sy'n gorfod gwrthsefyll amgylcheddau ocsideiddio difrifol a thymheredd uchel am gyfnod rhesymol o amser. Mae ceisiadau cyfredol yn cynnwys:
tyrbin nwy awyrennau
gwaith pŵer tyrbin ager
cymwysiadau meddygol
Llongau gofod a pheiriannau roced
Offer trin gwres
Gwaith Pŵer Niwclear
Nicel yw'r elfen sylfaenol o superalloys, grŵp o aloion nicel, haearn-nicel a cobalt a ddefnyddir mewn peiriannau jet. Mae gan y metelau hyn wrthwynebiad rhagorol i anffurfiad ymgripiad thermol ac maent yn cynnal eu hanystwythder, cryfder, caledwch a sefydlogrwydd dimensiwn ar dymheredd llawer uwch na deunyddiau strwythurol awyrofod eraill.
Inconel 718
Yn gyffredinol, mae Inconel yn nod masnach cofrestredig Metelau Arbennig ar gyfer y teulu o uwch-aloiau nicel-cromiwm austenitig. Mae Inconel 718 yn superalloy sy'n seiliedig ar nicel gydag eiddo cryfder uchel a gwrthiant tymheredd uchel. Mae hefyd yn dangos amddiffyniad sylweddol rhag cyrydiad ac ocsidiad. Cynyddir cryfder tymheredd uchel Inconel trwy gryfhau hydoddiant solet neu galedu dyddodiad, yn dibynnu ar yr aloi. Mae Inconel 718 yn cynnwys 55% nicel, 21% cromiwm, 6% haearn a symiau bach o fanganîs, carbon a chopr.
Mae defnyddiau cyffredin ar gyfer aloion uwch mewn awyrofod a rhai diwydiannau uwch-dechnoleg eraill. Mae'r aloi tymheredd uchel hwn yn cyfuno ymwrthedd cyrydiad â chryfder materol yn wyneb gwres eithafol ac yn perfformio'n dda yn y diwydiant niwclear. Mae rhai gweithfeydd ynni niwclear yn defnyddio uwch-aloiau nicel ar gyfer creiddiau adweithyddion, rhodenni rheoli a chydrannau tebyg. Yn y diwydiant niwclear, defnyddir uwch-aloiau cobalt isel yn arbennig (oherwydd actifadu cobalt 59 o bosibl). Gellir gwneud rhai cydrannau strwythurol o gynulliadau tanwydd niwclear, fel nozzles top a gwaelod, o uwch-aloiion fel Inconel. Mae'r grid spacer fel arfer wedi'i wneud o ddeunydd sy'n gwrthsefyll cyrydiad gyda chroestoriad amsugno niwtron thermol isel, fel arfer aloi zirconiwm (~0.18 × 10 –24 cm2). Gellir gwneud y gridiau gwahanu cyntaf ac olaf hefyd o Inconel cobalt isel, uwch-alloy sy'n ddelfrydol i'w ddefnyddio mewn amgylcheddau eithafol sy'n gwrthsefyll pwysau a gwres.
ymgripiad thermol
Mae creep, a elwir hefyd yn llif oer, yn anffurfiad parhaol sy'n cynyddu dros amser o dan lwyth neu straen cyson. Mae'n cael ei achosi gan amlygiad hirfaith i straen mecanyddol allanol mawr sy'n arwain at y terfyn cynnyrch, ac mae'n fwy difrifol mewn deunyddiau sydd wedi'u gwresogi am gyfnodau hir. Mae cyfradd anffurfiad yn swyddogaeth o eiddo materol, amser amlygiad, tymheredd amlygiad, a llwythi strwythurol cymhwysol. Mae creep yn ffenomen bwysig iawn os ydym yn defnyddio deunyddiau ar dymheredd uchel. Mae creep yn bwysig iawn yn y diwydiant pŵer ac mae o'r pwys mwyaf wrth ddylunio peiriannau jet. Ar gyfer llawer o sefyllfaoedd ymgripiad gydag oes gymharol fyr (fel llafnau tyrbin mewn awyrennau milwrol), mae amser i rwygo yn ystyriaeth ddylunio fawr. Wrth gwrs, i'w benderfynu, rhaid perfformio profion creep i'r pwynt o fethiant; gelwir y rhain yn brofion ymrithiad.
Mae llawer o ffactorau fel trylededd, gwaddod a maint grawn yn effeithio ar wrthwynebiad ymgripiad defnydd. Yn gyffredinol, mae yna dri dull cyffredinol ar gyfer atal ymgripiad metel. Un dull yw defnyddio metel â phwynt toddi uwch, ail ddull yw defnyddio deunydd â maint grawn mwy, a thrydydd dull yw defnyddio aloi. Mae gan fetelau ciwbig corff-ganolog (BCC) ymwrthedd ymgripiad gwael ar dymheredd uchel. O ganlyniad, gellir peiriannu uwch-aloi sy'n seiliedig ar Co, Ni a Fe, fel arfer aloion austenitig ciwbig wyneb-ganolog, gyda gwrthiant creep uchel ac felly maent wedi dod yn ddeunyddiau delfrydol mewn amgylcheddau tymheredd uchel.
cracio cyrydiad straen
Un o'r problemau metelegol mwyaf difrifol ac un o'r prif bryderon yn y diwydiant niwclear yw cracio cyrydiad straen (SCC). Mae cracio cyrydiad straen yn ganlyniad i gyfuniad o straen tynnol cymhwysol ac amgylchedd cyrydol, y mae'r ddau ohonynt yn angenrheidiol. Mae SCC yn fath o gyrydiad cyrydiad rhyng-gronynnog sy'n digwydd ar ffiniau grawn o dan weithred straen tynnol. Mae duroedd aloi isel yn llai agored i dduroedd aloi uchel, ond maent yn agored i SCC mewn dŵr sy'n cynnwys ïonau clorid. Fodd bynnag, nid yw aloion sy'n seiliedig ar nicel yn cael eu heffeithio gan ïonau clorid neu hydrocsid. Enghraifft o aloi sy'n seiliedig ar nicel sy'n gallu gwrthsefyll cracio cyrydiad straen yw Inconel.
Priodweddau Aloi Tymheredd Uchel - Inconel 718
Mae priodweddau materol yn eiddo dwys, sy'n golygu eu bod yn annibynnol ar fàs a gallant amrywio o le i le o fewn y system ar unrhyw adeg. Mae hanfodion gwyddor deunyddiau yn cynnwys astudio strwythur deunyddiau a'u cysylltu â'u priodweddau (mecanyddol, trydanol, ac ati). Unwaith y bydd gwyddonwyr deunyddiau yn deall y gydberthynas strwythur-eiddo hwn, gallant symud ymlaen i astudio perfformiad cymharol deunyddiau mewn cymhwysiad penodol. Prif benderfynyddion strwythur deunydd a'i briodweddau yw ei elfennau cemegol cyfansoddol a'r ffordd y caiff ei brosesu i'w ffurf derfynol.
Priodweddau Mecanyddol Aloeon Tymheredd Uchel - Inconel 718
Yn aml, dewisir deunyddiau ar gyfer cymwysiadau amrywiol oherwydd bod ganddynt gyfuniad delfrydol o briodweddau mecanyddol. Ar gyfer cymwysiadau strwythurol, mae priodweddau deunyddiau yn hollbwysig a rhaid i beirianwyr eu hystyried.
Cryfder aloion super - Inconel 718
Mewn mecaneg deunyddiau, cryfder deunydd yw ei allu i wrthsefyll llwyth cymhwysol heb fethiant neu ddadffurfiad plastig. Yn y bôn, mae cryfder deunydd yn ystyried y berthynas rhwng y llwyth allanol a roddir ar y deunydd a'r dadffurfiad neu'r newid ym maint y deunydd. Cryfder deunydd yw ei allu i wrthsefyll y llwyth cymhwysol hwn heb fethiant neu ddadffurfiad plastig.
cryfder tynnol yn y pen draw
Mae cryfder tynnol eithaf yr uwch-alloy - Inconel 718 yn dibynnu ar y broses trin gwres ond mae tua 1200 MPa.
Cryfder tynnol yn y pen draw yw'r gwerth mwyaf ar y gromlin straen-straen peirianneg. Mae hyn yn cyfateb i'r straen mwyaf y gellir ei gefnogi gan y strwythur mewn tensiwn. Cyfeirir yn aml at gryfder tynnol terfynol yn syml fel "cryfder tynnol" neu hyd yn oed "pen draw". Os caiff y straen hwn ei gymhwyso a'i gynnal, gall achosi toriad. Yn nodweddiadol, mae'r gwerth hwn yn sylweddol uwch na'r straen cynnyrch (50 i 60 y cant yn uwch na chryfder cynnyrch rhai mathau o fetelau). Pan fydd deunydd hydwyth yn cyrraedd ei gryfder eithaf, bydd yn gwddf i lawr lle mae'r ardal drawsdoriadol yn gostwng yn lleol. Nid yw'r gromlin straen-straen yn cynnwys straen uwchlaw'r cryfder eithaf. Er y gall anffurfiannau barhau i gynyddu, mae straen fel arfer yn lleihau ar ôl cyrraedd cryfder eithaf. Eiddo trwchus yw hwn; felly nid yw ei werth yn dibynnu ar faint y sbesimen. Fodd bynnag, mae'n dibynnu ar ffactorau eraill megis paratoi'r sbesimen, yr amgylchedd profi a thymheredd y deunydd. Mae cryfder tynnol eithaf yn amrywio o 50 MPa ar gyfer alwminiwm i hyd at 3000 MPa ar gyfer dur cryfder tra-uchel.
Cryfder Cynnyrch
Mae cryfder cynnyrch y superalloy - Inconel 718 yn dibynnu ar y broses trin gwres ond mae tua 1030 MPa.
Y pwynt cynnyrch yw'r pwynt ar y gromlin straen-straen sy'n nodi terfyn ymddygiad elastig a dyfodiad ymddygiad plastig. Mae cryfder cynnyrch neu straen cynnyrch yn eiddo materol a ddiffinnir fel y straen y mae'r deunydd yn dechrau dadffurfio'n blastig, a'r pwynt cnwd yw'r pwynt y mae anffurfiad aflinol (elastig + plastig) yn dechrau. Cyn y pwynt cynhyrchu, bydd y deunydd yn dadffurfio'n elastig ac yn dychwelyd i'w siâp gwreiddiol pan fydd y straen cymhwysol yn cael ei ddileu. Unwaith y rhagorir ar y pwynt cynnyrch, bydd rhywfaint o'r anffurfiad yn barhaol ac yn anghildroadwy. Mae rhai dur a deunyddiau eraill yn arddangos ymddygiad a elwir yn ffenomen pwynt cynnyrch. Mae cryfderau cynnyrch yn amrywio o 35 MPa ar gyfer alwminiwm cryfder isel i fwy na 1400 MPa ar gyfer dur cryfder uchel iawn.
Modwlws elastigedd Young
Modwlws elastigedd yr uwch-aloi yr Young - Inconel 718 yw 200 GPa.
Modwlws elastigedd Young yw'r modwlws elastigedd o dan bwysau tynnol a chywasgol yng nghyflwr elastig llinol anffurfiad un echelinol ac fel arfer caiff ei werthuso gan brofion tynnol. Pan gyrhaeddir y straen eithaf, bydd y gwrthrych yn gallu adennill ei ddimensiynau pan fydd y llwyth yn cael ei dynnu. Mae'r straen cymhwysol yn achosi'r atomau yn y grisial i symud o'u safleoedd ecwilibriwm. Mae pob atom yn cael ei ddadleoli gan yr un faint ond yn dal i gynnal eu geometreg cymharol. Pan fydd y straen yn cael ei ddileu, mae pob atom yn dychwelyd i'w safleoedd gwreiddiol ac nid oes unrhyw anffurfiad parhaol yn digwydd. Yn ôl cyfraith Hooke, mae straen yn gymesur â straen (yn y rhanbarth elastig) a'r llethr yw modwlws Young. Mae modwlws Young yn hafal i straen hydredol wedi'i rannu â straen.
Caledwch uwch-aloi - Inconel 718
Mae caledwch Brinell yr uwch-aloi - Inconel 718 yn dibynnu ar y broses trin â gwres ond mae tua 330 MPa.
Mewn gwyddoniaeth deunyddiau, caledwch yw'r gallu i wrthsefyll mewnoliad arwyneb (anffurfiad plastig lleol) a chrafu. Efallai mai caledwch yw'r eiddo deunydd lleiaf wedi'i ddiffinio'n dda, oherwydd gall gynrychioli ymwrthedd i grafu, sgraffinio, mewnoliad neu hyd yn oed ymwrthedd i ffurfio neu ddadffurfiad plastig lleol. O safbwynt peirianneg, mae caledwch yn bwysig oherwydd bod ymwrthedd gwisgo i ffrithiant neu ymosodiad gan stêm, olew a dŵr yn gyffredinol yn cynyddu gyda chaledwch cynyddol.
Prawf caledwch Brinell yw un o'r profion caledwch mewnoliad sydd wedi'i ddatblygu ar gyfer profi caledwch. Ym mhrawf Brinell, mae indenter sfferig caled yn cael ei wasgu i'r wyneb metel i'w brofi o dan lwyth penodol. Mae profion nodweddiadol yn defnyddio pêl ddur caled 10 mm (0.39 modfedd) o ddiamedr fel y mewnolydd gyda grym o 3,000 kgf (29.42 kN; 6,614 lb). Mae'r llwyth yn aros yn gyson am amser penodol (rhwng 10 a 30 eiliad). Ar gyfer deunyddiau meddalach, defnyddiwch lai o rym; ar gyfer deunyddiau anoddach, defnyddiwch peli carbid twngsten yn lle peli dur.
Mae'r prawf hwn yn darparu canlyniadau rhifiadol i fesur caledwch deunydd, wedi'i fynegi fel Rhif Caledwch Brinell - HB. Dynodir gwerthoedd caledwch Brinell yn HBW gan y safonau profi a ddefnyddir amlaf (ASTM E10-14[2] ac ISO 6506–1:2005) (H o galedwch, B o galedwch Brinell, ac W o'r deunydd indenter twngsten ( twngsten) pethau carbide). Mewn safonau blaenorol, defnyddiwyd HB neu HBS i gyfeirio at fesuriadau a wnaed gyda indenter dur.
Rhif caledwch Brinell (HB) yw'r llwyth wedi'i rannu ag arwynebedd arwyneb y mewnoliad. Mae diamedr yr argraff yn cael ei fesur gan ddefnyddio microsgop gyda graddfa arosodedig. Mae gwerth caledwch Brinell yn cael ei gyfrifo gan y fformiwla ganlynol:
Mae yna nifer o ddulliau prawf a ddefnyddir yn gyffredin (fel Brinell, Knoop, Vickers, a Rockwell). Mae tablau ar gael sy'n cydberthyn gwerthoedd caledwch o wahanol ddulliau prawf lle mae cydberthynas yn berthnasol. Ym mhob graddfa, mae gwerthoedd caledwch uchel yn cynrychioli metelau caled.
Priodweddau Thermol Aloeon Tymheredd Uchel - Inconel 718
Mae priodweddau thermol defnydd yn cyfeirio at ei ymateb i newidiadau mewn tymheredd a chymhwysiad gwres. Pan fydd solid yn amsugno egni ar ffurf gwres, mae ei dymheredd yn cynyddu ac mae ei faint yn cynyddu. Ond mae gwahanol ddeunyddiau yn ymateb yn wahanol i wresogi.
Mae cynhwysedd gwres, ehangiad thermol, a dargludedd thermol yn briodweddau sy'n aml yn hanfodol wrth ddefnyddio solidau yn ymarferol.
Aloi Tymheredd Uchel ymdoddbwynt - Inconel 718
Pwynt toddi uwch-aloi - Mae gan ddur Inconel 718 bwynt toddi o tua 1400 gradd.
Yn gyffredinol, toddi yw newid cam sylwedd o gyfnod solet i gyfnod hylif. Pwynt toddi sylwedd yw'r tymheredd y mae'r newid cam hwn yn digwydd. Mae pwynt toddi hefyd yn diffinio'r amodau y gall solidau a hylifau fodoli o danynt mewn ecwilibriwm.
Dargludedd Thermol Aloion Tymheredd Uchel - Inconel 718
Aloi tymheredd uchel - Mae gan Inconel 718 ddargludedd thermol o 6.5 W / (mK).
Mae priodweddau trosglwyddo gwres deunyddiau solet yn cael eu mesur gan briodwedd o'r enw dargludedd thermol k (neu λ), mewn unedau o W/mK. Mae'n fesur o allu sylwedd i drosglwyddo gwres trwy ddefnydd trwy ddargludiad. Sylwch fod cyfraith Fourier yn berthnasol i bob mater waeth beth fo'i gyflwr (solid, hylif neu nwy), felly mae hefyd yn berthnasol i hylifau a nwyon.
