Forja d'aliatges d'alta temperatura per a turbines de gas: graus de materials i requisits de qualitat

Un disc de turbina de gas gira durant desenes de milions de cicles a temperatures que estovarien l'acer normal. La peça és tan bona com l'aliatge i, igual d'important, la forja, el tractament tèrmic i la inspecció que hi ha darrere.

Aquesta guia cobreix els graus de superaliatge de níquel utilitzats per a forjats de turbines:Inconel 718, Waspaloy, Rene 41, X-750, 706, 625 i Hastelloy X - i els requisits de qualitat (qualitats ASTM i AMS, reducció de forja, flux de gra, NDT i traçabilitat) que separen una forja aeroespacial d'una barra semblant.

Per què s'escullen les forjades per sobre de les peces de fosa o la placa per a les peces giratòries de la turbina?

S'escull un disc o eix de turbina forjat perquè la forja alinea el flux de gra amb el camí de tensió i permet que una inspecció volumètrica al 100% demostri que la peça és internament sòlida: dues coses que la fosa no pot oferir el mateix cost i risc per a un component crític per a la fatiga.

Un disc de turbina és una massa giratòria que veu fatiga de cicle baix de cada arrencada i parada, fatiga de cicle alt pel pas de la paleta i càrrega centrífuga constant. La fosa pot reproduir una forma complexa a prop de la xarxa, però el seu gra gruixut i equiaxial i la possible porositat de contracció són punts febles per a la fatiga i per a la inspecció per ultrasons. La forja de matriu obert i tancat trenca l'estructura dendrítica colada, perfecciona el gra i, mitjançant una deformació controlada, dirigeix ​​el flux de gra al voltant de la vora i el forat on la tensió és més alta. Aquesta estructura de gra treballada també és el que fa que la prova d'ultrasons posterior sigui significativa: una forja neta proporciona un rastre UT net i llegible.

La planxa o la barra tallades a la forma perden en ambdós aspectes: el gra passa recte per la secció en lloc de seguir el contorn, i el material no es treballa com una forja. Per a maquinari estàtic i de menor tensió, com ara carcasses i conductes, les plaques i les làmines segueixen sent habituals; consulteu les nostres notes sobreHastelloy XiInconel 625a la secció calenta.

Quins superaliatges de níquel s'utilitzen per a les forges de turbines de gas?

La família de forja de turbines es divideix en aliatges de disc/eix endurit per precipitació (Inconel 718, Waspaloy, Rene 41, X-750, 706, Incoloy 901) i aliatges de caixa/combustió de solució sòlida (Inconel 625, Hastelloy X), cadascun d'ells combinat amb una banda de temperatura i una peça.

Les peces giratòries que necessiten una gran resistència a la temperatura utilitzen aliatges de níquel endurit per precipitació amb gamma-prime (gamma') o gamma-doble primer (gamma''). Les peces estructurals i de secció calenta que necessiten conformabilitat, resistència a l'oxidació i resistència moderada utilitzen aliatges de solució sòlida. La taula agrupa els graus comuns de forja segons la feina que fan.

Qualitats de forja de superaliatge de níquel utilitzats en turbines de gas

Què fa que l'Inconel 718 sigui l'aliatge de turbina-disc de cavall de batalla?

L'Inconel 718 es guanya el seu lloc perquè el precipitat gamma-doble primer dóna una resistència molt alta però es forma lentament, de manera que l'aliatge es solda sense esquerdes per deformació i envelleix uniformement a través de seccions gruixudes, exactament el que necessita un disc o eix gran.

718 és un superaliatge de Ni-Cr-Fe-Nb-Mo, UNS N07718 (W.Nr 2.4668), amb aproximadament un 50-55% de níquel, un 17-21% de crom, ferro com a balanç, un 4,75-5,50% de niobi més tàntal, 2,8% de mo-3,30% de tàntal. 0,65-1,15% titani i 0,20-0,80% alumini; El carboni està limitat al 0,08%. La seva força prové principalment de la fase gamma tetragonal centrada en el cos Ni3Nb, amb una contribució gamma més petita (Ni3(Al,Ti)). La densitat és de 8,19 g/cm3.

En la condició tractada amb solució i envellit, el 718 assoleix una resistència a la tracció mínima de 1276 MPa (185 ksi) i un rendiment del 0,2% de 1034 MPa (150 ksi) amb almenys un 12% d'allargament (AMS 5662) i manté una resistència útil des de temperatures criogèniques fins a aproximadament 120 0 C fins a uns 120 0 C contínues. capacitat a curt termini cap a 700 C (1290 F). Per sobre d'aproximadament 700 °C, la gamma-doble primer s'esfondra i es converteix a la fase delta incoherent i l'aliatge perd el seu avantatge.

Dades de forja Inconel 718 (UNS N07718, a AMS 5662 / ASTM B637)

Com que la precipitació gamma-doble-prime és lenta, el 718 es pot soldar en condicions de tractament amb solució i envellir després sense el trencament de l'edat de tensió que afecta els aliatges gamma-prime com Waspaloy i Rene 41. Aquesta soldabilitat, més una resposta uniforme de la secció transversal, és per això que el 718 s'especifica des de maquinari de cap de pou fins a coets, turbobombes, turbines i discos. Veure el nostrePropietats del material Inconel 718pàgina iInconel 718 en aeroespacialper a més.

Quan és Waspaloy la millor opció que el 718 per a discs i eixos?

Trieu Waspaloy (UNS N07001) quan la peça superi aproximadament 620-650 C i necessiti una vida útil per ruptura de fluència que 718 no pot oferir; trieu 718 quan necessiteu la màxima resistència a la temperatura ambient i una fàcil soldabilitat per sota d'uns 650 C.

Waspaloy és un superaliatge reforçat amb níquel-crom-cobalt, gamma-prime: al voltant d'un 58% de níquel, un 18-21% de crom, un 12-15% de cobalt, un 3,5-5,0% de molibdè, un 2,75-3,25% de titani i un 1,20% d'alumini, un 1,20% de ferro i un 1,20%. El cobalt i el molibdè donen resistència a la solució sòlida; El titani i l'alumini precipiten el Ni3(Al,Ti) gamma-prim que té resistència a alta temperatura. Gamma-prime és molt més estable que el gamma-doble-prime que enforteix 718, de manera que Waspaloy manté una força útil a uns 650 C (1200 F) en peces giratòries i a uns 870 C (1600 F) en parts estàtiques de menor tensió, i la seva resistència a la ruptura de fluència supera 718 per sobre de aproximadament 650 C.

El comerç és doble. La tracció mínima d'envelliment de Waspaloy és d'uns 1441 MPa (209 ksi) amb un rendiment del 0,2% al voltant de 1076 MPa (156 ksi) -inferior a 718 a temperatura ambient- i el seu gamma-prime fa que sigui propens a esquerdes per deformació, de manera que la soldadura és més difícil. Un tractament tèrmic típic de tres etapes és una solució a uns 1080 C (1975 F) durant 4 h, refredat a l'aire; estabilitzar a uns 845 C (1550 F) durant 4 h, refredar l'aire; A continuació, envelleix a uns 760 C (1400 F) durant 16 h, refreda l'aire (verifiqueu el cicle exacte amb l'alliberament de l'AMS). Les especificacions són ASTM B637 i les sèries AMS 5704 / 5706 / 5708.

Inconel 718 vs Waspaloy per a forja de turbina

Com serveixen els aliatges de solució sòlida a la secció calenta?

L'Inconel 625 i l'Hastelloy X no estan endurits per l'edat, de manera que intercanvien la força màxima per la conformabilitat i la resistència a l'oxidació/corrosió, que és exactament el que necessiten les carcasses, els anells, els segells i el maquinari de la combustió.

L'enfortiment de la solució sòlida prové del molibdè, el niobi i el crom dissolts en lloc d'una fase precipitada, de manera que aquests aliatges es mantenen dúctils i soldables i es poden formar en formes grans o primes. Inconel 625 (UNS N06625: Balanç de Ni, 20-23% Cr, 8-10% Mo, 3,15-4,15% Nb) és l'opció estàndard per a estoigs, anells, segells i conductes fins a uns 650 C, i la seva resistència a la perforació de clorur és un avantatge en turbines marines i offshore.

Hastelloy X (UNS N06002: Balanç de Ni, 20,5-23% Cr, 17-20% Fe, 8-10% Mo, 0,2-1,0% W) porta la combustió: revestiments, conductes de transició i maquinari de postcombustió on la resistència a l'oxidació fins a uns 870 C (1600 F) té més força. L'estoc de forja i els forjats d'ambdós estan coberts per ASTM B564; consulteu les nostres pàgines forjades Inconel 625 B564 i Hastelloy X.

Més enllà del níquel: on la turbina necessita una resistència a l'oxidació per sobre d'uns 900 C, els aliatges a base de cobalt com UNS R30188 (cobalt-níquel-crom-tungstè amb lantà) estenen el servei cap a 980 C (1800 F) per a la combustió i els revestiments de transició. Aquests es subministren a petició i no com a qualitat d'estoc estàndard.

Quins límits de temperatura s'apliquen a cada aliatge en servei de turbina?

La "temperatura de servei" d'una forja de turbina no és un nombre: és el més baix del límit de resistència de l'aliatge a la tensió i el límit d'oxidació del component, i difereix entre desenes i centenars de graus entre les peces giratòries i estàtiques.

Utilitzeu la taula com a guia de planificació, no com a valor de disseny. El límit rector per a una peça giratòria tensada és la resistència a la ruptura per fluència a la tensió de treball; per a un revestiment de combustió lleugerament carregat és oxidació. Confirmeu sempre la tensió permesa amb el full de dades ASME o OEM actual per a la condició exacta.

Límits de temperatura continus vs a curt termini per a aliatges de forja de turbines

Com difereix el precipitat d'enfortiment entre els aliatges 718 i gamma-prime?

718 està reforçat per gamma-doble primer (Ni3Nb), que es forma lentament i dóna una bona soldabilitat; Waspaloy, Rene 41 i X-750 estan reforçats per gamma-prime (Ni3(Al,Ti)), que és més estable a la temperatura, però dificulta la soldadura i la reparació.

Gamma-doble-prim és una fase tetragonal ordenada centrada en el cos. Com que es nuclea i creix lentament, es pot soldar una forja 718 en la condició tractada amb una solució suau i després envellir-se fins a la seva total resistència sense el trencament intergranular que pateixen els aliatges gamma-prime durant l'envelliment posterior a la soldadura (esquerdament per edat de tensió). Gamma-prime, per contra, és coherent i extremadament estable a la temperatura, per la qual cosa els aliatges gamma-prime perduren més de 718 en fluïdesa i ruptura per sobre d'uns 620-650 C, però les seves finestres de soldadura són estretes i les reparacions necessiten un control tèrmic acurat. El tipus de precipitat, no el contingut de níquel, és el que decideix tant el sostre de temperatura com la ruta de fabricació.

Quin procés de forja converteix una palangana en un disc de turbina?

Els discos de turbina es fabriquen mitjançant forja oberta o tancada (sovint forja isotèrmica de 718) a partir d'una palangana refosa, amb la temperatura de forja escollida per sota del delta solvus per a gra fi o per sobre d'ella per a gra gruixut, una elecció deliberada, no un accident.

El punt de partida és una palanquilla VIM+ESR (o VIM+ESR+VAR de triple fusió) la química i la neteja del qual es documenten a la calor. La palangana s'escalfa i es treballa: matriu oberta per a anells, blocs i preformes; forja de matriu tancada (i cada cop més isotèrmica) per a discos propers a la xarxa que minimitzen el stock de mecanitzat. Per al 718, la finestra de forja és d'aproximadament 950-1150 C (1750-2100 F); Els discos de turbina es forgen habitualment a prop de 1000-1025 C.

Un control clau és la forja subsolvus versus supersolvus. La forja per sota del solvus delta (Ni3Nb) dóna una estructura de gra fina i recristal·litzada amb alta resistència, ductilitat i vida de fatiga de cicle baix: l'elecció per a la majoria de discs 718. La forja per sobre del solvus dóna una estructura de gra gruixut que intercanvia una mica de força per a una millor vida de fluència/ruptura i un creixement més lent de les esquerdes per fatiga, que s'utilitza on governa la fluència a llarg termini. La mida del gra que estableix el procés es verifica posteriorment amb ASTM E112 i forma part del registre d'acceptació de la forja.

La relació de compra a vol és el factor de cost silenciós. Un disc 718 isotèrmic de precisió pot tenir una relació de compra per volar propera a 1,3:1 (poca ferralla), mentre que una gran preforma de matriu oberta pot començar a 4:1 o més de billet que es mecanitza. El superaliatge en brut pel qual pagueu però mai voleu és una gran part del preu de la peça, per això val la pena la forja gairebé neta i l'HIP de material premium.

Quina relació de reducció i requisits de flux de gra necessiten les forjades de turbina?

És típica una relació mínima de reducció de forja d'uns 4:1, que augmenta a 6:1-8:1 per a les peces giratòries, i el flux de gra ha de seguir el contorn de la peça; tots dos es verifiquen, no s'assumeixen.

La relació de reducció és la relació entre la secció transversal inicial i la secció transversal acabada. Ha de ser prou alt per tancar la porositat de la fosa i trencar l'estructura dendrítica del lingot; un mínim comú és 4:1, i les peces rotatives aeroespacials s'especifiquen amb freqüència entre 6:1 i 8:1. Però la reducció per si sola no és suficient: la direcció de treball ha de posar el flux de gra al llarg del camí de l'estrès. Una vora de disc carregada en tensió del cèrcol hauria de mostrar un flux de gra circumferencial; un eix en torsió i flexió hauria de mostrar un flux axial. Un macroetch (vegeu més avall) n'és la prova.

• Reducció mínima: aproximadament 4:1 típic; 6:1-8:1 per a discos i eixos giratoris.
• Flux de gra: ha de seguir el contorn de la peça, no travessar-la recte.
• Estructura dendrítica: totalment trencada, sense segregació ni bandes centrals.
• Mida del gra: controlada i verificada segons el requisit vigent ASTM E112.
• Forja multidireccional: s'utilitza per a formes complexes per alinear el flux en més d'una direcció.

Quins tractaments tèrmics s'especifiquen per a les forges de turbines endurides per precipitació?

Els forjats de turbines endurits per precipitació es subministren tractats amb solució (i, per als aliatges de discos, amb doble envelliment al cicle AMS/B637); les temperatures i les conservacions exactes s'escriuen a l'especificació de compra i es registren al gràfic de tractament tèrmic.

La solució 718 normalment es lliura tractada a 925-1010 C (1700-1850 F), refrigerada per aire o més ràpid, després amb doble envelliment: 720 C (1325 F) durant 8 h, forn refredat a 620 C (1150 F) i mantinguda durant un total de 18 h, després refrigerada per aire. Waspaloy utilitza una seqüència solució-estabilització-edat tal com es descriu anteriorment. El cicle del forn de tractament tèrmic es traça i es conserva com a part del registre de qualitat, i s'espera que processos especials com el tractament tèrmic tinguin l'acreditació NADCAP per a les peces crítiques per al vol. L'envelliment excessiu o una solució fora de la finestra poden moure la mida del gra i la distribució de precipitats prou com per fallar les proves mecàniques, de manera que el cicle no és negociable.

Quines especificacions ASTM i AMS regeixen aquestes forjades?

ASTM B637 regula les barres d'aliatge de níquel endurits per precipitació, peces forjades i material de forja (718, X-750, 706, Waspaloy i similars); ASTM B564 regula la família més àmplia de forja d'aliatges de níquel (625, 600, 825, X-750, 718, C-276 i altres). Les publicacions AMS nombran el tractament tèrmic exacte i el detall de la prova.

No n'hi ha prou amb especificar el grau ASTM: la versió AMS o OEM decideix el temperament, el cicle de tractament tèrmic i les proves d'acceptació. A continuació s'enumeren els llançaments més utilitzats per a forjats de turbines; les nostres pàgines de brides Inconel 718 ASTM B637 i Inconel 718 B564 porten el detall del nivell de grau.

Especificacions clau per a forjats d'aliatge de turbines de gas

Quins assaigs no destructius són obligatoris per a les forges de turbines?

Una forja de turbina crítica de vol o potència obté proves d'ultrasons 100% volumètrics, proves de penetració superficial o de partícules magnètiques i un macroetch per demostrar el flux de gra, cadascuna amb una classe d'acceptació anomenada.

Cap prova ho veu tot: una superfície neta no demostra la solidesa interna i una UT neta no demostra l'estoc de mecanitzat o l'estat de la superfície. Les tres capes són complementàries. La taula mapeja cada prova amb el seu estàndard habitual per a forjats de superaliatge.

Pila d'assaig no destructiu per a forjats de turbines

Una prova de superfície de superació no estableix la solidesa interna, i una UT de superació no estableix material de mecanitzat. La cotització més barata és sovint la que deixa de banda la inspecció que detectaria el defecte que el preu ja amaga; així que anomeneu la classe d'acceptació, no només "provat UT".

Com es verifica el flux de gra i per què és important per a la fatiga?

El flux de gra es verifica mitjançant un macrogravat d'una secció representativa, i és important perquè les esquerdes de fatiga segueixen el camí de menor resistència: un flux de gra que segueix el contorn allunya les esquerdes de la superfície d'alta tensió.

Un macroetch (ASTM E381 per a forjats, ASTM E340 en general) dissol una secció transversal preparada per revelar el patró de gra deformat. L'informe mostra si les línies de flux embolcallen la vora del disc, corren axialment al llarg d'un eix o tallen directament una característica crítica. Quan el flux s'interromp o s'executa transversalment a l'estrès, aquesta ubicació es converteix en el candidat a l'inici de la fatiga. Per aquest motiu, el dibuix de forja, no només la química, defineix la direcció del flux requerida, i el macrogravat és l'evidència que la forja la compleix.

Quina pràctica de fusió es requereix per a forjats de superaliatge de qualitat aeroespacial?

Els forjats de turbines de qualitat aeroespacial comencen a partir de la fusió per inducció al buit més la refusió d'electroescòries (VIM+ESR), i les peces rotatives solen ser de fusió triple (VIM+ESR+VAR); la ruta de fusió és traçable des de la part acabada fins a la calor.

La refusió és el que confereix a les forges de superaliatge la seva neteja i la seva llibertat de segregació de la línia central i inclusions de cordons que nuclearien esquerdes per fatiga. La fusió per inducció al buit controla la química i els gasos dissolts; la refusió d'electroescòries perfecciona l'estructura del lingot; la refusió de l'arc al buit (el pas VAR en la fusió triple) reforça la uniformitat de la composició al llarg del lingot. El nombre de calor viatja amb la palangana, la forja i cada cupó de prova, de manera que es pot rastrejar un resultat sospitós fins a la fosa exacta. La nostra visió general d'aliatge de níquel cobreix les famílies de graus a les quals serveix aquesta pràctica de fusió.

Quins defectes poden aparèixer en les forges de superaliatge i com es prevenen?

Els defectes que importen a les forges de turbines són voltes i plecs, microesquerdes de velocitat de tensió, segregació i bandes, escates d'hidrogen (taques blanques) i inclusions; cadascun es pot prevenir mitjançant la relació de reducció, el control de la temperatura i la inspecció.

Els superaliatges no perdonen: mantenen la seva resistència a la temperatura de forja, tenen una finestra de treball estreta i són sensibles a la velocitat de tensió, de manera que la temperatura incorrecta o la rampa provoquen microesquerdes. Els lingots poden portar segregació de la línia central i, en grans seccions, flocs d'hidrogen: microesquerdes internes que poden sobreviure al mecanitzat i causar una fallada sobtada. La pila de prevenció està ben establerta.

Defectes comuns de forja de turbines i els seus controls

Quines proves de propietats mecàniques demostren que una forja compleix les especificacions?

L'acceptació es demostra mitjançant proves de tracció i duresa com a mínim, a més de ruptura per tensió o fluïdesa i impacte quan el deure ho exigeix, tot extret d'una ubicació i orientació del cupó especificada.

L'informe de prova de material registra les propietats de tracció segons ASTM E8, la duresa segons ASTM E18 i, per al servei a alta temperatura, les dades de ruptura o fluïdesa per tensió segons ASTM E139 i sovint l'impacte Charpy segons ASTM E23. De manera crítica, el cupó es pren en l'orientació i des de la ubicació els noms de l'especificació (sovint una prolongació de la forja), de manera que els números representen la peça, no un retall convenient. La mida del gra s'informa a ASTM E112 i la química a la calor segons ASTM E1473. Es rebutja una forja que supera la química però falla la tracció orientada: la prova és la prova, no només el certificat.

• Tracció: ASTM E8 (últim, rendiment, allargament).
• Duresa: ASTM E18 (sovint s'utilitza per a la verificació del tractament tèrmic).
• Tensió de ruptura / fluència: ASTM E139 (deure d'alta temperatura).
• Impacte: ASTM E23 (caixos de baixa temperatura o tolerància a defectes).
• Mida del gra: ASTM E112 (específic del cupó).
• Química: ASTM E1473/spectro, a la calor.

Com es gestiona la traçabilitat i la documentació de les forges de turbines?

Una forja de turbines aeroespacials està demostrada per la seva paperassa tant com el seu metall: un informe de prova de material EN 10204 3.1 amb traçabilitat del nombre de calor, un certificat de conformitat, inspecció del primer article i registres NADCAP.

El paquet de documentació mapeja totes les variables que podrien arruïnar silenciosament una peça: identitat de l'estoc inicial i ruta de fusió, seqüència de deformació, control tèrmic, gràfics de tractament tèrmic, redreçament, condicionament de superfícies, resultats d'END i proves de proves. NADCAP (administrat pel Performance Review Institute) audita processos especials com ara el tractament tèrmic i l'END en funció dels requisits aeroespacials, i els resultats de l'auditoria són públics. Un comprador hauria d'esperar, com a mínim, un MTR, un COC i un informe d'inspecció del primer article recolzat per gràfics de tractament tèrmic i informes d'END.

• Informe d'assaig de material (MTR) amb traçabilitat del nombre de calor - EN 10204 3.1 (3.2 amb testimoni).
• Certificat de conformitat (COC).
• Inspecció del primer article (FAI) per a nous dissenys.
• Gràfics de tractament tèrmic que mostren els cicles reals del forn.
• Informes d'END amb criteris d'acceptació i resultats.
• Acreditació NADCAP per al tractament tèrmic i NDT quan el vol sigui crític.

Quins documents de qualitat hauria d'exigir el comprador a la RFQ?

Escriviu el grau, la peça, la ruta de càrrega, la ruta de fusió, la relació de reducció, la direcció del flux del gra, la condició del tractament tèrmic, l'abast de l'END i la documentació a la RFQ; després verifiqueu el primer article abans de llançar la producció.

Una vaga invitació de "forja d'Inconel" produeix una barra que sembla correcte i falla més tard. La llista de verificació següent és la mateixa que utilitza un OEM de turbina; es reprodueix com un procediment de pas perquè es pugui copiar directament en una sol·licitud de pressupost.

Pas 1. Anomena el grau exacte i l'especificació del producte:No escriviu 'Inconel'. Especifiqueu Inconel 718 a AMS 5662 o AMS 5663, o Waspaloy a AMS 5708 - la qualificació i l'especificació d'emissió decideixen cada prova posterior.

Pas 2. Indiqueu la peça, el seu recorregut de càrrega i la temperatura de funcionament:El maquinari de disc, eix, caixa, segell o combustió veuen diferents tensions i temperatures; el deure estableix l'aliatge i la direcció del flux de gra que ha de seguir la forja.

Pas 3. Especifiqueu la ruta de fusió:Indiqueu VIM+ESR per a servei general o VIM+ESR+VAR (triple fosa) per a peces giratòries i requereixi la traçabilitat del nombre de calor fins a la fosa original.

Pas 4. Establiu la relació de reducció de forja i la direcció del flux de gra:Indiqueu una reducció mínima de 4:1 (6:1-8:1 per a peces giratòries) i el contorn que ha de seguir el flux de gra; això és el que ha de demostrar l'informe de macroetch.

Pas 5. Definiu la condició de tractament tèrmic:Anomena la condició de lliurament (solució tractada o solució tractada i envellida al cicle AMS/B637) i qui la realitza i certifica.

Pas 6. Definiu l'àmbit de l'END i la classe d'acceptació:Requereix proves d'ultrasons al 100% segons AMS 2154 Classe AA (o ASTM A388 / E2375), superfície PT (ASTM E165) o MT (ASTM E1444) i un macroetch segons ASTM E381 / E340; anomena el nivell d'acceptació de cadascun.

Pas 7. Requereix el paquet de documentació:Exigiu un MTR EN 10204 3.1, un certificat de conformitat, un informe d'inspecció del primer article, gràfics de tractament tèrmic i informes d'END, amb acreditació NADCAP per a processos especials on la peça és crítica per al vol.

Com escolliu l'aliatge i les especificacions adequades per a una peça determinada de la turbina?

Trieu l'aliatge per banda de temperatura i carregueu - 718 per a discos/eixos generals fins a 650 C, Waspaloy o Rene 41 on regeix la fluència per sobre de 650 C, 625 o Hastelloy X per a les caixes i la combustió; a continuació, anomeneu el grau ASTM i la versió AMS, no només el nom comercial.

La decisió és una combinació a tres direccions de temperatura, estrès i fabricabilitat. Per sota d'uns 650 C amb necessitats d'alta resistència i soldabilitat, 718 és el valor predeterminat. Quan la fluència per sobre de 620-650 C governa una peça giratòria, moveu-vos a Waspaloy i, per a les làmines/forjades tensades més calentes, a Rene 41.

Caixes, anelles, segells i conductes utilitzen solució sòlida 625; els revestiments de combustió utilitzen Hastelloy X. Cada opció es resol a una especificació: 718 a ASTM B637 / AMS 5662, Waspaloy a ASTM B637 / AMS 5708, etc. Les nostres pàgines de la família Inconel i Hastelloy enumeren les qualificacions d'estoc darrere d'aquestes seleccions.

Guia de selecció d'aliatge per part de la turbina

Quins són els factors de cost i termini de lliurament de les forges de turbines de superaliatge?

El preu d'una forja de turbina es determina per la prima d'aliatge, la relació de compra a vol, la ruta de fusió, l'abast de l'END i les eines, no pel preu de la barra per quilogram.

Els superaliatges de níquel costen moltes vegades més que el carboni o l'acer inoxidable, de manera que la massa per la qual pagueu però no voleu domina el cost. La triple fusió, 100% classe AA UT, macroetch i un paquet de documentació complet afegeixen un cost real, però són la prova que la peça està qualificada. Piles de temps d'execució des de la fusió de billets, reescalfaments de forja, tractament tèrmic i NDT, amb matriu tancat o eines isotèrmiques a la part superior: planifiqueu durant setmanes o mesos, més temps per a peces grans o crítiques per al vol. Comprar amb una especificació ajustada i correcta i una ruta propera a la xarxa és el que realment controla tant el cost com el calendari.

Per comparar-los amb el món dels productes forjats, les nostres pàgines d'accessoris forjats i accessoris de canonades forjats ASME B16.11 cobreixen els components forjats més petits, i les nostres pàgines Incoloy 800H / 800HT cobreixen els aliatges forjats a alta temperatura utilitzats a les zones més càlides i de menor tensió de la màquina.

Preguntes freqüents

Els més habituals són els discos, eixos, fulles, segells i anelles Inconel 718; Discs i eixos de rotor Waspaloy i Rene 41 per a seccions més calentes; Inconel X-750 fulles, cargols i molles; i caixes, anells i segells d'Inconel 625 de solució sòlida més revestiments de combustió Hastelloy X i conductes de transició. Vegeu Inconel 718 i Hastelloy X per obtenir detalls de grau.

Quina diferència hi ha entre Inconel 718 i Waspaloy per a forjats?

718 està reforçat amb gamma-doble primer (Ni3Nb) i ofereix la màxima resistència a la temperatura ambient i una fàcil soldabilitat a uns 650 C; Waspaloy està reforçat amb gamma-prime (Ni3(Al,Ti)) i manté la resistència a la ruptura per fluència per sobre d'aproximadament 620-650 C, fins a 870 C per a peces estàtiques, però és més difícil de soldar. Tots dos estan coberts per ASTM B637.

Quina temperatura pot suportar una forja de turbina Inconel 718?

Inconel 718 s'utilitza contínuament a uns 650 C (1200 F) i durant períodes curts cap a 700 C (1290 F). Per sobre d'aproximadament 700 C, el precipitat gamma-doble primer s'esfondra i es converteix en fase delta i l'aliatge perd el seu avantatge de resistència.

Què cobreix ASTM B637?

ASTM B637 és l'especificació per a barres d'aliatge de níquel endurit per precipitació, peces forjades i material de forja per al servei d'alta temperatura, inclosos Inconel 718, X-750, 706 i Waspaloy. Les versions complementàries d'AMS (per exemple, AMS 5662 per a 718, AMS 5708 per a Waspaloy) estableixen el detall exacte del tractament tèrmic i de la prova.

Què cobreix ASTM B564?

ASTM B564 cobreix les peces forjades d'aliatge de níquel de manera més àmplia: Inconel 625, 600 i X-750, Hastelloy X i C-276, Incoloy 825, Monel 400 i altres, per al servei general resistent a la corrosió i a la calor. És l'especificació habitual per a les peces de forja de turbines de solució sòlida.

Per què és important el flux de gra en la forja d'un disc de turbina?

Les esquerdes de fatiga segueixen el camí de menor resistència, de manera que el flux de gra que segueix el contorn del disc allunya les esquerdes de la superfície d'alta tensió. Un macroetch segons ASTM E381 / E340 és l'evidència que el flux coincideix amb el dibuix i que la direcció del flux s'especifica a la forja, no s'assumeix.

Quina relació de reducció es necessita per a una forja de turbina?

És típica una reducció mínima de forja d'uns 4:1, i les peces giratòries com ara discos i eixos s'especifiquen habitualment entre 6:1 i 8:1 per trencar l'estructura dendrítica fosa i tancar la porositat.

Què és la forja sub-solvus versus super-solvus?

La forja 718 per sota del delta (Ni3Nb) solvus dóna un gra fi recristal·litzat amb alta resistència i bona vida de fatiga de cicle baix; La forja per sobre del solvus dóna un gra gruixut amb una millor vida de fluència/ruptura i un creixement més lent de les esquerdes per fatiga. L'elecció és deliberada i la mida del gra resultant es verifica segons ASTM E112.

Quines proves no destructives es requereixen per a les forges de turbines?

Una forja de vol o potència crítica obté proves d'ultrasons 100% volumètrics (AMS 2154 Classe AA, o ASTM A388 / ASTM E2375), proves de penetració superficial (ASTM E165) o de partícules magnètiques (ASTM E1444) i un macroetch (ASTM E381 / E340). Cap prova ho veu tot, de manera que les capes són complementàries.

Què és AMS 2154 Classe AA?

AMS 2154 és l'especificació aeroespacial per a la inspecció d'ultrasons de metall forjat; La classe AA és el seu nivell d'acceptació més estricte, s'utilitza per a peces giratòries de primera qualitat, com ara discos de turbina i eixos, on la solidesa interna és crítica.

Quina pràctica de fusió s'utilitza per a forjats de superaliatge aeroespacial?

Els forjats de qualitat aeroespacial comencen des de la fusió per inducció al buit més la refusió d'electroescòries (VIM+ESR); les peces giratòries solen ser triple fos (VIM+ESR+VAR). El número de calor remunta la part acabada fins a la fosa original.

Per què els forjats de superaliatge són difícils de forjar?

Retenen la resistència a la temperatura de forja, tenen una finestra de treball estreta i són sensibles a la velocitat de tensió, de manera que la temperatura incorrecta o la rampa provoquen microesquerdes. L'escalfament controlat, la rampa i la reducció són els que fan una forja neta.

Quins documents ha d'incloure un enviament de forja de turbina?

Com a mínim un informe de prova de material EN 10204 3.1 amb traçabilitat del nombre de calor, un certificat de conformitat, inspecció del primer article, gràfics de tractament tèrmic i informes d'END; S'espera l'acreditació NADCAP per a processos especials crítics per al vol.

L'Inconel 718 és soldable?

Sí, millor que la majoria de superaliatges d'alta resistència. El seu precipitat gamma-doble primer es forma lentament, de manera que el 718 es pot soldar en condicions de tractament amb solució i envellir després sense l'esquerda per edat de tensió que afecta els aliatges gamma-prime com Waspaloy i Rene 41.

Es pot forjar Hastelloy X per a peces de turbines?

Sí. Hastelloy X (UNS N06002) està forjat per a revestiments de combustió, conductes de transició, anells i maquinari de postcombustió on la resistència a l'oxidació a uns 870 C (1600 F) importa més que la força màxima. Les forjades estan cobertes per ASTM B564; vegeu Hastelloy X.

Quina és la proporció de compra per volar i per què importa?

Buy-to-fly és la relació entre la massa de billets bruts i la massa de la peça acabada. La forja isotèrmica gairebé neta de 718 pot arribar a aproximadament 1,3:1, mentre que una gran preforma de matriu oberta pot començar per sobre de 4:1; el superaliatge pel qual pagueu però mai voleu és una gran part del cost de la peça, de manera que val la pena seguir rutes properes a la xarxa i HIP de material premium.

Quant de temps triga a fer una forja de turbina de superaliatge?

Piles de temps d'execució des de la fusió de billets, reescalfaments de forja, tractament tèrmic i NDT, amb matriu tancat o eines isotèrmiques a la part superior, normalment de setmanes a mesos, i més temps per a peces grans o crítiques per al vol. Una especificació ajustada i correcta i una ruta propera a la xarxa són el programa de control.

Els forjats de turbines necessiten premsa isostàtica en calent (HIP)?

HIP s'utilitza en forjats de primera qualitat i formes properes a la xarxa per tancar la porositat interna i millorar la fatiga i la inspecció, i és comú per a peces giratòries crítiques; L'especificació de compra i la classe d'acceptació d'END decideix si és necessari.