Temperatura de forja Inconel 718: rang de treball en calent i control de la mida del gra per a peces aeroespacials

Quin és l'interval de temperatura de treball calent-correcte per a Inconel 718?

Metalls especials especifica la formació en calent d'Inconel 718 en el rang de 1.650-2.050 graus F (900-1.120 graus), però l'última operació hauria de treballar el metall de manera uniforme amb una temperatura que disminueixi gradualment i acabar amb una lleugera reducció específicament a la banda d'acabat 1.650-1.790 graus (1.650-1.790 graus) la temperatura, no la temperatura inicial, és la que determina l'estructura final del gra i les propietats de ruptura de la forja.

Aquesta guia de dues-parts és important perquè Inconel 718 es comporta de manera molt diferent a la part superior i inferior del seu interval de treball-calent. A l'extrem superior (a prop de 2.000-2.050 graus F), el niobi de reforç de l'aliatge es dissol completament i el creixement del gra continua fàcilment durant qualsevol remull posterior; a l'extrem inferior (1.650-1.750 graus F), les partícules fines de la fase delta-(Ni3Nb) comencen a formar-se als límits del gra i les fixen físicament al seu lloc, resistint el creixement posterior. Un programa de forja que comença en calent per a la generació de forma a granel i es refreda progressivament fins a una passada d'acabat fi està dissenyat deliberadament per aprofitar ambdós efectes: passades d'alta-temperatura per a un moviment de metall eficient i de menor força, i una passada final de baixa temperatura per bloquejar una estructura de gra fi i uniforme abans que la peça passi al tractament tèrmic.

Per què Inconel 718 requereix molta més força de forja que l'acer o altres aliatges de níquel?

A una determinada reducció i temperatura, l'Inconel 718 desenvolupa aproximadament 2-3 vegades la pressió de separació de rodet-de l'acer suau i notablement més que els aliatges de níquel com Inconel 600 o X{-750, motiu pel qual Special Metals afirma clarament que l'aliatge "s'utilitza fàcilment si s'utilitza un equip de potència suficientment potent" reduccions i els problemes de gra dúplex que es discuteixen a continuació.

Font: Special Metals Corporation, pressió desenvolupada a l'espai del rodet amb una reducció del 20%, butlletí tècnic INCONEL aliatge 718 SMC-045.

Aquesta taula és un recordatori quantitatiu útil que els problemes de forjabilitat de l'Inconel 718 no es refereixen principalment al control de la temperatura - sinó a la resistència mecànica bruta a la deformació. Una premsa o un martell amb una capacitat de reserva adequada a la temperatura de treball prevista és un requisit previ per al programa de reducció i el control de la mida-de gra que es comenta a la resta d'aquest article; una màquina que sigui simplement adequada per a forjats d'acer inoxidable o Inconel 600 lluitarà per aconseguir reduccions completes en 718 a la mateixa temperatura.

Com afecta la temperatura de forja final la vida de ruptura i la ductilitat de l'osca?

Els assajos de forja dels propis metalls especials mostren una relació directa i dramàtica entre la temperatura d'acabat i la -vida de ruptura de l'osca: l'acabat de la barra- forjat a 1.650 graus F va sobreviure durant 426 hores a 1.200 graus F/100 ksi sense fallar (la prova es va suspendre), mentre que l'acabat del material idèntic va fallar a {8}2}F150. hores sota la mateixa prova - una diferència de més de 25 vegades provocada només per la temperatura d'acabat.

Font: Special Metals Corporation, efecte de la temperatura de conformació en calent sobre les propietats de ruptura (0,75-polzades de barra quadrada, reducció del 25% en una passada, prova de ruptura a 1.200 graus F/100 ksi després del recuit i envelliment estàndard), butlletí tècnic d'aliatge INCONEL 718 SMC-045.

Tingueu en compte que la vida de ruptura de la barra suau-no fa un seguiment de la temperatura d'acabat tan clarament com ho fa la-vida de la barra -, en realitat és més alta a 1.950 graus F en aquest conjunt de dades, no a la temperatura d'acabat més baixa. Aquesta distinció és molt important per al maquinari aeroespacial real: la vida de ruptura de barres llisa-descriu una mostra de prova idealitzada i lliure de defectes-, mentre que la vida de ruptura de barres d'osca-modifica les concentracions de tensió que existeixen a cada filet, forat i arrel de fil en un disc o anell real. Com que les-falles en servei gairebé sempre s'inicien amb una concentració d'esforç geomètric, la -ductilitat de ruptura - no suau-la força de la barra - és la propietat que hauria d'impulsar la decisió de la-temperatura d'acabat dels components rotatius-de ruptura-limitats.

Per què les reduccions de forja han de ser uniformes i què passa si no ho són?

La reducció desigual o insuficient produeix directament una estructura de gra dúplex (mescla de gra fi-i{-grus), per la qual cosa Special Metals especifica reduccions finals mínimes del 20% per a treballs de matriu obert-i 10% per a treballs de matriu-tancats, i requereix que qualsevol secció de la peça de treball es refredi per sota d'1,65} abans de tornar a escalfar durant un període de treball - la secció parcialment refredada és una de les causes més comunes de gra dúplex a la pràctica.

L'estructura de gra dúplex es produeix quan diferents regions d'una forja experimenten diferents quantitats de deformació efectiva a la temperatura -, per exemple, una cantonada o una secció prima que es refreda més ràpidament que la massa de la peça, o un programa de reducció en què algun material amb prou feines es deforma mentre el material adjacent es treballa molt. Les regions poc treballades conserven el gra més gruixut i menys-refinat, mentre que les regions molt treballades es recristal·litzen bé; el resultat és una microestructura de mida de -gran- mixta directament anàloga a la fila de 2.050 graus F de la taula anterior.

L'orientació de Special Metals és específica i accionable: porteu la peça a la temperatura, remulleu només breument per garantir la uniformitat (es desaconsella explícitament el remull prolongat), reescalfeu qualsevol regió que caigui per sota dels 1.650 graus F i apliqueu reduccions de la manera més uniforme possible a la peça en lloc de concentrar la deformació en una àrea.

Com controla la mida del gra de la temperatura de recuit post-forja?

La temperatura de recuit estableix directament la mida final del gra perquè controla la quantitat de fase delta (Ni3Nb) disponible per fixar els límits del gra: el recuit entre aproximadament 1.650-1.850 graus F manté una fase delta suficient a la microestructura per frenar el creixement del gra i produir un gra fi, mentre que el recuit per sobre d'uns 1.900 graus F permet dissoldre progressivament l'efecte delta i eliminar progressivament l'efecte delta del gra. engrossir.

Les dades pròpies de Special Metals sobre l'efecte d'un recuit de 30 -minuts a temperatures d'entre 1.650 graus F i 1.950 graus F mostren la mida mitjana del gra (expressada com a nombre de mida de gra ASTM, on un nombre més alt significa un gra més fi) es torna progressivament més gruixut a mesura que la temperatura de recuit augmenta a través d'aquest rang de treball anterior, a cada nivell de treball provat.

Aquesta és la versió pràctica i diària de la mateixa física que hi ha darrere de l'efecte de temperatura-acabat-de forja comentat anteriorment: si es conserva o es dissol la fase delta que promou el gra-gra fi-depèn de quin costat d'aproximadament 1.850{-1.900-1.900 graus F passa el seu temps per passar per un metall un recuit en solució o qualsevol altra exposició a temperatura elevada.

Quin tractament tèrmic hauríeu d'especificar - 1, 700-1.850 graus F o 1.900-1.950 graus F Recuit i edat?

Especifiqueu el recuit de 1.700-1.850 graus F i l'edat quan la vida a la ruptura, la vida a la ruptura de l'osca-, la ductilitat a la ruptura de l'osca- i la resistència a la fatiga són les propietats de disseny que regeixen; especifiqueu el recuit de 1.900-1.950 graus F i l'edat quan l'aplicació és limitada a la tracció-i necessita la millor ductilitat transversal en seccions pesades, resistència a l'impacte o resistència a la tracció de l'osca a baixa temperatura, ja que aquest tractament intercanvia una mica de ductilitat de ruptura d'osca per aquests beneficis.

Font: Special Metals Corporation, tractaments de recuit i enduriment de l'edat-, butlletí tècnic INCONEL aliatge 718 SMC-045.

Cap dels dos tractaments és universalment "millor" - estan optimitzats per a diferents modes de fallada, i Special Metals és explícit que l'elecció s'ha de seguir a partir de quina propietat governa la vida de disseny de la peça. Un disc de turbina el mode de fallada crític del qual és una fatiga de cicle baix-o ruptura per fluïdesa-en un forat de cargol o un filet hauria d'utilitzar per defecte el tractament de 1.700-1.850 graus F; una peça de secció pesada avaluada principalment pel marge de tracció i la resistència a l'impacte pot ser millor servida pel tractament de 1.900-1.950 graus F.

La resposta a l'envelliment en tots dos casos és relativament lenta - pràcticament no es produeix cap enduriment durant els primers 2-3 minuts a la temperatura d'envelliment -, que és el que permet que les peces soldades o recuites es refredin per aire sense un enduriment parcial accidental.

Com afecta la mida del gra a la resistència a la fatiga dels components forjats?

Les dades de fatiga de Special Metals mostren que el límit de resistència del cicle de 10^8-i-recuit-i-envellit augmenta constantment a mesura que disminueix la mida mitjana del gra, confirmant que el control de la mida del gra-aconseguit mitjançant la forja i la temperatura-de tractament tèrmic no és només una consideració de la ruptura{{78} de la vida útil-, sinó una consideració directa de la fatiga de la vida{78}. - és precisament per això que els forjats de discos i anells aeroespacials compleixen els requisits de mida del gra verificats segons ASTM E112.

Això es connecta directament de nou amb les seccions de temperatura de forja-i de recuit-de dalt: perquè tant una baixa forja-temperatura d'acabat com una baixa (1.700-1.850 graus F) post{-forjada de recuit de la mida del gra d'empenta més fina a través delta-compost de fixació en la mateixa direcció delta{8}}fase d'elecció del gra en el mateix procés de fatiga. vida.

Special Metals també assenyala que si la resistència a la fatiga és el principal factor de disseny, les forjades d'Inconel 718 es poden utilitzar en condicions de recuit en lloc d'envellir completament-i-, ja que l'envelliment augmenta la resistència a la fatiga només de manera modesta (aproximadament 4 ksi o menys en l'efecte giratori de la pròpia empresa amb la mida del gra molt gran en comparació de les dades de la prova).

Quines pràctiques d'atmosfera i calefacció del forn protegeixen la qualitat de la forja?

L'atmosfera del forn i la neteja de l'estoc no són articles de neteja incidentals per a la forja Inconel 718. - Metalls especials especifica una atmosfera lleugerament reductora (almenys un 2% de monòxid de carboni) amb una pressió lleugera positiva del forn, combustible de sofre extremadament baix- i estoc completament lliure d'oli, pintura, greix i emmagatzematge perquè s'ha d'aconseguir una càrrega pesada, abans de fer-ho. difícil--eliminar l'escala d'òxid en lloc de la pel·lícula negra-verda fina, adherent i comparativament benigna que deixa enrere una atmosfera reductora correctament controlada.

• Pràctiques de forn i estoc a seguir:Mantenir una atmosfera de forn lleugerament reductora que contingui almenys un 2% de monòxid de carboni, amb una lleugera pressió positiva per evitar la infiltració d'aire.
• Pràctiques de forn i estoc a seguir:Utilitzeu combustibles extremadament baixos en sofre; La contaminació amb sofre dels aliatges de níquel a la temperatura de forja és una causa-coneguda de fragilitat intergranular.
• Pràctiques de forn i estoc a seguir:Carregueu només material que estigui completament lliure d'oli, pintura, greix i terra de la botiga.
• Pràctiques de forn i estoc a seguir:Porta la peça a la temperatura, remulla només breument per garantir la uniformitat i retira - la remull prolongada a la temperatura de forja no es recomana explícitament.
• Pràctiques de forn i estoc a seguir:Preescalfeu les eines de forja i les matrius a uns 500 graus F i elimineu qualsevol ruptura superficial de la peça de treball immediatament quan apareguin.
• Pràctiques de forn i estoc a seguir:Aire-parts fresques de la temperatura-calenta de treball; L'extinció de l'aigua directament des de la temperatura de forja no és la pràctica estàndard per a aquest aliatge.

Quines especificacions AMS i ASTM regeixen els forjats Inconel 718?

L'Inconel 718 bar, el material de forja i les peces forjades per a ús aeroespacial s'especifiquen amb més freqüència a l'AMS 5662 (barra i material de forja, consumible-elèctrode o buit-inducció fosa, per a ús general fins a 1.300 graus F) i AMS 5663 (estoc de barres i enduriment en solució{7}{7}{7}{7}{7}{7}{7}) juntament amb els casos de codi ASTM B637 i ASME que cobreixen aplicacions de limitació de cargols i pressió{10}.

Font: Special Metals Corporation, "Productes i especificacions disponibles", butlletí tècnic d'aliatge 718 INCONEL SMC-045.

Quines propietats mecàniques haurien de complir els forjats aeroespacials?

La bar Inconel 718 forjada i tractada tèrmicament{0}}correctament i les peces forjades compleixen uns mínims de temperatura-ambiental de l'ordre de 180 ksi (1.241 MPa) de resistència a la tracció i 150 ksi (1.034 MPa) de resistència a la fluència amb doble -percentatge d'allargament de dígits, però el {{1{1}}} tractament tèrmic mínim condició a la qual s'apliquen, depenen de l'especificació específica d'AMS i de la forma del producte indicada al dibuix, de manera que la referència de l'especificació en si és tan important com els números.

Les dades publicades de Special Metals per a barres, forjades i anells processats fins al recuit i l'edat de 1.900-1.950 graus F (el tractament de tracció-limitat) mostren una resistència a la tracció a temperatura ambient mínima de 180 ksi, un límit elàstic mínim de 150 ksi i un 5% d'allargament del producte en funció de la forma mínima101. controlat a aproximadament 331 BHN o Rc 38 o millor.

Com que les propietats de l'Inconel 718 són tan sensibles a la forja específica i al camí de tractament tèrmic-duït per produir-les -, ja que les dades de ruptura-de l'osca anteriors demostren de manera espectacular - una especificació d'adquisició per a forjats-aeroespacials ha de fer referència sempre al nombre exacte d'AMS i a la calor{6}}en condicions necessàries, no només a un tractament genèric objectiu.

Preguntes freqüents

P: Quin rang de temperatura s'utilitza per forjar Inconel 718?

A: El conformat en calent es realitza a 1.650-2.050 graus F (900-1.120 graus), però la reducció final i lleugera d'acabat s'ha de fer específicament en el rang de 1.650-1.750 graus F per aconseguir l'estructura de gra fi i uniforme necessària per a una bona ductilitat de ruptura d'osca.

P: Per què importa més la temperatura d'acabat que la temperatura inicial de forja?

A: La temperatura d'acabat determina la mida del gra que la peça porta al tractament tèrmic. Les dades pròpies de Special Metals mostren que la vida de ruptura de la barra-de l'osca a 1.200 graus F/100 ksi augmenta d'unes 16 hores per al material acabat a 2.050 graus F a més de 426 hores (sense fallada) per al material acabat a 1.650 graus F - una diferència de temperatura d'acabat impulsada completament per la temperatura d'acabat.

P: Què causa l'estructura de gra dúplex a les forges d'Inconel 718 i com s'evita?

A: L'estructura dúplex (mescla de gra fi-i-gruixut) resulta d'una reducció desigual en una forja, sovint perquè part de la peça es refreda per sota de la temperatura de treball durant el processament. S'evita aplicant reduccions uniformes (20% mínim per a treballs en matriu obert-, 10% mínim per a treballs en matriu tancat-) i tornant a escalfar qualsevol secció que es refredi per sota dels 1.650 graus F abans de continuar forjant-la.

P: Quin tractament de recuit-i-envelliment s'hauria d'especificar per a una forja de disc Inconel 718 crítica per fatiga-?

A: El recuit i l'envelliment de 1.700 -1.850 graus F, seguit de l'envelliment a 1.325 graus F durant 8 hores, el forn-es va refredar a 1.150 graus F i es va mantenir durant un temps total d'envelliment de 18 hores. Aquest tractament produeix el gra més fi i s'associa amb la màxima resistència a la fatiga, vida a la ruptura i ductilitat a la ruptura de l'osca.

P: L'envelliment augmenta significativament la resistència a la fatiga dels forjats Inconel 718?

A: Només modestament. Les dades de fatiga del feix giratori-de metalls especials mostren que l'envelliment augmenta la resistència a la fatiga del cicle de 10^8-en menys de 4 ksi en comparació amb la condició només de recuit, és a dir, la mida del gra, no l'envelliment, és la palanca dominant per al rendiment de la fatiga.

P: Per què l'Inconel 718 necessita un equip de forja més potent que l'acer inoxidable?

A: A una temperatura i una reducció determinades, l'Inconel 718 desenvolupa aproximadament 2-3 vegades la pressió de l'espai del rodet de l'acer suau i notablement més que l'acer inoxidable tipus 302 o l'Inconel 600, de manera que l'equip adequat per a aquests materials pot no aconseguir reduccions totals i uniformes de 718 a la mateixa temperatura.