Piese forjate din aliaj de înaltă temperatură pentru turbine cu gaz: grade materiale și cerințe de calitate

Un disc de turbină cu gaz se rotește timp de zeci de milioane de cicluri la temperaturi care ar înmuia oțelul obișnuit. Piesa este la fel de bună ca aliajul și, la fel de important, forjarea, tratamentul termic și inspecția din spatele acesteia.

Acest ghid acoperă clasele de superaliaje de nichel utilizate pentru forjarea turbinelor -Inconel 718, Waspaloy, Rene 41, X-750, 706, 625 și Hastelloy X - și cerințele de calitate (clasele ASTM și AMS, reducerea de forjare, fluxul de cereale, NDT și trasabilitate) care separă forjarea aerospațială de o bară asemănătoare.

De ce se aleg piesele forjate în locul pieselor turnate sau plăcilor pentru piesele rotative ale turbinei?

Se alege un disc sau un arbore de turbină forjat, deoarece forjarea aliniază fluxul de cereale cu traseul tensiunii și permite inspecției volumetrice 100% să demonstreze că piesa este solidă intern - două lucruri turnarea nu poate oferi la același cost și risc pentru o componentă critică la oboseală.

Un disc de turbină este o masă rotativă care vede oboseala cu ciclu scăzut de la fiecare pornire-oprire, oboseala cu ciclu înalt de la trecerea palelor și sarcina centrifugă constantă. Turnarea poate reproduce o formă complexă lângă plasă, dar granulația sa grosieră, echiaxială și posibila porozitate de contracție sunt puncte slabe pentru oboseală și pentru inspectabilitatea cu ultrasunete. Forjarea cu matriță deschisă și cu matriță închisă sparge structura dendritică turnată, rafinează boabele și - prin deformare controlată - direcționează fluxul de cereale în jurul jantei și al forajului acolo unde solicitarea este cea mai mare. Acea structură de cereale lucrată este, de asemenea, ceea ce face ca testul cu ultrasunete ulterior să fie semnificativ: o forjare curată oferă o urmă UT curată și lizibilă.

Placa sau bara tăiate după formă pierde din ambele puncte: boabele trec drept prin secțiune în loc să urmeze conturul, iar materialul nu este prelucrat așa cum este o forjare. Pentru feronerie statică, mai puțin solicitată, cum ar fi carcasele și conductele, plăcile și foile rămân comune - consultați notele noastre despreHastelloy XşiInconel 625în secțiunea fierbinte.

Ce superaliaje de nichel sunt folosite pentru forjarea turbinelor cu gaz?

Familia de forjare a turbinei se împarte în aliaje cu discuri/arbore întărite prin precipitare (Inconel 718, Waspaloy, Rene 41, X-750, 706, Incoloy 901) și aliaje cu carcasă/combustie cu soluție solidă (Inconel 625, Hastelloy X) - fiecare potrivit cu o bandă de temperatură și o piesă.

Piesele rotative care necesită rezistență ridicată la temperatură folosesc aliaje de nichel întărite prin precipitare gamma-prime (gamma') sau gamma-duble-prime (gamma''). Piesele structurale și cu secțiuni fierbinți care necesită formabilitate, rezistență la oxidare și rezistență moderată folosesc aliaje cu soluție solidă. Tabelul grupează clasele comune de forjare în funcție de munca pe care o fac.

Cale de forjare cu superaliaje de nichel utilizate în turbinele cu gaz

Ce face ca Inconel 718 să fie aliajul turbină-disc?

Inconel 718 își câștigă locul pentru că precipitatul gamma-dublu-prime oferă o rezistență foarte mare, dar se formează lent, astfel încât aliajul se sudează fără fisuri de deformare și îmbătrânește uniform prin secțiuni groase - exact ceea ce are nevoie un disc sau un arbore mare.

718 este un superaliaj Ni-Cr-Fe-Nb-Mo, UNS N07718 (W.Nr 2,4668), cu aproximativ 50-55% nichel, 17-21% crom, fier ca echilibru, 4,75-5,50% niobiu plus tantal, 2,30% molib, 2,30% 0,65-1,15% titan și 0,20-0,80% aluminiu; carbonul este limitat la 0,08%. Puterea sa provine în principal din faza gamma-dublă primă, centrată pe corp, Ni3Nb, cu o contribuție mai mică a gamma (Ni3(Al,Ti)). Densitatea este de 8,19 g/cm3.

În starea tratată cu soluție și îmbătrânit, 718 atinge o rezistență minimă la tracțiune de 1276 MPa (185 ksi) și un randament de 0,2% de 1034 MPa (150 ksi) cu cel puțin 12% alungire (AMS 5662) și deține rezistență utilă de la temperaturi criogenice până la temperaturi criogenice continue până la cca. capacitate pe termen scurt spre 700 C (1290 F). Peste aproximativ 700 C, gama-dublu prim se grosieră și se transformă în faza delta incoerentă, iar aliajul își pierde avantajul.

Date de forjare Inconel 718 (UNS N07718, la AMS 5662 / ASTM B637)

Deoarece precipitarea gamma-duble-prime este lentă, 718 poate fi sudat în stare tratată cu soluție și îmbătrânit ulterior fără fisurarea prin deformare care afectează aliajele gamma-prime, cum ar fi Waspaloy și Rene 41. Această sudabilitate, plus răspunsul uniform al secțiunii transversale, este motivul pentru care 718 este specificat de la hardware-ul capului de sondă până la rachete, turbopompe și turbine, desigur, discuri și turbine. Vezi noastreProprietățile materialelor Inconel 718pagina șiInconel 718 în industria aerospațialăpentru mai mult.

Când este Waspaloy alegerea mai bună decât 718 pentru discuri și arbori?

Alegeți Waspaloy (UNS N07001) atunci când piesa rulează peste aproximativ 620-650 C și necesită o durată de viață la rupere pe care 718 nu o poate oferi; alegeți 718 atunci când aveți nevoie de cea mai mare rezistență la temperatura camerei și sudabilitate ușoară sub aproximativ 650 C.

Waspaloy este un superaliaj întărit cu nichel-crom-cobalt, gamma-prime: aproximativ 58% nichel, 18-21% crom, 12-15% cobalt, 3,5-5,0% molibden, 2,75-3,25% titan și 1,2% aluminiu, 1,2%-iron, 1,2%-iron. Cobaltul și molibdenul conferă rezistență soluției solide; titanul și aluminiul precipită gama-primul Ni3(Al,Ti) care poartă rezistență la temperatură ridicată. Gamma-prime este mult mai stabil decât gamma-dublu-prim care întărește 718, astfel încât Waspaloy păstrează rezistența utilă la aproximativ 650 C (1200 F) în părțile rotative și la aproximativ 870 C (1600 F) în părțile statice cu efort redus, iar rezistența sa la rupere la fluaj bate 718 peste aproximativ 650 C.

Comerțul este dublu. Întinderea minimă în vârstă a lui Waspaloy este de aproximativ 1441 MPa (209 ksi) cu un randament de 0,2% aproximativ 1076 MPa (156 ksi) - mai mică decât 718 la temperatura camerei - și gama-primul său îl face predispus la fisurare prin deformare, astfel încât sudarea este mai grea. Un tratament termic tipic în trei etape este soluția la aproximativ 1080 C (1975 F) timp de 4 ore, răcit cu aer; se stabilizează la aproximativ 845 C (1550 F) timp de 4 ore, se răcește cu aer; apoi îmbătrâniți la aproximativ 760 C (1400 F) timp de 16 ore, răciți cu aer (verificați ciclul exact față de eliberarea AMS care guvernează). Specificațiile sunt ASTM B637 și seria AMS 5704 / 5706 / 5708.

Inconel 718 vs Waspaloy pentru forjare cu turbine

Cum servesc aliajele cu soluție solidă secțiunea fierbinte?

Inconel 625 și Hastelloy X nu sunt întărite prin îmbătrânire, așa că schimbă rezistența de vârf pentru formabilitate și rezistență la oxidare/coroziune - care este exact ceea ce au nevoie carcasele, inelele, etanșările și hardware-ul de ardere.

Întărirea în soluție solidă provine din molibden, niobiu și crom dizolvate mai degrabă decât o fază precipitată, astfel încât aceste aliaje rămân ductile și sudabile și pot fi formate în forme mari sau subțiri. Inconel 625 (UNS N06625: Ni balance, 20-23% Cr, 8-10% Mo, 3,15-4,15% Nb) este alegerea standard pentru carcase, inele, etanșări și conducte până la aproximativ 650 C, iar rezistența sa la clorură la pitting este un bonus în turbinele marine și offshore.

Hastelloy X (UNS N06002: echilibru Ni, 20,5-23% Cr, 17-20% Fe, 8-10% Mo, 0,2-1,0% W) transportă arzatorul: căptușeli, conducte de tranziție și hardware de post-ardere unde rezistența la oxidare la aproximativ 870 C (1600 F) contează mai mult. Stocul de forjare și piesele forjate ale ambelor sunt acoperite de ASTM B564; vezi paginile noastre forjate Inconel 625 B564 și Hastelloy X.

Dincolo de nichel: acolo unde turbina are nevoie de rezistență la oxidare peste aproximativ 900 C, aliajele pe bază de cobalt, cum ar fi UNS R30188 (cobalt-nichel-crom-tungsten cu lantan) extind serviciul la 980 C (1800 F) pentru căptușeli de combustie și tranziție. Acestea sunt furnizate la cerere, mai degrabă decât ca o calitate standard de stoc.

Ce limite de temperatură se aplică fiecărui aliaj în serviciul turbinei?

„Temperatura de serviciu” a forjarii unei turbine nu este un număr - este cea mai mică dintre limita de rezistență a aliajului la solicitarea și limita de oxidare a componentei și diferă cu zeci până la sute de grade între piesele rotative și cele statice.

Utilizați tabelul ca ghid de planificare, nu o valoare de proiectare. Limita de guvernare pentru o piesă rotativă solicitată este rezistența la fluaj-rupere la solicitarea de lucru; pentru o căptușeală de combustie ușor încărcată este oxidare. Confirmați întotdeauna tensiunea admisibilă față de fișa de date ASME sau OEM actuală pentru starea exactă.

Limite de temperatură continuă vs pe termen scurt pentru aliajele de forjare cu turbine

Cum diferă precipitatul de întărire între aliajele 718 și gama-prime?

718 este întărită de gama-duble-prime (Ni3Nb), care se formează lent și oferă o bună sudabilitate; Waspaloy, Rene 41 și X-750 sunt întărite de gama-prim (Ni3(Al,Ti)), care este mai stabil la temperatură, dar îngreunează sudarea și repararea.

Gamma-dublu-prim este o fază tetragonală ordonată centrată pe corp. Deoarece se nucleează și crește lent, o forjare 718 poate fi sudată în starea tratată cu soluție moale și apoi îmbătrânită până la rezistența maximă, fără fisurarea intergranulară pe care o suferă aliajele gamma-prime în timpul îmbătrânirii post-sudare (crăpare prin deformare). Gamma-prime, dimpotrivă, este coerent și extrem de stabil la temperatură, motiv pentru care aliajele gamma-prime rezistă cu 718 la fluaj și ruptură peste aproximativ 620-650 C - dar ferestrele lor de sudură sunt înguste și reparațiile necesită un control termic atent. Tipul de precipitat, nu conținutul de nichel, este cel care decide atât plafonul de temperatură, cât și traseul de fabricație.

Ce proces de forjare transformă o țagle într-un disc de turbină?

Discurile de turbină sunt realizate prin forjare cu matriță deschisă sau închisă (adesea forjare izotermă de 718) dintr-o țagle retopită, cu temperatura de forjare aleasă sub delta solvus pentru boabe fine sau peste aceasta pentru cereale grosiere - o alegere deliberată, nu un accident.

Punctul de plecare este o țagla VIM+ESR (sau VIM+ESR+VAR cu triplu topire) a cărei chimie și curățenie sunt documentate la căldură. Tagla este încălzită și prelucrată - matriță deschisă pentru inele, blocuri și preforme; forjare cu matriță închisă (și din ce în ce mai izotermă) pentru discuri aproape de rețea care minimizează stocul de prelucrare. Pentru 718 fereastra de forjare este de aproximativ 950-1150 C (1750-2100 F); discurile turbinei sunt de obicei forjate la 1000-1025 C.

Un control cheie este forjarea sub-solvus versus super-solvus. Forjarea sub delta (Ni3Nb) solvus oferă o structură fină, recristalizată, cu rezistență ridicată, ductilitate și viață la oboseală cu ciclu redus - alegerea pentru majoritatea discurilor 718. Forjarea deasupra solvus oferă o structură de granulație grosieră care schimbă o anumită rezistență pentru o viață mai bună la fluaj/ruptură și o creștere mai lentă a fisurilor la oboseală, utilizată acolo unde guvernează fluajul pe termen lung. Dimensiunea granulelor pe care o stabilește procesul este verificată ulterior conform ASTM E112 și face parte din înregistrarea de acceptare a forjării.

Raportul buy-to-fly este factorul de cost liniștit. Un disc izotermic de precizie 718 poate avea un raport buy-to-fly aproape de 1,3:1 (mică deșeuri), în timp ce o preformă mare cu matriță deschisă poate începe cu 4:1 sau mai mult din țaglele prelucrate prin prelucrare. Superaliajul brut pentru care plătiți, dar nu zburați niciodată reprezintă o mare parte din prețul piesei - de aceea merită urmărite forjarea aproape netă și HIP de material premium.

De ce raport de reducere și cerințe de curgere a cerealelor au nevoie de forjarea cu turbine?

Un raport minim de reducere a forjarii de aproximativ 4:1 este tipic, crescând la 6:1-8:1 pentru piesele rotative, iar fluxul de cereale trebuie să urmeze conturul piesei - ambele sunt verificate, nu presupuse.

Raportul de reducere este raportul dintre secțiunea transversală de început și secțiunea transversală finală. Trebuie să fie suficient de mare pentru a închide porozitatea de turnare și a rupe structura dendritică a lingoului; un minim comun este 4:1, iar piesele rotative aerospațiale sunt frecvent specificate la 6:1 la 8:1. Dar reducerea singură nu este suficientă: direcția de lucru trebuie să pună fluxul de cereale de-a lungul traseului tensiunii. O jantă de disc încărcată în tensiunea cercului ar trebui să arate fluxul de cereale circumferenţial; un arbore în torsiune și încovoiere ar trebui să prezinte flux axial. O macrogravare (vezi mai jos) este dovada.

• Reducere minimă: aproximativ 4:1 tipic; 6:1-8:1 pentru discuri și arbori rotativi.
• Fluxul de cereale: trebuie să urmeze conturul piesei, nu să treacă drept prin ea.
• Structura dendritică: complet fragmentată, fără segregare sau bandă pe linia centrală.
• Dimensiunea boabelor: controlată și verificată conform cerințelor ASTM E112.
• Forjare multidirecțională: utilizată pentru forme complexe pentru a alinia fluxul în mai multe direcții.

Ce tratamente termice sunt specificate pentru piesele forjate cu turbine întărite prin precipitare?

Piesele forjate de turbină întărite prin precipitații sunt furnizate tratate cu soluție (și, pentru aliajele cu discuri, învechite dublu la ciclul AMS/B637); temperaturile exacte și reținerile sunt înscrise în specificația de achiziție și înregistrate pe diagrama de tratament termic.

718 este livrat de obicei soluție tratată la 925-1010 C (1700-1850 F), răcit cu aer sau mai rapid, apoi dublu îmbătrânit: 720 C (1325 F) timp de 8 ore, cuptorul răcit la 620 C (1150 F) și menținut timp de un total de 18 ore, apoi răcit cu aer. Waspaloy utilizează o secvență soluție-stabilizare-vârstă așa cum este descris mai sus. Ciclul cuptorului de tratare termică este reprezentat și păstrat ca parte a evidenței calității, iar procesele speciale, cum ar fi tratarea termică, sunt de așteptat să aibă acreditare NADCAP pentru piesele critice pentru zbor. Supra-îmbătrânirea sau o soluție în afara ferestrei poate muta dimensiunea granulelor și distribuția precipitatului suficient pentru a eșua testele mecanice, astfel încât ciclul nu este negociabil.

Ce specificații ASTM și AMS guvernează aceste piese forjate?

ASTM B637 reglementează barele din aliaj de nichel care se întăresc prin precipitare, piesele forjate și materialele de forjare (718, X-750, 706, Waspaloy și similare); ASTM B564 guvernează familia mai largă de forjare cu aliaje de nichel (625, 600, 825, X-750, 718, C-276 și altele). Versiunile AMS numesc exact tratamentul termic și detaliile testului.

Specificarea gradului ASTM nu este suficientă - versiunea AMS sau OEM decide temperarea, ciclul de tratare termică și testele de acceptare. Cele mai utilizate versiuni pentru forjarea turbinelor sunt enumerate mai jos; paginile noastre de flanșe Inconel 718 ASTM B637 și Inconel 718 B564 prezintă detalii la nivel de clasă.

Specificații cheie pentru aliajele forjate cu turbine cu gaz

Ce încercări nedistructive sunt obligatorii pentru forjarea turbinei?

O forjare cu turbină critică pentru zbor sau putere primește testare cu ultrasunete 100% volumetrice, testare cu penetrare de suprafață sau cu particule magnetice și o macrogravare pentru a dovedi fluxul de cereale - fiecare la o clasă de acceptare numită.

Niciun test nu vede totul: o suprafață curată nu dovedește soliditatea internă, iar un UT curat nu dovedește stocul de prelucrare sau starea suprafeței. Cele trei straturi sunt complementare. Tabelul mapează fiecare test la standardul său obișnuit pentru forjarea superaliaj.

Stiva de testare nedistructivă pentru forjarea turbinelor

Un test de suprafață de trecere nu stabilește soliditatea internă, iar un UT de trecere nu stabilește stocul de prelucrare. Cea mai ieftină cotație este adesea cea care omite inspecția care ar prinde defectul pe care prețul deja îl ascunde - așa că numiți clasa de acceptare, nu doar „testat UT”.

Cum se verifică fluxul de cereale și de ce contează pentru oboseală?

Curgerea cerealelor este verificată printr-o macrogravare a unei secțiuni reprezentative și contează deoarece fisurile de oboseală urmează calea cu cea mai mică rezistență - un flux de cereale care urmărește conturul îndepărtează fisurile de suprafața cu stres ridicat.

O macrogravare (ASTM E381 pentru forjare, ASTM E340 în general) dizolvă o secțiune transversală pregătită pentru a dezvălui modelul deformat al granulelor. Raportul arată dacă liniile de curgere înfășoară janta discului, rulează axial de-a lungul unui arbore sau taie drept peste o caracteristică critică. Acolo unde curgerea este întreruptă sau curge transversal față de stres, acea locație devine candidatul la inițierea oboselii. Din acest motiv desenul de forjare - nu doar chimia - definește direcția de curgere necesară, iar macrogravarea este dovada că forjarea o îndeplinește.

Ce practică de topire este necesară pentru piesele forjate de superaliaje de calitate aerospațială?

Piesele forjate cu turbine de calitate aerospațială pornesc de la topirea prin inducție în vid plus retopirea electrozgură (VIM+ESR), iar piesele rotative sunt de obicei triplu topite (VIM+ESR+VAR); traseul de topire este trasabil de la piesa finită înapoi la căldură.

Retopirea este ceea ce conferă forjarilor de superaliaje curățenia și lipsa de segregare a liniei centrale și incluziuni de stringer care ar nuclea fisurile de oboseală. Topirea prin inducție în vid controlează chimia și gazele dizolvate; retopirea electrozgurii rafinează structura lingoului; Retopirea cu arc în vid (etapa VAR în topirea triplă) întărește uniformitatea compoziției de-a lungul lingoului. Numărul de căldură se deplasează cu țagla, forjarea și fiecare cupon de testare, astfel încât un rezultat suspect poate fi urmărit până la topitura exactă. Prezentarea noastră de ansamblu asupra aliajelor de nichel acoperă familiile de clase pe care le servește această practică de topire.

Ce defecte pot apărea la forjarile superaliaj și cum sunt ele prevenite?

Defectele care contează în forjarea turbinelor sunt împletituri și pliuri, microfisuri de deformare, segregare și benzi, fulgi de hidrogen (pete albe) și incluziuni - fiecare poate fi prevenit prin raportul de reducere, controlul temperaturii și inspecția.

Superaliajele sunt neiertătoare: își păstrează rezistența la temperatura de forjare, au o fereastră de lucru îngustă și sunt sensibile la viteza de deformare, astfel încât temperatura greșită sau rampa provoacă microfisurare. Lingourile pot transporta segregarea liniei centrale și, în secțiuni mari, fulgi de hidrogen - microfisuri interne care pot supraviețui prelucrarii și pot cauza defecțiuni bruște. Stack-ul de prevenire este bine stabilit.

Defecte comune de forjare a turbinei și comenzile acestora

Ce teste de proprietăți mecanice demonstrează că forjarea îndeplinește specificațiile?

Acceptarea este dovedită prin teste de întindere și duritate la minimum, plus ruptura prin efort sau fluaj și impact acolo unde sarcina o cere, toate luate dintr-o locație și orientare specificată.

Raportul de testare a materialelor înregistrează proprietățile de întindere conform ASTM E8, duritatea conform ASTM E18 și - pentru sarcini la temperaturi ridicate - date de rupere sau fluaj conform ASTM E139 și adesea impact Charpy conform ASTM E23. În mod critic, cuponul este luat în orientare și din locație denumirile specificației (adesea o prelungire a forjarii), deci numerele reprezintă piesa, nu o decuplare convenabilă. Dimensiunea granulelor este raportată la ASTM E112 și chimia la căldură conform ASTM E1473. O forjare care trece chimia, dar nu reușește tracțiunea orientată este respinsă - testul este dovada, nu doar certificatul.

• Tensiune: ASTM E8 (final, curgere, alungire).
• Duritate: ASTM E18 (utilizat adesea pentru verificarea tratamentului termic).
• Rupere la efort / fluaj: ASTM E139 (serviciu la temperatură înaltă).
• Impact: ASTM E23 (cazuri la temperatură scăzută sau toleranță la defecte).
• Dimensiunea boabelor: ASTM E112 (specific cuponului).
• Chimie: ASTM E1473 / spectro, la căldură.

Cum se gestionează trasabilitatea și documentația pentru piesele forjate cu turbine?

Forjarea unei turbine aerospațiale este dovedită atât de documentele sale, cât și de metalul său - un raport de testare a materialelor EN 10204 3.1 cu trasabilitate a numărului de căldură, un certificat de conformitate, inspecția primului articol și înregistrările NADCAP.

Pachetul de documentație mapează fiecare variabilă care ar putea distruge în tăcere o piesă: identitatea stocului de pornire și traseul de topire, secvența de deformare, controlul termic, diagramele de tratament termic, îndreptarea, condiționarea suprafeței, rezultatele NDT și dovezile testelor. NADCAP (administrat de Institutul de evaluare a performanței) auditează procese speciale, cum ar fi tratarea termică și NDT în raport cu cerințele aerospațiale, iar rezultatele auditului sunt publice. Un cumpărător ar trebui să se aștepte, cel puțin, la un MTR, un COC și un raport de inspecție al primului articol susținut de diagrame de tratare termică și rapoarte NDT.

• Raport de testare a materialelor (MTR) cu trasabilitate numărului de căldură - EN 10204 3.1 (3.2 cu martor).
• Certificat de conformitate (COC).
• Inspecția primului articol (FAI) pentru modele noi.
• Diagrame de tratament termic care arată ciclurile reale ale cuptorului.
• Rapoarte NDT cu criterii de acceptare și rezultate.
• Acreditare NADCAP pentru tratarea termică și NDT acolo unde zborul este critic.

Ce documente de calitate ar trebui să solicite cumpărătorul în RFQ?

Scrieți gradul, piesa, traseul de încărcare, traseul de topire, raportul de reducere, direcția fluxului de cereale, starea de tratare termică, domeniul NDT și documentația în RFQ - apoi verificați primul articol înainte de a lansa producția.

O invitație vagă „forjare Inconel” produce o bară care arată corect și eșuează mai târziu. Lista de verificare de mai jos este aceeași pe care o folosește un OEM de turbină; este reprodus ca o procedură pasă, astfel încât să poată fi copiat direct într-o cerere de ofertă.

Pasul 1. Numiți gradul exact și specificația produsului:Nu scrie „Inconel”. Specificați Inconel 718 la AMS 5662 sau AMS 5663 sau Waspaloy la AMS 5708 - gradul și specificația emitentă decid fiecare test în aval.

Pasul 2. Indicați piesa, calea de încărcare a acesteia și temperatura de funcționare:Hardware-ul discului, arborelui, carcasei, etanșării sau arderii văd fiecare stres și temperatură diferite; sarcina stabilește aliajul și direcția de curgere a cerealelor pe care trebuie să o urmeze forjarea.

Pasul 3. Specificați calea de topire:Indicați VIM+ESR pentru serviciu general sau VIM+ESR+VAR (topitură triplă) pentru piesele rotative și necesită trasabilitatea numărului de căldură înapoi la topitura originală.

Pasul 4. Setați raportul de reducere a forjarii și direcția curgerii cerealelor:Anunțați o reducere de minim 4:1 (6:1-8:1 pentru piesele rotative) și conturul pe care trebuie să-l urmeze fluxul de cereale; asta trebuie să dovedească raportul de macrogravare.

Pasul 5. Definiți condiția de tratament termic:Numiți starea de livrare - soluție tratată sau soluție tratată și învechită la ciclul AMS/B637 - și cine o realizează și certifică.

Pasul 6. Setați domeniul NDT și clasa de acceptare:Necesită testare cu ultrasunete 100% conform AMS 2154 Clasa AA (sau ASTM A388 / E2375), suprafață PT (ASTM E165) sau MT (ASTM E1444) și o macrogravare conform ASTM E381 / E340; numiți nivelul de acceptare pentru fiecare.

Pasul 7. Solicitați pachetul de documentație:Solicitați un MTR EN 10204 3.1, certificat de conformitate, raport de inspecție al primului articol, diagrame de tratament termic și rapoarte NDT, cu acreditare NADCAP pentru procese speciale în care piesa este critică pentru zbor.

Cum alegi aliajul și specificațiile potrivite pentru o anumită piesă de turbină?

Alegeți aliajul în funcție de banda de temperatură și încărcați - 718 pentru discuri/arbori generale până la 650 C, Waspaloy sau Rene 41 în cazul în care curgerea peste 650 C guvernează, 625 sau Hastelloy X pentru carcase și combustor - apoi denumiți gradul ASTM și versiunea AMS, nu doar denumirea comercială.

Decizia este o potrivire în trei direcții de temperatură, stres și fabricabilitate. Sub aproximativ 650 C cu necesități de rezistență și sudabilitate ridicate, 718 este implicit. Acolo unde fluajul peste 620-650 C guvernează o piesă rotativă, mutați-vă la Waspaloy, iar pentru cele mai fierbinți tablă/forjate solicitate la Rene 41.

Carcasele, inelele, etanșările și conductele folosesc soluție solidă 625; căptușele de combustie folosesc Hastelloy X. Fiecare alegere se rezolvă apoi la o specificație: 718 la ASTM B637 / AMS 5662, Waspaloy la ASTM B637 / AMS 5708 și așa mai departe. Paginile noastre de familie Inconel și Hastelloy listează clasele stoc din spatele acestor selecții.

Ghid de selecție a aliajului după partea de turbină

Care sunt costurile și termenele de livrare pentru piesele forjate cu turbine din superaliaje?

Prețul forjarii unei turbine este stabilit de prima de aliaj, de raportul buy-to-fly, de ruta de topire, de domeniul NDT și de scule - nu de prețul barei pe kilogram.

Superaliajele de nichel costă de multe ori mai mult decât carbonul sau oțelul inoxidabil, așa că masa pentru care plătești, dar nu zbori niciodată, domină costul. Topirea triplă, UT 100% clasa AA, macrogravarea și un pachet complet de documentație adaugă costuri reale, dar sunt dovada că piesa este calificată. Stive de timp de la topirea țaglelor, reîncălzirile de forjare, tratamentul termic și NDT, cu matriță închisă sau scule izoterme deasupra - planificați timp de săptămâni sau luni, mai mult pentru piesele mari sau critice pentru zbor. Cumpărarea după o specificație strictă, corectă și o rută aproape de net este ceea ce controlează de fapt atât costul, cât și programul.

Pentru comparație cu lumea produselor forjate, paginile noastre de fitinguri forjate ASME B16.11 și fitinguri pentru țevi forjate acoperă componentele forjate mai mici, iar paginile noastre Incoloy 800H / 800HT acoperă aliajele forjate la temperatură înaltă utilizate în zonele mai calde și mai puțin solicitate ale mașinii.

Întrebări frecvente

Cele mai comune sunt discurile, arborii, lamele, garniturile și inelele Inconel 718; Discuri și arbori rotori Waspaloy și Rene 41 pentru secțiuni mai fierbinți; Lame, șuruburi și arcuri Inconel X-750; și carcase, inele și etanșări Inconel 625 cu soluție solidă plus căptușeli de combustie Hastelloy X și conducte de tranziție. Consultați Inconel 718 și Hastelloy X pentru detalii despre grad.

Care este diferența dintre Inconel 718 și Waspaloy pentru forjare?

718 este întărit cu gama-dublu-prime (Ni3Nb) și oferă cea mai mare rezistență la temperatura camerei și sudabilitate ușoară la aproximativ 650 C; Waspaloy este întărit gamma-prim (Ni3(Al,Ti)) și menține rezistența la rupere la fluaj peste aproximativ 620-650 C, până la 870 C pentru piesele statice, dar este mai greu de sudat. Ambele sunt acoperite de ASTM B637.

La ce temperatură poate rezista o forjare cu turbină Inconel 718?

Inconel 718 este utilizat continuu la aproximativ 650 C (1200 F) și pentru perioade scurte până la 700 C (1290 F). Peste aproximativ 700 C, precipitatul gamma-dublu-prim se îngroașă și se transformă în fază delta, iar aliajul își pierde avantajul de rezistență.

Ce acoperă ASTM B637?

ASTM B637 este specificația pentru bare de aliaj de nichel, forjate și materiale de forjare pentru lucrări la temperaturi ridicate - inclusiv Inconel 718, X-750, 706 și Waspaloy. Versiunile însoțitoare AMS (de exemplu AMS 5662 pentru 718, AMS 5708 pentru Waspaloy) stabilesc exact tratamentul termic și detaliile de testare.

Ce acoperă ASTM B564?

ASTM B564 acoperă mai larg piesele forjate din aliaj de nichel - Inconel 625, 600 și X-750, Hastelloy X și C-276, Incoloy 825, Monel 400 și altele - pentru servicii generale rezistente la coroziune și la căldură. Este specificația obișnuită pentru stocul de forjare cu turbine cu soluție solidă și piesele forjate.

De ce este important fluxul de cereale într-o forjare cu discuri de turbină?

Fisurile de oboseală urmează calea cu cea mai mică rezistență, astfel încât fluxul de cereale care urmează conturul discului îndepărtează fisurile de suprafața cu stres ridicat. O macrogravare conform ASTM E381 / E340 este dovada că curgerea se potrivește cu desenul, iar direcția curgerii este specificată pe forjare, nu asumată.

Ce raport de reducere este necesar pentru forjarea unei turbine?

O reducere minimă de forjare de aproximativ 4:1 este tipică, iar piesele rotative, cum ar fi discurile și arborii sunt de obicei specificate la 6:1 până la 8:1 pentru a sparge structura dendritică turnată și a închide porozitatea.

Ce este forjarea sub-solvus versus super-solvus?

Forjarea 718 sub solvus delta (Ni3Nb) dă o bobină fină recristalizată cu rezistență ridicată și viață bună la oboseală cu ciclu scăzut; forjarea deasupra solvusului dă o bob grosier cu o viață mai bună la fluaj/ruptură și o creștere mai lentă a fisurilor la oboseală. Alegerea este deliberată și dimensiunea granulelor rezultată este verificată conform ASTM E112.

Ce încercări nedistructive sunt necesare pentru forjarea turbinei?

O forjare critică pentru zbor sau putere primește testare cu ultrasunete volumetrice 100% (AMS 2154 Clasa AA, sau ASTM A388 / ASTM E2375), testare cu penetrare la suprafață (ASTM E165) sau cu particule magnetice (ASTM E1444) și o macrogravare (ASTM E381 / E340). Niciun test nu vede totul, așa că straturile sunt complementare.

Ce este AMS 2154 Clasa AA?

AMS 2154 este specificația aerospațială pentru inspecția cu ultrasunete a metalului forjat; Clasa AA este cel mai riguros nivel de acceptare, utilizat pentru piesele rotative premium, cum ar fi discuri de turbină și arbori, unde soliditatea internă este critică.

Ce practică de topire este folosită pentru forjarea superaliajului aerospațial?

Piesele forjate de calitate aerospațială pornesc de la topirea prin inducție în vid plus retopirea electrozgurii (VIM+ESR); piesele rotative sunt de obicei triplu topite (VIM+ESR+VAR). Numărul de căldură urmărește piesa finită înapoi la topitura originală.

De ce forjarile din superaliaje sunt greu de forjat?

Ele își păstrează rezistența la temperatura de forjare, au o fereastră de lucru îngustă și sunt sensibile la viteza de deformare, astfel încât temperatura greșită sau creșterea în rampă provoacă microfisurare. Încălzirea controlată, rampa și reducerea sunt ceea ce face o forjare curată.

Ce documente ar trebui să includă un transport de forjare cu turbine?

Cel puțin un raport EN 10204 3.1 de testare a materialelor cu trasabilitatea numărului de căldură, un certificat de conformitate, inspecția primului articol, diagrame de tratare termică și rapoarte NDT; Este așteptată acreditarea NADCAP pentru procesele speciale critice pentru zbor.

Este Inconel 718 sudabil?

Da - mai bun decât majoritatea superaliajelor de înaltă rezistență. Precipitatul său gamma-dublu-prime se formează lent, astfel încât 718 poate fi sudat în stare tratată cu soluție și îmbătrânit după aceea fără fisurarea prin deformare care afectează aliajele gama-prime, cum ar fi Waspaloy și Rene 41.

Hastelloy X poate fi forjat pentru piese de turbină?

Da. Hastelloy X (UNS N06002) este forjat pentru căptușeli de combustie, conducte de tranziție, inele și accesorii post-ardere unde rezistența la oxidare la aproximativ 870 C (1600 F) contează mai mult decât rezistența maximă. Piesele forjate sunt acoperite de ASTM B564; vezi Hastelloy X.

Care este raportul buy-to-fly și de ce contează?

Buy-to-fly este raportul dintre masa taglelor brute și masa piesei finite. Forjarea izotermă aproape netă de 718 poate ajunge la aproximativ 1,3:1, în timp ce o preformă mare cu matriță deschisă poate începe peste 4:1; superaliajul pentru care plătiți dar nu zburați niciodată reprezintă o mare parte din costul piesei, așa că merită urmărite rutele aproape de net și HIP de material premium.

Cât durează fabricarea unei turbine de forjare cu superaliaj?

Stive de timp de la topirea țaglelor, reîncălziri de forjare, tratament termic și NDT, cu matriță închisă sau scule izoterme deasupra - de obicei săptămâni până la luni și mai mult pentru piesele mari sau critice pentru zbor. O specificație strânsă, corectă și o rută aproape de net sunt programul de control.

Forjarea cu turbine necesită presare izostatică la cald (HIP)?

HIP este utilizat pe forjare premium și forme aproape de rețea pentru a închide porozitatea internă și pentru a îmbunătăți oboseala și inspectabilitatea și este comun pentru piesele rotative critice; dacă este necesar este decis de specificația de achiziție și de clasa de acceptare NDT.