白论文
高温合金趋势
现代高温合金在过去三十年中化学组成变化不大铁、镍、钴、铬、、、、、铝、共聚物和微量元素大都组合评价,留有微小机会使用新合金现有合金大有改善
最近合金性能提高主要通过加处理实现文章讨论经改进处理技术的结果,先更新主要高温合金家庭及其服务能力
高温合金泛指500摄氏度(260摄氏度)至2200摄氏度(1205摄氏度)温度范围内提供强度、环境抗药性和稳定性的材料通常使用热源如涡轮引擎、反转引擎、电厂、炉炉和污染控制设备。
这些合金必须使用加固机制在最大接触温度上传递期望强度因此合金微结构必须在操作温度稳定
稳定性需求向构件设计师持续挑战实现期望性能时,金属通常是热处理元稳定条件,高温接触后恢复为实用性较低的均衡结构
设计者理解并记录预期操作条件至关重要应特别考虑使高温效应复合的侵扰性环境
从竞争角度看,合金选择必须基于预期成本效益最优选择通常是能满足设计标准的最低成本材料高成本材料可靠性提高,但对于系统中某些关键和/或前分解关闭维护工作可能是合理的了解合金能力有助于作出明智决策
四合金组
高温合金可按矩阵组成划分四组
铁基合金-本组由低铬合金组成,如3Cr-1-M-V,4340合金CarTechAerMeti100合金和 Marage 250-12%铬-marticic非不锈性钢CarTech636合金,CarTech希腊算法(AMS5616),Cartech H-46Cartech JeteteM152FV535和355
后一组有时被称为超级12铬钢,并配有软性元素,如轮廓元件和通斯腾元件,以便在高温下提供更大的强度并增加其他小元素,如、columbium和氮铁基、低铬、单静态钢可达750摄氏度(400摄氏度)使用,12%铬马特敏度可达1200摄氏度(650摄氏度)使用,但仅提供1000摄氏度以上(540摄氏度)的中度强度
类别中的其他等级包括高合用排气管钢类,如AMS5700和21-23%合金-商业名称21-2N、21-4N、21-12N和23-8N后三级可硬化引擎阀级老化加固达1400摄氏度(760摄氏度),但在温度容量上端提供相当低强度
en-Nickel基础合金-非老硬性分数和老硬性能分数都包括在这一类中330型不锈和N-155型固化求解加固(非老硬化)合金实例
可硬化分数包括CarTechA286,Cartech901,CartechV-57,卡泰克706,CartechCTX-1,CartechCTX-909并Cartech热电波合金所有这些合金都含有columbium和/或ti11摄氏度(595摄氏度)至1300摄氏度(705摄氏度)不等,当合金处理并老化时,获取良好强度和硬性
镍基合金-这些合金含镍比铁多铬范围为20%,镍范围介于50%至80%之间其它合金元素包括mulybdenum、tungsten、aluum、ti
本组包括适龄硬化分数和固化求解加固分数(非适龄硬化分数)。可硬化老化合金典型有:CARTECHWASPOYM-252和Cartech41号,80A,71890X-750并751温度达1600摄氏度(870摄氏度)固化求解增强等级Cartech102,680并625)见温度达2200摄氏度(1205摄氏度)服务,降水增强不再有用
cobart基础合金-典型本类CarTechL-605含五成钴加镍、铁、铬和通斯腾薄合金适用至约1900摄氏度(1040摄氏度)。其它例子包括MP159Cartech188合金本组金属在镍基合金很容易攻击的含硫环境中特别有用
Aloy成本VS容量
温度和强度需求增高 所需合金内容也增高铁基马特敏合金最常用值为500摄氏-1000摄氏服务范围(260摄氏-540摄氏度)。远高于1000摄氏度(540摄氏度),marticic合金-Cartech H-46,CarTech636,CarTech希腊解密偏高性能低得无法接受 多应用但由于铁含量高,这些合金经济实惠一般来说,这些温度范围最经济有效
高强度可用超高强度材料提供,如mariging钢材CarTechAERMET100合金,但这些等级不推荐服务超过750摄氏度(400摄氏度)。
降压硬化合金在1000-1500摄氏度(540-815摄氏度)温度范围中支配高强度应用这些合金系统由用镍和铝、或columbium沉淀增强的Austitic矩阵组成3ALNI3Ti,Ni3C+固化增强元素,如molybdenum
沉淀物开始过量分解时,这些合金温度限值即达标热抗药性可以通过增加加速成形元素提高(Ti、Al和Cb)。镍还须持续增量以组成交错沉淀物并稳定自闭结构,因为合金含量较高
cobalt也可以加法减少沉淀物溶解性相冲突元素tungsten和molybdenum加法提高高温僵硬性所有这些加法提高温度能力,大大增加合金成本
Aloy选择标准
合金选择取决于机械属性需求(即:强性、爬虫性、疲劳症)和最大接触温度表一、表二和表三分别显示典型高温合金的成分、机械特性和实际服务限值
合金选择取决于机械属性需求(即:强性、爬虫性、疲劳症)和最大接触温度表一、表二和表三分别显示典型高温合金的成分、机械特性和实际服务限值
CarTechA286合金占用奥氏降水加固高温合金的低端中强度能力和长期服务能力达1150摄氏度(620摄氏度)。含镍25%名义值,成本效率相当高
按温度向上排序的其他常用合金包括Cartech901、Cartech718、Cartech X750、Cartech751、CartechWaspaloy、Cartech41和Cartech720合金表一显示增合金内容
718合金,也许是最普遍的高温合金,占总行业“超级合金”生产的最大百分比高强度和爬虫抗药度达1250摄氏度(675摄氏度),两种属性均合理水平达14000摄氏度(760摄氏度)。疲劳性能极佳大规模生产使合金比组成建议更经济
CartechWapoloy开始支配温度超过1250摄氏度(675摄氏度)和需要超爬虫性能达14000摄氏度(760摄氏度)镍和钴含量较高导致成本增加Waspaloy申请范围从涡轮组件和绑定器到假死等都很好
Rene41服务能力超出Waspaloy曾用于1600摄氏度(870摄氏度),但更适合1350摄氏度(730摄氏度)至1500摄氏度(815摄氏度)比Waspaloy高强度和爬虫抗药性,但疲劳抗药性略小
720合金与Waspaloy和Pyrome41合金相同温度范围服务,同时提供优于两者的强度和爬虫抗药性高合金含量为传统制片合金实用上限,因此成本更高难生产替代合金gonr-Ally如果拥有必备属性则成本效益更高
受控热扩展合金是降水加固组内重要家族特殊用途材料在-40摄氏度至1250摄氏度(-40摄氏度至680摄氏度)预期服务温度范围内提供低热扩展系数
本家族典型合金有Pyromet合金CartechCTX-1CartechCTX-3CartechCTX-909和CartechTem-Span合金依赖无铬或低铬、镍-铁-coblt矩阵提供低扩展特征这些合金易氧化1000摄氏度以上(540摄氏度),但在密封和热疲劳应用方面提供独有能力
降水加固机制相对无效超过1600摄氏度(870摄氏度),因为沉淀过量并变得不稳定,导致完整性丧失固溶加固合金居上温度范围
固化溶液增强由合金矩阵组成,内含大原子直径-如二元二元或二元二元二元二元基矩阵大原子硬化素材 提供爬虫阻抗但这些素材无法增强到降水加固合金水平
适合温度超过1600摄氏度(870摄氏度)的最低成本材料为300级不锈钢高至2100摄氏度(1 150摄氏度)持续服务时,有些等级拥有足够的环境抗药性
三种最优选择按增能排序为Cartech 309、Cartech 310和Cartech330不锈钢Cartech 309和Cartech 310在1600摄氏度(870摄氏度)接触后将产生西格玛相联性,使Cartech 330最容恕不锈钢
高强度能力可见于高合金固化强化金属中,如Cartech600、Cartech601、CartechL-605、Cartech680和Cartech625以及AloyS和Aloy188异式氧化聚变金属可考虑更严厉的服务条件
制造趋势
缺少新热抗合金并不妨碍提高材料和组件性能Aloy用户获益于合金生产者提高质量控制、成本控制、提高同质性、严格检验限制、提高清洁性、提高可工作性和提高可靠性大直径产品越来越容易获取
生产者持续评价制造方法,寻找方法减少合金变异,提高产量,减少周期时间并增强物质特征
过程控制在减少产品变异方面特别有效某些合金生产者和用户现在宁可建立并工作到常高于最低限值的上下限值这种方法使构件设计师设计到更高压力水平,同时允许安全幅度
改善粒度和净度还允许严格超声波检查限制十年前二毫米表示常用拒绝标准今日读取0.8至1.2毫米是常用检验阈值设计师在建立可容设计压力时假设缺陷小得多其结果,组件可减重或高压操作
进程数据库
大型主机统计数据库的出现帮助Carpenter大大提高产品质量、一致性和成本效益。
举例说,数以百计热材料组成可统计分析对机械性能或热可用性的影响注意统计意义重大效果并相应调整未来组成范围以这种方式,Waspaloy造温热量翻番,方便复杂造假生产卡本特公司、仿客户和终端用户都从中得益
过程数据从熔化、准备、回熔和仿造操作输入主机数据库物料热显示某些属性(理想或不理想)时,数据集用统计方式与其他热量数据比较推导属性的因素随后识别后建立或调整流程控制限值以按期望促进或避免属性
使用这一技术识别影响真空弧回熔稳定的因素,最终影响同质性关键初级进程参数控制点建立并大幅提高结构一致性类似地,确定并控制临界热工作参数净结果更精细,更均匀粒子结构
Aly净化性通过仔细受控原材料选择、Vim使用特制Tundish系统、ARC-AOD熔化材料惰性气封化、改进电极编程技术并更好地控制回熔参数得到提高在有些情况下使用三重熔化法(VIM-ESR-VAR)。
fatigue特征通过降低兼容度提高减热工作缺陷和超声波缺陷水平下降也提高出效果
改良净化性允许更具攻击性热工作技巧净金属不易破解,可大得多地减少工作量。外加低端造温可产生比粒子结构高得多的粒子结构例例14'-diaCarTech718合金比特可生成ASTM6粒度,允许超声波检查离子为0.8毫米缺陷值的50%
结合增强回熔控制系统,提高净性还促进VAR稳定性大数子可同质生成小数子相似传统上多超值限20'-dia因隔离趋势而生成的数克数组数组数个数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组数组今日CartechWasbaloy等合金定期制作百科全书
伪造过程
各种编译过程现在合并,以最大化比特和条形质量Carpenter3000吨按键用于拆分石块结构材料可转置SX-65旋转平台,北美最大多大裁量无需再加热产品效率与传统仿真相比非常高,可实现更高粒度SX-65旋转形构件也可以直接转换为billet和bruce并高效使用,如果允许粗粒大小
Carpenter最近安装了小SX-32旋转机仿SX-65SX-32可生成2.5'至6'范围完成量,从而释放大构体以集中6'以上大小',即吞吐量大于6'并发安排还允许单日转换小条和小圈子,大幅缩短周期时间
补充造型阵列的是一流生产小到二分一或四分之一的木板厂和小直径圈小到四分之一的电线厂下划法可进一步裁员
机械测试减少
消除不必要的测试可帮助行业进一步减少周期时间和成本。高温合金当前测试需求定义见行业通用规范(ASTM、AMS)以及用户规范
其中许多需求建立于1960年代,当时生产实践尚有待改进。今日业界背负过多测试条件和参数,鉴于当前流程控件,这些条件和参数没有必要单指令多规范可进行多达30次单独的机械和微结构测试程序延长周期时间并产生不必要的费用
压力分解测试用以测量高温爬行特征,例举一例数度温度、压力条件和标本配置可能需要数百小时测试现实中,不测试可保证爬虫抗药性,如果构件性、微结构性以及高温抗拉控制极限实现
一家大型涡轮机制造商得出相同结论,消除了一些材料测试其余行业慢效法从角度讲,人们可能认为消除不必要的测试要求是“低悬浮果”。
磁粒测试原材料是另一个例子,尽管拒绝AMS2300和2303几乎不存在同时,ASTME-45配制测试敏感度更高,保存材料并损失性能成本磁粒测试如何-永远,铁磁材料仍然是规则而非例外
产业界现在应重新审查这些需求产品完整性可以通过只要求大型结构、微结构高温拉卡测试-如果生产者能显示构件控制以及熔化、回熔和热工作控件的狭义限制-得到保证
结论
高温服务成本效益合金选择取决于服务需求知识与材料能力视机械属性和环境抗药性需求而定,每种温度机制提供几种合金选项
高温合金已达到成熟状态,根据具体需求定制现有合金优先于合金开发Aly处理技巧和控件飞速发展,导致合金性能新阈值
用户需求通过缩短周期时间、提高交付可靠性和成本控制来满足业界现在有一个重大契机通过应用统计原理测试排减努力而进一步受益
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库尔特P罗巴赫
营销管理员-Turbine材料
卡彭特技术公司
阅读局
美国