1. ترکیب اساسی و فلسفه متالورژیکی پشت GH3128 چیست و چگونه عناصر کلیدی آن در عملکرد دمای{2}بالای آن نقش دارند؟
GH3128 یک سوپرآلیاژ-محلول جامد با پایه نیکل-کروم- است. "فلسفه" آن تکیه بر حجم بالایی از فازهای رسوبی (مانند فاز گاما-اول ['] در سایر سوپرآلیاژها) برای استحکام نیست، بلکه در عوض ایجاد یک ماتریس فلزی ذاتاً پایدار و قوی است که قادر به مقاومت در برابر گرمای شدید، خوردگی و تغییر شکل است.
عناصر کلیدی و نقش آنها عبارتند از:
نیکل (Ni): عنصر پایه که ساختار بلوری مکعبی (FCC) ثابت و ثابتی را ارائه میکند که به عنوان ماتریس آستنیتی شناخته میشود. این ساختار در دماهای بالا پایدار و انعطاف پذیر باقی می ماند و پایه ای را تشکیل می دهد که سایر عناصر بر روی آن ساخته می شوند.
کروم (Cr): (~20%) این عنصر اولیه برای مقاومت در برابر اکسیداسیون است. این یک لایه متراکم، چسبنده و خود ترمیم شونده از اکسید کروم (Cr2O3) روی سطح تشکیل می دهد که به عنوان یک مانع در برابر اکسیژن، نیتروژن و گوگرد عمل می کند و از تخریب سریع فلز زیرین جلوگیری می کند.
تنگستن (W) و مولیبدن (Mo): اینها نیروی کار تقویت محلول جامد- هستند. اندازه اتمی بزرگ آنها باعث ایجاد کرنش شبکه قابل توجهی در ماتریس نیکل می شود. این کرنش مانع حرکت نابجایی ها (نقایص در شبکه کریستالی) می شود، تغییر شکل پلاستیک را برای فلز سخت تر می کند و در نتیجه استحکام و مقاومت خزشی آن را در دماهای بالا افزایش می دهد.
کربن (C): مقدار کم اما بحرانی. با عناصر واکنشی ترکیب می شود تا کاربیدهای اولیه (به عنوان مثال، TiC، MoC) را در طول انجماد تشکیل دهد. این کاربیدها به سنجاق کردن مرزهای دانهها کمک میکنند و از رشد دانه در دماهای بالا جلوگیری میکنند که به پایداری و استحکام طولانیمدت بهتر کمک میکند.
سریم (Ce) و زیرکونیوم (Zr): اینها به عنوان "عناصر واکنشی" یا "گیرنده گوگرد" شناخته می شوند. آنها به مقدار کمی اضافه می شوند تا به طور چشمگیری چسبندگی و مقاومت پوسته پوسته شدن مقیاس اکسید محافظ را بهبود بخشند. آنها ناخالصیهای مضر گوگرد را میبندند، که در غیر این صورت رابط فلزی- اکسید را ضعیف میکند و باعث پوسته پوسته شدن مقیاس محافظ میشود.
به طور خلاصه، GH3128 خواص خود را از طریق ترکیبی هم افزایی از یک ماتریس نیکل پایدار،-تقویت کننده های محلول جامد (W, Mo) برای استحکام، کروم برای محافظت از سطح، و میکرو{2}}آلیاژ استراتژیک برای پایداری ریزساختاری به دست می آورد.
2. GH3128 اغلب با Inconel 625 مقایسه می شود. تفاوت های اصلی در مکانیسم های تقویت آنها و سقف های دمای معمولی سرویس چیست؟
این یک تمایز مهم برای مهندسان انتخاب مواد است. در حالی که هر دو بر پایه نیکل- هستند و برای مقاومت در برابر خوردگی عالی هستند، مکانیسم های تقویت کننده هسته و مشخصات عملکرد آنها به طور قابل توجهی متفاوت است.
GH3128: جامد-محلول تقویت شده
همانطور که بحث شد، GH3128 تقریباً به طور انحصاری از اثر محلول جامد تنگستن و مولیبدن حل شده در ماتریس نیکل-کروم آن به دست میآید. این مکانیسم ذاتاً در یک محدوده دمایی گسترده پایدار است، اما در مقایسه با آلیاژهای سخت شده بارندگی، سقف استحکام اوج کمتری دارد. حداکثر دمای سرویس آن برای کاربردهای طولانی مدت معمولاً در محدوده 950 درجه تا 1000 درجه (1742 درجه فارنهایت تا 1832 درجه فارنهایت) است. فراتر از این، استحکام کاهش می یابد و اکسیداسیون، اگرچه هنوز خوب است، ممکن است توسط پوشش های تخصصی پیشی بگیرد.
Inconel 625: بارش-تقویت شده (عمدتا)
در حالی که اینکونل 625 همچنین از تقویت محلول جامد از مولیبدن و نیوبیم بهره می برد، استحکام اولیه آن از رسوب یک فاز متا-پایدار به نام گاما دوبل-پرایم ( '' - Ni₃Nb) ناشی می شود. این فاز در طی یک عملیات حرارتی خاص (پیری) شکل میگیرد و موانع بسیار قوی برای حرکت نابجایی ایجاد میکند و به 625 دمای بسیار بالاتری نسبت به GH3128 میدهد-درجه حرارت و متوسط{8}}درجه حرارت و استحکام کششی.
تجارت-خاموش: با این حال، فاز '' در دماهای بسیار بالا ناپایدار است. شروع به حل شدن می کند و به فاز پایدار اما کم اثرتر (فاز دلتا) بالای حدود 650 درجه (1200 درجه فارنهایت) تبدیل می شود. در نتیجه، در حالی که Inconel 625 از GH3128 در دمای زیر 650 درجه قوی تر است، استحکام آن به سرعت بالاتر از این دما کاهش می یابد و GH3128 را به انتخابی بی چون و چرا برای استحکام پایدار و مقاومت در برابر خزش در محدوده 800-1000 درجه تبدیل می کند.
دستورالعمل انتخاب: Inconel 625 را برای کاربردهای-مقاومت و خوردگی بالا- تا ~650 درجه انتخاب کنید. GH3128 را برای برنامههایی انتخاب کنید که در آنها حفظ قابلیت تحمل بار-و عمر خزشی در محیطهای اکسیدکننده از 800 درجه تا 1000 درجه اولویت است.
3. در صنعت هوافضا، GH3128 عمدتاً در کجا استفاده می شود و چه ویژگی خاصی آن را در این کاربردها ضروری می کند؟
در هوافضا، GH3128 یک ماده کلیدی برای اجزای دمای بالا در هر دو سیستم بدنه هواپیما و موتور، بهویژه در هواپیماهای نظامی و{2}با کارایی بالا است.
کاربردهای اولیه آن عبارتند از:
اجزای پس سوز: نگهدارنده های شعله، میله های اسپری و آسترهای پس سوز.
محفظههای احتراق: بخشهای آستر و سایر اجزای بخش داغ-.
حلقه های مهر و موم توربین: اجزایی که باید ثبات ابعادی را تحت سیکل حرارتی حفظ کنند.
سیستم های اگزوز: فلپ ها و مهر و موم های نازل.
تنها ویژگی ضروری برای این کاربردها ترکیب استثنایی آن از مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا و پایداری ساختاری است. پس سوز و محفظه های احتراق شدیدترین دما را در موتور تجربه می کنند که اغلب با برخورد مستقیم شعله همراه است. آلیاژ نه تنها باید در برابر ذوب شدن و ضعیف شدن مقاومت کند، بلکه باید در برابر اکسیداسیون فاجعه آمیز و پوسته پوسته شدن در جریان گاز با سرعت بالا و اکسیژن{4} نیز مقاومت کند. مقیاس محافظ Cr2O3، افزایش یافته توسط Ce و Zr، در اینجا حیاتی است. علاوه بر این، این اجزا اغلب ساخته شده از ورق فلزی با دیواره نازک- هستند. قابلیت ساخت و جوشپذیری خوب GH3128 امکان ساخت این سازههای پیچیده را فراهم میکند، در حالی که استحکام خزشی بالای آن از اعوجاج یا شکست آنها در دمای عملیاتی در هزاران چرخه پرواز جلوگیری میکند.
4. ملاحظات اولیه و اقدامات توصیه شده برای جوشکاری آلیاژ GH3128 برای حفظ خوردگی و خواص مکانیکی آن چیست؟
جوش GH3128 برای حفظ ریزساختار و در نتیجه عملکرد سرویس آن نیاز به کنترل دقیق رویه دارد. چالش اصلی جلوگیری از ترک خوردگی و آلودگی داغ است.
ملاحظات کلیدی و بهترین شیوه ها:
پاکیزگی در درجه اول اهمیت قرار دارد: این را نمی توان اغراق کرد. همه آلایندهها-روغن، گریس، رنگ، جوهرهای علامتگذاری، و بهویژه گوگرد-باید از محل اتصال و سیم پرکننده پاک شوند. گوگرد می تواند باعث شکنندگی شدید در مرزهای دانه شود که منجر به ترک خوردن می شود.
انتخاب فلز پرکننده: از فلز پرکننده ای استفاده کنید که با ترکیب فلز پایه مطابقت داشته باشد یا به طور خاص آلیاژی بیش از- داشته باشد تا از دست دادن عناصر فرار را جبران کند. انتخاب های متداول عبارتند از سیم پرکننده GH3128 یا یک آلیاژ جامد مشابه-نیکل تقویت شده با محلول{4}} مانند AWS ERNiCrMo-3 (معادل سیم Inconel 625)، که مقاومت عالی در برابر ترک را ارائه می دهد.
طراحی مفصل و ورودی گرما: از طراحی مفصلی استفاده کنید که در صورت امکان محدودیت را به حداقل برساند. از فرآیندهای جوشکاری استفاده کنید که امکان کنترل دقیق گرمای ورودی را فراهم می کند، مانند جوشکاری قوس تنگستن گاز (GTAW/TIG). ورودی گرمای کم برای به حداقل رساندن اندازه منطقه تحت تأثیر حرارت (HAZ) و جلوگیری از رشد بیش از حد دانه ترجیح داده می شود، که می تواند استحکام و شکل پذیری را کاهش دهد.
گاز محافظ: از{0}}آرگون با خلوص بالا یا مخلوط آرگون-هلیوم هم برای مشعل و هم برای یک سیستم گاز پشتیبان-که به خوبی نگهداری می شود استفاده کنید. پشتیبان مناسب و محافظ گاز پشتیبان برای محافظت از حوضچه جوش مذاب و سمت ریشه داغ جوش در برابر آلودگی جوی (اکسیژن، نیتروژن)، که می تواند منجر به شکنندگی و از دست دادن مقاومت در برابر خوردگی شود، بسیار مهم است.
عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT): در حالی که همیشه برای آلیاژهای محلول جامد- مانند GH3128 اجباری نیست، ممکن است یک آنیل تنشزدایی برای جوشهای با محدودیت بالا برای کاهش تنشهای پسماند که میتواند منجر به تنش-ترک خوردگی یا اعوجاج در سرویس شود، مشخص شود.
5. فراتر از هوافضا، برخی از کاربردهای صنعتی در حال رشد یا خاص برای GH3128 چیست و چه چیزی باعث انتخاب آن در این زمینه ها می شود؟
ویژگیهای منحصر به فرد GH3128 آن را در بخشهای صنعتی پرتقاضا که قابلیت اطمینان در دماهای بالا بر هزینه اولیه مواد غلبه میکند، ارزشمندتر میکند.
صنعت عملیات حرارتی: برای تجهیزات کورههای با دمای بالا مانند لولههای تابشی، صدا خفه کنها، مخزنها و سینیها استفاده میشود. در اتمسفرهای کربورسازی و نیتریدینگ، جایی که سایر آلیاژها به سرعت تجزیه میشوند، مقاومت GH3128 در برابر کربنسازی (مقاومت در برابر انتشار کربن به داخل) و چرخه حرارتی، آن را به راهحلی طولانیمدت و مقرونبهصرفه در طول چرخه عمر خود تبدیل میکند.
تولید شیشه: اجزایی مانند همزنهای{0} پردازش شیشه، غلافهای محافظ ترموکوپل، و قالبهایی که با شیشه مذاب تماس دارند، در معرض دماهای شدید و شار خورنده قرار میگیرند. GH3128 در برابر اکسیداسیون و حمله شیمیایی ناشی از ذوب شیشه مقاومت می کند.
پردازش شیمیایی: در اکسیدکنندههای حرارتی و زبالهسوزها که برای تصفیه گازهای زائد استفاده میشوند، دما میتواند از 900 درجه تجاوز کند و اتمسفر میتواند بسیار تهاجمی، حاوی کلریدها، سولفیدها و سایر عناصر خورنده باشد. GH3128 برای قطعات مهم مانند نازل های مشعل و قطعات داخلی که فولادهای ضد زنگ استاندارد به سرعت از بین می روند انتخاب شده است.
انرژی هستهای: در برخی از اجزای راکتور خنکشده با گاز با دمای بالا (HTGR) و برای ابزار دقیق هستهای که در آنها پایداری طولانیمدت در یک محیط گاز داغ، خنثی یا اکسیدکننده لازم است، استفاده میشود.
نیروی محرکه در تمام این کاربردهای صنعتی هزینه کل مالکیت (TCO) است. در حالی که هزینه اولیه GH3128 بالاتر از فولادهای ضد زنگ استاندارد یا حتی برخی از سوپرآلیاژهای دیگر است، طول عمر استثنایی آن، کاهش زمان از کار افتادگی برای تعویض قطعات و قابلیت اطمینان برتر در محیط های تنبیهی اغلب آن را به مقرون به صرفه ترین انتخاب در دراز مدت تبدیل می کند. انتخاب آن یک تصمیم استراتژیک برای فرآیندهای حیاتی است که در آن شکست یک گزینه نیست.
