العربية

Inconel 713

سوبرسبيكة مصبوبة عالية القوة قائمة على النيكل، تم تصميمها لتوفير مقاومة ممتازة للإجهاد الحراري والزحف والأكسدة في تطبيقات التوربينات والهياكل ذات درجات الحرارة العالية.

مقدمة عن إنكونيل 713

إنكونيل 713 هو سبيكة فائقة مصبوبة قائمة على النيكل قابلة للتقسية بالترسيب، صُممت لتوفير قوة ممتازة، ومقاومة للتعب الحراري، وثباتًا عاليًا ضد الأكسدة عند درجات حرارة مرتفعة تصل إلى 980°C (1800°F). وقد طُوِّرت في الأصل للمكوّنات الهيكلية في محركات التوربينات، وتُستخدم هذه السبيكة على نطاق واسع في تطبيقات الطيران والطاقة وتوربينات الغاز الصناعية التي تتطلب التعرض طويل الأمد لدرجات حرارة عالية مع متانة ميكانيكية.

تتكون بشكل أساسي من النيكل (≥75%)، مع إضافات من الكروم (12–14%)، والألومنيوم (5.5–6.5%)، والموليبدينوم (4–5%)، والنيوبيوم (1.5–2.5%). يوفّر إنكونيل 713 مقاومة استثنائية للزحف والانهيار، ويحافظ على سلامة البنية المجهرية تحت ظروف تشغيل قاسية. وتتيح قابليته للصب تصميمات قريبة من الشكل النهائي، لكن غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى تشغيل دقيق باستخدام ماكينات CNC لتحقيق المتطلبات النهائية للأبعاد والسطح.

الخواص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لإنكونيل 713

يُورَّد إنكونيل 713 (UNS N07713 / AMS 5380) عادةً في حالة الصب بالشمع الضائع (Investment Cast) مع التقادم (Aged)، ويلتزم بمواصفات مكوّنات الطيران عالية الحرارة.

التركيب الكيميائي (AMS 5380)

العنصر	نطاق التركيب (بالوزن %)	الدور الأساسي
النيكل (Ni)	الباقي (~75.0%)	المعدن الأساسي؛ ثبات حراري وقوة
الكروم (Cr)	12.0–14.0	يوفّر مقاومة للأكسدة والتآكل الساخن
الألومنيوم (Al)	5.5–6.5	يعزز القوة عبر ترسيب طور γ′ (Ni₃Al)
الموليبدينوم (Mo)	4.0–5.0	يعزز مقاومة الزحف
النيوبيوم (Nb)	1.5–2.5	يُرسِّب أطوار تقسية (NbC, γ″)
التيتانيوم (Ti)	0.6–1.2	يعزز طور γ′
الكربون (C)	0.10–0.20	يُكوّن كربيدات لرفع مقاومة الزحف
الزركونيوم (Zr)	0.05–0.15	يحسن قوة حدود الحبيبات
البورون (B)	0.005–0.015	يعزز تماسك حدود الحبيبات
الحديد (Fe)	≤3.0	عنصر سبائكي ثانوي
السيليكون (Si)	≤0.50	يُتحكم به للحد من الأكسدة
المنغنيز (Mn)	≤0.50	يحسّن قابلية الصب

الخواص الفيزيائية

الخاصية	القيمة (نموذجية)	معيار/شرط الاختبار
الكثافة	8.00 g/cm³	ASTM B311
مدى الانصهار	1250–1330°C	ASTM E1268 (DTA)
التوصيل الحراري	11.5 W/m·K عند 100°C	ASTM E1225
المقاومة الكهربائية النوعية	1.20 µΩ·m عند 20°C	ASTM B193
التمدد الحراري	13.9 µm/m·°C (20–1000°C)	ASTM E228
السعة الحرارية النوعية	460 J/kg·K عند 20°C	ASTM E1269
معامل المرونة	198 GPa عند 20°C	ASTM E111

الخواص الميكانيكية (حالة الصب المُقَدَّم عمره)

الخاصية	القيمة (نموذجية)	معيار الاختبار
مقاومة الشد	950–1080 MPa	ASTM E8/E8M
إجهاد الخضوع (0.2%)	620–750 MPa	ASTM E8/E8M
الاستطالة	≥3–6% (طول قياس 25mm)	ASTM E8/E8M
الصلادة	330–390 HB	ASTM E10
مقاومة الزحف حتى الكسر	≥165 MPa @ 871°C, 100h	ASTM E139

الخصائص الرئيسية لإنكونيل 713

القوة عند درجات الحرارة العالية: يحتفظ بمقاومة شد أعلى من 900 MPa ومقاومة زحف تتجاوز 150 MPa عند 870°C لمدة تزيد عن 100 ساعة—مناسب لمكوّنات القسم الساخن في توربينات الغاز.
مقاومة الأكسدة والتآكل الساخن: يشكل الكروم والألومنيوم أكاسيد واقية مستقرة (Cr₂O₃, Al₂O₃)، مما يضمن مقاومة حتى 1000°C في البيئات المؤكسدة والكبريتاتية.
التقسية بجاما برايم: نسبة حجم طور γ′ حوالي ~60% تساهم في إجهاد خضوع >700 MPa وثبات أبعادي ممتاز تحت إجهاد وحرارة مرتفعين.
قابلية الصب مع تشغيل دقيق: مناسب للصب بالشمع الضائع قريب الشكل النهائي مع تشطيب إضافي باستخدام CNC لتحقيق سماحات ±0.02 mm وتشطيب سطح Ra ≤ 0.8 µm.

تحديات وحلول تشغيل إنكونيل 713 باستخدام CNC

تحديات التشغيل

الصلادة العالية والكشط

تنتج حالة الصب والتقادم صلادة برينيل تصل إلى 390 HB، مما يؤدي إلى تآكل الحافة (Flank wear) وتلف الحفرة (Crater damage) على أدوات الكربيد.

الحساسية الحرارية

انخفاض التوصيل الحراري (11.5 W/m·K) يسبب ارتفاع حرارة طرف الأداة لتتجاوز 1000°C، مما يؤدي إلى أكسدة سريعة وتآكل عند منطقة الشق (Notch wear).

هشاشة قطعة العمل

انخفاض الليونة (استطالة 3–6%) يزيد rthe isk من التشققات الدقيقة وتكسّر الحواف أثناء القطع العنيف أو الاهتزاز.

استراتيجيات تشغيل مُحسّنة

اختيار الأداة

المعيار	التوصية	المبرر
مادة الأداة	أدوات CBN أو أدوات سيراميكية (SiAlON، مدعّمة بألياف whisker)	صلادة حمراء عالية ومقاومة لصدمة حرارية
الطلاء	TiAlN أو AlCrN PVD، سماكة 3–6 µm	يقلل تآكل الانتشار والاحتكاك
الهندسة	زاوية ميل موجبة (10–12°)، حافة مصقولة أو مشطوفة	يحسن عمر الأداة وجودة السطح

معلمات القطع (ISO 3685)

العملية	السرعة (m/min)	التغذية (mm/rev)	عمق القطع (DOC) (mm)	ضغط سائل التبريد (bar)
تشغيل خشن (Roughing)	15–25	0.20–0.30	2.0–3.0	80–120
تشغيل نهائي (Finishing)	30–45	0.05–0.10	0.3–0.8	100–150

المعالجات السطحية لأجزاء إنكونيل 713 المُشغَّلة

الكبس المتساوي الضغط على الساخن (HIP)

HIP يزيل مسامية الانكماش الداخلية ويعزز مقاومة الكلال بأكثر من >25%، وهو أمر حاسم لريش التوربينات والمسبوكات الهيكلية المعرضة لأحمال دورية.

المعالجة الحرارية

المعالجة الحرارية تشمل معالجة إذابة عند 1160°C ثم التقادم عند 845°C لتحسين ترسيب طور γ′ وتعزيز خواص الشد والانهيار.

لحام السبائك الفائقة

لحام السبائك الفائقة يستخدم تقنيات TIG المُسخّن مسبقًا أو لحام حزمة الإلكترون مع مواد حشو قائمة على Ni-Cr للحفاظ على سلامة الوصلة تحت دورات حرارية.

طلاء الحاجز الحراري (TBC)

طلاء TBC يطبق طبقات سيراميكية من الزركونيا بسماكة 150–250 µm لتقليل حرارة السطح حتى 200°C، مما يطيل عمر الكلال لأجزاء القسم الساخن.

التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM)

EDM يتيح تشكيل هندسي دقيق في إنكونيل 713 المُقسى بدقة ±0.01 mm، مناسب لمجاري fir tree وثقوب التبريد.

الثقب العميق

الثقب العميق يدعم تشغيل ثقوب بنسبة طول إلى قطر عالية (L/D ≥ 40:1)، وهو أمر حيوي لقنوات تبريد الريش وثقوب بطانة غرفة الاحتراق.

اختبارات المواد والتحليل

اختبارات المواد تشمل تقييم البنية الماكرو/الميكروية، والفحص بالأشعة السينية، والفحص بالموجات فوق الصوتية وفق AMS 2175 للتحقق من السلامة البنيوية ودقة الأبعاد.