Inconel 738
مقدمة عن إنكونيل 738
إنكونيل 738 هو سبيكة فائقة من النيكل مصبوبة عالية القوة طُوِّرت للتطبيقات التي تتطلب مقاومة فائقة للزحف، ومقاومة للأكسدة، وأداءً ممتازًا في مقاومة التعب الحراري عند درجات حرارة مرتفعة تصل إلى 980°C (1796°F). وقد صُممت لمكوّنات التوربينات التي تعمل تحت إجهادات حرارية وميكانيكية شديدة، ولذلك يُستخدم إنكونيل 738 على نطاق واسع في الطيران وتوليد الطاقة وأنظمة توربينات الغاز عالية الكفاءة.
يتكون بشكل أساسي من النيكل (~62%) ويُقوّى بالكروم (16%)، والتنغستن (2.6–3.3%)، والموليبدينوم (1.5–2.1%)، والكوبالت (8.0–9.0%)، والتيتانيوم (3.3–3.7%)، والألومنيوم (3.2–3.7%). تُكوّن السبيكة طور جاما برايم (γ′) المستقر الذي يحافظ على القوة أثناء التعرض المطوّل لدرجات الحرارة العالية. ويوفر إنكونيل 738 قابلية صب ممتازة واستقرارًا أبعاديًا، مما يجعله مناسبًا لمسبوكات الشمع الضائع شبه النهائية، يليها تشغيل CNC.
الخواص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لإنكونيل 738
يُورَّد إنكونيل 738 (UNS R30738 / AMS 5389) عادةً في حالة الصب والتقسية بالترسيب لاستخدامه في محركات التوربينات والمكوّنات الصناعية لمنطقة السخونة.
التركيب الكيميائي (تحليل صب نموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (بالوزن %) | الدور الأساسي |
|---|---|---|
النيكل (Ni) | ~61.0 | المصفوفة الأساسية لقوة درجات الحرارة العالية |
الكروم (Cr) | 16.0 | يوفر مقاومة للأكسدة |
الكوبالت (Co) | 8.5 | يعزز القوة الساخنة وعمر الكلال |
التنغستن (W) | 2.6–3.3 | تقسية بالمحلول الصلب |
الموليبدينوم (Mo) | 1.5–2.1 | يحسن مقاومة الزحف |
التيتانيوم (Ti) | 3.3–3.7 | تكوين وتقوية طور γ′ |
الألومنيوم (Al) | 3.2–3.7 | يساهم في ترسيب طور γ′ |
التنتالوم (Ta) | ≤0.05 | يقوي حدود الحبيبات (اختياري) |
الكربون (C) | 0.11–0.17 | تكوين كربيدات لاستقرار حدود الحبيبات |
البورون (B) | 0.005–0.01 | يعزز الليونة والقوة الساخنة |
الزركونيوم (Zr) | ≤0.05 | تماسك حدود الحبيبات |
السيليكون (Si) | ≤0.5 | يحسن التصاق طبقة الأكسيد |
المنغنيز (Mn) | ≤0.5 | يعزز قابلية الصب |
الخواص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار/شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 8.15 g/cm³ | ASTM B311 |
مدى الانصهار | 1260–1330°C | ASTM E1268 |
التوصيل الحراري | 11.2 W/m·K عند 100°C | ASTM E1225 |
المقاومة الكهربائية النوعية | 1.28 µΩ·m عند 20°C | ASTM B193 |
التمدد الحراري | 13.2 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
السعة الحرارية النوعية | 450 J/kg·K عند 20°C | ASTM E1269 |
معامل المرونة | 190 GPa عند 20°C | ASTM E111 |
الخواص الميكانيكية (حالة الصب + التقادم)
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار الاختبار |
|---|---|---|
مقاومة الشد | 980–1120 MPa | ASTM E8/E8M |
إجهاد الخضوع (0.2%) | 700–820 MPa | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | ≥4–8% (طول قياس 25mm) | ASTM E8/E8M |
الصلادة | 330–400 HB | ASTM E10 |
مقاومة الزحف حتى الكسر | ≥140 MPa @ 870°C, 1000h | ASTM E139 |
الخصائص الرئيسية لإنكونيل 738
تقوية جاما برايم: محتوى مرتفع من طور γ′ (~60%) يوفر مقاومة ممتازة للزحف والكلال عند درجات حرارة تصل إلى 980°C.
مقاومة فائقة للأكسدة: يشكّل طبقات أكسيد مستقرة من Al₂O₃ و Cr₂O₃ لحماية سطحية طويلة الأمد في عوادم التوربينات وبيئات الغازات الساخنة.
استقرار بنيوي عالٍ: يحافظ على الدقة الأبعادية والقوة الميكانيكية تحت الأحمال الحرارية الدورية والتعرض المطوّل.
قابلية الصب والتوافق مع CNC: سلوك تدفق وتغذية ممتاز أثناء الصب يتيح هندسيات معقدة، يتبعها تشغيل CNC بسماحات ضيقة (±0.02 mm).
تحديات وحلول تشغيل إنكونيل 738 باستخدام CNC
تحديات التشغيل
صلادة عالية وهشاشة
تُظهر المسبوكات المُعمَّرة صلادة قد تصل إلى 400 HB، مما يسبب تآكلًا متسارعًا على السطح الجانبي ويحد من عمر الأداة أثناء التشغيل النهائي.
تراكم حراري
ضعف تبديد الحرارة (انخفاض التوصيل الحراري) يؤدي إلى أضرار حرارية وتآكل حُفَري سريع دون استراتيجيات تبريد كافية.
تخدد وتكسّر الأداة
الطورات البينية الكاشطة والكربيدات الصلبة تسبب تخددًا على الحافة وتستلزم هندسيات حافة قطع مُعززة.
استراتيجيات تشغيل مُحسّنة
اختيار الأداة
المعيار | التوصية | المبرر |
|---|---|---|
مادة الأداة | سيراميك SiAlON أو كربيد مع CBN للتشطيب | صلادة ساخنة عالية ومقاومة للتآكل |
الطلاء | TiAlN، AlCrN (PVD، 3–6 µm) | يمنع انتشار الحرارة والالتصاق (Galling) |
الهندسة | زاوية ميل موجبة (10–12°)، تجهيز قوي للحافة | يقلل انحراف الأداة والتكسّر |
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 | 80–100 |
تشغيل نهائي (Finishing) | 30–45 | 0.05–0.10 | 0.3–0.8 | 100–150 |
المعالجة السطحية لأجزاء إنكونيل 738 المُشغَّلة
الكبس المتساوي الضغط على الساخن (HIP)
HIP يكثّف البنى المصبوبة ويزيل مسامية الانكماش، مما يحسّن مقاومة الكلال والاستقرار الأبعادي تحت التحميل الدوري.
المعالجة الحرارية
المعالجة الحرارية تتضمن عادةً معالجة بالمحلول عند 1120–1170°C والتقادم عند 845°C لتكوين طور γ′ بشكل كامل من أجل قوة مثالية عند درجات الحرارة العالية.
لحام السبائك الفائقة
لحام السبائك الفائقة يستخدم تقنيات متقدمة مثل TIG أو EB مع التحكم في التسخين المسبق لتقليل مخاطر التشقق الساخن في السبائك المقوّاة بطور γ′.
طلاء الحاجز الحراري (TBC)
طلاء TBC يطبق 125–250 µm من الزركونيا المثبتة بالإيتريا (YSZ)، ما يخفض حرارة السطح بمقدار 150–200°C في ريش التوربين وأجزاء العادم.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM)
EDM يتيح تشكيل ممرات التبريد وخصائص جذور الريش والفتحات المعقدة بدقة ±0.01 mm.
الثقب العميق
الثقب العميق يحقق نسبة L/D ≥ 40:1 لمسارات تدفق سائل التبريد بكفاءة في ريش التوربين ومسبوكات الريش الثابتة (Vanes).
اختبارات المواد والتحليل
اختبارات المواد تشمل اختبارات غير إتلافية وإتلافية وفق ASTM E112 و E139 و AMS 5389 لتوثيق المطابقة الميكانيكية والمجهرية والأبعادية.
التطبيقات الصناعية لمكوّنات إنكونيل 738
توربينات الطيران
ريش التوربين، والريش الثابتة (Vanes)، وأجزاء غرفة الاحتراق، والحواجز (Shrouds).
يعمل عند درجات حرارة مستمرة أعلى من 950°C تحت أحمال دورية وأكسدة.
توليد الطاقة
أجزاء منطقة السخونة لتوربينات الغاز الصناعية، وحلقات الستاتور، والأختام.
يجمع بين مقاومة الأكسدة وقوة الكلال تحت بيئات الاحتراق عالية الضغط.
الدفاع والدفع
فوهات محركات النفاثات، وناشرات العادم، والدروع الحرارية.
يتحمل صدمات حرارية شديدة وأحمال اهتزاز أثناء الطيران وتسلسلات الإطلاق.
قطاع الطاقة
مكوّنات توربينات عالية الكفاءة في محطات الدورة المركبة.
يحافظ على الاستقرار الميكانيكي ومقاومة التآكل في أنظمة نقل حرارة عدوانية.
استكشف المدونات ذات الصلة
