Inconel 751
مقدمة عن إنكونيل 751
إنكونيل 751 هو سبيكة فائقة من النيكل–الكروم قابلة للتقسية بالترسيب (Precipitation-Hardenable)، طُوّرت خصيصًا للأداء في درجات الحرارة العالية ضمن مكوّنات محركات الطيران والسيارات. تعتمد هذه السبيكة على الأساس المعروف لإنكونيل 600، لكنها تُقوّى بإضافات التيتانيوم والألومنيوم التي تُكوّن ترسيبات دقيقة من طور γ′ لرفع المتانة والقوة عند درجات حرارة مرتفعة تصل إلى 871°C (1600°F).
يمتاز إنكونيل 751 بمقاومة ممتازة للأكسدة، وقوة جيدة لمقاومة الكسر بالزحف (Creep Rupture)، وسلوك موثوق ضد الكلال الحراري. كما أن قابليته للحام والتطريق تجعلانه مناسبًا لقطع مثل صمامات العادم، ودوارات الشواحن التوربينية، ومعدّات التوربين. ويُعد تشغيل إنكونيل 751 باستخدام CNC ضروريًا لتحقيق سماحات أبعاد دقيقة وتشطيبات سطحية حرجة في الأجزاء عالية الأداء.
الخواص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لإنكونيل 751
يُورَّد إنكونيل 751 (UNS N07751 / ASTM B637) عادةً في حالات الدرفلة الساخنة، والمعالجة بالمحلول، والتقسية بالترسيب، لاستخدامه في تطبيقات الحرارة العالية في قطاعات الطيران والطاقة والسيارات.
التركيب الكيميائي (نموذجي)
العنصر | نطاق التركيب (بالوزن %) | الدور الأساسي |
|---|---|---|
النيكل (Ni) | ≥70.0 | الأساس السبائكي للقوة في الحرارة العالية ومقاومة التآكل |
الكروم (Cr) | 14.0–17.0 | يوفر مقاومة الأكسدة والتآكل |
الحديد (Fe) | ≤6.0 | يدعم المصفوفة البنيوية |
التيتانيوم (Ti) | 2.0–2.6 | تكوين ترسيبات γ′ لرفع القوة عند درجات الحرارة العالية |
الألومنيوم (Al) | 0.90–1.50 | يسهم في تقسية طور γ′ |
الكربون (C) | ≤0.08 | يعزز مقاومة الزحف واستقرار الكربيدات |
المنغنيز (Mn) | ≤1.0 | يحسن قابلية التشغيل على الساخن |
السيليكون (Si) | ≤1.0 | يدعم مقاومة الأكسدة |
النحاس (Cu) | ≤0.5 | يُضبط لتجنب عدم استقرار الأطوار |
الكبريت (S) | ≤0.015 | يُخفض لتحسين قابلية اللحام والليونة الساخنة |
الخواص الفيزيائية
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار/شرط الاختبار |
|---|---|---|
الكثافة | 8.22 g/cm³ | ASTM B311 |
مدى الانصهار | 1320–1380°C | ASTM E1268 |
التوصيل الحراري | 11.0 W/m·K عند 100°C | ASTM E1225 |
المقاومة الكهربائية النوعية | 1.10 µΩ·m عند 20°C | ASTM B193 |
التمدد الحراري | 13.3 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
السعة الحرارية النوعية | 430 J/kg·K عند 20°C | ASTM E1269 |
معامل المرونة | 200 GPa عند 20°C | ASTM E111 |
الخواص الميكانيكية (حالة التقسية بالتقادم)
الخاصية | القيمة (نموذجية) | معيار الاختبار |
|---|---|---|
مقاومة الشد | 930–1080 MPa | ASTM E8/E8M |
إجهاد الخضوع (0.2%) | 720–860 MPa | ASTM E8/E8M |
الاستطالة | ≥15% (طول قياس 25mm) | ASTM E8/E8M |
الصلادة | 250–320 HB | ASTM E10 |
مقاومة الزحف حتى الكسر | ≥120 MPa @ 760°C, 1000h | ASTM E139 |
الخصائص الرئيسية لإنكونيل 751
تقسية بالترسيب: تكوّن طور γ′ من Ti وAl يمنح مقاومة شد عالية ومقاومة زحف حتى 871°C.
مقاومة الأكسدة والتقشر: تتكون طبقات أكسيد مستقرة مع التعرض الحراري الطويل لمنع تدهور المادة.
مقاومة الكلال والصدمة الحرارية: يعمل بثبات في البيئات ذات الدورات الحرارية المتكررة مثل مناطق الاحتراق في المحركات.
قابلية تشغيل جيدة بعد التقادم: يتيح تشطيب CNC لمقاعد الصمامات والأعمدة والأختام بأبعاد دقيقة وتشطيبات ناعمة (Ra ≤ 0.8 µm).
تحديات وحلول تشغيل إنكونيل 751 باستخدام CNC
تحديات التشغيل
متانة عالية وتقسية بالتشوه (Work Hardening)
يميل إنكونيل 751 إلى التقسية بالتشوه بسرعة، خصوصًا عند التغذيات المنخفضة أو التمريرات المتكررة، ما يتطلب تغذيات مستقرة وأدوات حادة.
توليد الحرارة
ضعف التوصيل الحراري يؤدي إلى تراكم حرارة عالية عند رأس الأداة، مما يسبب تآكلًا حفريًا وتشوهًا لدنًا وانحرافًا أبعاديًا.
تلاصق/تمزق السطح (Galling)
قد يؤدي محتوى النيكل والتيتانيوم إلى تكوّن حافة متراكمة (Built-up Edge) وتمزق سطحي إذا لم تكن التشحيم وتجهيز الحافة كافيين.
استراتيجيات تشغيل مُحسّنة
اختيار الأداة
المعيار | التوصية | المبرر |
|---|---|---|
مادة الأداة | كربيد مطلي (PVD) أو إدخالات CBN | يحافظ على حدة الحافة ومقاومة الحرارة |
الطلاء | TiAlN أو AlCrN (3–5 µm) | يقلل التآكل الحراري والتلاصق اللاصق |
الهندسة | زاوية ميل موجبة (8–12°)، وحواف مُجهّزة/مُدوّرة | تقلل قوة القطع وتحسن تصريف الرايش |
معلمات القطع (ISO 3685)
العملية | السرعة (m/min) | التغذية (mm/rev) | عمق القطع (DOC) (mm) | ضغط سائل التبريد (bar) |
|---|---|---|---|---|
تشغيل خشن (Roughing) | 25–35 | 0.20–0.30 | 2.0–3.0 | 70–100 |
تشغيل نهائي (Finishing) | 40–60 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 100–150 |
المعالجة السطحية لأجزاء إنكونيل 751 المُشغَّلة
الكبس المتساوي الضغط على الساخن (HIP)
HIP يعزز مقاومة الكلال والزحف عبر تقليل/إزالة المسامية، وهو مهم خصوصًا لمكوّنات الصمامات في تطبيقات الطيران.
المعالجة الحرارية
المعالجة الحرارية تشمل المعالجة بالمحلول ثم التقادم عند 760–790°C للوصول إلى أقصى ترسيب لطور γ′ وتحقيق ثبات أبعادي.
لحام السبائك الفائقة
لحام السبائك الفائقة يتطلب تحكمًا دقيقًا بسبب محتوى Ti وAl. يُوصى باللحام TIG مع معالجة حرارية بعد اللحام لوصلات الأجزاء الهيكلية.
طلاء الحاجز الحراري (TBC)
طلاء TBC يضيف حماية حرارية (طبقة YSZ بسماكة 125–200 µm)، ما يطيل عمر الجزء في بيئات التوربين أو صمام العادم.
التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM)
EDM يتيح تشطيبًا دقيقًا للميزات الصغيرة واللولبات والحواف الحادة بسماحات تصل إلى ±0.01 mm.
الثقب العميق
الثقب العميق يُستخدم لقنوات تدفق الزيت وممرات التبريد بنسبة طول إلى قطر L/D ≥ 40:1 في سيقان الصمامات أو أعمدة التوربين.
اختبارات المواد والتحليل
اختبارات المواد تشمل اختبارات الشد والزحف والصلادة الدقيقة والفحوصات فوق الصوتية للتحقق من مطابقة ASTM B637 ومتطلبات التطبيق.
التطبيقات الصناعية لمكوّنات إنكونيل 751
الطيران
صمامات عادم، وأقراص توربين، وحوامل اللهب (Flame Holders).
يتحمل التعرض الطويل لغازات الاحتراق والدورات الحرارية عند 800°C+.
محركات الأداء العالية في السيارات
صمامات سحب/عادم، ودوارات شواحن توربينية، وأدلّة صمامات.
يوفر مقاومة تآكل وقوة ساخنة تحت أحمال تشغيل قاسية.
توليد الطاقة
أجسام صمامات لمنطقة الأجزاء الساخنة ومساكن محامل في توربينات الغاز.
يقدم عمر خدمة ممتد في ظروف التشغيل ذات الدورات الحرارية.
معدات التسخين الصناعية
مكوّنات تتعرض لأجواء مؤكسدة أو مُكربِنة (Carburizing).
يحافظ على السلامة الميكانيكية خلال التعرض الطويل للحرارة التآكلية.
استكشف المدونات ذات الصلة
