Nimonic 90

مقدمة عن نيمونيك 90

نيمونيك 90 هو سبيكة فائقة عالية الأداء قائمة على النيكل، تتكون أساسًا من النيكل والكروم والتيتانيوم، ومصممة لتوفير قوة استثنائية ومقاومة للأكسدة وثبات حراري طويل الأمد. ويجعل نطاق درجة حرارة الخدمة الممتد حتى 950°م هذه السبيكة مناسبة بشكل خاص للمكونات المعرضة لإجهادات ميكانيكية عالية وبيئات تآكلية، بما في ذلك توربينات الغاز وتوليد الطاقة وتطبيقات الطيران والفضاء. كما يوفر المزيج الفريد من عناصر السبيكة، مثل الألومنيوم والتيتانيوم والموليبدينوم، مقاومة ممتازة للزحف ومقاومة للأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة.

وبفضل خصائصها الميكانيكية الممتازة، غالبًا ما تتم معالجة نيمونيك 90 عبر خدمات التشغيل باستخدام CNC لتلبية المتطلبات الدقيقة لصناعات الطيران وتوليد الطاقة والقطاع النووي. وتُعد هذه الطريقة مثالية لتحقيق التفاوتات الضيقة المطلوبة في شفرات التوربين وغرف الاحتراق وغيرها من المكونات الحرجة. علاوة على ذلك، يضمن التشغيل باستخدام CNC دقة عالية في الأجزاء المعرضة لبيئات قصوى، بما يوفر السلامة البنيوية وأداءً طويل الأمد.

الخصائص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لنيمونيك 90

نيمونيك 90 (UNS N07090 / W.Nr. 2.4632 / AMS 5586) هي سبيكة فائقة مُقساة بالترسيب، تُقوّى بتكوين ترسيبات جاما-برايم (γ′). ويعزز ذلك قوة السبيكة ومقاومتها للزحف وثباتها الحراري، خاصةً في التطبيقات التي تتضمن تعرضًا طويلًا لدرجات حرارة عالية.

التركيب الكيميائي (نموذجي)

الخصائص الفيزيائية

الخصائص الميكانيكية (معالجة محلولية + تعتيق)

الخصائص الرئيسية لنيمونيك 90

• الاحتفاظ بالقوة عند درجات الحرارة المرتفعة يحتفظ بمقاومة شد >1050 ميجا باسكال وحد خضوع >760 ميجا باسكال عند 850°م، مما يوفر أداءً موثوقًا في محركات التوربينات وأنظمة درجات الحرارة العالية الأخرى.

• مقاومة الزحف يُظهر مقاومة كسر بالزحف قدرها 250 ميجا باسكال عند 850°م لمدة 1000 ساعة، وفق ASTM E139، مما يضمن استقرارًا طويل الأمد في مكونات الطيران ومحطات الطاقة.

• مقاومة الأكسدة مقاوم للأكسدة حتى 950°م، حيث يُكوّن طبقة أكسيد Cr₂O₃ مستقرة تقلل الفقد الكتلي وتدهور السطح في البيئات ذات الحرارة العالية.

• متانة التعب الحراري معامل تمدد حراري منخفض قدره 13.5 ميكرومتر/م·°م يقلل تراكم الإجهاد في المكونات التي تتعرض لدورات تسخين وتبريد متكررة.

• ثبات بنيوي مُحسّن مُقوّى بترسيبات γ′ وكربيدات غنية بالموليبدينوم، مما يحسن مقاومة الزحف والتعب في الأجزاء الدوّارة والمثبتات المعرضة لإجهاد ميكانيكي وحراري مرتفع.

تحديات وحلول التشغيل باستخدام CNC لنيمونيك 90

تحديات التشغيل

صلادة وكَشْطية مرتفعتان

• طور جاما-برايم وغيرها من الأطوار الصلبة تؤدي إلى تآكل سريع للأداة، خاصةً على أدوات الكربيد غير المطلية.

ضعف تبديد الحرارة

• تمتلك نيمونيك 90 موصلية حرارية منخفضة، ما يؤدي إلى ارتفاع حرارة منطقة القطع وقد يسبب انحرافًا أبعاديًا وتشققات حرارية.

التصلب الناتج عن التشغيل

• تتصلب السبيكة بسرعة أثناء التشغيل، مما يتطلب معلمات قطع دقيقة وأدوات حادة للحفاظ على جودة السطح ودقة الأبعاد.

استراتيجيات التشغيل المُحسّنة

اختيار الأداة

معلمات القطع (متوافقة مع ISO 3685)

المعالجات السطحية لأجزاء نيمونيك 90 المشغلة

الضغط المتساوي الحرارة (HIP)

HIP يحسن مقاومة التعب بأكثر من >20% ويزيل المسامية الداخلية. تشمل ظروف المعالجة النموذجية 1100°م و100–150 ميجا باسكال لمدة 2–4 ساعات، مما يضمن تكثيفًا بنسبة 100% للمكونات الهيكلية.

المعالجة الحرارية

المعالجة الحرارية تتضمن تلدينًا محلوليًا عند ~1120°م يليه تعتيق عند 850–870°م لتعظيم ترسيب γ′. تحسن هذه العملية مقاومة الزحف والاستقرار الأبعادي في الخدمة طويلة الأمد.

لحام السبائك الفائقة

لحام السبائك الفائقة باستخدام معدن حشو مطابق (مثل ERNiCrCoMo-1) يضمن قوة لحام >90% من معدن الأساس وحدًا أدنى من التشقق في الوصلات الحافظة للضغط.

طلاء الحاجز الحراري (TBC)

طلاء TBC يطبق طبقة من الزركونيا المثبتة بالإيتريا (YSZ) بسماكة 100–300 ميكرومتر عبر طرق APS أو EB-PVD، مما يخفض درجة حرارة الركيزة بما يصل إلى 200°م في مكونات التوربينات.

التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM)

EDM يتيح تفاوتات ميزات ±0.005 مم على المقاطع المتصلدة دون إحداث إجهادات حرارية، وهو مثالي لثقوب التبريد والهياكل رقيقة الجدار.

حفر الثقوب العميقة

حفر الثقوب العميقة مع نسب L/D >30:1 يضمن استقامة <0.3 مم/م وخشونة سطح Ra <1.6 ميكرومتر، وهو مناسب لقنوات التبريد في معدات درجات الحرارة العالية.

اختبارات وتحليل المواد

اختبارات المواد تشمل التحقق من كسر الزحف عند 850°م/1000 ساعة، وتحليل الأطوار باستخدام XRD، ومراجعة البنية المجهرية عبر SEM، والكشف بالموجات فوق الصوتية عن العيوب وفق معايير ASME.

التطبيقات الصناعية لمكونات نيمونيك 90

• محركات توربينات الطيران: شفرات التوربين والريش ومكونات الأقراص المعرضة لإجهادات حرارية وميكانيكية شديدة.

• توليد الطاقة: غرف الاحتراق وقنوات الانتقال ومسامير الربط الهيكلية في توربينات الغاز وأنظمة استرجاع الحرارة عالية الكفاءة.

• أنظمة الطاقة النووية: النوابض وأجزاء الصمامات الداخلية والفواصل المستخدمة في بيئات المفاعلات عالية الإشعاع وعالية الضغط.

• أنظمة الأداء للسيارات: حوامل العادم ومكونات التيربو والدروع الحرارية التي تتطلب مقاومة للأكسدة والتعب.

• معدات التسخين الصناعية: المعوجات (Retorts) والأنابيب الإشعاعية وتجهيزات المعالجة الحرارية المعرضة لدرجات حرارة تصل إلى 1000°م.