Inconel 713
Inconel 713 का परिचय
Inconel 713 एक अवक्षेपण-कठोर होने वाला निकेल-आधारित कास्टिंग सुपरएलॉय है, जिसे 980°C (1800°F) तक के उच्च तापमान पर उत्कृष्ट मजबूती, थर्मल फटीग (ऊष्मीय थकान) प्रतिरोध और ऑक्सीकरण स्थिरता के लिए डिज़ाइन किया गया है। मूल रूप से टरबाइन इंजनों के संरचनात्मक घटकों के लिए विकसित, यह मिश्र धातु एयरोस्पेस, ऊर्जा और औद्योगिक गैस टरबाइन अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है, जहाँ लंबे समय तक उच्च तापमान के संपर्क और यांत्रिक टिकाऊपन की आवश्यकता होती है।
मुख्य रूप से निकेल (≥75%) से बनी, और क्रोमियम (12–14%), एल्युमिनियम (5.5–6.5%), मोलिब्डेनम (4–5%), तथा निओबियम (1.5–2.5%) के अतिरिक्त तत्वों के साथ, Inconel 713 उत्कृष्ट क्रीप रप्चर स्ट्रेंथ प्रदान करता है और अत्यधिक सेवा परिस्थितियों में माइक्रोस्ट्रक्चरल अखंडता बनाए रखता है। इसकी कास्ट करने योग्य प्रकृति नेट-शेप डिज़ाइनों की अनुमति देती है, लेकिन अंतिम आयामी और सतह आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए अक्सर प्रिसिजन CNC मशीनीकरण की आवश्यकता होती है।
Inconel 713 के रासायनिक, भौतिक और यांत्रिक गुण
Inconel 713 (UNS N07713 / AMS 5380) आमतौर पर इन्वेस्टमेंट कास्ट और एज्ड कंडीशन में सप्लाई किया जाता है और एयरोस्पेस-ग्रेड उच्च तापमान घटकों के लिए विनिर्देशों का पालन करता है।
रासायनिक संरचना (AMS 5380)
तत्व | संरचना सीमा (wt.%) | मुख्य भूमिका |
|---|---|---|
निकेल (Ni) | शेष (~75.0%) | आधार धातु; थर्मल स्थिरता और मजबूती |
क्रोमियम (Cr) | 12.0–14.0 | ऑक्सीकरण और हॉट-कोरोशन प्रतिरोध प्रदान करता है |
एल्युमिनियम (Al) | 5.5–6.5 | γ′ (Ni₃Al) अवक्षेपण के माध्यम से मजबूती बढ़ाता है |
मोलिब्डेनम (Mo) | 4.0–5.0 | क्रीप प्रतिरोध बढ़ाता है |
निओबियम (Nb) | 1.5–2.5 | कठोर करने वाले चरणों का अवक्षेपण (NbC, γ″) |
टाइटेनियम (Ti) | 0.6–1.2 | γ′ चरण को मजबूत करता है |
कार्बन (C) | 0.10–0.20 | क्रीप स्ट्रेंथ के लिए कार्बाइड बनाता है |
ज़िरकोनियम (Zr) | 0.05–0.15 | ग्रेन बाउंड्री की मजबूती सुधारता है |
बोरॉन (B) | 0.005–0.015 | ग्रेन बाउंड्री कोहेशन बढ़ाता है |
आयरन (Fe) | ≤3.0 | माइनर एलॉयिंग तत्व |
सिलिकॉन (Si) | ≤0.50 | ऑक्सीकरण सीमित करने हेतु नियंत्रित |
मैंगनीज़ (Mn) | ≤0.50 | कास्टेबिलिटी सुधारता है |
भौतिक गुण
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक/स्थिति |
|---|---|---|
घनत्व | 8.00 g/cm³ | ASTM B311 |
गलन सीमा | 1250–1330°C | ASTM E1268 (DTA) |
थर्मल कंडक्टिविटी | 11.5 W/m·K at 100°C | ASTM E1225 |
इलेक्ट्रिकल रेसिस्टिविटी | 1.20 µΩ·m at 20°C | ASTM B193 |
थर्मल विस्तार | 13.9 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
विशिष्ट ऊष्मा क्षमता | 460 J/kg·K at 20°C | ASTM E1269 |
इलास्टिक मॉड्यूलस | 198 GPa at 20°C | ASTM E111 |
यांत्रिक गुण (एज्ड कास्ट कंडीशन)
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक |
|---|---|---|
टेंसाइल स्ट्रेंथ | 950–1080 MPa | ASTM E8/E8M |
यील्ड स्ट्रेंथ (0.2%) | 620–750 MPa | ASTM E8/E8M |
एलॉन्गेशन | ≥3–6% (25mm gauge) | ASTM E8/E8M |
हार्डनेस | 330–390 HB | ASTM E10 |
क्रीप रप्चर स्ट्रेंथ | ≥165 MPa @ 871°C, 100h | ASTM E139 |
Inconel 713 की प्रमुख विशेषताएँ
उच्च-तापमान मजबूती: 900 MPa से ऊपर टेंसाइल स्ट्रेंथ और 870°C पर 100+ घंटों तक 150 MPa से अधिक क्रीप प्रतिरोध बनाए रखता है—हॉट-सेक्शन गैस टरबाइन घटकों के लिए आदर्श।
ऑक्सीकरण और हॉट-कोरोशन प्रतिरोध: क्रोमियम और एल्युमिनियम स्थिर, सुरक्षात्मक ऑक्साइड (Cr₂O₃, Al₂O₃) बनाते हैं, जिससे ऑक्सीकरण और सल्फेटिंग वातावरण में 1000°C तक प्रतिरोध सुनिश्चित होता है।
गामा प्राइम स्ट्रेंथनिंग: γ′ वॉल्यूम फ्रैक्शन ~60% यील्ड स्ट्रेंथ >700 MPa और उच्च तनाव व तापमान पर उत्कृष्ट आयामी स्थिरता में योगदान देता है।
प्रिसिजन मशीनीकरण के साथ कास्टेबिलिटी: नेट-शेप इन्वेस्टमेंट कास्टिंग के लिए उपयुक्त, साथ ही ±0.02 mm टॉलरेंस और Ra ≤ 0.8 µm सतह फिनिश प्राप्त करने हेतु अतिरिक्त CNC फिनिशिंग।
Inconel 713 के लिए CNC मशीनीकरण की चुनौतियाँ और समाधान
मशीनीकरण की चुनौतियाँ
उच्च कठोरता और घर्षणीयता
कास्ट और एज्ड कंडीशन में ब्रिनेल हार्डनेस 390 HB तक हो सकती है, जिससे कार्बाइड टूल्स पर फ्लैंक वियर और क्रेटर डैमेज होता है।
थर्मल संवेदनशीलता
कम थर्मल कंडक्टिविटी (11.5 W/m·K) के कारण टूल टिप तापमान 1000°C से अधिक हो सकता है, जिससे तेजी से ऑक्सीकरण और नॉच वियर होता है।
वर्कपीस की भंगुरता
सीमित डक्टिलिटी (एलॉन्गेशन 3–6%) के कारण आक्रामक कट्स या वाइब्रेशन के दौरान माइक्रोक्रैक्स और किनारों के चिपिंग का जोखिम बढ़ जाता है।
अनुकूलित मशीनीकरण रणनीतियाँ
टूल चयन
पैरामीटर | सिफारिश | तर्क |
|---|---|---|
टूल सामग्री | CBN या सिरेमिक टूल (SiAlON, व्हिस्कर-रीइन्फोर्स्ड) | उच्च रेड हार्डनेस और थर्मल शॉक प्रतिरोध |
कोटिंग | TiAlN या AlCrN PVD, 3–6 µm | डिफ्यूज़न वियर और घर्षण कम करता है |
ज्योमेट्री | पॉज़िटिव रेक (10–12°), होन्ड या चैम्फर्ड एज | टूल लाइफ और सतह गुणवत्ता में सुधार |
कटिंग पैरामीटर्स (ISO 3685)
ऑपरेशन | स्पीड (m/min) | फीड (mm/rev) | DOC (mm) | कूलेंट प्रेशर (bar) |
|---|---|---|---|---|
रफिंग | 15–25 | 0.20–0.30 | 2.0–3.0 | 80–120 |
फिनिशिंग | 30–45 | 0.05–0.10 | 0.3–0.8 | 100–150 |
मशीन्ड Inconel 713 भागों के लिए सतह उपचार
हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (HIP)
HIP आंतरिक श्रिंकेज पोरोसिटी को समाप्त करता है और फटीग स्ट्रेंथ को >25% तक बढ़ाता है, जो साइक्लिक लोड्स के संपर्क में आने वाले टरबाइन ब्लेड्स और संरचनात्मक कास्टिंग्स के लिए महत्वपूर्ण है।
हीट ट्रीटमेंट
हीट ट्रीटमेंट में 1160°C पर सॉल्यूशन हीट ट्रीटमेंट और 845°C पर एजिंग शामिल है, ताकि γ′ अवक्षेपण को अनुकूलित किया जा सके और टेंसाइल तथा रप्चर गुणों में सुधार हो।
सुपरएलॉय वेल्डिंग
सुपरएलॉय वेल्डिंग में प्रीहीटेड TIG या इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंग तकनीकें Ni-Cr-आधारित फिलर्स के साथ उपयोग की जाती हैं, ताकि थर्मल साइक्लिंग के तहत वेल्ड अखंडता बनी रहे।
थर्मल बैरियर कोटिंग (TBC)
TBC कोटिंग 150–250 µm सिरेमिक ज़िरकोनिया परतें लागू करती है, जो सतह तापमान को 200°C तक कम करती है और हॉट-सेक्शन भागों की फटीग लाइफ बढ़ाती है।
इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज मशीनीकरण (EDM)
EDM कठोर Inconel 713 में ±0.01 mm सटीकता के साथ प्रिसाइज ज्योमेट्री बनाना संभव करता है, जो fir tree स्लॉट्स और कूलिंग होल्स के लिए उपयुक्त है।
डीप होल ड्रिलिंग
डीप होल ड्रिलिंग उच्च एस्पेक्ट रेशियो होल मशीनीकरण (L/D ≥ 40:1) का समर्थन करती है, जो ब्लेड कूलिंग पैसेजेस और कम्बशन लाइनर परफोरेशन्स के लिए आवश्यक है।
मटेरियल टेस्टिंग और विश्लेषण
मटेरियल टेस्टिंग में AMS 2175 के अनुसार मैक्रो/माइक्रोस्ट्रक्चर मूल्यांकन, एक्स-रे और अल्ट्रासोनिक निरीक्षण शामिल है, ताकि संरचनात्मक सुदृढ़ता और आयामी सटीकता को सत्यापित किया जा सके।
Inconel 713 घटकों के उद्योग-उपयोग
एयरोस्पेस टरबाइन्स
पहले चरण के टरबाइन ब्लेड्स, नोज़ल्स और वेंस।
क्रीप विकृति के बिना उच्च थर्मल ग्रेडिएंट्स और सेंट्रीफ्यूगल लोड्स सहन करता है।
पावर जनरेशन
स्टेशनरी गैस टरबाइन घटक और नोज़ल सेगमेंट्स।
स्थिर तथा साइक्लिक थर्मल लोड्स के तहत उत्कृष्ट ऑक्सीकरण प्रतिरोध।
औद्योगिक हीटिंग सिस्टम्स
कम्बस्टर लाइनर्स, बर्नर टिप्स और फ्लू गैस नोज़ल्स।
उच्च-वेग, उच्च-तापमान प्रवाह में मजबूती और संक्षारण प्रतिरोध बनाए रखता है।
ऑटोमोटिव टर्बोचार्जर्स
टरबाइन रोटर्स और हाउसिंग घटक।
तेज़ एक्सेलरेशन-डिसेलरेशन चक्रों में थर्मल शॉक और ऑक्सीकरण का सामना करता है।
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