Nimonic 105
Nimonic 105 का परिचय
Nimonic 105 एक निकेल-आधारित सुपरएलॉय है, जो अपनी असाधारण उच्च-तापमान शक्ति, थकान प्रतिरोध और चरम परिचालन परिस्थितियों में संरचनात्मक स्थिरता के लिए जाना जाता है। इसे गामा-प्राइम (γ′) प्रीसिपिटेट्स के उच्च आयतन अंश और कोबाल्ट तथा मोलिब्डेनम जैसे सॉलिड-सॉल्यूशन हार्डनिंग तत्वों द्वारा सुदृढ़ किया जाता है। यह मिश्रधातु 1050°C तक के तापमान पर विश्वसनीय प्रदर्शन करती है, जिससे यह गैस टरबाइन डिस्क, जेट इंजन घटकों और लंबे समय तक तापीय तनाव के संपर्क में रहने वाले फास्टनर्स के लिए आदर्श बनती है।
Nimonic 105 को सामान्यतः एयरोस्पेस और ऊर्जा प्रणालियों में आवश्यक टाइट टॉलरेंस प्राप्त करने हेतु CNC मशीनिंग सेवाओं के माध्यम से प्रोसेस किया जाता है। CNC मशीनिंग इस उच्च-शक्ति सामग्री से जटिल ज्योमेट्री और क्रिटिकल पार्ट्स के निर्माण के लिए आवश्यक सटीकता और रिपीटेबिलिटी प्रदान करती है।
Nimonic 105 के रासायनिक, भौतिक और यांत्रिक गुण
Nimonic 105 (UNS N13021 / W.Nr. 2.4634 / BS HR6) एक प्रीसिपिटेशन-हार्डन्ड, उच्च-शक्ति निकेल एलॉय है, जिसे उच्च तापमान पर उच्च-लोड रोटेटिंग पार्ट्स के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
रासायनिक संरचना (सामान्य)
तत्व | संरचना सीमा (वज़न %) | मुख्य भूमिका |
|---|---|---|
निकेल (Ni) | शेष (≥50.0) | संक्षारण प्रतिरोध और मैट्रिक्स स्थिरता प्रदान करता है |
कोबाल्ट (Co) | 19.0–21.0 | मजबूती और थकान आयु बढ़ाता है |
क्रोमियम (Cr) | 14.0–16.0 | 1050°C तक ऑक्सीकरण प्रतिरोध प्रदान करता है |
मोलिब्डेनम (Mo) | 4.5–5.5 | सॉलिड-सॉल्यूशन सुदृढ़ीकरण और क्रीप प्रतिरोध |
टाइटेनियम (Ti) | 1.0–1.5 | γ′ प्रीसिपिटेशन सुदृढ़ीकरण |
एल्युमिनियम (Al) | 4.5–5.5 | γ′ फेज़ का निर्माण, उच्च-तापमान शक्ति में सुधार |
कार्बन (C) | ≤0.12 | क्रीप का प्रतिरोध करने हेतु कार्बाइड्स बनाता है |
आयरन (Fe) | ≤1.0 | अवशिष्ट तत्व |
मैंगनीज़ (Mn) | ≤1.0 | हॉट वर्केबिलिटी में सुधार करता है |
सिलिकॉन (Si) | ≤1.0 | ऑक्सीकरण प्रतिरोध का समर्थन करता है |
बोरॉन (B) | ≤0.01 | ग्रेन बॉउंड्री कोहेज़न बढ़ाता है |
ज़िरकोनियम (Zr) | ≤0.15 | ग्रेन बॉउंड्री को परिष्कृत करता है और क्रीप स्ट्रेंथ बढ़ाता है |
भौतिक गुण
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक/स्थिति |
|---|---|---|
घनत्व | 8.25 g/cm³ | ASTM B311 |
गलन सीमा | 1335–1380°C | ASTM E1268 |
तापीय चालकता | 100°C पर 11.8 W/m·K | ASTM E1225 |
विद्युत प्रतिरोधकता | 20°C पर 1.10 µΩ·m | ASTM B193 |
तापीय प्रसार | 13.2 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
विशिष्ट ऊष्मा क्षमता | 20°C पर 435 J/kg·K | ASTM E1269 |
इलास्टिक मॉड्यूलस | 20°C पर 210 GPa | ASTM E111 |
यांत्रिक गुण (सॉल्यूशन ट्रीटेड + एज्ड)
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक |
|---|---|---|
तन्य शक्ति | 1100–1300 MPa | ASTM E8/E8M |
यील्ड स्ट्रेंथ (0.2%) | 850–960 MPa | ASTM E8/E8M |
विस्तार | ≥15% | ASTM E8/E8M |
कठोरता | 260–290 HB | ASTM E10 |
क्रीप रप्चर स्ट्रेंथ | 950°C पर 230 MPa (1000h) | ASTM E139 |
थकान प्रतिरोध | उत्कृष्ट | ASTM E466 |
Nimonic 105 की प्रमुख विशेषताएँ
असाधारण उच्च-तापमान शक्ति 950°C तक के सेवा तापमान पर 1100 MPa से अधिक तन्य शक्ति और 850 MPa से अधिक यील्ड स्ट्रेंथ बनाए रखता है।
क्रीप और थकान प्रतिरोध 950°C पर 1000 घंटे के लिए क्रीप रप्चर स्ट्रेंथ 230 MPa से अधिक होती है, जो दीर्घकालिक तापीय और यांत्रिक लोड स्थिरता सुनिश्चित करती है।
गामा-प्राइम सुदृढ़ीकरण Ni₃(Al,Ti) γ′ फेज़ का उच्च आयतन अंश उच्च तापमान पर शक्ति-धारण में सुधार करता है और माइक्रोस्ट्रक्चरल डिग्रेडेशन का प्रतिरोध करता है।
ऑक्सीकरण प्रतिरोध Cr₂O₃ सुरक्षात्मक ऑक्साइड परत टरबाइन वातावरण में 1050°C तक ऑक्सीकरण और स्केलिंग के विरुद्ध दीर्घकालिक प्रतिरोध सक्षम बनाती है।
आयामी स्थिरता कम तापीय प्रसार गुणांक (13.2 µm/m·°C) चक्रीय हीटिंग के दौरान तापीय विकृति को न्यूनतम करता है।
Nimonic 105 के लिए CNC मशीनिंग चुनौतियाँ और समाधान
मशीनिंग चुनौतियाँ
टूल वियर और फ्रैक्चर
γ′ प्रीसिपिटेट्स और Mo-समृद्ध फेज़ बिना-कोटिंग टूल्स में तीव्र फ्लैंक वियर और क्रेटर फॉर्मेशन का कारण बनते हैं।
ऊष्मा संचयन
कम तापीय चालकता के कारण टूल तापमान बढ़ जाता है और आक्रामक कटिंग में तेज़ी से एज फेल्योर हो सकता है।
स्ट्रेन हार्डनिंग
मशीनिंग के दौरान सतह कठोरता में उल्लेखनीय वृद्धि होती है, जिससे मल्टी-पास फिनिशिंग ऑपरेशन्स जटिल हो जाते हैं।
अनुकूलित मशीनिंग रणनीतियाँ
टूल चयन
पैरामीटर | सिफारिश | तर्क |
|---|---|---|
टूल सामग्री | कार्बाइड (K20-K30), फिनिशिंग के लिए सिरेमिक या CBN | उच्च हॉट हार्डनेस और टफनेस |
कोटिंग | TiAlN या AlCrN (3–5 µm) | वियर और ऊष्मा पैठ को कम करता है |
ज्यामिति | पॉज़िटिव रेक (6–8°), होन्ड कटिंग एज (~0.05 mm) | चिप लोड और डिफ्लेक्शन को नियंत्रित करता है |
कटिंग पैरामीटर (ISO 3685 अनुरूप)
ऑपरेशन | गति (m/min) | फीड (mm/rev) | कट की गहराई (mm) | कूलेंट प्रेशर (bar) |
|---|---|---|---|---|
रफिंग | 12–18 | 0.15–0.25 | 2.0–3.0 | 100–120 |
फिनिशिंग | 25–35 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 120–150 |
मशीन किए गए Nimonic 105 भागों के लिए सतह उपचार
हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (HIP)
HIP पोरोसिटी को समाप्त करता है और थकान आयु को >20% तक बढ़ाता है, जो विशेष रूप से टरबाइन डिस्क और कंबस्टर पार्ट्स के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।
हीट ट्रीटमेंट
हीट ट्रीटमेंट में ~1140°C पर सॉल्यूशन एनीलिंग के बाद 850°C पर एजिंग शामिल होती है, ताकि इष्टतम γ′ प्रीसिपिटेशन को बढ़ावा दिया जा सके।
सुपरएलॉय वेल्डिंग
सुपरएलॉय वेल्डिंग ERNiCrCoMo-1 फिलर के साथ बेस मेटल स्ट्रेंथ के >90% वाली जॉइंट्स और न्यूनतम माइक्रोसेग्रिगेशन प्रदान करती है।
थर्मल बैरियर कोटिंग (TBC)
TBC कोटिंग टरबाइन एयरफॉइल्स में ऊष्मा अवशोषण कम करने हेतु 100–300 µm YSZ परत लागू करती है।
इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज मशीनिंग (EDM)
EDM हार्डन्ड ज़ोन्स को थर्मल रूप से नुकसान पहुँचाए बिना ±0.005 mm तक माइक्रो-फीचर रिज़ॉल्यूशन सक्षम करता है।
डीप होल ड्रिलिंग
डीप होल ड्रिलिंग L/D >30:1 के साथ कूलिंग पैसज और फ्यूल लाइनों के लिए कॉन्सेंट्रिसिटी डेविएशन <0.3 mm/m प्राप्त करती है।
सामग्री परीक्षण और विश्लेषण
सामग्री परीक्षण में 950°C पर क्रीप रप्चर टेस्टिंग, SEM माइक्रोस्ट्रक्चर वैलिडेशन, और अल्ट्रासोनिक फ्लॉ डिटेक्शन शामिल हैं, ताकि क्रिटिकल घटकों के लिए दोष-रहित गुणवत्ता सुनिश्चित हो सके।
Nimonic 105 घटकों के औद्योगिक अनुप्रयोग
एयरोस्पेस टरबाइन इंजन: जेट प्रोपल्शन सिस्टम्स में टरबाइन डिस्क, एग्जॉस्ट नोज़ल्स और ब्लेड रूट्स।
पावर जेनरेशन: उच्च-तापमान स्टीम साइकिल्स के लिए टरबाइन शाफ्ट्स, बोल्ट्स और सील्स।
न्यूक्लियर रिएक्टर्स: उच्च-दाब, रेडिएशन-प्रतिरोधी फास्टनिंग सिस्टम्स और सपोर्ट ब्रैकेट्स।
ऑटोमोटिव परफॉर्मेंस: टर्बोचार्जर घटक, हीट शील्ड्स और इंजन वाल्व सीट्स।
इंडस्ट्रियल गैस टरबाइन्स: थर्मल साइक्लिंग और वाइब्रेशन के संपर्क में रहने वाले हाई-स्पीड रोटेटिंग कंपोनेंट्स।
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