Nimonic 115
Nimonic 115 का परिचय
Nimonic 115 एक उच्च-शक्ति, निकेल-क्रोमियम-कोबाल्ट सुपरएलॉय है, जिसे अत्यधिक तापमान वाले अनुप्रयोगों के लिए विकसित किया गया है—विशेष रूप से एयरोस्पेस और पावर जेनरेशन क्षेत्रों में। 1050°C तक संरचनात्मक अखंडता बनाए रखने के लिए डिज़ाइन किया गया यह एलॉय उच्च गामा-प्राइम (γ′) सामग्री और उत्कृष्ट क्रीप प्रतिरोध के लिए जाना जाता है। इसे टरबाइन ब्लेड, नोज़ल गाइड वेन्स और डिस्क कंपोनेंट्स में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जहाँ दीर्घकालिक तापीय और यांत्रिक लोडिंग क्रिटिकल होती है।
इसके मांग-भरे अनुप्रयोगों के कारण, Nimonic 115 के घटक आमतौर पर CNC मशीनिंग सेवाओं के माध्यम से बनाए जाते हैं, ताकि टाइट टॉलरेंस और रिपीटेबिलिटी सुनिश्चित की जा सके। CNC मशीनिंग इस कठिन-से-मशीन होने वाली सामग्री में जटिल ज्योमेट्री की प्रिसिजन शेपिंग संभव बनाती है, जिससे परफॉर्मेंस-क्रिटिकल असेंबलीज़ के लिए आवश्यक आयामी नियंत्रण प्राप्त होता है।
Nimonic 115 के रासायनिक, भौतिक और यांत्रिक गुण
Nimonic 115 (UNS N19115 / W.Nr. 2.4639) एक प्रीसिपिटेशन-हार्डन्ड, वैक्यूम-कास्ट सुपरएलॉय है, जिसे उच्च-ताप वातावरण में निरंतर सेवा के दौरान दीर्घकालिक शक्ति और ऑक्सीकरण प्रतिरोध के लिए विकसित किया गया है।
रासायनिक संरचना (सामान्य)
तत्व | संरचना सीमा (वज़न %) | मुख्य भूमिका |
|---|---|---|
निकेल (Ni) | शेष (≥50.0) | मैट्रिक्स स्थिरता और संक्षारण प्रतिरोध |
क्रोमियम (Cr) | 14.0–16.0 | ऑक्सीकरण और संक्षारण प्रतिरोध बढ़ाता है |
कोबाल्ट (Co) | 14.0–16.0 | मजबूती और थर्मल फटीग प्रतिरोध बढ़ाता है |
मोलिब्डेनम (Mo) | 3.0–5.0 | सॉलिड-सॉल्यूशन हार्डनिंग द्वारा क्रीप सुदृढ़ीकरण |
एल्युमिनियम (Al) | 5.0–6.0 | Ni₃Al γ′ फेज़ बनाकर उच्च-तापमान शक्ति बढ़ाता है |
टाइटेनियम (Ti) | 1.0–2.0 | प्रीसिपिटेशन हार्डनिंग हेतु γ′ फेज़ निर्माण में योगदान |
कार्बन (C) | ≤0.15 | कार्बाइड प्रीसिपिटेशन से क्रीप और रप्चर स्ट्रेंथ में सुधार |
बोरॉन (B) | ≤0.015 | ग्रेन बॉउंड्री सुदृढ़ीकरण |
ज़िरकोनियम (Zr) | ≤0.15 | क्रीप रप्चर आयु बढ़ाता है |
आयरन (Fe) | ≤1.0 | अवशिष्ट तत्व |
मैंगनीज़ (Mn) | ≤1.0 | हॉट वर्केबिलिटी में सुधार |
सिलिकॉन (Si) | ≤1.0 | ऑक्सीकरण में सहायक |
भौतिक गुण
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक/स्थिति |
|---|---|---|
घनत्व | 8.40 g/cm³ | ASTM B311 |
गलन सीमा | 1335–1385°C | ASTM E1268 |
तापीय चालकता | 100°C पर 11.5 W/m·K | ASTM E1225 |
विद्युत प्रतिरोधकता | 20°C पर 1.12 µΩ·m | ASTM B193 |
तापीय प्रसार | 13.3 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
विशिष्ट ऊष्मा क्षमता | 20°C पर 440 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 | 1180–1350 MPa | ASTM E8/E8M |
यील्ड स्ट्रेंथ (0.2%) | 880–960 MPa | ASTM E8/E8M |
विस्तार | ≥15% | ASTM E8/E8M |
कठोरता | 280–310 HB | ASTM E10 |
क्रीप रप्चर स्ट्रेंथ | 950°C पर 240 MPa (1000h) | ASTM E139 |
थकान प्रतिरोध | उत्कृष्ट | ASTM E466 |
Nimonic 115 की प्रमुख विशेषताएँ
अत्यधिक तापमान पर उच्च शक्ति 950°C तक के तापमान पर 1180 MPa से अधिक तन्य शक्ति और 880 MPa से अधिक यील्ड स्ट्रेंथ प्रदान करता है।
गामा-प्राइम सुदृढ़ीकरण उच्च γ′ फेज़ आयतन अंश समय के साथ शक्ति-धारण और थर्मल डिग्रेडेशन प्रतिरोध में उत्कृष्टता देता है।
उत्कृष्ट ऑक्सीकरण प्रतिरोध क्रोमियम और एल्युमिनियम की उपस्थिति एक स्थिर ऑक्साइड परत बनाती है, जो 1050°C तक सतह क्षरण को रोकती है।
क्रीप और थकान प्रदर्शन 950°C पर 1000 घंटे के लिए 240 MPa की क्रीप रप्चर स्ट्रेंथ रोटेटिंग टरबाइन पार्ट्स में लंबी आयु वाली विश्वसनीयता सुनिश्चित करती है।
थर्मल साइकलिंग में आयामी स्थिरता 13.3 µm/m·°C का तापीय प्रसार गुणांक चक्रीय ऊष्मा वातावरण में वार्पिंग और डिफॉर्मेशन का प्रतिरोध करता है।
Nimonic 115 के लिए CNC मशीनिंग चुनौतियाँ और समाधान
मशीनिंग चुनौतियाँ
तेज़ टूल डिग्रेडेशन
उच्च कठोरता और γ′ फेज़ कणों का संयोजन पारंपरिक टूल्स में तेज़ वियर का कारण बनता है।
कम तापीय चालकता
कटिंग ज़ोन में ऊष्मा फँसी रहती है, जिससे टूल एज का तापमान बढ़ता है और आयामी त्रुटि का जोखिम बढ़ता है।
वर्क हार्डनिंग
हार्डन्ड लेयर के निर्माण को रोकने के लिए निरंतर एंगेजमेंट और शार्प टूलिंग की आवश्यकता होती है।
अनुकूलित मशीनिंग रणनीतियाँ
टूल चयन
पैरामीटर | सिफारिश | तर्क |
|---|---|---|
टूल सामग्री | कार्बाइड (K30), फिनिशिंग के लिए सिरेमिक इन्सर्ट्स | उच्च तापमान पर कठोरता बनाए रखता है |
कोटिंग | AlCrN या TiSiN PVD (3–5 µm) | ऊष्मा सुरक्षा और वियर में कमी |
ज्यामिति | पॉज़िटिव रेक (6–10°), होन्ड कटिंग एज (~0.05 mm) | कटिंग फोर्स और सतह फिनिश नियंत्रित करता है |
कटिंग पैरामीटर (ISO 3685 अनुरूप)
ऑपरेशन | गति (m/min) | फीड (mm/rev) | कट की गहराई (mm) | कूलेंट प्रेशर (bar) |
|---|---|---|---|---|
रफिंग | 10–15 | 0.15–0.25 | 1.5–2.5 | 100–120 |
फिनिशिंग | 25–35 | 0.05–0.10 | 0.3–0.8 | 120–150 |
मशीन किए गए Nimonic 115 भागों के लिए सतह उपचार
हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (HIP)
HIP आंतरिक पोरोसिटी कम करता है और थकान शक्ति को 25% से अधिक बढ़ाता है—विशेष रूप से रोटेटिंग कंपोनेंट्स के लिए।
हीट ट्रीटमेंट
Heat Treatment में सॉल्यूशन एनीलिंग (~1145°C) के बाद नियंत्रित एजिंग शामिल है, ताकि अधिकतम γ′ प्रीसिपिटेशन द्वारा इष्टतम शक्ति प्राप्त की जा सके।
सुपरएलॉय वेल्डिंग
Superalloy Welding ERNiCrCoMo एलॉय फिलर्स के साथ क्रैक-फ्री जॉइंट्स सुनिश्चित करती है, और बेस मेटल के ≥90% यांत्रिक गुण बनाए रखती है।
थर्मल बैरियर कोटिंग (TBC)
TBC Coating टरबाइन वेन्स और ब्लेड्स में सब्सट्रेट तापमान को 200°C तक कम कर सकती है।
इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज मशीनिंग (EDM)
EDM ±0.005 mm की सटीकता के साथ टाइट-टॉलरेंस कूलिंग होल्स बनाती है और थर्मल स्ट्रेस प्रभाव नहीं डालती।
डीप होल ड्रिलिंग
Deep Hole Drilling L/D >30:1 पार्ट्स के लिए Ra <1.6 µm सतह फिनिश और 0.3 mm/m के भीतर कॉन्सेंट्रिसिटी प्राप्त करती है।
सामग्री परीक्षण और विश्लेषण
Material Testing में क्रीप, टेन्साइल, XRD, SEM और ASME/ASTM मानकों के अनुरूप अल्ट्रासोनिक निरीक्षण शामिल हैं।
Nimonic 115 घटकों के औद्योगिक अनुप्रयोग
एयरोस्पेस टरबाइन इंजन: अत्यधिक ऊष्मा के संपर्क में आने वाले टरबाइन ब्लेड, डिस्क और कंबशन हार्डवेयर।
पावर जेनरेशन: उच्च-तापमान स्टीम टरबाइन वेन्स और फास्टनर्स।
न्यूक्लियर सिस्टम्स: तापीय तनाव और विकिरण—दोनों के संपर्क में आने वाले घटक।
ऑटोमोटिव रेसिंग इंजन: एग्जॉस्ट वाल्व, टर्बोचार्जर व्हील्स और वाल्व गाइड्स।
इंडस्ट्रियल गैस टरबाइन्स: हीट-साइक्लिंग कंबशन ज़ोन्स में रोटर्स और गाइड वेन्स।
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