Nimonic 81
Nimonic 81 का परिचय
Nimonic 81 एक उच्च-मजबूती वाला निकेल-क्रोमियम सुपरएलॉय है, जिसे एल्युमिनियम और टाइटेनियम से सुदृढ़ किया गया है। इसे आक्रामक उच्च-तापमान वातावरण में उत्कृष्ट यांत्रिक मजबूती, क्रीप प्रतिरोध और सतह स्थिरता के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह प्रीसिपिटेशन-हार्डन्ड है और ऐसे अनुप्रयोगों के लिए इंजीनियर किया गया है जहाँ ऊँचे तापमान पर दीर्घकालिक सेवा की आवश्यकता होती है, इसलिए यह एयरोस्पेस, न्यूक्लियर और पावर जेनरेशन घटकों के लिए उपयुक्त है।
870°C तक की सेवा क्षमता के साथ, Nimonic 81 उत्कृष्ट थर्मल थकान और उच्च ऑक्सीकरण प्रतिरोध का संयोजन प्रदान करता है। इसे आमतौर पर सॉल्यूशन-एनील्ड और एज्ड कंडीशन में सप्लाई किया जाता है तथा CNC मशीनिंग के माध्यम से टरबाइन ब्लेड्स, संरचनात्मक फास्टनर्स, स्प्रिंग्स और उच्च-सटीक भाग तैयार किए जाते हैं, जिनमें कड़ी आयामी टॉलरेंस और उत्कृष्ट सतह फिनिश की आवश्यकता होती है।
Nimonic 81 के रासायनिक, भौतिक और यांत्रिक गुण
Nimonic 81 (UNS N07081 / W.Nr. 2.4635 / ISO 15156-3) एक प्रीसिपिटेशन-सुदृढ़ित निकेल मिश्रधातु है, जिसमें गामा-प्राइम (γ′) फेज़ होता है जो तनाव और तापीय एक्सपोज़र के दौरान यांत्रिक गुणों को बढ़ाता है।
रासायनिक संरचना (सामान्य)
तत्व | संरचना सीमा (वज़न %) | मुख्य भूमिका |
|---|---|---|
निकेल (Ni) | शेष (≥70.0) | आधार तत्व जो उच्च-तापमान ऑक्सीकरण और क्रीप प्रतिरोध प्रदान करता है |
क्रोमियम (Cr) | 19.0–22.0 | जंग और स्केलिंग प्रतिरोध को बढ़ाता है |
टाइटेनियम (Ti) | 2.0–2.8 | प्रीसिपिटेशन हार्डनिंग के लिए Ni₃Ti γ′ फेज़ बनाता है |
एल्युमिनियम (Al) | 1.0–1.5 | थर्मल थकान प्रतिरोध के लिए γ′ मैट्रिक्स को सुदृढ़ करता है |
कार्बन (C) | ≤0.08 | कार्बाइड निर्माण के माध्यम से उच्च-तापमान क्रीप स्ट्रेंथ में सुधार करता है |
आयरन (Fe) | ≤3.0 | अवशिष्ट तत्व; मजबूती बढ़ाता है |
मैंगनीज़ (Mn) | ≤1.0 | हॉट वर्कएबिलिटी में सहायता करता है |
सिलिकॉन (Si) | ≤1.0 | ऑक्सीकरण प्रतिरोध को बढ़ाता है |
कॉपर (Cu) | ≤0.2 | हॉट शॉर्टनेस कम करने के लिए सीमित रखा जाता है |
सल्फर (S) | ≤0.015 | वेल्डेबिलिटी और हॉट क्रैकिंग प्रतिरोध के लिए नियंत्रित |
भौतिक गुण
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक/स्थिति |
|---|---|---|
घनत्व | 8.15 g/cm³ | ASTM B311 |
गलन सीमा | 1320–1380°C | ASTM E1268 |
तापीय चालकता | 100°C पर 11.2 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 430 J/kg·K | ASTM E1269 |
इलास्टिक मॉड्यूलस | 20°C पर 200 GPa | ASTM E111 |
यांत्रिक गुण (सॉल्यूशन ट्रीटेड + एज्ड)
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक |
|---|---|---|
तन्य शक्ति | 1000–1150 MPa | ASTM E8/E8M |
यील्ड स्ट्रेंथ (0.2%) | 700–800 MPa | ASTM E8/E8M |
विस्तार | ≥18% | ASTM E8/E8M |
कठोरता | 220–250 HB | ASTM E10 |
क्रीप रप्चर स्ट्रेंथ | 750°C पर 200 MPa (1000h) | ASTM E139 |
थर्मल थकान आयु | उत्कृष्ट | ASTM E606 |
Nimonic 81 की प्रमुख विशेषताएँ
उच्च क्रीप स्ट्रेंथ: गामा-प्राइम सुदृढ़ीकरण तंत्र 870°C तक लंबे समय के तनाव के तहत यांत्रिक विश्वसनीयता सुनिश्चित करता है।
ऑक्सीकरण और स्केल प्रतिरोध: क्रोमियम-समृद्ध मैट्रिक्स स्थिर Cr₂O₃ स्केल बनाता है, जो ऑक्सीडाइज़िंग वातावरण में घटकों की सुरक्षा करता है।
थर्मल साइकलिंग के तहत थकान प्रतिरोध: हजारों थर्मल साइकल्स के बाद भी माइक्रोस्ट्रक्चरल स्थिरता और आयामी सटीकता बनाए रखता है।
अच्छी वेल्डेबिलिटी और फैब्रिकेशन: नियंत्रित पैरामीटर्स के साथ इसे वेल्ड और CNC मशीन किया जा सकता है, जिससे टाइट टॉलरेंस वाले क्रिटिकल पार्ट्स बनाए जा सकें।
Nimonic 81 के लिए CNC मशीनिंग चुनौतियाँ और समाधान
मशीनिंग चुनौतियाँ
वर्क हार्डनिंग की उच्च दर
कटिंग के दौरान सतह की कठोरता तेजी से बढ़ती है, विशेषकर एज्ड कंडीशन में, जिससे टूल वियर और असंगत पार्ट टॉलरेंस हो सकते हैं।
घर्षणकारी कार्बाइड कण
कार्बाइड्स और γ′ प्रीसिपिटेट्स बिना-कोटिंग कार्बाइड और हाई-स्पीड स्टील टूलिंग पर घिसाव को तेज करते हैं।
कम तापीय चालकता
कटिंग एज पर ऊष्मा का संचय ड्राई या खराब कूलिंग वाली ऑपरेशन्स में टूल्स की थर्मल सॉफ्टनिंग और एज चिपिंग का कारण बनता है।
अनुकूलित मशीनिंग रणनीतियाँ
टूल चयन
पैरामीटर | सिफारिश | तर्क |
|---|---|---|
टूल सामग्री | रफिंग के लिए कार्बाइड (K20–K30), फिनिशिंग के लिए CBN | घर्षण और तापीय लोड को सहन करता है |
कोटिंग | AlCrN या TiSiN (3–5 µm PVD) | ऑक्सीकरण और BUE बनने को कम करता है |
ज्यामिति | पॉज़िटिव रेक, होन्ड एज (0.05 mm) | कटिंग प्रेशर और कंपन को न्यूनतम करता है |
कटिंग पैरामीटर (ISO 3685 अनुरूप)
ऑपरेशन | गति (m/min) | फीड (mm/rev) | कट की गहराई (mm) | कूलेंट प्रेशर (bar) |
|---|---|---|---|---|
रफिंग | 10–18 | 0.20–0.25 | 1.5–2.0 | 100–120 |
फिनिशिंग | 30–45 | 0.05–0.10 | 0.3–1.0 | 120–150 |
मशीन किए गए Nimonic 81 भागों के लिए सतह उपचार
हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (HIP)
HIP कास्ट या AM भागों में माइक्रो-वॉइड्स को हटाकर क्रीप स्ट्रेंथ और संरचनात्मक एकरूपता में सुधार करता है।
हीट ट्रीटमेंट
हीट ट्रीटमेंट गामा-प्राइम प्रीसिपिटेशन को सक्रिय करता है और उच्च-तापमान थकान प्रतिरोध को बढ़ाता है।
सुपरएलॉय वेल्डिंग
सुपरएलॉय वेल्डिंग न्यूक्लियर और एयरोस्पेस हार्डवेयर के लिए मजबूत, ऑक्सीकरण-प्रतिरोधी जॉइंट्स सक्षम करती है।
थर्मल बैरियर कोटिंग (TBC)
TBC कोटिंग टरबाइन ब्लेड्स, दहन रिंग्स और हॉट गैस हार्डवेयर में अतिरिक्त तापीय सुरक्षा जोड़ती है।
इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज मशीनिंग (EDM)
EDM कूलिंग होल्स, नॉचेस या सीलिंग सतहों जैसी हार्डन्ड फीचर्स पर सटीकता सुनिश्चित करता है।
डीप होल ड्रिलिंग
डीप होल ड्रिलिंग उच्च लंबाई-से-व्यास अनुपात वाले कूलेंट पैसेज या इंजेक्टर चैनलों के निर्माण में सहायता करती है।
सामग्री परीक्षण और विश्लेषण
सामग्री परीक्षण में माइक्रोहार्डनेस प्रोफाइलिंग, ग्रेन साइज विश्लेषण, स्ट्रेस रप्चर परीक्षण और नॉन-डिस्ट्रक्टिव इंस्पेक्शन (NDT) शामिल हैं।
Nimonic 81 घटकों के औद्योगिक अनुप्रयोग
एयरोस्पेस इंजन घटक
टरबाइन डिस्क्स, ब्लेड रूट्स और दहन कक्ष विवरण, जो उच्च ऊष्मा और चक्रीय तनाव के संपर्क में रहते हैं।
न्यूक्लियर रिएक्टर सिस्टम
फ्यूल रॉड स्पेसर्स, बोल्टिंग और स्प्रिंग्स, जो न्यूट्रॉन फ्लक्स और उच्च दाब के तहत कार्य करते हैं।
पावर जेनरेशन
फास्टनर्स, हीट एक्सचेंजर सपोर्ट्स और टरबाइन सील्स, जो 700°C से ऊपर कार्य करते हैं।
ऑटोमोटिव टर्बोचार्जर और एग्जॉस्ट
स्प्रिंग वॉशर्स और हाई-लोड ब्रैकेट्स, जो थकान-क्रिटिकल ज़ोन्स के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं।
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