Nimonic 86
Nimonic 86 का परिचय
Nimonic 86 एक उच्च-मजबूती वाला निकेल-क्रोमियम-कोबाल्ट सुपरएलॉय है, जिसे अत्यधिक उच्च-तापमान वातावरण में उत्कृष्ट यांत्रिक स्थिरता, क्रीप प्रतिरोध और ऑक्सीकरण सुरक्षा के लिए इंजीनियर किया गया है। मोलिब्डेनम और एल्युमिनियम के उल्लेखनीय एडिशन के साथ, Nimonic 86 सॉलिड-सॉल्यूशन और प्रीसिपिटेशन—दोनों तंत्रों के माध्यम से बेहतर सुदृढ़ीकरण प्रदान करता है। इसे 950°C तक सेवा तापमान के लिए अनुकूलित किया गया है, जिससे यह टरबाइन ब्लेड्स, दहन कक्षों और हाई-लोड बोल्टिंग सिस्टम्स के लिए अत्यंत उपयुक्त है। एयरोस्पेस, पावर जेनरेशन और न्यूक्लियर उद्योगों की कठोर आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए Nimonic 86 को अक्सर CNC मशीनिंग सेवाओं के माध्यम से प्रोसेस किया जाता है।
थर्मल थकान और ऑक्सीकरण के प्रति प्रतिरोध के लिए प्रसिद्ध, Nimonic 86 को सामान्यतः फोर्जिंग द्वारा प्रोसेस किया जाता है और एयरोस्पेस, पावर जेनरेशन तथा न्यूक्लियर सेक्टर्स में आवश्यक कठोर आयामी टॉलरेंस को पूरा करने हेतु CNC मशीनिंग के माध्यम से प्रिसीजन-फिनिश किया जाता है।
Nimonic 86 के रासायनिक, भौतिक और यांत्रिक गुण
Nimonic 86 (UNS N07086 / W.Nr. 2.4972 / AMS 5854) एक प्रीसिपिटेशन-सुदृढ़ित मिश्रधातु है, जिसकी उत्कृष्ट उच्च-तापमान कार्यक्षमता और तापीय स्थिरता गामा-प्राइम (γ′) तथा मोलिब्डेनम-समृद्ध फेज़ों के संयोजन से प्राप्त होती है।
रासायनिक संरचना (सामान्य)
तत्व | संरचना सीमा (वज़न %) | मुख्य भूमिका |
|---|---|---|
निकेल (Ni) | शेष (≥55.0) | तापीय स्थिरता और बेस मैट्रिक्स मजबूती प्रदान करता है |
क्रोमियम (Cr) | 19.0–22.0 | ऑक्सीकरण और हॉट करोजन प्रतिरोध बढ़ाता है |
कोबाल्ट (Co) | 15.0–20.0 | क्रीप और थकान प्रतिरोध बढ़ाता है |
मोलिब्डेनम (Mo) | 4.0–6.0 | सॉलिड-सॉल्यूशन सुदृढ़ीकरण और कार्बाइड निर्माण |
टाइटेनियम (Ti) | 2.0–2.6 | Ni₃Ti गामा-प्राइम प्रीसिपिटेट्स बनाता है |
एल्युमिनियम (Al) | 1.0–1.5 | उच्च-तापमान शक्ति के लिए γ′ फेज़ हार्डनिंग बढ़ाता है |
आयरन (Fe) | ≤2.0 | अवशिष्ट तत्व |
कार्बन (C) | ≤0.10 | कार्बाइड प्रीसिपिटेशन के माध्यम से क्रीप स्ट्रेंथ बढ़ाता है |
मैंगनीज़ (Mn) | ≤1.0 | हॉट वर्किंग विशेषताओं में सुधार करता है |
सिलिकॉन (Si) | ≤1.0 | ऑक्सीकरण प्रतिरोध में सहायता करता है |
सल्फर (S) | ≤0.015 | मशीनिंग और वेल्डिंग के दौरान हॉट क्रैकिंग से बचने हेतु नियंत्रित |
भौतिक गुण
गुण | मान (सामान्य) | परीक्षण मानक/स्थिति |
|---|---|---|
घनत्व | 8.35 g/cm³ | ASTM B311 |
गलन सीमा | 1320–1380°C | ASTM E1268 |
तापीय चालकता | 100°C पर 11.0 W/m·K | ASTM E1225 |
विद्युत प्रतिरोधकता | 20°C पर 1.10 µΩ·m | ASTM B193 |
तापीय प्रसार | 13.4 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 | 1050–1180 MPa | ASTM E8/E8M |
यील्ड स्ट्रेंथ (0.2%) | 730–800 MPa | ASTM E8/E8M |
विस्तार | ≥18% | ASTM E8/E8M |
कठोरता | 230–260 HB | ASTM E10 |
क्रीप रप्चर स्ट्रेंथ | 850°C पर 220 MPa (1000h) | ASTM E139 |
थकान प्रतिरोध | उत्कृष्ट | ASTM E466 |
Nimonic 86 की प्रमुख विशेषताएँ
उच्च-तापमान शक्ति का बने रहना 850°C पर तन्य शक्ति >1050 MPa और यील्ड स्ट्रेंथ >730 MPa बनाए रखता है, जिससे गैस टरबाइनों और पावर प्लांट घटकों में लंबे समय तक संचालन संभव होता है।
दीर्घकालिक क्रीप प्रतिरोध ASTM E139 के अंतर्गत सत्यापित 850°C पर 1000 घंटे के लिए 220 MPa की क्रीप रप्चर स्ट्रेंथ प्रदर्शित करता है, इसलिए यह उच्च तापमान पर निरंतर लोड झेलने वाले संरचनात्मक भागों के लिए आदर्श है।
1000°C तक ऑक्सीकरण प्रतिरोध 20% Cr और 15–20% Co के साथ, मिश्रधातु एक स्थिर और चिपकी हुई Cr₂O₃ ऑक्साइड परत बनाती है, जो 1000°C पर साइक्लिक ऑक्सीकरण परीक्षणों में द्रव्यमान हानि को <0.3 mg/cm² तक कम करती है।
थर्मल थकान में टिकाऊपन 13.4 µm/m·°C का कम तापीय प्रसार गुणांक बार-बार हीटिंग/कूलिंग चक्रों में घटकों के भीतर तनाव संचय को कम करता है।
बेहतर संरचनात्मक स्थिरता γ′ (Ni₃Al, Ni₃Ti) और Mo-समृद्ध कार्बाइड्स से द्वि-फेज़ सुदृढ़ीकरण ग्रेन बाउंड्री स्लाइडिंग के प्रति प्रतिरोध बढ़ाता है, जो थकान-एक्सपोज़्ड रोटेटिंग पार्ट्स और फास्टनर्स के लिए महत्वपूर्ण है।
Nimonic 86 के लिए CNC मशीनिंग चुनौतियाँ और समाधान
मशीनिंग चुनौतियाँ
उच्च कठोरता और घर्षणशीलता
गामा-प्राइम और मोलिब्डेनम-समृद्ध फेज़ बिना-कोटिंग कार्बाइड टूल्स पर फ्लैंक वियर और क्रेटर फॉर्मेशन को तेज करते हैं।
कम ऊष्मा अपसारण
कम तापीय चालकता कटिंग ज़ोन में तापमान बढ़ाती है, जिससे थर्मल एक्सपैंशन और आयामी ड्रिफ्ट हो सकता है।
वर्क हार्डनिंग
मशीनिंग के दौरान मिश्रधातु की सतह तेजी से कठोर हो जाती है, इसलिए टॉलरेंस बनाए रखने के लिए उच्च रिगिडिटी और तेज टूल्स आवश्यक होते हैं।
अनुकूलित मशीनिंग रणनीतियाँ
टूल चयन
पैरामीटर | सिफारिश | तर्क |
|---|---|---|
टूल सामग्री | फाइन-ग्रेन कार्बाइड (K30), फिनिशिंग के लिए CBN इन्सर्ट्स | उच्च-तापमान घिसाव प्रतिरोध |
कोटिंग | AlTiN या TiSiN (3–5 µm PVD) | ऊष्मा और गॉलिंग के विरुद्ध सुरक्षा |
ज्यामिति | पॉज़िटिव रेक, होन्ड एज (~0.05 mm) | कटिंग फोर्स और कंपन कम करता है |
कटिंग पैरामीटर (ISO 3685 अनुरूप)
ऑपरेशन | गति (m/min) | फीड (mm/rev) | कट की गहराई (mm) | कूलेंट प्रेशर (bar) |
|---|---|---|---|---|
रफिंग | 10–16 | 0.20–0.30 | 1.5–2.5 | 100–120 |
फिनिशिंग | 25–40 | 0.05–0.10 | 0.3–1.0 | 120–150 |
मशीन किए गए Nimonic 86 भागों के लिए सतह उपचार
हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (HIP)
HIP थकान शक्ति को >20% तक बढ़ाता है और आंतरिक पोरोसिटी को समाप्त करता है। सामान्य प्रोसेसिंग कंडीशन्स में 1100°C और 100–150 MPa पर 2–4 घंटे शामिल हैं, जिससे संरचनात्मक घटकों के लिए 100% डेंसिफिकेशन सुनिश्चित होता है।
हीट ट्रीटमेंट
हीट ट्रीटमेंट में ~1120°C पर सॉल्यूशन एनीलिंग के बाद 850–870°C पर एजिंग शामिल होती है, ताकि γ′ प्रीसिपिटेशन अधिकतम हो सके। यह प्रक्रिया दीर्घकालिक सेवा में क्रीप प्रतिरोध और आयामी स्थिरता में सुधार करती है।
सुपरएलॉय वेल्डिंग
सुपरएलॉय वेल्डिंग में मैचिंग फिलर मेटल (जैसे, ERNiCrCoMo-1) का उपयोग वेल्ड स्ट्रेंथ को बेस मेटल के >90% तक सुनिश्चित करता है और प्रेशर-रिटेनिंग जॉइंट्स में क्रैकिंग को न्यूनतम करता है।
थर्मल बैरियर कोटिंग (TBC)
TBC कोटिंग APS या EB-PVD विधियों द्वारा 100–300 µm य्ट्रिया-स्टेबलाइज़्ड ज़िरकोनिया (YSZ) परत लगाती है, जिससे टरबाइन घटकों में सब्सट्रेट तापमान को 200°C तक कम किया जा सकता है।
इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज मशीनिंग (EDM)
EDM हार्डन्ड सेक्शंस पर ±0.005 mm की फीचर टॉलरेंस बिना थर्मल स्ट्रेस उत्पन्न किए हासिल करता है, जो कूलिंग होल्स और थिन-वॉल्ड स्ट्रक्चर्स के लिए आदर्श है।
डीप होल ड्रिलिंग
डीप होल ड्रिलिंग L/D अनुपात >30:1 के साथ स्ट्रेटनेस <0.3 mm/m और Ra <1.6 µm सुनिश्चित करती है, जो उच्च-तापमान हार्डवेयर में कूलिंग चैनलों के लिए उपयुक्त है।
सामग्री परीक्षण और विश्लेषण
सामग्री परीक्षण में 850°C/1000h पर क्रीप रप्चर वैलिडेशन, XRD फेज़ विश्लेषण, SEM माइक्रोस्ट्रक्चर समीक्षा, और ASME मानकों के अनुसार अल्ट्रासोनिक फ्लॉ डिटेक्शन शामिल हैं।
Nimonic 86 घटकों के औद्योगिक अनुप्रयोग
एयरोस्पेस टरबाइन इंजन: अत्यधिक तापीय और यांत्रिक तनाव के अधीन टरबाइन ब्लेड्स, वेन्स और डिस्क घटक।
पावर जेनरेशन: गैस टरबाइनों और उच्च-दक्षता हीट रिकवरी सिस्टम्स में कंबस्टर्स, ट्रांज़िशन डक्ट्स और संरचनात्मक बोल्टिंग।
न्यूक्लियर एनर्जी सिस्टम्स: उच्च-रेडिएशन, उच्च-दाब रिएक्टर वातावरण में उपयोग होने वाले स्प्रिंग्स, वाल्व इंटरनल्स और स्पेसर्स।
ऑटोमोटिव परफॉर्मेंस सिस्टम्स: ऑक्सीकरण और थकान प्रतिरोध की आवश्यकता वाले एग्जॉस्ट ब्रैकेट्स, टर्बो घटक और थर्मल शील्ड्स।
औद्योगिक हीटिंग उपकरण: 1000°C तक तापमान के संपर्क में रहने वाले रेटॉर्ट्स, रेडिएंट ट्यूब्स और हीट-ट्रीटिंग फिक्स्चर्स।
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