比類のない強さをもたらす超合金が必要な場合, クリープ抵抗, そして高温安定性 最も厳しいアプリケーションのために - US N07718 (一般的にインコネルと呼ばれます 718) 業界標準です. 航空宇宙ジェットエンジンで使用されます, ガスタービン, および原子炉, この合金は、極端な熱と圧力の下での物質的故障の重大な問題を解決します. このガイドで, 重要なプロパティを分類します, 実世界の使用, 製造手順, そしてそれが代替とどのように比較されるか - あなたは生命または死のシナリオで確実に実行するコンポーネントを構築することができます.
1. UNS N07718の材料特性 (インコネル 718) スーパーアルコイ
UNS N07718のSuperAlloyステータスは、そのユニークな構成から来ています: ニオビウムチタニウム - アルミニウムは強度のために沈殿します, 耐食性のクロム, タフのニッケル, 耐熱ベース. そのプロパティを詳細に調べてみましょう:
1.1 化学組成
UNS N07718のすべての要素は、腐食抵抗を犠牲にすることなく、高温で強度を最大化するように動作するように設計されています. 以下はその標準構成です (ASTM B637ごと):
| 要素 | コンテンツ範囲 (%) | 重要な役割 |
|---|---|---|
| ニッケル (で) | 50.0 - 55.0 | ベース要素 - プロバイド高温安定性 塩化物ストレス亀裂に対する耐性. |
| クロム (cr) | 17.0 - 21.0 | 保護クリオー層を形成します - 酸化と一般的な腐食を耐えます (例えば。, ジェット燃料, 海水). |
| 鉄 (fe) | 17.0 - 21.0 | パフォーマンスを削減することなく、作業性を向上させ、合金のコストのバランスをとる. |
| モリブデン (MO) | 2.80 - 3.30 | ブーストクリープ抵抗 高温での強度; 孔食に対する耐性耐性を高めます. |
| ニオブ (NB) + タンタル (面) | 4.75 - 5.50 | 「強度のコア」 - ハードγをフォーム (ガンマダブルプライム) 沈殿します (n₃nb) これは、超高引張強度を提供します 650+ °C. |
| チタン (の) | 0.65 - 1.15 | ニオビウムで動作して沈殿物を形成します; 高温強度とクリープ抵抗を強化します. |
| アルミニウム (アル) | 0.20 - 0.80 | エイズは形成を沈殿させます; 極端な熱で酸化抵抗を改善します. |
| 炭素 (c) | ≤ 0.08 | 炭化物の降水を避けるために低く抑えられます (これは、高温のサイクルに脆弱性を引き起こします). |
| マンガン (Mn) | ≤ 0.35 | 溶接性を向上させます; 製造中の熱い亀裂を最小限に抑えます. |
| 硫黄 (s) | ≤ 0.015 | 溶接欠陥を防ぎ、腐食感受性を低下させるための超低. |
1.2 物理的特性
これらの特性は、極端な熱と圧力に耐えるUNS N07718の能力を反映しています。. すべての値は、記載されていない限り、室温で測定されます:
- 密度: 8.19 g/cm³ (スチールよりも高い, ニッケルのため, モリブデン, ニオビウム含有量).
- 融点: 1260 - 1320 °C (ガスタービンエンジンの軟化に抵抗するのに十分な高さ, で動作します 1000+ °C).
- 熱伝導率: 11.4 w/(M・k) (で 100 °C); 19.0 w/(M・k) (で 600 °C) - 低熱伝達, 高温で構造の完全性を保持する必要があるコンポーネントに最適.
- 熱膨張係数: 12.6 ×10⁻⁶/°C (20–100°C); 16.8 ×10⁻⁶/°C (20–600°C) - ジェットエンジンブレードなどの精密部品の安定拡張.
- 比熱容量: 435 J/(kg・k) (で 25 °C) - 急速な温度変化なしに熱を吸収するのが効率的です, 熱応力の減少.
- 電気伝導率: 7.3 ×10⁶S/m (で 20 °C) - 銅よりも低い, しかし、高熱環境の電気部品に適しています.
1.3 機械的特性
UNS N07718の機械的特性は、ストレスのために比類のないものです, 高温アプリケーション - 実際には熱とともに強度が増加します (まで 650 °C) 沈殿物の形成による. 以下は典型的な値です (年齢が硬化した状態, ASTM B637ごと):
| 財産 | 典型的な値 (年齢層) | テスト標準 | なぜそれが重要なのか |
|---|---|---|---|
| 硬度 (HRC) | 40 - 45 | ASTM E18 | バランスの取れた硬さ - 高いストレスに十分なほど強い, 脆性障害を避けるのに十分なタフ. |
| 抗張力 | ≥ 1240 MPA | ASTM E8 | 極度の圧力を処理します (例えば。, ジェットエンジン燃焼チャンバー, オイルウェルケーシング). |
| 降伏強度 (0.2% オフセット) | ≥ 1030 MPA | ASTM E8 | で永続的な変形に抵抗します 650 °C-長期的なクリープ抵抗のために批判的. |
| 伸長 (で 50 mm) | ≥ 15% | ASTM E8 | 中程度の延性 - 複雑な形状に形成されます (例えば。, タービンブレード) 割れずに. |
| 衝撃の靭性 (シャルピーv-notch) | ≥ 50 j (で 20 °C) | ASTM E23 | 良好なタフネス - 突然のストレスからの失敗 (例えば。, エンジンの起動/シャットダウン). |
| クリープ抵抗 | 207 MPAで 650 °C (10⁵時間) | ASTM E139 | 長期的な高温応力の下で強度を維持します。ほとんどの超合金を実行します. |
| 疲労強度 | 〜550 MPa (10⁷サイクル) | ASTM E466 | 繰り返し熱/機械的応力から失敗に抵抗します (例えば。, タービン回転, エンジンサイクリング). |
1.4 その他のプロパティ
- 耐食性: とても良い. 抵抗します:
- までの酸化 870 °C (クロムとアルミニウムに感謝します).
- 海水腐食と孔食 (モリブデンによる).
- 軽度の酸とアルカリ (化学処理および海洋用途に適しています).
- 酸化抵抗: 素晴らしい. 800〜870°Cでのさらなる酸化を防ぐ密な酸化物層を形成します。.
- 溶接性: 良い (注意して). 予熱が必要です (200–300°C) 溶けた熱処理 (ソリューションアニーリング + 年齢硬化) 強度を回復する; ernifecr-2フィラー金属を使用します.
- 加工性: 公平. 作業は迅速に硬化します。鋭利な炭化物ツールをご希望します, 切断速度が遅い (5–10 m/minターニング用), 摩擦を減らすための高圧切断液.
- 形成性: 適度. ホットフォームにすることができます (980〜1150°Cで) 複雑な形に; コールドフォーミングは可能ですが、作業硬化を減らすために中間アニーリングが必要です.
2. UNS N07718のアプリケーション (インコネル 718) スーパーアルコイ
UNS N07718は、故障が壊滅的なアプリケーションで使用されます。コンポーネントの強さと信頼性が安全性と効率に直接影響する産業 - . ここに最も一般的な用途があります, 実際の例があります:
2.1 航空宇宙とジェットエンジン
- 例: ジェットエンジンタービンブレード, 燃焼チャンバー, アフターバーナーコンポーネント, および航空機の構造部品 (例えば。, 高温環境の着陸装置).
- なぜそれが機能するのか: 高温強度 (まで 650 °C) エンジンの熱に抵抗します, クリープ抵抗は長い刃の寿命を確保します. 米国. 航空宇宙メーカーは、タービンブレードにUNS N07718を使用しました。 500% vs. インコネル 625.
2.2 ガスタービン (エネルギー産業)
- 例: ガスタービンローター, ステーターベーン, 発電用の燃焼ライナー (天然ガスまたは石炭火力植物).
- なぜそれが機能するのか: クリープ抵抗は、での長期操作を処理します 1000+ °C, 一方、耐食性はタービン排気ガスに抵抗します. ドイツのエネルギー会社がタービンローターにUNS N07718を使用しました。 20 年 (vs. 12 他のスーパーアロの年).
2.3 石油およびガス産業
- 例: ダウンホールツール (高温の場合, 高圧貯水池), 海底井戸, およびパイプラインコンポーネント (硫黄含有量が高い酸味ガス用).
- なぜそれが機能するのか: 硫化物ストレスの割れ目に抵抗し、忍び寄る 200+ °C. サウジアラビアの石油会社がUNS N07718ダウンホールツールを使用しました。 10 失敗のない年 (vs. 3 ステンレス鋼の年).
2.4 原子炉
- 例: 原子炉圧力容器成分, コントロールロッドハウジング, および燃料処理システム.
- なぜそれが機能するのか: 反応器クーラントからの放射線誘発腹部と腐食に抵抗します (例えば。, 水, 液体ナトリウム). フランスの原子力オペレーターは、コントロールロッドハウジングにUNS N07718を使用しました。 18 年.
2.5 自動車 (高性能)
- 例: 高性能車またはレーシングビークル用のターボチャージャーローターと排気コンポーネント.
- なぜそれが機能するのか: ターボチャージャーの熱に耐えます (まで 900 °C) 排気ガス腐食に抵抗します. 日本の自動車メーカーがターボローターにUNS N07718を使用しました - ターボライフは2倍になりました. ステンレス鋼ローター.
3. UNS N07718の製造技術 (インコネル 718) スーパーアルコイ
UNS N07718の製造は複雑です。, そして、その仕事を硬くする性質には、慎重な機械加工が必要です. これが段階的な内訳です:
- 溶融:
- 原材料 (高純度のニッケル, クロム, ニオブ, チタン) 真空誘導炉で溶けます (vif) 続いて、真空アークリメルティングが続きます (私たちの) またはElectroSlagのリメルティング (ESR). この二重融解により、超低不純物と均一な組成が保証されます (沈殿物の形成に重要です).
- キャスト/鍛造:
- 溶融合金はインゴットに投げ込まれます (まで 5 タービンローター用のトン) または、ネットシェープ近くのコンポーネントへの投資キャスト (例えば。, タービンブレード).
- インゴットは980〜1150°Cでホットフォッシングされています。; 複雑な形 (刃のように) 精密鍛造を使用します.
- ローリング/フォーミング:
- ホットローリング (950〜1100°Cで) プレートを生成します, バー, またはチューブ; コールドローリングは薄いシートに限定されており、中間アニーリングが必要です (900〜1000°Cで).
- 熱処理 (強さにとって重要です):
- ソリューションアニーリング: 950〜1050°Cに加熱します, 1〜2時間保持します, ウォータークエンチ. 余分な炭化物を溶かし、沈殿させます, 年齢硬化のために合金を準備します.
- 中間老化: 700〜760°Cに加熱します, 2〜4時間保持します, エアクール. 小さなγを形成する (ガンマプライム) 強度を高めるために沈殿します.
- 最終老化: 620〜650°Cに加熱します, 8〜12時間保持します, エアクール. 大型γ”沈殿物を形成します - UNS N07718の超高強度の主なソース.
- 機械加工:
- ネガティブなレーキ角と鋭い切断端を備えた炭化物ツールを使用して、作業硬化を最小限に抑える.
- 切断速度: 5–8 m/me (旋回), 3–5 m/ me (ミリング); フィードレート: 0.05–0.10 mm/rev.
- 高圧を使用します (100–150バー) 液体を切る (EP添加物を使用した水溶性) ツールを冷却してチップをフラッシュするために、再獲得した作業中の素材の再カット.
- 溶接:
- 熱応力を軽減するために、200〜300°Cに予熱します.
- Ernifecr-2フィラー金属でTig溶接を使用します (構成に一致します).
- 溶接後の熱治療: ソリューションアニール (980 °C) + 強度を回復するための全年齢の硬化 (負荷をかけるジョイントにとって重要です).
- 表面処理 (オプション):
- アルミニジング (アルミニウムコーティングの塗布) 上記で動作するガスタービン成分の酸化抵抗を強化します 870 °C.
- ピーニングを撃った (表面を冷やします) タービンブレードとローターに使用される圧縮応力を生成することにより、疲労強度を改善します.
4. ケーススタディ: ガスタービンローターのUNS N07718
米国. 発電会社は問題に直面しました: 彼らのインコンセル 625 ガスタービンローターはその後失敗しました 12 クリープ変形による年 (形状の喪失) で 1050 °C. 彼らはUNS N07718に切り替えました, そして、これが起こったことです:
- プロセス: UNS N07718インゴットは真空溶融でした, ローターに鍛造 (2 直径メートル), アニールされたソリューション (1000 °C), 年齢層 (730 °C + 630 °C), 疲労強度を改善するためにショットピーンズ.
- 結果:
- ローターの寿命は拡張されました 20 年 (67% 改善) - 後でもクリープ変形はありません 80,000 営業時間.
- 出力が5％増加しました - UNS N07718の強度により、タービンはより高い温度で動作しました.
- メンテナンスコストは年間80万ドル減少しました (ローターの交換が少ない, 計画外のシャットダウンはありません).
- なぜそれが機能するのか: γ」はUNS N07718で沈殿し、高温でクリープを防止しました, ショットピーニングが疲労障害のリスクを減らしている間、会社のコアの信頼性の問題を解決する.
5. US N07718 (インコネル 718) vs. 他のスーパーアロ
UNS N07718は、高ストレスの代替品とどのように比較されますか, 高温アプリケーション? 重要なプロパティを評価しましょう:
| 材料 | 抗張力 (MPA) | クリープ抵抗 (MPAで 650 °C, 10⁵H) | 高テンプル安定性 (最大°C) | 料金 (vs. US N07718) | に最適です |
|---|---|---|---|---|---|
| US N07718 (インコネル 718) | ≥ 1240 | 207 | 700 | 100% | 高ストレス, 高熱 (航空宇宙, タービン, 油) |
| US N06625 (インコネル 625) | ≥ 827 | 138 | 650 | 80% | 重度の腐食 (ストレスが少ない) |
| Hastelloy C276 | ≥ 690 | 90 | 650 | 180% | 極度の腐食 (高いストレスはありません) |
| チタングレード 5 | ≥ 860 | 40 | 400 | 150% | 軽量航空宇宙 (弱火) |
| 316 ステンレス鋼 | ≥ 515 | 10 | 870 | 20% | 軽度のストレス/熱 (極端ではありません) |
重要なポイント: UNS N07718は、高ストレスの最強のスーパーアロイです, 高温アプリケーション. それはインコールよりも優れています 625 強度とクリープ抵抗, Hastelloy C276よりも費用対効果が高いです。航空宇宙の最大の選択肢を作ります, エネルギー, 石油産業.
