Hoge sterkte Inconel X-750-veerdraad die de prestaties in extreme omgevingen verbetert

Een legering kan immuun zijn in het ene water en kwetsbaar in het andere, met dezelfde samenstelling en dezelfde kwaliteitsnaam, omdat de variabele die beslissend is de temperatuur is waarbij het water het metaal ontmoet. Inconel X-750 is bestand tegen spanningscorrosie door chloride-ionen, zelfs in volledig door precipitatie geharde toestand, wat een gepubliceerde en ongebruikelijke eigenschap is. Dezelfde legering heeft, in zeer zuiver water van 288 ° C onder omstandigheden van een kokendwaterreactor, een gedocumenteerde gevoeligheid voor spanningscorrosie die afhangt van de warmtebehandeling die het heeft ondergaan.

Dat paar uitspraken is de eerlijke betekenis van de uitdrukking extreme omgevingen. Het is niet één voorwaarde en het is ook geen overtreffende trap. Het is een reeks temperatuur- en chemiebanden, en een legering die goed presteert in een ervan kan in de volgende de verkeerde keuze zijn, zonder dat de naam van het type op het certificaat wordt gewijzigd.

Op deze pagina worden de vier banden beschreven die van belang zijn voor een X-750-veer, het mechanisme dat ze allemaal regelt, en de enkele warmtebehandelingsbeslissing die twee ervan tegelijk verbetert. De productievolgorde van een veer, inclusief het tempereren van de draad, de verouderingsbehandeling en de maatverandering na het oprollen, is een apart onderwerp en wordt hier niet herhaald.

De tabel scheidt de omgevingen door het mechanisme dat het deel in elke omgeving beperkt. Een veer kan correct worden gespecificeerd voor de ene band en onjuist worden gespecificeerd voor de volgende, en de specificatie die alle vier dekt, is een reeks voorwaarden en geen cijfernaam.

Twee rijen in die tabel zijn contra-intuïtief en vormen de reden dat deze pagina bestaat. De rij waterige chloride zegt dat de legering ongebruikelijk goed is, wat de meeste kopers verwachten. De rij water op hoge temperatuur zegt dat dezelfde legering een kraakmechanisme heeft in een vloeistof die helemaal geen chloride bevat, wat de meeste kopers niet verwachten. Het verschil tussen de twee rijen is temperatuur en zuiverheid, en geen van beide komt voor in de naam van het cijfer.

X-750 behoudt nuttige eigenschappen bij cryogene temperatuur, en de mechanische reden is dat een kubieke nikkelmatrix met het oppervlak gecentreerd niet de ductiele naar brosse overgang ondergaat die ferritische staalsoorten beperkt. De legering wordt gebruikt in cryogene tanks en in hardware voor raketmotoren, toepassingen waarbij het materiaal naar verwachting belasting zal dragen bij temperaturen ver onder het vriespunt.

Het veerprobleem aan de koude kant is geen brosse breuk. Het is voorgeladen. Een veer die bij omgevingstemperatuur is geïnstalleerd en vervolgens wordt afgekoeld, verandert van snelheid om twee redenen: de modulus stijgt naarmate de temperatuur daalt, en de veer en zijn behuizing krimpen met verschillende hoeveelheden als ze van verschillende materialen zijn gemaakt. De producent geeft een gemiddelde lineaire expansie van 6,5 x 10^-6in/in/°F van 70 °F tot -250 °F, tegen 8,1 x 10^-6bij 1000 ° F, dus de coëfficiënt zelf verandert met de temperatuur en een enkel kamertemperatuurcijfer zal het koude einde niet beschrijven.

De praktische instructie is dat een veer voor een koude toepassing ontworpen moet worden op de koude temperatuur en gecontroleerd moet worden bij omgevingstemperatuur, en niet andersom. Een veer die correct is bij 20 °C en vervolgens wordt afgekoeld tot -196 °C levert een hogere belasting op dan in de tekening werd aangenomen, omdat de modulus toenam terwijl de geometrie samentrok. Als die belasting van belang is voor de montage, is de koude toestand het ontwerpscenario.

Aan de hete kant geeft de producent drie getallen die vaak tot één worden samengevoegd, en de ineenstorting veroorzaakt de meeste verwarring over deze legering. De legering wordt gebruikt voor sterkte tot 704 °C. Het is bestand tegen oxidatie tot 982 °C. Warmtebehandeld materiaal heeft een bruikbare sterkte tot 982 °C. Het eerste getal is een neerslagplafond, het tweede is een oppervlakte-eigenschap en het derde is een belastingverklaring voor de korte termijn.

Boven 704 °C gaat een groot deel van het effect van neerslagverharding verloren, dus een deel dat voor zijn sterkte afhankelijk was van het gamma-prime-precipitaat, heeft die sterkte niet langer. De oxidatieweerstand blijft tot voorbij dat punt bestaan, omdat dit een eigenschap is van de chroomoxideschaal en niet van het neerslag. Daarom verschillen de twee cijfers. De bruikbare sterkte tot 982 °C beschrijft een onderdeel dat bij die temperatuur kortstondig een belasting kan dragen, en niet een veer die jarenlang vast moet houden.

Aan het conservatieve uiteinde van alle drie de figuren bevindt zich een veer. De producent geeft een bereik van onder nul tot 649 °C voor veren en bevestigingsmiddelen, wat onder het sterkteplafond van 704 °C ligt, omdat een veer wordt beoordeeld op basis van de belasting die deze behoudt na lange tijd op temperatuur en niet op basis van een trekresultaat op korte termijn.

De twee waterige rijen in de eerste tabel verdienen het om samen gelezen te worden, omdat ze dezelfde legering in water beschrijven en tot tegenovergestelde conclusies komen. De producent stelt dat X-750 een hoge weerstand heeft tegen spanningscorrosie door chloride-ionen, zelfs in volledig door precipitatie geharde toestand. Dat is een sterke uitspraak, aangezien de meeste legeringen met hoge sterkte SCC-weerstand verliezen naarmate ze sterker worden, en het verklaart waarom de legering voorkomt in chloridehoudende chemische toepassingen en in maritieme hardware.

De reactorliteratuur beschrijft een ander geval. In zeer zuiver water van 93 °C en 288 °C onder kokendwaterreactoromstandigheden heeft legering X-750 een gemeten gevoeligheid voor intergranulaire spanningscorrosiescheuren, en de resultaten zijn sterk afhankelijk van de warmtebehandelingsomstandigheden van het monster. De vloeistof in die test bevat geen chloride, dus het mechanisme dat in de chlorideverklaring wordt beschreven, werkt niet. Het kraken is intergranulair en volgt de korrelgrenzen die door de warmtebehandeling in een gevoelige toestand zijn achtergebleven.

De praktische lezing is niet dat de verklaring van de producent verkeerd is en dat de literatuur gelijk heeft. Beide hebben gelijk in hun eigen omgeving, en een koper die een van beide naar de andere omgeving vervoert, heeft een overdrachtsfout gemaakt. Een chloridespecificatie en een reactorkoelmiddelspecificatie zijn twee verschillende specificaties die toevallig dezelfde legering noemen.

De warmtebehandeling die de producent aanbeveelt voor de bovenkant van het temperatuurbereik is ook degene die de reactorliteratuur associeert met een betere scheurweerstand, wat een nuttig toeval is en helemaal geen toeval. De drievoudige behandeling bestaat uit een oplossingsgloeien bij 1.149 °C, een stabiliserende behandeling bij 843 °C gedurende 24 uur en een precipitatiebehandeling bij 704 °C gedurende 20 uur.

De producent beveelt deze route aan voor gebruik boven 593 °C, vooral als de belasting langdurig wordt gehandhaafd, en beschrijft deze als een maximale kruip-, ontspannings- en breuksterkte in die band. Het onderzoek naar reactormaterialen beschrijft dezelfde behandelingsconditie bij hoge temperaturen als die welke is beoordeeld op scheurgevoeligheid, en rapporteert de resultaten per conditie omdat de conditie het antwoord verandert.

Het mechanisme dat de twee met elkaar verbindt, is de korrelgrens. Door de stabiliserende grip kan de koolstof in de legering zich combineren met niobium en titanium als carbiden in de korrels en niet aan de grenzen, waardoor de grenzen minder uitgeput raken in de elementen die corrosiebestendig zijn. Een grens die in die toestand is gelaten, is beter bestand tegen de intergranulaire aanval die de reactoromgeving veroorzaakt, en het is ook een grens die zijn kruipsterkte bij temperatuur behoudt. Eén behandeling, twee voordelen, en een koper die de korte leeftijd kiest vanwege de hogere sterkte bij kamertemperatuur, geeft beide op.

Een veer die in de hete band werkt, heeft daarom één warmtebehandeling die aan beide eisen voldoet, en een veer die bij gematigde temperaturen werkt, heeft een andere die de sterkte maximaliseert. De fout die moet worden vermeden, is het overbrengen van de behandeling met gematigde temperaturen naar de hete band, omdat dit een hoger trekresultaat op het certificaat opleverde.

Twee van de omgevingen die een veer met hoge sterkte beschadigen, worden geïntroduceerd nadat de legering is geselecteerd. De eerste is waterstof afkomstig van platering. Een veer die vanwege slijtage of uiterlijk is gegalvaniseerd, kan waterstof aan de kathode absorberen, en een nikkellegering met een hoge sterkte heeft weinig capaciteit om dit op te vangen zonder verlies van ductiliteit. De gepubliceerde richtlijnen voor onderdelen met een hoge sterkte zijn dat voor het galvaniseren controle van het proces en een bakbehandeling daarna nodig is. Deze vereiste hoort op de inkooporder te staan ​​en niet in de handleiding van de galvaniseerwerkplaats.

De tweede is het zuur dat wordt gebruikt voor het reinigen en beitsen. Een beitszuur genereert waterstof op het metaaloppervlak op dezelfde manier als galvaniseren, en een veer die is gebeitst en niet gebakken, brengt hetzelfde risico met zich mee als een veer die is geplateerd en niet gebakken. Het risico neemt af met de sterkte, dus een veergeharde draad aan de bovenkant van zijn sterktebereik is meer blootgesteld dan dezelfde legering in een zachtere toestand.

De derde is mechanisch en niet chemisch. Een spoel die na het vormen is gecorrigeerd door koudvervormen draagt ​​restspanningen die niet in het ontwerp aanwezig waren, en die spanning draagt ​​bij aan de bedrijfsspanning aan de binnenkant van de spoel, waar het totaal al het hoogst is. De correctie is onzichtbaar op het maatrapport en verschijnt later als een scheur in de binnendiameter van de spoel.

De kwaliteit wordt gedekt door de draaddocumenten AMS 5698 en AMS 5699, door de staaf- en smeeddocumenten AMS 5667, 5668, 5670, 5671 en 5747, en door de plaat- en buisdocumenten AMS 5542, 5598 en 5582. De samenstelling is minimaal 70,00% nikkel plus kobalt, 14,0 tot 17,0% chroom, 5,0 tot 9,0% ijzer, 2,25 tot 2,75% titanium en 0,40 tot 1,00% aluminium, met 0,70 tot 1,20% niobium plus tantaal.

De omgeving moet worden beschreven in de termen die de mechanismen gebruiken, en zes items doen dat.

DLX levert Inconel X-750 in Changzhou, Jiangsu, in draad vanaf 0,025 mm, rond staaf tot 50 mm, strip van 0,50 mm tot 2,5 mm dik, en buis en plaat in de standaard walsmaten. Materiaal wordt geleverd volgens de AMS-specificatie vermeld op de bestelling, met op verzoek een EN 10204 3.1-certificaat en het hittenummer herleidbaar naar de testresultaten.

De vraag die een offerte bepaalt, is de omgeving en niet de naam van het cijfer. Een veer voor een cryogene klep, een veer voor een afdichting van 600 °C en een veer voor een chloridelagerpomp zijn drie verschillende ordes voor dezelfde legering, en de warmtebehandeling en de oppervlakteconditie verschillen onderling.

Ja, en de producent zegt het rechtstreeks: de legering heeft een hoge weerstand tegen spanningscorrosie door chloride-ionen, zelfs in volledig door precipitatie geharde toestand. Dat is ongebruikelijk voor een legering met hoge sterkte en het is een van de redenen waarom deze kwaliteit voorkomt in chloridehoudende toepassingen. De verklaring is van toepassing op chloridehoudend water van gematigde temperatuur en mag niet worden overgebracht naar zeer zuiver water van reactortemperatuur, waar een ander mechanisme werkt.

Omdat het mechanisme intergranulair is en de korrelgrenzen volgt en niet het chloride. In zeer zuiver water van 93 tot 288 ° C onder kokendwaterreactoromstandigheden heeft X-750 een gemeten gevoeligheid voor intergranulaire spanningscorrosie, en de gepubliceerde resultaten zijn sterk afhankelijk van de warmtebehandelingsomstandigheden van het monster. De agressieve soort aan de scheurtip is geen chloride, en de grenschemie die de warmtebehandeling produceerde, maakt het verschil.

De drievoudige behandeling: de oplossing gloeien bij 1.149 °C, stabiliseren bij 843 °C gedurende 24 uur en precipiteren bij 704 °C gedurende 20 uur. De producent beveelt het aan voor gebruik boven 593 °C, waar belastingen worden gehandhaafd, en beschrijft dat het maximale kruip-, ontspannings- en breuksterkte in die band geeft. Het laat ook de korrelgrenzen in de toestand die de reactorliteratuur associeert met een betere scheurweerstand, dus één keuze voldoet aan beide eisen.

Ja. De producent vermeldt uitstekende eigenschappen tot aan cryogene temperaturen, en de legering komt voor in cryogene tanks en rakethardware. Het probleem met de veer aan de koude kant is de voorspanning en niet de taaiheid, omdat de modulus stijgt naarmate de temperatuur daalt en de veer samentrekt ten opzichte van de behuizing. Een veer ontworpen op 20 °C levert dus een hogere belasting als het koud is.

Alleen met procescontrole en een bakproces na het plateren. Bij galvaniseren ontstaat waterstof aan de kathode, en een nikkellegering met hoge sterkte heeft een beperkt vermogen om dit te absorberen zonder verlies van ductiliteit. De gepubliceerde richtlijnen voor onderdelen met hoge sterkte zijn dat plateren en het daaropvolgende bakken deel uitmaken van de specificatie. Het beitsen brengt hetzelfde risico met zich mee, omdat het op dezelfde manier waterstof aan het oppervlak genereert.

De producent geeft voor veren en bevestigingsmiddelen temperaturen onder nul tot 649 °C op. De legering wordt gebruikt voor sterkte tot 704 °C en is bestand tegen oxidatie tot 982 °C, en warmtebehandeld materiaal heeft een bruikbare sterkte tot 982 °C, maar deze drie cijfers beschrijven een belastinggeval op korte termijn en een oppervlakte-eigenschap. Een veer houdt een belasting lange tijd vast, dus het onderste getal is van toepassing.

Extreme Environment is een set van vier bands en geen overtreffende trap. Het koude uiteinde wordt beperkt door veranderingen in de voorspanning naarmate de modulus stijgt en de geometrie samentrekt. Het hete uiteinde wordt beperkt door het neerslag, met een sterkteplafond van 704 ° C, oxidatieweerstand tot 982 ° C en een veerbereik van 649 ° C. Chloridehoudend water is een sterkte van deze legering. Zeer zuiver water van 288 °C is het enige gebied waar in de literatuur melding wordt gemaakt van een scheurmechanisme, en de warmtebehandeling bepaalt de uitkomst.

De enige beslissing die twee banden verbetert, is de drievoudige behandeling. Het geeft een maximale kruip- en relaxatiesterkte boven 593 °C, en laat de korrelgrenzen achter in een toestand die gepaard gaat met een betere scheurweerstand in reactorwater. Een koper die de kortere leeftijd specificeert voor de hogere treksterkte bij kamertemperatuur heeft voor de sterkte gekozen en beide opgegeven.

Technisch bulletin Special Metals voor INCONEL-legering X-750, publicatie SMC-067. Bron voor het UNS-nummer N07750 en het Werkstoff-nummer 2.4669, de samenstellingslimieten van minimaal 70,00% nikkel plus kobalt en 14,0 tot 17,0% chroom, de verklaring dat de legering uitstekende eigenschappen heeft tot aan cryogene temperaturen, de verklaring dat veel van het effect van precipitatieharding verloren gaat boven 704 °C, terwijl warmtebehandeld materiaal een bruikbare sterkte heeft tot 982 °C, de verklaring van oxidatieweerstand tegen 982 °C, het bereik van onder nul tot 649 °C voor veren en bevestigingsmiddelen, de verklaring dat de legering een hoge weerstand heeft tegen spanningscorrosie door chloride-ionen, zelfs in volledig door neerslag geharde toestand, de gemiddelde lineaire uitzettingswaarden van 6,5 bij -250 °F tot 8,1 bij 1000 °F, de moduluswaarden van 31,0, 25,0 en 23,0 x 10³ksi bij 70, 1.000 en 1.200 °F, de drievoudige behandeling bij 1.149 °C, 843 °C gedurende 24 uur en 704 °C gedurende 20 uur, en de verklaring dat deze route maximale kruip-, relaxatie- en breuksterkte geeft boven 593 °C.

Gepubliceerd onderzoek naar spanningscorrosiescheuren op legering X-750 in lichtwaterreactoromgevingen, waarbij de hittebehandelingsomstandigheden bij hoge temperatuur in water met hoge zuiverheid bij 93 ° C en 288 ° C onder kokendwaterreactoromstandigheden worden geëvalueerd en de gevoeligheid per warmtebehandelingsconditie wordt gerapporteerd.

Gepubliceerd door bestraling ondersteund onderzoek naar spanningscorrosie op legering X-750, waarbij het effect van bestraling op de scheurgevoeligheid en breuktaaiheid wordt onderzocht.

Het Electric Power Research Institute werkt aan het verbeteren van de weerstand tegen spanningscorrosie van legering X-750 en rapporteert dat warmtebehandeling een diepgaand effect heeft op de gevoeligheid voor scheuren.

AMS 5698 en AMS 5699, materiaalspecificaties voor de ruimtevaart voor X-750-draad van nikkellegering in nr. 1 en veertemperaturen.

AMS 5667, 5668, 5670, 5671 en 5747, materiaalspecificaties voor de ruimtevaart voor nikkellegering X-750 bar, smeedstukken en ringen.

AMS 5542, 5598 en 5582, materiaalspecificaties voor de ruimtevaart voor X-750-platen, platen en naadloze buizen van nikkellegering.

EN 10204, inspectiedocumenten, voor de definitie van het 3.1-certificaat als een document met feitelijke testresultaten en goedgekeurd door de onafhankelijke inspectievertegenwoordiger van de fabrikant.

De bovenstaande samenstellingslimieten en eigenschapswaarden zijn specificatiewaarden en typische resultaten voor de legering en de genoemde omstandigheden, en zijn geen acceptatielimieten voor een geleverd lot. De twee waterige verklaringen beschrijven verschillende omgevingen en zijn niet uitwisselbaar, en een specificatie die voor de ene is geschreven, kwalificeert de legering niet voor de andere. De gevoeligheid voor barsten hangt af van spanning, temperatuur, waterchemie, oppervlakteconditie en warmtebehandeling, dus een gepubliceerd resultaat voor de ene aandoening voorspelt de andere niet. De modulus- en uitzettingswaarden zijn gemiddelde waarden over het aangegeven interval, en een ontwerp dat afhankelijk is van een smalle temperatuurband moet gegevens voor die band gebruiken. Productspecificaties zijn herzien en de editie vermeld op de inkooporder is bepalend. Niets op deze pagina is een vervanging voor een technische release of voor de kwalificatietests die zijn overeengekomen tussen koper en leverancier.