1. GH4738 एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला निकल आधारित सुपरअलॉय है। इसकी रासायनिक संरचना को सूचीबद्ध करने के अलावा, इसके मौलिक डिजाइन के पीछे धातुकर्म दर्शन क्या है, और यह इसे उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए कैसे उपयुक्त बनाता है?
GH4738 (UNS N07718) की संरचना मनमानी नहीं है; यह एक उत्कृष्ट रूप से इंजीनियर की गई प्रणाली है जिसे ताकत, माइक्रोस्ट्रक्चरल स्थिरता और विनिर्माण क्षमता के विशिष्ट संतुलन के लिए डिज़ाइन किया गया है। दर्शन तीन स्तंभों पर आधारित है: गामा () मैट्रिक्स सुदृढ़ीकरण, गामा प्राइम (') वर्षा सख्त होना, और अनाज सीमा नियंत्रण।
गामा ( ) मैट्रिक्स: आधार एक निकल क्रोमियम मैट्रिक्स है। निकेल उच्च तापमान अखंडता और लचीलापन के लिए आवश्यक स्थिर, फलक केन्द्रित घन (एफसीसी) संरचना प्रदान करता है। क्रोमियम (~19%) मुख्य रूप से ऑक्सीकरण और गर्म संक्षारण प्रतिरोध के लिए है, जो एक सुरक्षात्मक Cr₂O₃ स्केल बनाता है।
गामा प्राइम (') वर्षा हार्डनिंग: यह GH4738 की ताकत का मूल है। एक विशिष्ट संयुक्त प्रतिशत में एल्युमीनियम (Al) और टाइटेनियम (Ti) का योग, सुसंगत, क्रमित Ni₃(Al, Ti) अवक्षेप के निर्माण की अनुमति देता है। ये नैनोस्केल 'कण प्राथमिक सुदृढ़ीकरण तंत्र हैं। वे क्रिस्टल जाली के भीतर अव्यवस्था की गति को प्रभावी ढंग से रोकते हैं। महत्वपूर्ण रूप से, 'के आयतन अंश और स्थिरता को बहुत उच्च तापमान (~760 डिग्री या 1400 डिग्री फ़ारेनहाइट तक) तक बनाए रखा जाता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि ताकत तेजी से कम नहीं होती है।
अनाज सीमा नियंत्रण और द्वितीयक सख्तीकरण: नाइओबियम (एनबी) दोहरी भूमिका निभाता है। यह चरण में आंशिक रूप से टाइटेनियम का स्थान लेता है (Ni₃(Al, Ti, Nb) बनाता है), इसकी स्थिरता को बढ़ाता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि एक विशिष्ट ताप उपचार चक्र के दौरान, यह मेटास्टेबल '' (Ni₃Nb) चरण और स्थिर δ (Ni₃Nb) चरण के निर्माण को बढ़ावा देता है। जबकि अत्यधिक δ चरण हानिकारक हो सकता है, अनाज की सीमाओं पर इसकी नियंत्रित वर्षा उन्हें जकड़ सकती है, जिससे अनाज की वृद्धि बाधित हो सकती है और तनाव के टूटने के गुणों में सुधार हो सकता है। मोलिब्डेनम मैट्रिक्स को ठोस समाधान मजबूती प्रदान करता है, उच्च तापमान शक्ति को और बढ़ाता है।
संक्षेप में, GH4738 एक "समाधान मजबूत और वर्षा कठोर" मिश्र धातु है। इसका डिज़ाइन चतुराई से उच्च तन्यता ताकत, रेंगना प्रतिरोध और मांग वाले वातावरण में थकान जीवन का एक मजबूत संयोजन प्रदान करने के लिए कई, सहक्रियात्मक सुदृढ़ीकरण तंत्र का उपयोग करता है, जिससे यह गैस टरबाइन इंजन घटकों के लिए आधारशिला सामग्री बन जाता है।
2. GH4738 का प्रदर्शन इसके ताप उपचार पर अत्यधिक निर्भर है। क्या आप मानक "एजिंग" या "वर्षा कठोरीकरण" प्रक्रिया की व्याख्या कर सकते हैं और यह वांछित यांत्रिक गुणों को प्राप्त करने के लिए माइक्रोस्ट्रक्चर को कैसे सटीक रूप से नियंत्रित करता है?
बिल्कुल। हीट ट्रीटमेंट अंतिम, महत्वपूर्ण कदम है जो GH4738 की संरचना में इंजीनियर की गई क्षमता को "अनलॉक" करता है। इस प्रक्रिया को इष्टतम आकार, वितरण और आयतन अंश में सुदृढ़ीकरण चरणों को तैयार करने के लिए सावधानीपूर्वक डिज़ाइन किया गया है। समाधान उपचार के बाद का मानक क्रम दो -चरणीय उम्र बढ़ने की प्रक्रिया है।
समाधान उपचार: मिश्रधातु को पहले उच्च तापमान (आमतौर पर 980 डिग्री / 1800 डिग्री फारेनहाइट) तक गर्म किया जाता है और सभी 'और अन्य माध्यमिक चरणों को वापस ठोस समाधान में घोलने के लिए रखा जाता है। इसके बाद इसे तेजी से कमरे के तापमान तक ठंडा (बुझाना) किया जाता है, जिससे यह अतिसंतृप्त अवस्था "ठंड" हो जाती है। यह संरचना को पुनः क्रिस्टलीकृत करता है, जिससे अनाज का आकार निर्धारित होता है।
उम्र बढ़ने के दो-चरण:
चरण 1: 8 घंटे के लिए 720 डिग्री (1325 डिग्री फ़ारेनहाइट), भट्ठी को 55 डिग्री/घंटा (100 डिग्री फ़ारेनहाइट) से 620 डिग्री (1150 डिग्री फ़ारेनहाइट) पर ठंडा करें। यह पहला, उच्च तापमान कदम प्राथमिक '(Ni₃(Al,Ti)) अवक्षेप के एक समान और बारीक वितरण को न्यूक्लियेट करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस महत्वपूर्ण तापमान सीमा के माध्यम से धीमी गति से ठंडा होने वाली भट्ठी इन मजबूत कणों के उच्च मात्रा अंश को बनाने की अनुमति देती है।
चरण 2: 620 डिग्री (1150 डिग्री फारेनहाइट) 8 घंटे के लिए, ठंडी हवा। दूसरा, निचला{5}}तापमान चरण कई उद्देश्यों को पूरा करता है। यह 'चरण को और स्थिर करता है। इसके अलावा, यह '' (Ni₃Nb) चरण की वर्षा के लिए महत्वपूर्ण खिड़की है, जो अतिरिक्त ताकत का योगदान देता है। यह मुख्य रूप से अनाज की सीमाओं पर δ (Ni₃Nb) चरण के नियंत्रित गठन की भी अनुमति देता है, जो उन्हें पिन करने और तनाव {{9}टूटने की लचीलापन में सुधार करने में मदद करता है।
इस निर्धारित चक्र से विचलन से अवांछनीय परिणाम हो सकते हैं। कम उम्र में उम्र बढ़ने के कारण अपर्याप्त वर्षा होती है, जिससे ताकत कम हो जाती है। अधिक उम्र बढ़ने या इष्टतम सीमा से बाहर के तापमान के संपर्क में आने से 'कठोरता (ताकत कम करना) या अत्यधिक प्लेटलेट δ चरण का निर्माण हो सकता है, जो मिश्र धातु को भंगुर कर सकता है। इसलिए, ताप उपचार केवल एक थर्मल चक्र नहीं है बल्कि एक सटीक धातुकर्म नुस्खा है।
3. GH4738 की तुलना अक्सर अधिक सर्वव्यापी इनकोनेल 718 से की जाती है। एक व्यावहारिक इंजीनियरिंग संदर्भ में, प्रमुख प्रदर्शन विभेदक क्या हैं जो एक डिजाइनर को एक विशिष्ट एप्लिकेशन के लिए 718 के बजाय GH4738 चुनने के लिए प्रेरित करेंगे?
एयरोस्पेस और बिजली उत्पादन के लिए सामग्री चयन में यह एक बुनियादी सवाल है। हालाँकि दोनों निकेल आधारित सुपरअलॉय हैं, उनके सुदृढ़ीकरण तंत्र और परिणामी प्रदर्शन प्रोफाइल में काफी भिन्नता है, जिससे अलग-अलग अनुप्रयोग स्थान बनते हैं।
| विशेषता | GH4738 (वास्पलोय) | इनकोनल 718 |
|---|---|---|
| प्राथमिक सुदृढ़ीकरण | गामा प्राइम (') Ni₃(Al,Ti) | गामा डबल-प्राइम ( '') Ni₃Nb |
| अधिकतम सेवा तापमान | ~760 डिग्री (~1400 डिग्री फारेनहाइट) | ~650 डिग्री (~1200 डिग्री फारेनहाइट) |
| शक्ति प्रोफ़ाइल | 650 डिग्री से ऊपर उच्च शक्ति और रेंगना प्रतिरोध | 650 डिग्री तक उत्कृष्ट ताकत |
| सूक्ष्म संरचनात्मक स्थिरता | अच्छा है, लेकिन 'दीर्घकालिक एक्सपोज़र से यह मोटा हो सकता है | γ'' phase is metastable; transforms to δ phase after long-term exposure >650 डिग्री, जिससे शक्ति हानि होती है |
| वेल्डेबिलिटी और फैब्रिकेबिलिटी | तनाव के कारण वेल्ड करना अधिक चुनौतीपूर्ण है | उत्कृष्ट वेल्डेबिलिटी और फैब्रिकेबिलिटी |
चयन का औचित्य:
INCONEL 718 चुनें जब: अनुप्रयोग तापमान 650 डिग्री से नीचे रहता है, और घटक को व्यापक वेल्डिंग, गठन की आवश्यकता होती है, या आकार में जटिल होता है। इसकी बेहतर निर्माण क्षमता और लागत{{3}प्रभावशीलता इसे इंजन माउंट, केसिंग और शीट{4}धातु भागों जैसे घटकों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए डिफ़ॉल्ट विकल्प बनाती है।
GH4738 तब चुनें जब: परिचालन तापमान लगातार 650 डिग्री से अधिक हो और 760 डिग्री के करीब पहुंच जाए। यह जेट इंजनों और औद्योगिक गैस टर्बाइनों के "हॉट सेक्शन" में उच्च दबाव टरबाइन (एचपीटी) डिस्क, कंप्रेसर डिस्क और घूर्णन सील के लिए विशिष्ट है। इन तापमानों पर, GH4738 की 'मजबूत संरचना बेहतर रेंगने और तनाव उत्पन्न करने के गुण प्रदान करती है, और इसकी सूक्ष्म संरचना 718 की तुलना में अधिक स्थिर होती है, जो तेजी से खत्म होने लगती है।
संक्षेप में, विकल्प GH4738 की उच्च तापमान क्षमता के लिए 718 की बेहतर निर्माण क्षमता का त्याग करता है।
4. मशीनिंग GH4738 महत्वपूर्ण चुनौतियाँ प्रस्तुत करता है। प्राथमिक सामग्री विशेषताएँ क्या हैं जो मशीन बनाना कठिन बनाती हैं, और सफल और किफायती मशीनिंग संचालन प्राप्त करने के लिए सर्वोत्तम अभ्यास क्या हैं?
GH4738 को इसके अंतर्निहित गुणों के संयोजन के कारण "कठिन-से-मशीन" सामग्री के रूप में वर्गीकृत किया गया है, जो वही गुण हैं जो इसे सेवा में उत्कृष्ट बनाते हैं।
चुनौतियाँ:
उच्च शक्ति और वर्क हार्डनिंग: मिश्रधातु काटने वाले क्षेत्र में आने वाले ऊंचे तापमान पर उच्च उपज शक्ति बनाए रखता है। इसमें मशीनिंग के दौरान तेजी से काम करने की स्पष्ट प्रवृत्ति होती है, जिससे उच्च काटने वाले बल, उपकरण विक्षेपण और त्वरित उपकरण घिसाव होता है।
अपघर्षक सूक्ष्म संरचना: कठोर, अवक्षेपित कण सूक्ष्म अपघर्षक के रूप में कार्य करते हैं, जिससे काटने वाले उपकरणों पर खरोंच और पार्श्व घिसाव होता है।
कम तापीय चालकता: निकेल मिश्र धातुओं में खराब तापीय चालकता होती है, जिसका अर्थ है कि काटने के दौरान उत्पन्न गर्मी चिप्स या वर्कपीस द्वारा कुशलतापूर्वक नहीं ली जाती है। यह ऊष्मा उपकरण वर्कपीस इंटरफ़ेस पर केंद्रित होती है, जिससे उपकरण सामग्री में थर्मल नरमी और प्रसार घिसाव होता है।
सर्वोत्तम प्रथाएं:
उपकरण सामग्री चयन: उच्च गर्म कठोरता वाले प्रीमियम - ग्रेड कार्बाइड उपकरण का उपयोग करें। सिरेमिक (उदाहरण के लिए, सिलिकॉन नाइट्राइड) या सीबीएन (क्यूबिक बोरॉन नाइट्राइड) उपकरण अक्सर कठोर परिस्थितियों में परिष्करण कार्यों के लिए उपयोग किए जाते हैं। AlTiN (एल्यूमीनियम टाइटेनियम नाइट्राइड) जैसी कोटिंग्स थर्मल बाधाएं प्रदान करने और क्रेटर घिसाव को कम करने के लिए आवश्यक हैं।
मशीनिंग पैरामीटर:
गति: गर्मी उत्पादन को प्रबंधित करने के लिए मध्यम से कम काटने की गति का उपयोग करें।
फ़ीड: एक सुसंगत और पर्याप्त रूप से उच्च फ़ीड दर बनाए रखें। अत्यधिक हल्की फ़ीड के कारण उपकरण कटने के बजाय रगड़ने लगता है, जिससे कार्य सख्त हो जाता है।
कट की गहराई: पिछले पास से काम की गई कठोर परत से अधिक कट की गहराई का उपयोग करें।
उपकरण ज्यामिति और कठोरता: काटने की ताकतों को कम करने के लिए मजबूत ज्यामिति वाले तेज, सकारात्मक रेक कोण उपकरण का उपयोग करें। कंपन और बकबक को कम करने के लिए संपूर्ण सेटअप {{2}टूल होल्डर, मशीन और फिक्सचर {{3}अत्यंत कठोर होना चाहिए।
शीतलक अनुप्रयोग: उच्च{{0}दबाव, उच्च-मात्रा वाला बाढ़ शीतलक आवश्यक है। इसकी प्राथमिक भूमिका न केवल ठंडा करना है, बल्कि चिप्स को धोना और उन्हें वर्कपीस को दोबारा काटने से रोकना भी है, जो सतह को और सख्त कर देगा और उपकरण को नुकसान पहुंचाएगा।
लागत को नियंत्रित करने, आयामी सटीकता बनाए रखने और सतह की अखंडता के साथ घटकों का उत्पादन करने के लिए इन प्रथाओं का पालन करना महत्वपूर्ण है जो मिश्र धातु के उत्कृष्ट थकान प्रदर्शन से समझौता नहीं करता है।
5. इसकी संपत्ति प्रोफ़ाइल को देखते हुए, जिसमें महत्वपूर्ण एयरोस्पेस घटक GH4738 सबसे अधिक निर्दिष्ट हैं, और विशिष्ट विफलता मोड क्या हैं जिनके खिलाफ इंजीनियरों को सेवा के दौरान डिजाइन और जांच करनी चाहिए?
GH4738 गैस टरबाइन इंजन के "हॉट सेक्शन" में एक वर्कहॉर्स सामग्री है, जहां तापमान और तनाव सबसे गंभीर होते हैं। इसका अनुप्रयोग लगभग विशेष रूप से घूमने वाले घटकों में होता है जहां इसकी उच्च तापमान शक्ति और थकान प्रतिरोध सर्वोपरि हैं।
प्राथमिक अनुप्रयोग:
टर्बाइन डिस्क (पहिए): यह सबसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोग है। डिस्क उच्च घूर्णी गति से संचालित होती है, अत्यधिक केन्द्रापसारक तनाव और 500 डिग्री से 750 डिग्री तक के तापमान का अनुभव करती है। GH4738 की उच्च तन्यता उपज शक्ति, रेंगना प्रतिरोध और निम्न चक्र थकान (LCF) जीवन का संयोजन यहां आवश्यक है।
कंप्रेसर डिस्क/स्पूल: विशेष रूप से उच्च दबाव वाले कंप्रेसर के बाद के चरणों में, जहां डिस्चार्ज तापमान इतना अधिक हो सकता है कि स्टील पर सुपरअलॉय की आवश्यकता हो सकती है।
शाफ्ट, स्पेसर और रोटर सील: अन्य घूमने वाले घटक जिन्हें समान यांत्रिक गुणों और माइक्रोस्ट्रक्चरल स्थिरता की आवश्यकता होती है।
विफलता विश्लेषण संबंधी विचार:
इंजीनियर कई संभावित विफलता मोड के लिए डिज़ाइन और निरीक्षण करते हैं:
कम -चक्र थकान (एलसीएफ): यह टरबाइन डिस्क के लिए प्रमुख विफलता तंत्र है। किसी इंजन का चालू होना और बंद होना एक प्रमुख तनाव चक्र होता है। दरारें तनाव सांद्रता (उदाहरण के लिए, ब्लेड अटैचमेंट स्लॉट, बोल्ट छेद) पर शुरू हो सकती हैं और इन चक्रीय भार के तहत फैल सकती हैं। सामग्री की सफाई (गैर-धात्विक समावेशन से मुक्ति) और नियंत्रित अनाज का आकार एलसीएफ प्रदर्शन के लिए महत्वपूर्ण हैं।
रेंगना और तनाव-टूटना: लंबे समय तक उच्च तनाव और तापमान की संयुक्त कार्रवाई के तहत, सामग्री धीरे-धीरे और प्लास्टिक रूप से विकृत (रेंगना) हो सकती है। चरम मामलों में, इससे तनाव टूटना विफलता की ओर ले जाता है। क्रीप के विफल भाग के सूक्ष्म संरचनात्मक विश्लेषण से अनाज की सीमाओं पर शून्य गठन का पता चल सकता है।
Over-temperature Exposure: If a component is exposed to temperatures beyond its design limit (e.g., >800 डिग्री), मजबूत करने वाले अवक्षेप तेजी से मोटे हो सकते हैं या वापस मैट्रिक्स में घुल सकते हैं (उम्र बढ़ने से अधिक), जिससे ताकत का विनाशकारी नुकसान हो सकता है। मेटलोग्राफी इस सूक्ष्म संरचनात्मक गिरावट को प्रकट कर सकती है।
तनाव संक्षारण क्रैकिंग (एससीसी): हालांकि इसमें सामान्य संक्षारण प्रतिरोध अच्छा है, तन्य तनाव (अवशिष्ट या लागू) और एक विशिष्ट संक्षारक वातावरण (उदाहरण के लिए, क्लोराइड) के संयोजन के तहत, एससीसी हो सकता है।
इसलिए, नवजात दरारों का पता लगाने के लिए गैर-विनाशक परीक्षण (एनडीटी) जैसे फ्लोरोसेंट पेनेट्रेंट निरीक्षण (एफपीआई) और अल्ट्रासोनिक परीक्षण (यूटी) का सख्ती से उपयोग किया जाता है। पोस्ट -सेवा धातुकर्म विश्लेषण भविष्य के डिजाइन और रखरखाव कार्यक्रम में सुधार करने के लिए किसी भी विफलता की शुरुआत स्थल और तंत्र की पहचान करने पर केंद्रित है।
