تحليل مفصل للمواد وخصائص Incoloy سبائك Rod

طلب القضيب هو ثلاثة قرارات، ومعظم صفحات الكتالوج تجيب فقط على القرار الأول. الدرجة هي قرار واحد. حالة التوريد هي الثانية. المواصفات التي سيتم كتابة الشهادة عليها هي الثالثة. المشتري الذي يسوي الدرجة ويترك الاثنين الآخرين للمطحنة لم يشترِ مادة، وسيثبت الفاتورة ذلك.

أوضح دليل هو سبيكة 800 في شكل قضيب. نفس الكيمياء، تم اختبارها في درجة حرارة الغرفة، تعطي قوة خضوع 250 ميجا باسكال عند تلدينها عند 980 درجة مئوية، و 445 ميجا باسكال عند الدرفلة على الساخن، و 690 ميجا باسكال عند السحب على البارد. قوة الشد تتحرك من 590 إلى 665 إلى 771 ميجا باسكال عبر نفس الظروف الثلاثة، وتتحرك الصلابة من 138 إلى 198 HB بين أول حالتين. لم يتغير شيء في التركيب. المعالجة هي التي تغيرت.

هذا الانتشار هو سبب وجوب أن تبدأ صفحة بعنوان المواد وخصائص قضيب سبيكة Incoloy بتحذير حول موضوعها الخاص. لا توجد مجموعة واحدة من الخصائص لدرجة قضيب. توجد مجموعة من الخصائص لدرجة في حالة مسماة ودرجة حرارة اختبار مسماة، وأي شيء آخر هو متوسط ​​للأشياء التي لا ينبغي حساب متوسطها.

تغطي هذه الصفحة العائلات الثلاث من Incoloy التي يتم توريدها كقضبان، والحالات التي يتم شراؤها بها، ودرجة الحرارة التي تتوقف عندها كل منها عن كونها الإجابة الصحيحة، والأربعة عناصر التي يجب أن تظهر في أمر شراء قبل أن تعني الشهادة شيئًا.

Incoloy هي علامة تجارية لمجموعة Special Metals تغطي عائلة من سبائك النيكل والحديد والكروم. إنها ليست درجة. ثلاثة أعضاء من تلك العائلة يتم توريدهم عادة في شكل قضبان وقضبان، ويتم استخدامهم لثلاث وظائف مختلفة.

سلسلة 800 هي سبيكة نيكل-حديد-كروم أوستنيتية بحوالي 32٪ نيكل و 21٪ كروم، وهي العضو المقاوم للحرارة في المجموعة. سبيكة 825 ترفع النيكل إلى نطاق 38 إلى 46٪ وتضيف الموليبدينوم والنحاس، مما يحولها إلى سبيكة مقاومة للتآكل المائي لحمض الكبريتيك وحمض الفوسفوريك ومياه البحر. سبيكة 925 تحتفظ بقاعدة 825 وترفع التيتانيوم والألمنيوم، مما يجعلها قابلة للتصلب بالترسيب وتأخذ قوة الخضوع من 271 ميجا باسكال إلى 832 ميجا باسكال بعد معالجة حرارية على مرحلتين.

شيئان يتبعان من هذا الجدول قبل مناقشة أي خاصية. الأول هو أن الاستفسار عن قضيب Incoloy قد سمى عائلة ولا شيء آخر، لذا يجب أن يكون الرد الأول سؤالًا حول أي درجة. الثاني هو أن خط 800 يحتوي على ثلاثة أرقام UNS بكيمياء متقاربة تقريبًا، والفرق بينها هو نطاق كربون، وإجمالي الألمنيوم والتيتانيوم، وحجم الحبيبات. هذه ليست اختلافات تجميلية، وهي غير مرئية في شهادة تبلغ عن الكيمياء فقط.

يضع الجدول أدناه ستة منتجات من القضبان والقضبان جنبًا إلى جنب في درجة حرارة الغرفة. خمسة من الستة هي نفس العائلات الثلاث الموصوفة بالفعل. السادس هو نفس كيمياء 800 في حالة ثالثة، وهي نقطة التمرين.

يتراوح نطاق قوة الخضوع في هذا الجدول من 250 إلى 832 ميجا باسكال، وهو عامل 3.3، وجزء فقط من هذا النطاق يأتي من تغيير السبيكة. عمود 800 وحده يغطي 250 إلى 690 ميجا باسكال مع ثبات الكيمياء. المشتري الذي يقارن قوة خضوع 800 بقوة خضوع 925 من ورقتي بيانات يقارن قضيبًا ملدنًا بقضيب مُعتق، وسيستنتج أن 925 سبيكة أقوى عندما يكون معظم الفرق هو جدول فرن.

القراءة العملية واضحة. حيث تحتاج التصميمات إلى 700 ميجا باسكال من 800، فإن الإجابة هي قضيب مسحوب على البارد، ويجلب نفس الشراء استطالة بنسبة 17٪ وصلابة غير منشورة لتلك الحالة. حيث تحتاج التصميمات إلى مرونة لجزء مشكل أو ملحوم، فإن الإجابة هي قضيب ملدن عند 250 ميجا باسكال مع 138 HB، ويجب أن يقبل الرسم انخفاض القوة الأقل. الاثنان هما نفس الدرجة وليسا قابلين للتبديل.

نفس المنطق يفسر خط 825. يجلس القضيب الملدن عند 324 ميجا باسكال خضوع، وهو منخفض بالنسبة لسبيكة مقاومة للتآكل، ويشير النشرة إلى أن السبيكة يمكن تقويتها بشكل كبير عن طريق العمل على البارد. يصل أنبوب مسحوب على البارد من نفس الدرجة إلى 889 ميجا باسكال خضوع مع استطالة 15٪. يجب أن يطلب طلب قضيب يحتاج إلى أكثر من قوة التلدين حالة سحب على البارد ويقبل نفس فقدان المرونة الذي تظهره بيانات الأنبوب.

تم إصدار سبيكة 800 في الخمسينيات من القرن الماضي كسبيكة مقاومة للحرارة بمحتوى نيكل منخفض نسبيًا، وكان سبب التفصيل الأخير هو تعيين استراتيجي للنيكل في ذلك الوقت. تمت الموافقة عليها للأوعية المضغوطة في عام 1963، وقدمت الموافقة التمييز الذي لا يزال يحكم السلسلة: الدرجة 1 ملدن عند حوالي 980 درجة مئوية، والدرجة 2 ملدن عند حوالي 1150 درجة مئوية. الدرجة الثانية هي ما أصبح 800H.

سبب الدرجة الثانية هو الزحف. سبيكة 800 مخصصة للخدمة حتى حوالي 816 درجة مئوية، وعند هذه الدرجات الحرارة يعتمد التصميم عادةً على خصائص الشد. فوق هذه الدرجة الحرارة، يحكم التصميم الانهيار والزحف، وكلاهما يستجيب لحجم الحبيبات ومحتوى الكربون. هيكل الحبيبات الخشنة يحمل انزلاق حدود الحبيبات بشكل أفضل من الهيكل الناعم، ومستوى الكربون الأعلى يدعم شبكة الكربيد التي تثبت الحدود. تمت كتابة سبيكة 800H لتتطلب كليهما، وتتطلب مواصفاتها نطاق كربون من 0.05 إلى 0.10٪ مع متوسط ​​حجم حبيبات ASTM 5 أو أخشى.

سبيكة 800HT هي تقييد إضافي داخل نفس الغلاف، تم تقديمه للاحتفاظ بالألمنيوم والتيتانيوم في الجزء العلوي من النطاق، حيث تكون خصائص الزحف والانهيار أعلى. كيمياءها ضمن حدود 800H، إجمالي الألمنيوم والتيتانيوم لديها هو 0.85 إلى 1.20٪ مقابل 0.30 إلى 1.20٪ لـ 800H، ومعالجتها الحرارية هي 2100 درجة فهرنهايت (1149 درجة مئوية) كحد أدنى.

العمود الأخير هو الذي يسبب مشاكل تجارية. سبيكة 800HT تلبي متطلبات كل من N08811 و N08810 ويمكن الشهادة عليها لأي منهما أو لكليهما. العكس ليس صحيحًا. لا يمكن الشهادة على المواد المنتجة لـ N08810 كـ N08811 إلا إذا استوفت متطلبات الألمنيوم والتيتانيوم والمعالجة الحرارية الإضافية، والمورد الذي يقدم 800H كبديل لـ 800HT قد قدم تصميمًا مختلفًا للإجهاد.

حجم الحبيبات ينتمي إلى أمر الشراء لنفس السبب. إنه نتيجة للتلدين النهائي وكمية العمل على الساخن قبله، ولا يمكن استعادته من شهادة الكيمياء. المشتري الذي يطلب 800H بالتركيب وحده يمكن أن يتلقى قضيبًا ذا حبيبات دقيقة يلبي كل عنصر من عناصر الكيمياء ولا يقدم عمر الزحف الذي افترضه التصميم.

درجة 825 هي مسألة مختلفة. إنها سبيكة نيكل-حديد-كروم مع الموليبدينوم والنحاس والتيتانيوم، والإضافات موجهة نحو التآكل المائي. يغطي الكروم الوسائط المؤكسدة مثل حمض النيتريك والنترات. يغطي الموليبدينوم والنحاس الوسائط المختزلة مثل حمض الكبريتيك والفوسفوريك. يزيد الموليبدينوم أيضًا من مقاومة التآكل الثقبي والتجويفي. التيتانيوم، مع المعالجة الحرارية الصحيحة، يثبت السبيكة ضد التحسس للتآكل بين الحبيبات.

حد درجة الحرارة هو الجزء الذي تتركه صفحات الكتالوج. تشير نشرة السبيكة إلى أن التعرض فوق حوالي 1000 درجة فهرنهايت (540 درجة مئوية) يمكن أن يسبب تغيرات مجهرية وتكوين طور يقلل بشكل كبير من المرونة وقوة الصدم، ولذلك لا تستخدم السبيكة عادة في درجات الحرارة التي تكون فيها خصائص الزحف والانهيار عوامل تصميم. هذا ليس تخفيضًا لقيمة منتج معين. إنه بيان حول السبيكة.

بالنسبة لمشتري القضبان، فإن النتيجة هي أن 825 تنتمي إلى جانب التآكل في المصنع وليس إلى الجانب الساخن. أنبوب مبادل حراري، أو جسم صمام، أو عمود مضخة في خدمة حمض الكبريتيك هو تطبيقه. دعامة تعمل عند 700 درجة مئوية ليست كذلك، ولا يغير أي كمية من النيكل في التحليل ذلك.

المعالجة الحرارية مهمة هنا أيضًا. يتم معالجة منتجات المطحنة لتطوير مزيج من التثبيت، ومقاومة التآكل، والخصائص الميكانيكية، وقابلية التشكيل. يجب أن تكون التلدينات اللاحقة بين 1700 و 1800 درجة فهرنهايت (930 و 980 درجة مئوية) متبوعة بتبريد هواء سريع أو تبريد بالماء. قد تصبح المقاطع الثقيلة حساسة أثناء التبريد من درجة حرارة العمل على الساخن ويمكن بعد ذلك أن تخضع للتآكل بين الحبيبات في وسائط معينة، وفي هذه الحالة يعيد التلدين المثبت المقاومة. قضيب يتم إعادة تشكيله في ورشة تصنيع ويترك ليبرد في الهواء هو قضيب قد يكون فقد الخاصية التي تم شراؤه من أجلها.

سبيكة 925 هي قاعدة 825 مع رفع التيتانيوم من 0.6 إلى 1.2٪ إلى نطاق 1.9 إلى 2.4٪ ومع إضافة الألمنيوم بنسبة 0.1 إلى 0.5٪. هذان العنصران هما إضافة التقوية، وليس إضافة التآكل. المعالجة الحرارية ترسب الطور جاما برايم، Ni3(Al, Ti)، وهذا الراسب هو ما يأخذ قوة الخضوع من 271 ميجا باسكال في حالة التلدين بالحل إلى 832 ميجا باسكال بعد التقادم.

هذا التمييز يصحح وصفًا شائعًا. غالبًا ما يتم تقديم درجة 925 على أنها 825 مع سبائك إضافية لمقاومة التآكل والتآكل الثقبي. الموليبدينوم والنحاس هما إضافات التآكل وهما نفس الموجودين في 825. التيتانيوم والألمنيوم موجودان للقوة. مقاومة التآكل للدرجتين متقاربة، وهو ما تظهره بيانات الخدمة الحامضة في نشرة السبيكة: في اختبار أوتوكلاف حامض مع كبريت حر، تآكلت 925 بمعدل 1.1 و 1.2 ملم في محلولين و 825 بمعدل 1.1 و 1.6 ملم، مقابل 3.9 و 4.5 ملم للفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 316.

المعالجة الحرارية لها مرحلتان وكلاهما لهما تفاوتات مهمة لطلب القضيب. يتم إجراء التلدين بالحل عند 1800 إلى 1900 درجة فهرنهايت (980 إلى 1040 درجة مئوية) لمدة لا تقل عن 30 دقيقة ولا تزيد عن 4 ساعات، مع تبريد يعادل التبريد بالهواء أو أسرع للمقاطع التي يصل قطرها إلى 1 بوصة (25 مم) وما تحتها، وتبريد بالماء لجميع الأحجام التي تزيد عن 1 بوصة. يتبع التقادم عند 1350 إلى 1380 درجة فهرنهايت (732 إلى 749 درجة مئوية) لمدة 6 إلى 9 ساعات، ثم تبريد الفرن إلى 1150 درجة فهرنهايت (621 درجة مئوية)، ثم الاحتفاظ عند 621 درجة مئوية زائد أو ناقص 8 درجة مئوية لمدة إجمالية للتقادم تبلغ 18 ساعة.

عمود القطر هو الجزء الذي يفاجئ المشترين. حدود الخصائص مكتوبة حسب شكل المنتج والحجم، ويتم الالتزام بطريق العمل على الساخن بحد أدنى للخضوع أعلى من طريق العمل على البارد لأن قضيب الاختبار يأتي من جزء مختلف من العملية. أمر الشراء الذي يقتبس الحد الأدنى للخضوع بدون نطاق القطر قد اقتبس رقمًا قد لا ينطبق على القضيب الذي يتم قصه.

تسلسل التشغيل هو النتيجة العملية الثانية. يتم إجراء التشغيل الخشن قبل تصلب التقادم والتشطيب بعده، لأن السبيكة تُشغل جيدًا في حالة التلدين بالحل وفي الحالة المُعتقة وسيئة في المنتصف. تذهب النشرة أبعد من ذلك بشأن التشوه: بعد ثقب قضيب بسماكة جدار أقل من حوالي 25 مم، أنتج الدوران تشوهًا يصل إلى 0.010 بوصة (0.25 مم)، وتم القضاء على الالتواء أو تقليله بشكل كبير عن طريق ترك المادة تقف لعدة أسابيع أو عن طريق إعادة تسخينها عند 1150 درجة فهرنهايت (621 درجة مئوية) لمدة ساعتين قبل الدوران. ورشة عمل تقوم بالثقب والتشطيب في إعداد واحد ستحافظ على تفاوت لا تحتفظ به المادة.

اللحام يحمل قيده الخاص. يعتبر لحام القوس بالتنجستن الغازي ولحام القوس بالمعدن الغازي باستخدام مادة الحشو المتطابقة 725NDUR هو المسارات الموصى بها، ولا يوصى بلحام القوس المغمور ولحام القوس المحمي لهذه الدرجة. يجب تصميم قضيب يصبح تجميعًا ملحومًا حول ذلك.

ادعاء شائع للمجموعة هو أن هذه القضبان تحتفظ بقوتها في درجات حرارة تتجاوز غالبًا 1000 درجة مئوية، اعتمادًا على الدرجة. هذه الجملة لا تصمد أمام الاتصال بنشرات السبائك الثلاث. سبيكة 825 محدودة بحوالي 540 درجة مئوية. سبيكة 925 تحتفظ بقوتها حتى حوالي 650 درجة مئوية. سبيكة 800 مصممة حتى 816 درجة مئوية، وفوق ذلك تكون الإجابة معالجة حرارية مختلفة داخل نفس العائلة، وليس نفس القضيب عند درجة حرارة أعلى.

من أين يأتي رقم 1000 درجة مئوية هو اختبارات الزحف والانهيار لدرجات 800H و 800HT، والتي يتم الإبلاغ عنها في درجات حرارة أعلى بكثير من نطاق التصميم. درجة حرارة الاختبار ليست درجة حرارة خدمة. قضيب محمل عند 1000 درجة مئوية خارج أساس التصميم لكل درجة في هذه العائلة، والمواصفات التي تقتبس هذا الرقم قد خلطت بين المختبر والفرن.

خمسة عناصر تقرر ما إذا كانت الشهادة تتطابق مع الجزء. الأول هو الدرجة مع رقم UNS الخاص بها، لأن الاسم التجاري وحده لا يحدد الكيمياء. الثاني هو حالة التوريد، مكتوبة كملدن، مدرفل على الساخن، مسحوب على البارد، أو ملدن بالحل ومُعتق، مع معالجة التقادم إذا كان الأخير ينطبق. الثالث هو حجم الحبيبات، لـ 800H و 800HT فقط، لأنه نتيجة للتلدين النهائي وليس في الكيمياء. الرابع هو أساس الخاصية، مما يعني درجة حرارة الاختبار وما إذا كانت القيم هي الحد الأدنى أو النموذجية. الخامس هو وثيقة الفحص.

خط 925 يستحق ملاحظة. تسمي نشرة السبيكة ثلاث وثائق للمنتج ولا تسمي مواصفات منفصلة للقضبان والقضبان ASTM، لذا فإن أمر الشراء الذي يخترع واحدًا قد اخترع وثيقة. حدود الخصائص للدرجة تأتي من مواصفات المنتج HA 46، وأساس وعاء الضغط يأتي من Code Case 2218. المشتري الذي يحتاج إلى مرجع ASTM لـ 925 يجب أن يطلب من المورد تحديد أي من الاثنين يقوم بالشهادة عليه.

يجب أن تكون الشهادة نفسها وثيقة EN 10204 3.1، والتي تحمل نتائج اختبار فعلية من الدفعة وتُصدق من قبل ممثل الفحص المستقل للشركة المصنعة. شهادة 2.2 تبلغ عن نتائج الفحص غير المحدد وليست نفس الوثيقة، والفرق مهم عندما يدخل الجزء في حدود الضغط.

توفر DLX درجات Incoloy في شكل قضبان وقضبان من Changzhou، Jiangsu، جنبًا إلى جنب مع نفس العائلات في أسلاك من 0.025 مم وشرائط من 0.50 مم إلى 2.5 مم حيث ينتقل التطبيق إلى شكل مختلف. يتم إنتاج الطلبات مقابل المعيار المسمى في أمر الشراء، مع شهادة EN 10204 3.1 عند الطلب ورقم الحرارة قابل للتتبع إلى نتائج الاختبار.

سؤالان يحددان معظم عروض الأسعار. الأول هو الحالة، لأن سعر 800 الملدن ليس سعرًا لـ 800 المسحوب على البارد. الثاني هو ما إذا كانت الدرجة تحتاج إلى متطلبات حجم حبيبات، لأن 800H و 800HT لا يمكن تسعيرهما بدون واحد.

تعتمد الإجابة على البيئة وليس على الاسم التجاري. لجزء فرن أو مبادل حراري فوق 600 درجة مئوية، فإن سلسلة 800 هي المرشح، مع 800H أو 800HT فوق 816 درجة مئوية. لحمض الكبريتيك، حمض الفوسفوريك، أو مياه البحر أقل من حوالي 540 درجة مئوية، 825 هو المرشح. لجزء بئر أو رأس بئر يحتاج إلى حد أدنى لخضوع 724 ميجا باسكال مع مقاومة للخدمة الحامضة، 925 هو المرشح.

لأن الزحف والانهيار يعتمدان على حدود الحبيبات والكربيدات، وتتطلب 800H نطاق كربون من 0.05 إلى 0.10٪ مع متوسط ​​حجم حبيبات ASTM 5 أو أخشى. الحبيبات الخشنة تقلل من انزلاق الحدود والكربون يدعم شبكة الكربيد التي تثبت الحدود. سبيكة 800 لا تتطلب أيًا منهما، لذا فإن أساس تصميمها فوق 816 درجة مئوية ليس هو نفسه.

لا. تحدد نشرة السبيكة أنها تصل إلى حوالي 540 درجة مئوية، وفوقها يقلل تكوين الطور بشكل كبير من المرونة وقوة الصدم، وتشير إلى أن السبيكة لا تستخدم عادة حيث يحكم الزحف والانهيار. الحد هو خاصية للسبيكة وينطبق على القضبان والقضبان والأنابيب والألواح على حد سواء.

التقادم يرسب الطور جاما برايم، Ni3(Al, Ti)، مما يرفع قوة الخضوع من 271 ميجا باسكال في حالة التلدين بالحل إلى 832 ميجا باسكال. يتم ذلك بعد التلدين بالحل عند 980 إلى 1040 درجة مئوية، عند 732 إلى 749 درجة مئوية لمدة 6 إلى 9 ساعات، ثم يتم تبريده في الفرن إلى 621 درجة مئوية والاحتفاظ به لمدة إجمالية للتقادم تبلغ 18 ساعة. يتم إجراء التشغيل الخشن قبل التقادم والتشطيب بعده.

إنها 825 أقوى، ومقاومة التآكل لكليهما متقاربة. إضافات التيتانيوم والألمنيوم في 925 موجودة لتفاعل جاما برايم. الموليبدينوم والنحاس، اللذان يحملان المقاومة للأحماض المختزلة، هما نفس الموجودين في كلتا الدرجتين. في اختبار الأوتوكلاف الحامض مع الكبريت الحر، سجلت السبائك المتشابهة معدلات متقاربة، وكلاهما كان أقل بكثير من الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 316.

فقط عندما تتطابق الحالة ودرجة حرارة الاختبار. نفس كيمياء 800 تعطي قوة خضوع 250 ميجا باسكال ملدن، 445 ميجا باسكال مدرفل على الساخن، و 690 ميجا باسكال مسحوب على البارد. المقارنة بين قيمة ورقة 800 ملدن وقيمة قضيب 800 مسحوب على البارد هي مقارنة بين عمليتين، وتختفي السبيكة من المقارنة.

عائلة قضبان Incoloy تغطي ثلاث وظائف. سلسلة 800 هي العضو المقاوم للحرارة، وأرقام UNS الثلاثة تختلف بالكربون، وبالألمنيوم والتيتانيوم، وبحجم الحبيبات، مع حمل حجم الحبيبات لإجهاد تصميم الزحف فوق 816 درجة مئوية. سبيكة 825 هي العضو المقاوم للتآكل المائي، مع سقف قريب من 540 درجة مئوية تميل صفحات الكتالوج إلى حذفه. سبيكة 925 هي العضو القابل للتصلب بالتقادم، مع قوة خضوع 832 ميجا باسكال بعد معالجة على مرحلتين وجدول خصائص مكتوب حسب شكل المنتج والقطر.

الخاصية التي تربطها معًا هي أن لا شيء من هذه الدرجات له قوة بدون حالة. الانتشار من 250 إلى 832 ميجا باسكال عبر العائلة، ومن 250 إلى 690 ميجا باسكال داخل درجة واحدة، أكبر من الفرق بين معظم الدرجات. أمر شراء يسمي الدرجة، والحالة، وحجم الحبيبات حيث ينطبق، والشهادة قد حدد مادة. واحد يسمي اسمًا تجاريًا قد حدد عائلة.