Кіріспе

Аустениттік никель-хромдық суперқорытпалар

Инконел – никель-хром негізіндегі суперқорытпа, бұл құрауыштардың жоғары температураға, қысымға немесе механикалық жүктемеге ұшырайтын экстремалды жағдайларда жиі қолданылады. Инконел қорытпалары тотығуға және коррозияға төзімді. Қыздырғанда Инконел бетін одан әрі зақымданудан қорғайтын қалың, тұрақты, пассивті оксид қабатын түзеді. Инконел кең температуралық диапазонда беріктігін сақтайды, бұл алюминий мен болаттың термиялық түрғысынан туындаған кристалдық бос орындардың нәтижесінде иіліп кетуіне ұшырамайтын жоғары температурада қолдану үшін өте қолайлы. Инконелдің жоғары температурадағы беріктігі қорытпаның түріне байланысты қатты ерітінділерді күшейту немесе дақылдану арқылы қатаю арқылы дамиды. Инконел қорытпалары әдетте жоғары температурада қолданылады. Inconel Alloy 625 саудалық атаулары: Inconel 625, Chronin 625, Altemp 625, Haynes 625, Nickelvac 625, Nicrofer 6020 және UNS белгісі N06625. Inconel Alloy 600 құрамына мыналар кіреді: NA14, BS3076, 2.4816, NiCr15Fe (FR), NiCr15Fe (EU), NiCr15Fe8 (DE) және UNS белгісі N06600. Inconel 718 құрамына мыналар кіреді: Nicrofer 5219, Superimphy 718, Haynes 718, Pyromet 718, Supermet 718, Udimet 718 және UNS белгісі N07718.

Тарих

Инконел қорытпалар тобы алғаш рет 1932 жылдың желтоқсанына дейін, АҚШ-тың Делавэр және Нью-Йорк штатындағы International Nickel Company компаниясы оның тауарлық белгісін тіркеген кезде әзірленді. 1940 жылдары Англияның Херефорд қаласындағы Генри Виггин & Co компаниясының зерттеу топтары, Уиттл реактивті қозғалтқышын дамытуға қолдау көрсетуде маңызды рөл атқарды. Бұл компания 1928 жылы Inco компаниясымен біріккен Mond Nickel Company-ның еншілес компаниясы болды. 1998 жылы Hereford Works және оның барлық мүлігі, соның ішінде Inconel тауарлық белгісі Special Metals Corporation компаниясымен сатып алынды.

Құрамы

Инконел қорытпалары құрамы бойынша әртүрлі болуы мүмкін, бірақ барлығы негізінен никельден тұрады, ал хром екінші элемент болып табылады. Инконел элементі, масса бойынша пайыздық үлесі (%) Ni Cr Fe Mo Nb & Ta Co Mn Cu Al Ti Si C S P B 600 ≥72.0 14.0–17.0 6.0–10.0 ≤1.0 ≤0.5 ≤0.5 ≤0.15 ≤0.015 617 44.2–61.0 20.0–24.0 ≤3.0 8.0–10.0 10.0–15.0 ≤0.5 0.8–1.5 ≤0.6 ≤0.5 0.05–0.15 ≤0.015 ≤0.015 ≤0.006 625 ≥58.0 20.0–23.0 ≤5.0 8.0–10.0 3.15–4.15 ≤1.0 ≤0.5 ≤0.4 ≤0.4 ≤0.5 ≤0.1 ≤0.015 ≤0.015 690 ≥58 27–31 7–11 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.50 ≤0.05 ≤0.015 Ядролық сападағы 690 ≥70.0 14.0–17.0 5.0–9.0 0.7–1.2 ≤1.0 ≤1.0 ≤0.5 0.4–1.0 2.25–2.75 ≤0.5 ≤0.08 ≤0.01

Қасиеттері

Қыздырғанда Инконел бетін одан әрі зақымданудан қорғайтын қалың және тұрақты пассивті оксид қабатын түзеді. Инконел кең температуралық диапазон бойынша беріктігін сақтайды, бұл алюминий мен болаттың термиялық түрғысынан туындаған кристалдық бос орындар нәтижесінде иіліп қалуға ұшырайтын жоғары температурада қолдану үшін өте қолайлы (Аррениус теңдеуін қараңыз). Инконелдің жоғары температурадағы беріктігі қорытпаға байланысты қатты ерітіндімен күшейту немесе тұндыру арқылы дамиды. Жасыра қатаю немесе тұндыру күшейту түрлерінде ниобийдің шағын мөлшері никельмен бірігіп Ni3Nb немесе гамма-қос штрих (γ") металдар аралық қосылысын құрайды. Гамма-қос штрих жоғары температурада сырғу мен иілуді тиімді түрде тежейтін шағын кубикалық кристалдарды түзеді. Гамма-қос штрих кристалдарының пайда болуы уақыт өте келе артады, әсіресе 850 °C (1562 °F) температурада үш сағаттан кейін, және 72 сағатқа дейін әсер еткеннен кейін өсуін жалғастырады.

Күшейту тетіктері

Инконель қорытпаларының ең көп таралған қатаю механизмдері – тұнба күшейту және қатты ерітінді күшейту. Инконель қорытпаларында осы екеуінің бірі көбінесе басым болады. Мысалы, Инконель 718 қорытпасында тұнба күшейту – негізгі күшейту механизмі. Күшейтудің көп бөлігі гамма екі штрих (γ″) тұнбаларының болуынан туындайды. Инконель қорытпалары FCC құрылымы бар γ матрицалық фазаға ие. γ″ тұнбалары Ni және Nb-дан тұрады, нақтырақ айтқанда Ni3Nb құрамында. Бұл тұнбалар ұсақ, үйлесімді, дискі тәрізді, төртбұрышты құрылымды металл аралық бөлшектер болып табылады. Екіншілік тұнба күшейтуі гамма штрих (γ') тұнбаларынан келеді. γ' фазасы Ni3(Al, Ti) сияқты әртүрлі құрастарда кездесуі мүмкін. γ″ фазасы тұрақсыз болғандықтан, артық қарттыру γ″ фазасы тұнбаларының тұрақты аналогтары – дельта (δ) фазасы тұнбаларына айналуына себеп болуы мүмкін. Лавес фазасының көп мөлшері бар жерлер, жоғары кернеу концентрациясының мүмкіндігіне байланысты жарықтардың таралуына осал.

Қолданылуы

Инконел жиі экстремалды жағдайларда кездеседі. Ол газ турбиналарының лопастары, сальниктері және жану камераларында, сондай-ақ турбокомпрессор роторлары мен сальниктерінде, электрлік су астындағы ұңғыма сорғысының мотор біліктерінде, жоғары температуралық бекіткіштерде, химиялық өңдеу және қысымға төзімді ыдыстарда, жылу алмастырғыш құбырларында, бу генераторларында және ядролық қысымды су реакторларының негізгі компоненттерінде, H2S және CO2 сияқты қоспалармен табиғи газды өңдеуде, атыс қаруының дыбыс басу құрылғыларының жарылыс бөліктерінде және Formula One, NASCAR, NHRA және APR, LLC эгзосты жүйелерінде қолданылады. Сондай-ақ, ол 3-ші буын Mazda RX7 турбо жүйесінде және жоғары қуатты Wankel қозғалтқыштары бар Norton мотоциклдерінің эгзост жүйелерінде қолданылады, онда эгзост температурасы 1000 °C-тан (1832 °F) жоғарылайды. Инконел қалдықтарды өртеу қазандықтарында көбірек қолданылуда. Joint European Torus және DIII D токамактарының вакуумдік камералары Инконелден жасалған. Инконел 718 криогендік сақтау резервуарларында, терең ұңғыма біліктерінде, ұңғыма бастығының бөлшектерінде және әуе-ғарыш өнеркәсібінде, жылуға төзімді турбиналарды құрастыру үшін басты кандидат материал ретінде кеңінен қолданылады.

Әуе кеңістігі

Шаттл ұшыру платформасына қатты ракеталық күшейткіштерді бекіту үшін төрт Инконел бұрандасы қолданылды, барлығы сегіз бұрандасы ұшқышқа дайын Шаттл жүйесінің салмағын толығымен көтерді. Сегіз сынғыш гайка қатты ракеталық күшейткіштердің сыртында орналасқан, ал ұшырылған кезде жарылғыш заттар гайкаларды бөліп, Шаттлды ұшыру платформасынан босатты. North American Aviation компаниясы North American X 15 зымырандық ұшағының қабығын Inconel X/750 қорытпасынан жасады. Rocketdyne Saturn V күшейткішінің бірінші сатысында қолданылған F 1 зымыран қозғалтқышының итермелеу камерасы үшін Inconel X 750 қолданды. SpaceX Falcon 9 ұшыру құралына қуат беретін Merlin қозғалтқышының қозғалтқыш жинағышында inconel (Inconel 718) пайдаланады. 3D-басылымды алғаш рет пайдалану арқылы SpaceX SuperDraco зымыран қозғалтқышы толығымен басылып шығарылды, ол Dragon V2 экипажының ғарыш капсуласын алып жүретін авариялық құтқару жүйесін қамтамасыз етеді. Атап айтқанда, қозғалтқыштың жану камерасы тікелей металл лазерлік қорыту процесі арқылы Inconel-ден басылып шығарылды және өте жоғары температурада және SpaceX Raptor зымыран қозғалтқышының жинағыштары SX300, кейіннен SX500-ден құйылды, бұл монокристалды никель қорытпасы (ескі Inconel қорытпаларынан жақсартылған).

Автомобильдік

Tesla Model S-тің негізгі аккумуляторлық батареясының контакторында болаттың орнына Inconel пайдаланатынын мәлімдейді, осылайша ол жоғары токтан туындайтын қызуда серпімділігін сақтайды. Tesla бұл жаңартылған көліктерге максималды қуатты 1300 амперден 1500 амперге дейін қауіпсіз түрде арттыруға мүмкіндік береді деп мәлімдейді, бұл Tesla-ның "Ludicrous Mode" деп атаған қуаттылығын (үдеуін) арттыруға мүмкіндік береді. Ford Motor Company компаниясы Inconel-ді 2016 жылы ұсынған EcoBlue дизельдік қозғалтқыштарының турбокомпрессорындағы турбиналық дөңгелек жасау үшін пайдаланады. NHRA Top Fuel және Funny Car жарыс машиналарын қозғалтқыштарының шығару клапандары көбінесе Inconel-ден жасалады. Ford Australia өздерінің турбо зарядталған Barra қозғалтқыштарында Inconel клапандарын қолданды. Бұл клапандар 1900 ат күшінен астам қуатқа төтеп бере алатыны дәлелденген, өте сенімді. BMW жоғары өнімділікке ие сәнді көлігі BMW M5 E34-тің S38 қозғалтқышының түтін коллекторында Inconel-ді қолданды, бұл жоғары температураға төтеп беруге және кері қысымды азайтуға мүмкіндік береді. Jaguar Cars өзінің Jaguar F Type SVR жоғары өнімділік спорттық машинасына стандартты түрде жаңа, жеңіл Inconel-титаннан жасалған түтін жүйесін орнатты, ол жоғары температураға төтеп береді, кері қысымды азайтады және көліктің салмағын азайтады. DeLorean Motor Company DMC 12 үшін жиі бұзылатын OE артқы тіреу бұрандаларын Inconel-мен ауыстыруды ұсынады. Бұл бұрандалардың істен шығуы көліктің жоғалуына әкелуі мүмкін. Inconel ұшақтардың "қара жәшіктерінде" жазу ортасы ретінде, қабырғаға жазылу арқылы жиі қолданылған. Химиялық қолданыстарда, мысалы, скрубберлерде, бағаналарда, реакторларда және құбырларда Inconel-ді пайдалануға балама ретінде Hastelloy, перфторалкокси (PFA) қаптамасы бар көміртекті болат немесе талшықты күшейтілген пластик қолданылады.