Dlaczego warto używać inconelu 718 do produkcji części lotniczych?
|
Dawno temu ludzie zaczęli stosować metody przeciągania do obróbki pióra i rowka na dyskach turbin gazowych. Łopatka jest zamocowana na tarczy turbiny za pomocą pióra i wpustu. Jednak przeciąganie spowoduje zmiany w strukturze powierzchni i leżących poniżej warstw tarczy turbiny, co wpłynie na wytrzymałość zmęczeniową koła. |
Dlatego w projektowaniu optymalizacyjnym procesu przeciągania bardzo ważne jest sporządzenie wiarygodnego i ilościowego schematu metalograficznego struktury rowka czopa poddanego przeciąganiu. W artykule wykorzystaliśmy inspekcję pod mikroskopem optycznym oraz skaningową mikroskopię elektronową do analizy struktury metalograficznej warstw powierzchniowych i podpowierzchniowych rowków czopowych tarczy ze stopu Inconel-718 przemysłowych turbin gazowych. Nacisk kładziony jest na zbadanie charakterystyki defektów spowodowanych przeciąganiem wypustów i rowków na powierzchni i pod warstwą ściernicy. Jednocześnie w badaniach stwierdzono również wielkość surowców γ ”, γ ’ i δ na powierzchni pióra i wpustu. W przypadku wykorzystania modelu materiałowego MES do przewidywania trwałości zmęczeniowej tarczy koła, konieczne jest wprowadzenie tych ważnych charakterystycznych parametrów struktury metalograficznej. W badaniu struktury organizacyjnej znaleźliśmy wady, takie jak rysy i zniekształcenia. Następnie porównaliśmy charakterystyczne parametry (wielkość i kształt) tych wad z normami projektowymi podanymi przez producenta turbiny gazowej. Ponadto obszary dotknięte przeciąganiem i Porównanie materiałów oryginalnych pokazuje, że ułamek objętościowy ziaren δ ma oczywiste zmiany. Zmiany te są związane z wytwarzaniem ciepła tarcia podczas przeciągania. Na koniec porównanie oryginalnego materiałów porównano ewolucję twardości mikrostruktury struktury metalurgicznej na powierzchni przeciągania i zbadano skutki zmian.
Stop Inconel-718 to wysokotemperaturowy stop Ni-Fe-Cr wynaleziony przez International Nickel Corporation w latach 1950. XX wieku. Jest to stop utwardzany wydzieleniowo, który może wykazywać wysoką granicę plastyczności i dużą odporność na zmęczenie i pełzanie. Ze względu na wysoką odporność na utlenianie i wysoką wytrzymałość w środowiskach o wysokiej temperaturze, stop Inconel-718 jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym, zwłaszcza jako materiał na koła silników turbin gazowych. Mówiąc ogólnie, koło i ostrze są połączone ze sobą podłużnym czopem w kształcie drzewa, a proces przeciągania jest kluczem do obróbki podłużnej szczeliny na czop w kształcie drzewa. Ogólnie rzecz biorąc, wszyscy troszczą się o wpływ temperatury i naprężenia na zmianę wielkości ziarna podczas odkształcania na gorąco. Przeciąganie spowoduje również zmiany w strukturze metalograficznej powierzchni i leżącej pod nią powierzchni ściernicy, co wpłynie na wytrzymałość zmęczeniową ściernicy. Jednak w literaturze niewiele jest prac dotyczących przeciągania felg aluminiowych Inconel-718 Analiza jakościowa i ilościowa zmian mikrostruktury.
Celem tego badania jest opisanie i ilościowe określenie struktury metalograficznej powierzchni i powierzchni spodniej podłużnego rowka dendrytycznego felgi aluminiowej Inconel-718. W szczególności zarejestrowano opis i analizę ilościową defektów spowodowanych procesem przeciągania na powierzchni i dolnej warstwie przypowierzchniowej tarczy ściernej oraz zbadano uziarnienie i charakterystykę ziarnową obszaru obróbki.
Metoda eksperymentalna
Przechwyciliśmy część felgi aluminiowej Inconel-718 do badań (Rysunek 1). Jak pokazano na rysunku 2, używamy metody EDM do pobierania próbek metalograficznych z pierwszego, środkowego i ogona środkowego rowka czopa.
Wychodząc naprzeciw potrzebom analizy metalograficznej, po utrwaleniu próbka przechodzi przez zautomatyzowany proces szlifowania i polerowania. Do szlifowania będzie używany papier ścierny 320, 400, 600 i 1200. Po wypolerowaniu próbka będzie przez 1 minuty polerowana na włókninie MD z zawiesiną diamentu 2 μm jako cieczą polerującą. Aby móc obserwować granice ziaren za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM), próbka zostanie wytrawiona w roztworze kwasu szczawiowego pod napięciem 4V przez 20-40 sekund. W celu uchwycenia charakterystyk γ 'i γ’ z wysoką rozdzielczością próbkę należy wytrawić galwanicznie w roztworze napięciowym 10 V (8 ml H2SO4 i 100 ml H2O) przez 20 sekund oraz skaningowy mikroskop elektronowy wyposażony w skaningowy pistolet emisyjny (FEG) .
Podczas analizy defektów za pomocą SEM, próbkę należy wytrawiać elektrolitycznie w roztworze napięciowym 3V (5g CuCl2, 100ml HCL i 100ml etanolu) przez 10 sekund. Użyj metody różnicy wysokości, aby uzyskać wielkość ziarna. Użyj ASTM, aby uzyskać udział objętościowy różnych ziaren: E562 zakłada, że udział powierzchniowy jest równy udziałowi objętościowemu. Wielkość różnych ziaren mierzono za pomocą oprogramowania do analizy obrazu Clemex. Aby uzyskać reprezentatywny wynik statystyczny, należy użyć co najmniej 6 diagramów metalograficznych do określenia wielkości i właściwości różnych ziaren.
Do pomiaru twardości Rockwell A należy pobrać co najmniej 5 próbek z każdej próbki, a następnie obliczyć wartość średnią dla każdej próbki. W eksperymentach odległość między rysami jest zwykle większa niż 5-krotność średnicy rys. W celu porównania z wartościami twardości w literaturze, wartości twardości Rockwella A należy przeliczyć na twardość Vickersa, ASTM: E140.
Analiza defektów
W tym badaniu systematycznie analizowaliśmy wady środkowego rzędu pióra i wpustu. Dokładniej, zaobserwowaliśmy i określiliśmy ilościowo początek, środek i koniec przeciągania. Tabela 1 przedstawia różne rodzaje defektów zawartych w podłużnych rowkach dendrytycznych przeciąganych felg aluminiowych Inconel-718. Należy nadmienić, że w próbkach badawczych nie zaobserwowaliśmy defektów, takich jak warstwa biała, warstwa niemenstruacyjna, biomasa wtórna, czarne plamy, ponowne układanie, ciała obce, pęknięcia.
Rysunki od 3 do 6 pokazują niektóre z zaobserwowanych wad. Rysunek 3 pokazuje erozję, taką jak małe otwory, które pojawiają się na obrabianej powierzchni. Rzeczywiście, rysowanie jest najczęstszą wadą powierzchni. Wszyscy wiedzą, że stop Inconel-718 twardnieje mechanicznie ze względu na szybkie utwardzanie mechaniczne podczas obróbki. Różne materiały narzędziowe i warunki przeciągania, powierzchnia stopu będzie miała zwiększone zużycie boczne, wżery i dziurkowanie. Jednak we wszystkich próbach badawczych maksymalna dopuszczalna głębokość erozji była mniejsza od projektowanej. Podobnie, jak pokazano na rysunku 4, pokazano obraz skręconej warstwy. W tej warstwie (o szerokości 7 μm) faza δ ma specjalny układ. Zjawisko to można łatwo znaleźć w górnej części języka i wpustu, co może być związane z naprężeniem wywołanym przeciąganiem w tym obszarze.
Najbardziej szorstka powierzchnia pióra i wpustu (Rysunek 5) znajduje się na początku i na końcu przeciągania. Podobnie, jak pokazano na rysunku 6, występuje defekt zwany niepełnym oddzieleniem materiału, podobny do pęknięcia materiału, ale nie wypadający z powierzchni koła. Zjawisko to występuje we wszystkich próbkach. Takie defekty mają maksymalną długość 25 μm, a ich charakterystyka (wielkość i morfologia) jest różna. Wada ta wynika z jakości przeciągania, a jej wpływ na żywotność ruletki wymaga dalszych badań.
Link do tego artykułu: Dlaczego warto używać inconelu 718 do produkcji części lotniczych?
Oświadczenie o przedruku: Jeśli nie ma specjalnych instrukcji, wszystkie artykuły na tej stronie są oryginalne. Proszę wskazać źródło przedruku: https://www.cncmachiningptj.com/，thanks！
Warsztat CNC PTJ produkuje części o doskonałych właściwościach mechanicznych, dokładności i powtarzalności z metalu i tworzywa sztucznego. Dostępne 5-osiowe frezowanie CNC.
