آلیاژهای اینکونل

آلیاژهای اینکونل

اینکونل‌ها یک گروه از سوپرآلیاژهای برپایه نیکل هستند که در برابر خوردگی و اکسیداسیون در شرایط کاری دما و فشار بالا مقاومت بالایی دارند. در حرارت بالا، روی سطح آلیاژهای اینکونل لایه‌ای مقاوم، پایدار و غیرفعال از اکسید ایجاد می‌شود که از خوردگی بیشتر جلوگیری می‌نماید. اینکونل در رنج وسیعی از دماها استحکام خود را حفظ می‌کند. این آلیاژ کاربرد ویژه در شرایطی که آلومینیم و فولادهای زنگ نزن به علت احتمال وقوع خزش در دماهای بالا قابل استفاده نیستند، دارد.

نام تجاری اینکونل توسط شرکت .Special Metals Co ثبت شده‌است. این آلیاژ از خانواده آلیاژهای محلول جامد بین‌نشین نیکل - کروم می‌باشد و به‌طور کلی برای کاربردهای دما بالا استفاده می‌گردد . اینکونل به نام‌های “inco” و “iconel” نیز خوانده می‌شود. نام‌های تجاری دیگر اینکونل عبارتند از Inconel 625, Chronin625 Altemp 625, Haynes 625, Nickelvac 625 این آلیاژ برای اولین بار توسط یک تیم تحقیقاتی در کشور انگلستان ساخته شده‌است.

 

آلیاژهای اینکونل

 

آلیاژهای اینکونل ( Inconel ) دربرابر اکسیداسیون مقاوم هستند. این آلیاژها توانایی حفظ یکپارچگی ساختاری را در دمای بالا دارند. چندین آلیاژ اینکونل Inconel وجود دارد. این آلیاژها در مواردی مورد استفاده قرار می گیرند که   که نیازمند خواصی هستند که به راحتی به خوردگی شدید یا خوردگی ناشی از آب و ترک ناشی از خوردگی نمی انجامد. در حالی که هر گونه تغییر در Inconel دارای ویژگی های منحصر به فرد است. این مساله، اینکونل ها را در شرایط مختلف موثر می‌سازد، اکثر این آلیاژها در صنایع شیمیایی استفاده می شود.

  اینکونل اغلب دربرنامه‌های دریایی به دلیل مقاومت فوق العاده نسبت به کلرید سدیم (نمک) در دماهای مختلف استفاده می شود. بنابراین، برای فرایندهایی که از مکان نمکی یا کارخانه نمک در نزدیکی اقیانوس استفاده می کنند، اینکونل گزینه مناسبی است. همچنین برای مواردی که دما بسیار بالا است، مانند عملیات حرارتی استفاده می‌شود. ماده‌ای است که به طور خاص برای برخی از سخت ترین شرایط استفاده می‌شود. حتی در مقایسه با فولاد ضد زنگ، آلیاژ اینکونل Inconel دارای تحمل فوق العاده بالا در برابر گرمای شدید است.

 

آلیاژاینکونل دارای گریدهای 600، 601، 625، 690، 718، 722، و 903 است. این آلیاژها به طور گسترده به دلیل مقاومت در برابر خوردگی در هر دو محیط با دمای بالا و محیطی که آب وجود دارد، شناخته شده است. هر آلیاژ دارای مزایای خاص خود است، و هر یک در تعدادی از صنایع مختلف استفاده می شود. به عنوان مثال، اینکونل 600 و 601 هر دو ابزار موثر در صنایع شیمیایی و صنایع غذایی هستند، در حالی که اینکونل   718 بیشتر در صنعت هوافضا در فضاپیماها و موتورهای موشک مورد استفاده قرار می گیرد.

 

ویژگی های آلیاژهای اینکونل

 

ویژگی های آلیاژهای اینکونل که آن را از سایر سوپرآلیاژها متمایز می کند به شرح زیر است.

  مقاومت در برابر اسیدهایی، مانند سولفوریک، فسفریک، نیتریک و هیدروکلریک

تقریبا خطر ترک خوردن ناشی از خوردگی کلرید این آلیاژ را تهدید نمی کند.

  خواص مکانیکی عالی   در هر دو دمای بسیار کم و بسیار بالا

  مقاومت عالی در برابر خوردگی حفره ای، خوردگی شکافی و خوردگی بین کریستالی

مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون در دمای بالا

 

کاربردهای آلیاژهای Inconel

 

  پردازش شیمیایی و پتروشیمی

  قطعاتی که در آنها مواجهه با فشار زیاد مکانیکی و آب دریا مورد نیاز است

مشعل سیستم های نفتی دریایی

  توربین های گاز، موتورهای راکتی و صنایع فضایی

  تجهیزات کنترل آلودگی

  راکتورهای هسته ای

 

اینکونل 600

 

اینکونل 600 یک آلیاژ نیکل کروم است که   مقاومت بالایی را در برابر عناصر خورنده نشان می دهد. در وضعیت های با درجه حرارت بالا، اینکونل 600 دربرابر ترک خوردگی یون کلرید و یا اکسیداسیون محکم است. این آلیاژ هم‌چنین در برابر   خوردگی ناشی از آب خالص مقاوم است. با این حال، اینکونل 600 در صنایع غذایی و مهندسی هسته ای به کار می رود. زیرا این آلیاژها ساختار خود را در کاربردهایی که خوردگی غیرقابل برگشت به وجود می آورند حفظ می کند.

 

اینکونل 601

 

این اینکونل نیز، مانند اینکونل 600 در برابر انواع مختلف خوردگی و اکسیداسیون در دمای بالا مقاوم است. با این حال، بر خلاف 600، این آلیاژ نیکل کروم در ترکیب خود آلومینیم نیز دارد. این عنصر اضافه شده، سبب بروز خصوصیات عالی در محیط‌های بسیار داغ ‌می‌‍‌‌‌‌‌‌‌باشد. اینکونل 601، مقاومت حرارتی بالایی   دارد، به‌ همین دلیل در اجزای توربین گاز و تجهیزات پردازش پتروشیمی استفاده می‌شود.

 

اینکونل 625

 

اینکونل 625 با بسیاری از آلیاژهای اینکونل دیگر متفاوت است، زیرا ترکیب آن شامل مقادیر قابل توجهی از نیکل، کروم و مولیبدن است. این گرید هم‌چنین نئوبیم نیز دارد. در نتیجه‌ی استفاده از این عناصر در ترکیب اینکونل، استحکامش بیشتر می شود. (بدون اینکه عملیات حرارتی   روی آنها انجام شود). اینکونل 625 در برابر خوردگی حفره ای مقاوم است.

تفاوت بین هستلوی و اینکونل چیست؟ هر دوی اینکونل و هستلوی است که مقاومت در برابر خوردگی و دوام بالایی دارند. هزینه بیشتری نسبت به فولاد ضدزنگ دارند، اما به دلیل عملکرد قابل اعتماد آنها در محیط های سخت، آلیاژهای نیکل برای مواردی   مانند زمین گرمایی، هسته ای، هوا فضا ترجیح داده می شود.

 

نقطه ذوب اینکونل و هستلوی چیست؟

 

  نقطه ذوب اینکونل بالاتر 2600 - 2500 درجه فارنهایت (1390 - 1425 درجه سانتیگراد) است که Hastelloy نقطه ذوب
 2460-2410 درجه فارنهایت (1320 - 1350 درجه سانتی گراد) دارد. آلیاژهای نیکل قبل از رسیدن به نقطه ذوب، قدرت استحکام خود را از دست می دهند، به طوری که عموما توصیه می شود که درجه حرارت نرمال زیر این محدوده نگهداری شود.

ترکیب شیمیایی

اینکونل‌های مختلف دارای ترکیبات مختلفی از عناصر می‌باشند، ولی به‌طور کلی نیکل به عنوان جز اصلی و سپس کروم به عنوان جز دوم تمام آن‌ها می‌باشد. جدول زیر آنالیز شیمیایی چند نوع آلیاژ اینکونل معروف را نشان می‌دهد.

خصوصیات

  • مقاومت به اکسیداسیون و خوردگی عالی در دماهای بالا؛ لذا برای کار در محیط‌های تحت فشار و انرژی جنبشی بالا، بسیار مناسب می‌باشند .
  • مقاومت خوردگی خوب در محیط‌های اسیدی مثل اسیدهای سولفوریک و فسفریک
  • خصوصیات مکانیکی عالی در محیط‌های کاری گرم و سرد مثل تنش تسلیم بالا (حتی در دماهای نزدیک به ۷۵۰ درجه سانتیگراد)، استحکام کششی بالا، مقاومت به خستگی و مقاومت مناسب به خزش

استحکام دما بالای اینکونل بسته به نوع آن، مربوط به استحکام دهی محلول جامد یا استحکام دهی رسوبی است. در انواع پیرسختی یا استحکام دهی رسوبی، مقادیر کمی از نیوبیوم با نیکل ترکیب شده و ترکیب بین فلزی گاما پرایم (Ni3Nb) را تشکیل می‌دهند. گاما پرایم کریستال‌های مکعبی کوچکی را تشکیل می‌دهد که لغزش و خزش مؤثر در دماهای بالا را مهار می‌کنند. تشکیل این کریستال‌ها با زمان افزایش می‌یابد .

ماشین‌کاری اینکونل

خصوصیات مکانیکی بی نظیر اینکونل‌ها باعث مشکلات ماشین کاری آن‌ها برای ساخت قطعات مورد استفاده در صنایع می‌شود و این فلزات را همانند بیشتر سوپرآلیاژها در رده مواد با خواص ماشین‌کاری ضعیف قرار می‌دهد . سختی و استحکام بالا در حین ماشین‌کاری و در دماهای بالا در منطقه برش موجب تغییر شکل پلاستیکی لبه برشی ابزار می‌گردد. بعلاوه این آلیاژها با پایه نیکل دارای ناخالصی‌های بسیار ساینده مانند ذرات کاربایدی (که موجب بالا رفتن مقاومت در برابر خزش می‌شود) هستند و در ضمن میل به کار سخت شدن در حین ماشین کاری دارند که موجب سایش ابزار می‌شوند؛ لذا ماشین‌کاری این آلیاژها به روش‌های سنتی بسیار مشکل است و رسیدن به یک کیفیت سطح مناسب در مواردی تقریباً غیرممکن می‌باشد. در این موارد می‌توان از روش‌های غیرسنتی مانند ماشین کاری تخلیه الکتریکی  (EDM) و ماشین کاری الکتروشیمیایی (ECM) استفاده نمود .

جوشکاری اینکونل

فرایند جوشکاری اغلب انواع آلیاژهای اینکونل به دلیل ایجاد ترک و جدایش ریزساختاری عناصر آلیاژی در منطقه متأثر از دما (HAZ) مشکل است. برای غلبه بر این مشکل چند آلیاژ خاص مثل اینکونل ۶۲۵ و اینکونل ۷۱۸ طراحی و توسعه یافته‌است. رایج‌ترین متدهای جوشکاری اینکونل‌ها، جوشکاری قوس تنگستن و جوشکاری اشعه الکترونی می‌باشد. اواخر ابداعات جدید در جوشکاری میکرولیزر پالسی نیز مورد توجه قرار گرفته‌است .

کاربردها

  • صنایع خودروسازی، صنایع اسلحه سازی، صنایع هوایی و هوافضا
  • رایج در ساخت تیغه‌های توربین‌های گازی
  • محفظه احتراق در موشک جت یا توربین
  • سکوهای نفتی دریایی
  • شیرآلات و اتصالات با فشار بالای تانکرها
  • صنایع و فرایندهای شیمیایی و پتروشیمی
  • توربو شارژرها
  • قطعات تجهیزات هسته‌ای مثل رآکتورهای هسته‌ای
  • تجهیزات کنترل آلودگی
  • تجهیزات صنایع غذایی
  • تجهیزات نظامی و پیشرفته صنایع دفاعی

الیاژهای اینکونل

  • Inconel 600:   استحکام دهی محلول جامد
  •  Inconel 625: مقاوم به اسید، قابلیت جوشکاری خوب
  •  Inconel 690: دارای مقادیر کم کبالت و برای کاربردهای هسته‌ای و مقاومت ویژه کم
  • Inconel 718:   دارای استحکام دهی توسط فاز گاما دبل پرایم، نیز دارای قابلیت جوشکاری خوب
  • Inconel 751:   برای بهبود استحکام شکست در دمای ۱۶۰۰ فارنهایت مقدار عنصر آلومینیوم افزایش یافته‌است .
  •  Inconel 792: برای بهبود خواص خوردگی دما بالا مقدار عنصر آلومینیوم افزایش یافته‌است. مورد استفاده در ساخت توربین‌های گازی می‌باشد .
  •  Inconel 939: دارای استحکام دهی توسط فاز گاما پرایم بوده و قابلیت جوشکاری خوبی دارد .

معرفی آلیاژ اینکونل ۷۳۸

سوپرآلیاژ اینکونل ۷۳۸ (Inconel-738: IN-738) یک سوپرآلیاژ ریختگی پایه نیکل غیر مغناطیسی است که شامل ۶۰ درصد نیکل، ۱۶ درصد کروم، ۵/۸ درصد کبالت و نیز مقدار بسیار کمی از سایر فلزات مثل آلومینیم، تیتانیم و تنگستن می‌باشد. این سوپرآلیاژ در سال ۱۹۶۷ میلادی در آزمایشگاه تحقیقاتی پائول دی مریکا (PDMRL) تولید گردید. هدف از توسعه این سوپر آلیاژ، تولید یک آلیاژ ریختگی با ساختار پایدار و در بردارنده استحکام سوپرآلیاژ اینکونل ۷۱۳ به همراه مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون آلیاژ udimet-500 بود. این سوپرآلیاژ را بر حسب میزان کربن موجود در آن می‌توان به دو دسته کم کربن (IN-738LC) با مقدار کربن ۹/۰ الی ۱۸/۰ درصد و پرکربن (IN-738C) با میزان کربن ۱۵/۰ الی ۲۰/۰ درصد تقسیم‌بندی نمود. مقاومت مطلوب در برابر اکسیداسیون و خوردگی و خواص مکانیکی دما بالای عالی آلیاژ اینکونل ۷۳۸ کم‌کربن، موجب استفاده گسترده از آن در صنایع مختلف شده‌است. بیشترین کاربرد آن در صنایع مرتبط با توربین‌های گازی از قبیل صنایع تولید انرژی، پتروشیمی، هواپیمایی و غیره می‌باشد. از جمله کاربردهای IN-738LC می‌توان به قطعات حساس تورین‌های گازی و هوایی از قبیل پره‌های ثابت و متحرک، دیسک‌ها، چرخهای یکپارچه، محفظه‌های احتراق و غیره اشاره نمود.

اینکونل 625

اینکونل 625 علاوه بر این که یک آلیاژ مقاوم به خوردگی در برابر طیف گسترده ای از مواد خورنده است، از مقاومت مکانیکی بالایی نیز برخوردار می باشد   ( مقاومت تسلیم 580 مگاپاسکال معادل مقاومت مکانیکی فولاد MO40 سخت کاری شده ). به دلیل درصد بالای نیکل در ترکیب اینکونل 625، این آلیاژ در مقابل یکی از رایج ترین انواع خوردگی در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی یعنی خوردگی تنشی کلرایدی (chloride stress corrosion cracking Cl-SCC) مقاوم است. هم چنین اینکونل 625 در مقابل خوردگی حفره ای (pitting)   و خوردگی شیاری (crevice corrosion)   مقاومت بسیار خوبی از خود نشان می دهد .
از دیگر مزایای اینکونل 625، قابلیت جوش منحصر به فرد آن است. به دلیل پایداری ساختار بلورین اینکونل 625 در دمای بالا و حفظ دانه بندی پس از ذوب مجدد، این آلیاژ گزینه مناسبی برای کاربردهایی است که در آن نیاز به لایه نشانی با جوش (Weld Overlay) وجود دارد. این امتیاز سبب می گردد تا قطعات ساخته شده از این آلیاژ قابلیت تعمیر پذیری مناسبی داشته باشند .
اینکونل 625 پرکاربردترین آلیاژ پایه نیکل در صنعت نفت و گاز و پتروشیمی است و در کشور ما صنعتگران فعال در این حوزه علاقه ی زیادی به استفاده از این آلیاژ دارند. تقاضای بالا در کشور موجب شده تا اینکونل 625 در بازار داخل به راحتی در دسترس باشد .

جوشکاری

جوشکاری آلیاژ اینکونل 625 با فرآیندهای TIG ,SMAW و GMAW انجام می شود . در جوشکاری اینکونل 625 به آلیاژ هم جنس و سایر آلیاژها با جنس متفاوت، فیلر اینکونل 625 یا الکترود 112 (با ترکیب نیکل-کروم- مولیبدن) مورد استفاده قرار می گیرد. در این حالت، فلز جوش رسوب داده شده ضمن استحکام بالا (استحکامی مشابه فلز پایه)، دارای مقاومت زیادی در برابر خوردگی و اکسیداسیون در محدوده دمایی کرایوژنیک تا دمای 982 درجه سانتیگراد می باشد . در فرآیندهای جوشکاری TIG و SMAW   از فیلر اینکونل 625 (پارامترهای جوشکاری مشابه جوشکاری سایر فیلرهای نیکل-کروم ) و در فرآیند GMAW از الکترود 112 استفاده می شود. سرباره حاصل از ذوب الکترود 112 دارای سختی بالایی است که براثر ضربه به راحتی جدا می شود . پس از جوشکاری این آلیاژ، جهت حفظ استحکام و داکتیلیتی نیازی به فرآیند پس گرم نیست .

 

 

 

اینکونل 718 :

از جمله سوپر آلیاژهای پایه نیکل است. دارا بودن استحکام مناسب تا دمای 760 درجه سانتی گراد از مهمترین ویژگی های اینکونل 718 است. علاوه بر دارا بودن خواص عمومی سوپرآلیاژها، اینکونل 718 دارای استحکام و مقاومت به ضربه بالایی می باشد. بدلیل مقاومت به خوردگی، اکسیداسیون و خزش، اینکونل 718 در ساخت قطعات موتور جت، پره توربین، تجهیزات حرارتی نیروگاه ها و صنایع پتروشیمی کاربرد دارد

.

نظرات کاربران پیرامون این مطلب

انصراف از پاسخ به کاربر