Inconel: Paduan Berkinerja Tinggi yang Mendorong Inovasi Dirgantara dan Energi

Dua pembeli memesan batang paduan 718 yang sama pada hari yang sama. Satu membangun cakram kompresor untuk mesin pesawat dan yang lainnya membangun badan katup untuk stasiun transmisi gas. Kedua gambar menyatakan UNS N07718, keduanya memerlukan sertifikat, dan tidak ada bagian yang dapat dipertukarkan satu sama lain. Perbedaannya bukan pada komposisi dan bukan pada nama grade. Ini adalah kondisi pengiriman, rute perlakuan panas, properti yang diharapkan untuk mengakhiri bagian, dan dokumen yang membuktikan bagian tersebut memenuhinya.

Paduan 718 adalah paduan nikel-kromium yang dikeraskan presipitasi dengan besi sebagai penyeimbang, dan ia dikeraskan oleh fase gamma prime dan gamma double prime dan bukan oleh pengerjaan dingin. Produsen menyatakan rentang yang dapat digunakan dari -253 °C hingga 704 °C, dan ujung atas dari rentang tersebut ditentukan oleh presipitat yang sama yang memberikan kekuatan. Segala sesuatu yang mengikuti tentang pekerjaan kedirgantaraan dan energi berada dalam jendela tersebut, dan kedua industri menggunakan bagian yang berbeda darinya dengan aturan penerimaan yang berbeda.

Halaman ini menguraikan kondisi pengiriman yang membawa kedua pasar, dua rute perlakuan panas dan apa yang diperdagangkan oleh masing-masing, alasan mengapa bilah turbin bukan bagian dari paduan 718, dan rute ketiga yang ditambahkan oleh minyak dan gas di atasnya.

Komposisi tetap dalam batas-batas di bawah ini, dan kondisinya adalah apa yang dipilih oleh pesanan pembelian. Pabrik memasok paduan 718 dalam keadaan anil larutan, dalam keadaan anil larutan dan usia, atau dalam kondisi yang terkait dengan salah satu dari dua rute perlakuan panas standar. Nomor spesifikasi mengikuti bentuk dan kondisi bersama-sama, sehingga batang yang dipesan berdasarkan dokumen yang salah tiba dengan properti yang salah apa pun yang dikatakan sertifikat tentang kimia.

Batas komposisi adalah 50,00 hingga 55,00% nikel ditambah kobalt, 17,00 hingga 21,00% kromium, besi sebagai penyeimbang, 4,75 hingga 5,50% niobium ditambah tantalum, 2,80 hingga 3,30% molibdenum, 0,65 hingga 1,15% titanium, 0,20 hingga 0,80% aluminium, 1,00% kobalt maksimum, 0,08% karbon maksimum, dan 0,006% boron maksimum. Kepadatan adalah 8,19 g/cm3 dalam kondisi anil dan rentang leleh adalah 1.260 hingga 1.336 °C.

Dua baris pertama adalah yang menyebabkan perselisihan pengiriman. Material AMS 5662 dikirim dalam kondisi anil larutan, yang cukup lunak untuk dimesin dan dibentuk, dan spesifikasi mensyaratkan bahwa ia dapat diperlakukan panas untuk memenuhi properti AMS 5663 sesudahnya. Pembeli yang memesan 5662 dan memeriksa batang saat kedatangan akan mengukur kekerasan rendah dan kekuatan rendah, dan kedua pembacaan tersebut benar. Pembeli yang memesan 5662 dengan maksud untuk melewati perlakuan penuaan telah membeli bagian dengan kekuatan desain sekitar setengahnya.

Paduan yang sama mencapai dua kombinasi properti yang berbeda melalui dua jadwal yang dipublikasikan, dan pilihannya adalah keputusan desain yang harus dibuat sebelum gambar dirilis. Produsen menggambarkan satu rute sebagai yang optimal di mana umur pecah, umur pecah takik, dan daktilitas pecah penting bersama-sama, dan yang lainnya sebagai rute untuk aplikasi yang dibatasi tarik dalam bagian tebal.

Tabel itu adalah seluruh argumen halaman ini dalam satu tempat. Rute butir halus memberikan kekuatan lelah tertinggi dan perilaku pecah terbaik, dan ia mengorbankan daktilitas melintang dalam bagian tebal. Rute butir kasar memberikan daktilitas melintang dan ketangguhan benturan yang dibutuhkan tempa berat, dan ia memperkenalkan kecenderungan kerapuhan takik dalam pecah tegangan. Pembeli yang menentukan satu rute karena itu adalah rute pada pesanan pembelian terakhir telah membuat keputusan tentang mode kegagalan tanpa mengatakannya.

Penuaan juga harus mengikuti anil larutan karena alasan metalurgi yang diberikan produsen. Aluminium, titanium, dan niobium yang membentuk presipitat penguat harus dalam larutan sebelum penuaan dimulai. Jika mereka sudah mengendap sebagai fase lain, mereka tidak akan mengendap dengan benar dan kekuatan penuh paduan tidak akan tercapai. Itulah sebabnya batang yang dianil pabrik tidak dapat diperkuat hanya dengan penuaan setelah pengelasan atau pembentukan panas tanpa perlakuan larutan baru, dan mengapa urutan tersebut termasuk dalam pesanan pembelian.

Kedirgantaraan dan energi membeli grade yang sama berdasarkan bukti yang berbeda. Tabel menyajikan kedua posisi penerimaan berdampingan, dan perbedaan menjelaskan mengapa satu paduan memiliki dua tingkat harga dan dua waktu tunggu.

Kesalahan spesifikasi pada baris terakhir layak mendapat satu kalimat sendiri di sisi energi. Tempa berat yang diberi usia pada rute butir halus memenuhi persyaratan tarik suhu ruangan dan masih dapat gagal dalam nilai daktilitas melintang dan benturan yang dibutuhkan bagian tebal, karena properti tersebut dikorbankan untuk mendapatkan kekuatan lelah. Kesalahan sebaliknya sama umum: cakram kompresor yang terbuat dari stok butir kasar lulus uji tarik dan memberikan umur lelah yang lebih pendek dari yang diasumsikan desain.

Produsen mencantumkan cincin, selubung, dan berbagai bagian lembaran logam yang dibentuk untuk mesin turbin gas dan berbasis darat, bersama dengan komponen untuk roket bahan bakar cair, tangki kriogenik, pengencang, dan bagian instrumentasi. Daftar itu tidak termasuk bilah turbin, dan penghilangan itu bukan kecelakaan kata-kata.

Bilah duduk di jalur gas pada suhu logam di atas batas 704 °C yang dinyatakan produsen untuk paduan ini, sehingga presipitat gamma double prime yang memberikan kekuatan akan mengasar dan bagian tersebut akan kehilangan properti yang dipilihnya. Bilah dicetak dari paduan yang dirancang untuk posisi tersebut di mesin, dan cetakan diproduksi melalui pemadatan terarah atau sebagai kristal tunggal sehingga batas butir tidak melintasi bagian panas. Paduan 718 adalah grade tempa, dan jalurnya ke dalam mesin adalah bagian kompresor, selubung, cincin, dan rakitan lembaran logam di belakang bagian panas.

Perbedaan itu mengubah apa yang harus diminta pembeli. Permintaan bilah paduan 718 tidak dapat dipenuhi dengan produk tempa, dan pemasok yang menerima pertanyaan tersebut salah memahaminya atau mengutip paduan yang berbeda. Permintaan cakram kompresor, selubung, segel, dan pengencang paduan 718 adalah pertanyaan tempa normal, dan rute spesifikasi dan perlakuan panas adalah dua item yang menentukan apakah itu dipenuhi.

Minyak dan gas menambahkan persyaratan yang tidak dikenakan oleh kedirgantaraan maupun pembangkit listrik, dan itu berasal dari lingkungan dan bukan dari suhu. Produksi asam mengandung hidrogen sulfida, dan paduan berkekuatan tinggi dalam layanan tersebut terpapar pada keretakan tegangan sulfida. NACE MR0175 dan ISO 15156 menanganinya melalui kekerasan, dan produsen memasok kondisi paduan 718 yang dibangun di sekitar batas tersebut.

Material yang diproduksi untuk penggunaan ladang minyak di bawah NACE MR0175 harus memenuhi kekerasan maksimum 40 HRC dalam kondisi anil larutan dan usia. Produsen mencapainya dengan perlakuan larutan pada 1.010 hingga 1.038 °C diikuti dengan penuaan pada 788 °C selama enam hingga delapan jam dan pendinginan udara, yang merupakan jadwal ketiga yang berbeda dari kedua rute dalam tabel di atas.

Batas kekerasan adalah bagian yang cenderung terlewatkan oleh pembeli. Kondisi kedirgantaraan standar untuk paduan 718 berjalan pada 331 hingga 341 HB, dan konversi ke Rockwell C menempatkannya di atas batas 40 HRC yang diizinkan oleh layanan asam. Paduannya sama dan kimianya sama, jadi sertifikat yang melaporkan komposisi yang benar dan perlakuan panas yang salah masih akan gagal dalam aplikasi. Kondisi ladang minyak ada karena kekuatan yang dimaksimalkan oleh kedirgantaraan adalah kekuatan yang dibatasi oleh layanan asam.

Paduan 718 adalah jawaban kekuatan dalam keluarga ini, dan dua grade lainnya mencakup tugas-tugas di mana kekuatan bukan persyaratan pembatas. Paduan 625 mengandalkan molibdenum dan niobium dalam larutan padat dan bukan pada presipitat, sehingga ia mempertahankan propertinya tanpa perlakuan penuaan dan tahan terhadap oksidasi hingga sekitar 980 °C di udara. Paduan 600 adalah grade nikel-kromium berkekuatan lebih rendah yang muncul di penukar panas dan di bagian suhu lebih tinggi dari pembangkit listrik.

Ketiga grade tersebut bukanlah peringkat. Bagian lembaran 625 pada 900 °C melakukan sesuatu yang tidak dapat dilakukan oleh bagian 718, dan cakram 718 pada 650 °C membawa beban yang tidak dapat dibawa oleh cakram 625 pada bagian yang sama. Pemilihan mengikuti mekanisme yang diharapkan untuk mengakhiri bagian, yang merupakan kalimat yang sama yang mengatur pilihan perlakuan panas di dalam paduan 718 itu sendiri.

Set dokumen mengikuti bentuk, dan bentuk mengikuti rute manufaktur. Pembeli yang mengetahui bagian tersebut dan bukan spesifikasinya cenderung memesan yang salah.

ASTM B637 dan dokumen AMS tumpang tindih dalam kimia dan berbeda dalam kontrol. Spesifikasi ASTM mencakup paduan untuk penggunaan teknik umum dan memungkinkan kondisi disepakati antara pembeli dan pemasok. Dokumen AMS menetapkan kondisi, minimum properti, dan ketertelusuran yang dibutuhkan oleh rilis kedirgantaraan. Bagian dapat memenuhi B637 dan gagal dalam rilis AMS hanya karena dokumentasi, itulah sebabnya gambar harus menamai dokumen dan bukan grade.

Delapan item memisahkan kutipan yang dapat dibandingkan dari yang harus dikutip ulang.

DLX memasok paduan 718 dari Changzhou, Jiangsu, dalam kawat dari 0,025 mm, batang bulat hingga 50 mm, strip dari 0,50 mm hingga 2,5 mm tebalnya, bersama dengan tabung dan pelat dalam ukuran pabrik standar, bersama dengan 625 dan 600 untuk tugas-tugas di mana grade yang dikeraskan presipitat bukanlah jawaban yang tepat. Material dipasok berdasarkan spesifikasi ASTM atau AMS yang disebutkan pada pesanan, dengan sertifikat EN 10204 3.1 berdasarkan permintaan dan nomor panas yang dapat dilacak ke hasil pengujian.

Pertanyaan yang memutuskan kutipan biasanya adalah mode kegagalan dan bukan grade. Bagian yang ukurannya ditentukan oleh kelelahan, bagian yang ukurannya ditentukan oleh pecah dalam bagian tebal, dan bagian yang ukurannya ditentukan oleh batas kekerasan dalam layanan asam adalah tiga pesanan berbeda untuk paduan yang sama, dan masing-masing lebih murah untuk ditentukan dengan benar daripada diganti.

Tidak. Produsen mencantumkan cincin, selubung, dan bagian lembaran logam yang dibentuk untuk mesin turbin gas, dan tidak mencantumkan bilah. Paduan 718 adalah grade tempa dengan batas yang dinyatakan 704 °C, dan bilah duduk di jalur gas di atas suhu tersebut. Bilah dicetak dari paduan yang dirancang untuk bagian panas, dan cetakan diproduksi melalui pemadatan terarah atau sebagai kristal tunggal. Paduan 718 muncul di kompresor, selubung, cincin, dan rakitan lembaran logam.

Kondisi perlakuan panas. AMS 5662 dipasok dalam keadaan anil larutan, yang cukup lunak untuk dimesin dan dibentuk, dan spesifikasi mensyaratkan bahwa material tersebut kemudian dapat diberi usia untuk memenuhi properti AMS 5663. AMS 5663 dipasok anil larutan dan usia, dengan tarik 185 ksi, luluh 150 ksi, elongasi 12%, dan 331 HB pada suhu ruangan. Bagian yang dibeli dengan 5662 dan dipasang tanpa penuaan memiliki kekuatan desain sekitar setengahnya.

Rute butir kasar pada 1.038 hingga 1.066 °C, ketika daktilitas melintang dan kekuatan benturan dalam bagian tebal menentukan penerimaan. Rute tersebut memberikan daktilitas melintang terbaik dan properti benturan serta tarik takik suhu rendah terbaik, dan ia membawa kecenderungan kerapuhan takik dalam pecah tegangan. Rute butir halus pada 927 hingga 1.010 °C memberikan kekuatan lelah tertinggi dan perilaku pecah terbaik, dan ia mengorbankan daktilitas melintang dalam bagian tebal.

Karena kekuatan berasal dari presipitat gamma prime dan gamma double prime, dan fase double prime mengasar seiring kenaikan suhu. Produsen menyatakan rentang yang dapat digunakan dari -253 °C hingga 704 °C, dan angka atas adalah properti dari mekanisme penguatan dan bukan batas dari rentang leleh, yang adalah 1.260 hingga 1.336 °C. Bagian yang harus berjalan di atas batas tersebut membutuhkan grade yang berbeda, dan grade larutan padat dalam keluarga adalah tempat pencarian itu dimulai.

Ya, dalam kondisi yang diproduksi untuknya di bawah NACE MR0175 dan ISO 15156, dengan kekerasan maksimum 40 HRC. Produsen mencapai batas tersebut dengan perlakuan larutan pada 1.010 hingga 1.038 °C dan penuaan pada 788 °C selama enam hingga delapan jam, diikuti dengan pendinginan udara. Kondisi kedirgantaraan standar berjalan pada 331 hingga 341 HB, yang dikonversi di atas batas layanan asam, sehingga perlakuan panas dan bukan kimia menentukan apakah bagian tersebut dapat digunakan.

Tergantung siapa yang harus menerima bagian tersebut. ASTM B637 mencakup paduan untuk penggunaan teknik umum dan memungkinkan kondisi disepakati antara pembeli dan pemasok, yang cocok untuk pekerjaan industri dan energi. Dokumen AMS menetapkan kondisi, minimum properti, dan ketertelusuran yang dibutuhkan oleh rilis kedirgantaraan. Bagian dapat memenuhi B637 dan masih gagal dalam rilis AMS karena dokumentasi, jadi gambar harus menyatakan dokumen dan revisinya.

Paduan 718 adalah satu komposisi dengan beberapa kondisi pengiriman, dan kondisinya dipilih berdasarkan mode kegagalan. Rute butir halus memberikan kekuatan lelah yang dibutuhkan oleh bagian kedirgantaraan yang berputar. Rute butir kasar memberikan daktilitas melintang dan ketangguhan benturan yang dibutuhkan oleh tempa energi berat, dengan mengorbankan kecenderungan kerapuhan takik dalam pecah tegangan. Rute ketiga ada untuk layanan asam, di mana batas 40 HRC lebih penting daripada kekuatan tarik.

Dua fakta menjaga pemilihan keluarga tetap jujur. Batas 704 °C berasal dari presipitat, sehingga bilah di jalur gas adalah cetakan dan bukan bagian 718 tempa. Dan paduan yang sama pada 331 hingga 341 HB gagal dalam batas layanan asam yang tidak dapat diungkapkan oleh kimia saja. Grade, spesifikasi, kondisi, dan mode kegagalan yang mengatur harus ada dalam permintaan bersama-sama, karena tiga di antaranya tanpa yang keempat menghasilkan bagian yang memenuhi sertifikatnya dan bukan tugasnya.

Buletin teknis Special Metals untuk paduan INCONEL 718, publikasi SMC-045. Sumber untuk nomor UNS N07718 dan nomor Werkstoff 2.4668, batas komposisi 50,00 hingga 55,00% nikel ditambah kobalt dan 17,00 hingga 21,00% kromium dengan besi sebagai penyeimbang, kepadatan 8,19 g/cm3, rentang leleh 1.260 hingga 1.336 °C, rentang yang dapat digunakan dari -253 °C hingga 704 °C, mekanisme penguatan gamma prime dan gamma double prime, dua jadwal perlakuan panas standar pada 927 hingga 1.010 °C dan 1.038 hingga 1.066 °C, pernyataan bahwa rute butir halus optimal untuk umur pecah dan daktilitas pecah dan menghasilkan kekuatan lelah tertinggi, pernyataan bahwa rute butir kasar lebih disukai untuk aplikasi yang dibatasi tarik dalam bagian tebal dengan kecenderungan kerapuhan takik dalam pecah tegangan, minimum properti untuk AMS 5596, 5597, 5589, 5662, 5663, dan 5664, daftar aplikasi yang mencakup cincin, selubung, dan bagian lembaran logam yang dibentuk untuk mesin turbin gas, dan kondisi ladang minyak di bawah NACE MR0175 dengan maksimum 40 HRC.

AMS 5662 dan AMS 5663, spesifikasi material kedirgantaraan untuk batang, tempa, dan cincin paduan nikel 718 dalam kondisi anil larutan dan dalam kondisi anil larutan dan usia.

AMS 5596 dan AMS 5597, spesifikasi material kedirgantaraan untuk lembaran, strip, dan pelat paduan nikel 718.

AMS 5664, spesifikasi material kedirgantaraan untuk batang, tempa, dan cincin paduan nikel 718 dalam kondisi butir kasar.

AMS 5589, spesifikasi material kedirgantaraan untuk tabung tanpa sambungan paduan nikel 718.

ASTM B637, spesifikasi standar untuk batang, tempa, dan stok tempa paduan nikel pengerasan presipitasi untuk layanan suhu tinggi.

NACE MR0175 dan ISO 15156, standar untuk material untuk digunakan dalam lingkungan yang mengandung hidrogen sulfida dalam produksi minyak dan gas.

EN 10204, dokumen inspeksi, untuk definisi sertifikat 3.1 sebagai dokumen yang membawa hasil pengujian aktual dan disahkan oleh perwakilan inspeksi independen produsen.

Komposisi dan minimum properti di atas adalah nilai spesifikasi dan hasil tipikal untuk grade dan kondisi yang disebutkan, dan mereka bukan batas penerimaan untuk lot yang dikirim. Properti bergantung pada ukuran bagian, arah pengujian, dan perlakuan panas yang sebenarnya dilakukan, sehingga nilai yang dikutip dari tabel dapat berbeda dari