5s
+1
Submission successful!
Pegas yang bertahan pada suhu stabil 600 °C tidak secara otomatis berarti pegas tersebut dapat bertahan pada sepuluh ribu siklus antara 20 dan 600 °C. Kedua persyaratan tersebut gagal karena mekanisme yang berbeda. Kasus stabil dibatasi oleh endapan dan relaksasi, sedangkan kasus siklik dibatasi oleh regangan termal yang tidak dapat dihindari oleh pegas, yang mengubah perbedaan suhu menjadi tegangan sebelum beban eksternal diterapkan.
Perbedaan itulah yang dimiliki bersama oleh industri kedirgantaraan dan energi. Mesin pesawat terbang berputar antara idle di darat dan lepas landas, dan pembangkit listrik berputar antara start dingin dan beban penuh. Keduanya digambarkan sebagai aplikasi suhu tinggi, dan pada keduanya peristiwa yang merusak adalah tanjakan dan bukan penahanan. Pegas yang hanya dipilih berdasarkan suhu maksimum telah dikualifikasi terhadap setengah dari tugasnya.
Halaman ini membahas sisi termal pegas dalam aplikasi siklik: dari mana tegangan termal berasal, seberapa besar untuk X-750, mengapa ia terkonsentrasi pada tiga fitur perakitan nyata, dan bagaimana ia bergabung dengan relaksasi yang dihasilkan oleh suhu yang sama.
Benda bebas mengembang saat dipanaskan dan tidak menimbulkan tegangan. Benda yang terbatasi ingin mengembang dalam jumlah yang sama tetapi tidak bisa, sehingga perbedaan menjadi regangan dan regangan menjadi tegangan. Tiga kuantitas menentukan besarnya tegangan tersebut, dan ketiganya dipublikasikan untuk X-750.
| Kuantitas | Nilai untuk X-750 | Apa yang dilakukannya dalam perhitungan |
|---|---|---|
| Koefisien ekspansi termal | Rata-rata 7,8 x 10 ksi pada 70 °F dan 25,0 x 10 inci/inci/°F dari 70 hingga 800 °F, sekitar 14,0 x 10 ksi pada 70 °F dan 25,0 x 10 per °C | Menentukan seberapa banyak logam ingin tumbuh untuk kenaikan suhu tertentu |
| Modulus elastisitas | 31,0 x 10AMS 5667, 5668, 5670, 5671, dan 5747, spesifikasi material kedirgantaraan untuk batang, tempa, dan cincin paduan nikel X-750. ksi pada 70 °F, 25,0 pada 1.000 °F | Mengubah regangan yang dicegah menjadi tegangan |
| Rasio Poisson | 0,29 | Memasukkan faktor batasan biaxial sebesar 1 dikurangi rasio Poisson |
Perkiraan standar untuk bagian yang sepenuhnya terbatas adalah modulus dikalikan dengan koefisien ekspansi dan perubahan suhu, dibagi dengan satu dikurangi rasio Poisson. Untuk X-750 pada sifat suhu ruangan, itu memberikan tegangan sekitar 4,1 MPa untuk setiap kelvin perubahan suhu, sebelum beban yang diterapkan ditambahkan.
| Perubahan suhu | Tegangan termal dalam batasan penuh | Apa artinya bagi paduan |
|---|---|---|
| 25 °C | Sekitar 100 MPa | Tambahan kecil pada tegangan layanan |
| 50 °C | Sekitar 200 MPa | Fraksi signifikan dari tegangan desain pegas |
| 100 °C | Sekitar 410 MPa | Sebanding dengan tegangan kerja pegas yang sangat terbebani |
| 150 °C | Sekitar 610 MPa | Istilah termal sekarang mendominasi keadaan tegangan |
| 200 °C | Sekitar 810 MPa | Pada kekuatan luluh material yang sudah tua, sehingga peluluhan diharapkan terjadi |
Angka-angka di atas dihitung dari modulus, koefisien ekspansi, dan rasio Poisson yang dipublikasikan untuk paduan, dengan tiga asumsi yang dinyatakan sehingga dapat ditantang. Batasan adalah lengkap, yang merupakan kasus terburuk dan jarang benar dalam perakitan nyata. Tidak ada relaksasi plastis, yang tidak benar setelah tegangan mencapai luluh. Dan modulus diambil pada suhu ruangan, yang melebih-lebihkan tegangan pada suhu tinggi karena modulus turun saat logam memanas. Tujuan tabel adalah untuk menunjukkan urutan besarnya, dan urutan besarnya adalah intinya: perubahan suhu 200 °C cukup untuk mencapai luluh pada X-750 yang sepenuhnya terbatas tanpa beban eksternal apa pun.
Karena asumsi tersebut konservatif, tegangan sebenarnya lebih rendah, dan respons desain sama dalam kedua kasus. Pegas dalam aplikasi siklik harus dipasang sehingga dapat mengembang, dan kelonggaran ekspansi adalah fitur gambar dan bukan properti material.
Kurva kelelahan yang diukur pada suhu konstan menggambarkan bagian yang ditahan pada suhu tersebut dan dibebani secara mekanis. Pegas dalam pabrik siklik mengalami kasus kedua: ia dibebani oleh suhu itu sendiri, dan rentang regangan berasal dari ekspansi dan bukan dari gaya eksternal. Keduanya menghasilkan umur yang berbeda pada amplitudo tegangan nominal yang sama, karena siklus termal juga menggerakkan material melalui rentang suhu di mana kekuatan dan daktilitasnya sendiri berubah.
| Rentang mengatur regangan termal, dan ujung atas mengatur relaksasi | Kelelahan isotermal | Kelelahan termal |
|---|---|---|
| Sumber regangan | Beban eksternal yang diterapkan pada suhu konstan | Batasan pada ekspansi termal |
| Apa yang dikontrol dalam pengujian | Amplitudo tegangan atau regangan pada suhu tetap | Rentang suhu dan batasan mekanis |
| Tempat retakan dimulai | Konsentrasi tegangan geometri | Batasan yang menghasilkan regangan termal tertinggi |
| Peran material | Kekuatan kelelahan pada suhu tersebut | Koefisien ekspansi, modulus, dan daktilitas di seluruh rentang |
| Apa yang harus dinyatakan dalam gambar pegas | Amplitudo tegangan dan jumlah siklus | Rentang suhu, laju tanjakan, dan batasan pemasangan |
Konsekuensi praktisnya adalah pegas yang dikualifikasi oleh uji kelelahan isotermal pada suhu tertinggi belum dikualifikasi untuk siklus termal antara kedua ekstrem. Uji yang menggambarkan tugas menerapkan rentang suhu ke perangkat keras yang dirakit, atau menerapkannya ke kupon dalam rig yang mereproduksi batasan.
Dalam perakitan nyata, batasan tidak pernah seragam, dan tegangan termal terkonsentrasi di tempat pegas ditahan. Tiga fitur memperhitungkan sebagian besar kasus, dan masing-masing memiliki respons desain yang biayanya lebih murah daripada perubahan material.
| Dudukan dan kumparan ujung pegas | Kumparan ujung dijepit ke dudukan yang mengembang dalam jumlah yang berbeda, sehingga kumparan aktif pertama menanggung perbedaannya | Tentukan material dudukan dan periksa perbedaan ekspansi pada suhu kerja |
|---|---|---|
| Batang atau lubang pemandu | Pegas mengembang secara radial terhadap pemandu, dan kumparan mengikat sebelum defleksi desain tercapai | Sediakan kelonggaran radial untuk ekspansi pada suhu tertinggi, bukan pada suhu ruangan |
| Pegas paralel | Dua pegas dengan panjang atau material yang berbeda berbagi beban, dan yang lebih kaku mengambil lebih banyak saat suhu naik | Cocokkan pasangan berdasarkan laju pada suhu, atau terima pembagian beban secara eksplisit |
| Kasus batang pemandu adalah yang menghasilkan kegagalan tanpa penyebab metalurgi. Pegas yang benar saat dingin dapat mengikat pada pemandunya saat panas, dan kumparan kemudian bertindak sebagai kolom padat pada tegangan yang tidak pernah dirancang oleh kawat. Kelonggaran yang mencegahnya adalah fungsi dari diameter rata-rata, koefisien ekspansi, dan kenaikan suhu, dan itu adalah dimensi pada gambar. | Dua Mekanisme yang Bekerja Bersamaan | Aplikasi panas siklik tidak memilih antara relaksasi dan kelelahan termal. Ia menerapkan keduanya, dan keduanya berinteraksi sedemikian rupa sehingga memperpendek umur melebihi salah satunya saja. Relaksasi menghilangkan beban selama penahanan, sehingga pegas duduk lebih rendah dengan setiap siklus, dan posisi yang lebih rendah mengubah keadaan tegangan yang dihasilkan tanjakan termal berikutnya. Kelelahan termal kemudian memulai retakan pada bagian yang tegangannya telah didistribusikan ulang oleh relaksasi. |
Urutan juga penting. Pegas yang cepat mengendur selama penahanan pertama kehilangan pra-beban dan kemudian berputar pada tegangan yang lebih rendah, yang bisa kurang merusak daripada pegas yang menahan bebannya dan berputar pada tegangan desain. Itulah sebabnya angka relaksasi saja tidak dapat memprediksi umur bagian siklik, dan mengapa pemasok yang hanya mengutip persentase relaksasi telah menjawab pertanyaan yang berbeda.
Apa yang Diberikan Paduan dan Apa yang Harus Dilakukan Desain
X-750 memberikan koefisien ekspansi sekitar 7,8 x 10
-6
3 ksi pada 70 °F dan 25,0 x 10Apa yang harus disediakan desain adalah kebebasan untuk mengembang. Itu mengambil tiga bentuk: pemasangan yang memungkinkan pegas tumbuh secara aksial, kelonggaran radial pada pemandu yang dihitung pada suhu tertinggi, dan material dudukan yang ekspansinya cukup dekat dengan pegas sehingga perbedaannya tetap berada dalam rentang elastis. Pegas yang benar dalam ketiga aspek tersebut akan bertahan lebih lama daripada paduan yang lebih baik dalam pemasangan yang kaku.AMS 5667, 5668, 5670, 5671, dan 5747, spesifikasi material kedirgantaraan untuk batang, tempa, dan cincin paduan nikel X-750.-6
per °F, yang sekitar 50% lebih banyak daripada X-750, sehingga perakitan terbatas dalam baja tersebut mengembangkan tegangan termal sekitar 50% lebih banyak untuk perubahan suhu yang sama. Paduan nikel dipilih karena kekuatannya pada suhu dan ketahanan oksidasinya, dan ekspansinya yang lebih rendah adalah manfaat sekunder yang paling penting dalam desain yang sangat terbatas.
Spesifikasi dan Bentuk Produk ksi pada 70 °F dan 25,0 x 10Aplikasi
Titik termal yang harus diperiksa
| Pegas perangkat keras kompresor dan turbin | Kawat AMS 5699, temper pegas, sudah tua | Laju tanjakan dan batasan pada dudukan |
|---|---|---|
| Pegas katup dan segel pembangkit listrik | Kawat AMS 5699 dengan perlakuan tiga kali lipat | Waktu penahanan pada suhu tertinggi, di mana relaksasi menumpuk |
| Pegas dalam tumpukan baut | Batang AMS 5667 dalam kondisi disamakan dan sudah tua | Perbedaan ekspansi terhadap material baut |
| Pegas atau klip bagian tipis | Lembaran AMS 5542 atau AMS 5598 | Gradien ketebalan selama tanjakan cepat |
| Kumparan diameter kecil | Tabung AMS 5582 atau kawat AMS 5698 | Kelonggaran pada pemandu, dihitung panas |
| Dokumen mengikuti bentuk dan perlakuan panas, dan bengkel pegas yang mengganti spesifikasi batang dengan spesifikasi kawat telah mengubah kondisi serta bentuknya. Perlakuan penuaan dalam dokumen kawat ditulis untuk kawat, dan perlakuan dalam dokumen batang ditulis untuk batang, dan keduanya tidak dapat dipertukarkan meskipun paduannya sama. | Apa yang Harus Dimasukkan dalam Permintaan Penawaran | Enam item menjelaskan tugas termal, dan tiga item pertama adalah yang ditinggalkan oleh gambar suhu ruangan. |
Item
Rentang suhu, kedua ujungnya
| Rentang mengatur regangan termal, dan ujung atas mengatur relaksasi | Laju tanjakan dan jeda |
|---|---|
| Tanjakan cepat menghasilkan gradien penampang, dan jeda panjang mengakumulasi relaksasi | Batasan pemasangan di setiap ujung |
| Ujung bebas dan ujung terjepit menghasilkan tegangan termal yang berbeda pada pegas yang sama | Material dudukan dan pemandu |
| Perbedaan ekspansi terhadap bagian pasangan menambah regangan | Jumlah siklus dan target umur |
| Kelelahan termal dan relaksasi menumpuk pada kurva yang berbeda | Kondisi perlakuan panas |
| Perlakuan tiga kali lipat adalah yang dimaksudkan untuk beban berkelanjutan di atas 593 °C | Di Mana DLX Berada |
| DLX memasok Inconel X-750 di Changzhou, Jiangsu, dalam kawat mulai dari 0,025 mm, batang bulat hingga 50 mm, strip dari 0,50 mm hingga 2,5 mm tebalnya, dan tabung serta pelat dalam ukuran pabrik standar. Material dipasok sesuai spesifikasi AMS yang disebutkan pada pesanan, dengan sertifikat EN 10204 3.1 berdasarkan permintaan dan nomor panas yang dapat dilacak ke hasil pengujian. | Pertanyaan yang menentukan kutipan adalah siklus termal dan bukan suhu maksimum. Pegas yang ditahan pada 600 °C dan pegas yang berputar antara 20 dan 600 °C adalah pesanan yang berbeda untuk paduan yang sama, karena yang pertama dibatasi oleh relaksasi dan yang kedua oleh regangan yang tidak dapat diatasi oleh pemasangan. |
Apakah paduan tahan panas cukup untuk aplikasi siklik?
Tidak. Paduan tahan panas menjawab pertanyaan apakah material mempertahankan kekuatan pada suhu tertinggi. Aplikasi siklik juga menanyakan apa yang terjadi pada regangan ketika bagian tersebut terbatas dan suhu berubah, dan jawaban itu berasal dari koefisien ekspansi, modulus, dan pemasangan. Paduan dengan ekspansi lebih rendah dan kekuatan lebih rendah dapat berkinerja lebih baik daripada yang lebih kuat dalam pemasangan yang kaku.
3
-6AMS 5667, 5668, 5670, 5671, dan 5747, spesifikasi material kedirgantaraan untuk batang, tempa, dan cincin paduan nikel X-750.Apakah tegangan termal menambah tegangan pegas? ksi pada 70 °F dan 25,0 x 10Mengapa pegas mengikat pada pemandunya saat panas?
Apakah perlakuan panas tiga kali lipat membantu bagian siklik?
Apa perbedaan antara kelelahan termal dan kelelahan isotermal?
Ringkasan
3
-6AMS 5667, 5668, 5670, 5671, dan 5747, spesifikasi material kedirgantaraan untuk batang, tempa, dan cincin paduan nikel X-750.Bagian yang sepenuhnya terbatas mengembangkan sekitar 4,1 MPa per kelvin, yang mencapai kekuatan luluh material yang sudah tua pada perubahan 200 °C. Tidak ada perakitan yang sepenuhnya terbatas dan modulus turun seiring suhu, sehingga tegangan sebenarnya lebih rendah. Kesimpulannya tidak bergantung pada angka pasti: pegas dalam aplikasi siklik dibatasi oleh regangan yang tidak dapat diatasi oleh pemasangan, dan batas itu ditetapkan pada gambar. ksi pada 70 °F dan 25,0 x 10Buletin teknis Special Metals untuk paduan INCONEL X-750, publikasi SMC-067. Sumber nomor UNS N07750 dan nomor Werkstoff 2.4669, batas komposisi 70,00% nikel plus kobalt minimum dan 14,0 hingga 17,0% kromium, ekspansi linier rata-rata 7,8 x 10
-6
3 ksi pada 70 °F dan 25,0 x 103AMS 5667, 5668, 5670, 5671, dan 5747, spesifikasi material kedirgantaraan untuk batang, tempa, dan cincin paduan nikel X-750.AMS 5698 dan AMS 5699, spesifikasi material kedirgantaraan untuk kawat paduan nikel X-750 dalam temper No. 1 dan pegas.AMS 5667, 5668, 5670, 5671, dan 5747, spesifikasi material kedirgantaraan untuk batang, tempa, dan cincin paduan nikel X-750.AMS 5542 dan AMS 5598, spesifikasi material kedirgantaraan untuk lembaran, strip, dan pelat paduan nikel X-750.
AMS 5582, spesifikasi material kedirgantaraan untuk tabung mulus paduan nikel X-750.
ASTM E2368, praktik standar untuk pengujian kelelahan termomekanis yang dikontrol regangan, sebagai referensi metode untuk hasil kelelahan termal.
ASTM E606, metode uji standar untuk pengujian kelelahan yang dikontrol regangan, sebagai referensi metode untuk perbandingan isotermal.
EN 10204, dokumen inspeksi, untuk definisi sertifikat 3.1 sebagai dokumen yang membawa hasil pengujian aktual dan disahkan oleh perwakilan inspeksi independen produsen.
Nilai tegangan termal di halaman ini dihitung dari konstanta fisik yang dipublikasikan untuk paduan, dengan asumsi batasan lengkap, perilaku elastis, dan modulus suhu ruangan yang dinyatakan dalam teks, dan itu adalah perkiraan urutan besarnya dan bukan tegangan desain. Perakitan nyata sebagian terbatas, meluluh secara lokal, dan berjalan pada modulus di bawah nilai suhu ruangan, sehingga tegangan yang terukur lebih rendah dari yang dihitung dan desain harus dikonfirmasi dengan analisis atau pengujian. Koefisien ekspansi adalah nilai rata-rata selama interval yang dinyatakan, dan desain yang bergantung pada pita sempit harus menggunakan data untuk pita tersebut. Hasil kelelahan dan relaksasi bergantung pada rentang regangan, suhu, permukaan, dan perlakuan panas, sehingga kurva yang dipublikasikan untuk satu kondisi tidak memprediksi kondisi lain. Spesifikasi produk direvisi, dan edisi yang disebutkan pada pesanan pembelian berlaku. Tidak ada dalam halaman ini yang menggantikan rilis teknik atau pengujian kualifikasi yang disepakati antara pembeli dan pemasok.
english
français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
português
Nederlandse
ελληνικά
日本語
한국
中文
العربية
हिन्दी
Türkçe
indonesia
tiếng Việt
ไทย
বাংলা
فارسی
polski