Tấm Inconel 718 – Lựa chọn tốt nhất cho cánh tua-bin và bồn chứa cryogen

Inconel 718 là một hợp kim niken-khromium hiệu suất cao, được biết đến với độ bền vượt trội, khả năng chống oxy hóa và ăn mòn, cũng như hiệu suất tuyệt vời ở nhiệt độ cao. Hợp kim này chủ yếu gồm niken (50-55%), crôm (17-21%) và các nguyên tố quan trọng như molypden, niobi và titan, những yếu tố này mang lại những đặc tính nổi bật, khiến Inconel 718 trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng hàng không vũ trụ, sản xuất điện và nhiệt độ cực thấp.

Tấm Inconel 718 được sản xuất với nhiều độ dày khác nhau và được sử dụng rộng rãi trong các môi trường có áp lực cao và nhiệt độ cao, nơi mà vật liệu cần duy trì tính toàn vẹn cơ học dưới những điều kiện thách thức. Nhờ vào độ bền giới hạn chảy cao, khả năng kháng mệt mỏi và chống lại sự biến dạng nhiệt, tấm Inconel 718 đặc biệt phù hợp để chế tạo lưỡi turbine và bồn chứa cryogenics, nơi có các điều kiện cực đoan về áp suất, nhiệt độ và ứng suất cơ học.

Ứng dụng của Tấm Inconel 718

1. Lá turbin trong động cơ phản lực: Bảng Inconel 718 là một vật liệu chính được sử dụng trong ngành công nghiệp hàng không, đặc biệt cho các lá turbin trong động cơ phản lực. Khả năng chịu nhiệt cao (lên đến 700°C) mà không mất độ bền của vật liệu này khiến nó trở thành sự lựa chọn tuyệt vời cho các lá turbin, nơi phải chịu nhiệt độ cao và ứng suất cơ học lớn phát sinh trong quá trình bay. Sự kháng lại mệt mỏi nhiệt, oxi hóa và biến dạng dưới tác động nhiệt của Inconel 718 làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng hiệu suất cao này.

2. Bồn Cryogen và Động cơ Tên lửa: Một ứng dụng quan trọng khác của tấm Inconel 718 là trong các bồn cryogen được sử dụng trong khám phá không gian và động cơ tên lửa. Trong những hệ thống này, vật liệu phải chịu được nhiệt độ cực thấp, thường dưới -250°C (-418°F). Inconel 718 đã được thiết kế đặc biệt để hoạt động hiệu quả ở cả điều kiện nhiệt độ cao và cryogen, khiến nó trở thành lựa chọn hoàn hảo cho các bồn cryogen và các bộ phận liên quan được sử dụng trong việc lưu trữ và vận chuyển khí lỏng như hydro lỏng và oxy lỏng.

3. Turbine Khí và Sản xuất Điện: Trong các nhà máy điện và hệ thống năng lượng khác, tấm Inconel 718 được sử dụng trong các bộ phận turbine quan trọng. Hiệu suất tuyệt vời của vật liệu trong môi trường nhiệt độ cao đảm bảo rằng các bộ phận như lưỡi dao, rô-to và stato trong turbine khí có thể chịu được các áp lực cao xảy ra trong quá trình sản xuất năng lượng. Khả năng kháng oxi hóa và chống biến dạng nhiệt ở nhiệt độ vượt quá 700°C cho phép vận hành đáng tin cậy, lâu dài trong các ứng dụng đòi hỏi này.

4. Thiết bị Xử lý Hóa chất: Inconel 718 cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp xử lý hóa chất cho các ứng dụng mà khả năng kháng cả nhiệt độ cao và ăn mòn là yếu tố then chốt. Các bồn chứa, phản ứng và các bộ phận nhiệt độ cao khác khi tiếp xúc với hóa chất mạnh thường được làm từ Inconel 718, vì nó cung cấp độ bền lâu dài trong môi trường ăn mòn.

5. Ứng dụng trong ngành hàng hải và ngoài khơi: tấm Inconel 718 được sử dụng trong tua-bin hàng hải, hoạt động khoan sâu dưới biển và các thiết bị ngoài khơi khác nơi các bộ phận bị phơi nhiễm cả áp suất cao và nước muối ăn mòn. Khả năng kháng ăn mòn, độ mạnh cao và khả năng chống mệt mỏi của nó làm cho nó trở thành vật liệu phù hợp cho các ứng dụng hiệu suất cao và chịu áp lực lớn.

Cấp độ & Thông số kỹ thuật

Tấm Inconel 718 được sản xuất để đáp ứng các tiêu chuẩn ngành cụ thể và cấp độ nhất định nhằm đảm bảo đáp ứng yêu cầu khắt khe của các ứng dụng như lưỡi tua-bin và bồn chứa nhiệt độ thấp. Một số tiêu chuẩn chính bao gồm:

1. UNS N07718: Đây là ký hiệu tiêu chuẩn cho Inconel 718. Nó được sử dụng rộng rãi cho các bộ phận cần phải chịu được nhiệt độ cao và stress cơ học. Tấm UNS N07718 được biết đến với độ mạnh vượt trội, khả năng kháng oxi hóa và sự ổn định nhiệt ở nhiệt độ cao, làm cho nó lý tưởng cho lưỡi tua-bin, bồn chứa nhiệt độ thấp và ứng dụng hàng không vũ trụ.

2. AMS 5596: Tiêu chuẩn này dành cho tấm Inconel 718 sử dụng trong ứng dụng hàng không vũ trụ. AMS 5596 đặc biệt thích hợp cho các lưỡi tua-bin quan trọng và các bộ phận động cơ bị phơi nhiễm nhiệt độ cực đoan và tải cơ học trong quá trình vận hành.

3. AMS 5590: Đây là một thông số kỹ thuật khác cho tấm Inconel 718, thường được sử dụng để chế tạo các bộ phận hàng không vũ trụ. Nó được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng yêu cầu khả năng kháng mệt mỏi và bò cao, chẳng hạn như cánh tua-bin và các thành phần động cơ tên lửa.

4. DIN 2.4668: Tiêu chuẩn châu Âu tương đương với UNS N07718, cấp độ này được sử dụng cho các ứng dụng quan trọng tương tự, bao gồm cánh tua-bin, bồn chứa nhiệt độ thấp và các thành phần trong môi trường nhiệt độ cao. Thành phần và đặc tính hiệu suất của nó rất gần với các tiêu chuẩn ASTM được sử dụng ở Hoa Kỳ.

Quy trình sản xuất tấm Inconel 718

Quy trình sản xuất tấm Inconel 718 bao gồm một loạt các bước để đảm bảo rằng vật liệu đáp ứng các tiêu chuẩn cần thiết cho các ứng dụng hiệu suất cao. Các quy trình này được thiết kế để cải thiện các đặc tính cơ học của vật liệu và đảm bảo sự nhất quán về kích thước và chất lượng của tấm.

1. Quá trình tan chảy và hợp kim hóa: Việc sản xuất tấm Inconel 718 bắt đầu bằng việc làm tan nickel tinh khiết cao, crôm, molypđen, niobi và titan trong lò cảm ứng chân không hoặc lò hồ quang điện. Sự kiểm soát chính xác quá trình hợp kim hóa đảm bảo rằng vật liệu có thành phần hóa học và đặc tính đúng đắn, bao gồm khả năng kháng oxi hóa tuyệt vời, độ bền và khả năng kháng mệt mỏi nhiệt.

2. Luyện kim và tạo hình: Sau khi hợp kim được tan chảy, nó được rót vào các phôi lớn hoặc ingot. Các phôi sau đó được làm nóng và rèn để tinh luyện vật liệu và cho nó hình dạng cần thiết. Bước này cũng đảm bảo sự đồng đều trong cấu trúc hạt, điều này rất quan trọng để duy trì độ mạnh cao và khả năng kháng lại hiện tượng trượt dưới điều kiện khắc nghiệt.

3. Ép cán và tạo tấm: Các phôi đã được rèn sau đó được ép nóng thành các tấm lớn có độ dày khác nhau. Quá trình ép cán tinh luyện cấu trúc hạt của vật liệu và cải thiện các đặc tính cơ học của nó, đặc biệt là độ bền và khả năng kháng mệt mỏi. Độ dày của tấm được kiểm soát cẩn thận để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của lưỡi tua-bin, bồn chứa nhiệt độ cực thấp và các ứng dụng khác.

4. Xử lý nhiệt: Tấm Inconel 718 trải qua quy trình xử lý nhiệt bao gồm làm mềm bằng hòa tan sau đó là già hóa. Làm mềm bằng hòa tan được sử dụng để giảm stress và đồng nhất cấu trúc vi mô, trong khi già hóa được thực hiện để tăng cường độ của vật liệu thông qua quá trình cứngening do kết tinh. Quy trình xử lý nhiệt này đảm bảo rằng vật liệu có thể hoạt động ở mức tối đa dưới cả điều kiện nhiệt độ cao và nhiệt độ cực thấp.

5. Hoàn thiện và Kiểm tra: Sau khi xử lý nhiệt, tấm Inconel 718 được đưa vào các quy trình hoàn thiện để đạt được bề mặt và kích thước theo yêu cầu. Sau đó, tấm được kiểm tra về bất kỳ khuyết tật hay sự không đều nào bên trong. Các kỹ thuật kiểm tra phổ biến bao gồm kiểm tra siêu âm, kiểm tra dòng điện cảm ứng và kiểm tra bằng tia X. Các phép đo kích thước cũng được thực hiện để đảm bảo rằng tấm đáp ứng các tiêu chuẩn cần thiết cho ứng dụng dự định.

Yêu cầu của Người dùng

Người sử dụng tấm Inconel 718 thường có những yêu cầu khắt khe do tính chất hiệu suất cao của các ứng dụng. Một số yêu cầu chính từ người dùng bao gồm:

1. Khả năng chịu lực cao và chống mệt mỏi: Bảng Inconel 718 phải thể hiện độ bền kéo xuất sắc và khả năng chống mệt mỏi, đặc biệt trong các cánh tua-bin và bộ phận bị tải trọng tuần hoàn và ứng suất cơ học cao. Vật liệu phải duy trì tính toàn vẹn trong thời gian sử dụng dài, ngay cả dưới điều kiện hoạt động khắc nghiệt.

2. Khả năng chịu nhiệt cao: Đối với các ứng dụng trong động cơ phản lực, tua-bin và các hệ thống nhiệt độ cao khác, bảng Inconel 718 phải giữ được độ mạnh và hiệu suất ở nhiệt độ vượt quá 700°C (1290°F). Khả năng chịu biến dạng nhiệt và chống oxy hóa của nó làm cho nó trở thành lý tưởng cho các bộ phận hoạt động trong môi trường có nhiệt độ thay đổi.

3. Hiệu suất cryogenic: Trong các ứng dụng cryogenic, bảng Inconel 718 được kỳ vọng sẽ giữ nguyên các thuộc tính cơ học ở nhiệt độ cực thấp, thường dưới -250°C (-418°F). Vật liệu phải duy trì độ dai, sự ổn định kích thước và khả năng chống giòn ngay cả trong những điều kiện khắc nghiệt này.

4. Khả năng chống ăn mòn và oxi hóa: Các bộ phận khi tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt, như các đơn vị xử lý hóa chất, ứng dụng hàng hải và tuabin phát điện, đòi hỏi vật liệu có khả năng chống oxi hóa và ăn mòn. Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của Inconel 718 đảm bảo độ bền lâu dài trong điều kiện khắc nghiệt.

5. Độ chính xác về kích thước: Người dùng trong ngành hàng không vũ trụ và phát điện yêu cầu tấm Inconel 718 phải đáp ứng các thông số kích thước chính xác. Tolerance chặt chẽ là cần thiết để đảm bảo rằng tấm này lắp vừa vào các hệ thống phức tạp và hoạt động đáng tin cậy dưới điều kiện áp suất cao và nhiệt độ cao.

6. Khả năng hàn và gia công dễ dàng: Tấm Inconel 718 cũng nên được hàn dễ dàng và thích ứng với nhiều kỹ thuật gia công khác nhau. Khả năng hàn tốt của nó đảm bảo rằng nó có thể được tích hợp vào các hệ thống phức tạp mà không làm giảm độ mạnh hoặc khả năng kháng nhiệt cao.