Phân tích chi tiết về vật liệu và tính chất của Incoloy Alloy Rod

Một đơn đặt hàng thanh là ba quyết định, và hầu hết các trang danh mục chỉ trả lời quyết định đầu tiên. Mác là một quyết định. Tình trạng cung cấp là quyết định thứ hai. Đặc tả mà chứng chỉ sẽ được viết dựa trên là quyết định thứ ba. Một người mua quyết định mác và để hai quyết định còn lại cho nhà máy thì chưa mua được vật liệu, và hóa đơn sẽ chứng minh điều đó.

Minh chứng rõ ràng nhất là hợp kim 800 dạng thanh. Cùng một hóa học, được thử nghiệm ở nhiệt độ phòng, cho độ bền chảy 250 MPa khi ủ ở 980 °C, 445 MPa khi cán nóng và 690 MPa khi kéo nguội. Độ bền kéo tăng từ 590 lên 665 lên 771 MPa qua ba điều kiện tương tự, và độ cứng tăng từ 138 lên 198 HB giữa hai điều kiện đầu tiên. Không có gì trong thành phần thay đổi. Quá trình xử lý đã thay đổi.

Sự khác biệt đó là lý do tại sao một trang có tiêu đề vật liệu và đặc tính của thanh hợp kim Incoloy phải bắt đầu bằng một cảnh báo về chủ đề của chính nó. Không có một bộ đặc tính duy nhất cho một mác thanh. Có một bộ đặc tính cho một mác trong một điều kiện được đặt tên ở một nhiệt độ thử nghiệm được đặt tên, và bất kỳ điều gì khác đều là giá trị trung bình của những thứ không nên lấy trung bình.

Trang này bao gồm ba họ Incoloy được cung cấp dưới dạng thanh, các điều kiện mà mỗi họ được mua, nhiệt độ mà mỗi họ ngừng là câu trả lời đúng, và bốn mục phải xuất hiện trên đơn đặt hàng trước khi chứng chỉ có ý nghĩa.

Incoloy là một nhãn hiệu của tập đoàn Special Metals bao gồm một họ hợp kim niken-sắt-crom. Nó không phải là một mác. Ba thành viên của họ đó thường được cung cấp dưới dạng thanh và que, và chúng được sử dụng cho ba công việc khác nhau.

Dòng 800 là hợp kim niken-sắt-crom Austenitic với khoảng 32% niken và 21% crom, và nó là thành viên chịu nhiệt của nhóm. Hợp kim 825 tăng niken lên phạm vi 38 đến 46% và bổ sung molypden và đồng, biến nó thành hợp kim chống ăn mòn trong nước cho axit sulfuric, axit phosphoric và nước biển. Hợp kim 925 giữ nguyên cơ sở 825 và tăng titan và nhôm, làm cho nó có thể làm cứng bằng kết tủa và tăng độ bền chảy từ 271 MPa lên 832 MPa sau xử lý nhiệt hai giai đoạn.

Hai điều rút ra từ bảng đó trước khi thảo luận về bất kỳ đặc tính nào. Điều đầu tiên là một yêu cầu đối với thanh Incoloy chỉ đặt tên cho một họ và không gì khác, vì vậy câu trả lời đầu tiên phải là một câu hỏi về mác nào. Thứ hai là dòng 800 chứa ba số UNS với hóa học gần như giống nhau, và sự khác biệt giữa chúng là phạm vi carbon, tổng nhôm và titan, và kích thước hạt. Đó không phải là những khác biệt về thẩm mỹ, và chúng không thể nhìn thấy trong một chứng chỉ chỉ báo cáo hóa học.

Bảng dưới đây đặt sáu sản phẩm thanh và que cạnh nhau ở nhiệt độ phòng. Năm trong số sáu là ba họ đã được mô tả. Thứ sáu là cùng một hóa học 800 ở điều kiện thứ ba, đó là điểm của bài tập.

Phạm vi độ bền chảy trong bảng đó chạy từ 250 đến 832 MPa, gấp 3,3 lần, và chỉ một phần của phạm vi đó đến từ việc thay đổi hợp kim. Riêng cột 800 bao gồm 250 đến 690 MPa với hóa học được giữ nguyên. Một người mua so sánh độ bền chảy của 800 với độ bền chảy của 925 từ hai bảng dữ liệu đang so sánh một thanh ủ với một que lão hóa, và sẽ kết luận rằng 925 là một hợp kim mạnh hơn khi phần lớn sự khác biệt là lịch lò.

Đọc thực tế rất đơn giản. Nơi thiết kế cần 700 MPa từ 800, câu trả lời là thanh kéo nguội, và cùng một lần mua mang lại độ giãn dài 17% và độ cứng không được công bố cho điều kiện đó. Nơi thiết kế cần độ dẻo cho bộ phận được định hình hoặc hàn, câu trả lời là thanh ủ ở 250 MPa với 138 HB, và bản vẽ phải chấp nhận độ bền thấp hơn. Hai cái là cùng một mác và chúng không thể thay thế cho nhau.

Logic tương tự giải thích dòng 825. Que ủ có độ bền chảy 324 MPa, thấp đối với hợp kim chống ăn mòn, và bản tin lưu ý rằng hợp kim có thể được làm cứng đáng kể bằng gia công nguội. Ống kéo nguội cùng mác đạt 889 MPa độ bền chảy với 15% độ giãn dài. Một đơn đặt hàng que cần nhiều hơn độ bền ủ phải yêu cầu điều kiện kéo nguội và chấp nhận sự mất độ dẻo tương tự như dữ liệu ống cho thấy.

Hợp kim 800 được ra mắt vào những năm 1950 như một hợp kim chịu nhiệt với hàm lượng niken tương đối thấp, và lý do cho chi tiết cuối cùng đó là một chỉ định chiến lược về niken vào thời điểm đó. Nó được phê duyệt cho bình áp lực vào năm 1963, và việc phê duyệt đã giới thiệu sự khác biệt vẫn chi phối dòng này: mác 1 ủ ở khoảng 980 °C, và mác 2 ủ ở khoảng 1.150 °C. Mác thứ hai là cái đã trở thành 800H.

Lý do cho mác thứ hai là hiện tượng rão. Hợp kim 800 được sử dụng cho dịch vụ lên đến khoảng 816 °C, và ở nhiệt độ đó thiết kế thường dựa trên các đặc tính kéo. Trên nhiệt độ đó, thiết kế được chi phối bởi độ bền đứt và rão, và cả hai đều phản ứng với kích thước hạt và hàm lượng carbon. Cấu trúc hạt thô chịu được trượt biên hạt tốt hơn cấu trúc hạt mịn, và hàm lượng carbon cao hơn hỗ trợ mạng lưới cacbua giữ các biên hạt. Hợp kim 800H được viết để yêu cầu cả hai, và đặc tả của nó yêu cầu phạm vi carbon từ 0,05 đến 0,10% cùng với kích thước hạt trung bình ASTM 5 hoặc thô hơn.

Hợp kim 800HT là một hạn chế hơn nữa trong cùng một phạm vi, được giới thiệu để giữ nhôm và titan ở phần trên của phạm vi, nơi các đặc tính rão và đứt cao hơn. Hóa học của nó nằm trong giới hạn 800H, tổng nhôm cộng titan của nó là 0,85 đến 1,20% so với 0,30 đến 1,20% đối với 800H, và xử lý nhiệt của nó là tối thiểu 2.100 °F (1.149 °C).

Cột cuối cùng là cột gây ra rắc rối thương mại. Hợp kim 800HT đáp ứng các yêu cầu của cả N08811 và N08810 và có thể được chứng nhận cho một hoặc cả hai. Ngược lại không đúng. Vật liệu được sản xuất theo N08810 không thể được chứng nhận là N08811 trừ khi nó đáp ứng các yêu cầu bổ sung về nhôm, titan và xử lý nhiệt, và nhà cung cấp cung cấp 800H như một sự thay thế cho 800HT đã cung cấp một ứng suất thiết kế khác.

Kích thước hạt thuộc về đơn đặt hàng vì lý do tương tự. Nó là kết quả của quá trình ủ cuối cùng và lượng gia công nóng trước đó, và nó không thể phục hồi từ chứng chỉ hóa học. Người mua đặt hàng 800H chỉ dựa trên thành phần có thể nhận được một thanh có hạt mịn đáp ứng mọi yếu tố hóa học và không mang lại tuổi thọ rão mà thiết kế giả định.

Mác 825 là một vấn đề khác. Nó là hợp kim niken-sắt-crom với molypden, đồng và titan, và các phụ gia này nhằm mục đích chống ăn mòn trong nước. Crom bao phủ môi trường oxy hóa như axit nitric và nitrat. Molypden và đồng bao phủ môi trường khử như axit sulfuric và phosphoric. Molypden cũng tăng khả năng chống ăn mòn rỗ và ăn mòn kẽ. Titan, với xử lý nhiệt phù hợp, ổn định hợp kim chống lại sự nhạy cảm với ăn mòn liên hạt.

Giới hạn nhiệt độ là phần mà các trang danh mục bỏ qua. Bản tin hợp kim nêu rõ rằng phơi nhiễm trên khoảng 1.000 °F (540 °C) có thể gây ra những thay đổi vi cấu trúc và hình thành pha làm giảm đáng kể độ dẻo và độ bền va đập, và vì lý do này, hợp kim thường không được sử dụng ở nhiệt độ mà các đặc tính rão-đứt là các yếu tố thiết kế. Đó không phải là việc giảm định mức cho một dạng sản phẩm cụ thể. Đó là một tuyên bố về hợp kim.

Đối với người mua thanh, hậu quả là 825 thuộc về phía ăn mòn của nhà máy chứ không phải phía nóng. Ống trao đổi nhiệt, thân van hoặc trục bơm trong dịch vụ axit sulfuric là ứng dụng của nó. Một bộ phận hỗ trợ hoạt động ở 700 °C thì không, và không có lượng niken nào trong phân tích thay đổi điều đó.

Xử lý nhiệt cũng quan trọng ở đây. Các sản phẩm nhà máy được xử lý để phát triển sự kết hợp giữa ổn định hóa, chống ăn mòn, đặc tính cơ học và khả năng định hình. Việc ủ tiếp theo nên nằm trong khoảng 1.700 đến 1.800 °F (930 đến 980 °C) sau đó làm nguội nhanh bằng không khí hoặc làm nguội bằng nước. Các phần dày có thể bị nhạy cảm khi làm nguội từ nhiệt độ gia công nóng và sau đó có thể bị ăn mòn liên hạt trong một số môi trường nhất định, trong trường hợp đó, quá trình ủ ổn định sẽ phục hồi khả năng chống ăn mòn. Một thanh được gia công lại trong xưởng chế tạo và để nguội trong không khí là một thanh có thể đã mất đặc tính mà nó được mua.

Hợp kim 925 là cơ sở 825 với titan tăng từ 0,6 đến 1,2% lên phạm vi 1,9 đến 2,4% và có thêm nhôm ở mức 0,1 đến 0,5%. Hai nguyên tố đó là phụ gia làm cứng, không phải phụ gia chống ăn mòn. Xử lý nhiệt kết tủa pha gamma prime, Ni3(Al, Ti), và kết tủa đó là thứ làm tăng độ bền chảy từ 271 MPa ở điều kiện ủ dung dịch lên 832 MPa sau khi lão hóa.

Sự khác biệt đó sửa chữa một mô tả phổ biến. Mác 925 thường được trình bày như 825 với hợp kim bổ sung để chống ăn mòn và chống ăn mòn rỗ. Molypden và đồng là các phụ gia chống ăn mòn và chúng giống như trong 825. Titan và nhôm có mặt để tăng cường độ bền. Khả năng chống ăn mòn của hai mác gần như nhau, điều mà dữ liệu dịch vụ khắc nghiệt trong bản tin hợp kim cho thấy: trong thử nghiệm nồi hấp khắc nghiệt với lưu huỳnh tự do, 925 bị ăn mòn ở mức 1,1 và 1,2 mpy trong hai dung dịch và 825 ở mức 1,1 và 1,6 mpy, so với 3,9 và 4,5 mpy đối với thép không gỉ loại 316.

Xử lý nhiệt có hai giai đoạn và cả hai đều có dung sai quan trọng đối với đơn đặt hàng thanh. Ủ dung dịch được thực hiện ở 1.800 đến 1.900 °F (980 đến 1.040 °C) trong tối thiểu 30 phút và tối đa 4 giờ, với làm nguội tương đương làm nguội bằng không khí hoặc nhanh hơn cho các phần có kích thước 1 inch (25 mm) trở xuống, và làm nguội bằng nước cho tất cả các kích thước trên 1 inch. Lão hóa tiếp theo ở 1.350 đến 1.380 °F (732 đến 749 °C) trong 6 đến 9 giờ, làm nguội lò đến 1.150 °F (621 °C), sau đó giữ ở 621 °C cộng hoặc trừ 8 °C trong tổng thời gian lão hóa là 18 giờ.

Cột đường kính là phần làm ngạc nhiên người mua. Các giới hạn đặc tính được viết theo dạng sản phẩm và kích thước, và quy trình gia công nóng được giữ ở mức độ bền chảy tối thiểu cao hơn quy trình gia công nguội vì thanh thử nghiệm đến từ một phần khác của quy trình. Đơn đặt hàng trích dẫn độ bền chảy tối thiểu mà không có phạm vi đường kính đã trích dẫn một con số có thể không áp dụng cho thanh đang được cắt.

Trình tự gia công là hậu quả thực tế thứ hai. Gia công thô được thực hiện trước khi làm cứng bằng kết tủa và hoàn thiện sau đó, vì hợp kim gia công tốt ở trạng thái ủ dung dịch và trạng thái lão hóa và kém ở giữa. Bản tin đi xa hơn về biến dạng: sau khi khoan một thanh đến độ dày thành dưới khoảng 25 mm, việc tiện đã tạo ra biến dạng lên đến 0,010 inch (0,25 mm), và độ lệch đã được loại bỏ hoặc giảm đáng kể bằng cách để vật liệu đứng yên trong vài tuần hoặc bằng cách gia nhiệt lại ở 1.150 °F (621 °C) trong 2 giờ trước khi tiện. Một xưởng khoan và hoàn thiện trong một lần thiết lập sẽ giữ dung sai mà vật liệu không giữ được.

Hàn có hạn chế riêng. Hàn hồ quang plasma và hàn hồ quang kim loại khí với que hàn phù hợp 725NDUR là các phương pháp được khuyến nghị, và hàn hồ quang chìm và hàn hồ quang kim loại được che chắn không được khuyến nghị cho mác này. Một thanh trở thành một cụm hàn phải được thiết kế dựa trên điều đó.

Một tuyên bố phổ biến cho nhóm là các thanh này giữ được độ bền ở nhiệt độ thường vượt quá 1.000 °C, tùy thuộc vào mác. Câu đó không tồn tại khi tiếp xúc với ba bản tin hợp kim. Hợp kim 825 bị giới hạn ở khoảng 540 °C. Hợp kim 925 giữ được độ bền ở khoảng 650 °C. Hợp kim 800 được thiết kế cho 816 °C, và trên đó câu trả lời là một xử lý nhiệt khác trong cùng một họ, không phải cùng một thanh ở nhiệt độ cao hơn.

Con số 1.000 °C đến từ đâu là thử nghiệm rão và đứt của các mác 800H và 800HT, được báo cáo ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với phạm vi thiết kế. Nhiệt độ thử nghiệm không phải là nhiệt độ sử dụng. Một thanh chịu tải ở 1.000 °C nằm ngoài cơ sở thiết kế của mọi mác trong họ này, và một đặc tả trích dẫn con số như vậy đã nhầm lẫn phòng thí nghiệm với lò nung.

Năm mục quyết định xem chứng chỉ có khớp với bộ phận hay không. Mục đầu tiên là mác với số UNS của nó, vì tên thương mại một mình không cố định hóa học. Mục thứ hai là tình trạng cung cấp, được ghi là ủ, cán nóng, kéo nguội, hoặc ủ dung dịch và lão hóa, với xử lý lão hóa nếu áp dụng trường hợp cuối cùng. Mục thứ ba là kích thước hạt, chỉ dành cho 800H và 800HT, vì nó là kết quả của quá trình ủ cuối cùng và không có trong hóa học. Mục thứ tư là cơ sở đặc tính, có nghĩa là nhiệt độ thử nghiệm và liệu các giá trị là tối thiểu hay điển hình. Mục thứ năm là tài liệu kiểm tra.

Dòng 925 đáng để ghi chú. Bản tin hợp kim đặt tên ba tài liệu cho sản phẩm và không đặt tên một đặc tả thanh và que ASTM riêng biệt, vì vậy đơn đặt hàng tự bịa ra một tài liệu đã tự bịa ra một tài liệu. Giới hạn đặc tính cho mác đến từ đặc tả nhà sản xuất HA 46, và cơ sở bình áp lực đến từ Mã Trường hợp 2218. Người mua cần tham chiếu ASTM cho 925 nên yêu cầu nhà cung cấp nêu rõ họ đang chứng nhận dựa trên cái nào trong hai cái.

Bản thân chứng chỉ nên là tài liệu EN 10204 3.1, mang kết quả thử nghiệm thực tế của lô và được đại diện kiểm tra độc lập của nhà sản xuất xác nhận. Chứng chỉ 2.2 báo cáo kết quả kiểm tra không cụ thể và không phải là cùng một tài liệu, và sự khác biệt quan trọng khi bộ phận đó đi vào ranh giới áp lực.

DLX cung cấp các mác Incoloy dưới dạng thanh và que từ Thường Châu, Giang Tô, cùng với các họ tương tự dưới dạng dây từ 0,025 mm và dải từ 0,50 mm đến 2,5 mm khi ứng dụng chuyển sang dạng khác. Đơn hàng được sản xuất theo tiêu chuẩn được đặt tên trên đơn đặt hàng, với chứng chỉ EN 10204 3.1 theo yêu cầu và số lô có thể truy xuất nguồn gốc đến kết quả thử nghiệm.

Hai câu hỏi quyết định hầu hết các báo giá. Câu hỏi đầu tiên là điều kiện, vì giá cho 800 ủ không phải là giá cho 800 kéo nguội. Câu hỏi thứ hai là liệu mác có yêu cầu kích thước hạt hay không, vì 800H và 800HT không thể báo giá nếu không có yêu cầu đó.

Câu trả lời phụ thuộc vào môi trường chứ không phải tên thương mại. Đối với bộ phận lò hoặc bộ trao đổi nhiệt trên 600 °C, dòng 800 là ứng cử viên, với 800H hoặc 800HT trên 816 °C. Đối với axit sulfuric, axit phosphoric hoặc nước biển dưới khoảng 540 °C, 825 là ứng cử viên. Đối với bộ phận dưới lòng đất hoặc đầu giếng cần độ bền chảy tối thiểu 724 MPa với khả năng chống ăn mòn khắc nghiệt, 925 là ứng cử viên.

Bởi vì rão và đứt phụ thuộc vào biên hạt và cacbua, và 800H yêu cầu phạm vi carbon từ 0,05 đến 0,10% cùng với kích thước hạt trung bình ASTM 5 hoặc thô hơn. Hạt thô làm giảm trượt biên và carbon hỗ trợ mạng lưới cacbua giữ các biên hạt. Hợp kim 800 không có yêu cầu nào, vì vậy cơ sở thiết kế của nó trên 816 °C không giống nhau.

Không. Bản tin hợp kim giới hạn nó ở khoảng 540 °C, trên đó sự hình thành pha làm giảm đáng kể độ dẻo và độ bền va đập, và nêu rõ rằng hợp kim thường không được sử dụng nơi các đặc tính rão-đứt chi phối. Giới hạn là đặc tính của hợp kim và áp dụng cho thanh, que, ống và tấm như nhau.

Lão hóa kết tủa pha gamma prime, Ni3(Al, Ti), làm tăng độ bền chảy từ 271 MPa ở điều kiện ủ dung dịch lên 832 MPa. Nó được thực hiện sau khi ủ dung dịch ở 980 đến 1.040 °C, ở 732 đến 749 °C trong 6 đến 9 giờ, sau đó làm nguội lò đến 621 °C và giữ trong tổng thời gian lão hóa là 18 giờ. Gia công thô được thực hiện trước khi lão hóa và hoàn thiện sau đó.

Nó là 825 mạnh hơn, và khả năng chống ăn mòn của hai loại gần như nhau. Các phụ gia titan và nhôm trong 925 có mặt cho phản ứng gamma prime. Molypden và đồng, mang lại khả năng chống axit khử, giống nhau ở cả hai mác. Trong thử nghiệm nồi hấp khắc nghiệt với lưu huỳnh tự do, hai hợp kim ghi nhận tốc độ tương tự, và cả hai đều thấp hơn nhiều so với thép không gỉ loại 316.

Chỉ khi điều kiện và nhiệt độ thử nghiệm khớp nhau. Cùng một hóa học 800 cho độ bền chảy 250 MPa ủ, 445 MPa cán nóng và 690 MPa kéo nguội. So sánh giữa giá trị tấm 800 ủ và giá trị thanh 800 kéo nguội là so sánh hai quy trình, và hợp kim biến mất khỏi phép so sánh.

Họ thanh Incoloy bao gồm ba công việc. Dòng 800 là thành viên chịu nhiệt, và ba số UNS của nó khác nhau về carbon, về nhôm và titan, và về kích thước hạt, với kích thước hạt mang ứng suất thiết kế rão trên 816 °C. Hợp kim 825 là thành viên chống ăn mòn trong nước, với giới hạn gần 540 °C mà các trang danh mục có xu hướng bỏ qua. Hợp kim 925 là thành viên có thể làm cứng bằng kết tủa, với độ bền chảy 832 MPa sau xử lý hai giai đoạn và bảng đặc tính được viết theo dạng sản phẩm và đường kính.

Đặc tính gắn kết chúng lại là không có mác nào trong số này có độ bền mà không có điều kiện. Sự lan rộng từ 250 đến 832 MPa trên toàn bộ họ, và từ 250 đến 690 MPa trong một mác, lớn hơn sự khác biệt giữa hầu hết các mác. Đơn đặt hàng đặt tên mác, điều kiện, kích thước hạt khi áp dụng và chứng chỉ đã đặc tả một vật liệu. Một cái đặt tên thương mại đã đặc tả một họ.