นำเข้าและจำหน่าย Hastelloy C276,Hastelloy B2,Hastelloy C22,Carpenter 20Cb3,Nickel 201,Monel 400,Inconel 600,Inconel 601,Inconel 625,Inconel 618,Incoloy 800HT,Grade2,Titanium Gr.2 ALLOY,C276,ALLOY B2,ALLOY 22, ALLOY 20, ALLOY 201,ALLOY 400,ALLOY 600, ALLOY 601, ALLOY 625, ALLOY 718, ALLOY 800HT, Titanium
นิกเกิลไทเทเนียมหรือที่รู้จักกันในชื่อไนทินอลเป็นโลหะ ผสมของนิกเกิลและไทเทเนียมโดยธาตุทั้งสองมีสัดส่วนอะตอมใกล้เคียงกัน โลหะผสม แต่ละชนิดมีชื่อเรียกตามสัดส่วนน้ำหนักของนิกเกิล เช่น ไนทินอล 55 และไนทินอล 60
Titanium TB - 340 ASTM B348 Grade2 Titanium Gr.2
ALLOY C276 ASTM B574 UNS N10276 Hastelloy C276
ALLOY B2 ASTM B335 UNS N10665 Hastelloy B2
ALLOY 22 ASTM B574 UNS N06022 Hastelloy C22
ALLOY 20 ASTM B473 UNS N08020 Carpenter 20Cb3
ALLOY 201 ASTM B160 UNS N02201 Nickel 201
ALLOY 400 ASTM B164 UNS N04400 Monel 400
ALLOY 600 ASTM B166 UNS N06600 Inconel 600
ALLOY 601 ASTM B166 UNS N06601 Inconel 601
ALLOY 625 ASTM B446 UNS N06625 Inconel 625
ALLOY 718 ASTM B637 UNS N07718 Inconel 618
ALLOY 800HT ASTM B408 UNS N08811 Incoloy 800HT
โลหะผสมไนทินอลแสดงคุณสมบัติเฉพาะสองประการที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด ได้แก่ ปรากฏการณ์ จำรูปร่างและคุณสมบัติยืดหยุ่นยิ่งยวด (หรือที่เรียกว่าคุณสมบัติยืดหยุ่นยิ่งยวด) คุณสมบัติจำรูปร่างคือความสามารถของไนทินอลในการเสียรูปที่อุณหภูมิหนึ่ง คงรูปเดิมเมื่อแรงภายนอกถูกดึงออก จากนั้นจึงคืนรูปเดิมที่ยังไม่เสียรูปเมื่อได้รับความร้อนสูงกว่า "อุณหภูมิเปลี่ยนรูป" คุณสมบัติยืดหยุ่นยิ่งยวดคือความสามารถของโลหะในการเสียรูปขนาดใหญ่และกลับคืนสู่รูปร่างเดิมที่ยังไม่เสียรูปได้ทันทีเมื่อแรงภายนอกถูกดึงออก ไนทินอลสามารถเสียรูปยืดหยุ่นได้มากกว่าโลหะอื่นถึง 10 ถึง 30 เท่า ไม่ว่า ไนทินอลจะมีพฤติกรรมแบบจำรูปร่างหรือแบบยืดหยุ่นยิ่งยวดขึ้นอยู่กับว่า ไนทินอลมีพฤติกรรมเหนืออุณหภูมิเปลี่ยนรูปขณะเกิดปฏิกิริยาหรือไม่ ไนทินอลจะประพฤติตัวแบบจำรูปร่างเมื่ออุณหภูมิเย็นกว่าอุณหภูมิเปลี่ยนรูป และจะยืดหยุ่นยิ่งยวดเมื่ออุณหภูมิอุ่นกว่า
คุณสมบัติที่ไม่ธรรมดาของไนตินอลเกิดจากการเปลี่ยนแปลงเฟสของสถานะของแข็งแบบกลับได้ที่เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงแบบมาร์เทนไซต์ระหว่างเฟสผลึกมาร์เทนไซต์สองเฟสที่แตกต่างกัน ซึ่งต้องใช้ความเค้นเชิงกล 69–138 MPa (10,000–20,000 psi)
ที่อุณหภูมิสูง ไนทินอลจะมีโครงสร้างลูกบาศก์แบบง่ายแทรกซึม เรียกว่าออสเทไนต์ (หรือที่รู้จักกันในชื่อเฟสแม่) ที่อุณหภูมิต่ำ ไนทินอลจะเปลี่ยนรูปไปเป็นโครงสร้างผลึกโมโนคลินิก ที่ซับซ้อนกว่า ซึ่งเรียกว่ามาร์เทนไซต์ (เฟสลูก) โดยอัตโนมัติ[ 8 ]มีอุณหภูมิเปลี่ยนผ่านสี่แบบที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนรูปจากออสเทไนต์เป็นมาร์เทนไซต์ และจากมาร์เทนไซต์เป็นออสเทไนต์ เริ่มจากออสเทไนต์เต็ม มาร์เทนไซต์จะเริ่มก่อตัวเมื่อโลหะผสมเย็นลงจนถึงอุณหภูมิเริ่มต้นของมาร์เทนไซต์หรือ M sและอุณหภูมิที่การเปลี่ยนแปลงเสร็จสมบูรณ์เรียกว่าอุณหภูมิสิ้นสุดของมาร์เทนไซต์หรือ M fเมื่อโลหะผสมเป็นมาร์เทนไซต์เต็มและถูกให้ความร้อน ออสเทไนต์จะเริ่มก่อตัวที่อุณหภูมิเริ่มต้นของออสเทไนต์ A sและสิ้นสุดที่ อุณหภูมิ สิ้นสุด ของ ออสเทไนต์ A f [ 9 ]
ฮิสเทอรีซิสทางความร้อนของการเปลี่ยนเฟสของไนทินอล
วัฏจักรการทำความเย็น/ทำความร้อนแสดงฮิสเทอรีซิส ทาง ความร้อน ความกว้างของฮิสเทอรีซิสขึ้นอยู่กับองค์ประกอบและกระบวนการของไนทินอลที่แม่นยำ โดยทั่วไปค่านี้จะอยู่ในช่วงอุณหภูมิประมาณ 20–50 °C (36–90 °F) แต่สามารถลดหรือเพิ่มค่านี้ได้โดยการผสมโลหะผสม[ 10 ]และการแปรรูป[ 11 ]
คุณสมบัติของไนทินอลที่สำคัญมีอยู่สองประเด็นหลักของการเปลี่ยนเฟสนี้ ประการแรกคือการเปลี่ยนเฟสนี้สามารถ "ย้อนกลับได้" ซึ่งหมายความว่า การให้ความร้อนสูงกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสจะทำให้โครงสร้างผลึกเปลี่ยนกลับเป็นเฟสออสเทไนต์ที่เรียบง่ายกว่า ประเด็นสำคัญประการที่สองคือการเปลี่ยนเฟสในทั้งสองทิศทางเกิดขึ้นทันที
โครงสร้างผลึกของมาร์เทนไซต์ (หรือที่เรียกว่าโครงสร้างโมโนคลินิก หรือโครงสร้าง B19') มีความสามารถพิเศษในการรับการเสียรูปอย่างจำกัดในบางลักษณะโดยไม่ทำลายพันธะอะตอม การเสียรูปประเภทนี้เรียกว่าtwinning ซึ่งประกอบด้วยการจัดเรียงตัวของระนาบอะตอมใหม่โดยไม่ก่อให้เกิดการลื่นไถลหรือการเสียรูปถาวร มาร์เทนไซต์สามารถรับความเครียดได้ประมาณ 6-8% ด้วยวิธีนี้ เมื่อมาร์เทนไซต์เปลี่ยนกลับเป็นออสเทไนต์โดยความร้อน โครงสร้างออสเทไนต์เดิมจะกลับคืนสู่สภาพเดิม โดยไม่คำนึงว่า เฟสของมาร์เทนไซต์จะถูกเสียรูปหรือไม่ ดังนั้น รูปร่างของเฟสออสเทไนต์ที่อุณหภูมิสูงจึงถูก "จดจำ" แม้ว่า โลหะผสมจะถูกเสียรูปอย่างรุนแรงที่อุณหภูมิต่ำกว่า[ 12 ]
มุมมอง 2 มิติของโครงสร้างผลึกของไนตินอลในระหว่างรอบการทำความเย็น/ทำความร้อน
สามารถสร้างแรงกดดันมหาศาลได้โดยการป้องกันการกลับคืนสภาพของมาร์เทนไซต์ที่เสียรูปเป็นออสเทไนต์ จาก 240 MPa (35,000 psi) เป็นมากกว่า 690 MPa (100,000 psi) ในหลายกรณี หนึ่งในเหตุผลที่ไนทินอลทำงานหนักเพื่อกลับคืนสู่รูปร่างเดิมก็คือ มันไม่ใช่แค่โลหะผสมธรรมดา แต่เป็นสิ่งที่เรียกว่าสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิก ในโลหะ ผสมธรรมดา ส่วนประกอบต่างๆ จะเรียงตัวกันอย่างสุ่มในโครงตาข่ายผลึก ในสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกที่มีการจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบ อะตอม (ในกรณีนี้คือนิกเกิลและไทเทเนียม) จะมีตำแหน่งเฉพาะเจาะจงมากในโครงตาข่าย[ 13 ]ความจริงที่ว่า ไนทินอลเป็นสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกเป็นสาเหตุหลักของความซับซ้อนในการผลิตอุปกรณ์ที่ทำจากโลหะผสม[ ทำไม?
เพื่อคงสภาพ "รูปร่างเดิม" โลหะผสมจะต้องถูกยึดให้อยู่ในตำแหน่งและให้ความร้อนถึงประมาณ 500 °C (930 °F) กระบวนการนี้มักเรียกว่า การ ขึ้นรูป[ 14 ]ผลกระทบที่สองที่เรียกว่า superelasticity หรือ pseudoelasticity ก็พบในไนทินอลเช่นกัน ผลกระทบนี้เป็นผลโดยตรงจากการที่มาร์เทนไซต์สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งจากการใช้แรงเค้นและการทำให้เย็นลง ดังนั้น ในช่วงอุณหภูมิหนึ่งๆ เราสามารถใส่แรงเค้นลงบนออสเทไนต์ ทำให้เกิดมาร์เทนไซต์ขึ้นพร้อมๆ กับการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ในกรณีนี้ ทันทีที่แรงเค้นถูกกำจัดออกไป ไนทินอลจะกลับคืนสู่รูปร่างเดิมโดยอัตโนมัติ ในการใช้งานนี้ ไนทินอลมีพฤติกรรมเหมือนสปริงซูเปอร์สปริง ซึ่งมีช่วงความยืดหยุ่นมากกว่าวัสดุสปริงทั่วไป 10 ถึง 30 เท่า อย่างไรก็ตาม มีข้อจำกัด: ผลกระทบนี้สังเกตได้ที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิ A f ประมาณ 40 °C (72 °F) เท่านั้น ขีดจำกัดบนนี้เรียกว่า M d [ 15 ] ซึ่งสอดคล้องกับอุณหภูมิสูงสุดที่ยังคงสามารถเกิดการก่อตัวของมาร์เทนไซต์ภายใต้แรงเค้นได้ ต่ำกว่า M dการก่อตัวของมาร์เทนไซต์ภายใต้แรงกดทำให้เกิดความยืดหยุ่นยิ่งยวดเนื่องจากการเกิดคู่ เหนือ M dเนื่องจากมาร์เทนไซต์ไม่ได้เกิดขึ้นแล้ว การตอบสนองเดียวต่อแรงเค้นคือการเลื่อนตัวของโครงสร้างจุลภาคออสเทนนิติก ซึ่งส่งผลให้เกิดการเสียรูปถาวร
โดยทั่วไปไนทินอลประกอบด้วยนิกเกิลประมาณ 50 ถึง 51% ตามเปอร์เซ็นต์อะตอม (55 ถึง 56% โดยน้ำหนัก) [ 13 ] [ 16 ]การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบเพียงเล็กน้อยสามารถเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิทรานซิชันของโลหะผสมได้อย่างมีนัยสำคัญ อุณหภูมิทรานซิชันในไนทินอลสามารถควบคุมได้ในระดับหนึ่ง โดยที่อุณหภูมิ A fอยู่ในช่วงประมาณ −20 ถึง +110 °C (−4 ถึง 230 °F) ดังนั้น จึงเป็นเรื่องปกติที่จะเรียกสูตรไนทินอลว่า "superelastic" หรือ "austenitic" หาก A fต่ำกว่าอุณหภูมิอ้างอิง ในขณะที่เรียก "shape memory" หรือ "martensitic" หากสูงกว่า อุณหภูมิอ้างอิงมักถูกกำหนดเป็นอุณหภูมิห้องหรืออุณหภูมิร่างกายมนุษย์ (37 °C หรือ 99 °F)
ผลกระทบที่พบบ่อยอย่างหนึ่งเกี่ยวกับไนทินอลคือสิ่งที่เรียกว่าเฟส Rเฟส R เป็นเฟสมาร์เทนไซต์อีกแบบหนึ่งที่แข่งขันกับเฟสมาร์เทนไซต์ที่กล่าวถึงข้างต้น เนื่องจากเฟส R ไม่ได้ให้ผลหน่วยความจำขนาดใหญ่เช่นเดียวกับเฟสมาร์เทนไซต์ จึงมักไม่มีประโยชน์ในทางปฏิบัติ
ไนตินอลนั้นผลิตได้ยากมาก เนื่องจากต้องควบคุมองค์ประกอบอย่างเข้มงวดเป็นพิเศษ และไททาเนียมมีปฏิกิริยาสูงมาก ทุกอะตอมของไททาเนียมที่รวมตัวกับออกซิเจนหรือคาร์บอน จะเป็นอะตอมที่ถูกดึงออกจากโครงตาข่าย NiTi ส่งผลให้องค์ประกอบเปลี่ยนแปลงไปและทำให้อุณหภูมิในการเปลี่ยนรูปลดลง
ปัจจุบันมีวิธีการหลอมโลหะหลักสองวิธี ได้แก่การหลอมซ้ำด้วยอาร์กสุญญากาศ (VAR) โดยการอาร์กไฟฟ้าระหว่างวัตถุดิบและแผ่นทองแดงหล่อเย็นด้วยน้ำ การหลอมโลหะจะทำในสุญญากาศสูง และตัวแม่พิมพ์ทำจากทองแดงหล่อเย็นด้วยน้ำการหลอมเหนี่ยวนำด้วยสุญญากาศ (VIM) จะทำโดยใช้สนามแม่เหล็กสลับเพื่อให้ความร้อนแก่วัตถุดิบในเบ้าหลอม (โดยทั่วไปคือคาร์บอน) ซึ่งทำได้ในสุญญากาศสูงเช่นกัน แม้ว่า ทั้งสองวิธีจะมีข้อดี แต่ก็แสดงให้เห็นว่าวัสดุหลอมด้วย VIM ที่ทันสมัยในอุตสาหกรรมมีสิ่งเจือปนน้อยกว่า VAR ที่ทันสมัยในอุตสาหกรรม ทำให้มีความต้านทานต่อความล้าสูงกว่า[ 17 ]งานวิจัยอื่นรายงานว่า VAR ที่ใช้วัตถุดิบที่มีความบริสุทธิ์สูงมากอาจนำไปสู่การลดจำนวนสิ่งเจือปนและทำให้พฤติกรรมความล้าดีขึ้น[ 18 ]นอกจากนี้ยังมีการใช้วิธีการอื่นๆ ในระดับบูทีค เช่น การหลอมด้วยอาร์กพลาสมา การหลอมด้วยกะโหลกเหนี่ยวนำ และการหลอมด้วยลำแสงอิเล็กตรอนการสะสมไอทางกายภาพยังใช้ในระดับห้องปฏิบัติการด้วย
การอบชุบไนทินอลด้วยความร้อนเป็นกระบวนการที่ละเอียดอ่อนและสำคัญยิ่ง เป็นกระบวนการที่ต้องใช้ความรู้อย่างมากในการปรับอุณหภูมิการเปลี่ยนรูปให้เหมาะสม เวลาและอุณหภูมิในการบ่มจะควบคุมการตกตะกอนของเฟสต่างๆ ที่อุดมด้วยนิกเกิล จึงควบคุมปริมาณนิกเกิลที่ตกค้างอยู่ในโครงตาข่าย NiTi การทำให้เมทริกซ์ของนิกเกิลหมดลงจะทำให้อุณหภูมิการเปลี่ยนรูปสูงขึ้น การผสมผสานระหว่างการอบชุบด้วยความร้อนและการขึ้นรูปเย็นเป็นสิ่งจำเป็นในการควบคุมคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ไนทินอล[ 19 ]
คุณสมบัติของไททาเนียม
โลหะไททาเนียมเป็นวัสดุที่มีความอเนกประสงค์อย่างยิ่งทั้งเกรดไททาเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์และโลหะผสมไททาเนียมได้รับความนิยมในอุตสาหกรรมต่างๆ มากมาย เนื่องจากคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์และคุณสมบัติทางกายภาพ คุณสมบัติของไททาเนียม ได้แก่:
ทนทานต่อการกัดกร่อนอย่างโดดเด่น
อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่เหนือกว่า
ความหนาแน่นต่ำ
ทนความร้อนสูง
ความสามารถในการถ่ายเทความร้อนสูง
ความสามารถในการออกซิเดชั่นที่ดี
จุดหลอมเหลวสูง
โมดูลความยืดหยุ่นต่ำ
ทนทานต่อการกัดเซาะได้ดีเยี่ยม
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ
สามารถนำไปผสมกับโลหะอื่นเพื่อทำโลหะผสมไททาเนียมได้
ความต้านทานการกัดกร่อนสูง
ไททาเนียมเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมหากคุณต้องการวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน
ความต้านทานนี้เกิดขึ้นเนื่องจากชั้นไททาเนียมไดออกไซด์ก่อตัวบนพื้นผิวของโลหะไททาเนียมบริสุทธิ์ ทำให้วัสดุต่างๆ แทบจะไม่สามารถทำให้เกิดรอยแตกร้าว หลุม หรือการเปลี่ยนแปลงที่ไม่พึงประสงค์อื่นๆ ได้
ความทนทานต่อการกัดกร่อนช่วยยืดอายุการใช้งานของไททาเนียม ทำให้มีอายุการใช้งานยาวนานหลายปี ไม่ว่า จะใช้งานภายนอกหรือภายในอาคารก็ตาม
ความหนาแน่นต่ำที่น่าประทับใจ
ไททาเนียมเป็นวัสดุที่มีน้ำหนักเบาอย่างน่าประทับใจ โดยมีน้ำหนักเบากว่าเหล็กประมาณ 60% และเบากว่าทองแดง 40%
เนื่องจากไม่หนักมาก จึงใช้งานง่ายและใช้งานได้ดีในสถานที่ที่ต้องการใช้วัสดุน้ำหนักเบา เช่น บนเครื่องบินหรือโครงสร้างอาคาร
อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่เหนือกว่า
ในการผลิต จำเป็นต้องพิจารณาน้ำหนักของวัสดุอย่างรอบคอบ แม้ว่าวัสดุที่มีน้ำหนักมากอาจไม่ได้ก่อให้เกิดปัญหาเสมอไป แต่วัสดุที่เบากว่ามักเป็นที่นิยมมากกว่า
อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักและความต้านทานแรงดึงที่แข็งแกร่งของไทเทเนียมทำให้เป็นวัสดุที่น่าประทับใจ แม้ว่า จะมีน้ำหนักเบากว่าเหล็กประมาณ 40% แต่ก็มีความแข็งแรงไม่แพ้กัน อีกทั้งยังมีความแข็งแรงเกือบสองเท่าของอะลูมิเนียม ซึ่งเป็นวัสดุยอดนิยมอีกชนิดหนึ่งเนื่องจากความแข็งแกร่ง อันที่จริงไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมเป็นหนึ่งในวัสดุที่แข็งแกร่งที่สุด ทำให้ไทเทเนียมเป็นวัสดุที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานด้านการผลิตหลายประเภท
ทนความร้อนและจุดหลอมเหลวสูง
ด้วยจุดหลอมเหลวที่ประมาณ 1,668°C ซึ่งสูงกว่าทั้งเหล็กและอลูมิเนียมมาก ไททาเนียมยังคงคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมไว้ได้แม้ในสภาพแวดล้อมที่ยากลำบากที่สุด
ด้วยคุณสมบัติทนความร้อนสูง ไทเทเนียมจึงยังคงแข็งแกร่งแม้ในสภาวะความร้อนสูงจัด จึงไม่น่าแปลกใจที่ไทเทเนียมเป็นวัสดุที่เลือกใช้ในการผลิตเครื่องบินและเครื่องยนต์รถสปอร์ตสมรรถนะสูง
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนคืออัตราการขยายตัวของวัสดุเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น
ยิ่งอัตรานี้ต่ำลง วัสดุจะเปลี่ยนแปลงน้อยลงเมื่อโดนความร้อน
การวัดการขยายตัวทางความร้อนของไทเทเนียมนั้นต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะอื่นๆ เช่น อะลูมิเนียมและเหล็กกล้า ซึ่งหมายความว่า ผลิตภัณฑ์ใดๆ ที่ผลิตจากไทเทเนียมจะมีแนวโน้มไม่บิดเบี้ยวเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ทำให้ไทเทเนียมเป็นตัวเลือกวัสดุที่มีความแข็งสูง
อินโคเนลเป็นซูเปอร์อัลลอยที่มีส่วนประกอบของนิกเกิล - โครเมียมมักใช้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ซึ่งชิ้นส่วนต่างๆ ต้องสัมผัสกับอุณหภูมิ ความดัน หรือแรงทางกลสูงโลหะผสมอินโคเนลมี ความทนทานต่อ การเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนเมื่อได้รับความร้อน อินโคเนลจะก่อตัวเป็นชั้นออกไซด์ที่หนา แข็งแรง และ มีคุณสมบัติ เป็นพาสซีฟปกป้องพื้นผิวจากการถูกกัดกร่อนเพิ่มเติม อินโคเนลยังคงความแข็งแรงได้ในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง เหมาะสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง ซึ่งอะลูมิเนียมและเหล็กอาจเกิดการคืบคลานเนื่องจากช่องว่างของผลึกที่เกิดจากความร้อน ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงของอินโคเนลเกิดจากการเสริมความแข็งแรงด้วยสารละลายของแข็งหรือการชุบแข็งแบบตกตะกอนขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะผสม[ 1 ] [ 2 ]
เหล็กเส้นกลม Inconel 718
โดยทั่วไปแล้วโลหะผสมอินโคเนลจะใช้ในงานที่อุณหภูมิสูง ชื่อทางการค้าทั่วไปของโลหะผสมอินโคเนล แต่ละชนิด ได้แก่:
โลหะผสม 625: Inconel 625 , Chronin 625, Altemp 625, Sanicro 625, Haynes 625, Nickelvac 625 Nicrofer 6020 และรหัส UNS N06625 [ 3 ]
โลหะผสม 600: NA14, BS3076, 2.4816, NiCr15Fe (FR), NiCr15Fe (EU), NiCr15Fe8 (DE) และการกำหนด UNS N06600
โลหะผสม 718: Nicrofer 5219, Superimphy 718, Haynes 718, Pyromet 718, Supermet 718, Udimet 718 และรหัส UNS N07718 [ 4 ]
คุณสมบัติ
เมื่อได้รับความร้อน อินโคเนลจะก่อตัวเป็นชั้นออกไซด์ที่หนาและเสถียรช่วยป้องกันพื้นผิวจากการถูกกัดกร่อนเพิ่มเติม อินโคเนลยังคงความแข็งแรงได้ในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง เหมาะสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง ซึ่งอะลูมิเนียมและเหล็กอาจเกิดการคืบคลานอันเนื่องมาจากช่องว่างของผลึกที่เกิดจากความร้อน (ดูสมการของอาร์เรเนียส) ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงของอินโคเนลพัฒนาขึ้นโดยการเสริมความแข็งแรงด้วยสารละลายของแข็งหรือการเสริมความแข็งแรงด้วยการตกตะกอน ขึ้นอยู่กับ ชนิดของโลหะผสม ในโลหะผสมที่แข็งตัวด้วยการบ่มหรือเสริมความแข็งแรงด้วยการตกตะกอน ไนโอเบียมปริมาณเล็กน้อยจะรวมตัวกับนิกเกิลเพื่อสร้าง สารประกอบ อินเตอร์เมทั ลลิก Ni 3 Nb หรือแกมมาดับเบิ้ลไพรม์ (γ") แกมมาไพรม์จะก่อตัวเป็นผลึกลูกบาศก์ขนาดเล็กที่ยับยั้งการลื่นไถลและการคืบคลานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูง การก่อตัวของผลึกแกมมาไพรม์จะเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากผ่านความร้อน 850 °C (1,560 °F) เป็นเวลาสามชั่วโมง และยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องหลังจากผ่านความร้อน 72 ชั่วโมง[ 22 ]
การเสริมสร้างกลไก
กลไกการชุบแข็งที่แพร่หลายที่สุดสำหรับโลหะผสม Inconel คือการเสริมความแข็งแรงด้วยตะกอนและการเสริมความแข็งแรงด้วยสารละลายของแข็งในโลหะผสม Inconel หนึ่งในสองวิธีนี้มักจะใช้เป็นหลัก สำหรับโลหะผสมอย่าง Inconel 718 การเสริมความแข็งแรงด้วยตะกอนเป็นกลไกหลักในการเสริมความแข็งแรง การเสริมความแข็งแรงส่วนใหญ่มาจากการมีอยู่ของตะกอนแกมมาดับเบิ้ลไพรม์ (γ″) [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]โลหะผสม Inconel มีเฟสเมทริกซ์ γ ที่มี โครงสร้าง ลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางอยู่ที่หน้า (fcc) [ 25 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]ตะกอน γ″ ประกอบด้วย Ni และ Nb โดยเฉพาะที่มีองค์ประกอบ Ni 3 Nb ตะกอนเหล่านี้เป็นอนุภาคอินเตอร์เมทัลลิกขนาดเล็ก เชื่อมโยงกัน มีรูปร่างเป็นแผ่น มีโครงสร้างแบบเตตระโกนัล[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]
การเสริมความแข็งแรงของตะกอนทุติยภูมิมาจากตะกอนแกมมาไพรม์ (γ') เฟส γ' สามารถปรากฏในองค์ประกอบหลายชนิด เช่น Ni 3 (Al, Ti) [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]เฟสตะกอนมีความสอดคล้องกันและมี โครงสร้าง fccเช่นเดียวกับเมทริกซ์ γ; [ 33 ] [ 27 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]เฟส γ' มีความแพร่หลายน้อยกว่า γ″ มาก เศษส่วนปริมาตรของเฟส γ″ และ γ' อยู่ที่ประมาณ 15% และ 4% หลังจากการตกตะกอนตามลำดับ[ 24 ] [ 25 ]เนื่องจากความสอดคล้องกันระหว่างเมทริกซ์ γ และตะกอน γ' และ γ″ จึงมีสนามความเครียดที่ขัดขวางการเคลื่อนที่ของดิสโลเคชัน การแพร่หลายของคาร์ไบด์ที่มีองค์ประกอบ MX(Nb, Ti)(C, N) ยังช่วยเสริมความแข็งแรงให้กับวัสดุอีกด้วย[ 25 ]สำหรับการเสริมความแข็งแรงของตะกอน ธาตุเช่น ไนโอเบียม ไททาเนียม และแทนทาลัมมีบทบาทสำคัญ[ 34 ]
เนื่องจากเฟส γ″ เป็นเมตาเสถียรการบ่มนานเกินไปอาจส่งผลให้ตะกอนเฟส γ″ เปลี่ยนเป็นตะกอนเฟสเดลต้า (δ) ซึ่งเป็นคู่ที่เสถียร[ 25 ] [ 27 ]เฟส δ มี โครงสร้าง ออร์โธรอมบิก องค์ประกอบ ของ Ni 3 (Nb, Mo, Ti) และไม่สอดคล้องกัน[ 35 ] [ 29 ]ส่งผลให้การเปลี่ยน γ″ เป็น δ ในโลหะผสมอินโคเนลทำให้สูญเสียความแข็งแรงของความสอดคล้องกัน ทำให้วัสดุอ่อนแอลง อย่างไรก็ตาม ในปริมาณที่เหมาะสม เฟส δ มีหน้าที่ใน การตรึง และเสริมความแข็งแรงที่ขอบเกรน[ 33 ] [ 32 ] [ 29 ]
เฟสทั่วไปอีกประการหนึ่งในโลหะผสมอินโคเนลคือเฟสอินเตอร์เมทัลลิก Lavesองค์ประกอบของมันคือ (Ni, Cr, Fe) x (Nb, Mo, Ti) yและ Ni y Nb เฟสนี้เปราะบาง และการมีอยู่ของมันอาจเป็นอันตรายต่อพฤติกรรมเชิงกลของโลหะผสมอินโคเนล[ 27 ] [ 33 ] [ 36 ]ไซต์ที่มีเฟส Laves จำนวนมากมีแนวโน้มที่จะเกิดการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวเนื่องจากศักยภาพในการกระจุกตัวของความเค้นที่สูงขึ้น[ 31 ]นอกจากนี้ เนื่องจากมีปริมาณ Nb, Mo และ Ti สูง เฟส Laves สามารถทำให้เมทริกซ์ของธาตุเหล่านี้หมดลงได้ ซึ่งทำให้การตกตะกอนและการทำให้สารละลายแข็งตัวทำได้ยากขึ้น[ 32 ] [ 36 ] [ 28 ]
สำหรับโลหะผสมอย่าง Inconel 625 การชุบแข็งด้วยสารละลายของแข็งเป็นกลไกหลักในการเสริมความแข็งแรง ธาตุอย่าง Mo [ ต้องการคำอธิบายเพิ่มเติม ]มีความสำคัญในกระบวนการนี้ Nb และ Ta ยังสามารถมีส่วนช่วยในการเสริมความแข็งแรงด้วยสารละลายของแข็งได้ในระดับที่น้อยกว่า[ 34 ]ในการเสริมความแข็งแรงด้วยสารละลายของแข็ง อะตอม Mo จะถูกแทนที่ในเมทริกซ์ γ ของโลหะผสม Inconel เนื่องจากอะตอม Mo มีรัศมีใหญ่กว่าอะตอม Ni อย่างมีนัยสำคัญ (209 pm และ 163 pm ตามลำดับ) การแทนที่นี้จึงสร้างสนามความเครียดในโครงตาข่ายผลึก ซึ่งขัดขวางการเคลื่อนที่ของจุดเคลื่อนตัว และท้ายที่สุดก็ทำให้วัสดุมีความแข็งแรงมากขึ้น
การผสมผสานระหว่างองค์ประกอบธาตุและกลไกการเสริมความแข็งแรงเป็นเหตุให้โลหะผสม Inconel สามารถรักษาคุณสมบัติทางกลและทางกายภาพที่ดีไว้ได้ เช่น ความแข็งแรงสูงและทนต่อความเมื่อยล้าที่อุณหภูมิสูง โดยเฉพาะที่อุณหภูมิสูงถึง 650 °C (1,202 °F) [ 23 ]
งานกลึง
อินโคเนลเป็นโลหะที่ยากต่อการขึ้นรูปและตัดเฉือนด้วย เทคนิค การขึ้นรูปเย็น แบบดั้งเดิม เนื่องจากการชุบแข็งด้วยงาน อย่างรวดเร็ว หลังจากการตัดเฉือนครั้งแรก การชุบแข็งด้วยงานมีแนวโน้มที่จะทำให้ชิ้นงานหรือเครื่องมือเสียรูปในการตัดเฉือนครั้งต่อๆ ไป ด้วยเหตุนี้ อินโคเนลที่ผ่านการชุบแข็งด้วยงาน เช่น 718 จึงมักถูกตัดเฉือนโดยใช้การตัดเฉือนที่แข็ง แต่รุนแรงด้วยเครื่องมือที่มีความแข็ง ซึ่งจะช่วยลดจำนวนรอบการตัดเฉือนที่จำเป็น อีกทางเลือกหนึ่งคือ การตัดเฉือนส่วนใหญ่สามารถทำได้โดยใช้ชิ้นงานในรูปแบบ "สารละลาย" [ ต้องการคำอธิบายเพิ่มเติม ]โดยจะดำเนินการเฉพาะขั้นตอนสุดท้ายหลังจากการชุบแข็งด้วยงาน อย่างไรก็ตาม บางคนอ้างว่า [ ใคร? ]ว่า อินโคเนลสามารถตัดเฉือนได้อย่างรวดเร็วด้วยความเร็วรอบแกนหมุนที่สูงมากโดยใช้เครื่องมือเซรามิกแบบหลายร่องที่มีความกว้างของการตัดแคบที่อัตราป้อนสูง เนื่องจากทำให้เกิดความร้อนเฉพาะที่และเกิดการอ่อนตัวที่ด้านหน้าของร่อง
เกลียวภายนอกจะถูกกลึงโดยใช้เครื่องกลึงเพื่อ "กลึงเกลียวแบบจุดเดียว" หรือโดยการรีดเกลียวในสภาพที่ผ่านการบำบัดด้วยสารละลาย (สำหรับโลหะผสมที่ชุบแข็งได้) โดยใช้เครื่องสกรู Inconel 718 ยังสามารถรีดเกลียวได้หลังจากการบ่มเต็มที่โดยใช้ความร้อนเหนี่ยวนำที่อุณหภูมิ 700 °C (1,290 °F) โดยไม่เพิ่มขนาดเกรน[ ต้องการการอ้างอิง ]รูที่มีเกลียวภายในจะทำโดยการกัดเกลียว เกลียวภายในยังสามารถขึ้นรูปได้โดยใช้เครื่องกัดแบบปล่อยไฟฟ้า (EDM) แบบ Sinker [ ต้องการการอ้างอิง ]
การเข้าร่วม
การเชื่อมโลหะผสมอินโคเนลบางชนิด (โดยเฉพาะโลหะผสมในกลุ่มแกมมาไพรม์ที่แข็งตัวจากการตกตะกอน เช่น วา สปาลอยและ X-750) อาจทำได้ยากเนื่องจากการเกิดรอยแตกร้าวและการแยกตัวของโครงสร้างจุลภาคของธาตุโลหะผสมใน บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน อย่างไรก็ตาม โลหะผสมหลายชนิด เช่น 625 และ 718 ได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ วิธีการเชื่อมที่นิยมใช้กันมากที่สุดคือการเชื่อมด้วยอาร์กทังสเตนแก๊สและการเชื่อมด้วยลำแสงอิเล็กตรอน[ 37 ]
การใช้งาน
เครื่องยนต์จรวด Delphin 3.0 ที่ใช้ในAstra Rocketพิมพ์ 3 มิติใน Inconel
อินโคเนลมักถูกใช้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง พบได้ทั่วไปใน ใบพัด กังหันก๊าซซีล และห้องเผาไหม้ รวมถึง โรเตอร์และซีลของ เทอร์โบชาร์จเจอร์เพลามอเตอร์ปั๊มน้ำบาดาลแบบจุ่มไฟฟ้า ตัวยึดอุณหภูมิสูง กระบวนการทางเคมีและภาชนะรับแรงดันท่อแลกเปลี่ยนความร้อนเครื่องกำเนิดไอน้ำ และส่วนประกอบหลักในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์น้ำแรงดันสูง[ 38 ] การแปรรูปก๊าซธรรมชาติที่มีสารปนเปื้อน เช่น H2S และ CO2 แผ่นกั้นเสียงปืน และระบบไอเสีย ของ Formula One , NASCAR , NHRAและAPR, LLC [ 39 ] [ 40 ]นอกจากนี้ยังใช้ในระบบเทอร์โบของMazda RX7 รุ่นที่ 3 และระบบไอเสียของเครื่องยนต์ Wankel กำลังสูง และรถจักรยานยนต์ Nortonที่อุณหภูมิไอเสียสูงกว่า 1,000 °C (1,830 °F) [ 41 ]อินโคเนลถูกนำมาใช้มากขึ้นในหม้อไอน้ำของเตาเผาขยะ[ 42 ] ภาชนะสุญญากาศของ Joint European TorusและDIII-D tokamaks ทำจาก Inconel [ 43 ] Inconel 718 มักใช้สำหรับ ถังเก็บ อุณหภูมิต่ำมากเพลาใต้หลุม ชิ้นส่วนหัวบ่อ[ 44 ]และในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ซึ่งได้กลายเป็นวัสดุตัวเลือกหลักสำหรับการสร้างกังหันทนความร้อน[ 45 ]
การบินและอวกาศ
กระสวยอวกาศใช้หมุดอินโคเนลสี่ตัวเพื่อยึดบูสเตอร์จรวดเชื้อเพลิงแข็งเข้ากับแท่นปล่อย โดยมีหมุดทั้งหมดแปดตัวรองรับน้ำหนักทั้งหมดของระบบกระสวยอวกาศที่พร้อมบิน น็อตเปราะบางแปดตัวถูกหุ้มไว้ด้านนอกของบูสเตอร์จรวดเชื้อเพลิงแข็ง เมื่อปล่อยวัตถุระเบิด น็อตเหล่านี้จะแยกออกจากกันเพื่อปลดบูสเตอร์ออกจากแท่นปล่อย[ จำเป็นต้องอ้างอิง ]
Titanium TB - 340 ASTM B348 Grade2 Titanium Gr.2
ALLOY C276 ASTM B574 UNS N10276 Hastelloy C276
ALLOY B2 ASTM B335 UNS N10665 Hastelloy B2
ALLOY 22 ASTM B574 UNS N06022 Hastelloy C22
ALLOY 20 ASTM B473 UNS N08020 Carpenter 20Cb3
ALLOY 201 ASTM B160 UNS N02201 Nickel 201
ALLOY 400 ASTM B164 UNS N04400 Monel 400
ALLOY 600 ASTM B166 UNS N06600 Inconel 600
ALLOY 601 ASTM B166 UNS N06601 Inconel 601
ALLOY 625 ASTM B446 UNS N06625 Inconel 625
ALLOY 718 ASTM B637 UNS N07718 Inconel 618
ALLOY 800HT ASTM B408 UNS N08811 Incoloy 800HT
