कैसे सुपरलेयर्स एयरोस्पेस और ऊर्जा क्षेत्रों में नवाचार चला रहे हैं

आधुनिक इंजनों को ले जाने वाले मिश्र धातु की संरचनाएं अधिकांश लोगों की सोच से भी पुरानी हैं। टरबाइन अनुभाग में निकल सुपरअलॉय दशकों से विकसित किए गए हैं, और आज ड्राइंग पर दिखाई देने वाले नाम काफी हद तक उद्योग पर हावी होने वाली विनिर्माण विधियों से पहले ही तय हो गए थे। जो बदला है वह यह है कि उन मिश्र धातुओं को पुर्जों में कैसे बदला जाता है, और इसी बदलाव से हाल के अधिकांश सुधार आए हैं।

तीन निर्माण मार्ग इस बदलाव के लिए जिम्मेदार हैं। दिशात्मक ठोसता और एकल क्रिस्टल कास्टिंग एक ब्लेड को ग्रेन बाउंड्री के बिना बनाने की अनुमति देते हैं जो क्रीप को सीमित करते हैं। पाउडर धातु विज्ञान एक डिस्क को एक महीन और समान संरचना के साथ बनाने की अनुमति देता है जिसे कास्टिंग प्राप्त नहीं कर सकती है। एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग परत दर परत आकार बनाने की अनुमति देता है, जो संभव ज्यामिति और बर्बाद होने वाली धातु की मात्रा दोनों को बदलता है।

प्रत्येक मार्ग एक समस्या का समाधान करता है और प्रत्येक एक दोष पेश करता है जो पहले मौजूद नहीं था। इस उद्योग में नवाचार का यह ईमानदार विवरण है, और यही कारण है कि सुपरअलॉय भाग के लिए खरीद विनिर्देश को अब संरचना के साथ-साथ एक प्रक्रिया का भी वर्णन करना होगा।

तालिका मार्गों को उनके द्वारा अनुमत और उनकी लागत के अनुसार रखती है। प्रत्येक कॉलम में मिश्र धातु समान हो सकती है, और परिणामी भाग नहीं है।

एकल क्रिस्टल मार्ग एक प्रक्रिया का सबसे स्पष्ट उदाहरण है जिसने सामग्री का नाम बदले बिना सामग्री को बदल दिया। एक ब्लेड जिसे एकल क्रिस्टल के रूप में कास्ट किया गया है, उसमें उस अनुभाग में कोई ग्रेन बाउंड्री नहीं होती है जो सेंट्रीफ्यूगल लोड को वहन करता है, इसलिए क्रीप तंत्र जो एक इक्विएक्सड कास्टिंग को सीमित करता है, उसे कम नहीं किया जाता है। दूसरी पीढ़ी के एकल क्रिस्टल मिश्र धातु जैसे CMSX-4 ने 1990 के दशक में गैस टरबाइन ब्लेड सेवा में प्रवेश किया, और तीसरी पीढ़ी के मिश्र धातु जैसे रेने N5 सबसे गर्म स्थितियों के लिए अनुसरण किए, उनके बीच का चुनाव तापमान क्षमता और कोटिंग संगतता से प्रेरित होता है न कि उपलब्धता से।

एक खरीदार जिसने संरचना द्वारा एक सुपरअलॉय को योग्य बनाया है, उसने धातु को योग्य बनाया है न कि भाग को। प्रत्येक निर्माण मार्ग में एक विशिष्ट दोष होता है जिसे संरचना द्वारा वर्णित नहीं किया जाता है, और प्रत्येक दोष के लिए अपने स्वयं के निरीक्षण की आवश्यकता होती है।

पाउडर धातु विज्ञान पंक्ति डिस्क के लिए नए खरीदारों को आश्चर्यचकित करती है। निकल पाउडर डिस्क के लिए तकनीकी साहित्य में तीन दोषों को बार-बार नाम दिया गया है: पूर्व कण सीमा अवक्षेपण, थर्मल रूप से प्रेरित छिद्रता, और गैर-धात्विक समावेशन। पहला अवक्षेपों का एक नेटवर्क है जो मूल पाउडर कणों की सतहों का अनुसरण करता है, और यह तब बनता है जब पाउडर की सतह ऑक्सीजन या कार्बन ले जाती है जो समेकन के दौरान प्रतिक्रिया करती है। दूसरा एक छिद्रता है जो तब दिखाई देती है जब पाउडर में फंसी गैस उच्च तापमान के दौरान फैलती है। तीसरा एक ठोस समावेशन है जो पाउडर के साथ आया था और जिसे कोई भी ताप उपचार दूर नहीं करेगा।

उन तीन दोषों में से कोई भी संरचना प्रमाण पत्र द्वारा पता नहीं लगाया जा सकता है। वे अल्ट्रासोनिक निरीक्षण, सेक्शनिंग, और पाउडर लॉट को नियंत्रित करके पाए जाते हैं, यही कारण है कि डिस्क विनिर्देश पाउडर स्रोत और समेकन मार्ग का नाम देता है न कि केवल मिश्र धातु का।

एक सुपरअलॉय भाग महंगा है क्योंकि खरीदी गई अधिकांश धातु विमान में समाप्त नहीं होती है। माप खरीद से उड़ान अनुपात है, खरीदी गई सामग्री का वजन विभाजित तैयार घटक का वजन, और यह मार्गों के बीच एक परिमाण के क्रम से भिन्न होता है।

अनुपात बताता है कि एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग एयरोस्पेस में ज्यामितीय रूप से जटिल भागों के लिए क्यों चला गया, न कि केवल बड़े भागों के लिए। आंतरिक चैनलों वाले ईंधन नोजल को कई टुकड़ों को जोड़े बिना फोर्जिंग से मशीन नहीं किया जा सकता है, और कूलिंग सुविधाओं की एक सघन सरणी वाला लाइनर किसी अन्य तरीके से उत्पादन करना मुश्किल है। जहां ज्यामिति सरल है, वहां फोर्जिंग सस्ती रहती है, और अनुपात तर्क गायब हो जाता है।

अनुपात एक सीमा भी बताता है। सामग्री जोड़कर बनाया गया भाग फोर्जिंग से एक अलग थर्मल इतिहास रखता है, और निर्माण दिशा में गुण उसके पार के गुणों से भिन्न होते हैं। सामग्री में बचत वास्तविक है और अनिसोट्रॉपी वास्तविक है, और ड्राइंग को उस दिशा को बताना होगा जिसमें गुण मायने रखते हैं।

सामग्री खरीद से प्रक्रिया खरीद में बदलाव उपरोक्त सभी का व्यावहारिक परिणाम है। एक खरीदार जो पहले एक मिश्र धातु और एक रूप निर्दिष्ट करता था, अब एक मिश्र धातु, एक निर्माण मार्ग, एक दोष स्वीकृति स्तर और एक योग्यता रिकॉर्ड निर्दिष्ट करता है।

यही कारण है कि एक ही मिश्र धातु के लिए दो उद्धरणों में धातु मूल्य द्वारा न समझाया गया एक कारक का अंतर हो सकता है। एक आपूर्तिकर्ता एक मार्ग का उद्धरण दे रहा है जिसे उसने योग्य बनाया है, और दूसरा एक मार्ग का उद्धरण दे रहा है जिसे वह खरीदार आदेश पर योग्य बनाने का इरादा रखता है।

भूमि आधारित गैस टरबाइन समान तीन निर्माण मार्गों का उपयोग करते हैं और विभिन्न स्वीकृति तर्क लागू करते हैं। एक बड़े फ्रेम मशीन के लिए एक ब्लेड एक एकल क्रिस्टल या दिशात्मक रूप से ठोस कास्टिंग है, और फायरिंग तापमान पर क्रीप जीवन निर्णायक संपत्ति है। एक डिस्क एक पाउडर धातु विज्ञान भाग है, और निरीक्षण तीन पाउडर दोषों पर लक्षित है न कि कास्टिंग दोषों पर। एक कम्बस्टर या एक संक्रमण टुकड़ा तेजी से एक एडिटिव भाग है, और स्वीकृति पतली दीवार के थर्मल थकान के आसपास बनाई गई है न कि तन्यता परीक्षण के आसपास।

सामान्य धागा यह है कि गर्म अनुभाग में तापमान प्रक्रिया और शीतलन ज्यामिति को एक साथ सुधार कर बढ़ा है, न कि एक नई आधार धातु खोजने से। फिल्म कूलिंग और थर्मल बैरियर कोटिंग वाला एक एकल क्रिस्टल ब्लेड एक प्रणाली है, और मिश्र धातु इसका एक तत्व है। एक पृष्ठ जो अकेले मिश्र धातु का श्रेय देता है, उसने उस कारण का एक तिहाई वर्णन किया है जिससे टरबाइन काम करता है।

उत्पाद रूप अभी भी मार्ग का अनुसरण करता है, और दस्तावेज़ अभी भी रूप का अनुसरण करता है। बार, बिलेट, और फोर्जिंग स्टॉक मशीन या फोर्ज्ड भाग के इनपुट हैं। पाउडर एक समेकित डिस्क का इनपुट है। तार और पट्टी वेल्डेड या गठित असेंबली का इनपुट हैं। प्लेट एक कम्बस्टर या एक केसिंग का इनपुट है।

DLX चांगझौ, जिआंगसू में निकल और कोबाल्ट आधारित सुपरअलॉय की आपूर्ति करता है, 0.025 मिमी तक के तार में, 50 मिमी तक गोल बार, 0.50 मिमी से 2.5 मिमी की मोटाई तक की पट्टी, और मानक मिल आकारों में ट्यूब और प्लेट। यह श्रृंखला एयरोस्पेस और ऊर्जा हार्डवेयर में उपयोग किए जाने वाले सॉलिड सॉल्यूशन और प्रेसिपिटेशन हार्डनिंग ग्रेड को कवर करती है, साथ ही वेल्डिंग के लिए मिलान फिलर धातुओं को भी कवर करती है।

सामग्री ऑर्डर पर नामित विनिर्देश के मुकाबले आपूर्ति की जाती है, अनुरोध पर EN 10204 3.1 प्रमाण पत्र के साथ और परीक्षण परिणामों के लिए हीट नंबर ट्रेस करने योग्य। एक खरीदार जो एक भाग को एक नए निर्माण मार्ग पर ले जा रहा है, उसे आमतौर पर पहले इनपुट फॉर्म और उसके प्रमाण पत्र की आवश्यकता होगी, क्योंकि मार्ग योग्यता सामग्री से शुरू होती है न कि तैयार भाग से।

संरचनाओं को दशकों से विकसित किया गया है और व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले ग्रेड परिपक्व हैं। अधिकांश हालिया लाभ निर्माण मार्ग, शीतलन ज्यामिति और कोटिंग्स से आया है, और ये तीन एक प्रणाली के रूप में काम करते हैं। फिल्म कूलिंग और थर्मल बैरियर कोटिंग वाला एक एकल क्रिस्टल ब्लेड ऐसे तापमान पर प्रदर्शन करता है जिसे अकेले मिश्र धातु जीवित नहीं रख पाएगी।

क्योंकि ग्रेन बाउंड्री को लोड पथ से हटा दिया जाता है। एक पारंपरिक रूप से कास्ट ब्लेड में सीमाएं उस अनुभाग में चलती हैं जो सेंट्रीफ्यूगल लोड को वहन करता है, और वे तापमान पर कमजोर पथ होते हैं। दिशात्मक ठोसता सीमाओं को लोड के साथ संरेखित करती है, और एकल क्रिस्टल कास्टिंग उन्हें पूरी तरह से हटा देती है, इसलिए क्रीप तंत्र जो कास्टिंग को सीमित करता है, उसे समाप्त कर दिया जाता है न कि कम किया जाता है।

पूर्व कण सीमा अवक्षेपण, थर्मल रूप से प्रेरित छिद्रता, और गैर-धात्विक समावेशन। पहला एक अवक्षेप नेटवर्क है जो मूल पाउडर सतहों का अनुसरण करता है, दूसरा पाउडर में फंसी गैस से छिद्रता है जो तापमान पर फैलती है, और तीसरा एक ठोस समावेशन है जो पाउडर के साथ आया था। उनमें से कोई भी संरचना प्रमाण पत्र पर दिखाई नहीं देता है, और वे अल्ट्रासोनिक निरीक्षण, सेक्शनिंग, और पाउडर लॉट नियंत्रण द्वारा पाए जाते हैं।

खरीदी गई सामग्री का वजन विभाजित तैयार भाग का वजन। फोर्जिंग और मशीनिंग आमतौर पर लगभग 3:1 से 10:1 पर होती है, और एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग लगभग 1:1 से 3:1 पर होती है, यही कारण है कि एडिटिव मार्ग एक जटिल भाग के लिए आकर्षक है न कि एक सरल भाग के लिए। अनुपात एक सामग्री लागत माप है, और यह भाग के थकान जीवन के बारे में कुछ भी नहीं कहता है।

नहीं, यह बदलता है कि क्या योग्य होना है। एक निर्मित भाग में एक थर्मल इतिहास और एक दिशा पर निर्भर संरचना होती है, इसलिए ड्राइंग को उस अभिविन्यास को बताना होगा जिसमें गुण मायने रखते हैं, और प्रक्रिया विंडो को ठीक करना होगा। सामग्री बचत वास्तविक है और योग्यता बोझ उसी मिश्र धातु के फोर्जिंग की तुलना में अधिक है।

क्योंकि एक योग्य प्रक्रिया का उद्धरण दे रहा है और दूसरा सामग्री का। मिश्र धातु की कीमत अंतर का एक छोटा सा हिस्सा है। बाकी मार्ग, निरीक्षण, प्रक्रिया रिकॉर्ड और उपज है, और एक मार्ग जिसे योग्य नहीं बनाया गया है, उसमें एक लागत आती है जो आदेश के बाद दिखाई देती है।

एयरोस्पेस और ऊर्जा सुपरअलॉय में नवाचार संरचना से निर्माण मार्ग तक चला गया है। दिशात्मक ठोसता और एकल क्रिस्टल कास्टिंग ग्रेन बाउंड्री को हटाते हैं जो क्रीप को सीमित करते हैं। पाउडर धातु विज्ञान एक डिस्क संरचना का उत्पादन करता है जिसे कास्टिंग प्राप्त नहीं कर सकती है, तीन दोषों की कीमत पर जो पाउडर से आते हैं। एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग संभव ज्यामिति और खरीदे गए धातु के उस अंश को बदलता है जो भाग तक पहुंचता है।

प्रत्येक मार्ग एक दोष और एक योग्यता बोझ लाता है, और खरीद विनिर्देश को दोनों का नाम देना होगा। एक खरीदार जो मिश्र धातु और रूप निर्दिष्ट करता है, उसने इनपुट निर्दिष्ट किया है। एक खरीदार जो मार्ग, दोष स्वीकृति और साक्ष्य भी निर्दिष्ट करता है, उसने भाग निर्दिष्ट किया है।

1. पाउडर धातु विज्ञान निकल आधारित डिस्क सुपरअलॉय की प्रकाशित समीक्षाएं, पूर्व कण सीमा अवक्षेपण, थर्मल रूप से प्रेरित छिद्रता, और गैर-धात्विक समावेशन को मार्ग के तीन विशिष्ट दोषों के रूप में पहचानती हैं।
2. निकल आधारित सुपरअलॉय में पाउडर पूर्व सीमा निर्माण पर प्रकाशित अध्ययन, समेकन के बाद मूल कण सतहों का अनुसरण करने वाले अवक्षेप नेटवर्क का वर्णन करते हैं।
3. एकल क्रिस्टल टरबाइन ब्लेड के दिशात्मक ठोसता पर प्रकाशित कार्य, जिसमें CMSX-4 दूसरी पीढ़ी का मिश्र धातु शामिल है जिसका उपयोग 1990 के दशक से गैस टरबाइन ब्लेड में किया जा रहा है, तीसरी पीढ़ी का मिश्र धातु रेने N5, और फ्रेकल दोष जो तब बनता है जब ठोसता का मोर्चा बाधित होता है।
4. टरबाइन ब्लेड के लिए एकल क्रिस्टल कास्टिंग के प्रकाशित मूल्यांकन, लोड पथ से ग्रेन बाउंड्री को हटाने और परिणामी क्रीप लाभ का वर्णन करते हैं।
5. एयरोस्पेस में धातु एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग की प्रकाशित समीक्षा, एडिटिव मार्गों के लिए लगभग 1:1 से 3:1 के खरीद से उड़ान अनुपात की रिपोर्टिंग।
6. फोर्जिंग और मशीनिंग के प्रकाशित उद्योग मूल्यांकन, लगभग 3:1 से 10:1 के खरीद से उड़ान अनुपात की रिपोर्टिंग, और कार्बन फाइबर कंपोजिट की तुलना के रूप में लगभग 1.5:1 पर।
7. निकल आधारित सुपरअलॉय बार, बिलेट, प्लेट, शीट, और तार के लिए AMS और ASTM उत्पाद विनिर्देश, तालिका में नामित इनपुट रूपों को नियंत्रित करने वाले दस्तावेज़ के रूप में।
8. EN 10204, निरीक्षण दस्तावेज़, 3.1 प्रमाण पत्र की परिभाषा के लिए एक दस्तावेज़ के रूप में जो वास्तविक परीक्षण परिणाम वहन करता है और निर्माता स्वतंत्र निरीक्षण प्रतिनिधि द्वारा एंडोर्स किया जाता है।

उपरोक्त मार्ग और दोष तंत्र नामित प्रक्रियाओं के सामान्य व्यवहार का वर्णन करते हैं, और वे यह कथन नहीं हैं कि एक विशेष आपूर्तिकर्ता एक विशेष भाग के लिए योग्य है। खरीद से उड़ान अनुपात घटक की ज्यामिति और मशीनिंग भत्ता की मात्रा के साथ भिन्न होता है, इसलिए उद्धृत सीमाएं विशिष्ट मान हैं न कि डिजाइन लक्ष्य। निर्मित या कास्ट भाग के गुण स्थानीय थर्मल इतिहास और परीक्षण नमूने के अभिविन्यास पर निर्भर करते हैं, इसलिए परीक्षण बार से एक मान भाग में हर स्थान का वर्णन नहीं करता है। उड़ान हार्डवेयर के लिए योग्यता आवश्यकताएं एयरफ्रेम या इंजन निर्माता और लागू वायुयान योग्यता प्राधिकरण द्वारा निर्धारित की जाती हैं, और इस पृष्ठ में कुछ भी योग्यता का गठन नहीं करता है। उत्पाद विनिर्देशों को संशोधित किया जाता है, और खरीद आदेश पर नामित संस्करण शासी होता है। इस पृष्ठ में कुछ भी इंजीनियरिंग रिलीज या खरीदार और आपूर्तिकर्ता के बीच सहमत योग्यता परीक्षण का विकल्प नहीं है।