Nconel X-750 स्प्रिंग वायर: एयरोस्पेस और पावर उद्योगों के लिए एक ताप-प्रतिरोधी समाधान

600 डिग्री सेल्सियस पर स्थिर रहने वाला स्प्रिंग स्वचालित रूप से 20 और 600 डिग्री सेल्सियस के बीच दस हजार चक्रों तक जीवित रहने वाला स्प्रिंग नहीं होता है। दोनों आवश्यकताएं विभिन्न तंत्रों द्वारा विफल होती हैं। स्थिर मामला अवक्षेप और शिथिलता द्वारा सीमित होता है, और चक्रीय मामला थर्मल तनाव द्वारा सीमित होता है जिसे स्प्रिंग से टाला नहीं जा सकता है, जो किसी भी बाहरी भार को लागू करने से पहले तापमान अंतर को तनाव में बदल देता है।

यह अंतर वह है जो एयरोस्पेस और बिजली उद्योगों में समान है। एक विमान इंजन ग्राउंड आइडल और टेक-ऑफ के बीच चक्रित होता है, और एक पावर प्लांट कोल्ड स्टार्ट और फुल लोड के बीच चक्रित होता है। दोनों को उच्च तापमान अनुप्रयोगों के रूप में वर्णित किया गया है, और दोनों में हानिकारक घटना रैंप है न कि होल्ड। एक स्प्रिंग जिसे केवल अधिकतम तापमान के विरुद्ध चुना गया है, उसे उसके आधे कर्तव्य के विरुद्ध योग्य बनाया गया है।

यह पृष्ठ एक चक्रीय अनुप्रयोग में स्प्रिंग के थर्मल पक्ष से होकर गुजरता है: थर्मल तनाव कहाँ से आता है, X-750 के लिए यह कितना बड़ा है, यह वास्तविक असेंबली की तीन विशेषताओं पर क्यों केंद्रित होता है, और यह उसी तापमान से उत्पन्न होने वाली शिथिलता के साथ कैसे जुड़ता है।

एक मुक्त पिंड गर्म होने पर फैलता है और कोई तनाव विकसित नहीं करता है। एक बाधित पिंड समान मात्रा में फैलना चाहता है और नहीं कर सकता है, इसलिए अंतर तनाव बन जाता है और तनाव तनाव बन जाता है। तीन मात्राएँ उस तनाव के आकार को तय करती हैं, और तीनों X-750 के लिए प्रकाशित हैं।

पूरी तरह से बाधित भाग के लिए मानक अनुमान मापांक को विस्तार गुणांक और तापमान परिवर्तन से गुणा किया जाता है, जिसे पॉइसन अनुपात घटाकर एक से विभाजित किया जाता है। कमरे के तापमान गुणों पर X-750 के लिए यह लगभग 4.1 MPa का तनाव देता है, जो किसी भी लागू भार को जोड़ने से पहले तापमान परिवर्तन के प्रति केल्विन होता है।

उपरोक्त आंकड़े मिश्र धातु के लिए प्रकाशित मापांक, विस्तार गुणांक और पॉइसन अनुपात से गणना किए जाते हैं, जिसमें तीन धारणाएं बताई गई हैं ताकि उन्हें चुनौती दी जा सके। बाधा पूर्ण है, जो सबसे खराब स्थिति है और वास्तविक असेंबली में शायद ही कभी सच होती है। कोई प्लास्टिक शिथिलता नहीं है, जो तनाव उपज तक पहुंचने के बाद असत्य है। और मापांक कमरे के तापमान पर लिया जाता है, जो उच्च तापमान पर तनाव को बढ़ा देता है क्योंकि धातु गर्म होने पर मापांक गिर जाता है। तालिका का उद्देश्य परिमाण के क्रम को दिखाना है, और परिमाण का क्रम बिंदु है: 200 डिग्री सेल्सियस का तापमान परिवर्तन पूरी तरह से बाधित X-750 में किसी भी बाहरी भार के बिना उपज तक पहुंचने के लिए पर्याप्त है।

चूंकि धारणाएं रूढ़िवादी हैं, वास्तविक तनाव कम है, और डिजाइन प्रतिक्रिया दोनों मामलों में समान है। एक चक्रीय अनुप्रयोग में स्प्रिंग को इस तरह से लगाया जाना चाहिए कि वह फैल सके, और विस्तार भत्ता एक ड्राइंग सुविधा है न कि सामग्री गुण।

स्थिर तापमान पर मापा गया एक थकान वक्र उस तापमान पर रखे गए और यांत्रिक रूप से लोड किए गए हिस्से का वर्णन करता है। एक चक्रीय संयंत्र में एक स्प्रिंग दूसरी स्थिति का अनुभव करता है: इसे स्वयं तापमान द्वारा लोड किया जाता है, और तनाव सीमा विस्तार से आती है न कि बाहरी बल से। दोनों एक ही नाममात्र तनाव आयाम पर अलग-अलग जीवन देते हैं, क्योंकि थर्मल चक्र सामग्री को तापमान की एक श्रृंखला के माध्यम से भी ले जाता है जिसमें इसकी अपनी ताकत और लचीलापन बदल जाता है।

व्यावहारिक परिणाम यह है कि शीर्ष तापमान पर समतापी थकान परीक्षण द्वारा योग्य स्प्रिंग को दो चरम सीमाओं के बीच थर्मल चक्र के लिए योग्य नहीं बनाया गया है। जो परीक्षण कर्तव्य का वर्णन करता है वह असेंबल किए गए हार्डवेयर पर तापमान सीमा लागू करता है, या बाधा को पुन: पेश करने वाले रिग में एक कूपन पर लागू करता है।

एक वास्तविक असेंबली में बाधा कभी भी समान नहीं होती है, और थर्मल तनाव वहाँ केंद्रित होता है जहाँ स्प्रिंग को रखा जाता है। तीन विशेषताएं अधिकांश मामलों के लिए जिम्मेदार हैं, और प्रत्येक में एक डिजाइन प्रतिक्रिया है जिसकी लागत सामग्री परिवर्तन से कम है।

गाइड रॉड का मामला वह है जो धातुकर्म कारण के बिना विफलता का कारण बनता है। एक स्प्रिंग जो ठंडा होने पर सही होती है, वह गर्म होने पर अपने गाइड पर बंध सकती है, और कॉइल तब एक ठोस कॉलम के रूप में कार्य करता है जिस पर तार को कभी भी ले जाने के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया था। इसे रोकने वाला क्लीयरेंस माध्य व्यास, विस्तार गुणांक और तापमान वृद्धि का एक कार्य है, और यह ड्राइंग पर एक आयाम है।

एक चक्रीय गर्म अनुप्रयोग शिथिलता और थर्मल थकान के बीच चयन नहीं करता है। यह दोनों लागू करता है, और वे एक ऐसे तरीके से बातचीत करते हैं जो दोनों में से किसी एक से परे जीवन को छोटा कर देता है। शिथिलता होल्ड के दौरान भार हटा देती है, इसलिए स्प्रिंग प्रत्येक चक्र के साथ नीचे बैठ जाता है, और निचली स्थिति अगले थर्मल रैंप द्वारा उत्पन्न तनाव की स्थिति को बदल देती है। थर्मल थकान तब एक ऐसे खंड में एक दरार शुरू करती है जिसका तनाव पहले से ही शिथिलता द्वारा पुनर्वितरित किया जा चुका है।

क्रम भी मायने रखता है। एक स्प्रिंग जो पहले होल्ड के दौरान जल्दी से शिथिल हो जाती है, वह प्रीलोड खो देती है और फिर कम तनाव पर चक्रित होती है, जो अपने भार को बनाए रखने वाले और डिजाइन तनाव पर चक्रित होने वाले स्प्रिंग की तुलना में कम हानिकारक हो सकती है। यही कारण है कि केवल शिथिलता आंकड़ा चक्रीय भाग के जीवन की भविष्यवाणी नहीं करता है, और क्यों केवल शिथिलता प्रतिशत का उद्धरण देने वाला आपूर्तिकर्ता एक अलग प्रश्न का उत्तर दे चुका है।

सामग्री प्रतिक्रिया वह है जिसका निर्माता निरंतर मामले के लिए वर्णन करता है। ट्रिपल उपचार, 1,149 डिग्री सेल्सियस पर एक समाधान एनील जिसके बाद 843 डिग्री सेल्सियस पर 24 घंटे के लिए एक स्थिर होल्ड और 704 डिग्री सेल्सियस पर 20 घंटे के लिए एक अवक्षेपण उपचार होता है, 593 डिग्री सेल्सियस से ऊपर सेवा के लिए अनुशंसित है जहां भार बनाए रखा जाता है, और यह उस बैंड में अधिकतम क्रीप और शिथिलता शक्ति देता है। शीर्ष तापमान पर समय बिताने वाला एक चक्रीय भाग उस स्थिति में होना चाहिए, क्योंकि होल्ड वह जगह है जहाँ शिथिलता जमा होती है।

X-750 कार्यशील सीमा में लगभग 7.8 x 10 का विस्तार गुणांक प्रदान करता है^-6 इंच/इंच/डिग्री फ़ारेनहाइट, एक मापांक जो कमरे के तापमान और 538 डिग्री सेल्सियस के बीच 31.0 से 25.0 x 10 तक गिर जाता है³ ksi, और 704 डिग्री सेल्सियस तक उपयोगी शक्ति। ये वे संख्याएँ हैं जो इसे अनुप्रयोग में रखती हैं। वे थर्मल तनाव को दूर नहीं करते हैं, और कोई भी मिश्र धातु नहीं करती है।

डिजाइन को जो आपूर्ति करनी चाहिए वह विस्तार की स्वतंत्रता है। इसके तीन रूप हैं: एक माउंटिंग जो स्प्रिंग को अक्षीय रूप से बढ़ने की अनुमति देती है, गाइड पर रेडियल क्लीयरेंस जिसकी गणना शीर्ष तापमान पर की जाती है, और एक सीट सामग्री जिसका विस्तार स्प्रिंग के काफी करीब रहता है कि अंतर लोचदार सीमा के भीतर रहता है। एक स्प्रिंग जो इन तीनों में सही है, वह कठोर माउंटिंग में एक बेहतर मिश्र धातु से अधिक समय तक चलेगी।

कम विस्तार वाली सामग्री के साथ तुलना एक बार बताने लायक है। एक फेरिटिक या मार्टेंसिटिक स्टील लगभग 11 से 12 x 10 तक फैलता है^-6 प्रति डिग्री फ़ारेनहाइट, जो X-750 से लगभग 50% अधिक है, इसलिए उस स्टील में एक बाधित असेंबली समान तापमान परिवर्तन के लिए लगभग 50% अधिक थर्मल तनाव विकसित करती है। निकल मिश्र धातु को तापमान पर इसकी ताकत और इसके ऑक्सीकरण प्रतिरोध के लिए चुना जाता है, और इसका कम विस्तार एक माध्यमिक लाभ है जो कठोर रूप से बाधित डिजाइन में सबसे अधिक मायने रखता है।

स्प्रिंग के लिए तार AMS 5698 द्वारा नंबर 1 टेम्पर में और AMS 5699 द्वारा स्प्रिंग टेम्पर में कवर किया गया है। बार और फोर्जिंग AMS 5667, 5668, 5670, 5671, और 5747 द्वारा कवर किए गए हैं, शीट और प्लेट AMS 5542 और 5598 द्वारा, और सीमलेस ट्यूबिंग AMS 5582 द्वारा। संरचना 70.00% न्यूनतम निकल प्लस कोबाल्ट, 14.0 से 17.0% क्रोमियम, 5.0 से 9.0% लोहा, 2.25 से 2.75% टाइटेनियम, और 0.40 से 1.00% एल्यूमीनियम है, जिसमें 0.70 से 1.20% नाइओबियम प्लस टैंटलम है।

दस्तावेज़ रूप और गर्मी उपचार के रूप का अनुसरण करता है, और एक स्प्रिंग शॉप जो बार विनिर्देश के लिए तार विनिर्देश को प्रतिस्थापित करती है, उसने रूप के साथ-साथ स्थिति को भी बदल दिया है। तार दस्तावेजों में एजिंग उपचार तार के लिए लिखा गया है, और बार दस्तावेजों में उपचार बार के लिए लिखा गया है, और दोनों विनिमेय नहीं हैं भले ही मिश्र धातु समान हो।

छह वस्तुएं थर्मल ड्यूटी का वर्णन करती हैं, और पहली तीन वे हैं जिन्हें कमरे के तापमान की ड्राइंग छोड़ देती है।

DLX चांगझौ, जिआंगसु में इनकोनेल X-750 की आपूर्ति करता है, 0.025 मिमी से तार, 50 मिमी तक गोल बार, 0.50 मिमी से 2.5 मिमी मोटाई तक स्ट्रिप, और मानक मिल आकारों में ट्यूब और प्लेट। सामग्री ऑर्डर पर नामित एएमएस विनिर्देश के विरुद्ध आपूर्ति की जाती है, अनुरोध पर एक EN 10204 3.1 प्रमाण पत्र और परीक्षण परिणामों के लिए पता लगाने योग्य गर्मी संख्या के साथ।

जो प्रश्न कोटेशन तय करता है वह थर्मल चक्र है न कि अधिकतम तापमान। 600 डिग्री सेल्सियस पर रखा गया स्प्रिंग और 20 और 600 डिग्री सेल्सियस के बीच चक्रित होने वाला स्प्रिंग एक ही मिश्र धातु के लिए अलग-अलग ऑर्डर हैं, क्योंकि पहला शिथिलता द्वारा सीमित है और दूसरा उस तनाव से जिसे माउंटिंग इसे राहत देने की अनुमति नहीं देती है।

नहीं। एक गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातु उस प्रश्न का उत्तर देती है कि क्या सामग्री शीर्ष तापमान पर ताकत बनाए रखती है। एक चक्रीय अनुप्रयोग यह भी पूछता है कि जब हिस्सा बाधित होता है और तापमान बदलता है तो तनाव का क्या होता है, और वह उत्तर विस्तार गुणांक, मापांक और माउंटिंग से आता है। कम विस्तार और कम ताकत वाली मिश्र धातु कठोर माउंटिंग में मजबूत मिश्र धातु से बेहतर प्रदर्शन कर सकती है।

लगभग 4.1 MPa प्रति केल्विन तापमान परिवर्तन, प्रकाशित मापांक 31.0 x 10 से गणना की गई³ksi, लगभग 14 x 10 का विस्तार गुणांक^-6 प्रति डिग्री सेल्सियस, और 0.29 का पॉइसन अनुपात। इसलिए 200 डिग्री सेल्सियस का परिवर्तन पूर्ण बाधा में लगभग 810 MPa तक पहुंचता है, जो उम्र बढ़ने वाली सामग्री की उपज शक्ति पर है। वास्तविक मान कम है क्योंकि कोई भी असेंबली पूरी तरह से बाधित नहीं है और क्योंकि धातु गर्म होने पर मापांक गिर जाता है, और गणना का उपयोग परिमाण के क्रम को दिखाने के लिए किया जाता है न कि डिजाइन तनाव को।

हाँ, और इसीलिए यह मायने रखता है। बाहरी भार लागू होने से पहले थर्मल तनाव भाग में दिखाई देता है, इसलिए कॉइल दोनों के योग को आंतरिक व्यास पर देखता है जहाँ यांत्रिक तनाव पहले से ही उच्चतम है। एक डिजाइन जिसने कमरे के तापमान पर स्प्रिंग तनाव और थर्मल तनाव को अलग-अलग जांचा है, उसने उस स्थिति की जांच नहीं की है जो विफलता का कारण बनती है।

क्योंकि माध्य व्यास तापमान के साथ बढ़ता है जबकि गाइड अलग मात्रा में बढ़ता है यदि यह एक अलग सामग्री है। 20 डिग्री सेल्सियस पर पर्याप्त क्लीयरेंस 600 डिग्री सेल्सियस पर बंद हो सकता है, और कॉइल तब एक ठोस कॉलम के रूप में व्यवहार करता है जिस पर तार को डिजाइन नहीं किया गया था। क्लीयरेंस की गणना शीर्ष तापमान पर की जानी चाहिए, दोनों सामग्रियों के विस्तार गुणांक का उपयोग करके।

हाँ, जहाँ भाग सीमा के शीर्ष पर समय बिताता है। निर्माता 593 डिग्री सेल्सियस से ऊपर निरंतर भार के साथ सेवा के लिए ट्रिपल उपचार की सिफारिश करता है और इसे उस बैंड में अधिकतम क्रीप और शिथिलता शक्ति देने के रूप में वर्णित करता है। एक चक्रीय भाग डीवेल के दौरान शिथिलता जमा करता है, इसलिए शीर्ष तापमान पर शिथिलता का विरोध करने वाला उपचार वह है जो जीवन की रक्षा करता है।

तनाव का स्रोत। एक समतापी परीक्षण स्थिर तापमान पर एक यांत्रिक भार लागू करता है,, और एक थर्मल थकान परीक्षण एक बाधित भाग पर तापमान सीमा लागू करता है। दोनों एक ही नाममात्र तनाव आयाम पर अलग-अलग जीवन देते हैं, क्योंकि थर्मल चक्र सामग्री को एक ऐसी सीमा के माध्यम से भी ले जाता है जिसमें इसकी ताकत और लचीलापन बदल जाता है, और तनाव बाधा से आता है न कि बाहरी बल से।

गर्मी प्रतिरोध एक सामग्री गुण है, और थर्मल चक्र एक डिजाइन शर्त है। X-750 704 डिग्री सेल्सियस तक उपयोगी शक्ति, कमरे के तापमान पर 31.0 x 10 का मापांक के साथ गुण प्रदान करता है³ksi, और कार्यशील सीमा में लगभग 7.8 x 10 का विस्तार गुणांक^-6 इंच/इंच/डिग्री फ़ारेनहाइट। डिजाइन बाकी प्रदान करता है, और बाकी सीट पर विस्तार की स्वतंत्रता, गाइड पर रेडियल क्लीयरेंस, और एक सीट सामग्री है जिसका विस्तार स्प्रिंग के करीब रहता है।

एक पूरी तरह से बाधित भाग प्रति केल्विन लगभग 4.1 MPa विकसित करता है, जो 200 डिग्री सेल्सियस परिवर्तन पर उम्र बढ़ने वाली सामग्री की उपज शक्ति तक पहुंचता है। कोई भी असेंबली पूरी तरह से बाधित नहीं है और मापांक तापमान के साथ गिरता है, इसलिए वास्तविक तनाव कम है। निष्कर्ष सटीक संख्या पर निर्भर नहीं करता है: एक चक्रीय अनुप्रयोग में एक स्प्रिंग उस तनाव से सीमित है जिसे माउंटिंग इसे राहत देने की अनुमति नहीं देती है, और वह सीमा ड्राइंग पर निर्धारित की जाती है।

स्पेशल मेटल्स टेक्निकल बुलेटिन INCONEL मिश्र धातु X-750, प्रकाशन SMC-067 के लिए। UNS नंबर N07750 और Werkstoff नंबर 2.4669, 70.00% न्यूनतम निकल प्लस कोबाल्ट और 14.0 से 17.0% क्रोमियम की संरचना सीमा, 70 से 800 डिग्री फ़ारेनहाइट तक 7.8 x 10 का औसत रैखिक विस्तार^-6 इंच/इंच/डिग्री फ़ारेनहाइट, 70 डिग्री फ़ारेनहाइट पर 31.0 x 10 का लोच का मापांक³ksi और 1,000 डिग्री फ़ारेनहाइट पर 25.0 x 10³ksi, 0.29 का पॉइसन अनुपात, 704 डिग्री सेल्सियस तक उपयोगी शक्ति, 1,149 डिग्री सेल्सियस पर ट्रिपल उपचार, 24 घंटे के लिए 843 डिग्री सेल्सियस, और 20 घंटे के लिए 704 डिग्री सेल्सियस, यह कथन कि यह मार्ग 593 डिग्री सेल्सियस से ऊपर अधिकतम क्रीप, शिथिलता और विदारक शक्ति देता है, और रूप के अनुसार उत्पाद विनिर्देश।

AMS 5698 और AMS 5699, नंबर 1 और स्प्रिंग टेम्पर में निकल मिश्र धातु X-750 तार के लिए एयरोस्पेस सामग्री विनिर्देश।

AMS 5667, 5668, 5670, 5671, और 5747, निकल मिश्र धातु X-750 बार, फोर्जिंग, और रिंग के लिए एयरोस्पेस सामग्री विनिर्देश।

AMS 5542 और AMS 5598, निकल मिश्र धातु X-750 शीट, स्ट्रिप, और प्लेट के लिए एयरोस्पेस सामग्री विनिर्देश।

AMS 5582, निकल मिश्र धातु X-750 सीमलेस ट्यूबिंग के लिए एयरोस्पेस सामग्री विनिर्देश।

ASTM E2368, थर्मल थकान परिणाम के लिए विधि संदर्भ के रूप में, तनाव नियंत्रित थर्मोमैकेनिकल थकान परीक्षण के लिए मानक अभ्यास।

ASTM E606, समतापी तुलना के लिए विधि संदर्भ के रूप में, तनाव नियंत्रित थकान परीक्षण के लिए मानक परीक्षण विधि।

EN 10204, निरीक्षण दस्तावेज, निर्माता स्वतंत्र निरीक्षण प्रतिनिधि द्वारा प्रमाणित वास्तविक परीक्षण परिणामों वाले दस्तावेज के रूप में 3.1 प्रमाण पत्र की परिभाषा के लिए।

इस पृष्ठ पर थर्मल तनाव मान मिश्र धातु के लिए प्रकाशित भौतिक स्थिरांक से गणना किए जाते हैं, जिसमें पूर्ण बाधा, लोचदार व्यवहार और कमरे के तापमान मापांक की धारणाएं पाठ में बताई गई हैं, और वे परिमाण के अनुमान हैं न कि डिजाइन तनाव। एक वास्तविक असेंबली आंशिक रूप से बाधित होती है, स्थानीय रूप से उपज करती है, और कमरे के तापमान मान से नीचे मापांक पर चलती है, इसलिए मापा गया तनाव गणना किए गए तनाव से कम होता है और डिजाइन को विश्लेषण या परीक्षण द्वारा पुष्टि की जानी चाहिए। विस्तार गुणांक एक बताई गई सीमा पर औसत मान होते हैं, और एक डिजाइन जो एक संकीर्ण बैंड पर निर्भर करता है, उसे उस बैंड के लिए डेटा का उपयोग करना चाहिए। थकान और शिथिलता परिणाम तनाव सीमा, तापमान, सतह और गर्मी उपचार पर निर्भर करते हैं, इसलिए एक शर्त के लिए प्रकाशित वक्र दूसरे की भविष्यवाणी नहीं करता है। उत्पाद विनिर्देशों को संशोधित किया जाता है, और खरीद आदेश पर नामित संस्करण शासित होता है। इस पृष्ठ पर कुछ भी इंजीनियरिंग रिलीज या खरीदार और आपूर्तिकर्ता के बीच सहमत योग्यता परीक्षण का विकल्प नहीं है।