718 مقابل 718H – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
يتم تحديد السبيكة 718 ونسختها 718H بشكل متكرر حيث يتطلب الأمر مزيجًا من القوة العالية ومقاومة التآكل وأداء درجات الحرارة المرتفعة - على سبيل المثال، في مكونات الطيران الدوارة، والتوربينات الغازية، والصمامات عالية الضغط، والتطبيقات النووية. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً معضلة اختيار: هل يجب إعطاء الأولوية للكيمياء الأساسية ومرونة المعالجة الحرارية (سهولة التصنيع والمعالجة بعد اللحام) أو قبول حالة قوة/عمر أعلى تسلم تقلل من المعالجة اللاحقة المطلوبة ولكن تحد من خيارات التشكيل واللحام.
التمييز العملي الرئيسي بين الدرجتين لا يكمن في تغيير شامل لعائلة السبائك ولكن في الحالة المعدنية المسلمة وتأثيرها على حالة ما قبل التصلب (ما قبل الشيخوخة). بعبارة أخرى، يتم تقديم 718H عادةً بحالة تسليم أو تعديل طفيف في الكيمياء يهدف إلى توفير قوة أعلى عند الاستلام أو تحسين الاستقرار عند درجات الحرارة العالية، بينما تعتبر 718 القياسية هي الكيمياء الأساسية للسبيكة UNS N07718 وعادة ما يتم توفيرها في حالات معالجة محلول أو تلدين ناعم للمعالجة اللاحقة والتصلب النهائي.
1. المعايير والتسميات
- التسميات العالمية الشائعة:
- UNS: N07718 (السبيكة 718)
- المواصفات الشائعة في الطيران/التصنيع التي تشير إلى السبيكة 718: مواصفات AMS (مواصفات المواد الجوية) المختلفة ومواصفات ASTM للبار، والسبائك، والصفائح، ومواد اللحام. (يجب على المشترين تحديد رقم AMS/ASTM/EN/GB/JIS المطلوب لتطبيقهم.)
- التصنيف: سبيكة فائقة تعتمد على النيكل مع تصلب ترسيبي (ليست فولاذ كربوني أو فولاذ منخفض السبيكة).
- أشكال المنتجات النموذجية التي تغطيها المعايير: بار، سبائك، صفائح، ورق، أنابيب، ومواد لحام (قضيب/سلك).
ملاحظة: 718H عادةً ما تكون تسمية صناعية أو مطحنة تشير إما إلى متغير في التركيب أو - بشكل أكثر شيوعًا - حالة تسليم/معالجة حرارية مختلفة. تأكد دائمًا من استدعاء المعيار/معالجة الحرارة المحددة في وثائق الشراء والهندسة.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة
يوضح الجدول أدناه نطاقات التركيب النموذجية للسبيكة القياسية 718. تحتفظ 718H عادةً بنفس الكيمياء الأساسية (Ni–Cr–Fe مع Nb، Mo، Ti، وAl) مع إجراء تعديلات صغيرة أحيانًا من قبل المنتجين (على سبيل المثال، كربون أعلى قليلاً أو عناصر أثرية مسيطر عليها) لتحسين قوة الزحف أو سلوك الترسيب. نظرًا لاختلاف ممارسات المطاحن، يجب التحقق من المواصفات النهائية المطلوبة.
| عنصر | السبيكة 718 النموذجية (النطاق، wt%) | ملاحظات حول 718H |
|---|---|---|
| C | 0.03 – 0.08 | يمكن تحديد 718H بحد أعلى من الكربون أعلى قليلاً في بعض المواصفات لتحسين القوة عند درجات الحرارة العالية؛ تأكد من ذلك في طلب الشراء. |
| Mn | ≤ 0.35 | إضافة سبيكة طفيفة فقط. |
| Si | ≤ 0.35 | مزيل الأكسدة/التحكم في الشوائب. |
| P | ≤ 0.015 | تحكم في الشوائب. |
| S | ≤ 0.015 | تحكم في الشوائب. |
| Cr | 17.0 – 21.0 | مقاومة التآكل والأكسدة. |
| Ni | الرصيد (~50 – 55) | عنصر أساسي؛ يوفر المصفوفة وقوة درجات الحرارة العالية. |
| Mo | 2.8 – 3.3 | تقوية المحلول الصلب؛ يدعم استقرار الكربيد/الطور. |
| V | عادةً أثر | ليس إضافة رئيسية متعمدة. |
| Nb (+Ta) | 4.75 – 5.5 (كـ Nb+Ta) | مفتاح لترسيب $\gamma''$ (القوة). |
| Ti | 0.65 – 1.15 | يعمل مع Al لتشكيل ترسيبات تقوية. |
| B | ≤ 0.006 | تحسينات صغيرة تعزز قوة حدود الحبيبات. |
| N | ≤ 0.05 | عادةً منخفض؛ يؤثر على تكوين النيتريد. |
كيف تعمل استراتيجية السبيكة: - يوفر النيكل المرحلة المصفوفة (المصفوفة الأوستنيتية في سبائك النيكل) وقوة القاعدة عند درجات الحرارة العالية. - يوفر الكروم مقاومة الأكسدة/التآكل. - تشكل Nb (وTa)، Ti، وAl ترسيبات متماسكة دقيقة (أساسًا $\gamma''$ وبعض $\gamma'$) التي توفر غالبية قوة التصلب بالشيخوخة. - يساهم الموليبدينوم في تقوية المحلول الصلب ومقاومة الزحف عند درجات الحرارة العالية. - تؤثر العناصر الدقيقة (B، C) والمستويات المنخفضة من N على تماسك حدود الحبيبات وسلوك كسر الزحف.
3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية
- الميكروهيكل النموذجي لـ 718 (حالة معالجة محلول أو تلدين): مصفوفة أساسها $\gamma$ (مصفوفة تعتمد على النيكل) مع كربيدات وخلفية من هيكل حبيبي خشن إذا لم يتم العمل ميكانيكيًا. بعد التصلب بالشيخوخة، تتحكم تشتت دقيق من $\gamma''$ (Ni3Nb) صفائح متماسكة وبعض ترسيبات $\gamma'$ (Ni3(Al,Ti)) في قوة العائد.
- طرق معالجة 718 الحرارية:
- معالجة محلول (على سبيل المثال، 980–1020 °م) تليها تبريد متحكم فيه لإذابة الترسيبات، ثم تصلب بالشيخوخة (دورات شيخوخة مفردة أو مزدوجة) لترسيب $\gamma''$ و$\gamma'$.
- المعالجة الحرارية الميكانيكية (سبائك/درفلة) تليها معالجة محلول وشيخوخة لتقليل الحبيبات وتحسين قوة التعب.
- الميكروهيكل/استجابة 718H:
- عادةً ما تتم معالجة 718H أو معالجتها حراريًا لإنتاج حالة أكثر صلابة عند التسليم (شيخوخة جزئية أو ميكروهيكل مستقر) تهدف إلى تحسين القوة عند الاستلام و/أو الاستقرار عند درجات الحرارة العالية. يقلل هذا من درجة الحل المتاحة للتشكيل الميكانيكي اللاحق أو مدى التصلب بالشيخوخة الإضافي الذي يمكن تحقيقه دون معالجة إعادة الحل.
- إذا كانت 718H قد غيرت حدود الكربون أو العناصر الأثرية، فإن هذه التغييرات تؤثر بشكل أساسي على ترسيب الكربيد وكيمياء حدود الحبيبات، مما يؤثر بدوره على كسر الزحف والاستقرار على المدى الطويل عند درجات الحرارة العالية.
النتيجة العملية: تقدم 718 القياسية نطاقًا أوسع من معالجة ما بعد التسليم (أسهل في التشكيل أو اللحام أو إعادة المعالجة الحرارية)، بينما تقلل 718H من خطوات المعالجة من خلال الوصول في حالة أقوى/مستقرة على حساب بعض القابلية للتشكيل وحرية اللحام.
4. الخصائص الميكانيكية
تعتمد قيم الخصائص للسبيكة 718 بشكل كبير على المعالجة وحالة العمر. يوفر الجدول أدناه إرشادات نوعية ونطاقات نموذجية؛ يجب أخذ القيم الدقيقة من المواصفة المعمول بها أو تقرير اختبار المطحنة.
| الخاصية | السبيكة 718 النموذجية (معالجة محلول وتصلب بالشيخوخة) | السبيكة 718H النموذجية (حالة تسليم ما قبل التصلب/المستقرة) |
|---|---|---|
| قوة الشد (UTS) | عالية؛ النطاقات النموذجية تعتمد على معالجة العمر (غالبًا 1000–1400 ميجا باسكال) | مماثلة أو أعلى قليلاً في حالة التسليم بسبب الشيخوخة المسبقة |
| قوة العائد (0.2% انحراف) | عالية (غالبًا >700–1000 ميجا باسكال حسب الشيخوخة) | عادةً أعلى عند التسليم؛ احتمال أقل لزيادة أخرى من خلال الشيخوخة |
| التمدد (في 50 مم) | متوسطة (8–20%، تعتمد على الحالة) | قابلية أقل للتمدد مقارنةً بـ 718 المعالجة بالحرارة الناعمة، بسبب القوة الأعلى |
| صلابة التأثير | جيدة عند درجة حرارة الغرفة إذا تمت معالجتها حراريًا بشكل صحيح؛ يمكن أن تنخفض مع الحبيبات الخشنة أو الشيخوخة الزائدة | قد تكون أقل مقارنةً بـ 718 الناعمة إذا تم إنتاجها في حالة أكثر صلابة |
| الصلابة | تختلف مع الشيخوخة (عادةً ~30–40 HRC في ظروف الشيخوخة القصوى عند التحويل) | عادةً ما تكون صلابة التسليم أعلى؛ تغير أقل مع الشيخوخة اللاحقة دون إعادة الحل |
التفسير: - أيهما أقوى؟ في شكل التسليم، تكون 718H عادةً أقوى. بعد التصلب بالشيخوخة بشكل كامل، يمكن أن تصل 718 القياسية إلى خصائص ذروتها المماثلة إذا تم معالجتها حراريًا بشكل صحيح. - أيهما أكثر صلابة/قابلية للتمدد؟ ستوفر 718 القياسية المقدمة في حالة معالجة حرارية ناعمة أو حالة معالجة حرارية صحيحة قابلية أفضل للتشكيل ومرونة أعلى قبل الشيخوخة النهائية. تتبادل 718H بعض القابلية للتمدد مقابل القوة والاستقرار عند الاستلام.
5. قابلية اللحام
تعتبر قابلية اللحام لعائلة السبيكة 718 المعتمدة على النيكل جيدة بشكل عام مقارنةً بالفولاذات عالية الصلابة، ولكن يجب توخي الحذر بسبب التصلب بالشيخوخة، والانفصال المحتمل، والتحكم في تشكيل الطور دلتا أو طور لافيس. - عوامل اللحام الرئيسية: تأثيرات مكافئ الكربون الأساسي أقل استخدامًا لسبائك النيكل مقارنةً بالفولاذ، ولكن قابلية التصلب من Nb/Ti والترسيبات المسيطر عليها بالكربون مهمة. يمكن أن يؤدي تشكيل الترسيب بالقرب من اللحام إلى هشاشة أو تصلب المناطق المتأثرة بالحرارة. - مؤشرات نوعية مفيدة: - بالنسبة للفولاذ، يتم استخدام مكافئات الكربون؛ بالنسبة لسبائك النيكل، يجب مراعاة الانفصال والعناصر المكونة للترسيب. - ومع ذلك، عند مقارنة قابلية اللحام، قد يستخدم الممارسون صيغ الفولاذ القياسية كمرجع نوعي. على سبيل المثال: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - التفسير (نوعي): تشير القيم الأعلى إلى الحاجة إلى مزيد من التسخين المسبق/التسخين بعد اللحام والتبريد المتحكم فيه. تتطلب سبائك 718 تسخينًا مسبقًا متحكمًا فيه/بين الطبقات ومعالجة حرارية بعد اللحام لتجنب تشكيل الترسيبات الضارة واستعادة الخصائص الميكانيكية المصممة. - ملاحظة عملية: يمكن أن تكون 718H، المقدمة في حالة ما قبل التصلب/الشيخوخة الجزئية، أقل تحملًا للحام دون إعادة الحل الكامل ومعالجة الشيخوخة. إذا كانت هناك حاجة إلى لحام مكثف، حدد 718 المعالجة بالحرارة أو خطط لمعالجة حرارية بعد اللحام.
6. التآكل وحماية السطح
- عائلة السبيكة 718: مقاومة جيدة للتآكل العام ومقاومة ممتازة للأكسدة في العديد من البيئات حتى درجات الحرارة المتوسطة. ليست من الفئة "المتفوقة" غير القابلة للصدأ في البيئات المؤكسدة أو المكلورة حيث تتطلب سبائك متخصصة.
- حماية السطح للأسطح غير القابلة للصدأ أو المتدهورة: يمكن استخدام التشطيب الميكانيكي، والطلاءات الواقية، أو الطلاءات المتخصصة حسب الخدمة.
- PREN (رقم مقاومة التآكل) ينطبق عادةً على السبائك غير القابلة للصدأ؛ بالنسبة للسبائك المعتمدة على النيكل، لا يتم استخدام هذا المؤشر بشكل شائع. للمرجع، PREN هو: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ ولكن هذا ليس مقياس أداء مثبت للسبيكة 718.
- تشارك 718 و 718H سلوك تآكل مشابه بشكل عام لأن محتوى الكروم والنيكل الأساسيين لم يتغير بشكل أساسي. يمكن أن تؤثر الاختلافات الطفيفة في الكيمياء أو المعالجة الحرارية التي تعدل الترسيبات (الكربيدات، طور لافيس) على قابلية التآكل المحلية وسلوك حدود الحبيبات على مدى عمر الخدمة، خاصة في البيئات العدائية.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، والقابلية للتشكيل
- قابلية التشغيل: تعتبر سبائك النيكل الفائقة أصعب في التشغيل من الفولاذات منخفضة السبيكة. كل من 718 و 718H متشابهتان في خصائص القطع، ولكن الصلابة الأعلى لـ 718H عند التسليم يمكن أن تقلل من عمر الأداة وتحتاج إلى معايير أدوات أكثر قوة.
- القابلية للتشكيل: تعتبر 718 المعالجة بالحرارة القياسية (الناعمة) أكثر ملاءمة للتشكيل البارد والتشكيل. ستكون 718H في حالة ما قبل التصلب أقل قابلية للتشكيل وقد تتطلب العمل الساخن أو إعادة الحل قبل التشكيل الكبير.
- التشطيب: الطحن السطحي، والتلميع، وEDM هي شائعة. يجب مراعاة المعالجات الحرارية والضغوط المتبقية للمكونات ذات التسامح الضيق.
8. التطبيقات النموذجية
| السبيكة 718 (قياسية) | السبيكة 718H |
|---|---|
| أجزاء دوارة للطيران حيث يتم إجراء الشيخوخة بعد التصنيع من قبل الشركة المصنعة أو المستخدم؛ مكونات تتطلب قوة عالية بعد معالجة الشيخوخة المتحكم فيها؛ سبائك وبار مخصصة للتشغيل والمعالجة الحرارية اللاحقة. | مكونات محددة للوصول في حالة أقوى أو مستقرة (على سبيل المثال، الصمامات، التركيبات، أو المكونات التي يكون فيها الشيخوخة في المصنع غير عملية)؛ التطبيقات التي تتطلب تحسين الاستقرار عند درجات الحرارة العالية عند التسليم. |
| مكونات قابلة للإصلاح حيث يتم التخطيط للحام وإعادة المعالجة الحرارية | أجزاء حيث يتم إعطاء الأولوية لتقليل الحاجة إلى معالجة إضافية؛ التركيبات الميدانية ذات القدرة المحدودة على الحل والشيخوخة بعد اللحام |
| تطبيقات عالية القوة حيث يطلب المصممون دورات كاملة من الحل والشيخوخة للحصول على أفضل الخصائص | حالات حيث ترغب المشتريات في قوة أعلى عند الاستلام واستقرار الأبعاد؛ تستخدم أحيانًا حيث يتوقع الخدمة طويلة الأمد عند درجات حرارة عالية دون دورات شيخوخة إضافية |
مبررات الاختيار: - اختر 718 القياسية عندما تكون هناك حاجة للتشكيل، أو اللحام، أو التصلب بالشيخوخة المخصص في المراحل اللاحقة. - اختر 718H عندما تتطلب المشتريات قوة/استقرار أعلى عند التسليم وعندما تكون الدورات الحرارية اللاحقة غير عملية أو عندما تكون الاستقرار المثبت من المطحنة مطلوبًا للخدمة طويلة الأمد عند درجات الحرارة المرتفعة.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة النسبية: كلاهما سبائك فائقة تعتمد على النيكل وتحمل تكاليف مواد خام عالية؛ قد تتطلب 718H علاوة متواضعة إذا قامت المطحنة بأداء استقرار/معالجة إضافية أو إذا كانت تتطلب تحكمًا أكثر صرامة في العناصر الأثرية.
- التوافر: السبيكة 718 في المواصفات القياسية متاحة على نطاق واسع عالميًا في الأشرطة، والسبائك، والصفائح، ومواد اللحام. توافر 718H أكثر تحديدًا للمطحنة وقد يكون له خيارات شهادة محدودة أو أوقات تسليم أطول حسب المعالجة الحرارية المطلوبة والوثائق.
- شكل المنتج مهم: الأشرطة والسبائك مخزنة عادةً؛ قد تتطلب الأحجام المخصصة أو الظروف المعالجة حراريًا الخاصة (718H) أوقات تسليم أطول.
10. الملخص والتوصية
| السمة | 718 (قياسية) | 718H |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة مع الاحتياطات القياسية؛ أسهل إذا تم توفيرها في حالة معالجة محلول | أكثر تقييدًا؛ يمكن أن تعقد حالة ما قبل التصلب اللحام دون إعادة الحل/الشيخوخة بعد اللحام |
| توازن القوة–الصلابة | مرنة: يمكن تخصيصها من خلال المعالجة الحرارية لتحقيق توازن بين القوة والصلابة | قوة أعلى عند الاستلام؛ قد تكون لديها قابلية تمدد وصلابة أقل مقارنةً بـ 718 الناعمة |
| التكلفة | الأساس للسبيكة 718 | علاوة طفيفة ممكنة للمنتج المعالج مسبقًا/المعمر |
الخلاصة - إرشادات واضحة: - اختر 718 (UNS N07718 القياسية) إذا كنت بحاجة إلى المرونة: إذا كان سيتم إجراء تشكيل كبير، أو تشغيل، أو لحام قبل المعالجة الحرارية النهائية، أو إذا كنت تخطط لإجراء معالجة محلول وشيخوخة متحكم فيها في منشأتك لتحقيق الخصائص القصوى. - اختر 718H إذا كنت بحاجة إلى مكون يصل في حالة أقوى أو مستقرة (تقليل الحاجة إلى معالجة حرارية لاحقة)، إذا كانت الاستقرار طويلة الأمد عند درجات الحرارة العالية في الخدمة ذات أولوية، أو إذا كانت قيود المشتريات تتطلب حالة تسليم جاهزة للاستخدام وقوة أعلى - ولكن خطط لتقليل القابلية للتشكيل وإجراءات اللحام/ما بعد اللحام الأكثر تقييدًا.
ملاحظة نهائية: نظرًا لأن "718H" يمكن أن تكون تسمية خاصة بالمطحنة أو المشتري، يجب دائمًا تحديد الكيمياء المطلوبة، والخصائص الميكانيكية، والمعالجة الحرارية، ومتطلبات ما بعد اللحام في وثائق الشراء. اطلب تقارير اختبار المطحنة وسجلات المعالجة الحرارية وتأكد مما إذا كانت المادة المسلمة معالجة بالحرارة، أو معمر بالكامل، أو مثبتة مسبقًا بحيث تكون أداء التصنيع والخدمة قابلة للتنبؤ.