اینکونل 792 (Inconel 792) یک آلیاژ نیکلی است که برای کاربردهای دماهای بسیار بالا و شرایط سخت طراحی شده است. این آلیاژ برای استفاده در صنایع هوافضا و انرژی به‌ویژه در قسمت‌هایی که در معرض دماهای بسیار زیاد و اکسیداسیون شدید قرار دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ترکيب شيميايی

Nickel Ni 50/00-55/00	Chromium Cr 17/00-21/00	Iron Fe 17/13	Niobium Nb 4/75-5/50	Molybdenum Mo 2/80-3/30	Titanium Ti 0/65-1/15
Cobalt Co 1/00	Aluminium Al 0/20-0/80	Manganese Mn 0/35	Silicon Si 0/35	Carbon C 0/08	Sulfur S 0/015

 

خواص مکانیکی

 

سختی (B)	مدول الاستیک (GPa)	درصد تغییر طول در 50 میلی‌متر (2 اینچ)	استحکام تسلیم (MPa)	استحکام کششی (MPa)
350	210	5	1000	1250

 

خواص فیزیکی

 

چگالی (3g/cm)	مقاومت الکتریکی (n.Ωm)	نقطه ذوب (ºC)	(J/Kg.°C) ظرفیت گرمایی ویژه
8.25	–	1400	–

مقاومت به خوردگی

تیزاب سلطانی	هیدروژن سولفید )H2S(	اسید فرمیک )HCOOH(		اسید استیک )CH3COOH(	کلر (–Cl)	آب دریا (NaCl 3.5%)	اسید نیتریک (HNO3)	اسید فسفریک (H3PO4)	اسید هیدروفلوئوریک (HF)	اسید هیدروکلریک (HCl)	اسید سولفوریک (H2SO4)
ضعیف	خوب		متوسط	متوسط	ضعیف	خوب	خوب	متوسط	ضعیف	ضعیف	ضعیف

 

خواص حرارتی و اکسیداسیون

حداکثر دمای کاری  ºC		ضریب هدایت حرارتی   (W/m.K)	ضریب انبساط حرارتی (m.K/µm)
پیوسته 982	ناپیوسته –	–	–

استانداردها

 

 

نام‌های دیگر	ASTM	AMS	UNS	EN Chemical Designation	EN Numeric Designation  (DIN)	AISI

 

اینکونل 792، یک سوپرآلیاژ ریخته‌گری پایه نیکل است که در دمای نزدیک به نقطه ذوب خود، استحکام و مقاومت خزشی بالایی دارد. این ماده عموماً در ساخت موتورهای جت هواپیما و توربین‌های گازی که اجزای آن‌ها در معرض تنش و دمای بالا هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اینکونل 792، به عنوان یک سوپرآلیاژ پلی‌کریستال، کاربرد گسترده‌ای در صنایع توربین گازی دارد و دلیل اصلی این موضوع، خواص مکانیکی فوق‌العاده آن در دمای بالا است.

کاربردها

·         ساخت موتور جت هواپیما

• ساخت پره‌های توربین‌های گازی

خصوصیات

 

اینکونل 792 به عنوان یک سوپرآلیاژ پایه نیکل خواص و ویژگی‌های زیادی دارد که مهم‌ترین آن‌ها، مقاومت عالی خزشی و مقاومت به خوردگی است. در ادامه به تفصیل به بررسی این خصوصیات می‌پردازیم.

مقاومت خزشی

در صنایع توربین گازی، خزش یکی از پدیده‌های مخرب است که خسارات زیادی بر روی توربین و پره‌های آن برجای می‌گذارد. خزش، نوعی تغییر شکل وابسته به زمان است که برای فلزات در دماهای بالاتر از حدود نصف نقطه ذوب رخ می‌دهد. در مواد پلیمری، خزش در همه دماها از جمله دمای محیط وجود دارد.

مهندس‌ها و طراحان به منظور مقابله با خطراتی مثل خزش در صنایع توربین گازی و مشابه آن، سوپرآلیاژها را طراحی کرده‌اند. سوپرآلیاژها شامل سه دسته کلی پایه نیکل، پایه کبالت و فولادهای زنگ‌نزن پیشرفته هستند. سوپرآلیاژهای پایه نیکل و پایه کبالت عموماً برای ساخت پره‌های توربین گازی استفاده می‌شوند.

سوپرآلیاژهای پایه نیکل در دماهای کمتر از 950 درجه سانتی‌گراد، استحکام خزشی کمتری در قیاس با پایه کبالت‌ها دارند. دلیل این موضوع را می‌توان به انحلال فازهای رسوبی و استحکام‌بخش پایه نیکل‌ها، در دمای بالاتر از 950 درجه سانتی‌گراد نسبت داد.

به طور کلی در سوپرآلیاژها یکی از عوامل بسیار موثر بر مقاومت خزشی، ترکیب شیمیایی است. هرچقدر عناصر دیرگداز در ساختار آلیاژ بیشتر باشند، نقطه ذوب افزایش یافته و مقاومت خزشی هم بهبود می‌یابد. چنین موضوعی را می‌توان در اینکونل 792 مشاهده کرد. در ترکیب شیمیایی Inconel 792، عناصری نظیر مولیبدن، تنگستن، نئوبیوم و تانتالیم وجود دارد. عناصر دیرگداز در کاهش سرعت نفوذ نیز موثر هستند.

عناصر تنگستن، کروم، مولیبدن، تیتانیوم، نئوبیوم و تانتالیم در اینکونل 792 می‌توانند با ایجاد کاربید در ساختار، باعث افزایش استحکام کششی و خزشی شوند. عناصر دیگر تشکیل دهنده اینکونل 792 یعنی کربن، بور، زیرکونیوم و هافمیم در تقویت مرزدانه‌ها موثر هستند.

تحقیقات نشان داده که اگر عناصر هافمیم، زیرکونیوم و بور در ساختار سوپرآلیاژ پایه نیکل وجود داشته باشند، می‌توانند به مرزدانه جدایش کنند. دلیل این موضوع اختلاف قابل توجه شعاع اتمی این عناصر در مقایسه با عنصر زمینه یعنی نیکل است. عناصر مذکور هم می‌توانند از نفوذ مرزدانه‌ای جلوگیری نمایند و هم میزان کاربید را در داخل دانه‌ها بیشتر کنند.

 

تأثیر هافمیم بر مقاومت خزشی

پژوهشگران در سال‌های گذشته تحقیقات زیادی را بر روی اثر هافمیم در خواص سوپرآلیاژهای پایه نیکل انجام داده‌اند. نتایج این تحقیقات نشان داده که هافمیم می‎‌تواند از لغزش مرزدانه‌ها ممانعت کرده و از طرفی چقرمگی و استحکام مرزدانه را نیز افزایش دهد.

هافمیم یک کاربیدزای قوی نیز محسوب می‌شود و از این طریق هم می‌تواند بر بهبود استحکام خزشی سوپرآلیاژ اثر بگذارد.  این عنصر همچنین به تشکیل بیشتر رسوب گاما پریم که نقش مهمی در استحکام‌بخشی سوپرآلیاژهای پایه نیکل دارد، کمک می‌کند. تحقیقات نشان داده که هافمیم در افزایش داکتیلیتی آلیاژ نیز موثر است.

 

اثر بور و زیرکونیوم بر بهبود مقاومت خزشی

تحقیقات، ثابت کرده که افزودن مقدار اندکی از عناصر بور و زیرکونیوم، خواص خزشی سوپرآلیاژها را به طور معجزه‌آسایی تغییر می‌دهد. دلیل این موضوع همان‌طور که پیش‌تر نیز ذکر شد، تقویت مرزدانه است. این تقویت به گونه‌ای است که می‌تواند عمر خزشی را حتی تا 10 برابر بیشتر کند.

مقاومت به خوردگی

سوپرآلیاژها برای کارکرد مناسب و قابل اطمینان در دماهای بالا، باید علاوه بر مقاومت خزشی، مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون مناسبی نیز داشته باشند. در سوپرآلیاژ پایه نیکل 792، وجود درصد مناسبی از عناصر کروم و آلومینیوم، به ارتقای مقاومت به خوردگی کمک می‌کند. کروم و آلومینیوم به واسطه تشکیل لایه اکسید چسبنده و Passive روی سطح آلیاژ، می‌توانند در بهبود مقاومت به خوردگی موثر باشند.

پژوهش‌ها نشان داده که عنصر هافمیم در افزایش مقاومت اکسیداسیون آلیاژ، تأثیر مثبتی دارد.

 

ریخته‌گری سوپرآلیاژ

همان‌طور که پیش‌تر نیز ذکر شد، اینکونل 792 یک سوپرآلیاژ پایه نیکل ریخته‌گری محسوب می‌شود. به طور کلی ریخته‌گری سوپرآلیاژها، حساسیت بسیار بیشتری نسبت به فلزات دارد زیرا نمی‌توان آن را تکرار کرد. در ریخته‌گری باید میزان عناصر آلیاژی به خوبی کنترل شوند. ریخته‌گری سوپرآلیاژهایی نظیر اینکونل 792 باید تحت خلأ انجام شود، زیرا عناصر فعال مثل تیتانیوم، آلومینیوم و هافمیم در ساختار آن وجود دارند که ممکن است اکسید شوند.

بررسی ریزساختار سوپرآلیاژ

فازهای احتمالی موجود در ریزساختار اینکونل 792 عبارتند از: فاز زمینه گاما با شبکه fcc، فاز رسوب گاما پریم با شبکه fcc و کاربیدها (MC یا M23C6) که تشکیل آن‌ها به میزان درصد کربن بستگی دارد. همچنین فازهای مضر TCP مثل سیگما (σ) و مو (μ) ممکن است در ساختار آلیاژ به وجود آیند. این فازها عموماً موجب تضعیف خواص مکانیکی از جمله استحکام خزشی شوند.

در  سوپرآلیاژها معمولاً بیشترین استحکام با انجام عملیات حرارتی به وجود می‌آید. در اثر انجام عملیات رسوب سختی، رسوب گاما پریم ایجاد می‌شود که یک نوع ترکیب بین فلزی است. فرمول شیمیایی این ترکیب، به صورت Ni3(Ti,Al) است. این فاز، اشکال مختلفی دارد که درصد و ترکیب تشکیل‌دهنده آن بسته به ترکیب شیمیایی آلیاژ، متفاوت است.

یکی از مشخصه‌های اصلی سوپرآلیاژ اینکونل 792، وجود درصد بالایی از عناصر کاربیدزا در ساختار آن است. عناصری مثل تانتالیم، مولیبدن، تنگستن و تیتانیوم می‌توانند در افزایش کاربیدزایی موثر باشند. برخی از کاربیدها هم در حین عملیات حرارتی تشکیل می‌شوند. وجود کاربید به بهبود استحکام دمای بالا کمک می‌کند.

تشکیل فازهای مضر در سوپرآلیاژهای پایه نیکل، یکی از چالش‌های اصلی در این مواد است که در حین عملیات حرارتی و یا کار رخ می‌دهد. این رسوب‌های خطرناک غالباً در زمینه جوانه‌زنی می‌کنند و تأثیرات منفی زیادی بر عمر خزشی دارند.
 

جوشکاری اینکونل 792

با وجود قابلیت‌ها و ویژگی‌های فوق‌العاده سوپرآلیاژهای مختلف در دماهای بالا، قطعات ساخته شده با آن‌ها ممکن است در اثر فرسایش گاز داغ و برخی مکانیزم‌های دیگر، صدمه ببینند.

امروزه جوشکاری یکی از روش‌های تعمیر در دسترس است که کارایی مناسبی در صنعت دارد. روش جوشکاری قوسی گاز تنگستن عموماً به عنوان یک روش عالی برای تعمیر مورد استفاده قرار می‌گیرد. متأسفانه سوپرآلیاژهایی نظیر اینکونل 792، انطعاف‌پذیری زیادی در دماهای بالا ندارند و در نتیجه در اثر کرنش‌های حرارتی در برخی از محدوده‌های دمایی، ممکن است در آن‌ها ترک به وجود آید.