การตีขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูงในการบินและอวกาศ: ข้อมูลจำเพาะของ AMS และข้อกำหนด NDT

"การตีขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูง" เป็นชิ้นส่วนที่ทำขึ้นโดยการบีบโลหะร้อนระหว่างแม่พิมพ์ ซึ่งมักจะทำจากซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิล เพื่อรักษาความแข็งแรงและต้านทานการเกิดออกซิเดชันในโซน 650-1200 องศาที่เครื่องยนต์ไอพ่นและกังหันก๊าซทำงาน

ข้อมูลจำเพาะของ AMS (เผยแพร่โดย SAE International) เป็นสัญญาที่กำหนดเคมี วิธีการหลอม การให้ความร้อน ความแข็งแรง และการทดสอบโลหะผสมเหล่านี้

โลหะผสมสี่ชนิดที่ใช้ในการตีขึ้นรูปคืออินโคเนล 718(ความแข็งแรงบวกกับความสามารถในการเชื่อม)อินโคเนล 625(การกัดกร่อนบวกกับการเกิดออกซิเดชัน)ฮาสเตลลอย เอ็กซ์(ออกซิเดชันถึง ~1200 องศา ) และ Waspaloy (ความแรงของการคืบคลานถึง ~760 องศา )

จำเป็นต้องมี NDT: การทดสอบอัลตราโซนิก (UT) พิสูจน์เสียงภายใน การทดสอบการแทรกซึม (PT) ค้นหารอยแตกที่พื้นผิว การตรวจสอบอนุภาคแม่เหล็ก (MPI) ตรวจสอบเหล็กกล้าเฟอร์โรแมกเนติก และการถ่ายภาพด้วยรังสี (RT) ตรวจสอบส่วนที่ซับซ้อนหรือรอยเชื่อม

ระบุหมายเลข AMS จดหมายแก้ไข เงื่อนไข และคลาส NDT ในใบสั่งซื้อเสมอ "อัลลอยด์ 718" เพียงอย่างเดียวไม่ใช่ข้อกำหนด

การตีขึ้นรูปอุณหภูมิสูงในอวกาศคืออะไร?

การตีขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูงในการบินและอวกาศเป็นชิ้นส่วนโลหะที่มีรูปร่างโดยการบีบอัดโลหะร้อนระหว่างแม่พิมพ์ ซึ่งทำจากซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิล เพื่อรักษาความแข็งแรงและต้านทานการเกิดออกซิเดชันในโซน 650-1200 องศาที่เครื่องยนต์ไอพ่นและกังหันก๊าซทำงาน สิ่งเหล่านี้มีความสำคัญเนื่องจากความล้มเหลวในการตีขึ้นรูปเพียงครั้งเดียวในจานกังหันหรือขายึดอาจทำให้เครื่องบินหยุดชะงักได้

การตีแตกต่างจากการหล่อและการตัดเฉือน ในการหล่อโลหะหลอมเหลวจะถูกเทลงในแม่พิมพ์ ในการตัดเฉือน โลหะจะถูกตัดออกไป ในการตีเหล็กแท่งแข็งจะถูกบีบอัดในขณะที่ร้อน (โดยทั่วไปคือ 950-1200 องศาสำหรับโลหะผสมนิกเกิล) ซึ่งจัดแนวการไหลของเกรนตามแนวโครงร่างของชิ้นส่วนและปิดช่องว่างภายใน การไหลของเกรนนั้นเป็นสาเหตุว่าทำไมจานกังหันปลอมแปลงจึงต้านทานการเติบโตของรอยแตกร้าวได้ดีกว่าบล็อกกลึงที่ใช้โลหะผสมชนิดเดียวกันมาก ตัวระบุ "อุณหภูมิสูง" หมายความว่าโลหะผสมได้รับการออกแบบมาเพื่อรักษาความแข็งแรงที่เป็นประโยชน์และต้านทานการปรับขนาดที่สูงกว่าประมาณ 650 องศา ซึ่งเกินกว่าที่สแตนเลสทั่วไปจะทนได้ พูดง่ายๆ ก็คือ รูปร่างเหล่านี้เป็นโลหะที่ทนทานและทนความร้อนที่สุดซึ่งยึดเครื่องยนต์ไว้ด้วยกัน

ข้อมูลจำเพาะของวัสดุ AMS ใดที่ควบคุมการตีขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูงของการบินและอวกาศ

ข้อมูลจำเพาะของ AMS ที่ใช้บังคับคือมาตรฐานรูปแบบและเงื่อนไขของผลิตภัณฑ์ที่เผยแพร่โดย SAE International สำหรับโลหะผสมตีขึ้นรูปหลัก 4 ชนิด ตัวเลขสำคัญคือ AMS 5662 / 5663 / 5664 (Inconel 718), AMS 5666 (Inconel 625), AMS 5754 (Hastelloy X) และ AMS 5708 / 5709 (Waspaloy) แต่ละส่วนจะควบคุมเคมี การฝึกปฏิบัติในการหลอม การบำบัดความร้อน สมบัติทางกล และการรับรอง

เอกสาร AMS (Aerospace Material Specification) เป็นภาษากลางของการจัดซื้อด้านการบินและอวกาศ พวกเขาระบุหน้าต่างเคมีที่แน่นอนและเส้นทางการหลอม (เกือบทุกครั้ง VIM บวก VAR - การหลอมแบบเหนี่ยวนำสุญญากาศและการหลอมอาร์คแบบสุญญากาศ - สำหรับชิ้นส่วนที่หมุน) และจะระบุสภาวะการบำบัดความร้อนในการจัดส่งวัสดุ โลหะผสมเดี่ยวจึงปรากฏใต้หมายเลข AMS หลายหมายเลข ขึ้นอยู่กับรูปแบบและสภาพของผลิตภัณฑ์ ดังนั้นการตั้งชื่อหมายเลขผิดบนแบบร่างจึงเป็นข้อผิดพลาดทางวิศวกรรมที่แท้จริง ไม่ใช่ของธุรการ

เพดานบริการเป็นคำแนะนำ "ความแข็งแรงที่เป็นประโยชน์ / ออกซิเดชัน" ที่ระบุ ขีดจำกัดการควบคุมจะเป็นแบบการออกแบบและการแก้ไข AMS เฉพาะเสมอ

Inconel 718 กับ Inconel 625 กับ Hastelloy X กับ Waspaloy: คุณควรระบุโลหะผสมปลอมแบบใด

เลือกโลหะผสมตามโหมดความล้มเหลวหลักที่คุณต้องเอาตัวรอด: เลือก Inconel 718 เมื่อคุณต้องการการผสมผสานระหว่างความแข็งแรงบวกกับการเชื่อมที่ดีที่สุด, Inconel 625 เมื่อการกัดกร่อนและการเกิดออกซิเดชันครอบงำ, Hastelloy X เมื่อคุณต้องใช้งานร้อนกว่า ~900 องศา และ Waspaloy เมื่อความแข็งแรงของการคืบสูงกว่า ~650 องศา เป็นสิ่งสำคัญอันดับแรก

โลหะผสมทั้งสี่นี้ไม่สามารถใช้แทนกันได้ แต่ละอันได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับข้อจำกัดที่แตกต่างกัน Inconel 718 เป็นค่าเริ่มต้นเนื่องจากการเสริมความแข็งแรงแบบแกมมา-ดับเบิ้ลไพรม์ ( ″) ทำให้มีความแข็งแรงสูงในขณะที่ยังเชื่อมได้ Inconel 625 ได้รับความแข็งแกร่งจากโมลิบดีนัมและไนโอเบียม และได้รับเลือกเมื่อน้ำทะเล ไอเสีย หรือปฏิกิริยาออกซิเดชั่นมีความสำคัญมากกว่าความแข็งแกร่งสูงสุด

Hastelloy X เป็นโลหะผสมสารละลายของแข็งที่สร้างขึ้นเพื่อต้านทานการเกิดออกซิเดชันสูงถึง ~1200 องศา เหมาะสำหรับโครงสร้างที่ร้อนคงที่ Waspaloy ได้รับการเสริมกำลังด้วยแกมมาไพรม์ ( ′) ชนะความแรงของการคืบในช่วง 650-760 องศาสำหรับฮาร์ดแวร์เครื่องยนต์ที่หมุน

วิธีการ NDT ใดที่จำเป็นสำหรับการตีขึ้นรูปการบินและอวกาศ และแต่ละวิธีตรวจจับอะไร

การตีขึ้นรูปการบินและอวกาศมักได้รับการทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (UT) สำหรับเสียงภายใน การทดสอบการแทรกซึมของของเหลว (PT) สำหรับรอยแตกที่พื้นผิว การตรวจสอบอนุภาคแม่เหล็ก (MPI) สำหรับเหล็กกล้าที่เป็นเหล็กแม่เหล็กไฟฟ้า และการถ่ายภาพด้วยรังสี (RT) สำหรับรูปทรงที่ซับซ้อนหรือรอยเชื่อม การตรวจสอบพื้นผิวและการตรวจสอบภายในเป็นส่วนเสริม และไม่มีทางเลือกทดแทนกัน

การตีขึ้นรูปภายนอกอาจดูสมบูรณ์แบบแต่ยังซ่อนข้อบกพร่องใต้ผิวดิน หรือภายในสะอาดแต่ยังมีรอยร้าวบนพื้นผิวจากการหยิบจับ วิธี NDT แต่ละวิธีมองเห็นระดับข้อบกพร่องที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมระบบคุณภาพเฟรมเครื่องบินและเครื่องยนต์จึงซ้อนกัน

UT ใช้คลื่นเสียงเพื่อเปิดเผยช่องว่างภายใน รอยตำหนิ และรอบ PT ใช้สีย้อมที่ซึมเข้าไปในรอยแตกบนพื้นผิวที่เปิดโล่งและสว่างจ้าภายใต้แสงยูวี MPI ใช้งานได้กับเหล็กแม่เหล็กเท่านั้น และเผยให้เห็นความไม่ต่อเนื่องของพื้นผิวและพื้นผิวใกล้ RT ใช้รังสีเอกซ์เพื่อถ่ายภาพข้อบกพร่องเชิงปริมาตรในส่วนที่หนาหรือส่วนที่เป็นรอยเชื่อม

เกณฑ์การยอมรับ NDT จะแมปกับมาตรฐาน AMS และ ASTM ได้อย่างไร

เกณฑ์การยอมรับถูกกำหนดโดยมาตรฐานและคลาสที่สั่งซื้อ ไม่ใช่ "ผ่าน" สากล ดังนั้นผู้ซื้อจะต้องอ้างอิงทั้งมาตรฐานวิธีการ (เช่น AMS 2630 Class A สำหรับ UT) และขนาดบ่งชี้ที่อนุญาต สำหรับเหล็กกล้าเฟอร์โรแมกเนติก ระดับความสะอาดของซีรีส์ AMS 2300 จะแปลงจำนวนการรวมเป็นขีดจำกัดการยอมรับ/ปฏิเสธ

NDT จะไม่มีความหมายหากไม่มีกฎการยอมรับ สำหรับ UT ของผลิตภัณฑ์นิกเกิลและเหล็กกล้าที่ขึ้นรูปแล้ว AMS 2630 (หนา) และ AMS 2632 (บาง) จะตั้งค่าระดับคุณภาพตามบล็อกอ้างอิง - ขีดจำกัดตัวสะท้อนแสงเทียบเท่ากับ FBH (รูก้นแบน) และกฎการระบุความหนาแน่น สำหรับสารแทรกซึม AMS 2644 กำหนดประเภท วิธีการ และระดับความไวของสารแทรกซึม (½ ถึง 4) ซึ่งกำหนดว่าจะตรวจพบรอยแตกร้าวได้ละเอียดเพียงใด

สำหรับความสะอาดของเหล็ก กลุ่มผลิตภัณฑ์ AMS 2300 จะให้คะแนนวัสดุตามความถี่ (F) และความรุนแรง (S) จากความยาวบ่งชี้อนุภาคแม่เหล็ก: AMS 2300 เป็นระดับพรีเมี่ยมที่ต้องใช้ VAR/ESR สำหรับชิ้นส่วนที่หมุนได้วิกฤติ และ AMS 2301/2304 เป็นระดับคุณภาพเครื่องบินทั่วไปมากกว่า ข้อมูลจำเพาะด้านความสะอาดของ MPI เหล่านี้ใช้กับเหล็กกล้าเฟอร์โรแมกเนติก ซูเปอร์อัลลอยด์นิกเกิลมีคุณสมบัติโดย UT และ PT แทนเนื่องจากไม่ใช่แม่เหล็ก

เหตุใดกระบวนการหลอมโลหะ (VIM + VAR) จึงตัดสินใจความน่าเชื่อถือของการปลอมแปลง

การหลอมสองครั้ง - การหลอมด้วยการเหนี่ยวนำสุญญากาศ (VIM) ตามด้วยการหลอมอาร์กด้วยสุญญากาศ (VAR) หรือการหลอมด้วยไฟฟ้าสแล็ก (ESR) เป็นสิ่งที่ช่วยขจัดสิ่งที่เจือปนอยู่ในโลหะและหลุมก๊าซที่อาจกลายเป็นตัวเริ่มการแตกร้าวในการตีขึ้นรูปแบบหมุน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมข้อกำหนด AMS สำหรับชิ้นส่วนที่สำคัญจึงได้รับมอบอำนาจ

อายุการใช้งานของการตีขึ้นรูปนั้นถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าก่อนการอบชุบด้วยความร้อน โดยพิจารณาจากความสะอาดของแท่งเหล็กเริ่มต้น เหล็กที่หลอมด้วยอากาศอาจมีออกไซด์และซัลไฟด์รวมอยู่ด้วยซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเพิ่มความเครียดภายใน ภายใต้ภาระแบบวนรอบของจานกังหัน สิ่งเหล่านี้จะเติบโตเป็นรอยแตกเมื่อยล้า VIM ละลายโลหะผสมภายใต้สุญญากาศเพื่อแยกก๊าซที่ละลายและองค์ประกอบเบาออก และ VAR / ESR จะหลอมแท่งโลหะอีกครั้งในลักษณะหยดที่ควบคุมได้ ทำให้เกิดอิเล็กโทรดที่สม่ำเสมอและปราศจากสิ่งเจือปน

AMS 5662 และข้อกำหนดด้านความสะอาดระดับพรีเมียมของซีรีส์ 2300 กำหนดให้มีการหลอมละลายระดับ VIM + VAR / VAR อย่างชัดเจนสำหรับฮาร์ดแวร์แบบหมุนที่มีความต้องการมากที่สุด และใบรับรองที่รายงานเฉพาะ "718" ที่ไม่มีเส้นทางหลอมนั้นไม่ได้แสดงให้เห็นถึงการปฏิบัติตามข้อกำหนด

AMS ต้องการเอกสารและการตรวจสอบย้อนกลับอะไรบ้างสำหรับการตีขึ้นรูปอากาศยาน

การปฏิบัติตามข้อกำหนดของ AMS ได้รับการพิสูจน์บนกระดาษมากพอๆ กับในส่วน: เรือตีขึ้นรูปทุกลำที่มีรายงานการทดสอบโรงสีที่ผ่านการรับรอง (CMTR) เชื่อมโยงกับความร้อน/หมายเลขล็อต การบันทึกเคมี สมบัติทางกล การรักษาความร้อน การฝึกปฏิบัติในการหลอม ขนาดของเกรน และผลลัพธ์ NDT ทั้งหมดนี้สามารถตรวจสอบย้อนกลับไปจนถึงการหลอมที่มาจากแหล่งกำเนิด

ห่วงโซ่อุปทานด้านการบินและอวกาศสร้างขึ้นจากความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับ การตีขึ้นรูปโดยไม่มี CMTR ที่ตรงกันนั้น ตามการใช้งานแล้ว จะไม่คุ้มกับการบินแม้ว่าโลหะจะสมบูรณ์แบบก็ตาม เพราะไม่มีใครสามารถพิสูจน์ได้ว่าโลหะหลอมนั้นมาจากไหนหรือการทดสอบใดที่ผ่านการทดสอบ ระบบ AMS คาดหวังให้มีการทดสอบในสภาพที่จัดส่งพร้อมการสุ่มตัวอย่างเป็นเอกสาร และใบรับรองจะต้องระบุข้อกำหนดและการแก้ไข (เช่น "AMS 5662M" ไม่ใช่แค่ "AMS 5662") บวกกับหมายเลขความร้อน การตรวจสอบโดยบุคคลที่สามโดยหน่วยงานต่างๆ เช่น Lloyds, Bureau Veritas หรือ DNV มักจำเป็นสำหรับการจัดซื้อจัดจ้างที่สำคัญ และบันทึกจะถูกเก็บไว้เป็นเวลาหลายปีเพื่อให้สามารถตรวจสอบส่วนหนึ่งได้ในทศวรรษต่อมา

คุณควรระบุ AMS และ NDT ในใบสั่งซื้ออย่างไร

เขียนใบสั่งซื้อเพื่อไม่ให้ซัพพลายเออร์ไม่สามารถจัดส่ง "โลหะผสมที่ถูกต้อง" ได้: ตั้งชื่อหมายเลข AMS ที่ถูกต้องด้วยจดหมายฉบับแก้ไข รูปแบบและเงื่อนไขของผลิตภัณฑ์ วิธีปฏิบัติในการหลอม วิธีการและประเภทของ NDT ระดับการรับรอง และข้อกำหนดในการทำเครื่องหมาย/การตรวจสอบย้อนกลับด้วยความร้อน

ความล้มเหลวในการจัดซื้อจัดจ้างที่พบบ่อยที่สุดคือคำสั่งซื้อที่ระบุว่า "อัลลอยด์ 718" เท่านั้น ซัพพลายเออร์สองรายสามารถเสนอราคาเดียวกันสำหรับโลหะผสมที่ระบุเดียวกัน และส่งมอบวัสดุที่มีเส้นทางการหลอมที่แตกต่างกัน การทดสอบที่แตกต่างกัน และเคมีที่อนุญาตต่างกัน ข้อมูลจำเพาะ การแก้ไข และเงื่อนไขคือสิ่งที่แปลงชื่อโลหะผสมให้เป็นการซื้อ บรรทัดคำสั่งที่สามารถป้องกันได้มีข้อความประมาณว่า: "Inconel 718 ตีขึ้นรูปเป็น AMS 5663 Rev M, VIM + VAR, เคลือบสารละลายและชุบแข็งด้วยการตกตะกอน, UT 100% เป็น AMS 2630 Class A, PT ถึง AMS 2644 ระดับ 3 พร้อม EN 10204 3.1 / 3.2 CMTR และความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับหมายเลขความร้อน"

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: Inconel 718 แข็งแกร่งกว่า Hastelloy X หรือไม่

A:ในแง่ของแรงดึงและความแข็งแรงครากที่อุณหภูมิห้องและอุณหภูมิปานกลาง Inconel 718 ที่บ่มแล้วมีความต้านทานแรงดึงประมาณ 1275 MPa เทียบกับประมาณ 690-755 MPa สำหรับ Hastelloy X แต่ Hastelloy X มีชัยในด้านความต้านทานออกซิเดชันและอุณหภูมิการใช้งานที่เป็นประโยชน์ โดยคงอยู่ได้ถึง ~1200 องศา โดยที่ 718 จะสูญเสียความแข็งแรง เลือกตามหน้าที่ไม่ใช่เลขตัวเดียว

ถาม: คุณสามารถทดแทน AMS 5663 เป็น AMS 5662 ได้หรือไม่

A:ไม่สุ่มสี่สุ่มห้า. AMS 5662 เป็นสภาวะที่ได้รับการบำบัดด้วยสารละลาย (อ่อน สามารถแปรรูปได้) ซึ่งใช้เมื่อคุณตัดเฉือนตามอายุ AMS 5663 ได้รับการชุบแข็งแบบตกตะกอนแล้ว (มีความแข็งแรงเต็มที่ จัดส่งให้แล้ว) เป็นโลหะผสมและรูปแบบเดียวกัน แต่มีเงื่อนไขต่างกัน ดังนั้นการทดแทนจึงขึ้นอยู่กับจุดประสงค์ในการให้ความร้อนของแบบแปลนของคุณทั้งหมด

ถาม: ซูเปอร์อัลลอยนิกเกิลจำเป็นต้องมีการตรวจสอบอนุภาคแม่เหล็กหรือไม่

A:โดยทั่วไปไม่มี Inconel 718 / 625 และ Hastelloy X ไม่เป็นแม่เหล็ก ดังนั้นจึงใช้ MPI (AMS 2300-series) ไม่ได้ ความสะอาดและความสมบูรณ์ของพื้นผิวได้รับการพิสูจน์โดย UT (AMS 2630 / 2632) และ PT (AMS 2644) MPI สงวนไว้สำหรับเหล็กกล้าเฟอร์โรแมกเนติก

ถาม: "AMS 2630 Class A" หมายความว่าอย่างไรในคำสั่งการปลอมแปลง

A:หมายถึงการตรวจสอบการตีขึ้นรูปด้วยอัลตราโซนิก 100% ตาม AMS 2630 ที่ระดับการยอมรับที่เข้มงวดที่สุด (คลาส A) โดยมีตัวบ่งชี้ที่สามารถปฏิเสธได้ซึ่งกำหนดโดยตัวสะท้อนแสงที่เทียบเท่ากับรูก้นแบนและกฎบ่งชี้ที่มีความหนาแน่น - ระดับที่โดยทั่วไปที่จำเป็นสำหรับการหมุนที่สำคัญหรือชิ้นส่วนความปลอดภัยในการบิน