एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग में इनकोनल 718: एयरोस्पेस घटकों के लिए 3डी प्रिंटिंग

इनकोनल 718 (यूएनएस एन07718)एयरोस्पेस एडिटिव विनिर्माण में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला निकल आधारित सुपरअलॉय है, जो गैस टरबाइन इंजनों में सभी धातु एएम भागों के 60% से अधिक के लिए जिम्मेदार है। उच्च तापमान शक्ति (700 डिग्री सेल्सियस तक), उत्कृष्ट रेंगना प्रतिरोध और अच्छी वेल्डेबिलिटी का संयोजन इसे लेजर पाउडर बेड फ्यूजन (एलपीबीएफ) और इलेक्ट्रॉन बीम पिघलने (ईबीएम) प्रक्रियाओं के लिए आदर्श बनाता है। यह आलेख एयरोस्पेस ग्रेड इनकोनेल 718 एएम घटकों के लिए प्रक्रिया मापदंडों, सूक्ष्म संरचनात्मक विकास, यांत्रिक गुणों, पोस्ट{6}प्रसंस्करण आवश्यकताओं और गुणवत्ता मानकों की जांच करता है।

इनकोनेल 718 एयरोस्पेस एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के लिए प्रमुख मिश्र धातु क्यों है?

इंकोनेल 718 गैस टरबाइन इंजनों में 60% से अधिक धातु एएम भागों के लिए जिम्मेदार है क्योंकि यह उच्च तापमान शक्ति (700 डिग्री सेल्सियस तक), न्यूनतम क्रैकिंग संवेदनशीलता के साथ उत्कृष्ट वेल्डेबिलिटी और एलपीबीएफ और ईबीएम प्लेटफार्मों पर एक अच्छी तरह से स्थापित प्रक्रिया पैरामीटर डेटाबेस का इष्टतम संतुलन प्रदान करता है।

इनकोनेल 718 एक अवक्षेपण योग्य {{1}कठोर निकल {{2}क्रोमियम मिश्र धातु है जिसमें लोहा, नाइओबियम, मोलिब्डेनम और टाइटेनियम की पर्याप्त मात्रा होती है। मिश्र धातु अपनी ताकत गामा डबल प्राइम (Ni3Nb) और गामा प्राइम (Ni3(Al,Ti)) से प्राप्त करती है जो उम्र बढ़ने के ताप उपचार के दौरान उस रूप में अवक्षेपित होती है। एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के प्रमुख लाभों में शामिल हैं:

स्रोत: एएसटीएम बी637; एसएई एएमएस 5662; जीई एविएशन एएम डेटाबेस 2024

मिश्र धातु की अपेक्षाकृत कम गामा प्राइम सामग्री (वास्पालॉय और उडीमेट 720 में 15{4}}20% बनाम 40%+) पोस्ट-एएम ताप उपचार के दौरान तनाव-उम्र दरार के जोखिम को कम करती है। यह इनकोनेल 718 को जटिल एएम ज्यामिति के लिए विशिष्ट रूप से उपयुक्त बनाता है जिसके लिए तनाव से राहत और दरार के बिना वर्षा को सख्त करने की आवश्यकता होती है।

एलपीबीएफ इनकोनेल 718 के लिए महत्वपूर्ण प्रक्रिया पैरामीटर क्या हैं?

इनकोनेल 718 के लिए इष्टतम एलपीबीएफ पैरामीटर लेजर पावर 200-300W, स्कैन गति 800-1200 मिमी/सेकेंड, परत मोटाई 30-40 माइक्रोमीटर और हैच स्पेसिंग 80-120 माइक्रोमीटर हैं, जो 99.9% से ऊपर घनत्व प्राप्त करते हैं और सतह खुरदरापन रा 5-10 माइक्रोमीटर है।

लेजर पाउडर बेड फ़्यूज़न (एलपीबीएफ) इनकोनेल 718 एयरोस्पेस घटकों के लिए प्रमुख एएम प्रक्रिया है। प्रक्रिया विंडो को वॉल्यूमेट्रिक ऊर्जा घनत्व (VED) द्वारा परिभाषित किया गया है, जिसकी गणना इस प्रकार की जाती है:

VED (J/mm3)=लेज़र पावर (W) / [स्कैन स्पीड (मिमी/सेकेंड) x हैच स्पेसिंग (मिमी) x परत की मोटाई (मिमी)]

स्रोत: EOS Inconel 718 पैरामीटर गाइड; एसएई एएमएस 7011; नासा एमएसएफसी-एसटीडी-3716

आधुनिक एलपीबीएफ सिस्टम अवशिष्ट तनाव और बनावट के विकास को कम करने के लिए परतों के बीच 67{5}}डिग्री रोटेशन के साथ धारीदार या चेकरबोर्ड स्कैनिंग रणनीतियों का उपयोग करते हैं। विशिष्ट धारियों की चौड़ाई धारियों के बीच 10% ओवरलैप के साथ 5-10 मिमी होती है। लंबे, पतली दीवार वाले घटकों के लिए, कम शक्ति (150-200W) और धीमी गति (600-800 मिमी/सेकेंड) पर समोच्च स्कैन सतह खत्म और आयामी सटीकता में सुधार करते हैं।

इनकोनेल 718 एयरोस्पेस घटकों के लिए ईबीएम की तुलना एलपीबीएफ से कैसे की जाती है?

ईबीएम 40-60% कम अवशिष्ट तनाव, महीन अनाज संरचना (एलपीबीएफ के लिए औसत अनाज का आकार 20-50 माइक्रोमीटर बनाम 50-200 माइक्रोमीटर) के साथ इनकोनेल 718 का उत्पादन करता है, और तनाव से राहत की आवश्यकता को समाप्त करता है, लेकिन कम आयामी सटीकता (+/- 0.3 मिमी बनाम +/- 0.1 मिमी) प्राप्त करता है और वैक्यूम ऑपरेशन की आवश्यकता होती है।

स्रोत: आर्कम ईबीएम इनकोनेल 718 उपयोगकर्ता गाइड; ईओएस एम 290 पैरामीटर शीट; जीई विमानन प्रक्रिया विशिष्टता

ईबीएम में ऊंचा निर्माण तापमान (900{2}}1100 डिग्री सेल्सियस) इनकोनेल 718 सॉल्यूशन एनीलिंग तापमान तक पहुंचता है, जिसके परिणामस्वरूप -सीटू तनाव से राहत मिलती है और एक अधिक समान माइक्रोस्ट्रक्चर मिलता है। यह निर्माण के बाद तनाव से राहत के दौरान विकृति के जोखिम को समाप्त करता है, जो टरबाइन आवरण और संरचनात्मक ब्रैकेट जैसे बड़े एयरोस्पेस घटकों के लिए महत्वपूर्ण है। हालाँकि, ईबीएम की मोटे सतह की फिनिश और कम सहनशीलता के कारण अधिकांश कार्यात्मक सतहों के लिए मशीनिंग की आवश्यकता होती है।

कौन सी माइक्रोस्ट्रक्चरल विशेषताएँ निर्मित इनकोनल 718 के रूप में परिभाषित करती हैं?

जैसा कि निर्मित इनकोनल 718 में निर्माण की दिशा के साथ संरेखित स्तंभकार दाने मजबूत दिखाई देते हैं<001>फाइबर बनावट, इंटरडेंड्राइटिक क्षेत्रों में लव्स चरण और कार्बाइड पृथक्करण, और 320-380 एचवी की सूक्ष्म कठोरता के लिए वर्षा सख्तता प्राप्त करने के लिए समाधान एनीलिंग और डबल एजिंग की आवश्यकता होती है।

स्रोत: एक्टा मटेरियलिया वॉल्यूम 215 (2021); मेटलर्जिकल लेनदेन ए खंड 52 (2021); नासा तकनीकी रिपोर्ट NASA/TM-2020-5001273

एलपीबीएफ (10^5 से 10^6 के/एस) और ईबीएम (10^3 से 10^4 के/एस) में तेजी से जमने की दर के परिणामस्वरूप गढ़ा सामग्री की तुलना में विस्तारित ठोस घुलनशीलता और परिष्कृत डेंड्राइटिक संरचनाएं होती हैं। हालाँकि, जमने के दौरान नाइओबियम पृथक्करण इंटरडेंड्राइटिक क्षेत्रों में लव्स चरण के गठन को बढ़ावा देता है। लव्स चरण (Ni,Fe,Cr)2(Nb,Mo,Ti) भंगुर होता है और गामा डबल प्राइम अवक्षेपण के लिए आवश्यक नाइओबियम के मैट्रिक्स को ख़त्म कर देता है। 1065-1100 डिग्री सेल्सियस पर घोल को एनीलिंग करने से लव्स चरण घुल जाता है और नाइओबियम वितरण समरूप हो जाता है।

एयरोस्पेस के लिए किस ताप उपचार की आवश्यकता है -ग्रेड इनकोनेल 718 एएम पार्ट्स?

एयरोस्पेस श्रेणी इनकॉनेल 718 एएम भागों को तन्य शक्ति प्राप्त करने के लिए 1165-1190 डिग्री सेल्सियस / 100-150 एमपीए / 4 घंटे पर हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (एचआईपी) की आवश्यकता होती है, इसके बाद 1065-1100 डिग्री सेल्सियस / 1 घंटे पर समाधान एनीलिंग और 760 डिग्री सेल्सियस / 10 घंटे {{9%) डिग्री सेल्सियस / 8 घंटे पर डबल एजिंग की आवश्यकता होती है। 1375 एमपीए और तनाव विच्छेदन जीवन 650 डिग्री सेल्सियस पर 400 घंटे से अधिक।

स्रोत: एसएई एएमएस 2774; एसएई एएमएस 5662; नासा एमएसएफसी-स्पेक-3717; एएसटीएम एफ3055

एचआईपी एयरोस्पेस एएम भागों के लिए आवश्यक है क्योंकि यह आंतरिक छिद्र को बंद कर देता है जो थकान दरार आरंभ स्थलों के रूप में कार्य करता है। अध्ययनों से पता चलता है कि गैर-एचआईपी'ड एएम सामग्री की तुलना में एचआईपी थकान जीवन को 50{2}}200% बढ़ा देता है। समाधान एनीलिंग तापमान विंडो (1065-1100 डिग्री सेल्सियस) महत्वपूर्ण है: 1065 डिग्री सेल्सियस से नीचे का तापमान लव्स चरण को पूरी तरह से भंग नहीं करता है, जबकि 1100 डिग्री सेल्सियस से ऊपर का तापमान अत्यधिक अनाज वृद्धि (एएसटीएम 2 या मोटे) का कारण बनता है जो रेंगने के प्रतिरोध को कम करता है।

एएम और रॉट इनकोनेल 718 के बीच यांत्रिक गुणों की तुलना कैसे की जाती है?

पूरी तरह से गर्मी से उपचारित एलपीबीएफ और ईबीएम इंकोनेल 718 गढ़ा सामग्री के 5% (1375 एमपीए यूटीएस, 1100 एमपीए वाईएस, 15% बढ़ाव) के भीतर तन्य गुण प्राप्त करते हैं और एचआईपी के बाद गढ़ा थकान जीवन को 20-40% से अधिक करते हैं, लेकिन अवशिष्ट बनावट के कारण लचीलापन और प्रभाव शक्ति में 15-25% अनिसोट्रोपिक भिन्नता प्रदर्शित करते हैं।

स्रोत: एसएई एएमएस 5662; एमएमपीडीएस-17; नासा तकनीकी रिपोर्ट NASA/TM-2020-5001273; जेएन मिश्र परीक्षण डेटाबेस

तेजी से जमने से परिष्कृत माइक्रोस्ट्रक्चर एएम इनकोनेल 718 के बेहतर थकान प्रदर्शन में योगदान देता है। हालांकि, अनिसोट्रॉपी एक चिंता का विषय बनी हुई है: निर्माण दिशा के लंबवत परीक्षण की गई तन्य लचीलापन और प्रभाव शक्ति आमतौर पर अनुदैर्ध्य मूल्यों से 15-25% कम है। इस अनिसोट्रॉपी को स्तंभाकार अनाज संरचना के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है<001>बनावट संरेखण. फ्रैक्चर के लिए {{1}महत्वपूर्ण घटकों के लिए, डिज़ाइन स्वीकार्य में दिशात्मक संपत्ति भिन्नता का ध्यान रखना चाहिए।

एयरोस्पेस इनकोनेल 718 पूर्वाह्न पर कौन से पाउडर गुणवत्ता मानक लागू होते हैं?

एयरोस्पेस इंकोनल 718 पाउडर को 15-45 माइक्रोमीटर (डी10: 20 माइक्रोमीटर, डी50: 30 माइक्रोमीटर, डी90: एलपीबीएफ के लिए 40 माइक्रोमीटर), 200 पीपीएम से नीचे ऑक्सीजन सामग्री, 100 पीपीएम से नीचे नाइट्रोजन, 25 सेकंड/50 ग्राम से ऊपर पाउडर प्रवाह क्षमता, और 4.5 ग्राम/सेमी3 प्रति एएमएस 7011 से ऊपर स्पष्ट घनत्व के कण आकार वितरण को पूरा करना होगा। एएसटीएम F3049.

स्रोत: एसएई एएमएस 7011; एएसटीएम एफ3049; एएसटीएम एफ3055; ईओएस पाउडर विशिष्टता

एयरोस्पेस एएम उत्पादन के लिए पाउडर पुनर्चक्रण एक महत्वपूर्ण लागत कारक है। अध्ययनों से पता चलता है कि इनकोनेल 718 पाउडर को कण आकार वितरण बदलाव और ऑक्सीजन पिकअप स्वीकार्य सीमा से अधिक होने से पहले एलपीबीएफ में 8-10 चक्र और ईबीएम में 15-20 चक्र का पुन: उपयोग किया जा सकता है। एक पाउडर प्रबंधन प्रोटोकॉल को संचयी पुन: उपयोग चक्रों को ट्रैक करना चाहिए और लगातार विशेषताओं को बनाए रखने के लिए वर्जिन पाउडर को मिश्रित करना चाहिए। विशिष्ट वर्जिन पाउडर जोड़ने की दर प्रति निर्माण चक्र 20-30% है।

एयरोस्पेस एएम इनकोनेल 718 पर कौन सी गैर-{0}}विनाशकारी परीक्षण आवश्यकताएँ लागू होती हैं?

एयरोस्पेस एएम इनकोनेल 718 घटकों को आंतरिक दोषों (न्यूनतम पता लगाने योग्य दोष आकार 0.2 मिमी) के लिए 100% सीटी स्कैनिंग, डाई पेनेट्रेंट या एडी करंट द्वारा सतह निरीक्षण, आईएसओ 2768-एमके के अनुसार आयामी सत्यापन, और नासा एमएसएफसी-एसटीडी-3716 और एएसटीएम एफ3055 के अनुसार गवाह नमूनों के यांत्रिक परीक्षण की आवश्यकता होती है।

स्रोत: NASA MSFC-STD-3716; एएसटीएम एफ3055; एसएई एआरपी5752; आईएसओ 2768

एएम भागों के लिए सीटी स्कैनिंग प्राथमिक एनडीटी विधि है क्योंकि यह पूर्ण 3डी दोष वितरण को पकड़ लेती है। आधुनिक सूक्ष्म-सीटी प्रणालियां 10{4}}20 माइक्रोमीटर के स्वर आकार को प्राप्त करती हैं, जिससे छिद्र समूहों, कमी-संलयन दोषों और समावेशन का पता लगाने में मदद मिलती है जो पारंपरिक रेडियोग्राफी से बच जाते हैं। उत्पादन भागों के लिए, एक ही निरीक्षण में आंतरिक अखंडता और आयामी अनुरूपता दोनों को सत्यापित करने के लिए सीटी डेटा की तुलना सीएडी मॉडल से की जाती है।

इनकोनेल 718 एएम की लागत और लीड टाइम निहितार्थ क्या हैं?

इनकोनेल 718 एएम लीड समय को 60{7}}80% (ठोस से मशीनिंग के लिए 2{8}}4 सप्ताह बनाम 10{9}}16 सप्ताह) तक कम कर देता है और पारंपरिक मशीनिंग के लिए 5-15% की तुलना में 30-50% सामग्री उपयोग प्राप्त करता है, लेकिन सरल ज्यामिति के लिए पारंपरिक विनिर्माण की तुलना में आंशिक लागत 2-4 गुना अधिक रहती है; 5:1 से कम खरीद-दर-उड़ान अनुपात के साथ एएम जटिल भागों के लिए लागत-प्रतिस्पर्धी बन जाता है।

स्रोत: जेएन अलॉयज ग्राहक डेटा 2024; रोलैंड बर्जर एएम लागत मॉडल; डेलॉइट एयरोस्पेस एएम अध्ययन 2024

इनकोनेल 718 एएम के लिए व्यवसायिक मामला निम्नलिखित में से एक या अधिक विशेषताओं वाले भागों के लिए सबसे मजबूत है: (1) जटिल आंतरिक ज्यामिति जैसे कूलिंग चैनल जिन्हें मशीनीकृत नहीं किया जा सकता है, (2) पारंपरिक विनिर्माण में 8:1 से अधिक का फ्लाई अनुपात खरीदें, (3) कम उत्पादन मात्रा (1 11 50 इकाइयां) जहां टूलींग लागत हावी है, (4) लगातार डिजाइन पुनरावृत्तियों के लिए त्वरित प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है, या (5) वजन-महत्वपूर्ण अनुप्रयोग जहां वजन-महत्वपूर्ण अनुप्रयोग होते हैं टोपोलॉजी अनुकूलन महत्वपूर्ण जन कटौती प्रदान करता है।

निष्कर्ष

इनकोनेल 718 एक परिपक्व प्रौद्योगिकी तत्परता स्तर, व्यापक प्रक्रिया डेटाबेस और एलपीबीएफ और ईबीएम प्लेटफार्मों पर सिद्ध उड़ान विरासत के साथ, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के लिए एयरोस्पेस उद्योग का वर्कहॉर्स मिश्र धातु है।

इनकोनेल 718 के एयरोस्पेस एएम के लिए मुख्य बातें:

1. प्रक्रिया चयन:सटीक विशेषताओं और बारीक विवरण के लिए एलपीबीएफ; बड़े, तनावग्रस्त संवेदनशील घटकों के लिए ईबीएम जिन्हें न्यूनतम विरूपण की आवश्यकता होती है।

2. सूक्ष्म संरचना नियंत्रण:तेजी से जमना अनाज की संरचना को परिष्कृत करता है लेकिन अनिसोट्रॉपी बनाता है; एयरोस्पेस अनुप्रयोगों के लिए एचआईपी और उचित ताप उपचार अनिवार्य है।

3. संपत्ति उपलब्धि:पूरी तरह से गर्मी से उपचारित एएम इंकोनेल 718 गढ़ा गुणों को पूरा करता है या उससे अधिक है; सरंध्रता समाप्त होने के कारण एचआईपी के बाद थकान जीवन में 20-40% सुधार होता है।

4. गुणवत्ता आश्वासन:आंतरिक दोष का पता लगाने के लिए सीटी स्कैनिंग आवश्यक है; गवाह नमूने प्रत्येक निर्माण के लिए यांत्रिक गुणों को मान्य करते हैं।

5. आर्थिक व्यवहार्यता:एएम जटिल ज्यामिति (खरीदने के लिए -उड़ने के लिए > 8:1), कम मात्रा, या टोपोलॉजी के लिए {{5}अनुकूलित डिजाइन के लिए लागत में प्रतिस्पर्धी बन जाता है, जिससे महत्वपूर्ण वजन में कमी आती है।

इन्कोनेल 718 एएम का मूल्यांकन करने वाले एयरोस्पेस ओईएम और टियर 1 आपूर्तिकर्ताओं के लिए, एक चरणबद्ध दृष्टिकोण की सिफारिश की जाती है: (1) एएमएस 7011 और एएसटीएम एफ3055 के अनुसार प्रक्रिया मापदंडों को योग्य बनाना, (2) पाउडर प्रबंधन प्रोटोकॉल स्थापित करना, (3) गर्मी उपचार चक्रों को मान्य करना, (4) अनिसोट्रॉपी के लिए लेखांकन स्वीकार्य डिजाइन विकसित करना, और (5) नासा एमएसएफसी -एसटीडी-3716 के अनुसार मजबूत एनडीटी और गुणवत्ता प्रणाली लागू करना।