Сплав X750, фольга Inconel X750, прокладка, UNS N07752

Сплав X750, Проволока Inconel X750, UNS N07752

Введение в сплав X750 (проволока Inconel X750, UNS N07752) – многофункциональная серия дисперсионно-упрочняющих жаропрочных сплавов

Сплав X750, коммерчески признанный как Inconel X750 и обозначенный как UNS N07752, представляет собой дисперсионно-упрочняющий никель-хромовый суперсплав, разработанный для исключительной механической прочности, коррозионной стойкости и термической стабильности в широком диапазоне температур (от -253 °C до 730 °C / от -423 °F до 1346 °F). В отличие от многих жаропрочных сплавов, его уникальная прочность (обусловлена) образованием гамма-простых (γ') осадков (Ni₃Al, Ti) во время термической обработки, что позволяет ему сохранять высокую прочность на разрыв и ползучесть даже при повышенных температурах. Как уже указано, сплав X750 доступен в широком ассортименте продуктов: пруток (круглый пруток, плоский пруток), лента, проволока, прутки, трубы, трубы, фольга, пластины, листы, полосы и поковочный материал. Такая универсальность делает его предпочтительным выбором для критически важных применений в аэрокосмической, энергетической и промышленной отраслях, где надежность при комбинированных термических и механических нагрузках имеет первостепенное значение.

1. Химический состав (типичный, масс.%)

Химический состав UNS N07752 соответствует строгим отраслевым стандартам, таким как ASTM B637 (для прутков из никелевого сплава), ASTM B670 (для проволоки из никелевого сплава) и ASME SB637, что обеспечивает стабильное поведение и производительность при дисперсионном упрочнении и производительности для всех форм продукции. Типичный состав выглядит следующим образом:

Элемент

Диапазон содержания (масс.%)

Функция

Никель (Ni)

70.0 - 75.0

Служит первичным элементом матрицы, способствуя образованию γ′ осадков; Повышает коррозионную стойкость в кислых и морских средах.

Хром (Cr)

14.0 - 17.0

Образует защитный слой оксида хрома (Cr₂O₃), обеспечивающий превосходную стойкость к окислению и сульфидированию при температурах до 730°C; Повышена стойкость к точечной коррозии.

Железо (Fe)

5.0 - 9.0

Повышает технологичность горячей обработки (критически важно для ковки и прокатки) и снижает стоимость сплава без ущерба для эффективности осаждения-упрочнения.

Титан (Ti)

2.25 - 2.75

Ключевой элемент для образования осадков γ′ (Ni₃Ti), непосредственно способствующий высокотемпературной прочности и сопротивлению ползучести; Контролируется для предотвращения образования хрупких интерметаллических фаз.

Алюминий (Al)

0.40 - 1.00

Работает с титаном для стабилизации γ′ осадков, уточнения их размера и распределения для оптимальной прочности; Повышает стойкость к окислению.

Ниобий (Nb) + тантал (Ta)

0.70 - 1.20

Повышает граничную прочность зерна, препятствуя деформации ползучести и улучшая характеристики разрыва под напряжением при температуре 650 - 730 °C.

Углерод (C)

≤ 0,08

Сведен к минимуму для предотвращения выпадения карбида в осадок на границах зерен, что может снизить пластичность и коррозионную стойкость; Контролируется для поддержки незначительного измельчения зерна.

Марганец (Mn)

≤ 1.0

Способствует раскислению во время плавления и улучшает холодную обрабатываемость тонких форм (например, фольги, ленты).

Кремний (Si)

≤ 0,5

Снижает образование оксидов при горячей обработке; Поддерживает целостность слоя оксида хрома.

Медь (Cu)

≤ 0,5

Ограничен для предотвращения образования осадка γ′ и предотвращения горячего растрескивания во время изготовления.

Фосфор (P)

≤ 0,015

Строго контролируется для предотвращения хрупкости, особенно в сварных соединениях труб и труб, подверженных воздействию циклических температур.

Сера (S)

≤ 0,015

Сведен к минимуму, чтобы избежать горячего растрескивания при ковке и волочении проволоки; Снижает подверженность коррозии в суровых условиях.

2. Физические свойства

Сплав X750 демонстрирует стабильные физические свойства во всем диапазоне рабочих температур, а дисперсионное упрочнение обеспечивает индивидуальную прочность для конкретных применений. Ключевые свойства (одинаковые для всех форм продукта):

Свойство

Ценность

Условия испытания

Плотность

8,28 г/см³

Комнатная температура (25°C)

Диапазон температур плавления

1390 - 1425°C

-

Коэффициент теплового расширения

12,3 × 10⁻⁶/°C

20 - 100°С; 15,8 × 10⁻⁶/°C (20–700°C)

Теплопроводность

11,4 Вт/(м·К)

100°С; 19,8 Вт/(м·К) (700°C)

Удельное электрическое сопротивление

1,22 × 10⁻⁶ Ω·м

Комнатная температура (25°C); 1,48 × 10⁻⁶ Ω ·м (700 °C)

Модуль упругости

204 ГПа

Комнатная температура (при растяжении); 165 ГПа (700°C)

Коэффициент Пуассона

0.30

Комнатная температура

Температура Кюри

≈ -196°C

Ниже этой температуры сплав обладает слабыми ферромагнитными свойствами (что не имеет значения для большинства температур применения).

Прочность на разрыв под напряжением

280 МПа

1000 часов при 650°C; 120 МПа (1000 часов при 700°C)

Твердость (после дисперсионного затвердевания)

30 - 35 HRC

Комнатная температура (характерна для брусков/тарелок); 28 - 32 HRC (для проволоки/фольги)

3. Производственный процесс (адаптирован для многоформных изделий и осаждения)

Производство сплава X750 требует точного контроля химии и термической обработки для оптимизации осаждения и упрочнения, а также обработки по конкретным формам для обеспечения точности размеров. Ниже приведена унифицированная производственная структура с ключевыми оптимизациями:

3.1 Плавка и литье сырья (основа для дисперсионного затвердевания)

Плавка: Высокочистое сырье (никель, хром, титан и т. д.) плавится методом вакуумной индукционной плавки (VIM) с последующим вакуумно-дуговым переплавом (VAR). Этот двойной процесс удаляет газообразные примеси (O₂ < 30 ppm, N₂ < 50 ppm) and ensures uniform distribution of titanium and aluminum—critical for consistent γ′ precipitate formation.

Литье: Расплавленный сплав отливают в:

Слитки (600 - 2500 кг) для прутков, прутков и поковочной заготовки.

Плиты (толщиной 12 - 50 мм) для плит, листов и полос.

Блюмы (диаметр 100 - 300 мм) для труб и трубок.

Все литые формы подвергаются гомогенизационному отжигу при температуре 1120 - 1180°C в течение 6 - 8 часов для устранения химической сегрегации и подготовки микроструктуры к последующей обработке.

3.2 Обработка горячим и холодным способом для конкретных форм

3.2.1 Прутки (круглые/плоские), прутки и поковочный материал

Горячая штамповка: Слитки подвергаются горячей штамповке при температуре 1050 - 1150°C с использованием гидравлических прессов для формирования круглых прутков (диаметр: 10 - 350 мм) или плоских прутков (толщина: 5 - 100 мм, ширина: 20 - 400 мм). Поковочный материал формуется в компоненты, близкие к чистым (например, лопасти турбин, корпуса клапанов) с помощью закрытой штамповки с контролируемым охлаждением во избежание преждевременного выпадения осадка.

Горячая прокатка: Прутки меньшего размера (диаметр: 5 - 25 мм) производятся путем горячей прокатки при температуре 1000 - 1100°C с последующим воздушным охлаждением.

Холодная отделка: Прецизионные прутки подвергаются холодной волочке (круглые прутки) или холодной прокатке (плоские прутки) для достижения жестких допусков (±0,04 мм), затем подвергаются отжигу на твердый раствор (1090 - 1120°C в течение 30 - 60 минут, закалка водой) для растворения существующих осадков - подготовка к последующему осаждению.

3.2.2 Пластины, листы, полосы и фольга

Горячая прокатка: Слябы горячо прокатываются при температуре 1000 - 1100°C в листы (толщина: 4 - 120 мм) или рулоны (для листов/полос). Отжиг промежуточного раствора (1080 - 1110°C, закаленный водой) выполняется для поддержания пластичности во время прокатки.

Холодная прокатка: Листы (толщина: 0,4 - 5 мм) и полосы (толщина: 0,1 - 1 мм, ширина: 10 - 300 мм) холоднокатаются в несколько проходов. Фольга (толщина: 0,01 - 0,1 мм) требует ультратонкой холодной прокатки с частым отжигом промежуточного раствора (1060 - 1090 °C), чтобы избежать деформационного упрочнения, что имеет решающее значение для сохранения гибкости при тонких толщинах.

Коррекция плоскостности: Пластины и листы подвергаются выравниванию роликами для достижения плоскостности ≤ 0,1 мм/м, что важно для сборки аэрокосмических компонентов.

3.2.3 Трубы и трубки

Бесшовные трубы: Блюмы экструдируются при температуре 1080 - 1150°C в заготовки труб (внешний диаметр: 20 - 200 мм, внутренний диаметр: 10 - 180 мм), а затем прокалываются с помощью процесса Маннесмана для создания бесшовных труб. Холодное волочение (для прецизионных труб) уточняет размеры до внешнего диаметра: 6 - 180 мм, толщины стенки: 0,5 - 25 мм, с последующим отжигом на твердый раствор (1090 - 1120°C, закалка в воде).

Сварные трубы: Для труб большого диаметра (наружный диаметр > 200 мм) полоса из сплава X750 формируется в цилиндр и сваривается с помощью сварки TIG. Отжиг после сварки (1100 - 1130°C, закалка водой) обеспечивает соответствие зоны сварного шва микроструктуре основного металла, что обеспечивает равномерное осаждение.

3.2.4 Проволока и лента

Производство проволоки: Блюмы горячим способом раскатываются в катанки (диаметр: 6 - 15 мм) при температуре 1000 - 1100°C. Катанки холодно тянуты через алмазные матрицы до конечного диаметра проволоки (0,1 - 6 мм) с отжигом промежуточного раствора (1060 - 1090°C, 20 - 40 минут) для поддержания пластичности. Этот шаг имеет решающее значение для плавной подачи проволоки при сварке или производстве пружин.

Производство ленты: Катанки или тонкие плоские материалы холодно раскатываются в ленту (толщина: 0,05 - 0,6 мм, ширина: 1 - 60 мм) с полировкой поверхности (Ra ≤ 0,2 мкм) для обеспечения однородности для таких применений, как электрические контакты.

3.3 Дисперсионное закаливание (ключевой этап повышения прочности)

Все изделия из сплава X750 проходят двухступенчатый процесс дисперсионной закалки с образованием γ′ осадков и достижением заданной прочности:

Шаг 1 (Стабилизация): Нагрев до 885 - 900°C в течение 2 - 4 часов, с последующим охлаждением на воздухе. Этот этап контролирует рост зерна и инициирует начальное образование осадка.

Шаг 2 (Выдержка): Нагрев до 700 - 730°C в течение 16 - 24 часов, затем воздушное охлаждение. Этот этап способствует образованию мелких, равномерно распределенных γ′ осадков, максимизируя прочность на разрыв и сопротивление ползучести.

Примечание: Для фольги или тонкой проволоки время старения сокращается до 12 - 18 часов, чтобы избежать чрезмерного затвердевания и сохранить гибкость.

3.4 Отделка поверхности и контроль качества

Поверхностная обработка:

Стержни/стержни: шлифовка (Ra ≤ 0,6 мкм) или полировка (Ra ≤ 0,2 мкм для аэрокосмической промышленности) для удаления окалины и дефектов.

Тарелки/листы: травление (раствор азотно-плавиковой кислоты) для удаления оксидных слоев; Пассивация (обработка хроматами) для повышения коррозионной стойкости в морской или химической среде.

Трубы/трубы: внутреннее хонингование (для приложений с высоким расходом) и внешняя полировка для уменьшения трения; Сварные трубы проходят шлифовку сварных швов для получения гладких поверхностей.

Проволока/фольга: электрохимическая очистка для удаления волочильных смазочных материалов, обеспечивающая чистоту поверхности при сварке или тонкопленочных работах.

Контроль качества:

Химический анализ: оптическая эмиссионная спектроскопия (ОЭС) для проверки содержания титана, алюминия и ниобия, что имеет решающее значение для осаждения.

Механические испытания: прочность на растяжение (≥1100 МПа после старения), предел текучести (≥850 МПа после старения) и удлинение (≥15% после старения) для проверки баланса прочности и пластичности.

Контроль осадка: Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) для подтверждения размера осадка γ′ (5 - 10 нм) и его распределения.

Неразрушающий контроль: ультразвуковой контроль (для стержней/пластин/труб) для выявления внутренних дефектов; вихретоковый контроль (для проволоки/фольги) на поверхностные дефекты; Испытание давлением (для труб) при 1,5× проектном давлении.

4. Применение продуктов (по формам и отраслям)

Сочетание прочности сплава X750, упрочненной при дисперсионной прочности, коррозионной стойкости и универсальности формы делает его идеальным для применений, требующих высокой производительности при термических и механических нагрузках. Основные приложения организованы по формам продукта:

4.1 Прутки (круглые/плоские), прутки и поковочный материал

Аэрокосмическая и оборонная промышленность:

Круглые стержни: Изготовлены из лопаток турбины авиационного двигателя, дисков компрессора и камер сгорания ракетного двигателя (выдерживают 650 - 730°C и циклические механические нагрузки).

Поковочный материал: Выковывается в компонентах системы наведения ракеты и конструкционных деталях спутника (высокая прочность к весу и коррозионная стойкость в космических условиях).

Выработка энергии: стержни, обработанные в оболочке контрольных стержней ядерного реактора (устойчивы к высокотемпературной коррозии теплоносителя и радиационному повреждению).

Промышленное оборудование: Плоские стержни, изготовленные из высокотемпературных штоков клапанов и валов насосов для химических перерабатывающих заводов (устойчивы к воздействию кислотных сред и работают при температуре 500 - 600°C).

4.2 Пластины, листы, полосы и фольга

Аэрокосмический:

Пластины: используются для изготовления корпусов авиационных двигателей и корпусов теплообменников (выдерживают температуру 600 - 700°C и циклическое изменение давления).

Листы: Формируются для компонентов выхлопной системы военных самолетов (устойчивы к термической усталости и коррозии в соленой воде).

Морская техника: Полосы, сваренные в структурных элементах морской платформы (устойчивы к коррозии морской воды и внутреннему нагреву 400 - 500°C).

Электроника: Фольга (толщиной 0,02 - 0,05 мм) используется в качестве высокотемпературных электрических контактов в оборудовании для производства полупроводников (работает при температуре 450 - 550°C).

4.3 Трубы и трубки

Энергия:

Бесшовные трубы: используются в качестве труб пароперегревателя котлов на электростанциях, работающих на ископаемом топливе (устойчивы к коррозии дымовых газов при температуре 650 - 700°C и деформации ползучести).

Трубы: Транспортировка высокотемпературного теплоносителя на атомных электростанциях (низкое поглощение нейтронов и устойчивость к коррозии борированной воды).

Химическая обработка: Сварные трубы для транспортировки расплавленных солей на солнечных тепловых электростанциях (устойчивы к солевой коррозии 550 - 650°C).

4.4 Проволока и лента

Аэрокосмическая промышленность: Проволока (диаметр 0,3 - 1,0 мм) используется в качестве пружин в шасси самолета (высокая усталостная прочность и коррозионная стойкость) и в качестве оболочки термопары для контроля температуры двигателя.

Промышленный: Лента формируется в виде резистивных нагревательных змеевиков для высокотемпературных печей (используется в термической обработке металла, работает при температуре 600 - 700°C на воздухе).

Медицинские изделия: тонкая проволока (диаметр 0,1 - 0,2 мм) для хирургических инструментов и имплантируемых устройств (биосовместимая и устойчивая к коррозии в жидкостях организма).

Заключение

Сплав X750 (Inconel X750 Wire, UNS N07752) представляет собой высокоэффективный дисперсионно-упрочняющий суперсплав, отличающийся исключительной прочностью, коррозионной стойкостью и приспособленностью к различным формам продукции. От тяжелой ковки для аэрокосмических турбин до ультратонкой фольги для электроники — она отвечает требованиям отраслей, где производительность при комбинированных термических и механических нагрузках имеет решающее значение. Строгий контроль производства, особенно при дисперсионном затвердевании, обеспечивает стабильное качество во всех областях применения. Для индивидуальных требований, таких как сверхточная проволока (диаметр до 0,05 мм), бесшовные трубы большого диаметра (до 400 мм) или индивидуальная обработка старения для конкретных потребностей в прочности, доступны специализированные производственные процессы, соответствующие уникальным задачам применения.

Упаковка Стандартная упаковка:

Типичная оптовая упаковка включает в себя паллетированный пластик 5 галлонов/25 кг. ведра, бочки с фиброй и сталью до 1 тонны супермешков в полных контейнерах (FCL) или грузовиках (T/L). Исследуемые и отобранные количества, а также гигроскопичные, окисляющие или другие чувствительные к воздуху материалы могут быть упакованы в условиях аргона или вакуума. Растворы упаковываются в полипропиленовые, пластиковые или стеклянные банки объемом до 851 галлона для жидкости на поддонах.