1. Область применения ASTM A638 и обозначения марок
Вопрос: В нашем списке закупок требуются круглые стержни ASTM A638 класса 660 для применения крепежных изделий при высоких-температурах. Для другой части сборки нам также понадобятся стержни Incoloy 825. Может ли ASTM A638 охватывать как A-286, так и 825?
A:Это важное различие, которое часто приводит к путанице при закупках. ASTM A638 — это специальный стандарт, который в первую очередь охватываетодин конкретный химический состав сплава, известный повсеместно как А-286 (UNS S66286). Он не распространяется на сплавы 800, 825 или 925 в стандартном понимании.
Вот разбивка области применения ASTM A638:
АСТМ А638/А638М:Это стандартная спецификация для «Плитков, поковок и поковок из суперсплавов на основе железа с дисперсионной закалкой для работы при высоких-температурах».
Оценка 660:Это специальное обозначение марки в ASTM A638, соответствующее A-286 (химический состав: Fe-25Ni-15Cr-2Ti-1Mo-0,3V). Это наиболее распространенный сорт, выпускаемый по этой спецификации.
Другие оценки:Стандарт также включает марки 651, 652, 653 и т. д., но это вариации того же основного химического состава А-286 с небольшими изменениями в термической обработке или контролем микроэлементов.
А как насчет 800, 825 и 925?
Сплав 800 (UNS N08800):Это сплав, упрочненный на твердый-раствор, а не дисперсионно-твердеющий-сплав (если только это не вариант 800H или 800HT, в которых все еще используется твердое-упрочнение на растворе и карбид, а не дисперсионное твердение, как у A-286). Обычно приказаноАСТМ Б408(бар) илиАСТМ Б407(трубка).
Сплав 825 (UNS N08825):Это также преимущественно твердый-сплав на растворе, используемый для обеспечения коррозионной стойкости, хотя его можно умеренно укрепить путем холодной обработки. ПриказаноАСТМ Б425(бар).
Сплав 925 (UNS N09925):Этотявляетсядисперсионно-твердеющий-сплав, аналогичный А-286. Однако обычно его предписываютАСТМ Б805(стандарт для прутка из дисперсионно-твердеющего никелевого сплава) илиAPI 6АКРАдля нефтесервиса.
Отраслевая практика:
Если вам нужен стержень для высокотемпературного-крепежа (например, болта турбины), требующего высокой прочности до 1200 градусов по Фаренгейту, вы заказываетеASTM A638, класс 660 (А-286). Если вам нужен стержень для коррозионно--стойкого вала химического насоса (сплав 825), вы заказываетеАСТМ Б425. Смешение этих спецификаций приведет к получению неправильных механических свойств и химического состава для предполагаемого применения.
2. Высокотемпературные-крепежи (A-286 / класс 660).
Вопрос: Почему стандартом по умолчанию для высокопрочных болтов в выхлопных системах, корпусах турбин и автомобильных турбокомпрессоров является A-286 (класс 660) по ASTM A638, а не нержавеющая сталь, такая как 304 или 316?
A:Выбор A-286 (ASTM A638, класс 660) для высокотемпературных крепежных изделий обусловлен необходимостью поддерживать зажимную нагрузку (предварительный натяг) при повышенных температурах, свойство, известное какустойчивость к релаксации стресса. Стандартные аустенитные нержавеющие стали в этом отношении терпят неудачу из-за их неспособности подвергаться дисперсионному твердению.
Ограничение 304/316:
Стандартные нержавеющие стали 304 и 316 подвергаются отжигу или холодной-обработке. Если использовать болт при температуре выше примерно 800 градусов F (427 градусов), они подвергаются восстановлению и рекристаллизации. Исчезает холодная работа, придавшая им прочность, болт размягчается, теряется предварительный натяг, что приводит к негерметичности прокладки или разъединению соединения.
Преимущество A-286 (ASTM A638):
A-286 — это сплав железа-никеля и хрома, прочность которого обусловленадисперсионное твердение (старение), не холодная работа.
Гамма Прайм ( ′ ′) Усиление:Добавление титана (2,0%) и алюминия (0,35%) позволяет материалу выделять мелкую интерметаллическую фазу (Ni₃TiAl) во время старения. Эти частицы блокируют движение дислокаций даже при повышенных температурах.
Механические свойства:В состоянии,-обработанном раствором и выдержанном (в соответствии с ASTM A638), A-286 обычно достигает:
Предел прочности: 130–150 тысяч фунтов на квадратный дюйм (896–1034 МПа).
Предел текучести: 85–100 тысяч фунтов на квадратный дюйм (586–690 МПа).
Эти свойства сохраняются примерно до 1300 градусов по Фаренгейту (704 градусов).
Термическая стабильность:В отличие от материалов холодной-обработки, выделения в A-286 термически стабильны. Болт не размягчится самопроизвольно просто потому, что станет горячим.
Тенденция отрасли:
В автомобильных турбокомпрессорах и болтах выпускного коллектора сталь ASTM A638 класса 660 в значительной степени заменила нержавеющие стали более низкого-класса. Он обеспечивает необходимую силу зажима для поддержания целостности уплотнения в течение тысяч термических циклов, предотвращения утечек выхлопных газов и обеспечения соответствия требованиям по выбросам.
3. Коррозионностойкий вал (сплавы 825 и 925).
Вопрос: Мы разрабатываем подводный привод и наземный насос для закачки химикатов. Для обоих требуются стержни из никелевого сплава. Почему мы можем выбрать ASTM B425 (сплав 825) для вала насоса, а ASTM B805 (сплав 925) для вала привода, и чем они отличаются от A-286?
A:Этот сценарий прекрасно иллюстрирует разницу между выбором материала дляустойчивость к водной коррозии(химические насосы) по сравнению скислый сервис с высокой крепостью(подводные приводы). Хотя A-286 (ASTM A638) отлично подходит для нагрева, он часто не является лучшим выбором для хлоридных или сульфидных сред при комнатной температуре по сравнению с вариантами Incoloy.
Сплав 825 (UNS N08825) по ASTM B425:
Механизм усиления:В первую очередь надежное-решение усилено. Обычно его используют в отожженном состоянии.
Сила:Умеренный (Выход ~35–60 фунтов на квадратный дюйм в зависимости от состояния).
Зачем нужен вал химического насоса?Сплав 825 обеспечивает исключительную стойкость к широкому спектру коррозийных веществ, включая серную кислоту, фосфорную кислоту и хлориды. Вал насоса постоянно погружен в технологическую жидкость. Приоритетом является предотвращение точечной и общей коррозии, а не достижение максимальной прочности. Прочность 825 достаточна для скручивающих нагрузок вала насоса.
Сплав 925 (UNS N09925) по ASTM B805:
Механизм усиления:Затвердевает дисперсионным способом (аналогично А-286, но с более высоким содержанием Ni и Mo для коррозии).
Сила:Высокий (Выход 85-100+ тыс.фунтов на квадратный дюйм в старом состоянии).
Почему именно подводный привод?Подводные приводы требуют высокой прочности для создания большой тяги, но они также подвергаются воздействию морской воды и часто кислых эксплуатационных жидкостей (H₂S). Сплав 925 специально разработан в соответствии со стандартами NACE MR0175/ISO 15156 для работы в кислых средах, обеспечивая при этом высокий предел текучести, необходимый для механических компонентов. Сплав 825 в отожженном состоянии слишком мягок для-механических компонентов привода, подвергающихся высоким нагрузкам.
Сравнение с А-286:
A-286 (ASTM A638) имеет хорошую прочность, но содержит только ~15% хрома и ~1% молибдена. В средах с сильным содержанием хлоридов или низким уровнем pH он более подвержен образованию язв, чем модели 825 или 925.влажныйхимической службы, 825/925 предпочтительнее А-286.
4. Рекомендации по термообработке и механической обработке
Вопрос: Мы приобрели круглые прутки ASTM A638 класса 660 (A-286) для обработки фланцев. Стержень оказывается очень жестким в обработке. Какой режим термообработки мы должны запросить у стана, чтобы оптимизировать обрабатываемость, и что мы делаем после обработки?
A:Это обычная проблема для дисперсионно-твердеющих сплавов. Условия термообработки, в которых вы заказываете пруток, имеют решающее значение для экономичной-обработки. ASTM A638 допускает поставку материала в различных условиях, и понимание этого является ключом к уменьшению головной боли в цехах.
Два общих условия поставки:
Отжиг в растворе (условие А):Слиток был нагрет до ~ 1800 градусов по Фаренгейту (980 градусов) и охлажден. В этом состоянии упрочняющие элементы находятся в растворе. Материал относительно мягкий (около . 20-25 HRC) и имеет лучшую обрабатываемость.Это условие, которое следует требовать при черновой обработке.
Отожженный раствор + состаренный (условие B):Слиток был обработан раствором, а затем выдержан при температуре ~ 1325 градусов по Фаренгейту (718 градусов) в течение 16 часов. Это приводит к осаждению гамма-прайма, достигая полной прочности (приблизительно . 30-35+ HRC). В этом состоянии материал значительно тверже и более абразивен для инструментов. Механическая обработка в таком состоянии сложна и дорога.
Оптимальный рабочий процесс:
Приобретение:Закажите пруток по ASTM A638, указав«Состояние отжига в растворе (Условие А)».
Грубая обработка:Большую часть механической обработки (точение, сверление, нарезание резьбы) выполняйте в мягком, отожженном состоянии. Это продлевает срок службы инструмента и позволяет повысить скорость снятия материала.
Термическая обработка старения:После механической обработки детали необходимо отправить на дисперсионно-упрочняющую (стареющую) термообработку. Стандартный цикл для A-286 обычно составляет 1325 ± 15 градусов по Фаренгейту в течение 16 часов с последующим воздушным охлаждением.
Завершить обработку:После старения может потребоваться очень легкая чистовая резка или шлифовка, чтобы исправить любые искажения, вызванные термообработкой.
Отраслевое примечание:
Если вы покупаете стержень в состоянии «Состарено» (условие B) и пытаетесь обработать сложные фланцы, вы рискуете чрезмерно изнашивать инструмент и потенциально выбрасывать дорогой материал из-за растрескивания под напряжением,-индуцированного механической обработкой.
5. Закупки и отслеживание критически важных услуг
Вопрос: Мы поставляем круглые стержни ASTM A638 класса 660 для критически важных опор авиационных двигателей. Стандартный сертификат мельницы показывает химический состав и прочность на растяжение. Достаточно ли этого или нам нужно дополнительное тестирование для обеспечения производительности?
A:Для аэрокосмической или критически важной энергетики стандартный сертификат мельницы ASTM A638 часто является лишь отправной точкой. «Новая тенденция» в закупках критически важных услуг предполагает требование дополнительной проверки свойств, которые базовые спецификации не гарантируют полностью.
Пробелы в стандартном сертификате:
ASTM A638 требует испытаний на растяжение при комнатной температуре. Однако для опоры реактивного двигателя материал должен работать при повышенных температурах и длительных нагрузках.
Дополнительные требования к закупкам («Дополнения-):
Испытание на растяжение при повышенной температуре:
Вы должны указать, что испытание на растяжение должно проводиться при максимальной расчетной температуре (например, 1200 градусов F/649 градусов). Хотя известно, что сплав сохраняет прочность, проверка удельной теплоемкости при температуре имеет решающее значение для определения допустимых норм конструкции.
Стрессовое испытание на разрыв:
Это наиболее критическое испытание для крепежных изделий,-высокотемпературных. Образец, полученный из стержня, подвергается определенному напряжению при определенной температуре (например, 100 фунтов на квадратный дюйм при 1200 градусах F) и измеряется время до разрушения. ASTM A638 фактически имеет дополнительные требования (S1) к испытаниям на разрыв под напряжением. Вы должны вызвать это.
Требование:Обычно образец должен прослужить более 100 часов без разрушения, демонстрируя правильную реакцию дисперсионного твердения.
Размер зерна и микроструктура:
Укажите требования к размеру зерна ASTM E112 (обычно #5 или меньше для A-286), чтобы обеспечить постоянство механических свойств и возможность ультразвукового контроля.
Запросите подтверждение отсутствия вредных фаз (таких как фаза Лавеса или сигма-фаза), которые могут сделать материал хрупким.
Ультразвуковой контроль (ASTM E2375):
Для вращающихся компонентов решающее значение имеет внутренняя надежность. Укажите, что круглые стержни проходят ультразвуковой контроль до определенного класса (например, класса AA или A), чтобы гарантировать отсутствие внутренней пористости или включений.
Отраслевая практика:
В аэрокосмической отрасли вы обычно заказываетеАМС 5731илиАМС 5737(которые являются аэрокосмическими эквивалентами ASTM A638, но с более строгим контролем и обязательными испытаниями на размер зерна/разрыв). При использовании ASTM A638 в качестве базовой спецификации делегированный инженерный эксперт должен «адаптировать» спецификацию, добавив эти дополнительные требования в заказ на поставку.
