اینکونل 725 (Inconel 725)
اینکونل 725، یک سوپرآلیاژ نیکل، کروم، مولیبدن و نئوبیوم است که مقاومت فوق‌العاده بالایی در برابر خوردگی دارد و استحکام آن از طریق پیرسختی، به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. مقاومت به خوردگی اینکونل 725، مشابه با اینکونل 625 است و به همین دلیل می‌توان آن را مشابه آلیاژ 625، در محیط‌های با قدرت خورندگی بسیار بالا استفاده نمود.
استحکام سوپرآلیاژ Inconel 725 در حالت پیر سخت شده، حدود 2 برابر آلیاژ 625 آنیل شده است. با توجه به اینکه استحکام آلیاژ 725 به جای کار سرد با عملیات حرارتی حاصل می‌شود، انعطاف‌پذیری و چقرمگی آن بالا می‌ماند.
در سوپرآلیاژ اینکونل 725، 55 تا 59 درصد نیکل، 19 تا 22 درصد کروم، 7 تا 5/9 درصد مولیبدن، 75/2 تا 4 درصد نئوبیوم 1 تا 7/1 درصد تیتانیوم، 35/0 درصد آلومینیوم، 03/0 درصد کربن، 35/0 درصد منیزیم، 20/0 درصد سیلیسیم، 015/0 درصد فسفر، 010/0 گوگرد و آهن به میزان تعادلی وجود دارد.
وجود درصد بالایی از کروم و نیکل در در ترکیب شیمیایی Inconel 725 موجب مقاومت به خوردگی فوق‌العاده‌ای در محیط‌های کاهنده و اکسیدکننده می‌شود. ترکیب شیمیایی اینکونل 725 تأثیر به‌سزایی در بهبود مقاومت به خوردگی تنشی و تردی هیدروژنی دارد.
کاربرد اینکونل 725
خواص آلیاژ اینکونل 725، باعث شده تا این آلیاژ کاربرد گسترده‌ای در صنعت داشته باشد. از این آلیاژ معمولاً در محیط‌هایی که مقاومت به خوردگی و استحکام بالا نیاز است، استفاده می‌شود.
اینکونل 725 در ساخت سنبه‌ها و محفظه‌های مربوط به سرویس گاز ترش و محیط‌های سولفید هیدروژن، کلریدها و کربن دی اکسید، کاربرد دارد. همچنین Inconel 725 برای ساخت اتصال‌دهنده‌های با استحکام بالا در سازه‌های دریایی به کار گرفته می‌شود. در این سازه‌ها مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای و خوردگی شیاری اهمیت زیادی دارد. اینکونل 725 به دلیل برخورداری از نیکل و کروم بالا، به خوبی می‌تواند در برابر خوردگی مقاومت کند.
سوپرآلیاژهای پایه نیکل از جمله اینکونل 725، کاربرد زیادی در صنایع هوافضا دارند و مخصوصا در قسمت‌های داغ موتورهای توربین گازی زیاد از آن‌ها استفاده می‌گردد. این موضوع به واسطه استحکام دمایی بالا و مقاومت به خوردگی عالی سوپرآلیاژهای پایه نیکل است.
ترکيب شيميايی Inconel 725 (اینکونل 725)
| |
|
|
Niobium
Nb
4/75-5/50 |
Molybdenum
Mo
7/00-9/50 |
Iron
Fe
14/00 |
Chromium
Cr
19/00-22/50 |
Nickel
Ni
55/00-59/00 |
خواص مکانيکی Inconel 725 (اینکونل 725)
| سختی (HRC) |
مدول الاستیک (GPa) |
درصد تغییر طول در 50 میلی‌متر (2 اینچ) |
استحکام تسلیم (MPa) |
استحکام کششی (MPa) |
|
204 |
57 |
427 |
855 |
خواص فیزیکی Inconel 725 (اینکونل 725)
| چگالی Inconel 725(g/cm3) |
مقاومت الکتریکی (cm/Ωµ) |
نقطه ذوب (ºC) |
(J/mol.°C) ظرفیت گرمایی ویژه |
| 8/3 |
|
|
|
خواص خوردگی Inconel 725 (اینکونل 725)
| تیزاب سلطانی |
هیدروژن سولفید
(H2S) |
اسید فرمیک
(HCOOH) |
اسید استیک
(CH3COOH) |
کلر
(-Cl) |
آب دریا
(3/5%NaCl) |
اسید نیتریک
(HNO3) |
اسید فسفریک
(H3PO4) |
اسید هیدروفلوئوریک
(HF) |
اسید هیدروکلریک
(HCl) |
اسید سولفوریک
(H2SO4) |
|
|
|
|
|
خوب |
خوب |
خوب |
خوب |
خوب |
خوب |
خواص حرارتی و اکسیداسیون Inconel 725 (اینکونل 725)
| حداکثر دمای کاری ºC ، Inconel 725 |
ضريب هدايت حرارتی Inconel 725 W/m.K |
ضریب انبساط حرارتی، m/K/µm |
|
پیوسته
|
ناپیوسته
-- |
|
|
استانداردهای Inconel 725 (اینکونل 725)
| نام‌های دیگر |
ASTM |
AMS |
UNS |
EN Chemical Designation |
EN Numeric Designation
(DIN) |
AISI |
|
|
|
|
|
N07725 |
|
ویژگی‌های کلیدی Inconel 725 (اینکونل 725)
-
مقاوم به خوردگی
-
استحکام خیلی بالا
-
مقاوم به خوردگی تنشی
خواص اینکونل 725
سوپرآلیاژ اینکونل 725 خواص قابل توجهی دارد که مهم‌ترین آن‌ها مقاومت به خوردگی فوق‌العاده و استحکام عالی است. خواص ویژه این آلیاژ تأثیر به‌سزایی در افزایش گستره کاربرد آن داشته است. در ادامه به بررسی دقیق‌تر این خواص می‌پردازیم.
خواص مکانیکی
سوپرآلیاژ اینکونل 725 در شرایط پیر سخت شده، استحکام، انعطاف‌پذیری و چقرمگی عالی را از خود نشان می‌دهد. در شکل 1 و 2 می‌توان خواص مکانیکی اینکونل 725 را در گستره وسیعی از دما مشاهده کرد.
خواص مکانیکی متداول Inconel 725 به همراه سختی استحکام ضربه برای شکل و فرم‌های مختلف این آلیاژ در دمای اتاق به نمایش در آمده است.
مقاومت به خوردگی اینکونل 725
در سوپرآلیاژ اینکونل 725، وجود درصد بالایی از نیکل، کروم و مولیبدن باعث شده تا این آلیاژ در گستره وسیعی از محیط‌های خورنده، مقاومت فوق‌العاده‌ای داشته باشد.
آلیاژ 725 در محیط‌های حاوی کربن دی‌اکسید، کلریدها و سولفید هیدروژن (H2S) مقاومت به خوردگی فوق‌العاده‌ای از خود نشان می‌دهند. نمونه این موضوع را می‌توان در چاه‌های عمیق گاز ترش مشاهده کرد. لازم به ذکر است که گاز ترش، نوعی گاز طبیعی محسوب می‌شود که میزان سولفید هیدروژن و کربن دی‌اکسید آن بسیار بالا است. سولفید هیدروژن تأثیر زیادی بر تشدید خوردگی دارد و اینکونل 725 به خوبی می‌تواند با این گاز مقابله کند.
سوپرآلیاژ پایه نیکل اینکونل 725 در برابر خوردگی حفره‌ای، خوردگی شیاری، تردی هیدروژنی و خوردگی تنشی هم عملکرد مناسب و قابل توجهی از خود نشان می‌دهد.
عملکرد آلیاژ 725 در مقایسه با آلیاژهای 625 و 718 طی آزمون استاندارد NACE TM0177 که به منظور تعیین مقاومت در برابر خوردگی تنشی سولفیدی (تردی هیدروژنی) در محیط چاه گاز ترش مورد استفاده قرار می‌گیرد، نمایش داده شده است.
 |
جدول 10 نیز، مقاومت به خوردگی تنشی مطلوب اینکونل 725 را در مقایسه با اینکونل 718 و 625 تا دمای 230 درجه سانتی‌گراد و در محیط حاوی گوگرد با خورندگی بالا نشان می‌دهد.
همان‌طور که پیش‌تر نیز ذکر شد، عملکرد سوپرآلیاژ Inconel 725 در برابر خوردگی عادی و موضعی در آب شور و آب دریا بسیار مناسب است. در جدول 11 می‌توان نتایج حاصل از آزمایش‌های خوردگی حفره‌ای را برای دو سوپرآلیاژ اینکونل 725 و اینکونل 625 مشاهده کرد. مطابق جدول 11، اینکونل 725 در مقایسه با اینکونل 625، مقاومت بهتری در برابر آغاز خوردگی شیاری دارد.
جدول 12، نتایج حاصل از عملکرد اینکونل 725 در محیط اسیدهای معدنی در قیاس با آلیاژ اینکونل 625 و آلیاژ هستلوی C-276 به نمایش درآمده است. مطابق جدول 12، سوپرآلیاژ Inconel 725 در هر دو حالت آنیل و آنیل +پیرسختی، مقاومت به خوردگی بهتری نسبت به سوپرآلیاژهای Inconel 625 و Hastelloy C-276 دارد.
شکل‌دهی داغ اینکونل 725
با توجه به استحکام بالای آلیاژ اینکونل 725، مقاومت این ماده در قیاس با بسیاری از مواد در برابر شکل‌دهی داغ، بالا است. البته در صورتی که از تجهیزات قوی برای کار گرم اینکونل 725 استفاده شود، این فرایند دشواری زیادی ندارد.
فرایند شکل‌دهی داغ سوپرآلیاژ نیکل کروم Inconel 725 در بازه دمایی 899 تا 1121 درجه سانتی‌گراد انجام می‌گیرد. در حرارت‌دهی کار گرم، وجود یکنواختی در ساختار اهمیت زیادی دارد.
به منظور جلوگیری از ایجاد ساختار دانه‌های داپلکس، کاهش دما باید به طور یکنواخت صورت بگیرد. همچنین در زمان حرارت‌دهی Inconel 725، باید از تجمع بیش از حد گرما جلوگیری نمود تا آلیاژ صدمه نبیند. در فرایند کار گرم این آلیاژ، اگر قسمتی از ماده یا قطعه تا دمای کمتر از 899 درجه سانتی‌گراد خنک گردد، باید مجدد دما افزایش یابد.
توصیه می‌گردد که ابزار و قالب در کار گرم، تا دمای 260 درجه سانتی‌گراد پیش‌گرم شوند. در صورتی هرگونه گسستگی یا پارگی در سطح قطعه به وجود آید، باید سریعاً از بین برود.
عملیات حرارتی اینکونل 725
استحکام سوپرآلیاژ اینکونل 725 به واسطه رسوب فاز گاما دابل پریم (̋γ) در حین عملیات پیرسختی، افزایش می‌یابد. پیش از پیرسختی، آلیاژ باید تحت عملیات آنیل انحلالی در دمای 1040 درجه سانتی‌گراد قرار بگیرد. روش کوئنچ مورد استفاده بعد از آنیل انحلالی، سرد کردن در هوا است.
جوشکاری اینکونل 725
آلیاژ نیکل کروم اینکونل 725، قابلیت جوشکاری مناسبی دارد. روش‌های جوشکاری قوسی گاز تنگستن (GTAW) و جوشکاری قوسی با گاز محافظ (GMAW) تکنیک‌های ارجح برای جوشکاری اینکونل 725 هستند. توجه داشته باشید که در زمان استفاده از روش GMAW، سطح جریان برای منبع برق نباید از 180 آمپر بیشتر شود.
توصیه می‌شود که از تکنیک‌های جوشکاری زیر پودری (SAW) و جوشکاری با الکترود دستی (SMAW) برای جوشکاری اینکونل 725 استفاده نکنید.
ماشین‌کاری آلیاژ اینکونل 725
همان‌طور که پیش‌تر ذکر شد، اینکونل 725، یک آلیاژ پیرسخت شده می‌باشد. ماشین‌کاری این آلیاژ، ممکن است در شرایط آنیل و پیرسختی انجام می‌گیرد. به همین دلیل باید ابزار مورداستفاده در ماشین‌کاری Inconel 725 بایستی کیفیت بالایی داشته باشند. ابزارهای جنس کاربید سمنتیت دارای بالاترین نرخ برش هستند و گزینه بسیار مناسبی برای برخی از روش‌های ماشین‌کاری مثل تراش محسوب می‌شوند.
از فولادهای ابزار می‌توان برای برش‌های منقطع، پرداخت نهایی با سطح صاف و برش با کمترین میزان کارسختی استفاده نمود.
هزینه برش‌کاری مواد با استحکام بالا نظیر اینکونل 725، چند برابر بیشتر از مواد عادی است و این موضوع حتما باید در ماشین‌کاری در نظر گرفته شود.
بررسی ریزساختار و استحکام‌بخشی اینکونل 725
اینکونل 725 یک نوع سوپرآلیاژ پایه نیکل است که به واسطه برخورداری از درصد بالای نیکل، کروم و مولیبدن، مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر انواع خوردگی دارد. در زمان پیرسختی Inconel 725، رسوب ذرات نانو فاز گاما پریم و فاز گاما دابل پریم تأثیر مطلوبی در افزایش استحکام نسبت به کار سرد دارند. فرمول شیمیایی ترکیب این رسوب‌ها به صورت Ni3M است که در آن M می‌تواند عناصر آلومینیوم (Al)، تیتانیوم (Ti) و یا نئوبیوم (Nb) باشد. اینکونل 725 همچنین دارای انعطاف‌پذیری و چقرمگی بالایی است.
تحقیقات نشان داده که کرنش‌های همدوس ناشی از رسوبات گاما پریم و گاما دابل پریم، مکانیزم‌های اصلی استحکام‌بخشی در آلیاژهایی نظیر اینکونل 718 و 725 محسوب می‌شوند. در صورتی که این رسوب‌ها از بین بروند، خواص مکانیکی آلیاژ افت می‌کند.
سوالات متداول در مورد سوپرآلیاژ اینکونل725
سوال:اینکونل 725 چیست؟
جواب : اینکونل 725، یک نوع سوپرآلیاژ پایه نیکل است که درصد زیادی از عناصر کروم و مولیبدن را هم در ساختار خود دارد. این آلیاژ دارای مقاومت به خوردگی فوق‌العاده‌ای در محیط‌های مختلف است و استحکام مناسبی نیز از خود در دماهای بالا نشان می‌دهد. استحکام‌بخشی این آلیاژ از طریق فرایند پیرسختی صورت می‌گیرد.
سوال:ترکیب شیمیایی Inconel 725 شامل چه عناصر با چه مقادیری است؟
جواب:
|
Fe
|
S
|
P
|
Si
|
Mn
|
Al
|
C
|
Ti
|
Nb
|
Mo
|
Cr
|
Ni
|
|
Reminder
|
0.010
|
0.015
|
0.20
|
0.35
|
0.35
|
0.03
|
0.35
|
1-1.7
|
7-9.5
|
19-22
|
55-59
|
سوال: سوپرآلیاژ اینکونل 725، چه مشخصات و ویژگی‌هایی دارد؟
جواب: وجود ویژگی‌هایی نظیر استحکام بالا و مقاومت عالی در برابر خوردگی آب دریا، موجب شده تا آلیاژ 725 گزینه بسیار مناسبی برای ساخت سازه‌های دریایی در ناوها و سیستم زیردریایی‌ها باشد. عدد PREN که معیاری برای سنجش مقاومت ماده در مقابل خوردگی حفره‌ای است در این آلیاژ، بیش از 45 می‌باشد. این موضوع، عملکرد فوق‌العاده آلیاژ 725 را در مقابل خوردگی حفره‌ای نشان می‌دهد.
سوپرآلیاژ اینکونل 725 را می‌توان مدل ارتقا یافته Monel K-500 قلمداد کرد که کاربرد گسترده‌ای در ساخت و سازهای دریایی دارد.
از سایر مشخصه‌های بارز و پراهمیت اینکونل 725 می‌توان به مقاومت مطلوب در برابر خوردگی تنشی اشاره کرد.
سوال:اینکونل 725 در زمینه و کاربردهایی استفاده می‌شود؟
جواب:
-
ساخت اجزا مرتبط با گاز ترش مثل تجهیزات Downhole
-
ساخت و سازهای دریایی
-
ساخت سازه‌های در معرض خورنده‌های شدید مثل سولفید هیدروژن
-
کانکتورهای نفت و گاز
-
تجهیزات فرایندهای شیمیایی
سوال:Inconel 725 در چه شکل و فرم‌هایی می‌تواند عرضه شود؟
جواب:
-
شمش
-
شمش گرد
-
شمش مسطح
-
قطعات فورج شده
-
و... .
سوال: چه تفاوتی بین اینکونل 725 و اینکونل 625 وجود دارد؟
جواب: اینکونل 725 در مقایسه با اینکونل 625 از لحاظ ترکیب شیمیایی، عملاً یکسان است و به همین دلیل هردو مقاومت به خوردگی و خواص فیزیکی مشابهی دارند. با این وجود، Inconel 725، دارای سطح استحکام بالاتری است و این موضوع به وجود مکانیزم استحکام‌بخشی تشکیل رسوب در آن برمی‌گردد.
در سوپرآلیاژ Inconel 625 مشاهده شده که عملیات حرارتی موجب افزایش استحکام می‌شود و این پدیده ناشی از افزودن مقدار زیاد تیتانیوم است. این افزودنی‌ها، شرایط را برای تشکیل رسوب‌های میکروسکوپی در حین عملیات حرارتی‌های طولانی مدت، فراهم می‌سازد.
با توجه به اینکه استحکام اینکونل 725 به واسطه رسوب‌سختی (نه کار سرد) به‌دست می‌آید، انعطاف‌پذیری و چقرمگی آن هم بالا باقی می‌ماند. استحکام Inconel 725 در حالت رسوب سخت شده، بیش از دو برابر استجکام آلیاژ 625 آنیل است.
سوال: عملیات حرارتی آلیاژ 725 به چه صورت انجام می‌شود؟
جواب:عملیات آنیل انحلالی Inconel 725 در دمای 1040 درجه سانتی‌گراد صورت می‌گیرد و سرد کردن نیز در هوا است. عملیات پیرسازی در این آلیاژ اهمیت بسیار بالایی دارد که شامل مراحل زیر است:
سوال: آیا آلیاژ اینکونل 725 کار پذیر است؟
جواب:با توجه به استحکام بالای این آلیاژ، شکل‌دهی آن به ابزار و تجهیزات قدرتمندی نیاز دارد. فرایند فورج آلیاژ 725 در بازه دمایی 900 تا 1120 درجه سانتی‌گراد صورت می‌پذیرد. قطعه کار شده باید به طور یکنواخت تا دمای فورج تحت حرارت قرار بگیرد و بعد فرایند فورج شود.
انجام عملیات فورج در دمایی کمتر از 900 درجه سانتی‌گراد، مجاز نیست. همچنین باید مراقب بود تا گرمای خیلی زیادی در آلیاژ ایجاد نشود.
سوال:جوش‌پذیری اینکونل 725 چگونه است؟
جواب:این آلیاژ را می‌توان با روش‌های جوشکاری قوسی گاز تنگستن (GTAW) و جوشکاری قوسی با گاز محافظ (GMAW) جوشکاری نمود. ذکر این نکته ضروری است که تکنیک‌های جوشکاری زیر پودری (SAW) و جوشکاری با الکترود دستی (SMAW) برای جوش Inconel 725 مناسب نیستند.
خواص بهینه در سوپرآلیاژ Inconel 725 با آنیل کردن آلیاژ پیش از جوشکاری، سپس آنیل انحلالی و پیرسازی بعد از جوشکاری حاصل می‌شود.