| Stål Thinidur | |
|---|---|
| Kemisk sammansättning | |
| Fe - 51 % Ni - 30 % Cr - 15 % Ti - 2 % Mn - 0,8 % Si - 0,8 % C - 0,13 % Föroreningar: 0,27 % | |
| legeringstyp | |
| Austenitiskt stål | |
| Mekaniska egenskaper | |
| värmebeständig legering | |
| Fysikaliska egenskaper | |
| Densitet | 7,92 g/ cm3 |
| Draghållfasthet vid 800 °C | 245 MPa |
| Draghållfasthet vid 600 °C | 600 MPa |
| Krypgräns (1 % på 300 timmar) vid 600 °C | 430 MPa |
| Analoger | |
| A286 | |
Tinidur ( it. tinidur - med initiala bokstäver titan + nickel + stark) - värmebeständigt stål av austenitisk klass, utvecklat 1936 i Tyskland av metallurgiska ingenjörer G. Bandel G. Bandel och K. Gebhardt K. Gebhard - anställda i forskningsavdelning för Krupp - Friedrich Krupp , Wulfrat [1] .
I Tyskland påbörjades arbetet med en systematisk studie av olika materials värmebeständighet 1935-1936 av Aviation Center DVL Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt . Grundaren av forskningen inom detta område, utförd i förhållande till turboladdare till flygplansmotorer, är Franz Bollenrath Franz Bollenrath , chef för Institute of Aviation Materials (Inst. für Werkstoff-Forschung der DVL) på 1940-talet [2] .
Stål Tinidur i originalversionen hade beteckningen R-193. Härdning av stål vid höga temperaturer ( krypmotstånd ) var tänkt att tillhandahållas med dispergerade fällningar av termiskt resistenta karbider , för vilka kol (0,5%) och titan (2%) infördes i stålkompositionen. Senare fann man att utfällningshärdning även sker i frånvaro av kol på grund av dispergerade fällningar av Ni 3 Ti intermetalliska förening. Därefter reducerades kolhalten till 0,1 %. En förbättrad version av detta stål var Tinidur. Efter 4-5 år upprepades en liknande situation i England under utvecklingen av en värmebeständig nickellegering " nimonic ", vars krypmotstånd också förväntades erhållas på grund av dispergerade fällningar av titankarbider [3] [4 ] . Till slut visade det sig att materialets högtemperaturhållfasthet beror på dispergerade fällningar av den intermetalliska Ni 3 (Ti,Al) föreningen.
Kemiska sammansättningar av tyska austenitiska värmebeständiga stål Tinidur [5]| Stålkvalitet _ |
%C | %Mn | %Si | %Ni | %Cr | %Mo | %Ti | %Al | % andra föremål |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| P-193 | 0,5 | 0,6 | 0,6 | trettio | trettio | - | 2 | - | Fe-bas |
| Tinidur | 0,12-0,14 | 0,6-1,0 | 0,6-1,0 | 29,0-31,0 | 14.5-15.5 | - | 1,8-2,2 | 0,2 | Fe-bas |
| A286 | 0,05 | 1,35 | 0,55 | 25 | femton | 1,25 | 2.0 | 0,2 | 0,3V |
Utnämning av legeringselement i austenitiska stål Tinidur: Ni - stärker och stabiliserar den austenitiska strukturen, bildar en gamma-primfas och förhindrar bildandet av oönskade faser. Cr - ger motstånd mot gaskorrosion och stärker den fasta lösningen. Ti och Al är huvudelementen som ger utfällningshärdning av legeringen. Stålet kyldes från 1125°C i vatten och åldrades vid 750°C. Med korrekt vald värmebehandling sker separationen av dispergerade kristaller av den intermetalliska fasen Ni3 ( Ti, Al) från den austenitiska matrisen.
1937 valde den tyske designern von Ohain Tinidur för tillverkning av värmebelastade strukturella komponenter och började utveckla den första HeS -jetmotorn (tysk) för He 178 - flygplanet [6] .
År 1939, formgivarna Anselm Franz Anselm Franz , Otto Mader Otto Mader och chefsmetallurgen Heinrich Adenstedt Heinrich Adenstedt från motoravdelningen för Junkers - företaget (Junkers Motorenbau) i Magdeburg , enligt resultaten av jämförande tester av material som finns tillgängliga i Tyskland, valde Tinidur värmebeständigt stål som det bästa materialet i bladen och turbinskivan i Jumo-004- motorn för driftstemperaturer på 600-700°C [7] .
Redan tidiga tester har visat att även identiska blad visar stor variation i hållbarhet. År 1943 hade materialavdelningen hos Junkers Motorenbau i Dessau löst problemet med tillförlitlighet och stabilitet hos prestandaegenskaperna hos smidda blad tillverkade av Tinidur-stål genom att noggrant kontrollera bladtillverkningsprocessen, i första hand själva smidesprocessen. Senare, på grund av att Tinidur stålplåt inte svetsar, utvecklades en djupdragningsprocess där en tunn platt skiva fungerade som ett ämne för ett ihåligt blad. Enligt arbetsintensiteten i tillverkningen visade sig ihåliga blad vara mer ekonomiska än monolitiska [8] .
För att komma bort från sammansättningen med 30 procent nickel utvecklade Krupp det värmebeständiga svetsbara stålet Chromadur. Tekniken för att tillverka ett ihåligt blad av en flexibel platt plåt av Chromadur-stål och efterföljande svetsning av arbetsstycket längs bakkanten visade sig vara att föredra i jämförelse med djupdragning. Som ett resultat visade Chromadur ihåliga blad högre tillförlitlighet i jämförelse med de gjorda av Tinidur-stål, även trots det lägre krypmotståndet hos de tidigare [8] .
År 1943, på grund av den ökande bristen på legeringselement, som förberedelse för produktionen av en seriemodifiering av Jumo-004В-motorn, utvecklade Krupp flera värmebeständiga stål av ekonomisk legering, inklusive Chromadur och Vanidur. I Hromadur-stål avsett för blad och munstycken ersattes nickel med mangan, som liksom nickel expanderar området för gamma-fast lösning. Minskningen av beläggningsmotståndet hos legeringen orsakad av ett sådant utbyte kompenseras delvis av kiselhalten. I det andra stålet, avsett för tillverkning av turbinrotorskivor, är originalkvaliteten Krupp V2A-ED, volfram (1% W) ersätts med vanadin (1% V). Sinidur stål - med hårdmetall och intermetallisk härdning. Sammansättningen av dessa stål anges i tabellen.
Kemiska sammansättningar av tyska austenitiska värmebeständiga stål - ersättning för Tinidur för driftstemperaturer på 600-700 °C| Stålkvalitet _ |
%C | %Mn | %Si | %Ni | %Cr | %Mo | %W | %Ti | %Al | % andra föremål |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cromadur | 0,09-0,12 | 17.5-18.5 | 0,55-0,7 | - | 11.0-14.0 | 0,7-0,8 | - | - | - | V 0,60-0,70 0,18-0,23 N 2 |
| Vanidur | 0,1 | 0,2-0,4 | 0,3-0,6 | 10,0-11,0 | 17.0-18.0 | - | - | 0,5-0,7 | - | 1 %V |
| Sinidur | 0,25 | - | - | 24 | 19 | 2.0 | 1.0 | 2,2-3,0 | 1.0 | - |
I slutet av 1940-talet, i USA, under ledning av Gunter Mohling Gunter Mohling [9] , biträdande forskningschef vid Allegheny Ludlum Steel Corp. En förbättrad version av Tinidur-stål skapades, betecknad A286. Stål A286 skiljer sig från den ursprungliga Tinidur genom tillsatsen av molybden och det raffinerade innehållet av vissa element. Syftet med molybden (1,3%) är att öka plasticiteten hos skårade prover vid förhöjda temperaturer. Den användes första gången 1950 för tillverkning av turbinskivor, senare turbinhöljen, efterbrännarkraftdelar , blad och skivor till gasturbiner och kompressorer. Vid tillverkning av turbinskivor ersattes den i mitten av 1960-talet av nickel-järnlegeringen Inkaloy 901 (IN901). Frisläppandet av olika halvfabrikat av A286-stål i USA utfördes av fem metallurgiska företag på en gång: Allegheny Ludlum, Carpenter Technology, Republic Steel / Special Metalls Division, Superior Tube, Universal Cyclopes, vilket indikerar omfattningen av dess användning i den amerikanska luftmissilindustrin.
Cromadur-legeringen tillverkades i USA under beteckningen AF-71. I synnerhet Allegheny Ludlum AF-71 för delar av gasturbinmotorer, raketer, skrovelement [10] .