آلیاژ اینکونل چیست خصوصیات و کاربردهای آن

 

اینکونل (Inconel) نمونه‌ای عالی از یک فلز با کارایی بالا است که برای کاربردها و شرایط سخت طراحی شده است. اینکونل نسبت به بسیاری از آلیاژها گران‌تر و پرکاربردتر است، اما نام اینکونل کمتر از فولاد یا آلومینیوم شناخته شده است. این مقاله برخی از مفاهیم اولیه در مورد Inconel را ارائه می دهیم و به برخی از سوالات رایج در مورد این آلیاژ منحصر به فرد پاسخ می دهد.

اینکونل در مقایسه با فولاد ضد زنگ، تحمل فوق‌العاده بالایی در برابر دمای بسیار بالا دارد و مانند بسیاری از انواع فولاد مقاومت کششی  خود را در دمای 2000 درجه فارنهایت حفظ می کند.

اینکونل چیست؟

اینکونل نام گروهی از سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل است. نام اینکونل متعلق به یک برند تجاری فلزات ثبت شده در نیویورک است. این شرکت این نام را از طریق خرید شرکت هایی که از ابتدا آلیاژهای مختلف اینکونل را تولید می کردند، به دست آورد. آلیاژهای اینکونل اولین بار در اواسط قرن بیستم برای محیط های سخت و دماهای بالا فرموله شدند.

شرایط استفاده از اینکونل

آلیاژ اینکونل یک ماده گران قیمت است، به همین دلیل بهتر است از آن در شرایطی استفاده شود که سایر آلیاژها به خوبی کار نمی کنند. با در نظر گرفتن این شرایط، در این بخش توضیحی در مورد ویژگی های Inconel و همچنین چند مثال از کاربردهایی که این آلیاژ نسبت به اکثر گریدهای فولاد ضد زنگ ترجیح داده می شود، بحث خواهیم کرد:

ترکیب شیمیایی اینکونل

از آنجایی که اینکونل گروهی از سوپرآلیاژها است، نه فقط یک نوع سوپرآلیاژ، به همین دلیل ترکیب شیمیایی آنها در هر نوع متفاوت است. مثلا ترکیب شیمیایی اینکونل ۶۲۵ با اینکونل ۷۱۸ متفاوت است. با این حال، همه آلیاژهای خانواده اینکونل بر پایه نیکل هستند. همچنین، کروم دومین عنصر فراوان در ترکیب شیمیایی سوپرآلیاژ اینکونل است. اکثر اینکونل‌ها مقداری آهن در ترکیب خود دارند که تقریباً همیشه بیشتر از 1٪ است. عناصر دیگری که در برخی از آلیاژهای اینکونل یافت می شوند عبارتند از:

کبالت

مولیبدن

نیوبیم

تیتانیوم

خواص آلیاژ اینکونل

خواص فیزیکی و شیمیایی منحصربه‌فرد چیزی است که سوپر آلیاژ اینکونل را بسیار خاص کرده است. اینکونل به دلیل توانایی مقاومت در برابر دماهای بسیار بالا شناخته شده است. در حالی که سایر مواد مانند فولاد نقطه ذوب بالاتری نسبت به نیکل دارند، اما عملکرد آنها از نظر استحکام و مقاومت در برابر خوردگی در دماهای بالا مطلوب نیست. از طرف دیگر، اینکونل مقاومت خود را در دماهای بالا حفظ می کند و یک لایه اکسید محافظ تشکیل می دهد که در برابر خوردگی در دماهای بالا مقاومت می کند.

مقاومت آلیاژ اینکونل در برابر خوردگی

علاوه بر عملکرد دمای بالا، آلیاژ اینکونل دارای خواص مقاومتی عالی در دمای اتاق است. مقادیر بالای کروم به آن مقاومت در برابر خوردگی عالی در دمای اتاق نیز می دهد. چندین آلیاژ اینکونل، مانند اینکونل 718، در اثر رسوب سخت می شوند تا استحکام را بیشتر افزایش دهند.

نقش آلیاژ اینکونل در صنایع

اینکونل در بسیاری از صنایع استفاده می شود. یکی از رایج ترین کاربردهای آلیاژ اینکونل در صنعت هوافضا است، در واقع محیط‌هایی با حرارت زیاد مانند موتور جت. نازل های سوخت، و سایر اجزای موتور معمولاً از آلیاژ اینکونل ساخته می شوند. این به این دلیل است که آنها در دمای بالا عملکرد خوبی دارند. آنها همچنین در برابر خطر خوردگی ناشی از سوخت جت و سایر مایعات خورنده مقاومت مطلوبی دارند. اینکونل همچنین اغلب در موشک ها و صفینه‌های فضایی استفاده می‌شود. آلیاژهای اینکونل رایج در صنعت هوافضا عبارتند از Inconel 625 و Inconel 718.

آلیاژ اینکونل در صنایع هسته ای

یکی دیگر از کاربردهای رایج سوپرآلیاژهای اینکونل در صنایع هسته ای است. راکتورهای هسته ای به استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و عملکرد عالی در دمای بالا نیاز دارند، به همین دلیل است که در این صنایع اغلب از آلیاژ اینکونل استفاده می شود. آلیاژهای رایج در صنعت هسته ای عبارتند از Inconel 600 و Inconel 690.

صنایعی که کمتر از سوپر آلیاژ اینکونل استفاده می کنند

سایر صنایعی که کمتر از اینکونل استفاده می کنند عبارتند از: خودروسازی، تجهیزات/ابزار تولیدی، نفت و گاز، سلاح گرم و چندین مورد دیگر. هر برنامه ای که نیاز به استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی بالا در یک محیط با دمای بالا داشته باشد، معمولاً کاندیدای مناسبی برای استفاده از Inconel است.

استحکام و مقاومت آلیاژ اینکونل

هنگام تعیین استحکام، مقاومت کششی، مقاومت در برابر خوردگی را می توان اندازه گیری کرد. آلیاژ اینکونل 625 دارای محدوده مقاومت کششی معادل 103 – 160 ksi است که در مقایسه با فولاد زنگ نزن که دارای مقاومت کششی معادل  73.2 ksi است مقاومت بیشتری دارد و می تواند این استحکام را در دمای عملیاتی بالاتر حفظ کند.

نقطه ذوب آلیاژ Inconel

اگرچه اندازه گیری های دقیق متفاوت است، اما در آمارهای گزارش شده، محدوده نقطه ذوب آلیاژ اینکونل را بین 2350 درجه فارنهایت و 2460 درجه فارنهایت (1290 درجه سانتی گراد و 1350 درجه سانتی گراد) بیان می کند. در حالی که نقطه ذوب سوپر آلیاژ اینکونل کمتر از فولاد ضد زنگ است، آلیاژ اینکونل ۶۲۵ در دماهای بالا از فولاد ضد زنگ قوی تر است همچنین در برابر اکسیداسیون و پوسته پوسته شدن نیز مقاومت بیشتری دارد.

چرا به آن سوپر آلیاژ گفته می شود؟

آلیاژ اینکونل به دلیل مناسب بودن برای محیط‌هایی با فشار شدید و گرم و همچنین مقاومت در برابر خوردگی عالی، یک سوپر آلیاژ در نظر گرفته می‌شود. با این حال، فولادهای ضد زنگ اغلب برای ساخت استریل یا کاربردهای پزشکی مناسب تر هستند. سوپر آلیاژی مانند Inconel برای کاربردهای عملیات حرارتی و سایر فرآیندهای در دمای بالا بهتر است.

تفاوت بین Monel و Inconel چیست؟

مونل Monel آلیاژ دیگری است که از آلیاژ نیکل-مس تشکیل شده است چیزی شبیه به Inconelکه یک آلیاژ نیکل-کروم است، Monel را می توان در شرایط سخت و حرارت زیاد استفاده کرد.

آلیاژ مونل از گروهی از آلیاژهای نیکل تشکیل شده است که مقاومت خوردگی بالایی در برابر مواد شیمیایی، حرارت و سایر عوامل از جمله آب دریا دارند. Monel® که در آغاز قرن بیستم ایجاد شد. آلیاژ مونل به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد اما گرانتر از اکثر آلیاژهای دیگر است.

مقاومت در برابر اکسیداسیون آلیاژ اینکونل

از آنجایی که اینکونل یک آلیاژ نیکل و کروم است، در برابر اکسیداسیون مقاوم است و برای محیط‌هایی با گازهای مختلف و اختلاف دمای زیاد ایده آل است. از جمله کاربردهای آلیاژ اینکونل در صنایع می توان به استخراج نفت و گاز، هوافضا و صنایع پزشکی اشاره کرد.

آلیاژ اینکونل ۶۲۵

سوپر آلیاژ اینکونل ۶۲۵ (Inconel 625) در سیستم های پردازش مورد نیاز برای تولید گاز طبیعی مورد استفاده قرار می گیرد. اینکونل ۶۲۵ به دلیل استحکام حرارتی و مقاومت در برابر اکسیداسیون، اغلب برای جداسازی سیالات استخراج شده یا لوله های انتقال خطی (ساخته شده از فولاد) استفاده می شود.

عملیات حرارتی اینکونل ۶۲۵

آلیاژ اینکول ۶۲۵ در برابر دماهای شدید مقاوم است و مقاومت کششی کافی را در دماهای بالا برای ادامه فرآیندها ​​حفظ می کند این آلیاژ استحکام کششی معادل 13.3 ksi را در 2000 درجه فارنهایت حفظ می کند.

 

۵ کاربرد آلیاژ اینکونل

تا اینجا آلیاژ اینکول را معرفی کردیم و خواص و ویژگی‌های آن را مورد بررسی قرار دادیم. در این قسمت ۵ صنعتی که بیشترین استفاده را از آلیاژ اینکونل دارند را معرفی خواهیم کرد و این آلیاژها را در هر صنعت بررسی خواهیم کرد با ما همراه باشید.

استخراج نفت و گاز

اینکونل به دلیل مقاومت در دمای بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون، به طور خاص در صنایع استخراج نفت و گاز استفاده می شود. صنایع نفت و گاز به سوپرآلیاژی مانند اینکونل که بتواند در  شرایط سخت و محیط‌های  خورنده مقاومت کند نیاز دارند.

استفاده از آلیاژهای اینکونل در شرایط دمایی متغیر

برخی از فرآیندهای تولید ممکن است فرآیندهای دمای بالا و پایین را به سرعت ترکیب کنند. اکثر آلیاژهای Inconel مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا و پایین حفظ می‌کنند و به یک سبد منفرد ساخته شده از Inconel اجازه می‌دهند در فرآیندهایی استفاده شود که دما بین پایین‌ترین حد برودتی و بالاترین عملیات حرارتی متفاوت است.

کاربرد آلیاژ اینکونل در محیط‌های شور

الیاژ اینکونل به دلیل مقاومت فوق العاده آن در برابر سدیم کلرید (نمک) اغلب در محیط‌های دریایی و در دماهای مختلف استفاده می شود. بنابراین، برای فرآیندهایی که مدام در معرض نمک و یا آب شور هستند مثل کارخانه در نزدیکی اقیانوس استفاده از آلیاژ اینکونل می تواند مناسب باشد.

با این‌وجود، برخی از آلیاژهای فولاد ضد زنگ نیز مقاومت بسیار خوبی در برابر آب شور از خود نشان می دهند. ولی سوال این است که آلیاژ اینکونل چه زمانی نسبت به استنلس استیل ترجیح داده می شود؟

استفاده از آلیاژ اینکونل به جای فولاد ضد زنگ

به طور کلی، این سوپر آلیاژ تنها در صورتی مفیدتر از فولاد ضد زنگ گرید 316 خواهد بود که در دماهای بسیار بالا مثلا بیش از 1000 درجه فارنهایت داشته باشیم. لازم به ذکر است، اینکونل مقاومت در برابر اکسیداسیون خود را در دماهای بالا بهتر از استنلس استیل ۳۱۶ حفظ می کند.

1. برای مطالعه بیشتر درباره استنلس استیل کلیک کنید.

آلیاژ اینکونل در موتور جت

موتورهای جت از این نظر منحصر به فرد هستند که در طول استفاده باید در برابر دماهای متغیر، هم بالا و هم پایین مقاومت کنند. همانطور که در وب سایت آموزش هواشناسی ذکر شده است، در ارتفاع 36000 فوتی، میانگین دمای هوا 56.3- درجه سانتیگراد است، اما فرآیند احتراق می تواند از دمای 1150 درجه سانتیگراد فراتر باشد.

فن‌آوری‌های خنک‌کننده که برای کاهش سریع دما استفاده می‌شوند، از توانایی و سطح تحمل بسیاری از فلزات فراتر می‌روند. Inconel 600 مقاومت در برابر اکسیداسیون و استحکام کششی بالایی را با وجود تغییرات سریع دما ناشی از فرآیند احتراق و فن‌آوری‌های خنک‌کننده به کار رفته در صنعت هوافضا حفظ می‌کند.

آیا آلیاژ اینکونل برای پروژه من مناسبه؟

آلیاژ اینکونل ویژگی های مثبت بسیاری دارد و عملکرد آن در اکثر کاربردها فوق العاده است اما باید تمام جوانب را بسنجید. مثلا وقتی برای یک کاربرد معمولی مثل ساخت یک اگزوز اسپرت برای خودرو می توانید  از فولاد ضد زنگ استفاده کنید، چه نیازی است که بیشتر هزینه کنید و از آلیاژ اینکونل استفتاده کنید؟

 برای انتخاب بهترین متریال، بسیار مهم است که تمام جنبه های فرآیند تولید و نیازهای خود را در مقایسه با قابلیت های انواع فلزات در نظر بگیرید.