آهن، فولاد و آلیاژهای آنها، نقش بسیار مهمی در حیات و زندگی روزمره نوع بشر ایفا می‌کنند. برخی از این فلزات مانند منگنز و آهن از عناصر معدنی اصلی مورد نیاز در بدن انسان هستند و سایر محصولات آهنی نیز دائماً به شکل‌های مختلف در انواع صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند. به کمک ویژگی‌هایی که هر کدام از این فلزات و آلیاژهای آنها ایجاد می‌کنند، می‌توان محصولات با کیفیت بیشتر و مقاومت بالاتر به دست آورد. یکی از این محصولات فولادی که کاربردهای متفاوتی در صنعت دارد و خود در گریدهای مختلف تولید میشود، آلیاژ اینکونل است. اینکونل یک نمونه عالی از یک فلز با کارایی بالا است که به طور خاص برای برخی از سخت‌ترین کاربردها فرموله شده است. از آنجایی که اینکونل اغلب گران قیمت است و کمتر مورد استفاده قرار میگیرد، معمولاً نسبت به فولاد یا آلومینیوم، کمتر شناخته شده است. این مقاله برخی از اصول اولیه و کاربردها در مورد اینکونل را ارائه میدهد و به برخی از سوالات رایج در مورد این فلز منحصر به فرد پاسخ میدهد.
فهرست مطالب
آلیاژ اینکونل چیست؟
اینکونل (به انگلیسی Inconel) نام گروهی از ابر آلیاژهای آستنیتی مبتنی بر نیکل است. نام اینکونل یک علامت تجاری ثبت شده از شرکت فلزات خاص (Special Metals Corporation) در نیو هارتفورد، نیویورک است. این شرکت این نام را از طریق خرید شرکت‌های قبلی که در ابتدا آلیاژهای مختلف اینکونل را تولید می‌کردند، به دست آورد. اولین آلیاژهای اینکونل در ابتدا برای محیطهای سخت و با دمای بالا در اواسط قرن بیستم فرموله شدند.
اینکونل حتی در مقایسه با فولاد ضد زنگ، تحمل فوق‌العاده بالایی در برابر گرمای شدید دارد و در دمای 2000 درجه فارنهایت به اندازه اکثر انواع فولاد استحکام کششی را از دست نمی‌دهد. با این حال، اینکونل یک ماده گران قیمت است، که بهتر است برای شرایط استفاده مناسب که در آن مواد دیگر به خوبی کار نمی‌کنند، استفاده شود.
اینکونل چقدر قوی است؟
هنگام تعیین استحکام، مقاومت کششی، مقاومت در برابر خوردگی و حتی مقاومت مذاب را می‌توان اندازه گیری کرد. اینکونل 625 دارای محدوده مقاومت کششی بالا 103 – 160 ksi در مقایسه با 73.2 ksi فولاد ضد زنگ است و می‌تواند این استحکام را در دماهای عملیاتی بالاتر، حفظ کند.
اگرچه اندازه‌گیری‌های دقیق متفاوت است، اما آمار گزارش‌شده محدوده نقطه ذوب اینکونل را بین 1290 درجه سانتی‌گراد و 1350 درجه سانتی‌گراد، بیان می‌کند. در حالی که نقطه ذوب اینکونل کمتر از فولاد ضد زنگ است، اینکونل 625 در دماهای بالا، از فولاد ضد زنگ قویتر است در حالی که در برابر اکسیداسیون و پوسته پوسته شدن نیز مقاوم‌تر است.
اینکونل به دلیل مناسب بودن برای محیطهای با فشار شدید و گرمای زیاد و همچنین مقاومت در برابر خوردگی، یک ابر آلیاژ در نظر گرفته میشود. با این حال، آلیاژهای فولاد ضد زنگ اغلب برای ساخت استریل یا کاربردهای پزشکی مناسب‌تر هستند. سوپر آلیاژی مانند اینکونل برای کاربردهای عملیات حرارتی و سایر فرآیندهای در دمای بالا بهتر است.
بیشتر بدانید:
ترکیب شیمیایی اینکونل
از آنجایی که اینکونل گروهی از ابر آلیاژها است و نه فقط یک نوع ابر آلیاژ، ترکیب شیمیایی آن در انواع مختلف آلیاژ متفاوت است. با این حال، همه آلیاژهای خانواده اینکونل بر پایه نیکل هستند. علاوه بر این، کروم معمولاً دومین عنصر فراوان در ترکیب شیمیایی Inconel است. تقریباً هر Inconel مقداری آهن در ترکیب خود دارد که تقریباً همیشه بیشتر از 1٪ است. عناصر دیگری که در برخی از آلیاژهای اینکونل یافت می‌شوند عبارتند از:
- کبالت
- مولیبدن
- نیوبیم
- تیتانیوم
خواص اینکونل
ترکیبی از خواص فیزیکی و شیمیایی که اینکونل دارد چیزی است که آن را بسیار خاص کرده است. اینکونل به دلیل توانایی خود در مقاومت در برابر دماهای فوق العاده بالا، شناخته شده است. در حالی که موادی مانند فولاد، دمای ذوب بالاتری نسبت به نیکل دارند، عملکرد آنها از نظر استحکام و مقاومت در برابر خوردگی در دماهای بالا، بدتر میشود. از طرف دیگر، اینکونل خواص مقاومتی عالی را در دماهای بالا را حفظ می‌کند و یک لایه اکسید محافظ تشکیل داده که در برابر خوردگی در دماهای بالا، مقاومت می‌کند.
علاوه بر عملکرد در دمای بالا، اینکونل دارای خواص مقاومتی عالی در دمای اتاق است. مقادیر بالای کروم همچنین به آن مقاومت در برابر خوردگی عالی در دمای اتاق نیز میدهد. سایر آلیاژهای ذکر شده در بالا در بخش ترکیب خواص اضافی مانند چقرمگی و سختی را ارائه می‌دهند. چندین آلیاژ اینکونل، مانند اینکونل 718، در اثر رسوب سخت می‌شوند تا استحکام را حتی بیشتر افزایش دهند.
کاربرد اینکونل
اینکونل در بسیاری از صنایع مختلف استفاده میشود. یکی از رایج‌ترین کاربردهای Inconel در صنعت هوافضا است، یعنی در محیط با دمای بالا که در موتور جت وجود دارد. نازل‌های سوخت، حلقه‌های پس سوز و سایر اجزای موتور معمولاً از اینکونل ساخته می‌شوند. این به این دلیل است که آنها در دمای بالا که در حین کار وجود دارد، عملکرد خوبی دارند. آنها همچنین در برابر خطر خوردگی ناشی از سوخت جت و سایر مایعات مقاومت می‌کنند. اینکونل همچنین اغلب در موشک‌ها و کشتی‌های اکتشافی فضایی استفاده میشود. آلیاژهای رایج در صنعت هوافضا عبارتند از Inconel 625 و Inconel 718.
یکی دیگر از کاربردهای رایج ابر آلیاژهای اینکونل در صنایع هسته‌ای است. راکتورهای هسته‌ای به استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی بالا و عملکرد عالی در دمای بالا نیاز دارند، به همین دلیل است که اینکونل اغلب استفاده میشود. آلیاژهای رایج در صنعت هسته‌ای عبارتند از Inconel 600 و Inconel 690.
سایر صنایعی که به میزان کمتری از اینکونل استفاده می‌کنند عبارتند از: خودروسازی، تجهیزات/ابزار تولیدی، نفت و گاز، سلاح گرم و چندین مورد دیگر. هر برنامه‌ای 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 اینکونل است.
کاربردهای اینکونل 625
در خانواده ابر آلیاژ اینکونل با نیکل بالا، اینکونل 625، بین اینکونل 330 و اینکونل 600 در رابطه با محتوای نیکل قرار دارد. این ترکیب به همراه کلمبیوم و مولیبدن اجازه میدهد تا این نوع از اینکونل نقطه ذوب بسیار بالا داشته و در حرارت بالا عملکرد خوبی داشته باشد. اینکونل 625 به ویژه در برابر حفره‌های کلرید و تنش خستگی، مقاوم است و دارای استحکام گسیختگی خزشی بالا و مقاومت اگزالیک بالایی است. علاوه بر این، جوشکاری Inconel 625 در مقایسه با سایر انواع اینکونل بسیار آسان است.
سوپرآلیاژ اینکونل 625 به دلیل ویژگی‌های مقاوم در برابر مواد شیمیایی و دما، می‌تواند در کاربردهای مختلفی از جمله اگزوزهای موتور جت، پشته‌های شعله‌ور، تجهیزات آب دریا و تجهیزات کارخانه‌های شیمیایی استفاده شود.
جمع‌بندی
اینکونل‌ها دسته‌ای از ابر آلیاژهای مبتنی بر نیکل کروم هستند که با مقاومت بالا در برابر خوردگی، مقاومت در برابر اکسیداسیون، استحکام در دماهای بالا و مقاومت در برابر خزش مشخص می‌شوند. اینکونل یک ماده گران‌قیمت است که بهتر است برای شرایط استفاده مناسب که در آن مواد دیگر به خوبی کار نمی‌کنند، استفاده شود.
پرسش و پاسخ
آیا اینکونل از تیتانیوم قوی تر است؟
از نظر استحکام، اینکونل قویتر از این تیتانیوم است. این به این دلیل است که اینکونل حاوی کروم است که استحکام آن را افزایش میدهد. از طرف دیگر، تیتانیوم حاوی کروم نیست.
آیا اینکونل از فولاد کربنی قوی تر است؟
فولاد کربنی در مواجهه با محیطهای دمای اتاق، کمی قویتر از اینکونل است. با این حال، هنگامی که در معرض دماهای بالاتر (بالاتر از 1000 درجه فارنهایت) قرار میگیرد، اینکونل به دلیل قابلیتهای مقاومت در برابر حرارت برتر، بسیار قویتر از فولاد کربنی میشود.