অ্যাডিটিভ ম্যানুফ্যাকচারিং-এ ইনকোনেল 718: মহাকাশের উপাদানগুলির জন্য 3D প্রিন্টিং

ইনকোনেল 718 (UNS N07718)অ্যারোস্পেস অ্যাডিটিভ ম্যানুফ্যাকচারিংয়ে সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত নিকেল-ভিত্তিক সুপারঅ্যালয়, যা গ্যাস টারবাইন ইঞ্জিনের সমস্ত ধাতব AM যন্ত্রাংশের 60% এরও বেশি। উচ্চ-তাপমাত্রার শক্তি (700 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত), চমৎকার ক্রীপ প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং ভাল ওয়েল্ডেবিলিটির সমন্বয় এটিকে লেজার পাউডার বেড ফিউশন (LPBF) এবং ইলেক্ট্রন বিম গলানোর (EBM) প্রক্রিয়ার জন্য আদর্শ করে তোলে। এই নিবন্ধটি প্রক্রিয়া পরামিতি, মাইক্রোস্ট্রাকচারাল বিবর্তন, যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য, পোস্ট-প্রক্রিয়াকরণের প্রয়োজনীয়তা, এবং মহাকাশের জন্য{7}}গ্রেড ইনকোনেল 718 AM উপাদানগুলির গুণমান পরীক্ষা করে।

কেন Inconel 718 মহাকাশ সংযোজন উত্পাদনের জন্য প্রভাবশালী খাদ?

ইনকোনেল 718 গ্যাস টারবাইন ইঞ্জিনে 60% এর বেশি ধাতব AM যন্ত্রাংশের জন্য দায়ী কারণ এটি উচ্চ-তাপমাত্রার শক্তির সর্বোত্তম ভারসাম্য (700 ডিগ্রি সেলসিয়াস), ন্যূনতম ক্র্যাকিং সংবেদনশীলতার সাথে চমৎকার ওয়েল্ডেবিলিটি, এবং একটি ভালভাবে-প্রতিষ্ঠিত প্রক্রিয়া প্যারামিটার ডেটাবেস এবং EBLPBF প্ল্যাটফর্ম জুড়ে।

ইনকোনেল 718 হল একটি বৃষ্টিপাত-কঠিনযোগ্য নিকেল-ক্রোমিয়াম খাদ যাতে লোহা, নাইওবিয়াম, মলিবডেনাম এবং টাইটানিয়ামের উল্লেখযোগ্য সংযোজন রয়েছে। খাদটি গামা ডাবল প্রাইম (Ni3Nb) এবং গামা প্রাইম (Ni3(Al,Ti)) থেকে শক্তি অর্জন করে যা বার্ধক্যজনিত তাপ চিকিত্সার সময় তৈরি হয়। সংযোজন উত্পাদনের মূল সুবিধাগুলির মধ্যে রয়েছে:

উত্স: ASTM B637; SAE AMS 5662; জিই এভিয়েশন এএম ডাটাবেস 2024

খাদের তুলনামূলকভাবে কম গামা প্রাইম কন্টেন্ট (Waspaloy এবং Udimet 720-এ 15-20% বনাম 40%+) পোস্ট-AM তাপ চিকিত্সার সময় স্ট্রেন-বয়স ক্র্যাকিংয়ের ঝুঁকি কমায়। এটি ইনকোনেল 718 কে জটিল AM জ্যামিতির জন্য অনন্যভাবে উপযোগী করে তোলে যার জন্য স্ট্রেস রিলিফ এবং ক্র্যাকিং ছাড়াই বৃষ্টিপাত শক্ত হওয়ার প্রয়োজন হয়।

LPBF Inconel 718-এর জন্য ক্রিটিকাল প্রসেস প্যারামিটারগুলি কী কী?

ইনকোনেল 718-এর জন্য সর্বোত্তম LPBF প্যারামিটারগুলি হল লেজার পাওয়ার 200-300W, স্ক্যানের গতি 800-1200 mm/s, স্তর পুরুত্ব 30-40 মাইক্রোমিটার, এবং হ্যাচ স্পেসিং 80-120 মাইক্রোমিটার, 99.9% এর উপরে ঘনত্ব অর্জন এবং রফ-501 সারফেস রফনেস।

লেজার পাউডার বেড ফিউশন (LPBF) হল ইনকোনেল 718 এরোস্পেস উপাদানগুলির জন্য প্রভাবশালী AM প্রক্রিয়া। প্রসেস উইন্ডোটি ভলিউমেট্রিক এনার্জি ডেনসিটি (VED) দ্বারা সংজ্ঞায়িত করা হয়, হিসাবে গণনা করা হয়:

VED (J/mm3)=লেজার পাওয়ার (W) / [স্ক্যান স্পিড (mm/s) x হ্যাচ স্পেসিং (mm) x লেয়ার থিকনেস (mm)]

উত্স: EOS Inconel 718 প্যারামিটার গাইড; SAE AMS 7011; NASA MSFC-STD-3716

আধুনিক LPBF সিস্টেম স্ট্রাইপড বা চেকারবোর্ড স্ক্যানিং কৌশল নিযুক্ত করে যার মধ্যে 67-ডিগ্রি ঘূর্ণন স্তরগুলির মধ্যে অবশিষ্ট চাপ এবং টেক্সচারের বিকাশ কমাতে। সাধারণত স্ট্রাইপের প্রস্থ 5-10 মিমি এবং স্ট্রাইপের মধ্যে 10% ওভারল্যাপ। লম্বা, পাতলা-দেয়ালের উপাদানগুলির জন্য, কম শক্তিতে কনট্যুর স্ক্যান (150-200W) এবং ধীর গতিতে (600-800 mm/s) পৃষ্ঠের সমাপ্তি এবং মাত্রিক নির্ভুলতা উন্নত করে।

ইনকোনেল 718 এরোস্পেস উপাদানগুলির জন্য ইবিএম কীভাবে এলপিবিএফ-এর সাথে তুলনা করে?

EBM 40-60% কম অবশিষ্ট স্ট্রেস, সূক্ষ্ম শস্যের গঠন (এলপিবিএফের জন্য গড় শস্যের আকার 20-50 মাইক্রোমিটার বনাম 50-200 মাইক্রোমিটার) সহ ইনকোনেল 718 তৈরি করে এবং স্ট্রেস রিলিফের প্রয়োজনীয়তা দূর করে, তবে নিম্ন মাত্রিক নির্ভুলতা অর্জন করে (+/{{7} মিমি এবং +/{5} মিমি প্রয়োজন) ভ্যাকুয়াম অপারেশন।

উৎস: Arcam EBM Inconel 718 User Guide; EOS M 290 প্যারামিটার শীট; জিই এভিয়েশন প্রসেস স্পেসিফিকেশন

EBM (900-1100 ডিগ্রি সেলসিয়াস) এ উন্নীত বিল্ড তাপমাত্রা ইনকোনেল 718 সলিউশন অ্যানিলিং তাপমাত্রার কাছে পৌঁছায়, যার ফলে-সিটু স্ট্রেস রিলিফ এবং আরও অভিন্ন মাইক্রোস্ট্রাকচার হয়। এটি নির্মাণ পরবর্তী স্ট্রেস রিলিফের সময় বিকৃতির ঝুঁকি দূর করে, যা টারবাইন কেসিং এবং স্ট্রাকচারাল ব্র্যাকেটের মতো বড় মহাকাশের উপাদানগুলির জন্য গুরুত্বপূর্ণ। যাইহোক, EBM এর মোটা সারফেস ফিনিস এবং লোজার টলারেন্সের জন্য বেশিরভাগ কার্যকরী সারফেসগুলির জন্য মেশিনিং প্রয়োজন।

কি মাইক্রোস্ট্রাকচারাল বৈশিষ্ট্যগুলিকে -বিল্ট ইনকোনেল 718 হিসাবে সংজ্ঞায়িত করে?

যেমন-নির্মিত ইনকোনেল 718 বিল্ডের দিকনির্দেশের সাথে সারিবদ্ধ কলামার দানা প্রদর্শন করে, শক্তিশালী<001>ফাইবার টেক্সচার, ইন্টারডেনড্রাইটিক অঞ্চলে ল্যাভস ফেজ এবং কার্বাইড বিভাজন এবং 320-380 HV এর মাইক্রোহার্ডনেস যার জন্য দ্রবণ অ্যানিলিং এবং ডবল বার্ধক্যের প্রয়োজন হয় যাতে বৃষ্টিপাত শক্ত হয়ে যায়।

সূত্র: Acta Materialia Vol 215 (2021); ধাতব লেনদেন A Vol 52 (2021); NASA প্রযুক্তিগত প্রতিবেদন NASA/TM-2020-5001273

LPBF (10^5 থেকে 10^6 K/s) এবং EBM (10^3 থেকে 10^4 K/s) এর দ্রুত দৃঢ়করণের হারের ফলে তৈরি উপাদানের তুলনায় বর্ধিত কঠিন দ্রবণীয়তা এবং মিহি ডেনড্রাইটিক কাঠামো তৈরি হয়। যাইহোক, দৃঢ়ীকরণের সময় নিওবিয়াম পৃথকীকরণ আন্তঃডেনড্রাইটিক অঞ্চলে লাভস ফেজ গঠনকে উৎসাহিত করে। লাভস ফেজ (Ni,Fe,Cr)2(Nb,Mo,Ti) ভঙ্গুর এবং গামা ডবল প্রাইম বৃষ্টিপাতের জন্য প্রয়োজনীয় নাইওবিয়ামের ম্যাট্রিক্সকে হ্রাস করে। 1065-1100 ডিগ্রি সেলসিয়াসে সলিউশন অ্যানিলিং ল্যাভেস ফেজকে দ্রবীভূত করে এবং নাইওবিয়াম বিতরণকে একত্রিত করে।

মহাকাশ-গ্রেড ইনকোনেল 718 এএম যন্ত্রাংশের জন্য কী তাপ চিকিত্সা প্রয়োজন?

অ্যারোস্পেস-গ্রেড ইনকোনেল 718 AM অংশগুলির জন্য 1165-1190 ডিগ্রি সেলসিয়াস / 100-150 MPa / 4 ঘন্টাতে হট আইসোস্ট্যাটিক প্রেসিং (HIP) প্রয়োজন, তারপরে 1065-1100 ডিগ্রি সেলসিয়াস / 1 ঘন্টা এবং ডবল বার্ধক্য {7 ডিগ্রী / 6 ডিগ্রী / 4 ঘন্টা 1375 MPa এর প্রসার্য শক্তি অর্জন করতে 8 ঘন্টা এবং 650 ডিগ্রি সেলসিয়াসে 400 ঘন্টার বেশি স্ট্রেস ফেটে যাওয়া জীবন।

সূত্র: SAE AMS 2774; SAE AMS 5662; NASA MSFC-SPEC-3717; ASTM F3055

এইচআইপি অ্যারোস্পেস এএম অংশগুলির জন্য অপরিহার্য কারণ এটি অভ্যন্তরীণ ছিদ্র বন্ধ করে যা ক্লান্তি ক্র্যাক সূচনা সাইট হিসাবে কাজ করে। অধ্যয়নগুলি দেখায় যে HIP ক্লান্তি জীবনকে 50-200% বাড়িয়ে দেয় অ HIP'd AM উপাদানের তুলনায়৷ সলিউশন অ্যানিলিং তাপমাত্রা উইন্ডো (1065-1100 ডিগ্রি সেলসিয়াস) গুরুত্বপূর্ণ: 1065 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডের নিচের তাপমাত্রা ল্যাভস ফেজকে সম্পূর্ণরূপে দ্রবীভূত করে না, যখন 1100 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডের উপরে তাপমাত্রা অত্যধিক শস্য বৃদ্ধির কারণ (ASTM 2 বা মোটা) যা ক্রীপ প্রতিরোধ ক্ষমতাকে হ্রাস করে।

কিভাবে যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য AM এবং Wrought Inconel 718 এর মধ্যে তুলনা করে?

সম্পূর্ণরূপে তাপ-চিকিত্সা করা এলপিবিএফ এবং ইবিএম ইনকোনেল 718 পেটা উপাদানের 5% (1375 MPa UTS, 1100 MPa YS, 15% প্রসারণ) মধ্যে প্রসার্য বৈশিষ্ট্য অর্জন করে এবং HIP-এর পরে 20-40% দ্বারা তৈরি ক্লান্তি জীবনকে ছাড়িয়ে যায়, কিন্তু tropic 20-40% প্রভাব ফেলে অবশিষ্ট জমিন কারণে শক্তি.

সূত্র: SAE AMS 5662; MMPDS-17; NASA প্রযুক্তিগত প্রতিবেদন NASA/TM-2020-5001273; JN Alloys টেস্ট ডাটাবেস

দ্রুত দৃঢ়ীকরণ থেকে পরিমার্জিত মাইক্রোস্ট্রাকচার AM Inconel 718-এর উন্নত ক্লান্তি কর্মক্ষমতাতে অবদান রাখে। তবে, অ্যানিসোট্রপি একটি উদ্বেগের বিষয় রয়ে গেছে: প্রসার্য নমনীয়তা এবং বিল্ডের দিকে লম্বভাবে পরীক্ষিত প্রভাব শক্তি সাধারণত অনুদৈর্ঘ্য মানের তুলনায় 15-25% কম। এই অ্যানিসোট্রপিটি কলামার শস্য গঠনের জন্য দায়ী করা হয় এবং<001>টেক্সচার প্রান্তিককরণ। ফ্র্যাকচার-গুরুত্বপূর্ণ উপাদানগুলির জন্য, নকশা অনুমোদনযোগ্য অবশ্যই নির্দেশমূলক সম্পত্তির বৈচিত্র্যের জন্য দায়ী।

অ্যারোস্পেস ইনকোনেল 718 এএম-এ কোন পাউডার কোয়ালিটি স্ট্যান্ডার্ড প্রযোজ্য?

Aerospace Inconel 718 পাউডার অবশ্যই 15-45 মাইক্রোমিটার (D10: 20 micrometers, D50: 30 micrometers, D90: 40 micrometers for LPBF), 200 পিপিএম এর নিচে অক্সিজেন কন্টেন্ট, 100 পিপিএম এর নিচে নাইট্রোজেন এবং 5g/5 সেকেন্ড, পাউডার 2/5 এর নিচে অক্সিজেন কন্টেন্ট পূরণ করতে হবে। AMS 7011 এবং ASTM F3049 প্রতি 4.5 g/cm3 এর উপরে ঘনত্ব।

সূত্র: SAE AMS 7011; ASTM F3049; ASTM F3055; ইওএস পাউডার স্পেসিফিকেশন

পাউডার পুনর্ব্যবহারযোগ্যতা মহাকাশ AM উৎপাদনের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ খরচ ফ্যাক্টর। স্টাডিজ দেখায় যে Inconel 718 পাউডার LPBF-এ 8-10 চক্র এবং EBM-এ 15-20 চক্র পুনঃব্যবহার করা যেতে পারে কণা আকার বন্টন স্থানান্তর এবং অক্সিজেন পিকআপ গ্রহণযোগ্য সীমা অতিক্রম করার আগে। একটি পাউডার ম্যানেজমেন্ট প্রোটোকল অবশ্যই ক্রমবর্ধমান পুনঃব্যবহার চক্র ট্র্যাক করতে হবে এবং সামঞ্জস্যপূর্ণ বৈশিষ্ট্য বজায় রাখতে ভার্জিন পাউডার মিশ্রিত করতে হবে। সাধারণ ভার্জিন পাউডার যোগ করার হার প্রতি বিল্ড সাইকেলে 20-30%।

Aerospace AM Inconel 718-এ কী অ-ধ্বংসাত্মক পরীক্ষার প্রয়োজনীয়তা প্রযোজ্য?

Aerospace AM Inconel 718 উপাদানগুলির জন্য অভ্যন্তরীণ ত্রুটিগুলির জন্য 100% CT স্ক্যানিং প্রয়োজন (ন্যূনতম সনাক্তযোগ্য ত্রুটির আকার 0.2 মিমি), ডাই পেনিট্রেন্ট বা এডি কারেন্ট দ্বারা পৃষ্ঠ পরিদর্শন, ISO 2768-mK অনুযায়ী মাত্রিক যাচাইকরণ, এবং specec-STNA6-এসটিএমএস 317-এর যান্ত্রিক পরীক্ষা এবং ASTM F3055।

উৎস: NASA MSFC-STD-3716; ASTM F3055; SAE ARP5752; ISO 2768

সিটি স্ক্যানিং হল AM অংশগুলির জন্য প্রাথমিক NDT পদ্ধতি কারণ এটি সম্পূর্ণ 3D ত্রুটি বিতরণকে ক্যাপচার করে। আধুনিক মাইক্রো-সিটি সিস্টেমগুলি 10-20 মাইক্রোমিটারের ভক্সেল আকার অর্জন করে, যা পোরোসিটি ক্লাস্টারগুলি সনাক্ত করতে সক্ষম করে, ফিউশন ত্রুটিগুলির-অভাব, এবং অন্তর্ভুক্তিগুলি যা প্রচলিত রেডিওগ্রাফি এড়াতে পারে৷ উত্পাদন অংশগুলির জন্য, একটি একক পরিদর্শনে অভ্যন্তরীণ অখণ্ডতা এবং মাত্রিক সামঞ্জস্য উভয়ই যাচাই করতে সিএডি মডেলগুলির সাথে সিটি ডেটা তুলনা করা হয়।

ইনকোনেল 718 এএম-এর খরচ এবং লিড টাইমের প্রভাব কী?

Inconel 718 AM লিড টাইম 60-80% (2-4 সপ্তাহ বনাম 10-সলিড থেকে মেশিনিং করার জন্য 16 সপ্তাহ) কমিয়ে দেয় এবং প্রচলিত যন্ত্রের জন্য 30-50% উপাদান ব্যবহার বনাম 5-15% অর্জন করে, তবে আংশিক খরচ সাধারণ ম্যানেজিংয়ের তুলনায় 2-4x বেশি থাকে; 5:1-এর নিচে বাই-টু-ফ্লাই অনুপাত সহ জটিল অংশগুলির জন্য AM খরচ-প্রতিযোগীতামূলক হয়ে ওঠে।

উৎস: JN Alloys Customer Data 2024; রোল্যান্ড বার্জার এএম কস্ট মডেল; ডেলয়েট অ্যারোস্পেস এএম স্টাডি 2024

Inconel 718 AM-এর ব্যবসায়িক ক্ষেত্রে নিম্নলিখিত এক বা একাধিক বৈশিষ্ট্যের অংশগুলির জন্য সবচেয়ে শক্তিশালী: (1) জটিল অভ্যন্তরীণ জ্যামিতি যেমন কুলিং চ্যানেল যা মেশিন করা যায় না, (2) ক্রয়-থেকে-প্রচলিত উৎপাদনে 8:1 এর বেশি উড়ন্ত অনুপাত, (3) কম খরচে একক ভলিউম (1{1}5) যেখানে কম খরচে একক (1}5) (4) ঘন ঘন ডিজাইনের পুনরাবৃত্তির জন্য চটপটে প্রতিক্রিয়া প্রয়োজন, বা (5) ওজন-সমালোচনামূলক অ্যাপ্লিকেশন যেখানে টপোলজি অপ্টিমাইজেশান উল্লেখযোগ্য ভর হ্রাস প্রদান করে।

উপসংহার

ইনকোনেল 718 হল অ্যারোস্পেস ইন্ডাস্ট্রির অ্যাডিটিভ ম্যানুফ্যাকচারিংয়ের জন্য ওয়ার্কহরস অ্যালয়, একটি পরিপক্ক প্রযুক্তির প্রস্তুতির স্তর, বিস্তৃত প্রক্রিয়া ডাটাবেস এবং LPBF এবং EBM প্ল্যাটফর্ম জুড়ে প্রমাণিত ফ্লাইট হেরিটেজ সহ।

Inconel 718-এর মহাকাশ AM এর জন্য গুরুত্বপূর্ণ উপায়:

1. প্রক্রিয়া নির্বাচন:নির্ভুল বৈশিষ্ট্য এবং সূক্ষ্ম বিবরণের জন্য LPBF; বড়, স্ট্রেস-সংবেদনশীল উপাদানের জন্য EBM যার জন্য ন্যূনতম বিকৃতি প্রয়োজন।

2. মাইক্রোস্ট্রাকচার নিয়ন্ত্রণ:দ্রুত দৃঢ়করণ শস্যের গঠনকে পরিমার্জিত করে কিন্তু অ্যানিসোট্রপি তৈরি করে; মহাকাশ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য HIP এবং যথাযথ তাপ চিকিত্সা বাধ্যতামূলক।

3. সম্পত্তি অর্জন:সম্পূর্ণরূপে তাপ-চিকিত্সা করা AM Inconel 718 পেটা বৈশিষ্ট্য পূরণ করে বা অতিক্রম করে; ছিদ্র দূর হওয়ার কারণে HIP এর পরে ক্লান্তি জীবন 20-40% উন্নত হয়।

4. গুণমানের নিশ্চয়তা:অভ্যন্তরীণ ত্রুটি সনাক্তকরণের জন্য সিটি স্ক্যানিং অপরিহার্য; সাক্ষী নমুনা প্রতিটি বিল্ডের জন্য যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য যাচাই করে।

5. অর্থনৈতিক কার্যকারিতা:AM জটিল জ্যামিতির জন্য খরচ-প্রতিযোগীতা হয়ে ওঠে (কিনুন-উড়তে-> 8:1), কম ভলিউম, বা টপোলজি-অপ্টিমাইজ করা ডিজাইনগুলি উল্লেখযোগ্য ওজন হ্রাস অর্জন করে।

Inconel 718 AM মূল্যায়নকারী এয়ারস্পেস OEM এবং টিয়ার 1 সরবরাহকারীদের জন্য, একটি পর্যায়ক্রমিক পদ্ধতির সুপারিশ করা হয়: (1) AMS 7011 এবং ASTM F3055 প্রতি প্রক্রিয়া প্যারামিটারের যোগ্যতা অর্জন করুন, (2) পাউডার ম্যানেজমেন্ট প্রোটোকল স্থাপন করুন, (3) তাপ চিকিত্সা চক্রকে যাচাই করুন, (4) এনডিটি ডিজাইন এবং এনডিটি বাস্তবায়নের জন্য উপযুক্ত ডিজাইন এবং এনডিটি বিকাশ করুন। NASA MSFC-STD-3716 প্রতি মানসম্পন্ন সিস্টেম।