高温合金バーナーライナー：燃焼熱に耐えられるか？

GH3536 で印刷した 1.8mm の薄肉バーナーライナーは、非加圧の実験用燃焼器で使用できます。限界を決めるのは強度ではなく、約1,100°Cでの酸化です。部品にシール機能はありません。同じ形状の圧力容器には別の製造経路が必要です。

燃焼熱は高温合金バーナーライナーに何をもたらすか？

GH3536 はニッケル・クロム・鉄・モリブデン系高温合金の中国呼称です。Hastelloy X（UNS N06002、ASTM B435）として販売されています。高温合金バーナーライナーは約900°Cまで実用的な強度を保ち、清浄な燃焼ガス中で約1,100°Cまで酸化に耐えます。それを超えると、表面の酸化は 1.8mm の壁が吸収できる速度を上回ります。

高温合金バーナーライナーは3つの石英窓で炎に直接さらされます。開口部は壁を切り、熱い縁を作るため、その部分の金属は主流ガスより高温になります。印刷壁はこれに対応できます。窓枠、冷却孔、フランジが連続した殻を形成し、最初に酸化する溶接部がないからです。

溶接した板金ライナーが一般的な代替案です。3つの窓枠の周りに 1.8mm の殻を溶接すると、3つの熱影響部ができ、それぞれが酸化の起点になります。印刷した殻はその溶接部をなくし、同じ合金を保ちます。試験装置がすでに GH3536 を指定している場合、これは重要です。

ここでは3つの数字が重要です。壁は 1.8mm、溶体化処理は1,180°Cで1hです。ビルドチャンバーは100ppm未満の酸素に保たれ、酸化物介在物が金属に入りません。合金自体は Hastelloy X の3Dプリントに関する私たちのノートで説明しています。

印刷した薄肉壁は熱サイクルにどう対応するか？

壁が動くのは、合金の20〜100°Cの熱膨張係数が約13.9µm/m·Kで、開いた断面の自由端が弱いためです。印刷は形状を固定しません。最終形状は熱処理が決めます。

私たちはライナーを垂直に印刷し、長軸を粉末塗布方向と平行にし、45°未満のオーバーハングすべてにサポートを付けます。3本の 3mm タイバーが窓開口を固定し、1,180°Cで1hの溶体化処理が終わるまで保持します。その後、熱間等方加圧（HIP）が1,180°C、100MPaで3h保持し、内部の空隙を閉じます。

熱処理の前後に2回のブルーライトスキャンを行います。1回目は HIP 前の印刷ままの形状を記録し、2回目は機械加工後の完成品を記録します。比較により、熱サイクルが動かした量と切削が動かした量を分けられます。サポートとタイバーの規則は、薄肉超合金部品の設計規則に従っています。

パウダー除去も同じサイクルの一部です。各孔を0.2MPaで吹き、内視鏡で確認した後、ライナーを40kHzで15min洗浄し、真空包装します。冷却流路に残った粉末は初回運転の流れ場を変えます。

印刷したバーナーライナーが不適切なのはどんなときか？

高温合金バーナーライナーが圧力境界、または金属同士のシールが必要な場合は別の経路を選びます。ガスが約1,100°Cを超える場合も同様です。1.5mm を下回ると印刷壁も意味を失います。変形とパウダー除去が難しくなるからです。

サイズも制限です。直径が400mmを大きく超える一体の殻は250mmのチャンバーに入らず、分割すると印刷が除きたかった溶接部が戻ります。

規格が合金を定めている場合や、壁が3mmを超える場合は、窓枠を機械加工した鋳造または鍛造ライナーが適しています。認証された圧力試験が必要な場合も同じです。印刷の利点は、窓、孔、フランジを1つの薄い殻に収められることです。

GH3536 はライナー用の唯一の合金ではありません。コバルト基の Haynes 188 は強度の一部を引き換えに、繰り返し使用での熱疲労を改善します。Haynes 188 ライナーのFAQでこの比較を扱っています。

ガス温度、サイクル数、窓の配置を図面とともに送ってください。壁、熱処理の順序、機械加工の取り代を確認し、超合金3Dプリンティングサービスで印刷ライナーの見積もりを出します。