Inconel 718 Superalkoy | الولايات المتحدة N07718 | دبليو. 2.4668

1. مقدمة

Inconel 718 هو Superalloy الذي يعتمد على النيكل المعروف باسمه قوة عالية في درجات حرارة مرتفعة (ما يصل إلى 650 درجة مئوية), مقاومة تآكل ممتازة, و التصنيع الجيد.

قوتها تأتي من مجموعة فريدة من عناصر صناعة السبائك - خاصة نيوبيوم, الذي يشكل مراحل تصلب التي تعزز الأداء الميكانيكي دون المساومة على قابلية اللحام.

تم تطويره في 1960S من قبل شركة المعادن الخاصة, Inconel 718 تناولت أوجه القصور الرئيسية في السبائك السابقة, مثل قابلية اللحام السيئة وقوة درجات الحرارة العالية المحدودة.

اليوم, يلعب دورًا حيويًا في الفضاء الجوي, توليد الطاقة, والزيت & صناعات الغاز, حيث تكون النزاهة الهيكلية في ظل الظروف القاسية أمرًا بالغ الأهمية.

2. ما هو إنكونيل 718？

Inconel 718 (الولايات المتحدة N07718; دبليو. 2.4668) هو النيكل كروميوم نيوبيوم superalloy يعتبر على نطاق واسع أ مادة "العمود الفقري" نظرًا لتوازنه الاستثنائي للأداء وقابليته للمعالجة.

على عكس العديد من superalloys عالية القوة, يقدم قوة عالية درجة الحرارة ممتازة إلى جانب قابلية اللحام الفائقة وقابلية الآلات, جعلها متعددة الاستخدامات للغاية عبر بيئات التصنيع المعقدة.

ينعكس تبنيها العالمي في العديد من المعايير الدولية, مشتمل ASTM B637 (الحانات والقضبان), AMS 5662 (مخفوفات فطير الفضاء), و ISO 9723 (مواصفات القضيب والأسلاك الأوروبية), ضمان جودة وموثوقية متسقة عبر الصناعات.

التكوين الكيميائي

خصائص Inconel 718 تأتي من تركيبها الكيميائي المتوازن بعناية:

3. الخواص الميكانيكية للإنكونيل 718 عند درجات حرارة مختلفة

4. مقاومة التآكل والأكسدة

Inconel 718 يقدم مقاومة رائعة لمجموعة واسعة من البيئات المسببة للتآكل, جعلها موثوقة للغاية في التطبيقات المعرضة ل المواد الكيميائية العدوانية, رُطُوبَة, و شروط مؤكسدة درجة الحرارة العالية.

مقاومة التآكل يرجع في المقام الأول إلى النيكل العالي (في) و الكروم (كر) محتوى, جنبا إلى جنب مع الموليبدينوم (شهر) و نيوبيوم (ملحوظة) لمقاومة التآكل المحسنة والتشقق.

مقاومة التآكل

Inconel 718 غالبًا ما يستخدم في أدوات حقول النفط الصدرية, المفاعلات الكيميائية, السحابات, و المبادلات الحرارية حيث التآكل عامل حاسم.

مقاومة الأكسدة

Inconel 718 أداء جيدا في الأجواء المؤكسدة تصل إلى 980 درجة مئوية ~, على الرغم من أنها تحد القوة الميكانيكية الخدمة العملية إلى ~ 650 درجة مئوية.

• فيلم أكسيد الواقي: تشكل السبائك أ كثيف cr₂o₃ (كروميا) طبقة, الذي يقاوم التثبيت ويحمي من مزيد من الأكسدة.
• ركوب الدراجات الحرارية: يحافظ على سلامة السطح أثناء التدفئة المتكررة والتبريد, مناسبة لمكونات المحرك النفاث وأجهزة التوربينات.
• الكبريتات: مقاومة أفضل مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ في عالي الكبريت بيئات الاحتراق, على الرغم من أقل من بعض السبائك التي تحتوي على MO العليا.

ارتداء ومقاومة الغليان

وإن لم يكن سبيكة ارتداء أساسية, Inconel 718 يظهر مقاومة جيدة للارتداء اللاصقة والكبار, خاصة في المفاصل المزعجة ومكونات الصمامات التي تعمل تحت الأحمال ودرجات الحرارة العالية.

5. تقنيات التصنيع والمعالجة

بينما Inconel 718 يعرض خصائص ميكانيكية ممتازة ومقاومة للتآكل, إنه قوة عالية و ميل العمل إدخال تحديات المعالجة.

مع ذلك, إنه القابلية لل, بسبب الكيمياء المتوازنة والاستقرار المجهرية.

لحام

• العملية المفضلة: لحام تنغستن الغاز (GTAW أو بدوره) هو الأكثر شيوعا, استخدام معادن الحشو المطابقة مثل ernifecr-2 لضمان التوافق التكويني.
• اعتبارات رئيسية:

• • التحكم الدقيق في مدخلات الحرارة (عادة 100-150 تيار) أمر حيوي للوقاية تكسير الخمور و تكسير ساخن في المنطقة المتأثرة بالحرارة (هاز).
  • تنظيف ما قبل الالتحاق ودرع نقاء الغاز يقلل من التلوث والمسامية.
  • معالجة حرارة ما بعد الدفعة (PWHT) ينطوي على حل الصلب حوله 980درجة مئوية, تليها الشيخوخة المزدوجة لاستعادة القوة الميكانيكية والتوزيع المترسع.

• أداء: عادة ما تحتفظ المفاصل الملحومة تقريبًا 85% من قوة الشد المعدنية الأساسية في درجة حرارة الغرفة وحتى 90% في درجات حرارة مرتفعة (~ 650 درجة مئوية), جعل الملحومة inconel 718 المكونات موثوقة للغاية في البيئات الحرجة.

الآلات

• التحديات:

• • Inconel 718 تصلب العمل السريع- حيث يمكن أن تزداد صلابة السطح المكشوف بنسبة تصل إلى 50 ٪ - لترتدي الأدوات المتسارعة والضغوط الحرارية.
  • يؤدي الموصلية الحرارية المنخفضة إلى تركيز الحرارة في منطقة القطع.

• الحلول:

• • يستخدم أدوات كربيد مع الطلاء المتقدم مثل tialn لتحسين حياة الأداة وتقليل الالتصاق.
  • يتقدم سرعات قطع منخفضة (5-10 م/ط) جنبا إلى جنب مع ارتفاع معدلات التغذية لتقليل تراكم الحرارة.
  • توظيف المبردات عالية الأداء مع الضغط الشديد (EP) إضافات لتبديد الحرارة الفعال.

• تأثير التكلفة: بسبب تآكل الأدوات وسرعات أبطأ, تصنيع Inconel 718 يمكن أن يكون 3 ل 4 مرات أكثر تكلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ الشائع مثل 316L, التأثير على تصميم الأجزاء واقتصاديات الإنتاج.

تزوير وتشكيل

• تزوير حار:

• • أجريت بين 980° C و 1040 درجة مئوية لتقليل قوة الغلة وزيادة ليونة أثناء التشوه.
  • يسمح بتحسين الحبوب الفعال والتوزيع الموحد لترسبات التعزيز.
  • معالجات الحرارة اللاحقة استعادة الخصائص الميكانيكية الكاملة.

• تشكيل بارد:

• • بشكل عام يقتصر على الانحناء الخفيف وتشكيله نظرًا لقوة السبائك العالية وتصلب العمل.
  • يتطلب الصلب الوسيط (حوالي 900 درجة مئوية) لتخفيف الضغوط واستعادة ليونة لأشكال أكثر تعقيدًا.

• يمنع التحكم الدقيق في تكوين المعلمات تكسير و عيوب السطح.

صب

• صب الاستثمار غالبًا ما يستخدم في الأشكال الهندسية المعقدة مثل شفرات التوربينات ومكونات محرك الصواريخ.
• لكن, مسنن (مزورة أو ملفوفة) الأشكال من Inconel 718 أكثر شيوعًا لتطبيقات الحمل الحرجة بسبب:

• • خصائص ميكانيكية أفضل-عادة, يلقي Inconel 718 المعارض ~ 10 ٪ قوة شد أقل وانخفاض عمر التعب مقارنة بالمواد المطابقة.
  • بنية مجهرية أكثر موحدة وعيوب الصب أقل.

• يتطلب الصب تحكمًا صارمًا في معدلات التصلب والمعالجات الحرارية بعد الصب لتقليل الفصل والمسامية.

التصنيع المضافة

• تم تمكين التطورات الحديثة اندماج سرير مسحوق الليزر (LPBF) و ذوبان شعاع الإلكترون (EBM) من Inconel 718.
• عروض:

• • الهندسة المعقدة بدون أدوات.
  • انخفاض نفايات المواد.
  • الهياكل المجهرية الدقيقة ذات الخصائص الميكانيكية المحتملة المحتملة.

• ما بعد المعالجة (الضغط المتساوي الساخن, المعالجة الحرارية) لا يزال ضروريًا للحد من المسامية وتحسين مراحل هطول الأمطار.

6. المعالجة الحرارية للإينكونيل 718

المعالجة الحرارية أمر أساسي لتحقيق الخواص الميكانيكية الاستثنائية للإينزل 718.

تتضمن العملية في المقام الأول الحل الصلب تليها تساقط (عمر) تصلب, الذي يتحكم في الحجم, توزيع, وكسر حجم مراحل تعزيز المفاتيح-γ ″ و γ′ و γ′-مع المصفوفة القائمة على النيكل.

• الحل الصلب: التدفئة إلى 980-1،065 درجة مئوية لمدة 1-2 ساعات, تليها تبريد الماء. هذا يذوب المترسبات الزائدة وتجانس البنية المجهرية.
• الشيخوخة الوسيطة: التدفئة إلى 720 درجة مئوية ل 8 ساعات, ثم تبريد الفرن إلى 620 درجة مئوية عند 50 درجة مئوية/ساعة.
• الشيخوخة النهائية: عقد في 620 درجة مئوية ل 8 ساعات, ثم تبريد الهواء. هذا يعزز تشكيل γ ″ و γ ′ يترسب, تعظيم القوة.

δ-التحكم في الطور

• الطور Δ (n₃nb) تتشكل في المقام الأول على طول حدود الحبوب بين 750درجة مئوية و 900 درجة مئوية.
• بينما تساعد الكميات الصغيرة من الطور δ على التحكم في نمو الحبوب وتحسين مقاومة الزحف, المرحلة المفرطة المفرطة تقلل من النيوبيوم المتاح لهطول الأمطار, مما يؤدي إلى انخفاض القوة.
• يتم التحكم في جداول المعالجة الحرارية بعناية لموازنة تكوين المرحلة δ, ضمان الخواص الميكانيكية المثلى والمتانة.

7. تطبيقات Inconel 718

مزيج Inconel 718 الفريد من نوعه قوة عالية, مقاومة تآكل ممتازة, و الاستقرار الحراري يجعلها مادة مفضلة عبر مجموعة واسعة من الصناعات الصعبة.

صناعة الطيران

• المحركات التوربينية:
  Inconel 718 يستخدم على نطاق واسع ل أقراص التوربينات, شفرات, والأختام في المحركات النفاثة, حيث يتحمل قوى الطرد المركزي العالية ودرجات الحرارة المرتفعة (ما يصل إلى 650 درجة مئوية) دون المساس بالسلامة الميكانيكية.
• الصواريخ والمركبات الفضائية:
  مكونات مثل حالات المحركات الصاروخية, غرف الدفع, والسحابات الاستفادة من نسبة القوة إلى الوزن وقابلية اللحام الممتازة, حاسمة لموثوقية مركبة الإطلاق.
• مكونات هيكل الطائرة:
  مقاومة التآكل وقوة التعب مثالية ل أجزاء معدات الهبوط, البطانات, والمكونات الهيكلية تتعرض لبيئات قاسية.

توليد الطاقة

• توربينات الغاز:
  Inconel 718 يستخدم عادة في شفرات الضاغط, الأقراص, ومكونات التوربينات بسبب قوتها عالية درجة الحرارة ومقاومة الزحف.
• التوربينات البخارية:
  يستخدم في أجزاء تتعرض لبيئات درجة الحرارة والبخار العالية, حيث تكون مقاومة الأكسدة ضرورية.

زيت & قطاع الغاز

• أدوات قاع البئر:
  إن مقاومة التآكل والقوة في Inconel 718 تحت الضغط العالي ودرجة الحرارة تجعلها مثالية أطواق الحفر, مثبتات, و Packers في بيئات الجوفية القاسية.
• الصمامات والتجهيزات:
  مقاومة لتكسير الإجهاد الكبريتيد والتآكل الناجم عن الكلوريد, يستخدم على نطاق واسع في الصمامات, مضخات, وأوعية الضغط التعامل مع الغاز الحامض والسوائل المسببة للتآكل.
• المنصات الخارجية:
  التعرض للبيئات البحرية يستلزم سبائك مثل Inconel 718 لمكافحة تآكل المياه المالحة والإجهاد الميكانيكي.

التطبيقات الناشئة والمتخصصة

• التصنيع المضافة:
  توافق السبائك مع اندماج سرير مسحوق الليزر (LPBF) وذوبان شعاع الإلكترون (EBM) يتيح إنتاج المجمع, أجزاء خفيفة الوزن مستحيلة سابقًا مع التصنيع التقليدي.
• أدوات الآلات عالية السرعة:
  أدوات القطع المصنوعة من Inconel 718 تحمل الأحمال الحرارية والميكانيكية العالية, تمديد عمر الأداة في العمليات الصعبة.
• التطبيقات المبردة:
  صلابةها المحتجزة في درجات حرارة منخفضة للغاية (وصولاً إلى -270 درجة مئوية) يجعلها مناسبة ل معدات تخزين ونقل الغاز المسال.

8. قيود الأداء وأوضاع الفشل

• التعب الحراري (TMF): فشل بعد 500-1000 دورة (25درجة مئوية إلى 650 درجة مئوية) تحت الضغط الحراري والميكانيكي المشترك, خطر في محركات التوربينات.
• احتضان حرارية: التعرض المطول فوق 700 درجة مئوية يسبب حدوث طور, تقليل المتانة من قبل 30% وزيادة خطر الكسر.
• تكسير التآكل (SCC): يحدث في حار (>100درجة مئوية) حلول كلوريد (على سبيل المثال, أنظمة التبريد في الخارج) في الضغوط >70% من قوة العائد, على الرغم من نادر في الأنظمة المصممة جيدًا.

9. المزايا والقيود

Inconel 718 تبرز كواحد من أكثر اللجنة التنوعية واستخدامها على نطاق واسع القائمة على النيكل, تقديم مجموعة فريدة من الخصائص التي تجعلها مناسبة للبيئات المتطرفة والمطالبة:

مزايا Inconel 718

قوة درجات الحرارة العالية الاستثنائية

• يحافظ على شد عالية, أَثْمَر, وتزحف قوة ما يقرب من 650درجة مئوية, يتفوق على العديد من السبائك الأخرى في ظروف مماثلة.

المقاومة المتميزة للتآكل والأكسدة

• يشكل مستقر, طبقة أكسيد واقية تقاوم الأكسدة في درجات حرارة مرتفعة.
• عالية المقاومة ل كلوريد, الكبريت, والبيئات الحمضية, جعلها مثالية للتطبيقات الكيميائية والبحرية القاسية.

قابلية التصنيع الجيدة وقابلية اللحام

• على عكس العديد من superalloys القائمة على النيكل الأخرى, Inconel 718 يمكن أن يكون ملحومة بشكل موثوق مع الحد الأدنى من مخاطر التكسير.
• إنه القابلية للآلات, بينما يمثل تحديًا, أفضل من العديد من superalloys, تمكين التصنيع الفعال.

مقاومة زحف ممتازة والتعب

• يعرض مقاومة فائقة ل تشوه زحف و التعب الحراري, ضروري لمكونات التوربينات الفضائية ومعدات توليد الطاقة.

أداء واسع النطاق لدرجة الحرارة

• يحافظ على الخصائص الميكانيكية من درجات الحرارة المبردة (-270درجة مئوية) إلى ارتفاع درجات الحرارة (~ 650 درجة مئوية).

الاستقرار المجهري

• تصلب الهطول المتحكم فيه والبنية المجهرية المستقرة تقلل من عدم استقرار الطور وإطالة عمر المكون.

التوافق مع التصنيع المتقدم

• قابلة للتكيف مع التصنيع المضافة تقنيات مثل اندماج سرير مسحوق الليزر (LPBF) وذوبان شعاع الإلكترون (EBM), تمكين الهندسة المعقدة.

قيود Inconel 718

• تكلفة عالية: المواد الخام ($40-60/كجم) هو 8-10 × 316L; يضيف الآلات 30-50 ٪ إلى تكاليف التصنيع.
• معالجة التعقيد: يتطلب ذوبان متخصص (جئت) والأدوات, الحد من إمكانية الوصول.
• درجة حرارة السقف: غير فعال فوق 650 درجة مئوية; يحل محله Inconel 738 أو سبائك البلورة الواحدة ل >700درجة مئوية.

10. مقارنة مع المواد الأخرى

Inconel 718 غالبًا, فولاذ مقاوم للصدأ, وسبائك التيتانيوم عند اختيار مواد لتطبيقات البيئة القصوى.

يساعد فهم هذه المقارنات في تسليط الضوء على نقاط قوتها وقيودها.

Inconel 718 مقابل. السبائك الفائقة الأخرى القائمة على النيكل

• ملخص: Inconel 718 يوفر مزيجًا متوازنًا من القوة العالية والقابلية الجيدة نسبيًا, على عكس بعض superalloys الأخرى التي تعطي أولوية قوة درجات الحرارة العالية على حساب التصنيع.

الفولاذ المقاوم للصدأ مقابل. Inconel 718

• ملخص: Inconel 718 يتفوق فولاذ مقاوم للصدأ في درجات حرارة مرتفعة وتحت ظروف التآكل العدوانية, جعلها الخيار المفضل عندما تكون مقاومة القوة والأكسدة أمرًا بالغ الأهمية.

Inconel 718 مقابل. سبائك التيتانيوم

• ملخص: التيتانيوم تتفوق السبائك في نسبة القوة إلى الوزن ومقاومة التآكل في درجات حرارة معتدلة, لكن ديكيل 718 لا يزال متفوقًا على تطبيقات درجة الحرارة المرتفعة حيث يكون الاحتفاظ بالقوة ضروريًا.

الوجبات الرئيسية

• القوة ودرجة الحرارة: Inconel 718 يوفر قوة استثنائية واستقرار في درجات حرارة تصل إلى حوالي 700 درجة مئوية,
  تجاوز معظم الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك التيتانيوم, ولكن أقل بقليل من بعض superalloys المتخصصة.
• القابلية للنقل: إنه يوفر قابلية لحام أفضل وقابلية للآلات مقارنة بالعديد من الأدوات الفائقة القائمة على النيكل الأخرى, تقليل تعقيد التصنيع والتكلفة.
• مقاومة التآكل: Inconel 718 عالية المقاومة للأكسدة, كلوريد, والتآكل الحمضي, مما يجعلها مناسبة للمارين, كيميائية, وبيئات مؤكسدة درجات الحرارة العالية.
• يكلف: عمومًا أغلى من الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك التيتانيوم ولكنه يوفر أداءً فائقًا في البيئات القاسية حيث لا يكون الفشل خيارًا.

11. خاتمة

Inconel 718 لا تزال واحدة من أكثر اللقاءات التنوعية والاستخدام على نطاق واسع في الهندسة عالية الأداء.

قدرتها الفريدة على الجمع قوة عالية, حياة التعب, مقاومة التآكل, و التصنيع القدرة على التكيف يجعلها لا غنى عنها في التطبيقات المهمة المهمة.

في حين أن السبائك الأحدث قد توفر خصائص درجات حرارة عالية أفضل, Inconel 718 قابلية المعالجة, فعالية التكلفة, و أداء موثق جيدا تأكد من استمرار هيمنتها في الفضاء, طاقة, وقطاعات التصنيع المتقدمة.

الأسئلة الشائعة

ما هي درجة حرارة التشغيل القصوى لInconel 718?

يؤدي بشكل موثوق حتى 650 درجة مئوية (1,200° f) للخدمة المستمرة. لفترات قصيرة (من دقائق إلى ساعات), يمكن أن تصمد أمام ما يصل إلى 800 درجة مئوية, لكن القوة تنخفض بشكل كبير أعلى من 650 درجة مئوية.

هو inconel 718 مغناطيسي?

لا. تظل البنية المجهرية الموسوية غير مغناطيسية في جميع الظروف, على عكس الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج أو بعض سبائك النيكل الحديد.

كيف لا يزعج 718 مقارنة بسبائك التيتانيوم?

Inconel 718 يوفر قوة أعلى في >400درجة مئوية (سبائك التيتانيوم تفقد القوة بسرعة أعلى من 300 درجة مئوية) ولكن أكثر كثافة (8.1 G/cm³ مقابل.

Ti-6AL-4V's 4.43 ز/سم), مما يجعلها أقل ملاءمة للوزن الحرجة, تطبيقات درجة الحرارة المنخفضة.

يمكن أن يزعج 718 يمكن استخدامها في مياه البحر?

نعم. معدل التآكل في مياه البحر <0.02 مم/سنة, مما يجعلها مناسبة للمكونات تحت سطح البحر, على الرغم من أنها أكثر تكلفة من 316 لتر أو دوبلكس الفولاذ المقاوم للصدأ للتطبيقات البحرية غير المرتفعة في درجات الحرارة العالية.

ما الذي يسبب الانكونيل 718 للفشل?

تشمل الأوضاع الشائعة التعب الميكانيكي الحراري (TMF) في محركات التوربينات, التضمين الحراري فوق 700 درجة مئوية, و RARE SCC في بيئات كلوريد الساخنة.

Proper design (ضغط <70% أَثْمَر) والمعالجة الحرارية تخفف من هذه المخاطر.