Décevoir 718 Superalkoy | US N07718 | W.nr. 2.4668

1. Introduction

Décevoir 718 est un superalliage basé sur les précipitations en nickel connu pour son haute résistance à des températures élevées (jusqu'à 650 ° C), Excellente résistance à la corrosion, et bonne fabrication.

Sa force provient d'une combinaison unique d'éléments d'alliage, en particulier niobium, qui forme des phases de durcissement qui améliorent les performances mécaniques sans compromettre la soudabilité.

Développé dans le 1960S par Special Metals Corporation, Décevoir 718 abordé les principales lacunes dans les alliages antérieurs, comme une mauvaise soudabilité et une résistance limitée à haute température.

Aujourd'hui, il joue un rôle vital dans aérospatial, production d'électricité, et l'huile & industries du gaz, où l'intégrité structurelle dans des conditions extrêmes est critique.

2. Qu'est-ce que Inconel 718？

Décevoir 718 (US N07718; W.nr. 2.4668) est un superalliage de nickel-chrome-niobium largement considéré comme un Matériel «cheval de bataille» En raison de son équilibre exceptionnel des performances et de la transformation.

Contrairement à de nombreux superalliages à haute résistance, il offre Excellente résistance à haute température à côté Selvabilité et machinabilité supérieures, le rendre très polyvalent dans des environnements de fabrication complexes.

Son adoption mondiale se reflète dans de nombreuses normes internationales, y compris ASTM B637 (barres et tiges), AMS 5662 (Forgages de qualité aérospatiale), et ISO 9723 (Spécifications européennes de tige et de fil), Assurer une qualité et une fiabilité cohérentes dans toutes les industries.

Composition chimique

Les propriétés de Inconel 718 proviennent de sa composition chimique soigneusement équilibrée:

3. Propriétés mécaniques de Inconel 718 à différentes températures

4. Résistance à la corrosion et à l'oxydation

Décevoir 718 offre une résistance exceptionnelle à un large éventail d'environnements corrosifs, le rendant très fiable dans les applications exposées à produits chimiques agressifs, humidité, et Conditions d'oxydation à haute température.

Sa résistance à la corrosion est principalement due à son nickel élevé (Dans) et chrome (Croisement) contenu, avec molybdène (MO) et niobium (NB) pour une résistance aux piqûres améliorées et à la corrosion des crevasses.

Résistance à la corrosion

Décevoir 718 est souvent utilisé dans Outils de champ pétrolifères en trou descendants, réacteurs chimiques, attaches, et échangeurs de chaleur où la corrosion est un facteur critique.

Résistance à l'oxydation

Décevoir 718 se déroule bien atmosphères oxydantes jusqu'à ~ 980 ° C, Bien que La résistance mécanique limite le service pratique à ~ 650 ° C.

• Film d'oxyde de protection: L'alliage forme un Cr₂o₃ dense (Chrome) couche, qui résiste à l'éteinte et protège contre l'oxydation supplémentaire.
• Cyclisme thermique: Maintient l'intégrité de la surface pendant Chauffage et refroidissement répétés, Convient aux composants du moteur à réaction et au matériel de turbine.
• Sulfuration: Meilleure résistance par rapport aux aciers inoxydables élevé environnements de combustion, bien que moins que certains alliages contenant du MO plus élevés.

Usure et résistance exagérée

Mais pas un alliage d'usure primaire, Décevoir 718 spectacles Bonne résistance à l'usure adhésive et à l'éteindre, en particulier dans les joints boulonnés et les composants de soupape fonctionnant sous des charges et des températures élevées.

5. Techniques de fabrication et de traitement

Alors que Décevoir 718 présente d'excellentes propriétés mécaniques et une résistance à la corrosion, c'est forte résistance et tendance stimulante introduire les défis de traitement.

Néanmoins, c'est La fabrication dépasse de nombreux autres superalliages à base de nickel, En raison de sa chimie équilibrée et de sa stabilité microstructurale.

Soudage

• Processus préféré: Soudage à l'arc au tungstène à gaz (Gtaw ou tour) est le plus courant, en utilisant des métaux de remplissage assortis tels que Ernificr-2 Pour assurer la compatibilité de la composition.
• Considérations clés:

• • Contrôle précis de l'entrée de chaleur (Généralement 100–150 un courant) est vital pour éviter craquage et craquage chaud Dans la zone touchée par la chaleur (ZAT).
  • Nettoyage préfabriqué et le blindage de la pureté des gaz réduit la contamination et la porosité.
  • Traitement thermique post-influencé (Pwht) implique le recuit des solutions autour 980° C, suivi du double vieillissement pour restaurer la résistance mécanique et la distribution du précipité.

• Performance: Les joints soudés conservent généralement approximativement 85% de la résistance à la traction du métal de base à température ambiante et jusqu'à 90% à des températures élevées (~ 650 ° C), Faire un inconvénient soudé 718 composants très fiables dans des environnements critiques.

Usinage

• Défis:

• • Inconel 718 Hardinfant des travaux rapides—Harmand la dureté de surface usinée peut augmenter jusqu'à 50% - les têtes pour accélérer l'usure des outils et les contraintes thermiques.
  • La faible conductivité thermique fait se concentrer la chaleur dans la zone de coupe.

• Solutions:

• • Utiliser outils en carbure avec des revêtements avancés tels que Tialn Pour améliorer la vie des outils et réduire l'adhésion.
  • Appliquer Basses vitesses de coupe (5–10 m / i) combiné avec taux d'alimentation plus élevés Pour minimiser l'accumulation de chaleur.
  • Employer refroidisseurs hautes performances avec une pression extrême (EP) additifs pour une dissipation de chaleur efficace.

• Impact sur les coûts: En raison de l'usure des outils et des vitesses plus lentes, Inconvaleur d'usinage 718 peut être 3 à 4 fois plus cher que les aciers inoxydables communs comme 316L, influencer la conception des pièces et l'économie de la production.

Forger et se former

• Forge à chaud:

• • Conduit entre 980° C et 1 040 ° C pour réduire la limite d'élasticité et augmenter la ductilité pendant la déformation.
  • Permet un raffinement efficace des grains et une distribution uniforme du renforcement des précipités.
  • Les traitements thermiques ultérieurs restaurent les propriétés mécaniques complètes.

• Cold Forming:

• • Généralement limité à flexion et mise en forme légères En raison de la haute résistance de l'alliage et du travail en durcissant.
  • Nécessite recuit intermédiaire (Vers 900 ° C) Pour soulager les contraintes et restaurer la ductilité pour des formes plus complexes.

• Un contrôle minutieux de la formation des paramètres empêche craquage et défauts de surface.

Fonderie

• Moulage d'investissement est souvent utilisé pour les géométries complexes comme les lames de turbine et les composants du moteur de fusée.
• Cependant, forgé (forgé ou roulé) formes de galent 718 sont plus courants pour les applications de chargement critiques en raison de:

• • Meilleures propriétés mécaniques-typiquement, Inconfort 718 expositions ~ 10% de résistance à la traction inférieure et réduction de la durée de vie de la fatigue par rapport aux matériaux forgés.
  • Microstructure plus uniforme et moins de défauts de coulée.

• La coulée nécessite un contrôle strict des taux de solidification et des traitements thermiques post-coupés pour réduire la ségrégation et la porosité.

Fabrication additive

• Les avancées récentes ont permis Fusion de lit de poudre laser (Lpbf) et Maisse par faisceau d'électrons (EBM) de galent 718.
• AM Offres:

• • Géométries complexes sans outils.
  • Réduction des déchets de matériaux.
  • Microstructures fines avec des propriétés mécaniques potentiellement améliorées.

• Post-traitement (pressage isostatique chaud, traitement thermique) Reste essentiel pour réduire la porosité et optimiser les phases des précipitations.

6. Traitement thermique de Inconel 718

Le traitement thermique est fondamental pour réaliser les propriétés mécaniques exceptionnelles de l'inconvalence 718.

Le processus implique principalement recuit de solution suivi de précipitation (âge) durcissement, qui contrôle la taille, distribution, et la fraction volumique des phases de renforcement des clés - principalement γ ″ et γ '- dans la matrice à base de nickel.

• Recuit de solution: Chauffage à 980–1 065 ° C pendant 1 à 2 heures, suivi de l'extinction de l'eau. Cela dissout l'excès de précipité et homogénéise la microstructure.
• Vieillissement intermédiaire: Chauffage à 720 ° C pour 8 heures, puis refroidissement du four à 620 ° C à 50 ° C / heure.
• Vieillissement final: Tenant à 620 ° C pour 8 heures, puis refroidissement aérien. Cela favorise la formation de précipités γ ″ et γ ', Maximiser la force.

Contrôle de la phase Δ

• La phase Δ (N₃nb) forme principalement le long des joints de grains entre 750° C et 900 ° C.
• Tandis que de petites quantités de phase Δ aident à contrôler la croissance des grains et à améliorer la résistance au fluage, La phase Δ excessive réduit le niobium disponible pour les précipitations γ ", conduisant à une force diminuée.
• Les calendriers de traitement thermique sont soigneusement contrôlés pour équilibrer la formation en phase Δ, Assurer des propriétés mécaniques optimales et une ténacité.

7. Applications de Inconel 718

La combinaison unique de Inconel 718 de forte résistance, Excellente résistance à la corrosion, et stabilité thermique En fait un matériau de choix dans un large éventail d'industries exigeantes.

Industrie aérospatiale

• Moteurs à turbine:
  Décevoir 718 est largement utilisé pour disques de turbine, lames, et sceaux dans les moteurs à réaction, où il résiste aux forces centrifuges élevées et aux températures élevées (jusqu'à 650 ° C) sans compromettre l'intégrité mécanique.
• Fusée et vaisseau spatial:
  Composants tels que Cas des moteurs-fusées, chambres de poussée, et attaches bénéficier de son rapport force / poids et excellente soudabilité, Critique pour le lancement de la fiabilité des véhicules.
• Composants de cellule:
  Sa résistance à la corrosion et sa résistance à la fatigue sont idéales pour pièces d'atterrissage, bagues, et composants structurels exposés à des environnements difficiles.

Production d'électricité

• Turbines à gaz:
  Décevoir 718 est couramment utilisé dans lames de compresseur, disques, et composants de la turbine En raison de sa résistance à haute température et de sa résistance au fluage.
• Turbines à vapeur:
  Utilisé dans des pièces exposées à des environnements à haute température et à vapeur, où la résistance à l'oxydation est essentielle.

Huile & Secteur du gaz

• Outils de trou descendants:
  La résistance et la résistance à la corrosion de Inconel 718 sous haute pression et température le rendent idéal pour colliers de percer, stabilisateurs, et packers dans des environnements souterrains durs.
• Vannes et raccords:
  Résistant à la fissuration du stress sulfure et à la corrosion induite par le chlorure, Il est largement utilisé dans vannes, pompes, et navires de pression Manipulation des gaz acides et des fluides corrosifs.
• Plates-formes offshore:
  L'exposition aux environnements marins nécessite des alliages comme un inconvénient 718 pour lutter contre la corrosion d'eau salée et la contrainte mécanique.

Applications émergentes et spécialisées

• Fabrication additive:
  La compatibilité de l'alliage avec la fusion du lit de poudre laser (Lpbf) et la fusion du faisceau d'électrons (EBM) Permet la production de complexe, parties légères auparavant impossibles avec la fabrication traditionnelle.
• Outils d'usinage à grande vitesse:
  Outils de coupe en désinvolte 718 supporter des charges thermiques et mécaniques élevées, prolonger la durée de vie de l'outil dans les opérations exigeantes.
• Applications cryogéniques:
  Sa ténacité conservée à des températures extrêmement basses (à -270 ° C) le rend adapté à Équipement de stockage et de transport de gaz liquéfié.

8. Limitations de performance et modes de défaillance

• Fatigue thermomécanique (TMF): Échoue après 500 à 1 000 cycles (25° C à 650 ° C) sous une contrainte thermique et mécanique combinée, un risque dans les moteurs de turbine.
• Fragilité thermique: Une exposition prolongée au-dessus de 700 ° C provoque un grossissement en phase Δ, réduire la ténacité de 30% et augmenter le risque de fracture.
• Craquage de corrosion du stress (SCC): Se produit en chaud (>100° C) solutions de chlorure (Par exemple, Systèmes de refroidissement offshore) aux contraintes >70% de limite d'élasticité, bien que rare dans les systèmes bien conçus.

9. Avantages et limitations

Décevoir 718 Se démarque comme l'un des superalliages à base de nickel les plus polyvalents et les plus utilisés, Offrir une combinaison unique de propriétés qui le rendent adapté à des environnements extrêmes et exigeants:

Avantages de Inconel 718

Résistance exceptionnelle à haute température

• Maintient une traction élevée, rendement, et la résistance à la fluage jusqu'à approximativement 650° C, surpasser de nombreux autres alliages dans des conditions similaires.

Résistance à la corrosion et à l'oxydation exceptionnelles

• Forme un stable, Couche d'oxyde protectrice qui résiste à l'oxydation à des températures élevées.
• Très résistant à chlorure, soufre, et environnements acides, Le rendre idéal pour les applications chimiques et marines sévères.

Bonne fabrication et soudabilité

• Contrairement à de nombreux autres superalliages à base de nickel, Décevoir 718 peut être soudé de manière fiable avec un minimum de risques de fissuration.
• C'est machinabilité, Bien que difficile, est meilleur que beaucoup d'autres superalliages, permettant une fabrication efficace.

Excellente résistance au fluage et à la fatigue

• Présente une résistance supérieure à déformation de fluage et fatigue thermomécanique, Essentiel pour les composants de turbine aérospatiale et l'équipement de production d'électricité.

Performances de plage de températures larges

• Maintient les propriétés mécaniques de températures cryogéniques (-270° C) à des températures élevées (~ 650 ° C).

Stabilité microstructurale

• Durcissement des précipitations contrôlées et microstructure stable réduisent l'instabilité de la phase et prolonge la durée de vie des composants.

Compatibilité avec la fabrication avancée

• Adaptable à fabrication additive Techniques telles que la fusion laser en poudre (Lpbf) et la fusion du faisceau d'électrons (EBM), permettant des géométries de partie complexes.

Limites de l'inconvalence 718

• Coût élevé: Matière première ($40–60 / kg) est 8 à 10 × 316L; L'usinage ajoute 30 à 50% aux coûts de fabrication.
• Complexité de traitement: Nécessite une fusion spécialisée (Je suis venu) et outillage, limiter l'accessibilité.
• Plafond de température: Inefficace au-dessus de 650 ° C; Remplacé par Inconel 738 ou alliages monocristallins pour >700° C.

10. Comparaison avec d'autres matériaux

Décevoir 718 est souvent comparé à d'autres superalliages, aciers inoxydables, et les alliages de titane lors de la sélection de matériaux pour des applications environnementales extrêmes.

Comprendre ces comparaisons aide à mettre en évidence ses forces et ses limites.

Décevoir 718 contre. Autres superalliages à base de nickel

• Résumé: Décevoir 718 offre une combinaison équilibrée de haute résistance et de fabrication relativement bonne, Contrairement à certains autres superalliages qui priorisent la résistance à haute température au détriment de la fabrication.

Acier inoxydable vs. Décevoir 718

• Résumé: Décevoir 718 surpasser aciers inoxydables à des températures élevées et dans des conditions de corrosion agressives, En faire le choix préféré lorsque la résistance à la résistance et à l'oxydation est critique.

Décevoir 718 contre. Alliages de titane

• Résumé: Titane Les alliages excellent dans le rapport force / poids et résistance à la corrosion à des températures modérées, Mais gênant 718 reste supérieur pour des applications à température plus élevée où la rétention de résistance est essentielle.

Plats clés à retenir

• Résistance et température: Décevoir 718 offre une résistance et une stabilité exceptionnelles à des températures jusqu'à environ 700 ° C,
  dépasser la plupart des aciers inoxydables et des alliages de titane, mais un peu moins que certains superalliages spécialisés.
• Fabrication: Il offre une meilleure soudabilité et une meilleure machinabilité par rapport à de nombreux autres superalliages à base de nickel, Réduire la complexité et le coût de la fabrication.
• Résistance à la corrosion: Décevoir 718 est très résistant à l'oxydation, chlorure, et corrosion acide, Le rendre adapté à Marine, chimique, et les environnements oxydants à haute température.
• Coût: Généralement plus cher que les aciers inoxydables et les alliages de titane, mais offre des performances supérieures dans des environnements difficiles où l'échec n'est pas une option.

11. Conclusion

Décevoir 718 Reste l'un des superalliages les plus polyvalents et les plus utilisés en ingénierie haute performance.

Sa capacité unique à combiner forte résistance, Vie de fatigue, résistance à la corrosion, et adaptabilité de fabrication le rend indispensable dans les applications critiques de mission.

Alors que les alliages plus récents peuvent offrir de meilleures propriétés à haute température, Inconel 718 Transformation, rentabilité, et performance bien documentée Assurer sa domination continue dans l'aérospatiale, énergie, et secteurs de fabrication avancés.

FAQ

Quelle est la température de fonctionnement maximale pour Inconel 718?

Il fonctionne de manière fiable jusqu'à 650 ° C (1,200° F) pour un service continu. Pour les durées courtes (Minutes à heures), il peut résister à 800 ° C, mais la résistance diminue considérablement au-dessus de 650 ° C.

Est galent 718 magnétique?

Non. Sa microstructure austénitique reste non magnétique dans toutes les conditions, Contrairement aux aciers inoxydables duplex ou à certains alliages de nickel-fer.

Comment s'infiltre 718 Comparez aux alliages de titane?

Décevoir 718 offre une résistance plus élevée à >400° C (Les alliages de titane perdent rapidement la force au-dessus de 300 ° C) mais est plus dense (8.1 g / cm³ vs.

TI-6AL-4V 4.43 g / cm³), le rendre moins adapté à un poids critique, applications à faible température.

Peut gêner 718 être utilisé dans l'eau de mer?

Oui. Son taux de corrosion dans l'eau de mer est <0.02 mm / an, Le rendre adapté aux composants sous-marins, bien qu'il soit plus coûteux que les aciers inoxydables de 316L ou duplex pour les applications marines non à haute température.

Ce qui cause un inconvénient 718 échouer?

Les modes communs incluent la fatigue thermomécanique (TMF) dans les moteurs à turbine, fragilisation thermique au-dessus de 700 ° C, et SCC rare dans des environnements de chlorure chaud.

Conception appropriée (stresser <70% rendement) et le traitement thermique atténuent ces risques.