Inconel 718 Superalkoy | US N07718 | W.Nr. 2.4668

1. Perkenalan

Inconel 718 adalah superalloy berbasis nikel yang diketahui oleh presipitasi yang dikenal karena kekuatan tinggi pada suhu tinggi (hingga 650 ° C.), Resistensi korosi yang sangat baik, Dan manufakturabilitas yang baik.

Kekuatannya berasal dari kombinasi unik elemen paduan - terutama niobium, mana yang membentuk fase pengerasan yang meningkatkan kinerja mekanis tanpa mengurangi kemampuan las.

Dikembangkan di 1960S oleh Special Metals Corporation, Inconel 718 Disapa kekurangan utama dalam paduan sebelumnya, seperti kemampuan las yang buruk dan kekuatan suhu tinggi yang terbatas.

Hari ini, itu memainkan peran penting Aerospace, pembangkit listrik, dan minyak & Industri Gas, di mana integritas struktural dalam kondisi ekstrem sangat penting.

2. Apa itu Inconel 718？

Inconel 718 (US N07718; W.Nr. 2.4668) adalah nikel-chromium-niobium superalloy yang secara luas dianggap sebagai a Materi "pekerja keras" Karena keseimbangan kinerja dan proses yang luar biasa.

Tidak seperti banyak superalloy berkekuatan tinggi, itu menawarkan kekuatan suhu tinggi yang sangat baik di samping kemampuan las dan kemampuan mesin yang unggul, membuatnya sangat fleksibel di lingkungan manufaktur yang kompleks.

Adopsi globalnya tercermin dalam berbagai standar internasional, termasuk ASTM B637 (batang dan batang), AMS 5662 (Pertikaian tingkat kedirgantaraan), Dan Iso 9723 (Spesifikasi batang dan kawat Eropa), memastikan kualitas dan keandalan yang konsisten di seluruh industri.

Komposisi Kimia

Properti Inconel 718 berasal dari komposisi kimianya yang seimbang:

3. Sifat mekanik dari Inconel 718 pada suhu yang berbeda

4. Resistensi korosi dan oksidasi

Inconel 718 menawarkan resistensi yang luar biasa terhadap berbagai lingkungan korosif, membuatnya sangat dapat diandalkan dalam aplikasi yang terpapar bahan kimia agresif, kelembaban, Dan kondisi pengoksidasi suhu tinggi.

Resistensi korosionalnya terutama disebabkan olehnya nikel tinggi (Di dalam) Dan kromium (Cr) isi, bersama Molybdenum (Mo) Dan niobium (NB) untuk meningkatkan pitting dan resistensi korosi celah.

Resistensi korosi

Inconel 718 sering digunakan Alat ladang minyak downhole, reaktor kimia, pengencang, Dan Penukar panas dimana korosi merupakan faktor penting.

Resistensi oksidasi

Inconel 718 berkinerja baik di atmosfer pengoksidasi hingga ~ 980 ° C, meskipun itu Kekuatan Mekanik Membatasi Layanan Praktis ke ~ 650 ° C.

• Film oksida pelindung: Paduan membentuk a Cr₂o₃ padat (Chromia) lapisan, yang menolak spalling dan melindungi terhadap oksidasi lebih lanjut.
• Bersepeda termal: Mempertahankan integritas permukaan selama Pemanasan dan pendinginan yang berulang, Cocok untuk komponen mesin jet dan perangkat keras turbin.
• Sulfidasi: Resistensi yang lebih baik dibandingkan dengan baja tahan karat tinggi-sulfur lingkungan pembakaran, meskipun kurang dari beberapa paduan yang mengandung Mo lebih tinggi.

Kenakan dan ketahanan galak

Padahal bukan paduan pakaian primer, Inconel 718 pertunjukan ketahanan yang baik terhadap keausan perekat dan empedu, Terutama pada sambungan baut dan komponen katup yang beroperasi di bawah beban tinggi dan suhu.

5. Teknik pembuatan dan pemrosesan

Ketika Inconel 718 menunjukkan sifat mekanik yang sangat baik dan resistensi korosi, -nya kekuatan tinggi Dan kecenderungan pengerasan kerja memperkenalkan tantangan pemrosesan.

Namun demikian, -nya Fabricable melampaui banyak superalloy berbasis nikel lainnya, karena kimia seimbang dan stabilitas mikrostruktural.

Pengelasan

• Proses yang disukai: Gas Tungsten Arc Welding (Gtaw atau putar) adalah yang paling umum, memanfaatkan logam pengisi yang cocok seperti Ernifecr-2 untuk memastikan kompatibilitas komposisi.
• Pertimbangan utama:

• • Kontrol input panas yang tepat (biasanya 100–150 A arus) sangat penting untuk mencegah Likuidasi retak Dan retak panas di zona yang terkena dampak panas (Haz).
  • Pembersihan pra-weld dan perisai kemurnian gas mengurangi kontaminasi dan porositas.
  • Perlakuan panas pasca-keluhan (PWHT) melibatkan solusi annealing 980° C., diikuti oleh penuaan ganda untuk mengembalikan kekuatan mekanik dan distribusi endapan.

• Pertunjukan: Sambungan las biasanya mempertahankan kira -kira 85% dari kekuatan tarik logam dasar pada suhu kamar dan sampai 90% pada suhu tinggi (~ 650 ° C.), membuat kesusahan yang dilas 718 komponen sangat dapat diandalkan di lingkungan kritis.

Pemesinan

• Tantangan:

• • Inconel 718 Pengerasan kerja cepat—Phere Kekerasan Permukaan Mesin dapat meningkat hingga 50% - LEADS untuk mempercepat keausan pahat dan tegangan termal.
  • Konduktivitas termal rendah menyebabkan panas berkonsentrasi di zona pemotongan.

• Solusi:

• • Menggunakan Alat karbida dengan pelapis canggih seperti Tialn untuk meningkatkan kehidupan pahat dan mengurangi adhesi.
  • Menerapkan Kecepatan pemotongan rendah (5–10 m/i) dikombinasikan dengan laju umpan yang lebih tinggi Untuk meminimalkan penumpukan panas.
  • Mempekerjakan Pendingin berkinerja tinggi dengan tekanan ekstrem (Ep) Aditif untuk disipasi panas yang efisien.

• Dampak Biaya: Karena keausan perkakas dan kecepatan yang lebih lambat, Inconel pemesinan 718 bisa 3 ke 4 kali lebih mahal dari baja tahan karat umum seperti 316L, mempengaruhi desain bagian dan ekonomi produksi.

Menempa dan membentuk

• Hot Forging:

• • Dilakukan antara 980° C dan 1.040 ° C. untuk mengurangi kekuatan luluh dan meningkatkan daktilitas selama deformasi.
  • Memungkinkan penyempurnaan biji -bijian yang efektif dan distribusi seragam penguatan endapan.
  • Perawatan panas selanjutnya mengembalikan sifat mekanik penuh.

• Pembentukan dingin:

• • Umumnya terbatas Bending dan pembentukan cahaya Karena kekuatan paduan yang tinggi dan pengerasan kerja.
  • Memerlukan Annealing menengah (sekitar 900 ° C.) untuk menghilangkan tekanan dan mengembalikan keuletan untuk bentuk yang lebih kompleks.

• Kontrol yang cermat dari pembentukan parameter mencegah retak Dan cacat permukaan.

Pengecoran

• Pengecoran Investasi sering digunakan untuk geometri kompleks seperti bilah turbin dan komponen motor roket.
• Namun, ditempa (dipalsukan atau digulung) bentuk dari Inconel 718 lebih umum untuk aplikasi penahan beban kritis karena:

• • Sifat mekanik yang lebih baik-khas, Cast Inconel 718 Pameran ~ 10% kekuatan tarik yang lebih rendah dan mengurangi kehidupan kelelahan dibandingkan dengan materi tempa.
  • Lebih banyak mikrostruktur yang seragam dan lebih sedikit cacat casting.

• Casting membutuhkan kontrol yang ketat atas laju solidifikasi dan perlakuan panas pasca-cast untuk mengurangi pemisahan dan porositas.

Pembuatan aditif

• Kemajuan terbaru telah diaktifkan Fusi Tempat Tidur Bedak Laser (LPBF) Dan Lelucon balok elektron (EBM) dari Inconel 718.
• AM Penawaran:

• • Geometri kompleks tanpa perkakas.
  • Mengurangi limbah material.
  • Struktur mikro halus dengan sifat mekanik yang berpotensi ditingkatkan.

• Pasca-pemrosesan (menekan isostatik panas, perlakuan panas) tetap penting untuk mengurangi porositas dan mengoptimalkan fase curah hujan.

6. Perlakuan panas dari Inconel 718

Perlakuan panas sangat mendasar untuk mencapai sifat mekanik yang luar biasa dari Inconel 718.

Proses ini terutama melibatkan solusi anil diikuti oleh pengendapan (usia) pengerasan, yang mengontrol ukurannya, distribusi, dan volume fraksi fase penguatan kunci-terutama γ ″ dan γ′-dengan matriks berbasis nikel.

• Solusi anil: Pemanasan hingga 980–1.065 ° C selama 1–2 jam, diikuti dengan pendinginan air. Ini melarutkan endapan berlebih dan menghomogen struktur mikro.
• Penuaan Menengah: Pemanasan hingga 720 ° C untuk 8 jam, Kemudian pendinginan tungku hingga 620 ° C pada 50 ° C/jam.
• Penuaan terakhir: Memegang pada 620 ° C untuk 8 jam, lalu pendingin udara. Ini mempromosikan pembentukan endapan γ ″ dan γ, memaksimalkan kekuatan.

Δ kontrol fase

• Fase Δ (N₃nb) bentuk terutama di sepanjang batas gandum antara 750° C dan 900 ° C..
• Sementara sejumlah kecil fase Δ membantu mengendalikan pertumbuhan biji-bijian dan meningkatkan resistensi creep, Fase δ yang berlebihan mengurangi niobium yang tersedia untuk presipitasi γ ″, mengarah ke kekuatan yang berkurang.
• Jadwal perlakuan panas dikontrol dengan cermat untuk menyeimbangkan pembentukan fase Δ, memastikan sifat mekanik yang optimal dan ketangguhan.

7. Aplikasi Inconel 718

Kombinasi unik Inconel 718 kekuatan tinggi, Resistensi korosi yang sangat baik, Dan stabilitas termal menjadikannya bahan pilihan di berbagai industri yang menuntut.

Industri Aerospace

• Mesin turbin:
  Inconel 718 digunakan secara luas untuk cakram turbin, bilah, dan segel di mesin jet, di mana ia tahan terhadap gaya sentrifugal tinggi dan suhu tinggi (hingga 650 ° C.) tanpa mengorbankan integritas mekanik.
• Roket dan pesawat ruang angkasa:
  Komponen seperti Kasing motor roket, Ruang Dorong, dan pengencang mendapat manfaat dari rasio kekuatan terhadap berat dan kemampuan las yang sangat baik, penting untuk keandalan kendaraan peluncuran.
• Komponen Badan Pesawat:
  Ketahanan korosi dan kekuatan lelahnya sangat ideal Bagian Landing Gear, bushing, dan komponen struktural terkena lingkungan yang keras.

Pembangkit listrik

• Turbin gas:
  Inconel 718 umumnya digunakan di Pisau kompresor, disk, dan komponen turbin karena kekuatan suhu tinggi dan ketahanan mulurnya.
• Turbin Uap:
  Digunakan di bagian yang terkena suhu tinggi dan lingkungan uap, dimana ketahanan oksidasi sangat penting.

Minyak & Sektor gas

• Alat Lubang Bawah:
  Ketahanan dan kekuatan korosi Inconel 718 di bawah tekanan dan suhu tinggi membuatnya ideal untuk digunakan kerah bor, penstabil, dan pengepakan di lingkungan bawah tanah yang keras.
• Katup dan Perlengkapannya:
  Tahan terhadap retak tegangan sulfida dan korosi akibat klorida, itu banyak digunakan di katup, pompa, dan bejana tekan menangani gas asam dan cairan korosif.
• Platform lepas pantai:
  Paparan terhadap lingkungan laut memerlukan paduan seperti Inconel 718 untuk memerangi korosi air asin dan stres mekanik.

Aplikasi yang muncul dan khusus

• Pembuatan aditif:
  Kompatibilitas Paduan dengan Fusi Bed Bedeng Laser (LPBF) dan pencairan balok elektron (EBM) memungkinkan produksi kompleks, Suku cadang ringan yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan dengan manufaktur tradisional.
• Alat pemesinan berkecepatan tinggi:
  Alat pemotongan yang terbuat dari Inconel 718 tahan beban termal dan mekanik yang tinggi, Memperluas umur pahat dalam operasi yang menuntut.
• Aplikasi Cryogenic:
  Ketangguhannya yang dipertahankan pada suhu yang sangat rendah (turun ke -270 ° C.) membuatnya cocok untuk Peralatan penyimpanan dan transportasi gas cair.

8. Keterbatasan kinerja dan mode kegagalan

• Kelelahan termomekanis (Tmf): Gagal setelah 500–1.000 siklus (25° C hingga 650 ° C.) di bawah gabungan stres termal dan mekanik, risiko di mesin turbin.
• Embrittlement termal: Paparan yang berkepanjangan di atas 700 ° C menyebabkan δ-fase kasar, mengurangi ketangguhan oleh 30% dan meningkatkan risiko patah.
• Retak korosi stres (SCC): Terjadi panas (>100° C.) Solusi klorida (MISALNYA., Sistem Pendinginan Lepas Pantai) pada tekanan >70% kekuatan luluh, meskipun jarang dalam sistem yang dirancang dengan baik.

9. Keuntungan dan Keterbatasan

Inconel 718 menonjol sebagai salah satu superalloy berbasis nikel yang paling fleksibel dan banyak digunakan, Menawarkan kombinasi unik dari properti yang membuatnya cocok untuk lingkungan yang ekstrem dan menuntut:

Keuntungan dari Inconel 718

Kekuatan suhu tinggi yang luar biasa

• Mempertahankan tarik tinggi, menghasilkan, dan merayap kekuatan hingga kira -kira 650° C., mengungguli banyak paduan lain dalam kondisi yang sama.

Korosi yang luar biasa dan resistensi oksidasi

• Membentuk stabil, lapisan oksida pelindung yang menolak oksidasi pada suhu tinggi.
• Sangat resisten terhadap khlorida, sulfur, dan lingkungan asam, menjadikannya ideal untuk aplikasi kimia dan laut yang keras.

Bahan dan kemampuan las yang baik

• Tidak seperti banyak superalloy berbasis nikel lainnya, Inconel 718 bisa dilas secara andal dengan risiko retak minimal.
• Dia kemampuan mesin, sambil menantang, lebih baik dari banyak superalloy lainnya, memungkinkan manufaktur yang efisien.

Resistensi creep dan kelelahan yang sangat baik

• Menunjukkan resistensi yang unggul terhadap deformasi creep Dan Kelelahan termomekanis, Penting untuk komponen turbin aerospace dan peralatan pembangkit listrik.

Kinerja kisaran suhu yang luas

• Mempertahankan sifat mekanik dari suhu cryogenic (-270° C.) ke suhu tinggi (~ 650 ° C.).

Stabilitas mikrostruktur

• Pengerasan presipitasi terkontrol dan struktur mikro yang stabil mengurangi ketidakstabilan fase dan memperpanjang umur komponen.

Kompatibilitas dengan manufaktur lanjutan

• Beradaptasi dengan pembuatan aditif teknik seperti fusi bubuk laser (LPBF) dan pencairan balok elektron (EBM), Mengaktifkan geometri bagian yang kompleks.

Keterbatasan Inconel 718

• Biaya Tinggi: Bahan mentah ($40–60/kg) adalah 8–10 × 316L; Pemesinan menambah 30-50% untuk biaya fabrikasi.
• Kompleksitas pemrosesan: Membutuhkan peleburan khusus (Saya datang) dan perkakas, membatasi aksesibilitas.
• Langit -langit suhu: Tidak efektif di atas 650 ° C.; digantikan oleh Inconel 738 atau paduan kristal tunggal untuk >700° C..

10. Perbandingan dengan bahan lain

Inconel 718 sering dibandingkan dengan superalloy lainnya, Baja tahan karat, dan paduan titanium saat memilih bahan untuk aplikasi lingkungan yang ekstrem.

Memahami perbandingan ini membantu menyoroti kekuatan dan keterbatasannya.

Inconel 718 vs.. Superalloy berbasis nikel lainnya

• Ringkasan: Inconel 718 menawarkan kombinasi seimbang kekuatan tinggi dan bahan yang relatif baik, Tidak seperti beberapa superalloy lain yang memprioritaskan kekuatan suhu tinggi dengan mengorbankan manufakturabilitas.

Stainless steel vs.. Inconel 718

• Ringkasan: Inconel 718 mengungguli Baja tahan karat pada suhu tinggi dan dalam kondisi korosi yang agresif, menjadikannya pilihan yang disukai saat kekuatan dan ketahanan oksidasi sangat penting.

Inconel 718 vs.. Paduan Titanium

• Ringkasan: titanium Paduan unggul dalam rasio kekuatan terhadap berat dan resistensi korosi pada suhu sedang, Tapi Inconel 718 tetap lebih unggul untuk aplikasi suhu yang lebih tinggi di mana retensi kekuatan sangat penting.

Kunci takeaways

• Kekuatan dan suhu: Inconel 718 menawarkan kekuatan dan stabilitas yang luar biasa pada suhu hingga sekitar 700 ° C,
  melampaui sebagian besar baja tahan karat dan paduan titanium, tetapi sedikit kurang dari beberapa superalloy khusus.
• Kemampuan kain: Ini memberikan kemampuan las yang lebih baik dan kemampuan mesin dibandingkan dengan banyak superalloy berbasis nikel lainnya, Mengurangi kompleksitas dan biaya manufaktur.
• Resistensi korosi: Inconel 718 sangat tahan terhadap oksidasi, khlorida, dan korosi asam, membuatnya cocok untuk Marinir, kimia, dan lingkungan pengoksidasi suhu tinggi.
• Biaya: Umumnya lebih mahal daripada baja tahan karat dan paduan titanium tetapi menawarkan kinerja yang unggul di lingkungan yang keras di mana kegagalan bukanlah suatu pilihan.

11. Kesimpulan

Inconel 718 tetap menjadi salah satu superalloy yang paling fleksibel dan banyak digunakan dalam rekayasa berkinerja tinggi.

Kemampuannya yang unik untuk menggabungkan kekuatan tinggi, Kehidupan Kelelahan, resistensi korosi, Dan kemampuan beradaptasi manufaktur membuatnya sangat diperlukan dalam aplikasi misi-kritis.

Sedangkan paduan yang lebih baru mungkin menawarkan sifat suhu tinggi yang lebih baik, Inconel 718 Kemampuan proses, Efektivitas biaya, Dan kinerja yang terdokumentasi dengan baik memastikan dominasinya yang berkelanjutan di ruang angkasa, energi, dan sektor manufaktur maju.

FAQ

Berapa suhu operasi maksimum untuk Inconel 718?

Ia bekerja dengan andal hingga 650°C (1,200° f) untuk layanan berkelanjutan. Untuk jangka waktu pendek (menit ke jam), dapat bertahan hingga 800°C, tetapi kekuatannya menurun secara signifikan di atas 650°C.

Adalah Inconel 718 magnet?

TIDAK. Struktur mikro austenitiknya tetap non-magnetik di segala kondisi, tidak seperti baja tahan karat dupleks atau paduan besi-nikel.

Bagaimana Inconel 718 Bandingkan dengan paduan titanium?

Inconel 718 menawarkan kekuatan yang lebih tinggi di >400° C. (paduan titanium kehilangan kekuatannya dengan cepat di atas 300°C) tapi lebih padat (8.1 G/cm³ vs..

Ti-6Al-4V 4.43 g/cm³), membuatnya kurang cocok untuk berat badan kritis, aplikasi suhu rendah.

Bisa membuat kesusahan 718 digunakan di air laut?

Ya. Tingkat korosi di air laut adalah <0.02 mm/tahun, sehingga cocok untuk komponen bawah laut, meskipun harganya lebih mahal dibandingkan baja tahan karat 316L atau dupleks untuk aplikasi kelautan non-suhu tinggi.

Apa yang menyebabkan Inconel 718 gagal?

Mode umum termasuk kelelahan termomekanis (Tmf) di mesin turbin, embrittlement termal di atas 700 ° C, dan SCC langka di lingkungan klorida panas.

Desain yang tepat (menekankan <70% menghasilkan) dan perlakuan panas mengurangi risiko ini.