インコネル 718 スーパーアルコイ | US N07718 | W.NR. 2.4668

1. 導入

インコネル 718 そのことで知られている降水硬化ニッケルベースの超合金です 高温での高強度 (up to 650°C), 優れた腐食抵抗, そして 優れた製造可能性.

その強さは、特に合金要素のユニークな組み合わせから来ています ニオブ, 溶接性を損なうことなく機械的性能を高める硬化フェーズを形成する.

で開発されました 1960S Special Metals Corporationによる, インコネル 718 以前の合金で重要な欠点に対処しました, 溶接性が低く、高温強度が限られているなど.

今日, それは重要な役割を果たします 航空宇宙, 発電, とオイル & ガス産業, 極端な条件下での構造的完全性が重要です.

2. インコルエルとは何ですか718？

インコネル 718 (US N07718; W.NR. 2.4668) は、ニッケルクロミウムニオビウムスーパーアロイです 「主力」資料 パフォーマンスと加工性の並外れたバランスのため.

多くの高強度の超合金とは異なります, それは提供します 優れた高温強度 横に 優れた溶接性と加工性, 複雑な製造環境全体で非常に用途が広い.

その世界的な採用は、多くの国際基準に反映されています, 含む ASTM B637 (バーとロッド), AMS 5662 (航空宇宙グレードの鍛造), そして ISO 9723 (ヨーロッパのロッドとワイヤーの仕様), 業界全体で一貫した品質と信頼性を確保します.

化学組成

Incenel 718の特性は、慎重にバランスの取れた化学組成から来ています:

3. インコールの機械的特性 718 異なる温度で

4. 腐食と酸化抵抗

インコネル 718 広範囲の腐食性環境に優れた抵抗を提供します, さらされたアプリケーションでは非常に信頼性が高くなります 攻撃的な化学物質, 水分, そして 高温酸化条件.

その腐食抵抗は主にそのためです 高いニッケル (で) そして クロム (cr) コンテンツ, とともに モリブデン (MO) そして ニオブ (NB) 強化されたピッティングおよび隙間腐食抵抗.

耐食性

インコネル 718 でよく使用されます ダウンホール油田ツール, 化学反応器, ファスナー, そして 熱交換器 腐食が重要な要因です.

酸化抵抗

インコネル 718 うまく機能します 最大980°Cまでの酸化雰囲気, それは 機械的強度は、実用的なサービスを〜650°Cに制限します.

• 保護酸化フィルム: 合金はa 濃いcr₂o₃ (クロミア) 層, スポールに抵抗し、さらなる酸化から保護します.
• サーマルサイクリング: 中に表面の完全性を維持します 繰り返し加熱と冷却, ジェットエンジンコンポーネントとタービンハードウェアに適しています.
• 硫化: ステンレス鋼に比べて耐性が良くなります 高硫黄 燃焼環境, いくつかのより高いMO含有合金よりも少ない.

耐摩耗性

一次摩耗合金ではありませんが, インコネル 718 ショー 接着剤の摩耗とガーリングに対する良好な抵抗, 特に、高荷重と温度で動作するボルト張りのジョイントとバルブ成分で.

5. 製造および処理技術

その間 インコネル 718 exhibits excellent mechanical properties and corrosion resistance, その 高強度 そして 硬化傾向 introduce processing challenges.

それにもかかわらず, その fabricability surpasses many other nickel-based superalloys, owing to its balanced chemistry and microstructural stability.

溶接

• 優先プロセス: ガスタングステンアーク溶接 (GTAW or TIG) is the most common, utilizing matching filler metals such as ERNiFeCr-2 to ensure compositional compatibility.
• 重要な考慮事項:

• • Precise control of heat input (typically 100–150 A current) is vital to prevent liquation cracking そして ホットクラッキング 熱の影響を受けたゾーンで (ハズ).
  • Pre-weld cleaning and shielding gas purity reduce contamination and porosity.
  • 溶接後の熱治療 (PWHT) involves solution annealing around 980°C, followed by double aging to restore mechanical strength and precipitate distribution.

• パフォーマンス: Welded joints typically retain approximately 85% of the base metal’s tensile strength at room temperature そしてまで 90% 高温で (~650°C), making welded Inconel 718 components highly reliable in critical environments.

機械加工

• 課題:

• • Inconel 718の 迅速な作業硬化 - 機械加工された表面の硬度が最大50％増加する可能性がある場所 - 加速されたツールの摩耗と熱応力へのリード.
  • 熱伝導率が低いと、熱が切断ゾーンに集中します.

• ソリューション:

• • 使用 カーバイドツール 次のような高度なコーティング付き Tialn ツールの寿命を改善し、接着を減らすため.
  • 適用する 低い切断速度 (5–10 m/i) と組み合わせる より高い飼料レート 熱の蓄積を最小限に抑えるため.
  • 雇用します 高性能クーラント 極度の圧力で (ep) 効率的な熱散逸のための添加物.

• コストの影響: ツールの摩耗と速度が遅いため, インコネルの機械加工 718 可能です 3 に 4 より高価な時間 316Lのような一般的なステンレス鋼よりも, 部品の設計と生産経済学に影響を与えます.

鍛造と形成

• ホット鍛造:

• • 間に行われます 980°Cおよび1,040°C 変形中の降伏強度を低下させ、延性を増加させる.
  • 効果的な穀物の洗練と強化沈殿の均一な分布を可能にします.
  • その後の熱処理は、完全な機械的特性を回復します.

• コールドフォーミング:

• • 一般的に制限されています 軽い曲げと形状 合金の強度と作業硬化のためです.
  • 必要 中間アニーリング (約900°C) ストレスを和らげ、より複雑な形のために延性を回復する.

• 形成パラメーターの慎重な制御は防止されます ひび割れ そして 表面欠陥.

鋳造

• インベストメント鋳造 タービンブレードやロケットモーターコンポーネントなどの複雑な幾何学によく使用されます.
• しかし, 鍛えた (鍛造または転がった) フォーム インコネルの 718 原因となる重要な負荷を含むアプリケーションの方が一般的です:

• • より良い機械的特性-通常, インコネルを鋳造します 718 展示 〜10％低い引張強度 鍛造材料と比較して疲労寿命を減らしました.
  • より均一な微細構造とより少ない鋳造欠陥.

• 鋳造には、分離と多孔性を減らすために、固化率とキャスト後の熱処理の厳密な制御が必要です.

添加剤の製造

• 最近の進歩が可能になりました レーザーパウダーベッドフュージョン (LPBF) そして 電子ビーム融解 (EBM) インコネルの 718.
• AMオファー:

• • ツールなしの複雑なジオメトリ.
  • 材料廃棄物の減少.
  • 機械的特性が潜在的に改善された微細構造.

• 後処理 (ホットアイソスタティックプレス, 熱処理) 気孔率を減らし、降水段階を最適化するために不可欠です.

6. インコールの熱処理 718

熱処理は、インコールの例外的な機械的特性を達成するための基本です 718.

このプロセスには主に含まれます ソリューションアニーリング に続く 降水 (年) 硬化, サイズを制御します, 分布, 主要な強化フェーズの体積分率（主にγ ''およびγ '）は、ニッケルベースのマトリックスの前にあります.

• ソリューションアニーリング: 980〜1,065°Cに1〜2時間加熱します, 続いて水の消光が続きます. これにより、過剰な沈殿物が溶解し、微細構造が均質になります.
• 中間老化: 720°Cに加熱 8 時間, その後、炉冷却は50°C/時で620°Cになります.
• 最終老化: 620°Cで保持します 8 時間, その後、空冷. これにより、γ ''およびγ '沈殿物の形成が促進されます, 強度を最大化します.

Δ相コントロール

• Δ相 (n₃nb) 主に粒の境界に沿って形式 750°Cおよび900°C.
• 少量のΔ相が粒子の成長を制御し、クリープ抵抗を改善するのに役立ちますが, 過剰なΔ相は、γ '沈着に利用可能なニオビウムを減少させます, 強さの低下につながります.
• 熱処理スケジュールは、Δ相形成のバランスをとるために慎重に制御されます, 最適な機械的特性と靭性を確保します.

7. インコールのアプリケーション 718

Incenel 718のユニークな組み合わせ 高強度, 優れた腐食抵抗, そして 熱安定性 幅広い要求の厳しい業界で選択の資料になります.

航空宇宙産業

• タービンエンジン:
  インコネル 718 に広く使用されています タービンディスク, ブレード, とアザラシ ジェットエンジンで, それが高い遠心力と高温に耐える場所 (up to 650°C) 機械的完全性を損なうことなく.
• ロケットと宇宙船:
  などのコンポーネント ロケットモーターケース, スラストチャンバー, およびファスナー その強度と重量の比率と優れた溶接性の恩恵を受ける, 発射車両の信頼性にとって重要です.
• 機体コンポーネント:
  その腐食抵抗と疲労強度は理想的です 着陸装置部品, ブッシング, および構造コンポーネント 過酷な環境にさらされます.

発電

• ガスタービン:
  インコネル 718 で一般的に使用されます コンプレッサーブレード, ディスク, およびタービンコンポーネント 高温強度とクリープ抵抗のため.
• 蒸気タービン:
  高温および蒸気環境にさらされる部品で利用されます, 酸化抵抗が不可欠です.

油 & ガスセクター

• ダウンホールツール:
  Incenel 718の高圧と温度の下での耐食性と強度は、それを理想的にします 襟を掘削します, 安定剤, とパッカー 厳しい地下環境で.
• バルブとフィッティング:
  硫化物ストレス亀裂と塩化物誘発性腐食に耐性があります, で広く使用されています バルブ, パンプス, および圧力容器 酸っぱいガスと腐食性の液体の取り扱い.
• オフショアプラットフォーム:
  海洋環境への曝露は、インコールのような合金を必要とします 718 塩水腐食と機械的ストレスと戦う.

新興および専門的なアプリケーション

• 添加剤の製造:
  レーザーパウダーベッドフュージョンとの合金の互換性 (LPBF) および電子ビーム融解 (EBM) 複合体の生産を可能にします, 従来の製造業では以前は不可能な軽量部品.
• 高速加工ツール:
  インコネルから作られた切削工具 718 高い熱荷重および機械的荷重に耐えます, 要求の厳しい運用におけるツールの寿命を延ばす.
• 極低温アプリケーション:
  非常に低い温度でその靭性を保持しました (-270°Cまで) に適しています 液化ガス貯蔵および輸送機器.

8. パフォーマンスの制限と失敗モード

• 熱機械疲労 (TMF): 500〜1,000サイクルの後に失敗します (25°C〜650°C) 熱応力と機械的応力の組み合わせの下, タービンエンジンのリスク.
• サーマルエンブリトルメント: 700°Cを超える長期にわたる曝露は、Δ相の粗大化を引き起こします, 靭性を減らす 30% 骨折リスクの増加.
• ストレス腐食亀裂 (SCC): ホットで発生します (>100°C) 塩化物溶液 (例えば。, 沖合冷却システム) ストレスで >70% 降伏強度, よく設計されたシステムではまれですが.

9. 利点と制限

インコネル 718 最も汎用性が高く広く使用されているニッケルベースの超合金の1つとして際立っています, 極端で要求の厳しい環境に適したプロパティのユニークな組み合わせを提供する:

インコールの利点 718

例外的な高温強度

• 高い引張を維持します, 収率, そして、ほぼまでクリープ強度 650°C, 同様の条件で他の多くの合金を上回る.

優れた腐食と酸化抵抗

• 安定したものを形成します, 高温で酸化に抵抗する保護酸化物層.
• 非常に耐性があります 塩化, 硫黄, および酸性環境, 過酷な化学および海洋の用途に最適です.

優れたファブリック性と溶接性

• 他の多くのニッケルベースの超合金とは異なります, インコネル 718 可能です 確実に溶接 亀裂のリスクが最小限に抑えられています.
• その 加工性, 挑戦的です, 他の多くの超合金よりも優れています, 効率的な製造を可能にします.

優れたクリープと疲労抵抗

• 優れた抵抗を示します クリープ変形 そして 熱機械疲労, 航空宇宙タービンコンポーネントと発電機器に不可欠です.

広い温度範囲の性能

• からの機械的特性を維持します 極低温温度 (-270°C) 高温に (~650°C).

微細構造の安定性

• 制御された降水硬化と安定した微細構造は、相の不安定性を低下させ、成分の寿命を延ばします.

高度な製造との互換性

• に適応可能 添加剤の製造 レーザーパウダーベッドフュージョンなどの技術 (LPBF) および電子ビーム融解 (EBM), 複雑な部品の形状を有効にします.

インコールの制限 718

• 高コスト: 原材料 ($40–60/kg) 8–10×316Lです; 機械加工は、製造コストに30〜50％を追加します.
• 複雑さの処理: 特殊な融解が必要です (私は来ました) およびツール, アクセシビリティを制限します.
• 温度の天井: 650°Cを超える効果がありません; インコネルに置き換えられました 738 またはの単結晶合金 >700°C.

10. 他の材料との比較

インコネル 718 多くの場合、他のスーパーアロと比較されます, ステンレス鋼, 極端な環境用途向けの材料を選択する際のチタン合金.

これらの比較を理解することは、その強みと制限を強調するのに役立ちます.

インコネル 718 vs. 他のニッケルベースの超合金

• まとめ: インコネル 718 高強度と比較的優れたファブリック性のバランスの取れた組み合わせを提供します, 製造可能性を犠牲にして高温強度を優先する他のいくつかの超合金とは異なり.

ステンレス鋼Vs. インコネル 718

• まとめ: インコネル 718 アウトパフォーム ステンレス鋼 高温で、積極的な腐食条件下で, 強度と酸化抵抗が重要な場合にそれを好む選択にする.

インコネル 718 vs. チタン合金

• まとめ: チタン 合金は強度と重量の比率で優れており、中程度の温度で耐食性抵抗, しかし、コンセル 718 強度保持が不可欠な高温用途の方が優れたままです.

キーテイクアウト

• 強度と温度: インコネル 718 最大約700°Cの温度で並外れた強度と安定性を提供します,
  ほとんどのステンレス鋼とチタン合金を上回ります, しかし、一部の専門的なスーパーアロよりもわずかに少ない.
• ファブリック性: 他の多くのニッケルベースのスーパーアロと比較して、より良い溶接性と機密性を提供します, 製造の複雑さとコストの削減.
• 耐食性: インコネル 718 酸化に対して非常に耐性があります, 塩化, および酸腐食, 海兵隊に適しています, 化学薬品, 高温酸化環境.
• 料金: 一般に、ステンレス鋼やチタン合金よりも高価ですが、故障が選択肢ではない過酷な環境で優れた性能を提供します.

11. 結論

インコネル 718 高性能エンジニアリングで最も用途が広く広く使用されている超合金の1つであり続けています.

組み合わせるそのユニークな能力 高強度, 疲労寿命, 耐食性, そして 製造業の適応性 ミッションクリティカルなアプリケーションでは不可欠になります.

新しい合金は、より良い高温特性を提供する可能性があります, Inconel 718の 処理可能性, 費用対効果, そして 十分に文書化されたパフォーマンス 航空宇宙における継続的な優位性を確保します, エネルギー, および高度な製造部門.

FAQ

インコールの最大動作温度は何ですか 718?

650°Cまで確実に機能します (1,200°F) 継続的なサービスのため. 短期間 (数分から時間), 最大800°Cに耐えることができます, しかし、強度は650°Cを大幅に上回ります.

インコネルです 718 磁気?

いいえ. そのオーステナイト微細構造は、すべての条件で非磁性のままです, デュプレックスステンレス鋼やニッケルアイアン合金とは異なります.

どのようにインコールがありますか 718 チタン合金と比較してください?

インコネル 718 でより高い強度を提供します >400°C (チタン合金は、300°Cを超える急速に強度を失います) しかし、より密度が高いです (8.1 g/cm³vs.

TI-6AL-4V'S 4.43 g/cm³), making it less suitable for weight-critical, 低温アプリケーション.

コンセルはできません 718 海水で使用します?

はい. 海水における腐食率はです <0.02 MM/年, 海底コンポーネントに適しています, 非高温の海洋用途向けの316Lまたは二重ステンレス鋼よりもコストがかかりますが.

インコネルの原因 718 失敗する?

一般的なモードには、熱機械疲労が含まれます (TMF) タービンエンジンで, 700°Cを超える熱包括的な, ホット塩化物環境では珍しいSCC.

適切なデザイン (ストレス <70% 収率) 熱処理はこれらのリスクを軽減します.