Inconiëren 718 Superalkoy | VS N07718 | W.nr. 2.4668

1. Invoering

Inconiëren 718 is een op neerslag geharde nikkel-gebaseerde superalloy bekend om zijn Hoge sterkte bij verhoogde temperaturen (tot 650 ° C), Uitstekende corrosieweerstand, En Goede productie.

De kracht ervan komt van een unieke combinatie van legeringselementen - vooral niobium, die verhardingsfasen vormt die de mechanische prestaties verbeteren zonder lasbaarheid in gevaar te brengen.

Ontwikkeld in de 1960S door Special Metals Corporation, Inconiëren 718 aangepakt belangrijke tekortkomingen in eerdere legeringen, zoals slechte lasbaarheid en beperkte kracht op hoge temperatuur.

Vandaag, het speelt een cruciale rol in ruimtevaart, stroomopwekking, en olie & gasindustrie, waar structurele integriteit onder extreme omstandigheden van cruciaal belang is.

2. Wat is Inconel 718？

Inconiëren 718 (VS N07718; W.nr. 2.4668) is een nikkel-chromium-niobium superlegering algemeen beschouwd als een "Workhorse" materiaal Vanwege de uitzonderlijke balans tussen prestaties en verwerkbaarheid.

In tegenstelling tot veel hoogwaardig superalloys, het biedt aan Uitstekende kracht op hoge temperatuur langs Superieure lasbaarheid en machinaliteit, waardoor het zeer veelzijdig is over complexe productieomgevingen.

De wereldwijde acceptatie wordt weerspiegeld in tal van internationale normen, inbegrepen ASTM B637 (bars en staven), AMS 5662 (Aerospace-Grade Sordings), En ISO 9723 (Europese staaf- en draadspecificaties), Zorgen voor consistente kwaliteit en betrouwbaarheid in de industrie.

Chemische samenstelling

De eigenschappen van Inconel 718 komen voort uit de zorgvuldig uitgebalanceerde chemische samenstelling:

3. Mechanische eigenschappen van Inconel 718 Bij verschillende temperaturen

4. Corrosie- en oxidatieweerstand

Inconiëren 718 Biedt uitstekende weerstand tegen een breed scala aan corrosieve omgevingen, het zeer betrouwbaar maken in toepassingen die worden blootgesteld aan agressieve chemicaliën, vocht, En Oxiderende omstandigheden op hoge temperatuur.

De corrosieweerstand is voornamelijk te wijten aan zijn hoog nikkel (In) En chroom (Cr) inhoud, samen met molybdeum (Mo) En niobium (NB) voor verbeterde put- en spleetcorrosieweerstand.

Corrosieweerstand

Inconiëren 718 wordt vaak gebruikt in Oilveldgereedschap in het boorgat, chemische reactoren, bevestigingsmiddelen, En Warmtewisselaars waar corrosie een kritieke factor is.

Oxidatieweerstand

Inconiëren 718 presteert goed in Oxiderende atmosferen tot ~ 980 ° C, Hoewel het is Mechanische sterkte beperkt de praktische service tot ~ 650 ° C.

• Beschermende oxidefilm: De legering vormt een Dichte cr₂o₃ (Chromia) laag, die zich verzet tegen afspalen en beschermt tegen verdere oxidatie.
• Thermisch fietsen: Onderhoudt oppervlakte -integriteit tijdens herhaalde verwarming en afkoeling, Geschikt voor componenten van straalmotor en turbinehardware.
• Sulfidatie: Betere weerstand vergeleken met roestvrij staal in high-sulfur verbrandingsomgevingen, hoewel minder dan sommige hogere MO-bevattende legeringen.

Slijtage en verzendingsweerstand

Hoewel geen primaire slijtagelegering, Inconiëren 718 tonen Goede weerstand tegen lijm slijtage en galmen, Vooral in gebout gewrichten en klepcomponenten die werken onder hoge belastingen en temperaturen.

5. Productie- en verwerkingstechnieken

Terwijl Inconiëren 718 vertoont uitstekende mechanische eigenschappen en corrosieweerstand, zijn hoge kracht En werkhardende neiging Verwerkingsuitdagingen introduceren.

Hoe dan ook, zijn Verdiensten overtroffen vele andere op nikkel gebaseerde superlegeringen, Vanwege zijn evenwichtige chemie en microstructurele stabiliteit.

Las

• Voorkeursproces: Gas wolfraam boog lassen (Gtaw of draai) is de meest voorkomende, het gebruik van matching vulmetalen zoals Ernifecr-2 Om de compatibiliteit van de samenstelling te garanderen.
• Belangrijke overwegingen:

• • Nauwkeurige controle van warmte -invoer (meestal 100-150 een stroom) is van vitaal belang om te voorkomen Liquatiekraak En heet kraken in de warmte-aangetaste zone (Hazel).
  • Vóór de las schoonmaak en afscherming van gaszuiverheid verminderen besmetting en porositeit.
  • Behandeling na de lever (PWHT) omvat het gloeien van oplossingen 980° C, gevolgd door dubbele veroudering om de mechanische sterkte te herstellen en de verdeling te verslaan.

• Prestatie: Gelaste gewrichten behouden meestal ongeveer ongeveer 85% van de treksterkte van het basismetaal bij kamertemperatuur en tot 90% Bij verhoogde temperaturen (~ 650 ° C), gelaste inconel maken 718 componenten zeer betrouwbaar in kritieke omgevingen.

Bewerking

• Uitdagingen:

• • Inconel 718's Snel werkharden- Waar de bewerkte oppervlaktehardheid met maximaal 50%kan toenemen - leidt tot versnelde gereedschapslijtage en thermische spanningen.
  • Lage thermische geleidbaarheid zorgt ervoor dat warmte zich concentreert op de snijzone.

• Oplossingen:

• • Gebruik carbide -gereedschap met geavanceerde coatings zoals Tialn Om de levensduur te verbeteren en de hechting te verminderen.
  • Toepassen lage snijsnelheden (5–10 m/i) gecombineerd met Hogere voedingssnelheden om warmteopbouw te minimaliseren.
  • Dienst Krachtige koelmiddelen met extreme druk (EP) Additieven voor efficiënte warmteafwijking.

• Kosteneffect: Vanwege gereedschapskleding en lagere snelheden, bewerken inconel 718 kan zijn 3 naar 4 keer duurder dan veel voorkomende roestvrij staals zoals 316L, beïnvloeding van onderdeelontwerp en productie -economie.

Smeden en vormen

• Heet smeden:

• • Uitgevoerd tussen 980° C en 1.040 ° C om de opbrengststerkte te verminderen en de ductiliteit tijdens vervorming te verhogen.
  • Maakt effectieve korrelverfijning en uniforme verdeling van het versterken van neerslag mogelijk.
  • Daaropvolgende warmtebehandelingen herstellen de volledige mechanische eigenschappen.

• Koude vorming:

• • Over het algemeen beperkt tot Licht buigen en vormen Vanwege de hoge sterkte van de legering en het uitharden.
  • Vereist Gemiddeld gloeien (ongeveer 900 ° C) om spanningen te verlichten en de ductiliteit te herstellen voor complexere vormen.

• Zorgvuldige controle van het vormen van parameters voorkomt krakend En oppervlaktefouten.

Gieten

• Investeringsuitgifte wordt vaak gebruikt voor complexe geometrieën zoals turbinebladen en raketmotorcomponenten.
• Echter, smeed (gesmeed of gerold) vormen Inconel 718 komen vaker voor bij kritieke toepassingen:

• • Betere mechanische eigenschappen-typisch, giet inconel 718 tentoonstellingen ~ 10% lagere treksterkte en verminderde levensduur van vermoeidheid vergeleken met smeedelijk materiaal.
  • Meer uniforme microstructuur en minder gietdefecten.

• Gieten vereist strikte controle van stollingspercentages en post-gegoten warmtebehandelingen om segregatie en porositeit te verminderen.

Additieve productie

• Recente vorderingen zijn ingeschakeld Laserpoederbedfusie (LPBF) En Elektronenstraal smelten (EBM) Inconel 718.
• Ben aanbiedingen:

• • Complexe geometrieën zonder gereedschap.
  • Verminderd materiaalverspilling.
  • Fijne microstructuren met mogelijk verbeterde mechanische eigenschappen.

• Na verwerking (Hot isostatische drukken, warmtebehandeling) blijft essentieel om de porositeit te verminderen en neerslagfasen te optimaliseren.

6. Warmtebehandeling van Inconel 718

Warmtebehandeling is van fundamenteel belang om de uitzonderlijke mechanische eigenschappen van Inconel te bereiken 718.

Het proces omvat voornamelijk Verlichting van oplossing gevolgd door neerslag (leeftijd) verharding, die de maat regelt, verdeling, en volumefractie van sleutelversterkingsfasen-vooral γ ″ en γ′-met de nikkelgebaseerde matrix.

• Verlichting van oplossing: Verwarming tot 980–1.065 ° C gedurende 1-2 uur, Gevolgd door water uitdagen. Dit lost overtollige neerslag op en homogeniseert de microstructuur.
• Tussenliggende veroudering: Verwarming tot 720 ° C voor 8 uur, vervolgens ovenkoeling tot 620 ° C bij 50 ° C/uur.
• Eindveroudering: Vasthouden op 620 ° C voor 8 uur, Dan luchtkoeling. Dit bevordert de vorming van γ ″ en γ ′ neerslaat, maximizing strength.

δ-fase controle

• The δ-phase (N₃nb) forms primarily along grain boundaries between 750°C and 900°C.
• While small amounts of δ-phase help control grain growth and improve creep resistance, excessive δ-phase reduces the niobium available for γ″ precipitation, leading to diminished strength.
• Heat treatment schedules are carefully controlled to balance δ-phase formation, ensuring optimal mechanical properties and toughness.

7. Toepassingen van Inconel 718

Inconel 718’s unique combination of hoge kracht, Uitstekende corrosieweerstand, En thermische stabiliteit makes it a material of choice across a wide range of demanding industries.

Ruimtevaartindustrie

• Turbine Engines:
  Inconiëren 718 is extensively used for turbineschijven, bladen, en zegels in straalmotoren, where it withstands high centrifugal forces and elevated temperatures (tot 650 ° C) without compromising mechanical integrity.
• Rocketry and Spacecraft:
  Components such as rocket motor cases, thrust chambers, en bevestigingsmiddelen profiteren van zijn sterkte-gewichtsverhouding en uitstekende lasbaarheid, Cruciaal voor de betrouwbaarheid van het lancering van het voertuig.
• Airframe -componenten:
  De corrosieweerstand en de vermoeidheidssterkte zijn ideaal voor Landingsgestel onderdelen, bussen, en structurele componenten blootgesteld aan harde omgevingen.

Stroomopwekking

• Gasturbines:
  Inconiëren 718 wordt vaak gebruikt in Compressorbladen, schijven, en turbinecomponenten Vanwege de sterkte van de hoge temperatuur en de kruipweerstand.
• Stoomturbines:
  Gebruikt in delen blootgesteld aan hoge temperatuur- en stoomomgevingen, waar oxidatieweerstand essentieel is.

Olie & Gassector

• Boorgatgereedschap:
  Inconel 718's corrosieweerstand en sterkte onder hoge druk en temperatuur maken het ideaal voor boorkragen, stabilisatoren, en packers in harde ondergrondse omgevingen.
• Kleppen en fittingen:
  Resistent tegen sulfide stress barsten en door chloride geïnduceerde corrosie, het wordt veel gebruikt in kleppen, pompen, en drukvaten hanteren van zuur gas en corrosieve vloeistoffen.
• Offshore platforms:
  Blootstelling aan mariene omgevingen vereist legeringen als Inconel 718 Om zoutwatercorrosie en mechanische stress te bestrijden.

Opkomende en gespecialiseerde toepassingen

• Additieve productie:
  De compatibiliteit van de legering met laserpoederbedfusie (LPBF) en elektronenstraal smelten (EBM) maakt de productie van complex mogelijk, Lichtgewicht onderdelen voorheen onmogelijk met traditionele productie.
• Hoge snelheid bewerkingsgereedschap:
  Gereedschappen gemaakt van Inconel 718 bestand tegen hoge thermische en mechanische belastingen, De levensduur van het gereedschap verlengen in veeleisende activiteiten.
• Cryogene toepassingen:
  Zijn behouden taaiheid bij extreem lage temperaturen (tot -270 ° C) maakt het geschikt voor vloeibaar gasopslag- en transportapparatuur.

8. Prestatiebeperkingen en faalmodi

• Thermomechanische vermoeidheid (TMF): Faalt na 500-1.000 cycli (25° C tot 650 ° C) Onder gecombineerde thermische en mechanische spanning, een risico in turbinemotoren.
• Thermische brosheid: Langdurige blootstelling boven 700 ° C veroorzaakt Δ-fase grover, het verminderen van taaiheid door 30% en het verhogen van het fractuurrisico.
• Stress-corrosie kraken (SCC): Komt in hot voor (>100° C) Chloride -oplossingen (Bijv., Offshore koelsystemen) op spanningen >70% van opbrengststerkte, Hoewel zeldzaam in goed ontworpen systemen.

9. Voordelen en beperkingen

Inconiëren 718 valt op als een van de meest veelzijdige en veelgebruikte Superalloys op basis van nikkel, Het aanbieden van een unieke combinatie van eigenschappen die het geschikt maken voor extreme en veeleisende omgevingen:

Voordelen van Inconel 718

Uitzonderlijke kracht op hoge temperatuur

• Handhaaft hoge trekgave, opbrengst, en kruipsterkte tot ongeveer 650° C, het beter presteren van vele andere legeringen in vergelijkbare omstandigheden.

Uitstekende corrosie- en oxidatieweerstand

• Vormt een stal, Beschermende oxidelaag die bestand is tegen oxidatie bij verhoogde temperaturen.
• Zeer bestand tegen chloride, zwavel, en zure omgevingen, waardoor het ideaal is voor harde chemische en mariene toepassingen.

Goede vervuilbaarheid en lasbaarheid

• In tegenstelling tot veel andere op nikkel gebaseerde superlegeringen, Inconiëren 718 kan zijn betrouwbaar gelast met minimale kraakrisico's.
• Zijn machinaliteit, terwijl het uitdagend is, is beter dan veel andere superlegeringen, Efficiënte productie mogelijk maken.

Uitstekende kruip- en vermoeidheidsweerstand

• Vertoont superieure weerstand tegen kruipende vervorming En thermomechanische vermoeidheid, essentieel voor lucht- en ruimtevaartturbinecomponenten en apparatuur voor stroomopwekking.

GROOTE TEMPERIAL BRAND PRESTATIES

• Onderhoudt mechanische eigenschappen van cryogene temperaturen (-270° C) tot hoge temperaturen (~ 650 ° C).

Microstructurele stabiliteit

• Gecontroleerde neerslagharding en stabiele microstructuur verminderen fase -instabiliteit en verlengd levensduur.

Compatibiliteit met geavanceerde productie

• Aanpasbaar aan Additieve productie Technieken zoals laserpoederbedfusie (LPBF) en elektronenstraal smelten (EBM), Complexe deel geometrieën mogelijk maken.

Beperkingen van Inconel 718

• Hoge kosten: Grondstof ($40–60/kg) is 8-10 × 316L; Bewerking voegt 30-50% toe aan de fabricagekosten.
• Het verwerken van complexiteit: Vereist gespecialiseerd smelten (Ik kwam) en gereedschap, Beperking van de toegankelijkheid.
• Temperatuurplafond: Ineffectief boven 650 ° C; vervangen door Inconel 738 of legeringen met één kristal voor >700° C.

10. Vergelijking met andere materialen

Inconiëren 718 wordt vaak vergeleken met andere superlegeringen, roestvrij staal, en titaniumlegeringen bij het selecteren van materialen voor extreme omgevingstoepassingen.

Het begrijpen van deze vergelijkingen helpt de sterke punten en beperkingen ervan te benadrukken.

Inconiëren 718 vs. Andere op nikkel gebaseerde superlegeringen

• Samenvatting: Inconiëren 718 Biedt een evenwichtige combinatie van hoge sterkte en relatief goede vervreemding, In tegenstelling tot sommige andere superlegeringen die prioriteit geven aan de sterkte van hoge temperatuur ten koste van de fabricage.

Roestvrijstalen VS. Inconiëren 718

• Samenvatting: Inconiëren 718 overtreft roestvrij staal Bij verhoogde temperaturen en onder agressieve corrosieomstandigheden, waardoor het de voorkeurskeuze is wanneer sterkte en oxidatieweerstand van cruciaal belang is.

Inconiëren 718 vs. Titanium legeringen

• Samenvatting: Titanium legeringen blinken uit in sterkte-gewichtsverhouding en corrosieweerstand bij matige temperaturen, maar inconel 718 blijft superieur voor toepassingen met een hogere temperatuur waar sterkte -behoud essentieel is.

Belangrijke afhaalrestaurants

• Sterkte en temperatuur: Inconiëren 718 biedt uitzonderlijke sterkte en stabiliteit bij temperaturen tot ongeveer 700 ° C,
  de meeste roestvrijstalen staal- en titaniumlegeringen overtreffen, Maar iets minder dan sommige gespecialiseerde superalys.
• Vervuilbaarheid: Het biedt een betere lasbaarheid en machinaliteit in vergelijking met veel andere op nikkel gebaseerde superalys, De productiecomplexiteit en kosten verminderen.
• Corrosieweerstand: Inconiëren 718 is zeer bestand tegen oxidatie, chloride, en zure corrosie, het geschikt maken voor marine, chemisch, en oxiderende omgevingen op hoge temperatuur.
• Kosten: Over het algemeen duurder dan roestvrij staal- en titaniumlegeringen, maar biedt superieure prestaties in harde omgevingen waar falen geen optie is.

11. Conclusie

Inconiëren 718 blijft een van de meest veelzijdige en veelgebruikte superalys in high-performance engineering.

Zijn unieke vermogen om te combineren hoge kracht, Vermoeidheid, corrosieweerstand, En productie aanpassingsvermogen maakt het onmisbaar in missiekritische toepassingen.

Terwijl nieuwere legeringen betere eigenschappen op hoge temperatuur bieden, Inconel 718's Verwerkbaarheid, kosteneffectiviteit, En goed gedocumenteerde prestaties Zorg ervoor dat de voortdurende dominantie in de ruimtevaart, energie, en geavanceerde productiesectoren.

FAQ's

Wat is de maximale bedrijfstemperatuur voor Inconel 718?

Het presteert betrouwbaar tot 650 ° C (1,200° F) voor continue service. Voor korte duur (Minuten tot uren), het kan bestand zijn tot 800 ° C, maar de sterkte daalt aanzienlijk boven 650 ° C.

Is Inconel 718 magnetisch?

Nee. De austenitische microstructuur blijft in alle omstandigheden niet-magnetisch, In tegenstelling tot duplex roestvrij staal of sommige nikkel-ijzeren legeringen.

Hoe gaat Cendel 718 Vergelijk met titaniumlegeringen?

Inconiëren 718 biedt een hogere kracht op >400° C (Titaniumlegeringen verliezen snel kracht boven 300 ° C) maar is dichter (8.1 g/cm³ vs.

TI-6AL-4V's 4.43 g/cm³), het minder geschikt maken voor gewichtkritisch, toepassingen voor lage temperatuur.

Kan inconiëren 718 worden gebruikt in zeewater?

Ja. Zijn corrosiesnelheid in zeewater is <0.02 mm/jaar, het geschikt maken voor onderzeese componenten, Hoewel het duurder is dan 316L of duplex roestvrij staalsest voor niet-hoogtemperatuur mariene toepassingen.

Wat veroorzaakt Inconel 718 falen?

Veel voorkomende modi omvatten thermomechanische vermoeidheid (TMF) in turbinemotoren, Thermische brosheid boven 700 ° C, en zeldzame SCC in hete chloride -omgevingen.

Juist ontwerp (spanning <70% opbrengst) en warmtebehandeling beperken deze risico's.