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

1. Wstęp

Niewygod 718 jest superalloyem na bazie opadów niklu, znany z tego Wysoka wytrzymałość w podwyższonych temperaturach (do 650 ° C.), Doskonała odporność na korozję, I Dobra produkcja.

Jego siła pochodzi z unikalnej kombinacji elementów stopowych - zwłaszcza niobium, który tworzy fazy stwardnienia, które zwiększają wydajność mechaniczną bez naruszenia spawania.

Opracowany w 1960S przez Special Metals Corporation, Niewygod 718 adresowane kluczowe niedociągnięcia we wcześniejszych stopach, takie jak słabość spawania i ograniczona siła w wysokiej temperaturze.

Dzisiaj, Odgrywa istotną rolę w lotniczy, wytwarzanie energii, i olej & Przemysł gazowy, gdzie integralność strukturalna w ekstremalnych warunkach jest krytyczna.

2. Co to jest Inconel 718？

Niewygod 718 (US N07718; W.nr. 2.4668) jest superalloyem niklu-chromu-niobum powszechnie uważanym za Materiał „Konik pracy” ze względu na wyjątkową równowagę wydajności i możliwości przetwarzania.

W przeciwieństwie do wielu superalloysów o wysokiej wytrzymałości, Oferuje Doskonała siła w wysokiej temperaturze wzdłuż doskonała spawalność i możliwość maszyny, czyniąc go wysoce wszechstronnym w złożonych środowiskach produkcyjnych.

Jego globalne przyjęcie znajduje odzwierciedlenie w wielu standardach międzynarodowych, w tym ASTM B637 (Paski i pręty), Ams 5662 (Odkuwki klasy lotniczej), I ISO 9723 (Europejskie specyfikacje pręta i drutu), Zapewnienie stałej jakości i niezawodności w różnych branżach.

Skład chemiczny

Właściwości Inconel 718 pochodzą ze starannie zrównoważonej składu chemicznego:

3. Właściwości mechaniczne Inconel 718 w różnych temperaturach

4. Odporność na korozję i utlenianie

Niewygod 718 oferuje wyjątkową odporność na szeroką gamę środowisk korozyjnych, czyniąc go wysoce niezawodnym w aplikacjach narażonych na Agresywne chemikalia, wilgoć, I Warunki utleniania w wysokiej temperaturze.

Jego odporność na korozję wynika przede wszystkim z jego Wysoki nikiel (W) I chrom (Cr) treść, wraz z molibden (Mo) I niobium (NB) W przypadku zwiększonej odporności na korozję wżery i szczelinowej.

Odporność na korozję

Niewygod 718 jest często używany w Narzędzia dolnego pola naftowego, Reaktory chemiczne, łączniki, I wymienniki ciepła gdzie korozja jest czynnikiem krytycznym.

Odporność na utlenianie

Niewygod 718 Występuje dobrze Atmosfery utleniające do ~ 980 ° C, Chociaż to Limity wytrzymałości mechanicznej praktycznej obsługi do ~ 650 ° C.

• Film tlenku ochronny: Stop tworzy Gęsty cr₂o₃ (Chromia) warstwa, który opiera się odciele i chroni przed dalszym utlenianiem.
• Cykl termiczny: Utrzymuje integralność powierzchni podczas Powtarzające się ogrzewanie i chłodzenie, Odpowiedni do komponentów silnika odrzutowego i sprzętu turbinowego.
• Siarcze: Lepsza opór w porównaniu do stali nierdzewnej w Dysporia środowiska spalania, choć mniej niż niektóre wyższe stopy zawierające MO.

Zużycie i opór szaleństwa

Choć nie jest podstawowym stopem zużycia, Niewygod 718 widać Dobra odporność na zużycie kleju i wściekłość, szczególnie w połączeniach przykręconych i składnikach zaworów działających przy wysokich obciążeniach i temperaturach.

5. Techniki produkcyjne i przetwarzania

Chwila Niewygod 718 wykazuje doskonałe właściwości mechaniczne i odporność na korozję, jego Wysoka siła I tendencja do hardowania pracy Wprowadź wyzwania związane z przetwarzaniem.

Niemniej jednak, jego Fabricality przewyższa wiele innych superalloysów na bazie niklu, ze względu na zrównoważoną chemię i stabilność mikrostrukturalną.

Spawalniczy

• Preferowany proces: Spawanie łuku wolframu gazowego (GTAW lub obrót) jest najczęstszym, Wykorzystanie pasujących metali wypełniaczy, takich jak ERNIFEC-2 Aby zapewnić kompatybilność kompozycyjną.
• Kluczowe rozważania:

• • Precyzyjna kontrola wejścia ciepła (zazwyczaj 100–150 prąd) jest niezbędny, aby zapobiec pękanie z płynnością I gorące pękanie W strefie dotkniętej ciepłem (Haz).
  • Wstępne czyszczenie i chroniąca czystość gazu zmniejsza zanieczyszczenie i porowatość.
  • Po spalonym obróbce cieplnej (PWHT) obejmuje roztwór nerwowy 980° C., a następnie podwójne starzenie się w celu przywrócenia siły mechanicznej i rozkładu osadu.

• Wydajność: Spawane połączenia zwykle zachowują w przybliżeniu 85% o wytrzymałości na rozciąganie metalu bazowego w temperaturze pokojowej i do 90% w podwyższonych temperaturach (~ 650 ° C.), Wykonanie spawania 718 komponenty wysoce niezawodne w krytycznych środowiskach.

Obróbka

• Wyzwania:

• • Inconel 718 Szybka praca- Gdzie twardość obrabianej powierzchni może wzrosnąć nawet o 50% - Podporne do przyspieszonego zużycia narzędzia i naprężenia termiczne.
  • Niska przewodność cieplna powoduje koncentruje się ciepło w strefie cięcia.

• Rozwiązania:

• • Używać Narzędzia do węglików z zaawansowanymi powłokami, takimi jak Tialn Aby poprawić żywotność narzędzi i zmniejszyć przyczepność.
  • Stosować niskie prędkości cięcia (5–10 m/i) w połączeniu z Wyższe wskaźniki pasz Aby zminimalizować gromadzenie się ciepła.
  • Zatrudniać Wysokoperowe chłodzity z ekstremalną presją (Ep) Dodatki do skutecznego rozpraszania ciepła.

• Wpływ kosztów: Ze względu na zużycie narzędzi i wolniejsze prędkości, obróbka obróbki niewygod 718 może być 3 Do 4 Czasy droższe niż zwykłe stale nierdzewne, takie jak 316L, Wpływ na projektowanie części i ekonomia produkcji.

Tworzenie i formowanie

• Gorące kucie:

• • Przeprowadzone między 980° C i 1040 ° C. zmniejszyć granicę plastyczności i zwiększyć plastyczność podczas deformacji.
  • Umożliwia skuteczne udoskonalenie ziarna i jednolity rozkład wzmacniających osadów.
  • Kolejne obróbki cieplne Przywracaj pełne właściwości mechaniczne.

• Formowanie zimna:

• • Ogólnie ograniczone do lekkie zginanie i kształtowanie Ze względu na wysoką siłę stopu i utwardzanie pracy.
  • Wymaga wyżarzanie pośrednie (Około 900 ° C.) złagodzić naprężenia i przywrócić plastyczność w celu uzyskania bardziej złożonych kształtów.

• Staranna kontrola tworzenia parametrów zapobiega wyśmienity I Wady powierzchniowe.

Odlew

• Casting inwestycyjny jest często stosowany do złożonych geometrii, takich jak ostrza turbiny i elementy silnika rakietowego.
• Jednakże, fasonowany (sfałszowane lub zwinięte) form niewygod 718 są bardziej powszechne w przypadku krytycznych aplikacji obciążenia z powodu:

• • Lepsze właściwości mechaniczne- Typowo, Rzuć Inconel 718 eksponaty ~ 10% niższa wytrzymałość na rozciąganie i zmniejszone życie zmęczeniowe w porównaniu do materiału kutego.
  • Bardziej jednolita mikrostruktura i mniej wad odlewania.

• Odlewanie wymaga ścisłej kontroli szybkości zestalania i po obróbce cieplnej po wyrzuceniu w celu zmniejszenia segregacji i porowatości.

Produkcja addytywna

• Ostatnie zaliczki umożliwiły Fuzja laserowa proszkowa (LPBF) I Topienie wiązki elektronów (EBM) niewygod 718.
• AM Oferty:

• • Złożone geometrie bez narzędzi.
  • Zmniejszone marnotrawstwo materiałowe.
  • Drobne mikrostruktury o potencjalnie ulepszonych właściwościach mechanicznych.

• Przetwarzanie końcowe (Hot Isostatic Pressing, obróbka cieplna) pozostaje niezbędna do zmniejszenia porowatości i optymalizacji faz opadów.

6. Obróbka cieplna Inconel 718

Obróbka cieplna ma fundamentalne znaczenie dla osiągnięcia wyjątkowych właściwości mechanicznych Inconel 718.

Proces obejmuje przede wszystkim Wyżarzanie rozwiązania a następnie osad (wiek) hartowanie, który kontroluje rozmiar, dystrybucja, oraz frakcja objętościowa faz wzmacniania kluczowych-głównie γ ″ i γ′-w macierzy na bazie niklu.

• Wyżarzanie rozwiązania: Ogrzewanie do 980–1 065 ° C przez 1–2 godziny, a następnie gaszenie wody. To rozpuszcza nadmiar wytrącania i homogenizuje mikrostrukturę.
• Pośrednie starzenie się: Ogrzewanie do 720 ° C dla 8 godziny, następnie chłodzenie pieca do 620 ° C w 50 ° C/godzinę.
• Ostateczne starzenie się: Trzymanie w 620 ° C dla 8 godziny, Następnie chłodzenie powietrza. Sprzyja to tworzeniu się wytrącania γ ″ i γ ', maksymalizacja siły.

Kontrola fazy δ

• Faza δ (N₃nb) tworzy przede wszystkim wzdłuż granic ziaren 750° C i 900 ° C..
• Podczas gdy niewielkie ilości fazy δ pomagają kontrolować wzrost ziarna i poprawić odporność na pełzanie, Nadmierna faza δ zmniejsza Niobium dostępny do wytrącania γ ″, prowadząc do zmniejszonej siły.
• Harmonogramy obróbki cieplnej są starannie kontrolowane w celu zrównoważenia tworzenia fazy, Zapewnienie optymalnych właściwości mechanicznych i wytrzymałości.

7. Zastosowania Inconel 718

Unikalna kombinacja Inconel 718 Wysoka siła, Doskonała odporność na korozję, I Stabilność termiczna czyni go materiałem z wyboru w szerokiej gamie wymagających branż.

Przemysł lotniczy

• Silniki turbinowe:
  Niewygod 718 jest szeroko używany dyski turbinowe, Ostrza, i pieczęci w silnikach odrzutowych, gdzie wytrzymuje wysokie siły odśrodkowe i podwyższone temperatury (do 650 ° C.) bez uszczerbku dla integralności mechanicznej.
• Rocketry i statek kosmiczny:
  Komponenty takie jak Obudowy silnika rakietowego, Komory ciągu, i łącze skorzystać z jego stosunku siły do masy i doskonałej spawania, Krytyczne dla niezawodności pojazdu uruchomienia.
• Komponenty płatowca:
  Jego odporność na korozję i wytrzymałość zmęczeniowa są idealne Części do lądowania, tuleje, i komponenty strukturalne narażony na surowe środowiska.

Wytwarzanie energii

• Turbiny gazowe:
  Niewygod 718 jest powszechnie używany w Ostrza sprężarki, dyski, i elementy turbiny Ze względu na wytrzymałość o wysokiej temperaturze i odporność na pełzanie.
• Turbiny parowe:
  Wykorzystywane w częściach narażonych na środowiska o wysokiej temperaturze i parowce, gdzie oporność na utlenianie jest niezbędna.

Olej & Sektor gazowy

• Narzędzia doliny:
  Inconel 718 odporność na korozję i wytrzymałość pod wysokim ciśnieniem i temperaturą sprawiają, że jest idealny kołnierze wiertła, stabilizatory, i Packers w trudnych podziemnych środowiskach.
• Zawory i złączki:
  Odporna na pękanie naprężeń siarczkowych i korozję indukowaną chlorkiem, Jest szeroko używany w zawory, lakierki, i naczynia ciśnieniowe Obsługa kwaśnego gazu i płynów korozyjnych.
• Platformy offshore:
  Ekspozycja na środowiska morskie wymaga stopów takich jak Inconel 718 w celu zwalczania korozji słonej i stresu mechanicznego.

Pojawiające się i wyspecjalizowane aplikacje

• Produkcja addytywna:
  Kompatybilność stopu z fuzją złoża laserowego proszku (LPBF) i topienie wiązki elektronów (EBM) umożliwia produkcję kompleksu, Lekkie części wcześniej niemożliwe dzięki tradycyjnej produkcji.
• Szybkie narzędzia obróbki:
  Narzędzia tnące wykonane z Inconel 718 wytrzymać wysokie obciążenia termiczne i mechaniczne, Rozszerzanie żywotności narzędzia w wymagających operacjach.
• Zastosowania kriogeniczne:
  Jego wytrzymałość zachowa w bardzo niskich temperaturach (do -270 ° C.) sprawia, że jest odpowiedni dla Sprzęt do przechowywania i transportu gazu upłynnienia.

8. Ograniczenia wydajności i tryby awarii

• Zmęczenie termomechaniczne (TMF): Niepowodzenie po 500–1 000 cykli (25° C do 650 ° C.) przy połączonym naprężeniu termicznym i mechanicznym, ryzyko w silnikach turbinowych.
• Kruchość termiczna: Przedłużona ekspozycja powyżej 700 ° C powoduje zgrubowanie fazy, Zmniejszenie wytrzymałości przez 30% i rosnące ryzyko złamań.
• Pękanie stresu (SCC): Występuje w gorąco (>100° C.) Rozwiązania chlorkowe (NP., Systemy chłodzenia na morzu) przy stresach >70% granica plastyczności, choć rzadkie w dobrze zaprojektowanych systemach.

9. Zalety i ograniczenia

Niewygod 718 wyróżnia się jako jeden z najbardziej wszechstronnych i szeroko stosowanych superalloysów na bazie niklu, Oferowanie unikalnej kombinacji właściwości, które sprawiają, że jest odpowiedni dla ekstremalnych i wymagających środowisk:

Zalety Inconel 718

Wyjątkowa siła wysokiej temperatury

• Utrzymuje wysoką rozciąganie, dawać, i pełzanie siły do przybliżenia 650° C., przewyższając wiele innych stopów w podobnych warunkach.

Znakomita odporność na korozję i utlenianie

• Tworzy stabilną, Ochronna warstwa tlenku, która opiera się utlenianie w podwyższonych temperaturach.
• Wysoce odporny na chlorek, siarka, i kwaśne środowiska, czyniąc go idealnym do trudnych zastosowań chemicznych i morskich.

Dobra materiał i spawalność

• W przeciwieństwie do wielu innych superalloysów na bazie niklu, Niewygod 718 może być spawany niezawodnie z minimalnym ryzykiem pękania.
• Jego maszyna, podczas trudności, jest lepszy niż wiele innych superalloysów, umożliwianie wydajnej produkcji.

Doskonała odporność na pełzanie i zmęczenie

• Wykazuje doskonałą odporność na Odkształcenie pełzania I Zmęczenie termomechaniczne, Niezbędne dla komponentów turbiny lotniczej i sprzętu do wytwarzania energii.

Wydajność szerokiego zakresu temperatur

• Utrzymuje właściwości mechaniczne z Temperatury kriogeniczne (-270° C.) do wysokich temperatur (~ 650 ° C.).

Stabilność mikrostrukturalna

• Kontrolowane stwardnienie opadów i stabilna mikrostruktura zmniejszają niestabilność fazową i przedłużyć żywotność składników.

Kompatybilność z zaawansowaną produkcją

• Dostosowalne do Produkcja addytywna Techniki takie jak fuzja laserowa proszkowa (LPBF) i topienie wiązki elektronów (EBM), Włączanie złożonych geometrii części.

Ograniczenia Inconel 718

• Wysoki koszt: Surowiec ($40–60/kg) to 8–10 × 316L; Obróbka dodaje 30–50% do kosztów wytwarzania.
• Złożoność przetwarzania: Wymaga specjalistycznego topnienia (Przyszedłem) i narzędzia, Ograniczanie dostępności.
• Sufit temperatury: Nieskuteczne powyżej 650 ° C.; zastąpione przez Inconel 738 lub stopy pojedynczych krystalicznych dla >700° C..

10. Porównanie z innymi materiałami

Niewygod 718 jest często porównywane z innymi superallouszami, stale nierdzewne, i stopy tytanu przy wyborze materiałów do ekstremalnych zastosowań środowiska.

Zrozumienie tych porównań pomaga podkreślić jego mocne i ograniczenia.

Niewygod 718 vs.. Inne Superalloys oparte na niklu

• Streszczenie: Niewygod 718 oferuje zrównoważone połączenie wysokiej wytrzymałości i stosunkowo dobrej możliwości, W przeciwieństwie do niektórych innych superalloysów, które priorytetowo traktują siłę temperatury kosztem produkcji.

Stal nierdzewna vs.. Niewygod 718

• Streszczenie: Niewygod 718 lepsze wyniki stale nierdzewne w podwyższonych temperaturach i w agresywnych warunkach korozji, czyniąc to preferowanym wyborem, gdy wytrzymałość i opór utleniania są krytyczne.

Niewygod 718 vs.. Stopy tytanu

• Streszczenie: Tytan Stopy przodują w stosunku siły do masy i odporności na korozję w umiarkowanych temperaturach, Ale niespokojne 718 pozostaje lepszy w przypadku wyższych zastosowań temperaturowych, w których retencja siły jest niezbędna.

Kluczowe wyniki

• Siła i temperatura: Niewygod 718 oferuje wyjątkową siłę i stabilność w temperaturach do około 700 ° C,
  przewyższając większość stali nierdzewnych i stopów tytanowych, ale nieco mniej niż niektóre wyspecjalizowane Superalloys.
• Fabrilanty: Zapewnia lepszą spawalność i maszyna w porównaniu z wieloma innymi superalloysami na bazie niklu, Zmniejszenie złożoności produkcji i kosztów.
• Odporność na korozję: Niewygod 718 jest wysoce odporny na utlenianie, chlorek, i korozja kwasowa, sprawiając, że jest odpowiedni dla morskiego, chemiczny, oraz środowiska utleniające w wysokiej temperaturze.
• Koszt: Ogólnie droższe niż stale nierdzewne i stopy tytanu, ale oferuje doskonałą wydajność w trudnych środowiskach, w których porażka nie jest opcją.

11. Wniosek

Niewygod 718 pozostaje jednym z najbardziej wszechstronnych i szeroko stosowanych superalloysów w inżynierii o wysokiej wydajności.

Jego wyjątkowa zdolność do łączenia Wysoka siła, Życie zmęczeniowe, Odporność na korozję, I zdolność do adaptacji produkcyjnej sprawia, że jest niezbędny w aplikacjach o krytycznych misji.

Podczas gdy nowsze stopy mogą oferować lepsze właściwości w wysokiej temperaturze, Inconel 718 Możliwość przetwarzania, opłacalność, I Dobrze udokumentowana wydajność Zapewnij jego dalszą dominację w lotniu, energia, oraz zaawansowane sektory produkcyjne.

FAQ

Jaka jest maksymalna temperatura robocza dla Inconel 718?

Wykonuje niezawodnie do 650 ° C (1,200° F) do służby ciągłej. Na krótki czas trwania (minuty do godzin), może wytrzymać do 800 ° C, Ale siła znacznie spadnie powyżej 650 ° C.

Jest niewygodny 718 magnetyczny?

NIE. Jego austenityczna mikrostruktura pozostaje niemagnetyczna we wszystkich warunkach, W przeciwieństwie do dupleksowych stali nierdzewnych lub niektórych stopów niklu-żelaza.

Jak Inconel 718 Porównaj ze stopami tytanowymi?

Niewygod 718 oferuje wyższą siłę w >400° C. (Stopy tytanu szybko tracą siłę powyżej 300 ° C) ale jest gęstszy (8.1 g/cm³ vs..

Ti-6Al-4V 4.43 g/cm³), czyniąc go mniej odpowiednim do krytyki ciężaru, Zastosowania o niskiej temperaturze.

Może się nie udać 718 być używane w wodzie morskiej?

Tak. Jego współczynnik korozji w wodzie morskiej jest <0.02 MM/Rok, dzięki czemu jest odpowiedni dla komponentów podmorskich, chociaż jest to droższe niż 316L lub dupleksowe stale nierdzewne do zastosowań morskich o wysokiej temperaturze.

Co powoduje niewygod 718 porażka?

Wspólne tryby obejmują zmęczenie termomechaniczne (TMF) w silnikach turbinowych, kruchość termiczna powyżej 700 ° C, i rzadkie SCC w środowiskach gorących chlorkowych.

Właściwy projekt (stres <70% dawać) i obróbka cieplna łagodzi te ryzyko.