Insonel 718 Superalkoy | США N07718 | W.NR. 2.4668

1. Введение

Insonel 718 является осажденным осадком на осадке суперсплавов, известного своим высокая прочность при повышенных температурах (до 650 ° C.), Отличная коррозионная стойкость, и Хорошая производительность.

Его сила исходит из уникального сочетания легированных элементов - особенно ниобий, которые образуют фазы укрепления, которые повышают механические характеристики без сварки сварки.

Разработан в 1960S от Special Metals Corporation, Insonel 718 адресованные ключевые недостатки в более ранних сплавах, такие как плохая сварка и ограниченная высокотемпературная прочность.

Сегодня, он играет жизненно важную роль в аэрокосмическая, Производство электроэнергии, и масло & газовая промышленность, где структурная целостность в экстремальных условиях имеет решающее значение.

2. Что такое Inconel 718？

Insonel 718 (США N07718; W.NR. 2.4668) никель-хромий-ниобиум, широко распространенный как «Рабочая лошадка» материал Из -за его исключительного баланса производительности и обработки.

В отличие от многих высокопрочных суперсплавов, он предлагает Отличная высокотемпературная сила рядом превосходная сварка и механизм, Сделайте его очень универсальным в сложных производственных средах.

Его глобальное принятие отражено в многочисленных международных стандартах, включая ASTM B637 (бары и стержни), Амс 5662 (Аэрокосмические расколы), и ИСО 9723 (Технические характеристики европейского стержня и проволоки), Обеспечение постоянного качества и надежности в разных отраслях промышленности.

Химический состав

Свойства Inconel 718 поступает из его тщательно сбалансированной химической композиции:

3. Механические свойства insonel 718 При разных температурах

4. Устойчивость к коррозии и окислению

Insonel 718 предлагает выдающуюся сопротивление широкому диапазону коррозийных средств, делая его очень надежным в приложениях, подвергшихся воздействию агрессивные химические вещества, влага, и Высокотемпературные окислительные условия.

Его коррозионное сопротивление в первую очередь связано с его Высокий никель (В) и хром (Герметичный) содержание, вместе с молибден (МО) и ниобий (Нб) Для усиленной устойчивости к питтинге и расщелинам коррозии.

Коррозионная стойкость

Insonel 718 часто используется в Судене нефтяные инструменты, химические реакторы, крепеж, и теплообменники где коррозия является критическим фактором.

Устойчивость к окислению

Insonel 718 хорошо работает в Окислительные атмосферы до ~ 980 ° C, Хотя это Механическая прочность ограничивает практическое обслуживание ~ 650 ° C.

• Защитная оксидная пленка: Сплав образует Плотный Cr₂o₃ (Хромия) слой, который сопротивляется оттапению и защищает от дальнейшего окисления.
• Термический велосипед: Поддерживает целостность поверхности во время Повторное отопление и охлаждение, Подходит для компонентов реактивного двигателя и турбинного оборудования.
• Сульфидирование: Лучшее сопротивление по сравнению с нержавеющей стали в Высокоульфура Среда сжигания, хотя меньше, чем некоторые более высокие сплавы Mo-содержащих.

Сопротивление износа

Хотя не основной сплав износа, Insonel 718 шоу Хорошее сопротивление к клея, особенно в болтовых соединениях и компонентах клапанов, работающих при высоких нагрузках и температурах.

5. Методы производства и обработки

Пока Insonel 718 демонстрирует превосходные механические свойства и коррозионную стойкость, его Высокая сила и Тенденция работы с работой ввести задачи обработки.

Тем не менее, его Fabricability превосходит многие другие суперсплавы на основе никеля, из -за своей сбалансированной химии и микроструктурной стабильности.

Сварка

• Предпочтительный процесс: Газовая вольфрамовая сварка (GTAW или поворот) самый распространенный, используя соответствующие металлы наполнителя, такие как Ernifecr-2 Для обеспечения композиционной совместимости.
• Ключевые соображения:

• • Точный контроль теплового входа (Обычно 100–150 ток) жизненно важно для предотвращения ликвидное растрескивание и Горячий растрескивание в затронутой тепловой зоне (Азартный).
  • Предварительная очистка и чистота защиты газа уменьшает загрязнение и пористость.
  • Посгипная термообработка (PWHT) включает в себя отжиг решения вокруг 980° C., с последующим двойным старением для восстановления механической прочности и распределения осадков.

• Производительность: Сварные суставы обычно сохраняют приблизительно 85% прочности растягивания базового металла при комнатной температуре и до 90% при повышенных температурах (~ 650 ° C.), Сделать сварной неоснователь 718 Компоненты очень надежны в критических средах.

Обработка

• Проблемы:

• • Inconel 718 Быстрое укрепление работы- Где обработанная поверхностная твердость может увеличиться до 50% - нанесено на ускоренное износ инструмента и тепловые напряжения.
  • Низкая теплопроводность заставляет тепло концентрироваться в зоне резки.

• Решения:

• • Использовать карбид инструментов с расширенными покрытиями, такими как Тилн Чтобы улучшить срок службы инструмента и уменьшить адгезию.
  • Применять Низкая скорость резки (5–10 м/я) в сочетании с Более высокие скорости корма Чтобы минимизировать накопление тепла.
  • Применять Высокопроизводительные охлаждающие жидкости с крайним давлением (Эп) Добавки для эффективного рассеяния тепла.

• Влияние стоимости: Из -за износа инструментов и более медленных скоростей, Обработка insonel 718 может быть 3 к 4 раз больше дороже чем обычные нержавеющие стали, такие как 316L, Влияние части проектирования и экономики производства.

Ковкость и формирование

• Горячая корова:

• • Проводится между 980° C и 1040 ° C. Чтобы уменьшить прочность урожая и увеличить пластичность во время деформации.
  • Позволяет эффективно уточнить зерно и равномерное распределение укрепления осадков.
  • Последующие теплообразные обработки восстанавливают полные механические свойства.

• Холодный формирование:

• • В целом ограничивается сгибание и формирование света Из -за высокой силы сплава и упрочнения работы.
  • Требует промежуточный отжиг (около 900 ° C.) Чтобы снять стресс и восстановить пластичность для более сложных форм.

• Тщательный контроль параметров формирования предотвращает предотвращение трещины и поверхностные дефекты.

Кастинг

• Кастинг по выплавляемым моделям часто используется для сложных геометрий, таких как лезвия турбины и компоненты ракетного двигателя.
• Однако, коричневый (кованый или катящийся) формы из Inconel 718 более распространены для критических приложений с нагрузкой из-за:

• • Лучшие механические свойства- типично, разыгрывать Inconel 718 экспонаты ~ 10% меньше прочности на разрыв и уменьшенная усталостная жизнь по сравнению с кованым материалом.
  • Больше единой микроструктуры и меньшего количества дефектов литья.

• Лить требует строгого контроля скоростей затвердевания и тепловых обработ.

Аддитивное производство

• Последние достижения позволили Лазерная порошковая кровать слияние (LPBF) и Электронный пучок таяния (EBM) из Inconel 718.
• Am предложения:

• • Сложная геометрия без инструментов.
  • Уменьшенные материалы отходы.
  • Тонкие микроструктуры с потенциально улучшенными механическими свойствами.

• Пост-обработка (Горячая изостатическая нажатия, термическая обработка) остается необходимым для снижения пористости и оптимизации фаз осадков.

6. Тепловая обработка uncel 718

Тепловая обработка имеет основополагающее значение для достижения исключительных механических свойств. 718.

Процесс в первую очередь включает Решение отжиг с последующим осадки (возраст) укрепление, который контролирует размер, распределение, и объемная доля ключевых фаз укрепления-в основном γ ″ и γ '-с матрицей на основе никеля.

• Решение отжиг: Нагрев до 980–1,065 ° C в течение 1–2 часов, с последующим утолением воды. Это растворяет избыточные осадки и гомогенизирует микроструктуру.
• Промежуточное старение: Нагревание до 720 ° C для 8 часы, Затем печь охлаждения до 620 ° C при 50 ° C/час.
• Окончательное старение: Держась при 620 ° С для 8 часы, Затем воздушное охлаждение. Это способствует образованию γ ″ и γ ′ осадки, максимизация силы.

ΔPhase Control

• Δ-фаза (N₃nb) формируется в первую очередь по границам зерна между 750° C и 900 ° C..
• В то время как небольшие количества Δphase помогают контролировать рост зерна и повысить устойчивость к ползучести, Чрезмерная δ-фаза уменьшает ниобий, доступный для γ ″ осадков, приводя к уменьшению силы.
• Графики термообработки тщательно контролируются, чтобы сбалансировать образование Δphase, Обеспечение оптимальных механических свойств и жесткости.

7. Заявки на Inconel 718

Unconel 718 уникальная комбинация Высокая сила, Отличная коррозионная стойкость, и тепловая стабильность делает его материалом в широком спектре требовательных отраслей промышленности.

Аэрокосмическая промышленность

• Турбинные двигатели:
  Insonel 718 широко используется для турбинные диски, лезвия, и печати в реактивных двигателях, где он выдерживает высокие центробежные силы и повышенные температуры (до 650 ° C.) без ущерба для механической целостности.
• Ракетика и космический корабль:
  Компоненты, такие как Ракетные моторные чехлы, упорные камеры, и крепежные пользоваться его соотношением силы к весу и отличной сварки, критическое для надежности расков.
• Компоненты планера:
  Его коррозионная устойчивость и сила усталости идеально подходят для Запчасти для шасси, втулки, и структурные компоненты подвергается воздействию суровых средств.

Производство электроэнергии

• Газовые турбины:
  Insonel 718 обычно используется в Компрессорные лезвия, диски, и компоненты турбины Из-за его высокотемпературной силы и сопротивления ползучести.
• Паровые турбины:
  Используются в деталях, подверженных воздействию высокой температуры и паровой среды, где необходимо устойчивость к окислению.

Масло & Газовый сектор

• Суденевые инструменты:
  Коррозионная сопротивление и прочность на Conclel 718 под высоким давлением и температурой делает его идеальным для тренировочные воротники, стабилизаторы, и упаковщики в суровых подземных условиях.
• Клапаны и фитинги:
  Устойчивая к сульфидному стрессу растрескивания и индуцированной хлоридом коррозии, это широко используется в клапаны, насос, и сосуды давления Работа с кислым газом и коррозионными жидкостями.
• Оффшорные платформы:
  Воздействие на морские среды требует сплава, таких как Inconel 718 Для борьбы с коррозией и механическим напряжением соленой воды.

Появляющиеся и специализированные приложения

• Аддитивное производство:
  Совместимость сплава с лазерным порошковым слиянием (LPBF) и таяние электронного луча (EBM) обеспечивает производство комплекса, Легкие детали ранее невозможны с традиционным производством.
• Высокоскоростные инструменты обработки:
  Режущие инструменты, изготовленные из Inconel 718 выдерживая высокие тепловые и механические нагрузки, продление срока службы инструмента в требовательных операциях.
• Криогенные применения:
  Его сохраняющая прочность при чрезвычайно низких температурах (вниз до -270 ° C.) делает это подходящим для сжиженный газовый хранение и транспортное оборудование.

8. Ограничения производительности и режимы отказа

• Термомеханическая усталость (TMF): Терпит неудачу после 500–1000 циклов (25° C до 650 ° C.) под комбинированным тепловым и механическим напряжением, риск турбинных двигателей.
• Тепловое охлаждение: Длительное воздействие выше 700 ° C вызывает уборное Δphase, снижение прочности 30% и увеличение риска перелома.
• Стресс-коррозия трещины (SCC): Происходит в горячих (>100° C.) хлоридные решения (НАПРИМЕР., Оффшорные системы охлаждения) на стрессах >70% прочности урожая, хотя редки в хорошо продуманных системах.

9. Преимущества и ограничения

Insonel 718 выделяется как один из самых универсальных и широко используемых суперсплавов на основе никеля, Предлагая уникальную комбинацию свойств, которые делают его подходящим для экстремальных и требовательных средств:

Преимущества Inconel 718

Исключительная высокотемпературная сила

• Поддерживает высокий растяжение, урожай, и ползучесть силу до примерно 650° C., опережать многие другие сплавы в подобных условиях.

Выдающаяся коррозия и устойчивость к окислению

• Образует конюшню, Защитный оксидный слой, который устойчив к окислению при повышенных температурах.
• Высокий устойчивый к хлористый, сера, и кислотная среда, сделать его идеальным для суровых химических и морских применений.

Хорошая изготовление и сварка

• В отличие от многих других суперпладол, Insonel 718 может быть сварки надежно с минимальными рисками растрескивания.
• Его механизм, в то время как вызов, лучше, чем многие другие суперсплавы, Включение эффективного производства.

Отличная устойчивость к ползучести и усталости

• Демонстрирует превосходное сопротивление деформация ползучести и термомеханическая усталость, необходимо для компонентов аэрокосмической турбины и оборудования для производства электроэнергии.

Широкая производительность температурного диапазона

• Поддерживает механические свойства от криогенные температуры (-270° C.) к высокой температуре (~ 650 ° C.).

Микроструктурная стабильность

• Контролируемое упрочнение осадков и стабильная микроструктура снижает нестабильность фазы и продлевает срок службы компонентов.

Совместимость с расширенным производством

• Адаптируется к аддитивное производство Такие методы, как слияние лазерного порошкового слоя (LPBF) и таяние электронного луча (EBM), Включение сложной части геометрии.

Ограничения Inconel 718

• Высокая стоимость: Сырье ($40–60/кг) 8–10 × 316L; Обработка добавляет 30–50% к затратам на изготовление.
• Сложность обработки: Требует специализированного плавления (Я пришел) и инструмент, ограничивая доступность.
• Температурный потолок: Неэффективно выше 650 ° C.; заменен Inconel 738 или однокристаллические сплавы для >700° C..

10. Сравнение с другими материалами

Insonel 718 часто сравнивают с другими суперплавами, нержавеющие стали, и титановые сплавы при выборе материалов для применения в экстремальной среде.

Понимание этих сравнений помогает подчеркнуть его сильные и ограничения.

Insonel 718 против. Другие никелевые суперсплавы

• Краткое содержание: Insonel 718 предлагает сбалансированное сочетание высокой прочности и относительно хорошей изготовления, В отличие от некоторых других суперсплавов, которые расставляют приоритеты высокой температурной прочности за счет производства.

Нержавеющая сталь против. Insonel 718

• Краткое содержание: Insonel 718 превосходит нержавеющие стали при повышенных температурах и в агрессивных условиях коррозии, Сделать его предпочтительным выбором, когда резистентность к силе и окислению критически важны.

Insonel 718 против. Титановые сплавы

• Краткое содержание: Титан Сплавы превышают отношение к силу к весу и коррозионную стойкость при умеренных температурах, но insonel 718 остается превосходным для более высоких температурных применений, где удержание прочности необходима.

Ключевые выводы

• Сила и температура: Insonel 718 предлагает исключительную прочность и стабильность при температуре до 700 ° C,
  превосходное большинство из нержавеющих сталей и титановых сплавов, но чуть меньше, чем некоторые специализированные суперсплавы.
• Изготавливаемость: Он обеспечивает лучшую сварку и механизм по сравнению со многими другими суперпладами на основе никеля, уменьшение сложности и стоимости производства.
• Коррозионная стойкость: Insonel 718 очень устойчив к окислению, хлористый, и кислотная коррозия, сделать его подходящим для морской пехоты, химический, и высокотемпературные окислительные среды.
• Расходы: Как правило, дороже, чем нержавеющие стали и титановые сплавы, но предлагает превосходную производительность в суровых условиях, где сбой не вариант.

11. Заключение

Insonel 718 остается одним из самых универсальных и широко используемых суперсплавов в высокопроизводительной технике.

Его уникальная способность объединять Высокая сила, усталостная жизнь, коррозионная стойкость, и Производство адаптивности делает его незаменимым в критически важных приложениях.

В то время как новые сплавы могут предлагать лучшие высокотемпературные свойства, Inconel 718 Обрабатываемость, экономическая эффективность, и хорошо документированная производительность Обеспечить его продолжение доминирования в аэрокосмической промышленности, энергия, и передовые производственные сектора.

Часто задаваемые вопросы

Какова максимальная рабочая температура для uncel 718?

Он выполняет надежно до 650 ° C (1,200° F.) для непрерывного обслуживания. За короткие продолжительности (минуты до часов), он может выдержать до 800 ° C, Но сила значительно снижается выше 650 ° C.

Это нельзя 718 магнитный?

Нет. Его аустенитная микроструктура остается немагнитной во всех условиях, В отличие от дуплексных нержавеющих сталей или некоторых никель-железных сплавов.

Как это происходит 718 Сравните с титановыми сплавами?

Insonel 718 предлагает более высокую силу в >400° C. (Титановые сплавы быстро теряют силу выше 300 ° C) но плотно (8.1 G/CM³ VS.

TI-6AL-4V 4.43 G/CM³), сделать его менее подходящим для критического веса, низкотемпературные приложения.

Может неуверенно 718 использовать в морской воде?

Да. Уровень коррозии в морской воде <0.02 мм/год, сделать его подходящим для подводных компонентов, Хотя это дороже, чем 316L или дуплексные нержавеющие стали для морских приложений, невыразившихся.

Что вызывает Inconel 718 потерпеть неудачу?

Общие моды включают термомеханическую усталость (TMF) В турбинных двигателях, тепловое охлаждение выше 700 ° C, и редкий SCC в горячих хлоридных средах.

Правильный дизайн (стресс <70% урожай) и термообработка снижает эти риски.