inconel 718 Superalkoy | 美国N07718 | W.Nr. 2.4668

1. 介绍

inconel 718 是一种以降水为基的，基于镍的超级合金 高温下的高强度 (最多650°C), 优异的耐腐蚀性, 和 良好的制造性.

它的强度来自合金元素的独特组合，尤其是 铌, 哪个形成硬化阶段可以增强机械性能而不损害焊缝.

在 1960S特别金属公司, inconel 718 解决了早期合金中的主要缺点, 例如较差的可焊性和有限的高温强度.

今天, 它在 航天, 发电, 和石油 & 天然气行业, 在极端条件下结构完整性至关重要的地方.

2. 什么是Inconel 718？

inconel 718 (美国N07718; W.Nr. 2.4668) 是一种镍 - 奇异氮物超合金，被广泛认为是 “主力”材料 由于其性能和加工性的特殊平衡.

与许多高强度超级合金不同, 它提供 出色的高温强度 旁边 卓越的可焊性和可加工性, 使其在复杂的制造环境中具有高度通用性.

其全球采用反映在众多国际标准中, 包括 ASTM B637 (棒材和棒材), AMS 5662 (航空航天级锻件), 和 ISO 9723 (欧洲棒材和线材规格), 确保各行业一致的质量和可靠性.

化学组成

Inconel 718 的特性源自其精心平衡的化学成分:

3. inconel的机械性能 718 在不同的温度下

4. 腐蚀和氧化阻力

inconel 718 对各种腐蚀性环境提供了出色的抵抗力, 使其在暴露的申请中非常可靠 积极的化学物质, 水分, 和 高温氧化条件.

它的耐腐蚀性主要是由于 高镍 (在) 和 铬 (Cr) 内容, 以及 钼 (莫) 和 铌 (NB) 为了增强凹痕和缝隙腐蚀性.

耐腐蚀性

inconel 718 经常在 井下油田工具, 化学反应堆, 紧固件, 和 热交换器 腐蚀是关键因素.

氧化抗性

inconel 718 表现良好 氧化大气最高〜980°C, 虽然它是 机械强度限制实际服务至〜650°C.

• 保护性氧化物膜: 合金形成 密集的cr₂o₃ (Chromia) 层, 抵抗剥落并防止进一步氧化.
• 热循环: 保持表面完整性 重复加热和冷却, 适用于喷气发动机组件和涡轮硬件.
• 硫化: 与不锈钢相比 高硫 燃烧环境, 虽然少于一些含Mo的合金.

磨损和抗阻

虽然不是主要穿着合金, inconel 718 显示 良好的抵抗力对粘合剂磨损和壁虎, 特别是在高载荷和温度下运行的螺栓接缝和阀成分中.

5. 制造技术

尽管 inconel 718 具有出色的机械性能和耐腐蚀性, 它是 高力量 和 制成的趋势 引入处理挑战.

尽管如此, 它是 纤维性超过许多其他基于镍的超级合金, 由于其平衡的化学和微观结构稳定性.

焊接

• 首选过程: 气钨电弧焊接 (GTAW或转弯) 是最常见的, 利用匹配的填充金属，例如 Ernifecr-2 确保组成兼容性.
• 主要考虑因素:

• • 精确控制热量输入 (通常100–150 A电流) 对于预防至关重要 液化破裂 和 热开裂 在热影响区 (热影响区).
  • 预焊接清洁 并屏蔽气体纯度减少污染和孔隙率.
  • 焊后热处理 (PWHT) 涉及解决方案退火 980°C, 然后进行双重衰老以恢复机械强度和沉淀分布.

• 表现: 焊接的关节通常保留 85% 碱金属在室温下的拉伸强度 然后 90% 在升高温度下 (〜650°C), 制作焊接的inconel 718 在关键环境中高度可靠的组件.

加工

• 挑战:

• • Inconel 718 快速工作硬化 - 机加工表面硬度可以增加高达50％的地方 - 导致工具磨损和热应力加速.
  • 低热导率会导致热量在切割区域.

• 解决方案:

• • 使用 碳化物工具 带有高级涂料，例如 蒂恩 改善工具寿命并减少粘附.
  • 申请 低切割速度 (5–10 m/i) 与 较高的饲料率 为了最大程度地堆积.
  • 采用 高性能冷却剂 有极大的压力 (EP) 添加剂可有效散热.

• 成本影响: 由于磨损和速度较慢, 加工inconel 718 可以 3 到 4 倍贵 比316升的常见不锈钢, 影响零件设计和生产经济学.

锻造和形成

• 热锻造:

• • 进行 980°C和1,040°C 降低屈服强度并增加变形期间的延展性.
  • 允许有效的晶粒细化和加强沉淀的均匀分布.
  • 随后的热处理恢复完整的机械性能.

• 冷形成:

• • 通常仅限于 轻弯曲和塑形 由于合金的高强度和工作硬化.
  • 需要 中级退火 (约900°C) 减轻应力和恢复延展性以使其形状更复杂.

• 仔细控制形成参数 破裂 和 表面缺陷.

铸件

• 熔模铸造 通常用于复杂的几何形状，例如涡轮叶片和火箭电机组件.
• 然而, 锻 (锻造或滚动) 表格 inconel 718 由于临界负载应用程序更为常见:

• • 更好的机械性能-通常, 铸造inconel 718 展览 〜降低拉伸强度10％ 与锻造材料相比，疲劳寿命降低.
  • 更多均匀的微观结构和更少的铸造缺陷.

• 铸造需要严格控制凝固速率和铸造后热处理以减少隔离和孔隙率.

增材制造

• 最近的进步已启用 激光粉床融合 (LPBF) 和 电子束熔化 (EBM) inconel 718.
• AM优惠:

• • 复杂的几何形状而无需工具.
  • 减少材料废物.
  • 具有潜在改善机械性能的精细微观结构.

• 后处理 (热等静止, 热处理) 对于降低孔隙度和优化降水阶段仍然至关重要.

6. inconel的热处理 718

热处理对于实现不合理的特性至关重要 718.

该过程主要涉及 解决方案退火 其次是 沉淀 (年龄) 硬化, 控制大小, 分配, 关键加强阶段的体积分数 - γ''和γ' - 基于镍基质的基质.

• 解决方案退火: 加热至980–1,065°C 1-2小时, 其次是淬火. 这溶解了多余的沉淀并使微观结构均匀.
• 中级老化: 加热至720°C 8 小时, 然后以50°C/小时的速度冷却至620°C.
• 最终衰老: 在620°C下保持 8 小时, 然后空气冷却. 这促进了γ'和γ'沉淀的形成, 最大化强度.

δ相控制

• δ相 (n₃nb) 主要沿着晶界形式 750°C和900°C.
• 而少量的δ相有助于控制晶粒的生长并改善蠕变抗性, 过多的δ相可减少可用于γ'沉淀的niobium, 导致力量降低.
• 仔细控制热处理计划以平衡δ相的形成, 确保最佳的机械性能和韧性.

7. inconel的申请 718

Inconel 718的独特组合 高力量, 优异的耐腐蚀性, 和 热稳定性 使其成为广泛苛刻行业的首选材料.

航空业

• 涡轮发动机:
  inconel 718 广泛用于 涡轮盘, 刀片, 和密封 在喷气发动机中, 它可以承受高离心力和温度升高的地方 (最多650°C) 没有损害机械完整性.
• 火箭和航天器:
  组件，例如 火箭电机盒, 推室, 和紧固件 受益于其强度比率和出色的可焊性, 对启动车辆可靠性至关重要.
• 机身组件:
  它的耐腐蚀性和疲劳强度是理想的选择 起落架零件, 衬套, 和结构组件 暴露于恶劣的环境.

发电

• 燃气轮机:
  inconel 718 通常在 压缩刀片, 光盘, 和涡轮组件 由于其高温强度和抗蠕变性.
• 汽轮机:
  用于暴露于高温和蒸汽环境的零件, 其中必不可少的氧化性.

油 & 天然气部门

• 井下工具:
  Inconel 718在高压和温度下的耐腐蚀性和强度使其非常适合 钻领, 稳定器, 和包装工 在恶劣的地下环境中.
• 阀门和配件:
  耐硫化物应力裂纹和氯化物诱导的腐蚀, 它被广泛使用 阀, 泵, 和压力容器 处理酸气和腐蚀性液体.
• 离岸平台:
  暴露于海洋环境需要合金等合金 718 打击盐水腐蚀和机械应力.

新兴和专业申请

• 增材制造:
  合金与激光粉床融合的兼容性 (LPBF) 和电子束熔化 (EBM) 使复杂的生产, 以前不可能使用传统制造的轻量级零件.
• 高速加工工具:
  切割工具由Inconel制成 718 承受高热和机械载荷, 在苛刻的操作中延长工具寿命.
• 低温应用:
  它在极低的温度下保留了韧性 (向下至-270°C) 使其适合 液化气体存储和运输设备.

8. 性能限制和故障模式

• 热机械疲劳 (TMF): 500–1,000周期后失败 (25°C至650°C) 在组合的热应力下, 涡轮发动机的风险.
• 热闪光: 长时间的暴露于700°C以上导致δ相变厚, 减少韧性 30% 并增加断裂风险.
• 应力腐蚀破裂 (SCC): 发生在热中 (>100°C) 氯化物溶液 (例如。, 离岸冷却系统) 应力 >70% 屈服强度, 尽管在设计良好的系统中很少见.

9. 优点和局限性

inconel 718 脱颖而出是用途最广泛，最广泛使用的镍超级合金之一, 提供独特的属性组合，使其适合极端和苛刻的环境:

inconel的优势 718

出色的高温强度

• 保持高拉张, 屈服, 和大约爬行的力量 650°C, 在类似条件下，超过许多其他合金.

出色的腐蚀和氧化耐药性

• 形成稳定, 在高温下抵抗氧化的保护性氧化物层.
• 高度抗性 氯化物, 硫, 和酸性环境, 使其非常适合苛刻的化学和海洋应用.

良好的易纤维性和可焊性

• 与许多其他基于镍的超级合金不同, inconel 718 可以 可靠的焊接 有最小的破裂风险.
• 它是 可加工性, 虽然具有挑战性, 比许多其他超级合金更好, 实现有效的制造.

出色的蠕变和抗疲劳性

• 表现出卓越的抵抗力 蠕变变形 和 热机械疲劳, 航空航天涡轮组件和发电设备必不可少的.

宽温度范围性能

• 维持机械性能 低温温度 (-270°C) 高温 (〜650°C).

微观结构稳定性

• 受控的降水硬化和稳定的微观结构降低了相位不稳定性和延长组分寿命.

与高级制造的兼容性

• 适应 增材制造 激光粉床融合等技术 (LPBF) 和电子束熔化 (EBM), 启用复杂部分几何形状.

inconel的局限性 718

• 高成本: 原料 ($40–60/kg) 为8–10×316L; 加工增加了30-50％的制造成本.
• 处理复杂性: 需要专门的熔化 (我来了) 和工具, 限制可访问性.
• 温度天花板: 在650°C以上无效; 由Inconel取代 738 或单晶合金 >700°C.

10. 与其他材料进行比较

inconel 718 经常将其与其他超级合金相提并论, 不锈钢, 和钛合金在为极端环境应用选择材料时.

了解这些比较有助于突出其优势和局限性.

inconel 718 vs. 其他基于镍的超级合金

• 概括: inconel 718 提供高强度和相对良好的可加工性的平衡组合, 与其他一些以牺牲可制造性为代价优先考虑高温强度的高温合金不同.

不锈钢与. inconel 718

• 概括: inconel 718 胜过 不锈钢 在高温和侵蚀性腐蚀条件下, 当强度和抗氧化性至关重要时，它是首选.

inconel 718 vs. 钛合金

• 概括: 钛 合金在中等温度下具有优异的强度重量比和耐腐蚀性, 但铬镍铁合金 718 对于强度保持至关重要的高温应用仍然具有优越性.

关键要点

• 强度和温度: inconel 718 在高达约700°C的温度下提供出色的强度和稳定性,
  超过大多数不锈钢和钛合金, 但略低于一些专业的超级合金.
• 织造性: 与许多其他基于镍的超级合金相比, 降低制造复杂性和成本.
• 耐腐蚀性: inconel 718 对氧化具有高度抗性, 氯化物, 和酸腐蚀, 使其适合海洋, 化学, 和高温氧化环境.
• 成本: 通常，比不锈钢和钛合金昂贵，但在无法选择的恶劣环境中提供出色的性能.

11. 结论

inconel 718 仍然是高性能工程中用途广泛，最广泛使用的超级合金之一.

它独特的结合能力 高力量, 疲劳生活, 耐腐蚀性, 和 制造适应性 使其在关键任务应用中必不可少.

虽然较新的合金可能会提供更好的高温特性, Inconel 718 加工性, 成本效益, 和 有据可查的性能 确保其在航空航天中的持续统治地位, 活力, 和高级制造业.

常见问题解答

inconel的最高工作温度是多少 718?

它的性能可靠至650°C (1,200°f) 进行连续服务. 短时间 (几分钟到小时), 它最多可以承受800°C, 但是强度显着下降了650°C.

是不合情的 718 磁的?

不. 在所有条件下, 与双面不锈钢或一些镍铁合金不同.

不合理如何 718 与钛合金相比?

inconel 718 提供更高的优势 >400°C (钛合金在300°C以上迅速失去强度) 但是很密集 (8.1 g/cm³vs.

ti-6al-4v 4.43 g/cm³), 使其不适合重量关键, 低温应用.

可以不合情 718 在海水中使用?

是的. 它在海水中的腐蚀率是 <0.02 mm/年, 使其适用于海底组件, 尽管它比316升或双层不锈钢更昂贵，用于非高温海洋应用.

是什么原因导致inconel 718 失败?

常见模式包括热机械疲劳 (TMF) 在涡轮发动机中, 高于700°C以上的热闪光, 和热氯化环境中的稀有SCC.

适当的设计 (压力 <70% 屈服) 热处理减轻这些风险.