Inconel 718 je vzácna zliatina niklu, ktorej pevnosť neexistuje, kým ju nevytvorí tepelné spracovanie. V žíhanom stave je to skromný materiál triedy 1000 MPa-; po dvojkrokovej precipitačnej úprave dosahuje minimálnu pevnosť v ťahu 1270 MPa s medzou klzu nad 1030 MPa a tento rozdiel je hlavným dôvodom, prečo je zliatina špecifikovaná v rotačných strojoch a tlakových zariadeniach.
Čo je Inconel 718?
Inconel 718 (UNS N07718, EN 2.4668)je precipitačná-vytvrditeľná zliatina niklu-chrómu-zosilnená dvoma intermetalickými fázami: gama dvojitá -primárna (g″, Ni3Nb) ako primárna fáza vytvrdzovania a gama primárna fáza (g′, Ni3 (Al,Ti)) ako sekundárna fáza.
Zliatina je medzi superzliatinami niklu neobvyklá v tom, že jej odozva na starnutie-vytvrdzovania je pomalá, čo je presne to, čo ju robí zvariteľnou bez praskania, ktoré trápi rýchlo{1}}starnúce zliatiny, ako je X-750. Zachováva si vysokú pevnosť od kryogénnych teplôt až do približne 650 stupňov (1200 stupňov F), čo je pracovná obálka, ktorú väčšina údajových listov uvádza pre dlhodobú službu.
| Položka | Hodnota |
|---|---|
| UNS číslo | N07718 |
| EN / Werkstoff číslo | 2.4668 |
| Bežné mená | Inconel 718, zliatina 718, nikel 718, NiCr19Fe19Nb5Mo3 (EN skratka) |
| Rodina | Zrážky-vytvrditeľné Ni-Cr-Fe-Nb-Mo |
| Posilňovací mechanizmus | g″ (Ni3Nb) primárne + g′ (Ni3(Al,Ti)) sekundárne |
| Hustota | 8,19 g/cm3 (0,296 lb/in3) |
| Rozsah topenia | 1320–1390 stupňov (2410–2540 stupňov F) |
| Použiteľný rozsah služieb | -250 stupňov až +650 stupňov dlhodobo |
Chemické zloženie
Nižšie uvedené zloženie je štandardná akceptačná obálka používaná AMS 5662 / AMS 5663 a ASTM B637 pre tyče a výkovky. Niób je definujúcim prvkom: tvorí Ni3Nb gama dvojitú-zrazeninu počas starnutia a jej rozsah je prísne kontrolovaný, pretože príliš málo nióbu znižuje odozvu tvrdnutia, zatiaľ čo príliš veľa podporuje segregáciu a Lavesovu fázu. Železo tu nie je nečistotou, ale zámerným vyrovnávacím prvkom, ktorý spomaľuje reakciu starnutia a zlepšuje spracovateľnosť.
| Prvok | min (%) | Max (%) | Role |
|---|---|---|---|
| Nikel + kobalt (Ni + Co) | 50.0 | 55.0 | Základná matica; vysoká-teplotná pevnosť |
| chróm (Cr) | 17.0 | 21.0 | Odolnosť proti oxidácii a korózii |
| Železo (Fe) | Zostatok | - | Maticová rovnováha; spomaľuje odozvu starnutia pre zvárateľnosť |
| niób + tantal (Nb + Ta) | 4.75 | 5.50 | Tvary g″; primárny vytvrdzovací prvok |
| molybdén (Mo) | 2.80 | 3.30 | Posilnenie solídneho-riešenia |
| titán (Ti) | 0.65 | 1.15 | Formy g'; spolu{0}}zrážač |
| hliník (Al) | 0.20 | 0.80 | Formy g'; spolu{0}}zrážač |
| kobalt (Co) | - | 1.00 | Limit nečistôt vo väčšine špecifikácií |
| uhlík (C) | - | 0.08 | Udržujte nízke, aby sa zabránilo krehnutiu karbidu |
| mangán (Mn) | - | 0.35 | Kontrola nečistôt |
| kremík (Si) | - | 0.35 | Kontrola nečistôt |
| fosfor (P) | - | 0.015 | Kontrola nečistôt |
| síra (S) | - | 0.015 | Kontrola nečistôt; kritické pre spracovateľnosť za tepla |
| meď (Cu) | - | 0.30 | Limit nečistôt |
| bór (B) | - | 0.006 | Mikro-zliatina pre-hranicu zrna |
Zrážací mechanizmus: Prečo tepelné spracovanie vytvára silu
V žíhanom stave je Inconel 718 tuhá-zliatina v roztoku so strednou pevnosťou, s minimálnou pevnosťou v ťahu približne 1030 MPa v stave AMS 5662.
Precipitačným tepelným spracovaním sa zliatina dostane na minimálnu pevnosť v ťahu 185 ksi (1276 MPa), pretože núti, aby sa v mikroštruktúre udiali dve veci: atómy nióbu, titánu a hliníka, ktoré sú rozpustené v matrici po spracovaní v roztoku, vychádzajú z roztoku ako častice Ni3Nb a Ni3(Al,Ti) v nanometrovej škále; a tie častice prichytia dislokačný pohyb, ktorý by inak umožnil plastickú deformáciu.
Dvoj{0}}cyklus starnutia existuje, pretože dve fázy reagujú pri rôznych teplotách: prvý krok pri teplote 1325 °F nukleuje fázu g″ a druhý krok pri teplote 1150 °F jej umožňuje rásť do veľkosti, ktorá poskytuje optimálnu rovnováhu pevnosti-húževnatosti. Preskočenie alebo skrátenie ktoréhokoľvek kroku ponecháva zliatinu pod-vytvrdenú, a preto sú záznamy o tepelnom spracovaní-pre 718 dôležitejšie ako pre takmer akúkoľvek inú zliatinu niklu.
Dodacie podmienky: AMS 5662, AMS 5663 a AMS 5664
Pri obstarávaní tyčí, výkovkov a rúr Inconel 718 dominujú tri podmienky AMS. Je to rovnaká chémia; rozdiel je úplne v stave tepelného spracovania-a každý má v dodávateľskom reťazci inú úlohu.
| Špecifikácia | Podmienka | Minimálne vlastnosti (izbová teplota) | Typické použitie v dodávateľskom reťazci |
|---|---|---|---|
| AMS 5662 | Ošetrené roztokom (žíhané) | UTS 1034 MPa (150 ksi) min, YS 517 MPa (75 ksi) min | Surovina na obrábanie; dostatočne mäkké, aby sa dali ľahko rezať |
| AMS 5663 | Ošetrené roztokom + precipitáciou vytvrdené | UTS 1276 MPa (185 ksi) min, YS 1034 MPa (150 ksi) min, EL 12 % min, RA 15 % min | Otočný hardvér a prítlačné diely-pripravené na servis |
| AMS 5664 | Vyššia-pevnosť za studena-+ starší variant | Pevne presahuje AMS 5663 | Spojovacie prvky a diely vyžadujúce maximálnu pevnosť |
Pre potrubné a tlakové zariadenia je logika obstarávania nasledovná: objednať AMS 5662, keď dielec musí byť najskôr opracovaný alebo ohnutý a neskôr vytvrdený, a objednať AMS 5663, keď diel bude dodaný v konečnom stave.
Bežnou chybou pri zdroji je vyžiadanie rúry AMS 5663 a jej následné opracovanie alebo -ohýbanie za studena-vo vlastnej réžii, čo pri práci-stvrdne a môže zdeformovať súčiastku, ktorá už bola v plnej sile; správna cesta pre opracované-zo-surových dielov je AMS 5662, po ktorej nasleduje cyklus riadeného starnutia.
Cesta tepelného spracovania
Štandardný cyklus precipitačného vytvrdzovania podľa AMS 5663 je dvojkroková úprava. Roztoková úprava pred starnutím rozpúšťa tvrdnúce prvky a nastavuje veľkosť zrna; kroky starnutia nukleujú a rastú precipitáty.
| Krok | Teplota | Čas / Chladenie | Účel |
|---|---|---|---|
| Roztokové žíhanie | 927–1010 stupňov (1700–1850 stupňov F) | Držte podľa veľkosti sekcie, chladte vzduchom alebo rýchlejšie | Nb, Ti, Al sa rozpustí; nastaviť veľkosť zrna |
| Krok starnutia 1 | 718 stupňov (1325 stupňov F) | 8 hodín | Nukleárna g″ (Ni3Nb) fáza |
| Krok starnutia 2 | 621 stupňov (1150 stupňov F) | Chladenie pece od kroku 1; celkový čas starnutia 18 h; chladiť vzduchom | Narastajte g″ a g′ na optimálnu veľkosť |
Trasa 1325/1150 stupňov F je štandardom AMS. Poznámka pre výrobcov: zliatina vykazuje po vytvrdzovaní precipitáciou kontrakciu približne 0,0008 palca/palec, takže presné-obrobené rozmery by mali byť nastavené pred starnutím alebo kontrakciou započítanou do prídavku na opracovanie.
Fyzikálne a mechanické údaje
Nižšie uvedená tabuľka kombinuje fyzikálne konštanty s reprezentatívnym mechanickým správaním pri teplote. Minimálne-teploty miestnosti sú zmluvné, zvýšené-teploty sú typické hodnoty pre návrh.
| Nehnuteľnosť | Hodnota |
|---|---|
| Hustota | 8,19 g/cm3 |
| Modul pružnosti, izbová teplota | 200 GPa (29 x 10³ ksi) |
| Priemerný CTE, 20–300 stupňov | 13.9 µm/m·K |
| Tepelná vodivosť, izbová teplota | 11.4 W/m·K |
| UTS, žíhané (AMS 5662 min) | 1034 MPa |
| UTS, vek (AMS 5663 min) | 1276 MPa |
| YS, vo veku (AMS 5663 min) | 1034 MPa |
| Predĺženie, starnutie (AMS 5663 min) | 12% |
| Tvrdosť, starnutie (typické) | 331 HBW min (približne 36 HRC) |
Vysoká{0}}teplota a kryogénne správanie
Rovnaká precipitačná štruktúra, ktorá dodáva 718 jeho pevnosť pri izbovej-teplote, je stabilná približne do 650 stupňov , čo je dôvod, prečo si zliatina zachováva použiteľnú pevnosť v ťahu a tečení v rozsahu turbíny a vrtu. Typické vlastnosti po starnutí pri 650 stupňoch stále vykazujú okolo 1 100 MPa v ťahu a pevnosť v ťahu-pretrhnutie je dôvodom, prečo je 718 štandardná rotačná- zliatina hardvéru.
Na druhom konci obalu nemá austenitická matrica žiadny prechod z ťažného-do{1}}krehkého prechodu, takže zliatina je široko používaná v kryogénnych nádržiach a ventiloch až po teploty kvapalného-vodíka. Táto kombinácia, vysoká pevnosť pri oboch teplotných extrémoch so zvárateľnosťou medzi nimi, je dôvodom, prečo žiadna iná zliatina niklu nezodpovedá počtu špecifikácií v letectve a kozmonautike, rope-a{5}}plyne.
Zváranie a výroba
Inconel 718je zvarený zodpovedajúcim niklovým-základom v triede ERNiFeCr-2 (AWS A5.14), známej rodine výplní Inconel 718. Zliatinu možno zvárať buď v žíhanom stave alebo v stave starnutia; pomalá odozva starnutia znamená, že oblasť ovplyvnená teplom-nepraská po zváraní tak, ako to robia rýchlo starnúce zliatiny.
Pri zváraní v žíhanom stave a následnom starnutí zvarový kov vyvíja veľkú časť pevnosti základného-kovu, a preto sú zvarence zvyčajne navrhnuté ako materiál AMS 5662 plus cyklus starnutia po-zváraní. Tvarovanie za studena je v žíhanom stave jednoduché; starý materiál je dostatočne pevný na to, aby sa tvárnenie vykonalo pred precipitačným vytvrdzovaním. Poznámky k obrábaniu odzrkadľujú ostatné zliatiny niklu: pevné nastavenie, pozitívny posuv a ostré nástroje, aby sa zabránilo mechanickému spevneniu.
Normy a formuláre produktov
| Formulár | Riadiaci štandard | Typický rozsah |
|---|---|---|
| Tyč, tyč, drôt | ASTM B637 / AMS 5662, 5663, 5664 | Priemer 6–300 mm |
| Bezšvíkové potrubie a rúrka | AMS 5662-trasa, podľa projektovej špecifikácie | OD 21,3 – 168,3 mm (NPS 1/2 – 6) |
| Tanier, list, pás | ASTM B670 / AMS 5596, 5597 | Hrúbka 0,5–100 mm |
| Výkovky a prstene | ASTM B637 | Podľa výkresu |
| Spojovacie prvky | Varianty AMS 5662/5663 + NACE MR0175 | Podľa výkresu |
Aplikácie
- Letectvo a kozmonautika: kotúče turbín, lopatky kompresorov, hriadele motora, kryty a upevňovacie prvky
- Raketové motory: turbočerpadlá, skrine, ťahové komponenty
- Ropa a plyn: vrtné nástroje, kryty MWD/LWD, hriadele čerpadiel, bezpečnostné ventily, komponenty ústia vrtu podľa NACE MR0175 / API 6A CRA
- Kryogénne: nádrže na LNG a vodík, ventily, prepravné potrubie
- Jadrové: vnútorné časti reaktora a komponenty riadiacej tyče-
- Priemyselné: vysokoteplotné{0}}pružiny, spojovacie prvky, matrice a nástroje
Bežné chyby pri obstarávaní
- Objednávanie rúry AMS 5663 a jej opracovanie-vo vlastnej réžii, pričom na obrobenom povrchu sa stráca stav starnutia
- Za predpokladu, že všetkých 718 certifikátov je rovnakých: stav (žíhaný vs. zostarnutý) musí byť uvedený na PO
- Preskočenie druhého kroku starnutia pri 1150 stupňoch F, po ktorom zostane zliatina pod-vytvrdená
- Ignorovanie 0,0008 in/in starnutia kontrakcie v presných rozmeroch
- Použitie plniva triedy 625 na 718, ktoré mení chémiu zvarového kovu a znižuje pevnosť pri starnutí
FAQ
Otázka: Aký je rozdiel medzi AMS 5662 a AMS 5663 Inconel 718?
AMS 5662 je riešením-v žíhanom stave s minimálnou pevnosťou v ťahu približne 1034 MPa; AMS 5663 je rovnaký materiál precipitovaný-vytvrdený na minimálnu pevnosť v ťahu 1276 MPa. Objednávka 5662 na obrábanie a tvárnenie, potom vek; objednajte si 5663 na diely-pripravené na servis.
Otázka: Ako je Inconel 718 tvrdený?
V dvoch{0}}krokoch: 8 hodín pri teplote 718 stupňov (1325 stupňov F), potom ochladenie pece na 621 stupňov (1150 stupňov F) na celkovú dobu starnutia 18 hodín, potom ochladenie vzduchom. Ošetrenie precipituje Ni3Nb (g″) a Ni3(Al,Ti) (g′) fázy, ktoré spôsobujú dislokácie.
Otázka: Akú teplotu môže Inconel 718 vydržať?
Dlhodobá-prevádzka do teploty približne 650 stupňov (1200 stupňov F) s dobrým kryogénnym výkonom až do -250 stupňov . Nad 650 stupňov dochádza k prebytkom fázy g″ a poklesu pevnosti.
Otázka: Je Inconel 718 zvárateľný?
Áno, nezvyčajne v prípade precipitačnej-zliatiny niklu, pretože jej odozva na starnutie je pomalá. Použite výplň ERNiFeCr-2; zvar v žíhanom stave a následne starne pre pevnosť zvaru blízku-základnému kovu.
Otázka: Aké normy pokrývajú Inconel 718?
ASTM B637 (tyč a výkovky), ASTM B670 (doska), AMS 5662/5663/5664 (aerokozmické podmienky), plus varianty NACE MR0175/ISO 15156 a API 6A CRA pre ropu a plyn.
Otázka: Môže sa Inconel 718 použiť v kyslej službe?
Áno, 718 je jedna z mála vysokopevnostných zliatin uvedených v NACE MR0175/ISO 15156 pre kyslé prostredia s limitmi tvrdosti, ktoré musia byť overené na certifikáte
