Inconel 718 este aliajul rar de nichel a cărui rezistență nu există până când tratatorul termic îl creează. În starea recoaptă este un material de clasă modestă de 1000 MPa-; după tratamentul de precipitare în două-etape, atinge la tracțiune minimă 1270 MPa cu un randament peste 1030 MPa, iar această diferență este motivul pentru care aliajul este specificat în mașinile rotative și echipamentele sub presiune.
Ce este Inconel 718
Inconel 718 (UNS N07718, EN 2.4668)este un aliaj de fier întărit prin precipitare-nichel-crom-fier întărit de două faze intermetalice: gamma dublu-prim (g″, Ni3Nb) ca fază de întărire primară și gamma prim (g′, Ni3(Al,Ti)) ca fază secundară.
Aliajul este neobișnuit în rândul superaliajelor de nichel, deoarece răspunsul său la întărire-în vârstă este lent, ceea ce este exact ceea ce îl face sudabil fără fisurarea care afectează aliajele cu îmbătrânire rapidă-, cum ar fi X-750. Menține rezistența ridicată la temperaturile criogenice de până la aproximativ 650 de grade (1200 de grade F), care este plicul de lucru citat de cele mai multe fișe de date pentru servicii pe termen lung.
| Articol | Valoare |
|---|---|
| Număr UNS | N07718 |
| RO / Număr Werkstoff | 2.4668 |
| Nume comune | Inconel 718, aliaj 718, nichel 718, NiCr19Fe19Nb5Mo3 (scuritate EN) |
| Familial | Precipitații-Ni-Cr-Fe-Nb-Mo |
| Mecanism de consolidare | g″ (Ni3Nb) primar + g′ (Ni3(Al,Ti)) secundar |
| Densitate | 8,19 g/cm3 (0,296 lb/in3) |
| Interval de topire | 1320–1390 grade (2410–2540 grade F) |
| Gama de servicii utilizabilă | -250 de grade până la +650 grade pe termen lung |
Compoziție chimică
Compoziția de mai jos este plicul de acceptare standard utilizat de AMS 5662 / AMS 5663 și ASTM B637 pentru bare și forjare. Niobiul este elementul definitoriu: formează precipitatul Ni3Nb gamma dublu-prime în timpul îmbătrânirii, iar intervalul său este controlat strâns deoarece prea puțin niobiu reduce răspunsul la întărire, în timp ce prea mult promovează segregarea și faza Laves. Fierul nu este o impuritate aici, ci un element de echilibru deliberat care încetinește răspunsul la îmbătrânire și îmbunătățește fabricabilitatea.
| Element | Min (%) | Max (%) | Rol |
|---|---|---|---|
| Nichel + Cobalt (Ni+Co) | 50.0 | 55.0 | Matrice de bază; rezistență la temperatură{0}înaltă |
| Crom (Cr) | 17.0 | 21.0 | Rezistență la oxidare și coroziune |
| Fier (Fe) | Echilibru | - | Echilibrul matricei; încetinește răspunsul la îmbătrânire pentru sudabilitate |
| Niobiu + Tantal (Nb+Ta) | 4.75 | 5.50 | Formele g″; elementul primar de întărire |
| Molibden (Mo) | 2.80 | 3.30 | Consolidarea-soluției solide |
| Titan (Ti) | 0.65 | 1.15 | Formele g′; co-precipitant |
| Aluminiu (Al) | 0.20 | 0.80 | Formele g′; co-precipitant |
| Cobalt (Co) | - | 1.00 | Limită de impurități în majoritatea specificațiilor |
| Carbon (C) | - | 0.08 | Menținut la un nivel scăzut pentru a evita fragilizarea carburilor |
| Mangan (Mn) | - | 0.35 | Controlul impurităților |
| Siliciu (Si) | - | 0.35 | Controlul impurităților |
| Fosfor (P) | - | 0.015 | Controlul impurităților |
| sulf (S) | - | 0.015 | Controlul impurităților; critic pentru lucrabilitatea la cald |
| Cupru (Cu) | - | 0.30 | Limită de impurități |
| Bor (B) | - | 0.006 | Micro-aliaj pentru rezistența la limită-granulelor |
Mecanismul de precipitare: de ce tratamentul termic creează rezistență
În starea de recoacere, Inconel 718 este un aliaj solid-soluție cu rezistență moderată, aproximativ 1030 MPa la tracțiune minimă în starea AMS 5662.
Tratamentul termic prin precipitare duce aliajul la o tracțiune minimă de 185 ksi (1276 MPa), deoarece forțează să se întâmple două lucruri în microstructură: atomii de niobiu, titan și aluminiu, care sunt dizolvați în matrice după tratarea cu soluție, ies din soluție ca particule de Ni3Nb și Ni3(Al,Ti) la scară nanometrică; iar acele particule fixează mișcarea de dislocare care altfel ar permite deformarea plastică.
Ciclul de îmbătrânire în două-etape există deoarece cele două faze răspund la temperaturi diferite: primul pas la 1325 de grade F nucleează faza g″, iar cel de-al doilea la 1150 de grade F îl lasă să crească la dimensiunea care oferă echilibrul optim de rezistență-rezistență. Omiterea sau scurtarea fiecărei etape lasă aliajul sub-întărit, motiv pentru care înregistrările de tratament termic-contează mai mult pentru 718 decât pentru aproape orice alt aliaj de nichel.
Condiții de livrare: AMS 5662, AMS 5663 și AMS 5664
Trei condiții AMS domină achiziția de bare, piese forjate și țevi Inconel 718. Sunt aceeași chimie; diferența este în întregime starea de-tratare termică și fiecare are o funcție diferită în lanțul de aprovizionare.
| Caietul de sarcini | Stare | Proprietăți minime (temperatura camerei) | Utilizare tipică în lanțul de aprovizionare |
|---|---|---|---|
| AMS 5662 | Soluție tratată (recoace) | UTS 1034 MPa (150 ksi) min, YS 517 MPa (75 ksi) min | Materii prime pentru prelucrare; suficient de moale pentru a tăia ușor |
| AMS 5663 | Soluție tratată + întărit prin precipitare | UTS 1276 MPa (185 ksi) min, YS 1034 MPa (150 ksi) min, EL 12% min, RA 15% min | Hardware rotativ și piese de presiune gata de service{0}} |
| AMS 5664 | Varianta mai ridicată-la rece-lucrată + îmbătrânită | Depășește AMS 5663 ca putere | Elemente de fixare și piese care necesită rezistență maximă |
Pentru conducte și echipamente sub presiune, logica de achiziție este: comandați AMS 5662 când piesa trebuie mai întâi prelucrată sau îndoită și călită mai târziu și comandați AMS 5663 când piesa este livrată în stare finală.
O eroare obișnuită de aprovizionare este solicitarea țevii AMS 5663 și apoi prelucrarea sau-îndoirea la rece-în casă, lucru care se întărește-și poate distorsiona o piesă care era deja la rezistență maximă; ruta corectă pentru prelucrarea-din-piesele brute este AMS 5662 urmată de un ciclu de îmbătrânire controlat.
Traseul de tratament termic
Ciclul standard de întărire prin precipitare conform AMS 5663 este un tratament în două-etape. Tratamentul cu soluție înainte de îmbătrânire dizolvă elementele de întărire și stabilește granulația; etapele de îmbătrânire se nucleează și cresc precipitatele.
| Pas | Temperatură | Timp / Răcire | Scop |
|---|---|---|---|
| Recoacere cu soluție | 927–1010 grade (1700–1850 grade F) | Țineți pe dimensiunea secțiunii, aer rece sau mai rapid | Se dizolvă Nb, Ti, Al; setați dimensiunea granulelor |
| Imbatranire etapa 1 | 718 grade (1325 grade F) | 8 ore | Faza nucleată g″ (Ni3Nb). |
| Imbatranire pasul 2 | 621 de grade (1150 de grade F) | Se răcește cuptorul de la pasul 1; timp total de maturare 18 h; aer rece | Creșteți g″ și g′ la dimensiunea optimă |
Ruta 1325/1150 grade F este standardul AMS. O notă pentru producători: aliajul prezintă o contracție de aproximativ 0,0008 in/in după întărirea prin precipitare, astfel încât dimensiunile prelucrate cu precizie-ar trebui stabilite înainte de îmbătrânire sau contracția luată în considerare în alocația de prelucrare.
Date fizice și mecanice
Tabelul de mai jos combină constantele fizice cu comportamentul mecanic reprezentativ la temperatură. Minimele-de temperatură a încăperii sunt contractuale, valorile-de temperatură ridicate sunt valori tipice pentru ghidul de proiectare.
| Proprietate | Valoare |
|---|---|
| Densitate | 8,19 g/cm3 |
| Modulul de elasticitate, temperatura camerei | 200 GPa (29 x 10³ ksi) |
| CTE medie, 20–300 de grade | 13.9 µm/m·K |
| Conductivitate termică, temperatura camerei | 11.4 W/m·K |
| UTS, recoaptă (AMS 5662 min) | 1034 MPa |
| UTS, în vârstă (AMS 5663 min) | 1276 MPa |
| YS, în vârstă (AMS 5663 min) | 1034 MPa |
| Alungire, îmbătrânită (AMS 5663 min) | 12% |
| Duritate, învechită (tipic) | 331 HBW min (aproximativ 36 HRC) |
Temperatură ridicată-și comportament criogenic
Aceeași structură de precipitații care îi conferă lui 718 rezistența la temperatura camerei-este stabilă la aproximativ 650 de grade , motiv pentru care aliajul păstrează rezistența utilizabilă la tracțiune și la fluaj în intervalul turbinei și în fundul puțului. Proprietățile tipice învechite la 650 de grade arată încă în jur de 1100 MPa la tracțiune, iar performanța la rupere la tensiune-este motivul pentru care 718 este aliajul hardware-standard rotativ.
La celălalt capăt al învelișului, matricea austenitică nu are tranziție ductilă-la-casabilă, astfel încât aliajul este utilizat pe scară largă în rezervoare și supape criogenice până la temperaturile hidrogenului lichid-. Această combinație, rezistență ridicată la ambele extreme de temperatură, cu sudabilitate între ele, este motivul pentru care niciun alt aliaj de nichel nu se potrivește cu numărul de specificații în industria aerospațială și în petrol-și-gaz.
Sudare și Fabricare
Inconel 718este sudat cu material de umplutură cu bază de nichel-potrivită din clasa ERNiFeCr-2 (AWS A5.14), familia de umplutură familiară Inconel 718. Aliajul poate fi sudat fie în stare recoaptă, fie în stare îmbătrânită; răspunsul lent la îmbătrânire înseamnă că zona afectată de căldură-nu se crăpă după sudare, așa cum o fac aliajele cu îmbătrânire rapidă.
Când este sudat în stare recoaptă și apoi îmbătrânit, metalul de sudură dezvoltă o mare parte din rezistența metalului de bază-, motiv pentru care sudurile sunt în mod normal proiectate ca material AMS 5662 plus un ciclu de îmbătrânire post-sudură. Formarea la rece este simplă în starea recoaptă; materialul îmbătrânit este suficient de puternic încât formarea trebuie făcută înainte de întărirea prin precipitare. Notele de prelucrare oglindesc celelalte aliaje de nichel: configurație rigidă, avans pozitiv și scule ascuțite pentru a evita întărirea prin lucru.
Standarde și formulare de produs
| Formă | Standard de guvernare | Gama tipică |
|---|---|---|
| Bară, tijă, sârmă | ASTM B637 / AMS 5662, 5663, 5664 | Diametru 6–300 mm |
| Țevi și tub fără sudură | AMS 5662-rută, conform specificațiilor proiectului | OD 21,3–168,3 mm (NPS 1/2–6) |
| Farfurie, foaie, fâșie | ASTM B670 / AMS 5596, 5597 | Grosime 0,5–100 mm |
| Forjate și inele | ASTM B637 | Pe desen |
| Elemente de fixare | Variante AMS 5662/5663 + NACE MR0175 | Pe desen |
Aplicații
- Aerospațial: discuri de turbină, palete compresoare, arbori de motor, carcase și elemente de fixare
- Motoare rachete: turbopompe, carcase, componente de tracțiune
- Petrol și gaze: scule de fund, carcase MWD/LWD, arbori pompe, supape de siguranță, componente ale capului de sondă conform NACE MR0175 / API 6A CRA
- Criogenic: rezervoare de GNL și hidrogen, supape, conducte de transfer
- Nuclear: interiorul reactorului și componentele-tijei de control
- Industriale: arcuri de temperatură-înaltă, elemente de fixare, matrițe și scule
Greșeli comune de achiziție
- Comandarea țevii AMS 5663 și prelucrarea acesteia în casă-, pierzând starea de vechime la suprafața prelucrată
- Presupunând că toate cele 718 certificate sunt aceleași: starea (recoacetă vs învechită) trebuie să fie menționată pe PO
- Omiterea a doua etapă de îmbătrânire la 1150 de grade F, care lasă aliajul sub-întărit
- Ignorând contracția de îmbătrânire de 0,0008 in/in în dimensiuni de precizie
- Folosind o umplutură de clasa 625 pe 718, care schimbă chimia metalului de sudură și reduce rezistența la îmbătrânire
FAQ
Î: Care este diferența dintre AMS 5662 și AMS 5663 Inconel 718?
AMS 5662 este soluția-condiție recoaptă cu aproximativ 1034 MPa la tracțiune minimă; AMS 5663 este același material prin precipitare-întărit la tracțiune minimă de 1276 MPa. Comanda 5662 pentru prelucrare si deformare, apoi vechime; comandați 5663 pentru piese de service-gata de service.
Î: Cum se întărește Inconel 718?
Cu o vârstă în doi-pași: 8 ore la 718 grade (1325 grade F), apoi cuptorul se răcește la 621 grade (1150 grade F) pentru un timp total de îmbătrânire de 18 ore, apoi se răcește cu aer. Tratamentul precipită fazele Ni3Nb (g″) și Ni3(Al,Ti) (g′) care fixează dislocațiile.
Î: La ce temperatură poate rezista Inconel 718?
Serviciu-de lungă durată până la aproximativ 650 de grade (1200 de grade F), cu performanțe criogenice bune până la -250 de grade . Peste 650 de grade faza g″ depășește și scade rezistența.
Î: Este Inconel 718 sudabil?
Da, este neobișnuit pentru un aliaj de nichel-întărit prin precipitare, deoarece răspunsul său la îmbătrânire este lent. Utilizați umplutură ERNiFeCr-2; sudarea în stare recoaptă și îmbătrânirea după aceea pentru rezistența la sudură aproape de-metal de bază.
Î: Ce standarde acoperă Inconel 718?
ASTM B637 (bară și forjare), ASTM B670 (placă), AMS 5662/5663/5664 (condiții aerospațiale), plus variantele NACE MR0175/ISO 15156 și API 6A CRA pentru petrol și gaze.
Î: Inconel 718 poate fi utilizat în serviciul acru?
Da, 718 este unul dintre puținele aliaje-de înaltă rezistență enumerate în NACE MR0175/ISO 15156 pentru medii acide, cu limite de duritate care trebuie verificate pe certificat
