Inconel 718 to rzadki stop niklu, którego wytrzymałość nie istnieje, dopóki nie zostanie wytworzona przez obróbkę cieplną. W stanie wyżarzonym jest to materiał o skromnej klasie-1000 MPa; po dwu-etapowej obróbce wytrącającej osiąga minimalną wytrzymałość na rozciąganie 1270 MPa przy granicy plastyczności powyżej 1030 MPa i właśnie ta różnica jest głównym powodem, dla którego ten stop jest stosowany w maszynach wirujących i urządzeniach ciśnieniowych.
Co to jest Inconel 718
Inconel 718 (UNS N07718, EN 2.4668)to stop utwardzalnego wydzieleniowo-niklu-chromu-żelaza wzmocniony dwiema fazami międzymetalicznymi: podwójną-pierwotną fazą gamma (g″, Ni3Nb) jako pierwotną fazą utwardzania i pierwotną fazą gamma (g′, Ni3(Al,Ti)) jako fazą wtórną.
Stop ten jest niezwykły wśród nadstopów niklu pod tym względem, że jego-utwardzanie z wiekiem jest powolne, co właśnie sprawia, że można go spawać bez pęknięć, które są plagą-szybko starzejących się stopów, takich jak X-750. Utrzymuje wysoką wytrzymałość w temperaturach kriogenicznych do około 650 stopni (1200 stopni F), co stanowi kopertę roboczą podaną w większości arkuszy danych dla długotrwałej pracy.
| Przedmiot | Wartość |
|---|---|
| Numer UNS | N07718 |
| PL / Numer Werkstoffa | 2.4668 |
| Nazwy zwyczajowe | Inconel 718, stop 718, nikiel 718, NiCr19Fe19Nb5Mo3 (skrót EN) |
| Rodzina | Opady-utwardzalny Ni-Cr-Fe-Nb-Mo |
| Mechanizm wzmacniający | g″ (Ni3Nb) pierwotny + g′ (Ni3(Al,Ti)) wtórny |
| Gęstość | 8,19 g/cm3 (0,296 funta/cal3) |
| Zakres topnienia | 1320–1390 stopni (2410–2540 stopni F) |
| Użyteczny zakres usług | -250 stopni do +650 stopni w perspektywie długoterminowej |
Skład chemiczny
Poniższy skład to standardowa koperta akceptacji stosowana w normach AMS 5662 / AMS 5663 i ASTM B637 dla prętów i odkuwek. Niob jest pierwiastkiem definiującym: podczas starzenia tworzy podwójny-pierwotny osad Ni3Nb gamma, a jego zakres jest ściśle kontrolowany, ponieważ zbyt mało niobu zmniejsza reakcję utwardzania, podczas gdy jego nadmiar sprzyja segregacji i fazie Lavesa. Żelazo nie jest tu zanieczyszczeniem, ale celowym elementem równoważącym, który spowalnia reakcję starzenia i poprawia podatność na obróbkę.
| Element | Min. (%) | Maks. (%) | Rola |
|---|---|---|---|
| Nikiel + Kobalt (Ni+Co) | 50.0 | 55.0 | macierz bazowa; wytrzymałość w wysokiej-temperaturze |
| Chrom (Cr) | 17.0 | 21.0 | Odporność na utlenianie i korozję |
| Żelazo (Fe) | Balansować | - | Bilans matrycy; spowalnia reakcję starzenia na spawalność |
| Niob + Tantal (Nb+Ta) | 4.75 | 5.50 | Formy g″; główny element utwardzający |
| Molibden (Mo) | 2.80 | 3.30 | Solidne-wzmocnienie rozwiązania |
| Tytan (Ti) | 0.65 | 1.15 | Formy g′; współ-środek strącający |
| Aluminium (Al) | 0.20 | 0.80 | Formy g′; współ-środek strącający |
| Kobalt (Co) | - | 1.00 | Limit zanieczyszczeń w większości specyfikacji |
| Węgiel (C) | - | 0.08 | Utrzymywany na niskim poziomie, aby uniknąć kruchości węglika |
| Mangan (Mn) | - | 0.35 | Kontrola zanieczyszczeń |
| Krzem (Si) | - | 0.35 | Kontrola zanieczyszczeń |
| Fosfor (P) | - | 0.015 | Kontrola zanieczyszczeń |
| Siarka (S) | - | 0.015 | Kontrola zanieczyszczeń; krytyczne dla urabialności na gorąco |
| Miedź (Cu) | - | 0.30 | Limit zanieczyszczeń |
| Bor (B) | - | 0.006 | Mikro-stop zapewniający-wytrzymałość graniczną ziarna |
Mechanizm wytrącania: dlaczego obróbka cieplna tworzy siłę
W stanie wyżarzonym Inconel 718 jest stopem-w roztworze stałym o umiarkowanej wytrzymałości, minimalnej wytrzymałości na rozciąganie wynoszącej około 1030 MPa w stanie AMS 5662.
Obróbka cieplna wytrącająca powoduje, że stop osiąga minimalną wytrzymałość na rozciąganie 185 ksi (1276 MPa), ponieważ wymusza w mikrostrukturze zajście dwóch rzeczy: atomy niobu, tytanu i aluminium, które są rozpuszczone w matrycy po obróbce roztworowej, wychodzą z roztworu w postaci-nanometrowych cząstek Ni3Nb i Ni3(Al,Ti); a te cząstki blokują ruch dyslokacyjny, który w przeciwnym razie umożliwiłby odkształcenie plastyczne.
Dwu-cykl starzenia występuje, ponieważ obie fazy reagują w różnych temperaturach: pierwszy etap w temperaturze 1325 stopni F powoduje zarodkowanie fazy g″, a drugi w temperaturze 1150 stopni F pozwala jej urosnąć do rozmiaru zapewniającego optymalną równowagę-wytrzymałości i wiązkości. Pominięcie lub skrócenie któregokolwiek etapu powoduje, że stop jest-nieutwardzony, dlatego też zapisy dotyczące-obróbki cieplnej mają większe znaczenie w przypadku 718 niż w przypadku prawie każdego innego stopu niklu.
Warunki dostawy: AMS 5662, AMS 5663 i AMS 5664
W zamówieniach na pręty, odkuwki i rury ze stali Inconel 718 dominują trzy warunki AMS. Jest w nich ta sama chemia; różnica polega wyłącznie na stanie-obróbki cieplnej i każdy z nich ma inne zadanie w łańcuchu dostaw.
| Specyfikacja | Stan | Minimalne właściwości (temperatura pokojowa) | Typowe zastosowanie w łańcuchu dostaw |
|---|---|---|---|
| AM5662 | Obrobione roztworem (wyżarzane) | UTS 1034 MPa (150 ksi) min, YS 517 MPa (75 ksi) min | Surowiec do obróbki; wystarczająco miękki, aby łatwo go ciąć |
| AMS 5663 | Obróbka roztworowa + utwardzanie wydzieleniowe | UTS 1276 MPa (185 ksi) min, YS 1034 MPa (150 ksi) min, EL 12% min, RA 15% min | Serwisuj-osprzęt obrotowy i części ciśnieniowe |
| AM5664 | Wariant o wyższej-wytrzymałości-obrabiany na zimno i dojrzewający | Siła przewyższa AMS 5663 | Elementy złączne i części wymagające maksymalnej wytrzymałości |
W przypadku rurociągów i urządzeń ciśnieniowych logika zakupów jest następująca: zamówić AMS 5662, gdy część musi zostać najpierw obrobiona maszynowo lub wygięta, a później utwardzona, oraz zamówić AMS 5663, gdy część zostanie dostarczona w stanie końcowym.
Częstym błędem związanym z zaopatrzeniem jest żądanie rury AMS 5663, a następnie obróbka skrawaniem lub-gięcie jej na zimno-w zakładzie, co powoduje-utwardzenie i może zniekształcić część, która była już w pełni wytrzymała; prawidłowa metoda obróbki-z-surowych części to AMS 5662, po której następuje kontrolowany cykl starzenia.
Droga obróbki cieplnej
Standardowy cykl utwardzania wydzieleniowego zgodnie z normą AMS 5663 to obróbka-dwuetapowa. Obróbka roztworowa przed starzeniem rozpuszcza elementy utwardzające i ustala wielkość ziaren; etapy starzenia powodują zarodkowanie i wzrost osadów.
| Krok | Temperatura | Czas / Chłodzenie | Zamiar |
|---|---|---|---|
| Wyżarzanie roztworu | 927–1010 stopni (1700–1850 stopni F) | Trzymaj według rozmiaru sekcji, chłodno powietrzem lub szybciej | Rozpuścić Nb, Ti, Al; ustawić wielkość ziarna |
| Etap starzenia 1 | 718 stopni (1325 stopni F) | 8 godzin | Zarodkowa faza g″ (Ni3Nb). |
| Etap starzenia 2 | 621 stopni (1150 stopni F) | Ostudzić piec od kroku 1; całkowity czas starzenia 18 h; chłodne powietrze | Uprawiaj g″ i g′ do optymalnego rozmiaru |
Trasa 1325/1150 stopni F jest standardem AMS. Uwaga dla producentów: stop po utwardzeniu wydzieleniowym wykazuje skurcz wynoszący około 0,0008 cala/cal, dlatego przed starzeniem należy ustawić wymiary precyzyjnie-obrobione lub uwzględnić skurcz w naddatku na obróbkę.
Dane fizyczne i mechaniczne
Poniższa tabela łączy stałe fizyczne z reprezentatywnym zachowaniem mechanicznym w temperaturze. Minimalne-temperatury w pomieszczeniu są umowne, a podwyższone-temperatury są typowymi wartościami stosowanymi w wytycznych projektowych.
| Nieruchomość | Wartość |
|---|---|
| Gęstość | 8,19 g/cm3 |
| Moduł sprężystości, temperatura pokojowa | 200 GPa (29 x 10³ ksi) |
| Średni CTE, 20–300 stopni | 13.9 µm/m·K |
| Przewodność cieplna, temperatura pokojowa | 11.4 W/m·K |
| UTS, wyżarzany (AMS 5662 min) | 1034 MPa |
| UTS, wiek (AMS 5663 min) | 1276 MPa |
| YS, wiek (AMS 5663 min) | 1034 MPa |
| Wydłużenie, starzenie (AMS 5663 min) | 12% |
| Twardość po starzeniu (typowa) | 331 HBW min (około 36 HRC) |
Wysoka-temperatura i zachowanie kriogeniczne
Ta sama struktura opadów, która nadaje 718 wytrzymałość w temperaturze-pokojowej, jest stabilna do około 650 stopni, dlatego stop utrzymuje użyteczną wytrzymałość na rozciąganie i pełzanie w zakresie turbin i odwiertów. Typowe właściwości starzenia w temperaturze 650 stopni nadal wykazują około 1100 MPa rozciągania, a odporność na-naprężenie i pękanie jest powodem, dla którego 718 jest standardowym-stopem na elementy obrotowe.
Na drugim końcu powłoki osnowa austenityczna nie wykazuje przejścia-w-kruchość, dlatego stop jest szeroko stosowany w zbiornikach kriogenicznych i zaworach aż do temperatur ciekłego-wodoru. To połączenie, wysoka wytrzymałość w obu skrajnych temperaturach ze spawalnością pomiędzy nimi, jest powodem, dla którego żaden inny stop niklu nie dorównuje swoim specyfikacjom w przemyśle lotniczym oraz w przemyśle naftowym-i-gazowym.
Spawanie i produkcja
Inconel 718jest spawany z pasującym-wypełniaczem na bazie niklu w klasie ERNiFeCr-2 (AWS A5.14), znanej rodziny wypełniaczy Inconel 718. Stop można spawać w stanie wyżarzonym lub starzonym; powolna reakcja na starzenie oznacza, że-strefa wpływu ciepła nie pęka po spawaniu, jak ma to miejsce w przypadku szybko starzejących się stopów.
Po spawaniu w stanie wyżarzonym, a następnie starzeniu, metal spoiny uzyskuje dużą część wytrzymałości-metalu nieszlachetnego, dlatego też konstrukcje spawane są zwykle projektowane jako materiał AMS 5662 plus cykl starzenia-po spawaniu. Formowanie na zimno jest proste w stanie wyżarzonym; postarzany materiał jest na tyle mocny, że formowanie należy przeprowadzić przed stwardnieniem wydzieleniowym. Uwagi dotyczące obróbki odzwierciedlają inne stopy niklu: sztywne ustawienie, dodatni posuw i ostre narzędzia, aby uniknąć utwardzania przez zgniot.
Normy i formularze produktów
| Formularz | Obowiązujący standard | Typowy zasięg |
|---|---|---|
| Pręt, pręt, drut | ASTM B637 / AMS 5662, 5663, 5664 | Średnica 6–300 mm |
| Bezszwowa rura i rurka | Trasa AMS 5662, zgodnie ze specyfikacją projektu | OD 21,3–168,3 mm (NPS 1/2–6) |
| Płyta, arkusz, pasek | ASTM B670 / AMS 5596, 5597 | Grubość 0,5–100 mm |
| Odkuwki i pierścienie | ASTM B637 | Według rysunku |
| Elementy złączne | Warianty AMS 5662/5663 + NACE MR0175 | Według rysunku |
Aplikacje
- Przemysł lotniczy: tarcze turbin, łopatki sprężarek, wały silników, obudowy i elementy złączne
- Silniki rakietowe: turbopompy, obudowy, elementy ciągu
- Ropa i gaz: narzędzia wiertnicze, obudowy MWD/LWD, wały pomp, zawory bezpieczeństwa, elementy głowicy odwiertu zgodnie z NACE MR0175 / API 6A CRA
- Kriogeniczne: zbiorniki LNG i wodoru, zawory, rurociągi przesyłowe
- Energia jądrowa: elementy wewnętrzne reaktora i elementy pręta-sterującego
- Przemysł:-sprężyny wysokotemperaturowe, elementy złączne, matryce i oprzyrządowanie
Typowe błędy zakupowe
- Zamawianie rury AMS 5663 i obróbka-własnej firmy, co wiąże się z utratą postarzanego stanu na obrobionej powierzchni
- Zakładając, że wszystkie certyfikaty 718 są takie same: w zamówieniu należy podać stan (wyżarzony lub starzony)
- Pominięcie drugiego etapu starzenia w temperaturze 1150 stopni F, w wyniku którego stop jest słabo-utwardzony
- Ignorowanie skurczu starzenia o 0,0008 cala/cal w precyzyjnych wymiarach
- Zastosowanie wypełniacza klasy 625 w gatunku 718, który zmienia skład chemiczny metalu spoiny i zmniejsza wytrzymałość na starzenie
Często zadawane pytania
P: Jaka jest różnica między AMS 5662 a AMS 5663 Inconel 718?
AMS 5662 to-wyżarzony w roztworze materiał o minimalnej wytrzymałości na rozciąganie wynoszącej około 1034 MPa; AMS 5663 to ten sam materiał,-utwardzany wydzieleniowo do minimalnej wytrzymałości na rozciąganie 1276 MPa. Zamówienie 5662 na obróbkę i formowanie, następnie wiek; zamów numer 5663 na-części gotowe do serwisu.
P: W jaki sposób utwardza się Inconel 718?
W dwu-etapach starzenia: 8 godzin w temperaturze 718 stopni (1325 stopni F), następnie schłodzenie w piecu do 621 stopni (1150 stopni F) przez całkowity czas starzenia wynoszący 18 godzin, następnie ochłodzenie na powietrzu. W wyniku obróbki wytrącają się fazy Ni3Nb (g″) i Ni3(Al,Ti) (g′), które unieruchamiają dyslokacje.
P: Jaką temperaturę wytrzymuje Inconel 718?
Długotrwała-praca w temperaturze około 650 stopni (1200 stopni F), z dobrą wydajnością kriogeniczną do -250 stopni. Powyżej 650 stopni następuje przekroczenie fazy g i następuje spadek wytrzymałości.
P: Czy Inconel 718 można spawać?
Tak, jest to niezwykłe w przypadku stopu niklu utwardzanego-wydzieleniowo, ponieważ jego reakcja na starzenie jest powolna. Użyj wypełniacza ERNiFeCr-2; spawać w stanie wyżarzonym, a następnie starzeć, aby uzyskać wytrzymałość spoiny zbliżoną do-metalu nieszlachetnego.
P: Jakie normy obejmują Inconel 718?
ASTM B637 (pręty i odkuwki), ASTM B670 (płyta), AMS 5662/5663/5664 (warunki lotnicze) oraz warianty NACE MR0175/ISO 15156 i API 6A CRA dla ropy i gazu.
P: Czy Inconel 718 można stosować w kwaśnym środowisku?
Tak, 718 to jeden z niewielu-stopów o wysokiej wytrzymałości wymienionych w normie NACE MR0175/ISO 15156 do stosowania w środowiskach kwaśnych, z limitami twardości, które należy sprawdzić w certyfikacie
