Inconel 718 je vzácná slitina niklu, jejíž pevnost neexistuje, dokud ji tepelná úprava nevytvoří. V žíhaném stavu jde o skromný materiál třídy 1000 MPa-; po dvou-krokovém precipitačním zpracování dosahuje minimální pevnosti v tahu 1270 MPa s výtěžností nad 1030 MPa a tento rozdíl je hlavním důvodem, proč je slitina specifikována v rotačních strojích a tlakových zařízeních.
Co je Inconel 718
Inconel 718 (UNS N07718, EN 2.4668)je precipitační-kalitelná slitina niklu-chromu-železa zpevněná dvěma intermetalickými fázemi: gama double{3}}primer (g″, Ni3Nb) jako primární vytvrzovací fáze a gama prime (g′, Ni3(Al,Ti)) jako sekundární fáze.
Slitina je mezi superslitinami niklu neobvyklá v tom, že její vytvrzovací-odpověď na stárnutí je pomalá, což je přesně to, co ji dělá svařitelnou bez praskání, které trápí rychle-stárnoucí slitiny, jako je X-750. Udržuje vysokou pevnost od kryogenních teplot až do asi 650 stupňů (1200 stupňů F), což je pracovní obálka, kterou většina technických listů uvádí pro dlouhodobý provoz.
| Položka | Hodnota |
|---|---|
| číslo UNS | N07718 |
| EN / Werkstoff číslo | 2.4668 |
| Běžná jména | Inconel 718, Alloy 718, Nickel 718, NiCr19Fe19Nb5Mo3 (EN zkrácený text) |
| Rodina | Srážky-kalitelný Ni-Cr-Fe-Nb-Mo |
| Posilovací mechanismus | g″ (Ni3Nb) primární + g′ (Ni3(Al,Ti)) sekundární |
| Hustota | 8,19 g/cm3 (0,296 lb/in3) |
| Rozsah tání | 1320–1390 stupňů (2410–2540 stupňů F) |
| Použitelný rozsah služeb | -250 stupňů až +650 stupňů dlouhodobě |
Chemické složení
Níže uvedené složení je standardní přejímací obálka používaná AMS 5662 / AMS 5663 a ASTM B637 pro tyče a výkovky. Niob je určujícím prvkem: během stárnutí tvoří Ni3Nb gama dvojitou-sraženinu a její rozsah je přísně kontrolován, protože příliš málo niobu snižuje odezvu tvrdnutí, zatímco příliš mnoho podporuje segregaci a Lavesovu fázi. Železo zde není nečistotou, ale záměrným vyrovnávacím prvkem, který zpomaluje reakci stárnutí a zlepšuje zpracovatelnost.
| Živel | Min (%) | Max (%) | Role |
|---|---|---|---|
| Nikl + kobalt (Ni + Co) | 50.0 | 55.0 | Základní matice; vysokou-teplotní pevnost |
| Chrom (Cr) | 17.0 | 21.0 | Odolnost proti oxidaci a korozi |
| železo (Fe) | Váhy | - | Maticová rovnováha; zpomaluje reakci na stárnutí pro svařitelnost |
| Niob + Tantal (Nb+Ta) | 4.75 | 5.50 | Tvary g″; primární vytvrzovací prvek |
| molybden (Mo) | 2.80 | 3.30 | Pevné-posílení řešení |
| titan (Ti) | 0.65 | 1.15 | Formy g'; spolu{0}}srážeč |
| hliník (Al) | 0.20 | 0.80 | Formy g'; spolu{0}}srážeč |
| kobalt (Co) | - | 1.00 | Limit nečistot ve většině specifikací |
| uhlík (C) | - | 0.08 | Udržujte nízké, aby se zabránilo zkřehnutí karbidů |
| mangan (Mn) | - | 0.35 | Kontrola nečistot |
| křemík (Si) | - | 0.35 | Kontrola nečistot |
| fosfor (P) | - | 0.015 | Kontrola nečistot |
| síra (S) | - | 0.015 | Kontrola nečistot; rozhodující pro zpracovatelnost za tepla |
| měď (Cu) | - | 0.30 | Limit nečistot |
| bór (B) | - | 0.006 | Mikro-slitina pro pevnost hranic zrna- |
Srážkový mechanismus: Proč tepelné zpracování vytváří sílu
V žíhaném stavu je Inconel 718 pevná -roztoková slitina se střední pevností, minimální pevnost v tahu zhruba 1030 MPa ve stavu AMS 5662.
Precipitačním tepelným zpracováním se slitina dostane na minimální pevnost v tahu 185 ksi (1276 MPa), protože to nutí, aby se v mikrostruktuře odehrávaly dvě věci: atomy niobu, titanu a hliníku, které jsou rozpuštěny v matrici po úpravě roztokem, vycházejí z roztoku jako částice Ni3Nb a Ni3(Al,Ti) v nanometrovém měřítku; a ty částice připnou dislokační pohyb, který by jinak umožnil plastickou deformaci.
Dvou{0}}krokový cyklus stárnutí existuje, protože obě fáze reagují při různých teplotách: první krok při 1325 °F nukleuje fázi g″ a druhý při 1150 °F ji nechá narůst do velikosti, která poskytuje optimální rovnováhu pevnosti-houževnatosti. Přeskočením nebo zkrácením kteréhokoli kroku zůstane slitina pod-vytvrzenou, a proto na záznamech tepelného zpracování-záleží u 718 více než u téměř jakékoli jiné slitiny niklu.
Dodací podmínky: AMS 5662, AMS 5663 a AMS 5664
Při nákupu tyčí, výkovků a trubek Inconel 718 dominují tři podmínky AMS. Je to stejná chemie; rozdíl je pouze ve stavu tepelného-úpravy a každý má v dodavatelském řetězci jinou práci.
| Specifikace | Stav | Minimální vlastnosti (pokojová teplota) | Typické použití v dodavatelském řetězci |
|---|---|---|---|
| AMS 5662 | Ošetřené roztokem (žíhané) | UTS 1034 MPa (150 ksi) min, YS 517 MPa (75 ksi) min | Surovina pro obrábění; dostatečně měkký, aby se dal snadno řezat |
| AMS 5663 | Ošetření roztokem + precipitační vytvrzení | UTS 1276 MPa (185 ksi) min, YS 1034 MPa (150 ksi) min, EL 12 % min, RA 15 % min | Otočný hardware a přítlačné díly-připravené k servisu |
| AMS 5664 | Vyšší-pevnost za studena-fungující + starší varianta | Pevně překračuje AMS 5663 | Spojovací prvky a díly vyžadující maximální pevnost |
Pro potrubní a tlaková zařízení je nákupní logika následující: objednat AMS 5662, když díl musí být nejprve opracován nebo ohnut a později vytvrzen, a objednat AMS 5663, když je díl dodán v konečném stavu.
Běžnou chybou při získávání zdrojů je požadavek na trubku AMS 5663 a její následné obrábění nebo -ohýbání za studena-ve vlastní firmě, což při práci- ztvrdne a může deformovat součást, která již měla plnou pevnost; správná cesta pro obrábění-ze-surových dílů je AMS 5662 následovaná řízeným cyklem stárnutí.
Cesta tepelného zpracování
Standardní cyklus precipitačního vytvrzování podle AMS 5663 je dvou{1}}kroková úprava. Roztoková úprava před stárnutím rozpouští tvrdnoucí prvky a nastavuje velikost zrna; kroky stárnutí nukleují a rostou precipitáty.
| Krok | Teplota | Čas / Chlazení | Účel |
|---|---|---|---|
| Roztokové žíhání | 927–1010 stupňů (1700–1850 stupňů F) | Držte podle velikosti sekce, ochlaďte vzduchem nebo rychleji | rozpustit Nb, Ti, Al; nastavit velikost zrna |
| Krok stárnutí 1 | 718 stupňů (1325 stupňů F) | 8 hodin | Nukleovat fázi g″ (Ni3Nb). |
| Krok stárnutí 2 | 621 stupňů (1150 stupňů F) | Chlazení pece z kroku 1; celková doba stárnutí 18 h; vzduch chladný | Vypěstujte g″ a g′ na optimální velikost |
Trasa 1325/1150 stupňů F je standardem AMS. Poznámka pro výrobce: slitina vykazuje po precipitačním vytvrzení kontrakci asi 0,0008 palce/palec, takže přesné-obrobené rozměry by měly být nastaveny před stárnutím nebo kontrakcí zohledněnou v přídavku na obrábění.
Fyzikální a mechanická data
Níže uvedená tabulka kombinuje fyzikální konstanty s reprezentativním mechanickým chováním při teplotě. Minimální-teploty v místnosti jsou smluvní, hodnoty zvýšené{2}}teploty jsou typické hodnoty pro návrh.
| Vlastnictví | Hodnota |
|---|---|
| Hustota | 8,19 g/cm3 |
| Modul pružnosti, pokojová teplota | 200 GPa (29 x 10³ ksi) |
| Střední CTE, 20–300 stupňů | 13.9 µm/m·K |
| Tepelná vodivost, pokojová teplota | 11.4 W/m·K |
| UTS, žíhaný (AMS 5662 min) | 1034 MPa |
| UTS, stáří (AMS 5663 min) | 1276 MPa |
| YS, starý (AMS 5663 min) | 1034 MPa |
| Prodloužení, stárnutí (AMS 5663 min) | 12% |
| Tvrdost, stárnutí (typické) | 331 HBW min (přibližně 36 HRC) |
Vysoká-teplota a kryogenní chování
Stejná precipitační struktura, která dává modelu 718 pevnost při pokojové teplotě, je stabilní zhruba do 650 stupňů, což je důvod, proč si slitina zachovává použitelnou pevnost v tahu a tečení v rozsahu turbín a vrtu. Typické vlastnosti při stárnutí při 650 stupních stále vykazují přibližně 1100 MPa v tahu a pevnost v tahu-za napětí je důvodem, proč je 718 standardní rotační-hardwarová slitina.
Na druhém konci obalu nemá austenitická matrice žádný tvárný -k-křehký přechod, takže slitina je široce používána v kryogenních nádržích a ventilech až do teplot kapalného-vodíku. Tato kombinace, vysoká pevnost při obou teplotních extrémech se svařitelností mezi nimi, je důvodem, proč žádná jiná slitina niklu neodpovídá jejímu počtu specifikací v letectví a kosmonautice a ropě-a-plynu.
Svařování a výroba
Inconel 718je svařen s odpovídajícím niklovým-základem ve třídě ERNiFeCr-2 (AWS A5.14), známé rodině výplní Inconel 718. Slitinu lze svařovat buď v žíhaném stavu nebo ve stavu stárnutí; pomalá odezva stárnutí znamená, že oblast ovlivněná teplem-nepraská po svařování tak, jak to dělají rychlestárnoucí slitiny.
Při svařování v žíhaném stavu a následném stárnutí svarový kov vyvine velký podíl na pevnosti základního-kovu, a proto jsou svařence obvykle navrženy jako materiál AMS 5662 plus po-cyklus stárnutí po svařování. Tváření za studena je v žíhaném stavu jednoduché; zestárlý materiál je dostatečně pevný, takže tvarování by mělo být provedeno před precipitačním vytvrzením. Poznámky k obrábění odrážejí ostatní slitiny niklu: pevné nastavení, pozitivní posuv a ostré nástroje, aby se zabránilo mechanickému zpevnění.
Normy a formuláře produktů
| Formulář | Rozhodující standard | Typický rozsah |
|---|---|---|
| Tyč, tyč, drát | ASTM B637 / AMS 5662, 5663, 5664 | Průměr 6–300 mm |
| Bezešvé potrubí a trubice | AMS 5662-trasa, podle projektové specifikace | Vnější průměr 21,3–168,3 mm (NPS 1/2–6) |
| Talíř, list, pás | ASTM B670 / AMS 5596, 5597 | Tloušťka 0,5–100 mm |
| Výkovky a prsteny | ASTM B637 | Podle výkresu |
| Spojovací materiál | Varianty AMS 5662/5663 + NACE MR0175 | Podle výkresu |
Aplikace
- Letectví a kosmonautika: kotouče turbín, lopatky kompresorů, hřídele motorů, skříně a upevňovací prvky
- Raketové motory: turbočerpadla, skříně, tahové komponenty
- Ropa a plyn: vrtné nástroje, pouzdra MWD/LWD, hřídele čerpadel, pojistné ventily, součásti ústí vrtu podle NACE MR0175 / API 6A CRA
- Kryogenické: nádrže na LNG a vodík, ventily, přepravní potrubí
- Jaderná: vnitřní části reaktoru a součásti řídicí{0}}tyče
- Průmysl: vysokoteplotní-pružiny, spojovací prvky, matrice a nástroje
Běžné chyby při zadávání veřejných zakázek
- Objednání trubky AMS 5663 a její opracování-ve vlastní firmě, ztráta stárnutí na obrobeném povrchu
- Za předpokladu, že všech 718 certifikátů je stejných: stav (žíhaný vs. stárnutý) musí být uveden na PO
- Vynechání druhého kroku stárnutí při 1150 stupních F, který ponechá slitinu pod-vytvrzenou
- Ignorování 0,0008 in/in stárnutí při přesných rozměrech
- Použití plniva třídy 625 na 718, které mění chemii svarového kovu a snižuje pevnost při stárnutí
FAQ
Otázka: Jaký je rozdíl mezi AMS 5662 a AMS 5663 Inconel 718?
AMS 5662 je řešením-žíhaný stav s minimální pevností v tahu zhruba 1034 MPa; AMS 5663 je stejný materiál precipitací-kalený na minimální pevnost v tahu 1276 MPa. Objednávka 5662 pro obrábění a tváření, poté stáří; objednejte si 5663 na díly připravené k servisu-.
Otázka: Jak je Inconel 718 tvrzený?
Do dvou{0}}kroků stáří: 8 hodin při 718 stupních (1 325 stupních F), poté ochlazení v peci na 621 stupnů (1 150 stupňů F) po celkovou dobu zrání 18 hodin, poté ochlazení vzduchem. Ošetřením se vysráží fáze Ni3Nb (g″) a Ni3(Al,Ti) (g′), které způsobují dislokace.
Otázka: Jakou teplotu vydrží Inconel 718?
Dlouhodobý-provoz do teploty asi 650 stupňů (1200 stupňů F), s dobrým kryogenním výkonem až do -250 stupňů . Nad 650 stupňů se fáze g″ přetěžuje a pevnost klesá.
Otázka: Je Inconel 718 svařitelný?
Ano, neobvykle to platí pro precipitaci-tvrzenou slitinu niklu, protože její reakce na stárnutí je pomalá. Použijte výplň ERNiFeCr-2; svařte v žíhaném stavu a následně zestárli pro pevnost svaru blízkou- obecnému kovu.
Otázka: Jaké normy pokrývají Inconel 718?
ASTM B637 (tyč a výkovky), ASTM B670 (deska), AMS 5662/5663/5664 (letecké podmínky), plus varianty NACE MR0175/ISO 15156 a API 6A CRA pro ropu a plyn.
Otázka: Lze Inconel 718 použít v kyselém provozu?
Ano, 718 je jedna z mála slitin s vysokou-pevností uvedených v NACE MR0175/ISO 15156 pro kyselá prostředí s limity tvrdosti, které je nutné ověřit na certifikátu
