Inconel 718 on harvinainen nikkeliseos, jonka lujuutta ei ole olemassa ennen kuin lämpökäsittelijä luo sen. Hehkutetussa tilassa se on vaatimaton 1000 MPa-luokan materiaali; Kaksivaiheisen saostuskäsittelyn jälkeen se saavuttaa 1270 MPa:n minimivetolujuuden yli 1030 MPa:n myönnyksellä, ja tämä ero on koko syy, miksi seos on määritelty pyöriviin koneisiin ja painelaitteisiin.
Mikä Inconel 718 on
Inconel 718 (UNS N07718, EN 2.4668)on saostuskarkaistu nikkeli-kromi-rautaseos, jota vahvistaa kaksi metallienvälistä faasia: gamma-kaksoisprime (g″, Ni3Nb) ensisijaisena kovettumisfaasina ja gamma-prime (g′, Ni3(Al,Ti)) sekundaarifaasina.
Seos on epätavallinen nikkelisuperseosten joukossa, koska sen ikääntymiskovettuminen on hidas, mikä tekee siitä hitsattavan ilman halkeilua, joka vaivaa nopeasti vanhenevia seoksia, kuten X-750. Se säilyttää korkean lujuuden kryogeenisistä lämpötiloista aina noin 650 asteeseen (1200 asteeseen F asti), mikä on useimpien tietolomakkeiden pitkän aikavälin palvelutarjouksen mukainen toimintakuori.
| Tuote | Arvo |
|---|---|
| UNS numero | N07718 |
| FI / Werkstoff-numero | 2.4668 |
| Yleisiä nimiä | Inconel 718, metalliseos 718, nikkeli 718, NiCr19Fe19Nb5Mo3 (EN lyhennelmä) |
| Perhe | Saostuskarkaiseva Ni-Cr-Fe-Nb-Mo |
| Vahvistava mekanismi | g″ (Ni3Nb) primaarinen + g′ (Ni3(Al,Ti)) sekundaarinen |
| Tiheys | 8,19 g/cm3 (0,296 lb/in3) |
| Sulamisalue | 1320–1390 astetta (2410–2540 astetta F) |
| Käyttökelpoinen palveluvalikoima | -250 asteesta +650 asteeseen pitkällä aikavälillä |
Kemiallinen koostumus
Alla oleva koostumus on standardien AMS 5662 / AMS 5663 ja ASTM B637 käyttämä standardi vastaanottokuori tankoissa ja takeissa. Niobium on määräävä elementti: se muodostaa Ni3Nb-gamma-kaksoisprime-sakan vanhenemisen aikana, ja sen aluetta hallitaan tiukasti, koska liian vähän niobiumia vähentää kovettumisvastetta, kun taas liian paljon edistää segregaatiota ja Laves-vaihetta. Rauta ei ole tässä epäpuhtaus, vaan tarkoituksellinen tasapainoelementti, joka hidastaa ikääntymisvastetta ja parantaa valmistettavuutta.
| Elementti | Min (%) | Max (%) | Rooli |
|---|---|---|---|
| Nikkeli + koboltti (Ni+Co) | 50.0 | 55.0 | Perusmatriisi; korkean lämpötilan lujuus |
| Kromi (Cr) | 17.0 | 21.0 | Hapettumisen ja korroosionkestävyys |
| rauta (Fe) | Saldo | - | Matriisi tasapaino; hidastaa ikääntymisvastetta hitsattavuuden vuoksi |
| Niobium + tantaali (Nb+Ta) | 4.75 | 5.50 | Muodostaa g″; ensisijainen kovetuselementti |
| Molybdeeni (Mo) | 2.80 | 3.30 | Kiinteän liuoksen vahvistaminen |
| Titaani (Ti) | 0.65 | 1.15 | Muodostaa g'; yhteissaostin |
| Alumiini (Al) | 0.20 | 0.80 | Muodostaa g'; yhteissaostin |
| Koboltti (Co) | - | 1.00 | Epäpuhtausraja useimmissa erittelyissä |
| Hiili (C) | - | 0.08 | Pidetään matalana karbidin haurastumisen välttämiseksi |
| Mangaani (Mn) | - | 0.35 | Epäpuhtauksien hallinta |
| Pii (Si) | - | 0.35 | Epäpuhtauksien hallinta |
| Fosfori (P) | - | 0.015 | Epäpuhtauksien hallinta |
| rikki (S) | - | 0.015 | Epäpuhtauksien valvonta; kriittinen kuumatyöstettävyyden kannalta |
| Kupari (Cu) | - | 0.30 | Epäpuhtausraja |
| Boori (B) | - | 0.006 | Mikroseos raerajojen lujuuteen |
Saostusmekanismi: miksi lämpökäsittely luo voimaa
Hehkutetussa tilassa Inconel 718 on kiinteä liuosseos, jolla on kohtalainen lujuus, noin 1030 MPa minimivetolujuus AMS 5662 -tilassa.
Saostuslämpökäsittely vie lejeeringin 185 ksi (1276 MPa) minimivetolujuuteen, koska se pakottaa mikrorakenteessa tapahtumaan kaksi asiaa: liuoskäsittelyn jälkeen matriisiin liuenneet niobi-, titaani- ja alumiiniatomit tulevat ulos liuoksesta nanometrin mittakaavassa Ni3Nb- ja Ni3(Al,Ti)-hiukkasina; ja ne hiukkaset kiinnittävät dislokaatioliikkeen, joka muuten sallisi plastisen muodonmuutoksen.
Kaksivaiheinen vanhentamissykli on olemassa, koska kaksi faasia reagoivat eri lämpötiloissa: ensimmäinen vaihe 1325 asteessa F ydintä g″-faasin, ja toinen 1150 asteessa F antaa sen kasvaa kokoon, joka antaa optimaalisen lujuus-sitkeys tasapainon. Jommankumman vaiheen ohittaminen tai lyhentäminen jättää lejeeringin alikarkaisun, minkä vuoksi lämpökäsittelyennätykset ovat tärkeämpiä 718:lle kuin lähes millekään muulle nikkeliseokselle.
Toimitusehdot: AMS 5662, AMS 5663 ja AMS 5664
Kolme AMS-ehtoa hallitsee Inconel 718 -tankojen, takeiden ja putken hankintaa. Ne ovat samaa kemiaa; ero on kokonaan lämpökäsittelytilassa, ja jokaisella on erilainen tehtävä toimitusketjussa.
| Erittely | Kunto | Minimiominaisuudet (huoneen lämpötila) | Tyypillinen käyttö toimitusketjussa |
|---|---|---|---|
| AMS 5662 | Liuoskäsitelty (hehkutettu) | UTS 1034 MPa (150 ksi) min, YS 517 MPa (75 ksi) min | Raaka-aineet koneistukseen; tarpeeksi pehmeä leikata helposti |
| AMS 5663 | Liuoskäsitelty + sakkakovetettu | UTS 1276 MPa (185 ksi) min, YS 1034 MPa (150 ksi) min, EL 12 % min, RA 15 % min | Huoltovalmiit pyörivät laitteistot ja paineosat |
| AMS 5664 | Vahvempi kylmätyöstetty + vanhentunut variantti | Vahvuudeltaan ylittää AMS 5663:n | Kiinnikkeet ja osat, jotka vaativat maksimaalista lujuutta |
Putkiston ja painelaitteiden hankintalogiikka on: tilaa AMS 5662, kun osa on ensin koneistettava tai taivutettava ja myöhemmin karkaistava, ja tilata AMS 5663, kun osa toimitetaan lopullisessa kunnossa.
Yleinen hankintavirhe on AMS 5663 -putken pyytäminen ja sen sitten koneistus tai kylmätaivutus talon sisällä, mikä kovettuu ja voi vääristää jo täydessä lujuudessa ollutta osaa; oikea reitti koneistetuille raaka-osille on AMS 5662, jota seuraa hallittu vanhentamisjakso.
Lämpökäsittelyreitti
AMS 5663:n vakiosaostuskarkaisujakso on kaksivaiheinen käsittely. Liuoskäsittely ennen vanhentamista liuottaa kovettuvia elementtejä ja asettaa raekoon; ikääntymisvaiheet ydintävät ja kasvattavat sakat.
| Vaihe | Lämpötila | Aika / Jäähdytys | Tarkoitus |
|---|---|---|---|
| Liuoksen hehkutus | 927–1010 astetta (1700–1850 astetta F) | Pidä osan koon mukaan, ilmajäähdytetty tai nopeampi | Liuota Nb, Ti, Al; aseta raekoko |
| Vanhenemisvaihe 1 | 718 astetta (1325 astetta F) | 8 tuntia | Ydinmäinen g″ (Ni3Nb) -faasi |
| Vanhenemisvaihe 2 | 621 astetta (1150 astetta F) | Uunin jäähdytys vaiheesta 1; kokonaisvanhentamisaika 18 tuntia; ilma viileä | Kasvata g″ ja g′ optimaaliseen kokoon |
1325/1150 asteen F reitti on AMS-standardi. Huomautus valmistajille: seoksen kutistuminen on noin 0,0008 tuumaa sadekarkaisun jälkeen, joten tarkkuustyöstetty mitat tulee asettaa ennen vanhentamista tai kutistuminen huomioida työstövarassa.
Fyysiset ja mekaaniset tiedot
Alla oleva taulukko yhdistää fysikaaliset vakiot edustavaan mekaaniseen käyttäytymiseen lämpötilassa. Huonelämpötilan minimiarvot ovat sopimusperusteisia, kohonneet lämpötilat ovat tyypillisiä suunnittelun ohjearvoja.
| Omaisuus | Arvo |
|---|---|
| Tiheys | 8,19 g/cm3 |
| Kimmomoduuli, huoneenlämpötila | 200 GPa (29 x 10³ ksi) |
| Keskimääräinen CTE, 20–300 astetta | 13.9 µm/m·K |
| Lämmönjohtavuus, huoneen lämpötila | 11.4 W/m·K |
| UTS, hehkutettu (AMS 5662 min) | 1034 MPa |
| UTS, vanha (AMS 5663 min) | 1276 MPa |
| YS, vanha (AMS 5663 min) | 1034 MPa |
| Pidentymä, vanhentunut (AMS 5663 min) | 12% |
| Kovuus, vanhentunut (tyypillinen) | 331 HBW min (noin 36 HRC) |
Korkean lämpötilan ja kryogeeninen käyttäytyminen
Sama saderakenne, joka antaa 718:lle sen huoneenlämpöisen lujuuden, on vakaa noin 650 asteeseen, minkä vuoksi seoksella on käyttökelpoinen veto- ja virumislujuus turbiini- ja pohjareikien alueella. Tyypilliset vanhentuneet ominaisuudet 650 asteessa osoittavat edelleen noin 1100 MPa:n vetolujuutta, ja jännitysmurtumissuorituskyky on syy, miksi 718 on vakiopyörivä metalliseos.
Vaipan toisessa päässä austeniittisella matriisilla ei ole sitkeästä hauraaseen siirtymää, joten seosta käytetään laajalti kryogeenisissa säiliöissä ja venttiileissä neste-vetylämpötiloihin asti. Tämä yhdistelmä, korkea lujuus molemmissa äärilämpötiloissa ja niiden välissä hitsattavuus, on syy, miksi mikään muu nikkeliseos ei vastaa spesifikaatioiden määrää ilmailu- ja öljy- ja kaasuteollisuudessa.
Hitsaus ja valmistus
Inconel 718hitsataan yhteensopivalla nikkelipohjaisella täyteaineella ERNiFeCr-2-luokassa (AWS A5.14), joka on tuttu Inconel 718 -täyteaineperhe. Seos voidaan hitsata joko hehkutetussa tai vanhentuneessa tilassa; hidas ikääntymisvaste tarkoittaa, että lämmön vaikutuksesta kärsivä vyöhyke ei halkeile hitsauksen jälkeen nopeasti ikääntyvien metalliseosten tapaan.
Hehkutetussa tilassa hitsattaessa ja sitten vanhenettaessa hitsausmetalli kehittää suuren osan perusmetallin lujuudesta, minkä vuoksi hitsaukset suunnitellaan yleensä AMS 5662 -materiaaliksi plus hitsauksen jälkeinen vanhenemisjakso. Kylmämuovaus on yksinkertaista hehkutetussa tilassa; vanhentunut materiaali on riittävän vahvaa, jotta muovaus tulisi tehdä ennen saostuskovettumista. Työstöhuomautukset heijastavat muita nikkeliseoksia: jäykkä asennus, positiivinen syöttö ja terävät työkalut työkarkaisujen välttämiseksi.
Standardit ja tuotelomakkeet
| Lomake | Hallitseva standardi | Tyypillinen alue |
|---|---|---|
| Tanko, sauva, lanka | ASTM B637 / AMS 5662, 5663, 5664 | Halkaisija 6-300 mm |
| Saumaton putki ja putki | AMS 5662-reitti, projektikohtaisesti | Ulkohalkaisija 21,3–168,3 mm (NPS 1/2–6) |
| Levy, levy, nauha | ASTM B670 / AMS 5596, 5597 | Paksuus 0,5-100 mm |
| Takoot ja renkaat | ASTM B637 | Piirustuksen mukaan |
| Kiinnikkeet | AMS 5662/5663 + NACE MR0175 -muunnelmat | Piirustuksen mukaan |
Sovellukset
- Ilmailu: turbiinilevyt, kompressorin lavat, moottorin akselit, kotelot ja kiinnikkeet
- Rakettimoottorit: turbopumput, kotelot, työntövoimakomponentit
- Öljy ja kaasu: poraustyökalut, MWD/LWD-kotelot, pumppuakselit, varoventtiilit, kaivonpään komponentit NACE MR0175 / API 6A CRA mukaan
- Kryogeeninen: LNG- ja vetysäiliöt, venttiilit, siirtoputket
- Ydinvoima: reaktorin sisäosat ja ohjaussauvojen komponentit
- Teollisuus: korkean lämpötilan jouset, kiinnikkeet, meistit ja työkalut
Yleiset hankintavirheet
- AMS 5663 putken tilaaminen ja koneistus itse, menettäen vanhentuneen kunnon koneistetulla pinnalla
- Olettaen, että kaikki 718 varmennetta ovat samat: tila (hehkutettu vs. vanhentunut) on ilmoitettava tilauslomakkeessa
- Ohitetaan 1150 asteen F toinen vanhentamisvaihe, mikä jättää lejeeringin alikovettuneen
- 0,0008 tuuman ikääntymisen supistuminen tarkkuusmitoissa huomioimatta
- 718:ssa käytetään 625-luokan täyteainetta, joka muuttaa hitsimetallin kemiaa ja vähentää vanhentunutta lujuutta
FAQ
K: Mitä eroa on AMS 5662:lla ja AMS 5663 Inconel 718:lla?
AMS 5662 on liuoshehkutettu tila, jonka minimivetolujuus on noin 1034 MPa; AMS 5663 on sama materiaali, joka on karkaistu 1276 MPa:n minimivetolujuuteen. Tilaus 5662 koneistukseen ja muotoiluun, sitten ikä; tilaa 5663 huoltovalmiita osia varten.
K: Kuinka Inconel 718 on kovetettu?
Kaksivaiheisella iällä: 8 tuntia 718 asteessa (1325 astetta F), sitten uunissa jäähdytetään 621 asteeseen (1150 astetta F) kokonaisvanhentamisajaksi 18 tuntia, sitten ilmajäähdytetään. Käsittely saostaa Ni3Nb- (g″) ja Ni3(Al,Ti) (g′) -faasit, jotka kiinnittävät sijoiltaan sijoittumia.
K: Minkä lämpötilan Inconel 718 kestää?
Pitkäaikainen käyttö noin 650 asteeseen (1200 astetta F), hyvällä kryogeenisellä suorituskyvyllä -250 asteeseen asti. 650 asteen yläpuolella g″-vaihe ylittyy ja lujuus laskee.
K: Onko Inconel 718 hitsattavissa?
Kyllä, harvinaista sadekarkaistulle nikkeliseokselle, koska sen ikääntymisvaste on hidas. Käytä ERNiFeCr-2 täyteainetta; hitsaa hehkutetussa tilassa ja vanhenna sen jälkeen lähes epäjaloa metallia vastaavan hitsin lujuuden saavuttamiseksi.
K: Mitkä standardit kattavat Inconel 718:n?
ASTM B637 (tanko ja takeet), ASTM B670 (levy), AMS 5662/5663/5664 (ilmailuolosuhteet), sekä NACE MR0175/ISO 15156 ja API 6A CRA-versiot öljylle ja kaasulle.
K: Voidaanko Inconel 718:a käyttää happamassa palvelussa?
Kyllä, 718 on yksi harvoista erittäin lujista metalliseoksista, jotka on lueteltu NACE MR0175/ISO 15156 -standardissa happamia ympäristöjä varten. Kovuusrajat on vahvistettava sertifikaatissa
