Inconel 718 is de zeldzame nikkellegering waarvan de sterkte pas ontstaat als de warmtebehandelaar deze creëert. In uitgegloeide toestand is het een bescheiden materiaal van de klasse 1000 MPa-; na de twee- precipitatiebehandeling bereikt het een minimale treksterkte van 1270 MPa met een opbrengst boven 1030 MPa, en dat verschil is de hele reden waarom de legering wordt gespecificeerd in roterende machines en drukapparatuur.
Wat Inconel 718 is
Inconel 718 (UNS N07718, EN 2,4668)is een precipitatie-hardbare nikkel-chroom-ijzerlegering versterkt door twee intermetallische fasen: gamma double-prime (g″, Ni3Nb) als de primaire hardingsfase en gamma prime (g′, Ni3(Al,Ti)) als de secundaire fase.
De legering is ongebruikelijk onder de superlegeringen van nikkel, omdat de uithardingsreactie bij verouderen- langzaam is, wat precies is wat het lasbaar maakt zonder de scheuren die snel-verouderende legeringen zoals X-750 teisteren. Het behoudt een hoge sterkte bij cryogene temperaturen tot ongeveer 650 graden (1200 graden F), wat het werkbereik is dat in de meeste datasheets wordt vermeld voor langdurig gebruik.
| Item | Waarde |
|---|---|
| UNS-nummer | N07718 |
| NL / Werkstoffnummer | 2.4668 |
| Algemene namen | Inconel 718, Legering 718, Nikkel 718, NiCr19Fe19Nb5Mo3 (EN steno) |
| Familie | Neerslag-hardbaar Ni-Cr-Fe-Nb-Mo |
| Versterkend mechanisme | g ″ (Ni3Nb) primair + g ′ (Ni3(Al,Ti)) secundair |
| Dikte | 8,19 g/cm3 (0,296 lb/in3) |
| Smeltbereik | 1320–1390 graden (2410–2540 graden F) |
| Bruikbaar serviceaanbod | -250 graden tot +650 graden op lange termijn |
Chemische samenstelling
De onderstaande samenstelling is de standaard acceptatie-envelop die wordt gebruikt door AMS 5662 / AMS 5663 en ASTM B637 voor staven en smeedstukken. Niobium is het bepalende element: het vormt het Ni3Nb-gamma dubbele-prime-precipitaat tijdens veroudering, en het bereik ervan wordt streng gecontroleerd omdat te weinig niobium de verhardingsreactie vermindert, terwijl te veel de segregatie en de Laves-fase bevordert. IJzer is hier geen onzuiverheid, maar een bewust evenwichtselement dat de verouderingsreactie vertraagt en de maakbaarheid verbetert.
| Element | Min (%) | Maximaal (%) | Rol |
|---|---|---|---|
| Nikkel + kobalt (Ni+Co) | 50.0 | 55.0 | Basismatrix; sterkte bij hoge- temperatuur |
| Chroom (Cr) | 17.0 | 21.0 | Oxidatie- en corrosiebestendigheid |
| Ijzer (Fe) | Evenwicht | - | Matrixbalans; vertraagt de verouderingsreactie voor lasbaarheid |
| Niobium + Tantaal (Nb+Ta) | 4.75 | 5.50 | Vormen g″; het primaire verhardingselement |
| Molybdeen (Mo) | 2.80 | 3.30 | Solide-oplossingsversterking |
| Titaan (Ti) | 0.65 | 1.15 | Vormen g′; co-neerslagmiddel |
| Aluminium (Al) | 0.20 | 0.80 | Vormen g′; co-neerslagmiddel |
| Kobalt (Co) | - | 1.00 | Onzuiverheidslimiet in de meeste specificaties |
| Koolstof (C) | - | 0.08 | Laag gehouden om verbrossing van het carbide te voorkomen |
| Mangaan (Mn) | - | 0.35 | Controle van onzuiverheden |
| Silicium (Si) | - | 0.35 | Controle van onzuiverheden |
| Fosfor (P) | - | 0.015 | Controle van onzuiverheden |
| Zwavel (S) | - | 0.015 | Onzuiverheidscontrole; cruciaal voor de warme verwerkbaarheid |
| Koper (Cu) | - | 0.30 | Onzuiverheidslimiet |
| Borium (B) | - | 0.006 | Micro-legering voor korrel-grenssterkte |
Het neerslagmechanisme: waarom warmtebehandeling de kracht creëert
In de gegloeide toestand is Inconel 718 een solide-oplossingslegering met matige sterkte, ongeveer 1030 MPa minimale treksterkte in de AMS 5662-toestand.
De precipitatiewarmtebehandeling brengt de legering naar een minimale treksterkte van 185 ksi (1276 MPa), omdat er twee dingen in de microstructuur moeten gebeuren: de niobium-, titanium- en aluminiumatomen, die na oplossingsbehandeling in de matrix zijn opgelost, komen uit de oplossing als Ni3Nb- en Ni3(Al,Ti)-deeltjes op nanometerschaal; en die deeltjes houden de dislocatiebeweging vast die anders plastische vervorming mogelijk zou maken.
De verouderingscyclus in twee- stappen bestaat omdat de twee fasen bij verschillende temperaturen reageren: de eerste stap bij 1325 graden F vormt de kern van de g″ fase, en de tweede bij 1150 graden F laat deze groeien tot de grootte die de optimale sterkte-taaiheidsbalans geeft. Als u een van beide stappen overslaat of inkort, blijft de legering -ondergehard, wat de reden is dat de gegevens over de warmte-behandeling voor 718 belangrijker zijn dan voor bijna elke andere nikkellegering.
Leveringsvoorwaarden: AMS 5662, AMS 5663 en AMS 5664
Drie AMS-voorwaarden domineren de aanschaf van Inconel 718 staven, smeedstukken en buizen. Ze zijn dezelfde chemie; het verschil is volledig de staat van de warmtebehandeling-, en elk heeft een andere taak in de toeleveringsketen.
| Specificatie | Voorwaarde | Minimale eigenschappen (kamertemperatuur) | Typisch gebruik in de toeleveringsketen |
|---|---|---|---|
| AMS 5662 | Oplossing behandeld (gegloeid) | UTS 1034 MPa (150 ksi) min, YS 517 MPa (75 ksi) min | Grondstof voor bewerking; zacht genoeg om gemakkelijk te snijden |
| AMS 5663 | Oplossing behandeld + precipitatiegehard | UTS 1276 MPa (185 ksi) min, YS 1034 MPa (150 ksi) min, EL 12% min, RA 15% min | Service-gereed roterende hardware en drukonderdelen |
| AMS 5664 | Hogere-sterkte koude-bewerkte + verouderde variant | Overtreft AMS 5663 op sterkte | Bevestigingsmiddelen en onderdelen die maximale sterkte nodig hebben |
Voor leidingen en drukapparatuur is de aanschaflogica: bestel AMS 5662 wanneer het onderdeel eerst bewerkt of gebogen moet worden en later gehard, en bestel AMS 5663 wanneer het onderdeel in de definitieve staat wordt afgeleverd.
Een veel voorkomende inkoopfout is het vragen om een AMS 5663-buis en deze vervolgens machinaal te bewerken of -koud te buigen- in huis, waardoor - een onderdeel dat al op volle sterkte was, hard wordt en kan worden vervormd; de juiste route voor machinaal bewerkte-uit-onbewerkte onderdelen is AMS 5662, gevolgd door een gecontroleerde verouderingscyclus.
Warmtebehandelingsroute
De standaard precipitatiehardingscyclus volgens AMS 5663 bestaat uit twee- stappen. De oplossingsbehandeling vóór veroudering lost de verhardende elementen op en bepaalt de korrelgrootte; de verouderingsstappen veroorzaken kiemvorming en laten de neerslagen groeien.
| Stap | Temperatuur | Tijd / Koeling | Doel |
|---|---|---|---|
| Oplossing gloeien | 927–1010 graden (1700–1850 graden F) | Vasthouden per sectiegrootte, luchtgekoeld of sneller | Los Nb, Ti, Al op; korrelgrootte instellen |
| Veroudering stap 1 | 718 graden (1325 graden F) | 8 uur | Nucleaat g″ (Ni3Nb) fase |
| Verouderingsstap 2 | 621 graden (1150 graden F) | Oven afkoelen vanaf stap 1; totale verouderingstijd 18 uur; lucht koel | Laat g ″ en g ′ groeien tot de optimale grootte |
De 1325/1150 graden F-route is de AMS-standaard. Een opmerking voor fabrikanten: de legering vertoont een samentrekking van ongeveer 0,0008 inch/inch na precipitatieharding, dus nauwkeurig-bewerkte afmetingen moeten worden ingesteld vóór veroudering of vóór de samentrekking waarmee rekening wordt gehouden in de bewerkingstoeslag.
Fysieke en mechanische gegevens
De onderstaande tabel combineert de fysische constanten met representatief mechanisch gedrag bij temperatuur. De minimumtemperaturen voor de kamer- zijn contractueel vastgelegd, de cijfers voor verhoogde-temperaturen zijn typische waarden voor ontwerprichtlijnen.
| Eigendom | Waarde |
|---|---|
| Dikte | 8,19 g/cm3 |
| Elasticiteitsmodulus, kamertemperatuur | 200 GPa (29 x 10³ ksi) |
| Gemiddelde CTE, 20-300 graden | 13.9 µm/m·K |
| Thermische geleidbaarheid, kamertemperatuur | 11.4 W/m·K |
| UTS, gegloeid (AMS 5662 min) | 1034 MPa |
| UTS, oud (AMS 5663 min) | 1276 MPa |
| YS, oud (AMS 5663 min) | 1034 MPa |
| Rek, verouderd (AMS 5663 min) | 12% |
| Hardheid, verouderd (typisch) | 331 HBW min (ongeveer 36 HRC) |
Hoge-temperatuur en cryogeen gedrag
Dezelfde neerslagstructuur die 718 zijn sterkte bij kamertemperatuur geeft, is stabiel tot ongeveer 650 graden. Daarom behoudt de legering een bruikbare trek- en kruipsterkte in het turbine- en boorgatbereik. Typische verouderingseigenschappen bij 650 graden laten nog steeds een treksterkte van ongeveer 1100 MPa zien, en het breukgedrag bij spanning- is de reden dat 718 de standaard roterende-hardwarelegering is.
Aan de andere kant van het omhulsel heeft de austenitische matrix geen ductiele-naar-brosse overgang, dus wordt de legering veel gebruikt in cryogene tanks en kleppen tot vloeibare-waterstoftemperaturen. Deze combinatie, hoge sterkte bij beide extreme temperaturen en lasbaarheid daartussenin, is de reden dat geen enkele andere nikkellegering voldoet aan de specificaties in de lucht- en ruimtevaart en olie-en-gas.
Lassen en fabricage
Inconel 718is gelast met bijpassende nikkel-basisvuller in de ERNiFeCr-2-klasse (AWS A5.14), de bekende Inconel 718-vullerfamilie. De legering kan zowel in gegloeide als in verouderde toestand worden gelast; de langzame verouderingsreactie betekent dat de door de hitte-beïnvloede zone niet barst na het lassen, zoals snel verouderende legeringen dat doen.
Wanneer het lasmetaal in gegloeide toestand wordt gelast en vervolgens verouderd, ontwikkelt het een groot deel van de sterkte van het basismetaal. Daarom worden lasverbindingen normaal gesproken ontworpen als AMS 5662-materiaal plus een post-verouderingscyclus na het lassen. Koudvormen is eenvoudig in de gegloeide toestand; verouderd materiaal is sterk genoeg om te vormen voordat het door neerslag uithardt. Bewerkingsvoorschriften weerspiegelen de andere nikkellegeringen: stijve opstelling, positieve voeding en scherpe gereedschappen om verharding door het werk te voorkomen.
Normen en productvormen
| Formulier | Regerende standaard | Typisch bereik |
|---|---|---|
| Staaf, staaf, draad | ASTM B637 / AMS 5662, 5663, 5664 | Diameter 6–300 mm |
| Naadloze pijp en buis | AMS 5662-route, per projectspecificatie | Buitendiameter 21,3–168,3 mm (NPS 1/2–6) |
| Plaat, vel, strip | ASTM B670 / AMS 5596, 5597 | Dikte 0,5–100 mm |
| Smeedstukken en ringen | ASTM B637 | Per tekening |
| Bevestigingsmiddelen | AMS 5662/5663 + NACE MR0175-varianten | Per tekening |
Toepassingen
- Lucht- en ruimtevaart: turbineschijven, compressorbladen, motorassen, behuizingen en bevestigingsmiddelen
- Raketmotoren: turbopompen, behuizingen, stuwkrachtcomponenten
- Olie en gas: boorgatgereedschappen, MWD/LWD-behuizingen, pompschachten, veiligheidskleppen, putkopcomponenten volgens NACE MR0175 / API 6A CRA
- Cryogeen: LNG- en waterstoftanks, kleppen, transferleidingen
- Nucleair: reactorintern en stuurstaafcomponenten-
- Industrieel: veren, bevestigingsmiddelen, matrijzen en gereedschappen voor hoge- temperaturen
Veel voorkomende inkoopfouten
- AMS 5663-buis bestellen en deze in-huis bewerken, waarbij de verouderde toestand op het bewerkte oppervlak verloren gaat
- Ervan uitgaande dat alle 718-certificaten hetzelfde zijn: de staat (gegloeid versus verouderd) moet op de inkooporder worden vermeld
- Het overslaan van de tweede verouderingsstap bij 1150 graden F, waardoor de legering onvoldoende-gehard blijft
- Het negeren van de verouderingscontractie van 0,0008 inch/inch in precisieafmetingen
- Gebruik van een vulmiddel van klasse 625 op 718, dat de chemie van het lasmetaal verandert en de verouderingssterkte vermindert
Veelgestelde vragen
Vraag: Wat is het verschil tussen AMS 5662 en AMS 5663 Inconel 718?
AMS 5662 is de oplossing-gegloeide toestand met een minimale treksterkte van ongeveer 1034 MPa; AMS 5663 is hetzelfde neerslagmateriaal-gehard tot een minimale treksterkte van 1276 MPa. Bestel 5662 voor bewerking en vorming en verouderen; bestel 5663 voor service-onderdelen.
Vraag: Hoe wordt Inconel 718 gehard?
In twee- stappen: 8 uur bij 718 graden (1325 graden F), vervolgens in de oven afkoelen tot 621 graden (1150 graden F) voor een totale rijpingstijd van 18 uur, en vervolgens aan de lucht afkoelen. De behandeling precipiteert Ni3Nb (g ″) en Ni3 (Al, Ti) (g ′) fasen die dislocaties vastzetten.
Vraag: Welke temperatuur kan Inconel 718 weerstaan?
Lange- dienst tot ongeveer 650 graden (1200 graden F), met goede cryogene prestaties tot -250 graden. Boven 650 graden wordt de g″-fase overschreden en neemt de kracht af.
Vraag: Is Inconel 718 lasbaar?
Ja, ongebruikelijk voor een door neerslag-geharde nikkellegering, omdat de verouderingsreactie traag is. Gebruik ERNiFeCr-2 vulmiddel; las in de gegloeide toestand en laat het daarna verouderen voor een lassterkte van bijna-basismetaal.
Vraag: Welke normen hebben betrekking op Inconel 718?
ASTM B637 (bar en smeedstukken), ASTM B670 (plaat), AMS 5662/5663/5664 (ruimtevaartomstandigheden), plus NACE MR0175/ISO 15156 en API 6A CRA-varianten voor olie en gas.
Vraag: Kan Inconel 718 worden gebruikt in zure dienst?
Ja, 718 is een van de weinige legeringen met hoge- sterkte die zijn vermeld in NACE MR0175/ISO 15156 voor zure omgevingen, met hardheidslimieten die op het certificaat moeten worden geverifieerd
