Inconel 718 е рядката никелова сплав, чиято здравина не съществува, докато термичната обработка не я създаде. В закалено състояние това е скромен материал от клас 1000 MPa-; след дву-етапната преципитационна обработка тя достига 1270 MPa минимална якост на опън с провлачване над 1030 MPa и тази разлика е цялата причина сплавта да се използва във въртящи се машини и оборудване под налягане.
Какво е Inconel 718
Inconel 718 (UNS N07718, EN 2.4668)е утаяване-закалена никелова-хром-желязна сплав, укрепена от две интерметални фази: гама двойно-основна (g″, Ni3Nb) като първична втвърдяваща фаза и гама основна (g′, Ni3(Al,Ti)) като вторична фаза.
Сплавта е необичайна сред никеловите суперсплави с това, че реакцията й на-стареене е бавна, което е точно това, което я прави заваряема без напукване, което засяга бързо-стареещите сплави като X-750. Той поддържа висока якост от криогенни температури до около 650 градуса (1200 градуса F), което е работната обвивка, цитирана от повечето листове с данни за дългосрочно обслужване.
| Елемент | Стойност |
|---|---|
| UNS номер | N07718 |
| EN / номер на завода | 2.4668 |
| Народни имена | Инконел 718, сплав 718, никел 718, NiCr19Fe19Nb5Mo3 (EN стенограма) |
| семейство | Утаяване-втвърдяем Ni-Cr-Fe-Nb-Mo |
| Укрепващ механизъм | g″ (Ni3Nb) първичен + g′ (Ni3(Al,Ti)) вторичен |
| Плътност | 8,19 g/cm3 (0,296 lb/in3) |
| Диапазон на топене | 1320–1390 градуса (2410–2540 градуса F) |
| Използваем сервизен диапазон | -250 градуса до +650 градуса дългосрочно |
Химичен състав
Съставът по-долу е стандартната обвивка за приемане, използвана от AMS 5662 / AMS 5663 и ASTM B637 за пръти и изковки. Ниобият е определящият елемент: той образува Ni3Nb гама двойна{5}}основна утайка по време на стареене и неговият обхват се контролира строго, защото твърде малко ниобий намалява реакцията на втвърдяване, докато твърде много насърчава сегрегацията и фазата на Laves. Желязото тук не е примес, а целенасочен балансиращ елемент, който забавя реакцията на стареене и подобрява възможностите за производство.
| елемент | мин. (%) | Макс (%) | Роля |
|---|---|---|---|
| Никел + Кобалт (Ni+Co) | 50.0 | 55.0 | Основна матрица; висока{0}}температурна устойчивост |
| хром (Cr) | 17.0 | 21.0 | Устойчивост на окисление и корозия |
| желязо (Fe) | Баланс | - | Матричен баланс; забавя реакцията на стареене за заваряемост |
| Ниобий + тантал (Nb+Ta) | 4.75 | 5.50 | Форми g″; основният втвърдяващ елемент |
| Молибден (Mo) | 2.80 | 3.30 | Стабилно{0}}укрепване на разтвора |
| Титан (Ti) | 0.65 | 1.15 | Форми g′; ко-утаител |
| Алуминий (Al) | 0.20 | 0.80 | Форми g′; ко-утаител |
| Кобалт (Co) | - | 1.00 | Ограничение на примесите в повечето спецификации |
| Въглерод (C) | - | 0.08 | Поддържа се на ниско ниво, за да се избегне твърдосплавна крехкост |
| Манган (Mn) | - | 0.35 | Контрол на примесите |
| Силиций (Si) | - | 0.35 | Контрол на примесите |
| Фосфор (P) | - | 0.015 | Контрол на примесите |
| Сяра (S) | - | 0.015 | Контрол на примесите; критичен за възможността за гореща обработка |
| Мед (Cu) | - | 0.30 | Ограничение на примесите |
| Бор (B) | - | 0.006 | Микро{0}}сплав за якост-на границата на зърното |
Механизмът на утаяване: Защо топлинната обработка създава силата
В закалено състояние Inconel 718 е твърд{1}}сплав с умерена якост, приблизително 1030 MPa минимум на опън в състояние AMS 5662.
Преципитационната топлинна обработка довежда сплавта до минимална якост на опън от 185 ksi (1276 MPa), тъй като принуждава да се случат две неща в микроструктурата: атомите на ниобий, титан и алуминий, които са разтворени в матрицата след третиране с разтвор, излизат от разтвора като частици Ni3Nb и Ni3(Al,Ti) с нанометров -мащаб; и тези частици закрепват движението на дислокация, което иначе би позволило пластична деформация.
Дву{0}}стъпковият цикъл на стареене съществува, защото двете фази реагират при различни температури: първата стъпка при 1325 градуса F заражда g″ фазата, а втората при 1150 градуса F я оставя да нарасне до размера, който дава оптимален баланс на здравина-издръжливост. Пропускането или съкращаването на която и да е стъпка оставя сплавта недостатъчно-закалена, поради което записите за топлинна-обработка са по-важни за 718, отколкото за почти всяка друга никелова сплав.
Условия за доставка: AMS 5662, AMS 5663 и AMS 5664
Три условия на AMS доминират при доставката на пръти, изковки и тръби Inconel 718. Те са една и съща химия; разликата е изцяло в състоянието на топлинна-обработка и всеки има различна работа във веригата за доставки.
| Спецификация | Състояние | Минимални свойства (стайна температура) | Типична употреба във веригата за доставки |
|---|---|---|---|
| AMS 5662 | Обработен разтвор (закален) | UTS 1034 MPa (150 ksi) min, YS 517 MPa (75 ksi) min | Суровина за машинна обработка; достатъчно мек, за да се реже лесно |
| AMS 5663 | Обработен разтвор + втвърден чрез утаяване | UTS 1276 MPa (185 ksi) min, YS 1034 MPa (150 ksi) min, EL 12% min, RA 15% min | Готови за обслужване-въртящи се хардуер и части под налягане |
| AMS 5664 | По-висока{0}}якост на студено-обработен + състарен вариант | Надвишава AMS 5663 по сила | Крепежни елементи и части, изискващи максимална здравина |
За тръбопроводи и оборудване под налягане логиката на доставката е: поръчайте AMS 5662, когато частта трябва първо да бъде обработена или огъната и по-късно закалена, и поръчайте AMS 5663, когато частта бъде доставена в окончателно състояние.
Често срещана грешка при снабдяването е да се поиска тръба AMS 5663 и след това да се обработи или студено{1}}огъва в-дома, което при работа-втвърдява и може да изкриви част, която вече е била в пълна здравина; правилният път за машинно обработени-от-сурови части е AMS 5662, последван от контролиран цикъл на стареене.
Маршрут на термична обработка
Стандартният цикъл на утаително втвърдяване съгласно AMS 5663 е дву-етапна обработка. Обработката с разтвор преди стареене разтваря втвърдяващите елементи и определя размера на зърното; стъпките на стареене зараждат и растат утайките.
| стъпка | температура | Време / Охлаждане | Цел |
|---|---|---|---|
| Отгряване на разтвора | 927–1010 градуса (1700–1850 градуса F) | Задръжте за размер на секция, въздушно охлаждане или по-бързо | Разтворете Nb, Ti, Al; зададен размер на зърното |
| Стъпка на стареене 1 | 718 градуса (1325 градуса F) | 8 часа | Ядрена g″ (Ni3Nb) фаза |
| Стъпка на стареене 2 | 621 градуса (1150 градуса F) | Пещта се охлажда от стъпка 1; общо време на стареене 18 часа; въздушно охлаждане | Отглеждайте g″ и g′ до оптимален размер |
Маршрутът 1325/1150 градуса F е стандартът на AMS. Бележка за производителите: сплавта показва свиване от около 0,0008 in/in след втвърдяване чрез утаяване, така че прецизните-машинно обработени размери трябва да бъдат зададени преди стареене или свиването да бъде отчетено в допуските за обработка.
Физически и механични данни
Таблицата по-долу комбинира физическите константи с представително механично поведение при температура. Минимумът на стайната-температура е договорен, стойностите на повишената-температура са типични стойности за ръководство за проектиране.
| Собственост | Стойност |
|---|---|
| Плътност | 8,19 g/cm3 |
| Модул на еластичност, стайна температура | 200 GPa (29 x 10³ ksi) |
| Среден CTE, 20–300 градуса | 13.9 µm/m·K |
| Топлопроводимост, стайна температура | 11.4 W/m·K |
| UTS, закален (AMS 5662 мин.) | 1034 MPa |
| UTS, отлежало (AMS 5663 мин.) | 1276 MPa |
| YS, отлежало (AMS 5663 минути) | 1034 MPa |
| Удължение, състарено (AMS 5663 min) | 12% |
| Твърдост, състарена (типична) | 331 HBW min (приблизително 36 HRC) |
Висока-температура и криогенно поведение
Същата структура на утаяване, която придава на 718 неговата устойчивост на стайна-температура, е стабилна до приблизително 650 градуса, поради което сплавта поддържа използваема якост на опън и якост на пълзене в диапазона на турбината и в сондажа. Типичните свойства на състаряване при 650 градуса все още показват около 1100 MPa якост на опън, а устойчивостта на-разкъсване е причината 718 да е стандартната въртяща се-хардуерна сплав.
В другия край на обвивката аустенитната матрица няма преход от пластично-към-крехкост, така че сплавта се използва широко в криогенни резервоари и клапани до температури на течен-водород. Тази комбинация, висока якост и при двата температурни крайности със заваряемост между тях, е причината никоя друга никелова сплав да не съответства на нейния брой спецификации в космическото пространство и нефт-и-газ.
Заваряване и производство
Инконел 718е заварен със съответстващ никелов-основен пълнител в клас ERNiFeCr-2 (AWS A5.14), познатото семейство Inconel 718 пълнители. Сплавта може да бъде заварена както в отгрято, така и в състарено състояние; реакцията на бавно стареене означава, че засегнатата от топлина-зона не се напуква след заваряване, както правят бързо стареещите сплави.
Когато се заварява в закалено състояние и след това се състарява, заваръчният метал развива голяма част от якостта на основния-метал, поради което заварените елементи обикновено се проектират като материал AMS 5662 плюс цикъл на стареене след-заваряване. Студеното формоване е лесно в отгрято състояние; състареният материал е достатъчно здрав, че формоването трябва да се извърши преди втвърдяването на валежите. Бележките за обработка отразяват другите никелови сплави: твърда настройка, положително подаване и остри инструменти за избягване на втвърдяване при работа.
Стандарти и продуктови форми
| Форма | Управляващ стандарт | Типичен диапазон |
|---|---|---|
| Бар, прът, тел | ASTM B637 / AMS 5662, 5663, 5664 | Диаметър 6–300 мм |
| Безшевни тръби и тръби | AMS 5662-маршрут, по спецификация на проекта | OD 21,3–168,3 mm (NPS 1/2–6) |
| Плоча, лист, лента | ASTM B670 / AMS 5596, 5597 | Дебелина 0,5–100 mm |
| Изковки и пръстени | ASTM B637 | На чертеж |
| Крепежни елементи | AMS 5662/5663 + NACE MR0175 варианти | На чертеж |
Приложения
- Космонавтика: турбинни дискове, компресорни лопатки, двигателни валове, корпуси и крепежни елементи
- Ракетни двигатели: турбопомпи, корпуси, компоненти на тягата
- Нефт и газ: сондажни инструменти, корпуси на MWD/LWD, валове на помпи, предпазни клапани, компоненти на кладенеца по NACE MR0175 / API 6A CRA
- Криогенни: Резервоари за втечнен природен газ и водород, клапани, преносни тръбопроводи
- Ядрени: вътрешни части на реактора и компоненти-на контролния прът
- Промишлени: високотемпературни пружини, крепежни елементи, матрици и инструменти
Често срещани грешки при обществените поръчки
- Поръчване на тръба AMS 5663 и машинна обработка в-дома, загуба на остарялото състояние на обработената повърхност
- Ако приемем, че всички сертификати 718 са едни и същи: състоянието (отгрято срещу отлежало) трябва да бъде посочено в PO
- Пропускане на втората стъпка на стареене при 1150 градуса F, което оставя сплавта под-закалена
- Пренебрегвайки свиването на стареенето от 0,0008 in/in в прецизните размери
- Използване на пълнител от клас 625 върху 718, който променя химията на заваръчния метал и намалява якостта при стареене
ЧЗВ
Въпрос: Каква е разликата между AMS 5662 и AMS 5663 Inconel 718?
AMS 5662 е разтворено-закалено състояние с приблизително 1034 MPa минимум на опън; AMS 5663 е същият материал чрез утаяване-, закален до минимална якост на опън от 1276 MPa. Поръчка 5662 за обработка и формоване, след това възраст; поръчка 5663 за сервиз-готови части.
Въпрос: Как се втвърдява Inconel 718?
Чрез дву{0}}етапно стареене: 8 часа при 718 градуса (1325 градуса F), след това охлаждане в пещта до 621 градуса (1150 градуса F) за общо време на стареене от 18 часа, след което охлаждане на въздух. Третирането утаява Ni3Nb (g″) и Ni3(Al,Ti) (g′) фази, които закрепват дислокациите.
Въпрос: Каква температура може да издържи Inconel 718?
Дългосрочно-обслужване до около 650 градуса (1200 градуса F), с добра криогенна производителност до -250 градуса. Над 650 градуса g″ фазата превишава и силата пада.
Въпрос: Заваряем ли е Inconel 718?
Да, необичайно за утаително{0}}втвърдена никелова сплав, тъй като нейната реакция на стареене е бавна. Използвайте ERNiFeCr-2 пълнител; заваряване в загрято състояние и стареене след това за почти -здравината на заварката на основния метал.
Въпрос: Какви стандарти покриват Inconel 718?
ASTM B637 (пръти и изковки), ASTM B670 (плоча), AMS 5662/5663/5664 (аерокосмически условия), плюс NACE MR0175/ISO 15156 и API 6A CRA варианти за нефт и газ.
В: Може ли Inconel 718 да се използва в кисело обслужване?
Да, 718 е една от малкото сплави с висока -якост, изброени в NACE MR0175/ISO 15156 за кисели среди, с граници на твърдост, които трябва да бъдат потвърдени в сертификата
