Nickel-Legierung 718 (Inconel® 718, UNS N07718, W. Nr. 2.4668) Bar, Geschmiedet, Blatt, und Ring

Einführung in Inconel® 718

Inconel® 718 (UNS N07718, W. Nr. 2.4668), Auch als Nickellegierung bekannt 718, ist eine Hochleistungs, explosionsgerechtiger Nickelchrom-Superalloy, der für seine außergewöhnliche Stärke bekannt ist, Korrosionsbeständigkeit, und Stabilität über einen weiten Temperaturbereich, aus kryogenen Bedingungen (-423° F/-253 ° C.) zu hohen Temperaturen (1300° F/704 ° C.). Weit verbreitet in der Luft- und Raumfahrt, Öl und Gas, und Stromerzeugung, Inconel 718 ist in Formularen wie Balken erhältlich, Schmiede-, Blätter, und Ringe, Jedes für bestimmte Anwendungen wie Turbinenkomponenten zugeschnitten, Raketenmotoren, und Hochdruckarmaturen. Seine einzigartigen Eigenschaften stammen aus einer ausgewogenen Komposition mit Nickel, Chrom, Niob, und Molybdän, Dies ermöglicht Aushärten und Widerstand gegen harte Umgebungen.

Die Vielseitigkeit der Legierungen macht es ideal für komplexe Teile, die eine hohe Zugfestigkeit erfordern, Ermüdungsbeständigkeit, und Schweißbarkeit. Inconel 718 Bars werden für Hochstresskomponenten wie Befestigungselemente und Wellen verwendet, Schmiedeturungen für Turbinenscheiben und Ringe, Blätter für gebildete Teile in Motoren, und Ringe für Versiegelung und strukturelle Anwendungen. Seine Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegen Stresskorrosionsrisse (SCC) und Lochfraß, Gewährleistet die Haltbarkeit in aggressiven Medien wie Sauergas und Meerwasser. In diesem Artikel werden die chemische Zusammensetzung von Inconel 718 untersucht, mechanische Eigenschaften, Herstellungsprozess, Anwendungen, und dimensionale Toleranzen für Balken, Schmiede-, Blätter, und Ringe. Detaillierte Tabellen bieten eine Referenz für Ingenieure, und Vergleiche mit Incoloy 901 und Rohrhäufe Noten (EN10219-1, API 5L) Heben Sie seine spezialisierte Rolle hervor. Durch die Nutzung von Erkenntnissen aus Branchenstandards und Herstellern, Dieser Artikel unterstreicht die kritische Bedeutung von Inconel 718 im fortschrittlichen Engineering.

 

Chemische Zusammensetzung und Materialanalyse

Die chemische Zusammensetzung von Inconel 718 wird akribisch entwickelt, um eine hohe Stärke zu liefern, Korrosionsbeständigkeit, und Schweißbarkeit. Die Legierung enthält typischerweise 50,0–55,0% Nickel, 17.0–21,0% Chrom, 4.75–5,50% Niob, 2.8–3,3% Molybdän, 0.65–1,15% Titan, 0.2–0,8% Aluminium, und ein Gleichgewicht von Eisen (18–20%), mit Spurenelementen einschließlich Kohlenstoff (≤ 0,08%), Mangan (≤ 0,35%), Silizium (≤ 0,35%), Phosphor (≤ 0,015%), Schwefel (≤ 0,015%), und Bor (≤ 0,006%). Diese Elemente werden kontrolliert, um die Bildung von γ zu optimieren. [Ni3(Al, Ti)] und γ ” [Ni3Nb] Phasen während der Wärmebehandlung, die die Festigkeit durch Aushärten der Niederschläge verstärken.

Nickel bildet die Grundlage für Korrosionsbeständigkeit und strukturelle Stabilität bei hohen Temperaturen, während Chrom eine Schutzoxidschicht bildet, Oxidation bis 1800 ° F widerstehen (982° C). Abhärtung von Niob- und Titan -Antriebsfällen, erheblich zunehmende Ertragsfestigkeit, Während Molybdän die Resistenz gegen Lochfraß und Spaltkorrosion in chloridreichen Umgebungen verbessert. Der niedrige Kohlenstoffgehalt minimiert den Vergünstigungsausfall der Kohlensäure, Reduzierung der Sensibilisierung beim Schweißen, und Bor stärkt die Korngrenzen, Verbesserung des Kriechwiderstands. Im Vergleich zu Incoloy 901 (40–45% Nickel, 2.35–3.10% Titan), Der höhere Niob- und Nickelgehalt von Inconel 718 erhöht seine Stärke und Korrosionsbeständigkeit, Obwohl es die Herstellungskomplexität erhöht. Relativ zu Rohrhäufern wie EN10219-1 S355JOH (0.22% KOHLENSTOFF, 1.60% Mangan), Die Nickel-basierte Komposition von Inconel 718 bietet unter extremen Bedingungen eine überlegene Leistung, jedoch zu höheren Kosten.

Die Mikrostruktur der Legierung bleibt über einen weiten Temperaturbereich stabil, Phasentransformationen widerstehen, die die Leistung beeinträchtigen könnten. Das macht Inconel 718 Ideal für Bars, Schmiede-, Blätter, und Ringe, die für anspruchsvolle Anwendungen verwendet werden, Besprechungsstandards wie ASTM B637 für Schmiedel und ASTM B670 für Blätter.

 

Mechanische Eigenschaften von Inconel 718

Inconel 718 zeigt hervorragende mechanische Eigenschaften, Damit es für Hochstressanwendungen in den verschiedenen Formen geeignet ist. Bei Raumtemperatur, Die Legierung bietet eine minimale Ertragsfestigkeit von 1034–1035 MPa (150 Ksi) und Zugfestigkeit von 1241–1275 MPa (180–185 KSI), mit einer Dehnung von 12–15% und der Härte von ungefähr 331 HBW (35 HRC). Diese Eigenschaften werden bis zu 1300 ° F gehalten (704° C), mit einer Ertragsfestigkeit von rund um 860 MPA (125 Ksi) bei 1200 ° F. (649° C), Gewährleistung der Zuverlässigkeit in Hochtemperaturumgebungen wie Gasturbinen. Die Kriechungs-Rupturstärke und die Müdigkeitsbeständigkeit der Legierungen sind für zyklische Belastungsanwendungen von entscheidender Bedeutung, wie Turbinenscheiben und Raketenmotorkomponenten.

Ausscheidungshärtung, Angetrieben durch γ ’und γ” -Phasen, wird durch Wärmebehandlungen wie Lösung mit Tempern bei 1700–1850 ° F erreicht (927–1010 ° C.) gefolgt von Alterung bei 1325 ° F (718° C) für 8 Std., Kühlung bei 100 ° F/h bis 1150 ° F (621° C), und festhalten für 8 Std. (AMS 5662). Diese Behandlung maximiert die Zug- und Müdigkeitsstärke, Während einer alternativen Behandlung (AMS 5664) Verbessert die Querduktilität in schweren Abschnitten auf Kosten der Kerbe, die Sprödigkeit. Bars und Schmiedeteile profitieren von diesen Behandlungen für Luft- und Raumfahrtkomponenten, während Blätter und Ringe ähnliche Prozesse erfordern, um die Formbarkeit und Stärke zu gewährleisten. Im Vergleich zu Incoloy 901 (Ertragsfestigkeit ~ 900 MPa), Inconel 718 Bietet überlegene Stärke, während die Rohrhäufe Noten wie API 5L x70 (485 N/mm²) sind deutlich schwächer, aber für strukturelle Anwendungen kostengünstiger, aber kostengünstiger.

Die Zähigkeit der Legierungen ermöglicht das Schmieden und Rollen in komplexe Formen, Mit Balken und Ringen, die häufig im lösungsgeformten Zustand bearbeitet werden, um die Größenkontraktion zu berücksichtigen (Bis zu 0.07%) Während des Alterns. Diese Eigenschaften gewährleisten die Zuverlässigkeit von Inconel 718 in kritischen Anwendungen.

 

Korrosionsresistenzeigenschaften

Die Korrosionsbeständigkeit von Inconel 718 ist eine definierende Funktion, Aktivieren der Verwendung in aggressiven Umgebungen über Balken hinweg, Schmiede-, Blätter, und Ringe. Der hohe Nickelgehalt (50–55%) Bietet Widerstand gegen eine Vielzahl von anorganischen und organischen Verbindungen, außer stark oxidieren Medien, Während Chrom (17–21%) bildet eine Schutzoxidschicht, Widerstand gegen Oxidation und Skalierung von bis zu 1800 ° F (982° C). Molybdän (2.8–3,3%) Verbessert Loch- und Spaltkorrosionsresistenz in chloridreichen Umgebungen, wie Meerwasser und Sauergasbrunnen, Machen Sie die Legierung für Öl- und Gasanwendungen geeignet. Die Legierung widersetzt sich auch mit Stresskorrosionsrissen (SCC), kritisch für Hochdrucksysteme.

Im Vergleich zu Incoloy 901, Inconel 718 bietet überlegene Resistenz gegen Säuren und Hochtemperaturkorrosion aufgrund seines höheren Nickel- und Niob-Gehalts, Obwohl es weniger resistent gegen Skalierung ist als rostfreie Stähle wie Typ 310 unter extremen Bedingungen. Rohrhalternoten (z.B., EN10219-1 S355JOH, API 5L X52) verlassen sich auf Beschichtungen für Korrosionsschutz, Mangel an Inconel 718s inhärentem Widerstand. Der niedrige Kohlenstoffgehalt minimiert die Sensibilisierung beim Schweißen, Reduzierung der intergranulären Korrosion, Was für geschweißte Blätter und Ringe von entscheidender Bedeutung ist. In der Luft- und Raumfahrt, Die Legierung hält schwefelhaltige Strahlmotoratmosphären, Während der marinen Einstellungen, Beschichtungen oder kathodischer Schutz können die Lebensdauer verlängern.

Der Korrosionsbeständigkeit der Legierungen, kombiniert mit seinen mechanischen Eigenschaften, macht es ideal für Anwendungen, die bei harten Bedingungen Haltbarkeit erfordern, Gewährleistung der langfristigen Leistung in Turbinenkomponenten, Befestigungselemente, und kryogener Tank.

 

Herstellung und Verarbeitung

Herstellung Inconel 718 in Bars, Schmiede-, Blätter, und Ringe erfordert präzise metallurgische und Verarbeitungstechniken, um optimale Eigenschaften zu erreichen. Die Legierung ist in der Regel heiß gearbeitet, um 1850–2100 ° F zu arbeiten (1010–1150 ° C.) Um die Formbarkeit zu gewährleisten, mit sorgfältiger Kontrolle, um schwefelhaltige Kraftstoffe zu vermeiden, die das Material verlegen könnten. Balken und Schmiedeträge werden durch Vakuuminduktionsschmelzen produziert (Vim) und Vakuumbogenübernahme (UNSER), gefolgt von Schmieden bei 900–1120 ° C mit einheitlicher Reduzierungen (20% Minimum für Open-Die, 10% für geschlossene Die) Um Duplex -Getreidestrukturen zu vermeiden. Lösung Tempern bei 955–1065 ° C, gefolgt von Alterung bei 720–650 ° C für 18 bis 20 Stunden (AMS 5662/5664), Optimiert Stärke und Duktilität.

Blätter werden im lösungsbedingten Zustand gerollt, um die Formbarkeit zu gewährleisten, Mit ASTM B670 spezifiziert Toleranzen für Dicke und Flachheit. Ringe werden geschmiedet oder gerollt, Oft erfordert Nickelbeschichtung und Vakuumlöckchen (z.B., BNI-2-Füllstoffmetall) Für Luft- und Raumfahrtkomponenten. SCHWEIßEN, kritisch für Blätter und Ringe, Verwendet Gas Wolfram -Lichtbogenschweißen (GTAW) oder Elektronenstrahlschweißen (EBW) Mit AWS A5.14 Erniecr-2-Füllstoff, um heißes Knacken zu minimieren. Die hohe Stärke der Legierungen macht die Bearbeitung herausfordernd (Gruppe D-2), Erfordernde eine grobe Bearbeitung im Lösungs-Annealed-Zustand und das Abschluss nach dem Altern, um die Größenkontraktion zu berücksichtigen (0.07%).

Im Vergleich zu Incoloy 901, Inconel 718 ist aufgrund seines höheren Nickelgehalts schwerer zu fälschen, Aber seine Schweißbarkeit ist vielen Superlegierungen überlegen. Die Pipe-Piling-Noten sind einfacher zu verarbeiten, aber es fehlt die Hochtemperaturleistung. Diese Prozesse gewährleisten Inconel 718 erfüllt Standards wie ASTM B637 und AMS 5596, Bereitstellung von Zuverlässigkeit in kritischen Anwendungen.

 

Bewerbungen von Inkonsum 718

Die Vielseitigkeit von Inconel 718 über die Bars hinweg, Schmiede-, Blätter, und Ringe unterstützt eine breite Palette von Anwendungen in anspruchsvollen Branchen. In der Luft- und Raumfahrt, Balken werden für Hochtemperaturschrauben verwendet, Befestigungselemente, und Wellen, während Schmiedeturbinenscheiben bilden, Kompressorblätter, und Raketenmotorkomponenten, Nutzung der Stärke und Ermüdungsbeständigkeit der Legierungen. Blätter werden zu Gehäusen gebildet, Abgasanlagen, und Flugzeugzelle Teile für Jet -Motoren, profitieren von ihrer Formbarkeits- und Korrosionsbeständigkeit. Ringe sind entscheidend für die Versiegelung und Strukturkomponenten in Turbinen und Raketenmotoren, wo eine hohe Kriechwechselstärke unerlässlich ist.

In der Öl- und Gasindustrie, Inconel 718 Bars und Schmiedetiere werden für Bohrloch -Tools verwendet, Ventile, und Fertigstellungsausrüstung, Säulengas- und Chloridkorrosion widerstehen. Blätter und Ringe werden in Hochdruckrohrleitungen und -ausstattungen für Offshore-Plattformen eingesetzt. Die kryogene Leistung der Legierungen unterstützt Anwendungen im verflüssigen Erdgas (LNG) Tankage, Während seine Hochtemperaturstabilität bei der Stromerzeugung für Dampfturbinenkomponenten wertvoll ist. Kernreaktoren verwenden Inconel 718 für seinen Strahlungswiderstand, Zu den Automobilanwendungen gehören Abgabesysteme und Turboladerkomponenten.

Im Vergleich zu Stimmungsstufen (z.B., API 5L X70), die für strukturelle Fundamente verwendet werden, Inconel 718 ist für Hochleistungsanwendungen reserviert, bei denen die Kosten für die Haltbarkeit sekundär sind. Incoloy 901 wird in ähnlichen Luft- und Raumfahrtanwendungen verwendet, ist jedoch weniger für extreme Korrosionsumgebungen geeignet. Die Fähigkeit der Legierungen, in komplexe Formen hergestellt zu werden.

 

Technische Spezifikationen und Parametertabelle

Die folgende Tabelle fasst die Schlüsselparameter von Inconel zusammen 718 Für Bars, Schmiede-, Blätter, und Ringe, Bereitstellung einer umfassenden Referenz für Ingenieure.

Parameter	Spezifikation
Legierungsbezeichnung	Inconel® 718 (UNS N07718, W. Nr. 2.4668)
Chemische Zusammensetzung	Ni: 50.0–55,0%, Cr: 17.0–21,0%, NB: 4.75–5,50%, Mo: 2.8–3,3%, Ti: 0.65–1,15%, Al: 0.2–0,8%, Fe: Gleichgewicht, C: ≤ 0,08%, MN: ≤ 0,35%, Si: ≤ 0,35%, P: ≤ 0,015%, S: ≤ 0,015%, B: ≤ 0,006%
Dichte	8.19 g/cm³ (0.296 lb/in³)
Zugfestigkeit (Zimmertemperatur)	≥1241–1275 MPa (180–185 KSI)
Streckgrenze (Zimmertemperatur)	≥ 1034–1035 MPa (150 Ksi)
DEHNUNG (Zimmertemperatur)	12–15%
Härte	~ 331 HBW (35 HRC)
Kriechbruchkraft	Hoch bei 1300 ° F. (704° C)
Korrosionsbeständigkeit	Ausgezeichnet bei Oxidation, Chloridreich, und saure Gasumgebungen
Oxidationsbeständigkeit	Bis zu 1800 ° F. (982° C)
Heiße Arbeitstemperatur	1850–2100 ° F. (1010–1150 ° C.)
Wärmebehandlung (AMS 5662)	Lösung angemessen bei 1700–1850 ° F (927–1010 ° C.), Alter bei 1325 ° F. (718° C) für 8h, Kühlen Sie 100 ° F/h bis 1150 ° F. (621° C), halte 8h, Luft kühl
Schweißbarkeit	Mäßig, GTAW/EBW mit AWS A5.14 ERNIFECR-2 Füllstoff
standards	ASTM B637 (Schmiede-), ASTM B670 (Blatt), AMS 5596, AMS 5662–5664
Anwendungen	Luft-und Raumfahrt (Turbinenscheiben, Befestigungselemente), Öl und Gas (Ventile, Bohrloch -Tools), Energieerzeugung, Kernreaktoren

Diese Tabelle bietet einen kurzen Überblick über die Eigenschaften von Inconel 718, Unterstützung bei der Materialauswahl für bestimmte Anwendungen.

 

Maßtoleranzen

Dimensionstoleranzen für Inconel 718 Riegel, Schmiede-, Blätter, und Ringe sind entscheidend für die Gewährleistung der Präzision bei der Herstellung und Anwendung, regiert nach Maßstäben wie ASTM B637 und ASTM B670. Für Bars, ASTM B637 gibt Toleranzen von ± 0,010 Zoll an (± 0,25 mm) für Durchmesser bis zu 1 Zoll (25.4 mm) und ± 0,031 Zoll (± 0,79 mm) für größere Durchmesser (K9 - K12, H8 - H13). Hex- und Quadratstangen haben Toleranzen von ± 0,020 Zoll (± 0,51 mm) für Größen bis zu 2 Zoll (50.8 mm). Schmiede-, per AMS 5662–5664, ähnliche Toleranzen beibehalten, mit Querschnittsgebieten beschränkt auf 78 in² (503 cm²) für Bars und fertig. Blätter, Per ASTM B670, Dicke Toleranzen von ± 0,005 Zoll haben (± 0,13 mm) für Dicken ≤ 0,125 Zoll (3.18 mm) und ± 10% für dickere Abschnitte.

Ringe, oft geschmiedet oder gerollt, Halten Sie sich an ASTM B637 -Toleranzen, mit Toleranzen des Außendurchmessers von ± 0,020 Zoll (± 0,51 mm) für Durchmesser bis zu 10 Zoll (254 mm). Geradheit für Balken ist beschränkt auf 0.050 Zoll pro Fuß (4.17 mm / M), Gewährleistung der Ausrichtung während der Bearbeitung. Im Vergleich zu Stimmungsstufen (EN10219-2: ± 1% Durchmesser, ± 10% Dicke), Die Toleranzen von Inconel 718 sind aufgrund seiner Präzisionsanwendungen enger. Oberflächenbewegungen, wie poliert oder eingelegt für Stangen und hell oder spiegel für Blätter, werden kontrolliert, um die Luft- und Raumfahrtstandards zu erfüllen. Diese Toleranzen gewährleisten Inconel 718 Komponenten erfüllen die strengen Anforderungen von Hochleistungssystemen, Minimierung von Mängel und Gewährleistung der Zuverlässigkeit.

 

Vergleich mit Incoloy 901 und Rohrhäufe Noten

Inconel 718 wird oft mit Incoloy verglichen 901 und Rohrhäufe Noten aufgrund ihrer überlappenden Anwendungen. Incoloy 901 (UNS N09901), mit einer Ertragsfestigkeit von ~ 900 MPa und Zugfestigkeit von 1150 MPA, ist weniger robust als Inconel 718 (1034–1035 MPa Ausbeute, 1241–1275 MPa -Zug). Inconel 718s höherer Nickel (50–55% vs. 40–45%) und Niob (4.75–5,50%) Inhalt verbessern seine Stärke und Korrosionsbeständigkeit, insbesondere bei Oxidieren von Säuren und Hochtemperaturumgebungen. Der höhere Eisengehalt von Incoloy 901 verbessert die Verschlechbarkeit, Erleichterung der Verarbeitung, Aber es ist weniger resistent gegen extreme Korrosion im Vergleich zu Inconel 718.

Pfeifenhäufern wie EN10219-1 S355JOH (Streckgrenze 355 N/mm²) und API 5L x52 (360 N/mm²) sind für strukturelle Anwendungen ausgelegt, mit Kohlenstoffinhalten bis zu 0.26% und Mangan bis zu 1.65%. Diese Noten sind weitaus günstiger, aber es fehlen die Hochtemperatur- und Korrosionsbeständigkeit von Inconel 718, auf Haltbarkeit auf Beschichtungen verlassen. Inconel 718 wird in spezialisierten Anwendungen wie Turbinenkomponenten und Sauergasbrunnen verwendet, Während die Stimmungsnoten für Fundamente und Meeresstrukturen geeignet sind. Die Wahl hängt von Umwelt- und Leistungsanforderungen ab, mit Inconel 718 Bieten Sie eine unübertroffene Haltbarkeit für extreme Bedingungen zu erstklassigen Kosten an.

Die überlegenen Eigenschaften von Inconel 718 machen es ideal für Luft- und Raumfahrt sowie Öl und Gas, während inkoloy 901 und Rohrhalterstufen dienen als kostengünstige Alternativen für weniger anspruchsvolle Anwendungen.

 

Herausforderungen und Einschränkungen

Die außergewöhnlichen Eigenschaften von Inconel 718 sind mit Herausforderungen verbunden, die sorgfältig berücksichtigt werden müssen. Schweißbarkeit ist eine erhebliche Hürde, Wenn der hohe Nickel- und Niob -Gehalt der Legierungen die Anfälligkeit für heißes Knacken erhöht. Techniken wie GTAW oder EBW mit AWS A5.14 ERNIFECR-2 Füllstoff, im lösungsgewohnten Zustand durchgeführt, sind notwendig, um das Knacken zu minimieren, gefolgt von Wärmebehandlung nach dem Schweigen. Diese Komplexität übersteigt die von Incoloy 901, Das ist aufgrund seines höheren Eisengehalts einfacher zu schweißen. Bearbeitung ist eine weitere Herausforderung (Gruppe D-2), Erfordernde eine grobe Bearbeitung im Lösungs-Annealed-Zustand und das Abschluss nach dem Altern, um die Größenkontraktion zu berücksichtigen (0.07%).

Die hohen Kosten der Legierungen, Angetrieben von Nickel und Niob, beschränkt seine Verwendung auf Anwendungen, bei denen die Leistung die Kosten rechtfertigt. Pipe Piling-Noten wie API 5L X70 sind für strukturelle Anwendungen wirtschaftlicher, können jedoch die Korrosionsbeständigkeit oder die Leistung von Inconel 718 nicht mithalten. Über 1300 ° F. (704° C), Die Stärke von Inconel 718 nimmt ab, erforderliche Legierungen wie Inconel 625 für höhere Temperaturen. Korrosionsresistenz ist ausgezeichnet, aber weniger wirksam bei stark oxidierter Säuren im Vergleich zu Inconel 625. Schutzbeschichtungen oder kathodischer Schutz können in Meeresumgebungen erforderlich sein, um die Lebensdauer zu verlängern.

Diese Herausforderungen werden durch präzise Herstellung gemindert, richtige Wärmebehandlungen, und Umweltbewertungen, Inconel sicherstellen 718 liefert eine zuverlässige Leistung in kritischen Anwendungen wie Luft- und Raumfahrt sowie Öl und Gas.