Hợp kim niken 718 (Inconel® 718, Hoa Kỳ N07718, W. Nr. 2.4668) thanh, Rèn, Tờ giấy, và nhẫn

Giới thiệu về Inconel® 718

Inconel® 718 (Hoa Kỳ N07718, W. Nr. 2.4668), còn được gọi là hợp kim niken 718, là một hiệu suất cao, Siêu vận mạnh niken-cromalloy có thể làm cứng mưa nổi tiếng với sức mạnh đặc biệt của nó, chống ăn mòn, và sự ổn định trên phạm vi nhiệt độ rộng, từ điều kiện đông lạnh (-423° F/-253 ° C.) đến nhiệt độ cao (1300° f/704 ° C.). Được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, dầu và khí đốt, và phát điện, inconel 718 có sẵn trong các hình thức như thanh, rèn, Tấm, và nhẫn, từng được thiết kế phù hợp cho các ứng dụng cụ thể như các thành phần tuabin, Động cơ tên lửa, và phụ kiện áp suất cao. Các thuộc tính độc đáo của nó xuất phát từ một tác phẩm cân bằng có niken, crom, Niobium, và molypden, cho phép lượng mưa cứng và chống lại môi trường khắc nghiệt.

Tính linh hoạt của hợp kim làm cho nó trở nên lý tưởng cho các bộ phận phức tạp đòi hỏi độ bền kéo cao, Chống mỏi, và khả năng hàn. inconel 718 Thanh được sử dụng cho các thành phần căng thẳng cao như ốc vít và trục, rèn cho đĩa và vòng tuabin, Tấm cho các bộ phận được hình thành trong động cơ, và vòng cho các ứng dụng niêm phong và cấu trúc. Kháng ăn mòn của nó, đặc biệt chống lại vết nứt căng thẳng căng thẳng (SCC) và rỗ, Đảm bảo độ bền trong các phương tiện truyền thông tích cực như khí chua và nước biển. Bài viết này khám phá thành phần hóa học Inconel 718, Tính chất cơ học, quá trình sản xuất, Ứng dụng, và dung sai kích thước cho các thanh, rèn, Tấm, và nhẫn. Bảng chi tiết cung cấp một tài liệu tham khảo cho các kỹ sư, và so sánh với Incoloy 901 và các lớp chồng chất (EN10219-1, API 5L) Làm nổi bật vai trò chuyên môn của nó. Bằng cách tận dụng những hiểu biết từ các tiêu chuẩn và nhà sản xuất ngành công nghiệp, Bài viết này nhấn mạnh Inconel 718 Tầm quan trọng quan trọng trong kỹ thuật nâng cao.

 

Thành phần hóa học và phân tích vật liệu

Thành phần hóa học của Inconel 718 được thiết kế tỉ mỉ để cung cấp sức mạnh cao, chống ăn mòn, và khả năng hàn. Hợp kim thường chứa 50,0 bóng55,0% niken, 17.0Mạnh21,0% crom, 4.755,50% niobium, 2.8Cấm 3,3% molybden, 0.65Tit1,15% titan, 0.2Nhôm0,8%, và sự cân bằng của sắt (18–20%), với các yếu tố vi lượng bao gồm carbon (≤0,08%), mangan (≤0,35%), silicon (≤0,35%), phốt pho (≤0,015%), lưu huỳnh (≤0,015%), và boron (≤0,006%). Các yếu tố này được kiểm soát để tối ưu hóa sự hình thành của γ [Ni3(Al, Ti)] và γ [Ni3Nb] Các giai đoạn trong quá trình xử lý nhiệt, trong đó tăng cường sức mạnh thông qua việc làm cứng lượng mưa.

Niken cung cấp nền tảng cho khả năng chống ăn mòn và ổn định cấu trúc ở nhiệt độ cao, Trong khi crom tạo thành một lớp oxit bảo vệ, chống lại quá trình oxy hóa lên đến 1800 ° F (982° C). Niobi và titan làm cứng lượng mưa, Tăng đáng kể sức mạnh năng suất, Trong khi molypden tăng cường khả năng chống rỗ và ăn mòn kẽ hở trong môi trường giàu clorua. Hàm lượng carbon thấp giảm thiểu kết tủa cacbua, giảm độ nhạy cảm trong quá trình hàn, và boron tăng cường ranh giới hạt, Cải thiện khả năng chống leo. So với incoloy 901 (40Niken45%, 2.35Cấm3,10% titan), Inconel 718 Niobi cao hơn và nội dung niken tăng cường sức mạnh và khả năng chống ăn mòn của nó, mặc dù nó làm tăng độ phức tạp sản xuất. Liên quan đến các lớp chồng chất như EN10219-1 S355JOH (0.22% Carbon, 1.60% mangan), Thành phần dựa trên Niken của Inconel 718 cung cấp hiệu suất vượt trội trong điều kiện khắc nghiệt nhưng với chi phí cao hơn.

Cấu trúc vi mô hợp kim vẫn ổn định trong phạm vi nhiệt độ rộng, Chống lại các biến đổi pha có thể làm suy giảm hiệu suất. Điều này làm cho bất tiện 718 Lý tưởng cho các quán bar, rèn, Tấm, và các vòng được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi, đáp ứng các tiêu chuẩn như ASTM B637 để rèn và ASTM B670 cho các tờ.

 

Tính chất cơ học của Inconel 718

inconel 718 trưng bày các thuộc tính cơ học nổi bật, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng căng thẳng cao trên các hình thức khác nhau của nó. Ở nhiệt độ phong, Hợp kim cung cấp sức mạnh năng suất tối thiểu là 1034 Mạnh1035 MPa (150 Hiển thị) và độ bền kéo của 1241 bóng1275 MPa (180Mạnh185 KSI), với độ giãn dài 121515% và độ cứng xấp xỉ 331 HBW (35 HRC). Các tính chất này được duy trì lên tới 1300 ° F (704° C), với sức mạnh năng suất của xung quanh 860 MPa (125 Hiển thị) ở 1200 ° F. (649° C), Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường nhiệt độ cao như tua-bin khí. Sức mạnh và sức đề kháng mệt mỏi của Alloy Alloy là rất quan trọng đối với các ứng dụng tải theo chu kỳ, chẳng hạn như đĩa tuabin và các thành phần động cơ tên lửa.

Lượng mưa cứng lại, được thúc đẩy bởi các giai đoạn γ và γ, đạt được thông qua các phương pháp xử lý nhiệt như ủ dung dịch ở 17001850 ° F (927Tiết1010 ° C.) tiếp theo là lão hóa ở 1325 ° F (718° C) cho 8 giờ, làm mát ở 100 ° f/giờ đến 1150 ° F (621° C), và giữ cho 8 giờ (Ams 5662). Phương pháp điều trị này tối đa hóa độ bền kéo và mệt mỏi, Trong khi một phương pháp điều trị thay thế (Ams 5664) Tăng cường độ dẻo ngang trong các phần nặng với chi phí của độ giòn của Notch. Thanh và rèn được hưởng lợi từ các phương pháp điều trị này cho các thành phần hàng không vũ trụ, Trong khi các tấm và vòng yêu cầu các quy trình tương tự để đảm bảo khả năng định dạng và sức mạnh. So với incoloy 901 (Sức mạnh năng suất ~ 900 MPa), inconel 718 Cung cấp sức mạnh vượt trội, Trong khi các lớp chồng chất như API 5L X70 (485 N / mm²) yếu hơn đáng kể nhưng tiết kiệm chi phí hơn cho các ứng dụng cấu trúc.

Độ bền của hợp kim cho phép rèn và lăn thành các hình dạng phức tạp, với các thanh và vòng thường được gia công trong điều kiện được giải pháp để giải thích cho sự co thắt kích thước (Đến 0.07%) trong quá trình lão hóa. Các thuộc tính này đảm bảo độ tin cậy của Inconel 718 trong các ứng dụng quan trọng.

 

Đặc điểm kháng ăn mòn

Khả năng chống ăn mòn Inconel 718 là một tính năng xác định, cho phép sử dụng nó trong môi trường tích cực trên các thanh, rèn, Tấm, và nhẫn. Nội dung niken cao (50–55%) cung cấp khả năng chống lại một loạt các hợp chất vô cơ và hữu cơ, ngoại trừ phương tiện oxy hóa mạnh mẽ, trong khi crom (17–21%) tạo thành một lớp oxit bảo vệ, chống lại quá trình oxy hóa và tỷ lệ lên tới 1800 ° F (982° C). molypden (2.8–3.3%) Tăng cường khả năng chống ăn mòn rỗ và kẽ hở trong môi trường giàu clorua, chẳng hạn như nước biển và giếng khí chua, Làm cho hợp kim phù hợp cho các ứng dụng dầu khí. Hợp kim cũng chống lại vết nứt căng thẳng căng thẳng (SCC), quan trọng cho các hệ thống áp suất cao.

So với incoloy 901, inconel 718 cung cấp khả năng chống oxy hóa axit oxy hóa vượt trội và ăn mòn nhiệt độ cao do hàm lượng niken và niobi cao hơn của nó, mặc dù nó ít có khả năng chống tỷ lệ hơn các loại thép không gỉ như loại 310 trong điều kiện khắc nghiệt. Lớp chồng chất (ví dụ, EN10219-1 S355JOH, API 5L X 52) dựa vào lớp phủ để bảo vệ ăn mòn, Thiếu sự kháng cự vốn có của Inconel 718. Hàm lượng carbon thấp giảm thiểu sự nhạy cảm trong quá trình hàn, Giảm ăn mòn giữa các hạt, Điều quan trọng đối với các tấm hàn và nhẫn. Trong hàng không vũ trụ, Hợp kim chịu được khí quyển động cơ phản lực chứa lưu huỳnh, Trong khi ở các thiết lập biển, Lớp phủ hoặc bảo vệ catốt có thể kéo dài tuổi thọ dịch vụ.

Khả năng chống ăn mòn hợp kim, kết hợp với các tính chất cơ học của nó, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền trong điều kiện khắc nghiệt, Đảm bảo hiệu suất lâu dài trong các thành phần tuabin, buộc chặt, và bể chứa lạnh.

 

Sản xuất và chế biến

Sản xuất Inconel 718 vào thanh, rèn, Tấm, và các vòng đòi hỏi các kỹ thuật luyện kim và xử lý chính xác để đạt được các đặc tính tối ưu. Hợp kim thường hoạt động nóng ở 1850 nhiệt2100 ° F (1010Mạnh1150 ° C.) Để đảm bảo khả năng định dạng, với sự kiểm soát cẩn thận để tránh nhiên liệu có chứa lưu huỳnh có thể bao trùm vật liệu. Thanh và rèn được sản xuất thông qua cảm ứng chân không tan chảy (Vim) và làm lại vòng cung chân không (CỦA CHÚNG TÔI), tiếp theo là rèn ở 900 nhiệt1120 ° C với các mức giảm đồng đều (20% Tối thiểu cho con chết mở, 10% cho chết đóng) Để tránh các cấu trúc hạt song công. Giải pháp ủ ở 955 bóng1065 ° C, tiếp theo là lão hóa ở 720 nhiệt650 ° C trong 18 giờ20 giờ (Ams 5662/5664), Tối ưu hóa sức mạnh và độ dẻo.

Tấm được cuộn trong điều kiện được giải pháp để đảm bảo khả năng định dạng, với ASTM B670 chỉ định dung sai cho độ dày và độ phẳng. Nhẫn được rèn hoặc cuộn, thường yêu cầu mạ niken và hàn chân không (ví dụ, Kim loại phụ BNI-2) cho các thành phần hàng không vũ trụ. sự hàn, Quan trọng cho tấm và nhẫn, Sử dụng hàn Vonfram Vonfram (GTAW) hoặc hàn chùm electron (EMS) với AWS A5.14 Ernifecr-2 để giảm thiểu vết nứt nóng. Sức mạnh cao của hợp kim làm cho gia công trở nên khó khăn (Nhóm D-2), Yêu cầu gia công thô ở trạng thái được giải pháp và hoàn thiện sau khi lão hóa để giải thích cho sự co thắt kích thước (0.07%).

So với incoloy 901, inconel 718 khó hơn để giả mạo do hàm lượng niken cao hơn của nó, Nhưng khả năng hàn của nó vượt trội hơn nhiều siêu hợp. Các lớp đóng cọc ống dễ xử lý hơn nhưng thiếu hiệu suất nhiệt độ cao. Các quy trình này đảm bảo bất tiện 718 đáp ứng các tiêu chuẩn như ASTM B637 và AMS 5596, cung cấp độ tin cậy trong các ứng dụng quan trọng.

 

Ứng dụng của Inconel 718

Tính linh hoạt của Inconel 718 trên các thanh, rèn, Tấm, và các vòng hỗ trợ một loạt các ứng dụng trong các ngành công nghiệp đòi hỏi. Trong hàng không vũ trụ, Thanh được sử dụng cho bu lông nhiệt độ cao, buộc chặt, và trục, Trong khi rèn tạo thành đĩa tuabin, Lưỡi máy nén, và các thành phần động cơ tên lửa, Tận dụng sức mạnh của hợp kim và sức đề kháng mệt mỏi. Tấm được hình thành thành vỏ, hệ thống xả, và các bộ phận khung máy bay cho động cơ phản lực, được hưởng lợi từ khả năng định dạng và chống ăn mòn của họ. Nhẫn rất quan trọng để niêm phong và các thành phần cấu trúc trong tuabin và động cơ tên lửa, Trường hợp sức mạnh rạn nứt cao là điều cần thiết.

Trong ngành dầu khí, inconel 718 thanh và rèn được sử dụng cho các công cụ giếng khoan, Van, và thiết bị hoàn thành, chống ăn mòn khí chua và clorua. Tấm và nhẫn được sử dụng trong đường ống và phụ kiện áp suất cao cho các nền tảng ngoài khơi. Hiệu suất đông lạnh hợp kim hỗ trợ các ứng dụng trong khí tự nhiên hóa lỏng (LNG) Tankage, Trong khi độ ổn định nhiệt độ cao của nó có giá trị trong việc phát điện cho các thành phần tuabin hơi nước. Lò phản ứng hạt nhân sử dụng Inconel 718 cho khả năng chống bức xạ của nó, và các ứng dụng ô tô bao gồm hệ thống ống xả và các bộ phận tăng áp.

So với các lớp chồng chất (ví dụ, API 5L x70), được sử dụng cho các nền tảng cấu trúc, inconel 718 được dành riêng cho các ứng dụng hiệu suất cao trong đó chi phí là thứ yếu so với độ bền. Incoloy 901 được sử dụng trong các ứng dụng hàng không vũ trụ tương tự nhưng ít phù hợp với môi trường ăn mòn cực độ. Khả năng của hợp kim được chế tạo thành các hình dạng phức tạp đảm bảo vai trò của nó trong các hệ thống quan trọng trong các ngành công nghiệp.

 

Thông số kỹ thuật và bảng tham số

Bảng sau đây tóm tắt các tham số chính của Inconel 718 Cho thanh, rèn, Tấm, và nhẫn, cung cấp một tài liệu tham khảo toàn diện cho các kỹ sư.

tham số	Đặc điểm kỹ thuật
Chỉ định hợp kim	Inconel® 718 (Hoa Kỳ N07718, W. Nr. 2.4668)
Thành phần hóa học	Ni: 50.0–555,0%, 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: Cân, C: ≤0,08%, MN: ≤0,35%, Si: ≤0,35%, P: ≤0,015%, S: ≤0,015%, b: ≤0,006%
Tỉ trọng	8.19 g/cm³ (0.296 lb/in³)
Độ bền kéo (Phòng nhiệt độ)	≥1241 Mạnh1275 MPa (180Mạnh185 KSI)
Mang lại sức mạnh (Phòng nhiệt độ)	≥1034 bóng1035 MPa (150 Hiển thị)
Kéo dài (Phòng nhiệt độ)	12–15%
Cứng	~ 331 HBW (35 HRC)
Creep Rupture Sức mạnh	Cao ở 1300 ° F. (704° C)
chống ăn mòn	Tuyệt vời trong oxy hóa, giàu clorua, và môi trường khí chua
kháng oxy hóa	Lên đến 1800 ° f (982° C)
Nhiệt độ làm việc nóng	1850Mạnh2100 ° F. (1010Mạnh1150 ° C.)
nhiệt khí (Ams 5662)	Giải pháp ủ ở 1700 Hàng1850 ° F (927Tiết1010 ° C.), Tuổi ở 1325 ° F. (718° C) trong 8h, Làm mát 100 ° F/giờ đến 1150 ° F (621° C), giữ 8h, không khí mát mẻ
khả năng hàn	Vừa phải, GTAW/EBW với AWS A5.14 Ernifecr-2
chuẩn	ASTM B637 (rèn), ASTM B670 (Tờ giấy), Ams 5596, AMS 5662 bóng5664
Ứng dụng	Hàng không vũ trụ (Đĩa tuabin, buộc chặt), dầu và khí đốt (Van, Công cụ Wellbore), Sản xuất điện, Lò phản ứng hạt nhân

Bảng này cung cấp một cái nhìn tổng quan ngắn gọn về các thuộc tính Inconel 718, hỗ trợ lựa chọn vật liệu cho các ứng dụng cụ thể.

 

Dung sai kích thước

Dung sai kích thước cho Inconel 718 thanh, rèn, Tấm, và các vòng rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác trong sản xuất và ứng dụng, Được điều chỉnh bởi các tiêu chuẩn như ASTM B637 và ASTM B670. Cho thanh, ASTM B637 chỉ định dung sai ± 0,010 inch (± 0,25 mm) cho đường kính lên đến 1 inch (25.4 mm) và ± 0,031 inch (± 0,79 mm) cho đường kính lớn hơn (K9, K12, H8 H8 H13). Hex và thanh vuông có dung sai ± 0,020 inch (± 0,51 mm) cho kích thước lên đến 2 inch (50.8 mm). rèn, mỗi AM 5662 bóng5664, Duy trì dung sai tương tự, với các khu vực cắt ngang giới hạn 78 in² (503 cm²) cho các quán bar và những lời rèn xong. Tấm, Per ASTM B670, có dung sai độ dày ± 0,005 inch (± 0,13 mm) cho độ dày ≤0,125 inch (3.18 mm) và ± 10% cho các phần dày hơn.

Nhẫn, thường được rèn hoặc lăn, Tuân thủ dung sai ASTM B637, với dung sai đường kính ngoài là ± 0,020 inch (± 0,51 mm) cho đường kính lên đến 10 inch (254 mm). Sự thẳng thắn cho các thanh được giới hạn trong 0.050 inch mỗi chân (4.17 mm / M), Đảm bảo căn chỉnh trong quá trình gia công. So với các lớp chồng chất (EN10219-2: Đường kính 1%, ± 10% độ dày), Dung sai của Inconel 718, chặt chẽ hơn do các ứng dụng chính xác của nó. Bề mặt hoàn thiện, chẳng hạn như đánh bóng hoặc ngâm cho các thanh và gương sáng cho các tấm, được kiểm soát để đáp ứng các tiêu chuẩn hàng không vũ trụ. Những dung sai này đảm bảo không quan tâm 718 Các thành phần đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của các hệ thống hiệu suất cao, giảm thiểu khiếm khuyết và đảm bảo độ tin cậy.

 

So sánh với Incoloy 901 và các lớp chồng chất

inconel 718 thường được so sánh với Incoloy 901 và các lớp đóng cọc ống do các ứng dụng chồng chéo của chúng. Incoloy 901 (Hoa Kỳ N09901), với sức mạnh năng suất ~ 900 MPa và độ bền kéo của 1150 MPa, ít mạnh mẽ hơn 718 (1034Năng suất MP1035 MPA, 1241Mạnh1275 MPA kéo dài). Inconel 718 Niken Niken cao hơn (505555% so với. 40–45%) và niobi (4.75–5,50%) Nội dung tăng cường sức mạnh và khả năng chống ăn mòn của nó, đặc biệt trong oxy hóa axit và môi trường nhiệt độ cao. Incoloy 901 Nội dung sắt cao hơn giúp cải thiện sự tha thứ, làm cho nó dễ dàng hơn để xử lý, Nhưng nó ít kháng ăn mòn hơn so với Inconel 718.

Các lớp đóng cọc ống như EN10219-1 S355JOH (Mang lại sức mạnh 355 N / mm²) và API 5L x52 (360 N / mm²) được thiết kế cho các ứng dụng cấu trúc, với hàm lượng carbon lên đến 0.26% và mangan lên đến 1.65%. Các lớp này ít tốn kém hơn nhiều nhưng không có khả năng chống ăn mòn và nhiệt độ cao của Inconel 718, dựa vào lớp phủ cho độ bền. inconel 718 được sử dụng trong các ứng dụng chuyên dụng như các thành phần tuabin và giếng khí chua, Trong khi các lớp đóng cọc đường ống phù hợp cho nền tảng và cấu trúc biển. Sự lựa chọn phụ thuộc vào các yêu cầu về môi trường và hiệu suất, với Inconel 718 Cung cấp độ bền chưa từng có cho các điều kiện khắc nghiệt với chi phí cao.

Các tài sản vượt trội của Inconel 718 làm cho nó lý tưởng cho hàng không vũ trụ và dầu khí, Trong khi Incoloy 901 và các lớp đóng cọc ống đóng vai trò là lựa chọn thay thế hiệu quả về chi phí cho các ứng dụng ít đòi hỏi hơn.

 

Những thách thức và hạn chế

Các tài sản đặc biệt của Inconel 718 đi kèm với những thách thức đòi hỏi phải xem xét cẩn thận. Khả năng hàn là một trở ngại đáng kể, Khi hàm lượng niken và niobi cao của hợp kim làm tăng tính nhạy cảm với vết nứt nóng. Các kỹ thuật như GTAW hoặc EBW với AWS A5.14 Ernifecr-2 filler, được thực hiện trong điều kiện được giải pháp, là cần thiết để giảm thiểu vết nứt, tiếp theo là điều trị nhiệt sau khi hàn. Sự phức tạp này vượt quá sự xâm nhập của Incoloy 901, mà dễ hàn hơn do hàm lượng sắt cao hơn. Gia công là một thách thức khác (Nhóm D-2), Yêu cầu gia công thô ở trạng thái được giải pháp và hoàn thiện sau khi lão hóa để giải thích cho sự co thắt kích thước (0.07%).

Chi phí cao của hợp kim, được điều khiển bởi niken và niobi, giới hạn việc sử dụng nó đối với các ứng dụng trong đó hiệu suất biện minh cho chi phí. Các lớp đóng cọc ống như API 5L X70 có tính kinh tế hơn cho các ứng dụng cấu trúc nhưng không thể phù hợp với khả năng chống ăn mòn của Inconel 718 hoặc hiệu suất nhiệt độ cao. Trên 1300 ° F. (704° C), Inconel 718 Sức mạnh giảm, đòi hỏi hợp kim như Inconel 625 cho nhiệt độ cao hơn. Kháng ăn mòn là tuyệt vời nhưng kém hiệu quả hơn trong việc oxy hóa axit mạnh so với Inconel 625. Lớp phủ bảo vệ hoặc bảo vệ catốt có thể cần thiết trong môi trường biển để kéo dài tuổi thọ dịch vụ.

Những thách thức này được giảm thiểu thông qua sản xuất chính xác, Phương pháp điều trị nhiệt thích hợp, và đánh giá môi trường, Đảm bảo bất tiện 718 Cung cấp hiệu suất đáng tin cậy trong các ứng dụng quan trọng như hàng không vũ trụ và dầu khí.