Inconel 718 ist eine ausscheidungshärtende Nickel-Chrom-Eisen-Superlegierung, die für eine zuverlässige Leistung in extremen Umgebungen entwickelt wurde, die über 700 °C (1300 °F). Es vereint außergewöhnliche Streckgrenze, Kriechfestigkeit, thermische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit, was es zu einer der am häufigsten verwendeten Hochtemperaturlegierungen in Düsentriebwerken, Gasturbinen, Tiefbohrwerkzeugen für Öl und Gas und modernen Energiesystemen macht.
Im Vergleich zu anderen Superlegierungen wie Waspaloy oder der Rene-Serie wird Inconel 718 vor allem wegen seines einzigartigen γ″-Verstärkungsmechanismus und seiner hervorragenden Schweißbarkeit geschätzt, was ihm eine beispiellose Vielseitigkeit in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Schwerindustrie verleiht.
Was ist Inconel 718?
Inconel 718 ist ein Ausscheidungshärtende Superlegierung auf Nickelbasis die vor allem durch die Bildung von γ″ (Gamma Double Prime, Ni₃Nb) und γ′ (Gamma Prime, Ni₃(Al,Ti)) während der Alterung. Diese metallurgischen Phasen verleihen der Legierung ihre charakteristische hohe Festigkeit, Ermüdungsbeständigkeit und langfristige thermische Stabilität.
Materielle Normen
- UNS: N07718
- W.Nr. (DIN): 2.4668
- Gebräuchliche Namen: Legierung 718, Nickel 718, Inconel 718
Einer der wichtigsten Vorteile von Inconel 718 ist seine langsame Ausscheidungskinetik der γ″-Phase, was die Anfälligkeit für Rissbildung in der wärmebeeinflussten Zone der Schweißnaht. Daher gilt es als eine der am besten schweißbaren Superlegierungen.
Chemische Zusammensetzung
Die Hochtemperaturfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit von Inconel 718 ist auf die folgenden chemischen Elemente zurückzuführen. Die ≈5% Nb (Niob) Gehalt ist das entscheidende Merkmal, das die Verstärkung des γ″-Niederschlags ermöglicht.
| Element | Gewicht % | Funktion |
|---|---|---|
| Nickel (Ni) | 50.0-55.0 | Bietet Matrixstabilität und Korrosionsbeständigkeit. |
| Chrom (Cr) | 17.0-21.0 | Bildet Schutzoxide; verbessert die Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit. |
| Eisen (Fe) | Bilanz | Verbessert die Herstellbarkeit und Kosteneffizienz. |
| Niob (Nb) + Tantal (Ta) | 4.75-5.50 | Schlüssel γ″ verstärkendes Element (Ni₃Nb). |
| Molybdän (Mo) | 2.80-3.30 | Festigkeitssteigerung in fester Lösung; verbessert die Lochfraßbeständigkeit. |
| Titan (Ti) | 0.65-1.15 | Unterstützt die γ′-Bildung; trägt zur Aushärtung bei. |
| Aluminium (Al) | 0.20-0.80 | Verbessert die Oxidationsbeständigkeit und γ′-Ausfällung. |
Physikalische und chemische Eigenschaften
Diese Eigenschaften bestimmen die Leistung von Inconel 718 in thermischen, mechanischen und korrosiven Umgebungen.
Physikalische Eigenschaften
- Die Dichte: 8,19 g/cm³ (0,296 lb/in³)
- Schmelzbereich: 1260-1336 °C
- Wärmeleitfähigkeit: 11,4 W/m-K bei 21 °C
→ Geringe Leitfähigkeit erhöht die Schnittkanten-Temperaturen bei der Bearbeitung. - Thermische Ausdehnung: 13,0 µm/m-°C (20-100 °C)
- Magnetische Eigenschaften: Nicht-magnetisch
Chemische Eigenschaften
- Beständigkeit gegen Hochtemperaturoxidation: Stabiles Schutzoxid bis zu ~980 °C
- Korrosionsbeständigkeit: Hervorragend geeignet für Säuren, Basen, Seewasser und Chloridumgebung
- Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion (SCC): Hohe Beständigkeit in Sauergas (H₂S) und Chloridumgebung
- NACE MR0175-konform: Üblicherweise in Öl- und Gasbohrlochwerkzeugen verwendet
Mechanische Eigenschaften
Typische Werte für AMS 5663 (geschmiedet, gealterter Zustand):
- Zugfestigkeit: ≥1240 MPa (180 ksi)
- Streckgrenze (0,2% Offset): ≥1034 MPa (150 ksi)
- Dehnung: ≥12%
- Härte: 36-44 HRC
- Beibehaltung der Festigkeit bei hohen Temperaturen: >80% der Raumtemperaturfestigkeit bei 650 °C
- Kriechstromfestigkeit: Ausgezeichnete Langzeitstabilität bei anhaltender Belastung
Herstellungs- und Verarbeitungsmerkmale
Inconel 718 ist bekannt für seine Hochtemperaturfestigkeit und sein ausscheidungsgehärtetes Gefüge, die seine Bearbeitbarkeit, Schweißbarkeit und Wärmebehandlungsfähigkeit erheblich beeinflussen.
Seine Bearbeitbarkeit wird im Allgemeinen mit 10-15% (vs. 100% für AISI B1112 Stahl)Dieser niedrige Wert ist hauptsächlich auf Kaltverfestigung, Wärmestau und karbidbedingten Werkzeugverschleiß zurückzuführen.
Bearbeitungseigenschaften
Inconel 718 wird aufgrund mehrerer werkstoffspezifischer Eigenschaften als schwer zu bearbeitende Legierung eingestuft:
- Starke Arbeitsverhärtung
Die Legierung härtet fast sofort aus, wenn das Schneidwerkzeug die Oberfläche berührt. Mit zunehmender Belastung erhöht die gehärtete Schicht die Schnittkräfte und die Werkzeugbelastung.
- Niedrige Wärmeleitfähigkeit
Die bei der Bearbeitung entstehende Wärme kann nicht effizient abgeführt werden. Der größte Teil der Wärmeenergie bleibt an der Schneidkante konzentriert, was den Verschleiß und die thermische Rissbildung beschleunigt.
- Abrasive Hartmetalle
Die im Gefüge vorhandenen niobhaltigen Karbide wirken als harte Schleifpartikel. Diese Karbide verkürzen die Standzeit der Werkzeuge und erfordern robuste Werkstoffe.
Zusammen führen diese Faktoren zu niedrigen Bearbeitungsgeschwindigkeiten, häufigen Werkzeugwechseln und strengen Anforderungen an die thermische Kontrolle.
Schweißeignung
Im Gegensatz zu vielen ausscheidungsgehärteten Superlegierungen lässt sich Inconel 718 hervorragend schweißen. Die γ″-Phase scheidet sich langsam aus, was das Risiko von:
- Rissbildung in der hitzebeeinflussten Zone
- Rissbildung durch Dehnungsalterung
- Versprödung nach dem Schweißen
Inconel 718 ist kompatibel mit WIG-, MIG-, EBW- und Laserschweißen. Nach dem Schweißen kann die Legierung vollständig gealtert werden, um ihre mechanische Festigkeit wiederherzustellen.
Wärmebehandlung
Inconel 718 reagiert stark auf die Wärmebehandlung durch Ausscheidungshärtung. Seine Festigkeit stammt hauptsächlich von γ″ (Ni₃Nb) mit Unterstützung von γ′ (Ni₃(Al,Ti)).
Zu den wichtigsten Wärmebehandlungsmerkmalen gehören:
- Lösungsglühen löst vorhandene Ausfällungen auf und homogenisiert die Matrix.
- Doppelte Alterung fördert die kontrollierte Ausscheidung von γ″- und γ′-Phasen, wodurch eine maximale Festigkeit erreicht wird.
- Stabiles Mikrogefüge führt zu einer hervorragenden Kriechfestigkeit und langfristigen strukturellen Integrität bei erhöhten Temperaturen.
Dieses Wärmebehandlungsverhalten ermöglicht es Inconel 718, seine hohe mechanische Leistungsfähigkeit in der Luft- und Raumfahrt, in Turbinen und in der Öl- und Gasindustrie zu erhalten.
Anwendungen
Inconel 718 wird in Umgebungen eingesetzt, die hohe Festigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Ermüdungsstabilität bei hohen Temperaturen erfordern.
Aufgrund der Ausgewogenheit von Schweißbarkeit, Kriechfestigkeit und langfristiger struktureller Stabilität wird es in der Luft- und Raumfahrt, im Energiesektor und in der Schwerindustrie häufig eingesetzt. Typische Anwendungskategorien sind:
- Komponenten für die Luft- und Raumfahrtwie Turbinenscheiben, Verdichterschaufeln, Motorgehäuse und Hochtemperaturbefestigungen.
- Öl- und Gasbohrloch-AusrüstungDazu gehören Bohrlochwerkzeuge, Sicherheitsventile und Weihnachtsbaumkomponenten, die für H₂S-haltige Umgebungen ausgelegt sind.
- Energie und nukleare Systemeinsbesondere Teile der heißen Sektion von Gasturbinen und Bauteile von Reaktoren, die langfristig thermisch stabil sein müssen.
- Raketentechnik und Raumfahrttechnikwie z. B. Turbopumpengehäuse für Flüssigkeitsraketen und Tankstrukturen für kryogene Treibstoffe.
FAQ
F1: Ist Inconel 718 fester als Titanlegierungen (Ti-6Al-4V)?
Ja. Obwohl Titanlegierungen leichter sind, verlieren sie oberhalb von 400 °C schnell an Festigkeit. Inconel 718 behält seine außergewöhnliche Festigkeit und Kriechbeständigkeit auch bei 700 °Cund eignet sich damit hervorragend für Hochtemperaturanwendungen.
F2: Ist Inconel das stärkste Metall?
Inconel 718 ist eines der stärksten Metalle bei erhöhter Temperatur. Während einige Stähle die Festigkeit bei Raumtemperatur übertreffen, gibt es nur wenige Werkstoffe, die die Leistung bei Temperaturen über 600 °C erreichen.
F3: Sind Nickel 718 und Inconel 718 das gleiche Material?
Ja, "Inconel" ist eine Marke der Special Metals Corporation, während "Nickel 718" eine allgemeine Bezeichnung ist. Beide bezeichnen die gleiche Legierung unter UNS N07718.
Schlussfolgerung
Inconel 718 bietet eine einzigartige Kombination aus Hochtemperaturfestigkeit, hervorragender Schweißbarkeit und Langzeitstabilität, die es in extremen technischen Umgebungen unverzichtbar macht. Von Turbinenscheiben für Düsentriebwerke bis hin zu Werkzeugen für tiefe Öl- und Gasbohrungen ist es nach wie vor eine der zuverlässigsten Superlegierungen in der modernen Industrie.
Für die Hersteller ist es wichtig, die Kaltverfestigungsverhalten, geringe Wärmeleitfähigkeit und schnelle Werkzeugverschleißneigung ist entscheidend für die Erzielung hochwertiger CNC-Bearbeitungsergebnisse. Mit umfassender Erfahrung in Superlegierungen auf Nickelbasis, wir bieten präzisionsgefertigte Inconel 718-Komponenten die den anspruchsvollen AMS- und ASTM-Spezifikationen entsprechen.
