O Inconel 718 é uma superliga de níquel-crómio-ferro endurecida por precipitação, concebida para um desempenho fiável em ambientes extremos que excedam os 700 °C (1300 °F). Combina um limite de elasticidade excecional, resistência à fluência, estabilidade térmica e resistência à corrosão, o que a torna uma das ligas de alta temperatura mais amplamente utilizadas em motores a jato, turbinas a gás, ferramentas de petróleo e gás de poços profundos e sistemas de energia avançados.
Comparado com outras superligas como Waspaloy ou a série Rene, o Inconel 718 é particularmente valorizado pelo seu mecanismo de reforço γ″ único e excelente soldabilidade, o que lhe confere uma versatilidade sem paralelo em aplicações aeroespaciais e da indústria pesada.
O que é o Inconel 718?
O Inconel 718 é um superliga à base de níquel com endurecimento por precipitação reforçada principalmente pela formação de γ″ (Gamma Double Prime, Ni₃Nb) e γ′ (Gamma Prime, Ni₃(Al,Ti)) durante o envelhecimento. Estas fases metalúrgicas conferem à liga a sua caraterística de elevada resistência, resistência à fadiga e estabilidade térmica a longo prazo.
Normas de materiais
- UNS: N07718
- W.Nr. (DIN): 2.4668
- Nomes comuns: Liga 718, Níquel 718, Inconel 718
Uma das vantagens mais importantes do Inconel 718 é a sua cinética de precipitação lenta da fase γ″, o que reduz consideravelmente a suscetibilidade a fissuração na zona afetada pelo calor da soldadura. Como resultado, é considerada uma das superligas mais soldáveis disponíveis.
Composição química
A resistência a altas temperaturas e a resistência à oxidação do Inconel 718 provêm dos seguintes elementos químicos. O ≈5% Nb (nióbio) é a caraterística definidora que permite o reforço da precipitação γ″.
| Elemento | Peso % | Função |
|---|---|---|
| Níquel (Ni) | 50.0-55.0 | Proporciona estabilidade da matriz e resistência à corrosão. |
| Crómio (Cr) | 17.0-21.0 | Forma óxidos protectores; melhora a resistência à oxidação e à corrosão. |
| Ferro (Fe) | Equilíbrio | Melhora a capacidade de fabrico e a eficiência de custos. |
| Nióbio (Nb) + Tântalo (Ta) | 4.75-5.50 | Elemento de reforço γ″ chave (Ni₃Nb). |
| Molibdénio (Mo) | 2.80-3.30 | Reforço da solução sólida; aumenta a resistência à corrosão. |
| Titânio (Ti) | 0.65-1.15 | Apoia a formação de γ′; contribui para o endurecimento. |
| Alumínio (Al) | 0.20-0.80 | Melhora a resistência à oxidação e a precipitação de γ′. |
Propriedades físicas e químicas
Estas propriedades determinam o desempenho do Inconel 718 em ambientes térmicos, mecânicos e corrosivos.
Propriedades físicas
- Densidade: 8,19 g/cm³ (0,296 lb/in³)
- Intervalo de fusão: 1260-1336 °C
- Condutividade térmica: 11,4 W/m-K a 21 °C
→ A baixa condutividade aumenta as temperaturas de corte durante a maquinagem. - Expansão térmica: 13,0 µm/m-°C (20-100 °C)
- Propriedades magnéticas: Não magnético
Propriedades químicas
- Resistência à oxidação a alta temperatura: Óxido protetor estável até ~980 °C
- Resistência à corrosão: Excelente em ambientes com ácidos, bases, água do mar e cloretos
- Resistência à fissuração por corrosão sob tensão (SCC): Forte resistência em ambientes de gás ácido (H₂S) e cloreto
- Em conformidade com a norma NACE MR0175: Utilizado habitualmente em ferramentas de fundo de poço para petróleo e gás
Propriedades mecânicas
Valores típicos para AMS 5663 (forjado, envelhecido):
- Resistência à tração: ≥1240 MPa (180 ksi)
- Resistência ao escoamento (0,2% offset): ≥1034 MPa (150 ksi)
- Alongamento: ≥12%
- Dureza: 36-44 HRC
- Retenção da resistência a altas temperaturas: >80% de resistência à temperatura ambiente a 650 °C
- Resistência à deformação: Excelente estabilidade a longo prazo sob cargas constantes
Caraterísticas de fabrico e transformação
O Inconel 718 é conhecido pela sua resistência a altas temperaturas e microestrutura endurecida por precipitação, que influenciam significativamente a sua maquinabilidade, soldabilidade e resposta ao tratamento térmico.
A sua maquinabilidade é geralmente classificada como 10-15% (vs. 100% para o aço AISI B1112)e esta baixa classificação deve-se principalmente ao endurecimento por trabalho, à acumulação de calor e ao desgaste da ferramenta induzido por carbonetos.
Caraterísticas de maquinagem
O Inconel 718 é classificado como uma liga difícil de maquinar devido a vários comportamentos intrínsecos do material:
- Endurecimento severo do trabalho
A liga endurece quase imediatamente quando a ferramenta de corte entra em contacto com a sua superfície. À medida que a deformação se acumula, a camada endurecida aumenta as forças de corte e a carga da ferramenta.
- Baixa condutividade térmica
O calor gerado durante a maquinagem não pode ser dissipado de forma eficiente. A maior parte da energia térmica permanece concentrada na aresta de corte, acelerando o desgaste e a fissuração térmica.
- Carbonetos Abrasivos
Os carbonetos ricos em nióbio presentes na microestrutura actuam como partículas abrasivas duras. Estes carbonetos reduzem a vida útil da ferramenta e requerem materiais de ferramentas robustos.
Em conjunto, estes factores resultam em baixas velocidades de maquinação, mudanças frequentes de ferramentas e requisitos rigorosos de controlo térmico.
Soldabilidade
Ao contrário de muitas superligas endurecidas por precipitação, o Inconel 718 oferece excelente soldabilidade. A fase γ″ precipita lentamente, o que minimiza o risco de:
- Fissuração na zona afetada pelo calor
- Fissuração por deformação-idade
- Fragilização pós-soldadura
O Inconel 718 é compatível com a soldadura TIG, MIG, EBW e a laser. Após a soldadura, a liga pode ser submetida a um envelhecimento completo para restaurar a sua resistência mecânica.
Tratamento térmico
O Inconel 718 responde fortemente ao tratamento térmico de endurecimento por precipitação. Sua força deriva principalmente de γ ″ (Ni₃Nb) com suporte de γ ′ (Ni₃ (Al, Ti)).
As principais caraterísticas do tratamento térmico incluem:
- Recozimento de solução dissolve os precipitados existentes e homogeneíza a matriz.
- Duplo envelhecimento promove a precipitação controlada das fases γ″ e γ′, alcançando a máxima resistência.
- Microestrutura estável resulta numa excelente resistência à deformação e numa integridade estrutural a longo prazo a temperaturas elevadas.
Este comportamento de tratamento térmico permite ao Inconel 718 manter um elevado desempenho mecânico em ambientes aeroespaciais, de turbinas e de gás de petróleo.
Aplicações
O Inconel 718 é utilizado em ambientes que exigem elevada resistência, resistência à oxidação e estabilidade à fadiga a temperaturas elevadas.
Devido ao seu equilíbrio entre soldabilidade, resistência à fluência e estabilidade estrutural a longo prazo, é amplamente adotado em sistemas aeroespaciais, energéticos e industriais pesados. As categorias de aplicação típicas incluem:
- Componentes aeroespaciaisA sua utilização é muito importante para a indústria automóvel, como discos de turbina, lâminas de compressor, carcaças de motores e fixadores de alta temperatura.
- Equipamento de fundo de poço para petróleo e gásincluindo ferramentas de fundo de poço, válvulas de segurança e componentes de árvore de Natal concebidos para ambientes com H₂S.
- Sistemas energéticos e nuclearesparticularmente peças da secção quente de turbinas a gás e componentes estruturais de reactores que requerem estabilidade térmica a longo prazo.
- Material para foguetões e voos espaciaiscomo as carcaças de turbobombas de foguetões de combustível líquido e as estruturas de tanques de propulsão criogénica.
FAQ
Q1: O Inconel 718 é mais forte do que as ligas de titânio (Ti-6Al-4V)?
Sim. Embora as ligas de titânio sejam mais leves, perdem rapidamente a resistência acima dos 400 °C. O Inconel 718 mantém uma força excecional e resistência à fluência mesmo a 700 °Ctornando-o superior para aplicações a altas temperaturas.
Q2: O Inconel é o metal mais forte?
O Inconel 718 é um dos metais mais resistentes a temperaturas elevadas. Embora alguns aços ultrapassem a sua resistência à temperatura ambiente, poucos materiais conseguem igualar o seu desempenho acima dos 600 °C.
Q3: O níquel 718 e o Inconel 718 são o mesmo material?
Sim. "Inconel" é uma marca registada da Special Metals Corporation, enquanto "Nickel 718" é um nome genérico. Ambos designam a mesma liga sob a designação UNS N07718.
Conclusão
O Inconel 718 oferece uma combinação única de resistência a altas temperaturas, excelente soldabilidade e estabilidade a longo prazo, tornando-o indispensável em ambientes de engenharia extremos. Desde discos de turbinas de motores a jato a ferramentas para poços profundos de petróleo e gás, continua a ser uma das superligas mais fiáveis da indústria moderna.
Para os fabricantes, compreender a sua comportamento de endurecimento por trabalho, baixa condutividade térmica e tendências de desgaste rápido das ferramentas é essencial para obter resultados de maquinação CNC de alta qualidade. Com uma vasta experiência em superligas à base de níquel, fornecemos componentes Inconel 718 maquinados com precisão que cumprem as exigentes especificações AMS e ASTM.
