Inconel 718 - это никель-хромо-железный суперсплав, упрочняемый осаждением, разработанный для надежной работы в экстремальных условиях, превышающих 700 °C (1300 °F). Он сочетает в себе исключительный предел текучести, сопротивление ползучести, термическую стабильность и коррозионную стойкость, что делает его одним из наиболее широко используемых высокотемпературных сплавов в реактивных двигателях, газовых турбинах, глубоководных нефтегазовых инструментах и современных энергетических системах.
По сравнению с другими суперсплавами, такими как Waspaloy или серия Rene, Inconel 718 особенно ценится за уникальный механизм упрочнения γ″ и превосходную свариваемость, что обеспечивает ему беспрецедентную универсальность в аэрокосмической и тяжелой промышленности.
Что такое инконель 718?
Инконель 718 представляет собой Упрочняющийся осаждением суперсплав на основе никеля укрепляется в первую очередь за счет формирования γ″ (Гамма Дабл Прайм, Ni₃Nb) и γ′ (Gamma Prime, Ni₃(Al,Ti)) в процессе старения. Эти металлургические фазы придают сплаву характерную высокую прочность, усталостную прочность и долговременную термическую стабильность.
Стандарты материалов
- UNS: N07718
- W.Nr. (DIN): 2.4668
- Общие названия: Сплав 718, никель 718, инконель 718
Одним из важнейших преимуществ инконеля 718 является его медленная кинетика осаждения фазы γ″, что значительно снижает восприимчивость к растрескивание зоны термического влияния сварного шва. В результате он считается одним из самых свариваемых сверхпрочных сплавов.
Химический состав
Высокотемпературная прочность и устойчивость к окислению инконеля 718 обусловлены наличием следующих химических элементов. Сайт ≈5% Nb (ниобий) содержание является определяющей характеристикой, обеспечивающей усиление осадков γ″.
| Элемент | Вес % | Функция |
|---|---|---|
| Никель (Ni) | 50.0-55.0 | Обеспечивает стабильность матрицы и коррозионную стойкость. |
| Хром (Cr) | 17.0-21.0 | Образует защитные оксиды; повышает устойчивость к окислению и коррозии. |
| Железо (Fe) | Баланс | Повышает технологичность и экономичность. |
| Ниобий (Nb) + Тантал (Ta) | 4.75-5.50 | Ключевой γ″ упрочняющий элемент (Ni₃Nb). |
| Молибден (Mo) | 2.80-3.30 | Упрочнение твердым раствором; повышает стойкость к точечной коррозии. |
| Титан (Ti) | 0.65-1.15 | Поддерживает образование γ′; способствует закаливанию. |
| Алюминий (Al) | 0.20-0.80 | Повышает устойчивость к окислению и осадку γ′. |
Физические и химические свойства
Эти свойства определяют работоспособность Inconel 718 в термических, механических и коррозионных средах.
Физические свойства
- Плотность: 8,19 г/см³ (0,296 фунт/дюйм³)
- Диапазон плавления: 1260-1336 °C
- Теплопроводность: 11,4 Вт/м-К при 21 °C
→ Низкая электропроводность повышает температуру режущей кромки при обработке. - Тепловое расширение: 13,0 мкм/м-°C (20-100 °C)
- Магнитные свойства: Немагнитный
Химические свойства
- Устойчивость к высокотемпературному окислению: Стабильный защитный оксид до ~980 °C
- Устойчивость к коррозии: Превосходно работает в кислотах, щелочах, морской воде и хлоридных средах.
- Устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC): Высокая стойкость в среде кислого газа (H₂S) и хлоридов
- Соответствует требованиям NACE MR0175: Широко используется в скважинных инструментах для добычи нефти и газа
Механические свойства
Типичные значения для AMS 5663 (ковка, состаренное состояние):
- Прочность на разрыв: ≥1240 МПа (180 кси)
- Предел текучести (смещение 0,2%): ≥1034 МПа (150 кси)
- Удлинение: ≥12%
- Твердость: 36-44 HRC
- Сохранение прочности при высоких температурах: >80% от прочности при комнатной температуре при 650 °C
- Устойчивость к ползучести: Отличная долговременная стабильность при длительных нагрузках
Характеристики производства и обработки
Инконель 718 известен своей высокотемпературной прочностью и микроструктурой, упрочненной осаждением, что существенно влияет на его обрабатываемость, свариваемость и реакцию на термообработку.
Его обрабатываемость обычно оценивается как 10-15% (против 100% для стали AISI B1112)Этот низкий показатель обусловлен, прежде всего, закалкой, накоплением тепла и износом инструмента под действием карбида.
Характеристики обработки
Сплав Inconel 718 относится к категории труднообрабатываемых сплавов из-за нескольких присущих ему особенностей поведения материала:
- Тяжелая рабочая закалка
Сплав затвердевает практически сразу после контакта режущего инструмента с его поверхностью. По мере накопления деформации закаленный слой увеличивает силу резания и нагрузку на инструмент.
- Низкая теплопроводность
Тепло, выделяемое при обработке, не может эффективно рассеиваться. Большая часть тепловой энергии остается сконцентрированной на режущей кромке, ускоряя износ и термическое растрескивание.
- Абразивные твердые сплавы
Карбиды с высоким содержанием ниобия, присутствующие в микроструктуре, выступают в качестве твердых абразивных частиц. Эти карбиды сокращают срок службы инструмента и требуют применения прочных инструментальных материалов.
В совокупности эти факторы приводят к низкой скорости обработки, частой смене инструмента и жестким требованиям к термоконтролю.
Свариваемость
В отличие от многих суперсплавов с осадковой закалкой, Inconel 718 обладает отличной свариваемостью. Фаза γ″ выпадает в осадок медленно, что сводит к минимуму риск:
- Растрескивание в зоне термического воздействия
- Деформационно-возрастное растрескивание
- Послесварочное охрупчивание
Инконель 718 совместим с TIG, MIG, EBW и лазерной сваркой. После сварки сплав может подвергаться полному старению для восстановления механической прочности.
Термообработка
Инконель 718 хорошо реагирует на термическую обработку с закалкой осадком. Его прочность обусловлена в основном γ′ (Ni₃Nb) при поддержке γ′ (Ni₃(Al,Ti)).
Основные характеристики термообработки включают:
- Отжиг раствора растворяет существующие осадки и гомогенизирует матрицу.
- Двойное старение Способствует контролируемому осаждению γ″ и γ″ фаз, достигая максимальной прочности.
- Стабильная микроструктура Это обеспечивает превосходное сопротивление ползучести и долговременную структурную целостность при повышенных температурах.
Такая термообработка позволяет Inconel 718 сохранять высокие механические характеристики в аэрокосмической промышленности, турбинах и газовой среде.
Приложения
Инконель 718 используется в средах, требующих высокой прочности, стойкости к окислению и усталостной прочности при повышенных температурах.
Благодаря балансу свариваемости, стойкости к ползучести и долговременной структурной стабильности, он широко применяется в аэрокосмической промышленности, энергетике и тяжелых промышленных системах. Типичные области применения включают:
- Аэрокосмические компонентыНапример, диски турбин, лопатки компрессоров, корпуса двигателей и высокотемпературный крепеж.
- Нефтегазовое скважинное оборудованиевключая скважинные инструменты, предохранительные клапаны и елочные компоненты, предназначенные для работы в средах, содержащих H₂S.
- Энергетические и ядерные системыВ частности, детали горячих секций газовых турбин и конструктивные элементы реакторов, требующие длительной термической стабильности.
- Ракеты и оборудование для космических полетовНапример, корпуса турбонасосов жидкостных ракет и конструкции баков для криогенного топлива.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
Вопрос 1: Является ли Inconel 718 более прочным, чем титановые сплавы (Ti-6Al-4V)?
Да. Хотя титановые сплавы легче, они быстро теряют прочность при температуре выше 400 °C. Инконель 718 сохраняет исключительную прочность и сопротивление ползучести даже при 700 °Cчто делает его превосходным для применения при высоких температурах.
Вопрос 2: Является ли инконель самым прочным металлом?
Инконель 718 - один из самых прочных металлов. при повышенных температурах. Хотя некоторые стали превосходят его по прочности при комнатной температуре, немногие материалы могут сравниться с ним при температуре выше 600 °C.
Вопрос 3: Являются ли никель 718 и инконель 718 одним и тем же материалом?
Да. "Инконель" является торговой маркой компании Special Metals Corporation, а "Никель 718" - это общее название. Оба обозначают один и тот же сплав под номером UNS N07718.
Заключение
Инконель 718 обеспечивает уникальное сочетание высокотемпературной прочности, отличной свариваемости и долговременной стабильности, что делает его незаменимым в экстремальных инженерных средах. От дисков турбин реактивных двигателей до инструментов для глубокой добычи нефти и газа, он остается одним из самых надежных суперсплавов в современной промышленности.
Для производителей понимание его способность к упрочнению, низкая теплопроводность и быстрый износ инструмента является необходимым условием для достижения высокого качества обработки с ЧПУ. Имея большой опыт работы с суперсплавами на основе никеля, мы предлагаем компоненты из инконеля 718 с точной обработкой которые отвечают высоким требованиям спецификаций AMS и ASTM.
