Inconel 718 là hợp kim niken hiếm có độ bền không tồn tại cho đến khi xử lý nhiệt tạo ra nó. Trong điều kiện ủ, nó là vật liệu cấp 1000 MPa-khiêm tốn; sau khi xử lý kết tủa hai{4}}bước, nó đạt độ bền kéo tối thiểu 1270 MPa với hiệu suất trên 1030 MPa và sự khác biệt đó là toàn bộ lý do khiến hợp kim được chỉ định trong máy quay và thiết bị chịu áp lực.
Inconel 718 là gì
Inconel 718 (UNS N07718, EN 2.4668)là hợp kim sắt-niken cứng-crom-kết tủa được tăng cường bởi hai pha liên kim loại: gamma kép-nguyên tố (g″, Ni3Nb) là pha cứng chính và gamma nguyên tố (g′, Ni3(Al,Ti)) là pha thứ cấp.
Hợp kim này khác biệt so với các siêu hợp kim niken ở chỗ phản ứng hóa cứng-theo tuổi của nó diễn ra chậm, đó chính xác là lý do khiến nó có thể hàn được mà không bị nứt như các hợp kim-lão hóa nhanh chẳng hạn như X{5}}750. Nó duy trì độ bền cao từ nhiệt độ đông lạnh lên đến khoảng 650 độ (1200 độ F), đây là phạm vi hoạt động mà hầu hết các bảng dữ liệu đều trích dẫn cho dịch vụ lâu dài.
| Mục | Giá trị |
|---|---|
| số UNS | N07718 |
| EN / Số Werkstoff | 2.4668 |
| Tên thông thường | Inconel 718, Hợp kim 718, Niken 718, NiCr19Fe19Nb5Mo3 (viết tắt EN) |
| Gia đình | Lượng mưa-có thể làm cứng Ni-Cr-Fe-Nb-Mo |
| Tăng cường cơ chế | g″ (Ni3Nb) sơ cấp + g′ (Ni3(Al,Ti)) thứ cấp |
| Tỉ trọng | 8,19 g/cm3 (0,296 lb/in3) |
| phạm vi nóng chảy | 1320–1390 độ (2410–2540 độ F) |
| Phạm vi dịch vụ có thể sử dụng | -250 độ đến +650 độ dài hạn |
Thành phần hóa học
Thành phần dưới đây là phong bì chấp nhận tiêu chuẩn được AMS 5662 / AMS 5663 và ASTM B637 sử dụng cho các thanh và vật rèn. Niobium là nguyên tố xác định: nó tạo thành kết tủa nguyên tố Ni3Nb gamma-trong quá trình lão hóa và phạm vi của nó được kiểm soát chặt chẽ vì quá ít niobi làm giảm phản ứng đông cứng trong khi quá nhiều niobi sẽ thúc đẩy sự phân tách và pha Laves. Sắt ở đây không phải là tạp chất mà là một yếu tố cân bằng có chủ ý giúp làm chậm phản ứng lão hóa và cải thiện khả năng chế tạo.
| Yếu tố | Tối thiểu (%) | Tối đa (%) | Vai trò |
|---|---|---|---|
| Niken + Coban (Ni+Co) | 50.0 | 55.0 | Ma trận cơ sở; độ bền nhiệt độ-cao |
| Crom (Cr) | 17.0 | 21.0 | Chống oxy hóa và ăn mòn |
| Sắt (Fe) | Sự cân bằng | - | Cân bằng ma trận; làm chậm phản ứng lão hóa cho khả năng hàn |
| Niobi + Tantalum (Nb+Ta) | 4.75 | 5.50 | Mẫu g"; yếu tố làm cứng chính |
| Molypden (Mo) | 2.80 | 3.30 | Tăng cường giải pháp-vững chắc |
| Titan (Ti) | 0.65 | 1.15 | Các dạng g′; đồng-kết tủa |
| Nhôm (Al) | 0.20 | 0.80 | Các dạng g′; đồng-kết tủa |
| Coban (Co) | - | 1.00 | Giới hạn tạp chất trong hầu hết các thông số kỹ thuật |
| Cacbon (C) | - | 0.08 | Giữ ở mức thấp để tránh hiện tượng giòn cacbua |
| Mangan (Mn) | - | 0.35 | Kiểm soát tạp chất |
| Silic (Si) | - | 0.35 | Kiểm soát tạp chất |
| Phốt pho (P) | - | 0.015 | Kiểm soát tạp chất |
| Lưu huỳnh (S) | - | 0.015 | Kiểm soát tạp chất; quan trọng đối với khả năng làm việc nóng |
| Đồng (Cu) | - | 0.30 | Giới hạn tạp chất |
| Boron (B) | - | 0.006 | Hợp kim vi mô-cho độ bền ranh giới-của hạt |
Cơ chế kết tủa: Tại sao xử lý nhiệt tạo nên sức mạnh
Trong điều kiện ủ, Inconel 718 là một hợp kim dung dịch rắn{1}}có độ bền vừa phải, độ bền kéo tối thiểu khoảng 1030 MPa trong điều kiện AMS 5662.
Quá trình xử lý nhiệt kết tủa đưa hợp kim đến độ bền kéo tối thiểu 185 ksi (1276 MPa) vì nó buộc hai điều xảy ra trong cấu trúc vi mô: các nguyên tử niobi, titan và nhôm, được hòa tan trong ma trận sau khi xử lý dung dịch, thoát ra khỏi dung dịch dưới dạng các hạt Ni3Nb và Ni3(Al,Ti) có kích thước nanomet-; và những hạt đó ghim chuyển động trật khớp mà nếu không sẽ cho phép biến dạng dẻo.
Chu trình lão hóa hai{0}}bước tồn tại do hai pha phản ứng ở các nhiệt độ khác nhau: bước đầu tiên ở 1325 độ F tạo mầm cho pha g” và bước thứ hai ở 1150 độ F cho phép nó phát triển đến kích thước mang lại sự cân bằng độ bền-độ bền tối ưu. Việc bỏ qua hoặc rút ngắn một trong hai bước sẽ khiến hợp kim ở mức độ-cứng lại, đó là lý do tại sao hồ sơ xử lý nhiệt{6}}đối với 718 lại quan trọng hơn so với hầu hết mọi hợp kim niken khác.
Điều kiện giao hàng: AMS 5662, AMS 5663 và AMS 5664
Ba điều kiện AMS chi phối việc mua sắm thanh Inconel 718, vật rèn và ống. Chúng giống nhau về mặt hóa học; sự khác biệt hoàn toàn nằm ở trạng thái xử lý nhiệt-và mỗi trạng thái có một công việc khác nhau trong chuỗi cung ứng.
| Đặc điểm kỹ thuật | Tình trạng | Thuộc tính tối thiểu (nhiệt độ phòng) | Sử dụng điển hình trong chuỗi cung ứng |
|---|---|---|---|
| AMS 5662 | Dung dịch được xử lý (ủ) | UTS 1034 MPa (150 ksi) phút, YS 517 MPa (75 ksi) phút | Nguyên liệu thô để gia công; đủ mềm để cắt dễ dàng |
| AMS 5663 | Dung dịch được xử lý + kết tủa cứng lại | UTS 1276 MPa (185 ksi) phút, YS 1034 MPa (150 ksi) phút, EL 12% phút, RA 15% phút | Dịch vụ-các bộ phận phần cứng và áp suất quay sẵn sàng |
| AMS 5664 | biến thể được gia công nguội-có độ bền-cao hơn + lão hóa | Vượt AMS 5663 về sức mạnh | Chốt và các bộ phận cần độ bền tối đa |
Đối với đường ống và thiết bị áp lực, logic mua sắm là: đặt hàng AMS 5662 khi bộ phận phải được gia công hoặc uốn cong trước và làm cứng sau, và đặt hàng AMS 5663 khi bộ phận đó được giao ở trạng thái cuối cùng.
Một lỗi phổ biến về nguồn cung ứng là yêu cầu ống AMS 5663 rồi gia công hoặc-uốn nguội tại nhà-, việc này-làm cứng lại và có thể làm biến dạng một bộ phận vốn đã có cường độ tối đa; lộ trình chính xác cho các bộ phận được gia công-từ-thô là AMS 5662, sau đó là chu trình lão hóa được kiểm soát.
Lộ trình xử lý nhiệt
Chu trình làm cứng kết tủa tiêu chuẩn theo AMS 5663 là một quá trình xử lý gồm hai bước. Việc xử lý dung dịch trước khi lão hóa sẽ hòa tan các thành phần làm cứng và xác định kích thước hạt; các bước lão hóa tạo mầm và phát triển các kết tủa.
| Bước chân | Nhiệt độ | Thời gian / Làm mát | Mục đích |
|---|---|---|---|
| Giải pháp ủ | 927–1010 độ (1700–1850 độ F) | Giữ trên mỗi kích thước phần, làm mát bằng không khí hoặc nhanh hơn | Hòa tan Nb, Ti, Al; đặt kích thước hạt |
| Lão hóa bước 1 | 718 độ (1325 độ F) | 8 giờ | Pha hạt nhân g” (Ni3Nb) |
| Lão hóa bước 2 | 621 độ (1150 độ F) | Làm nguội lò từ bước 1; tổng thời gian lão hóa là 18 giờ; không khí mát mẻ | Tăng g" và g' đến kích thước tối ưu |
Tuyến đường 1325/1150 độ F là tiêu chuẩn AMS. Lưu ý dành cho các nhà chế tạo: hợp kim có độ co khoảng 0,0008 in/in sau khi đông cứng kết tủa, do đó,-các kích thước gia công chính xác phải được đặt trước khi lão hóa hoặc độ co được tính trong dung sai gia công.
Dữ liệu vật lý và cơ học
Bảng dưới đây kết hợp các hằng số vật lý với đặc tính cơ học tiêu biểu ở nhiệt độ. Nhiệt độ-tối thiểu trong phòng là hợp đồng, số liệu-nhiệt độ cao là giá trị điển hình cho hướng dẫn thiết kế.
| Tài sản | Giá trị |
|---|---|
| Tỉ trọng | 8,19 g/cm3 |
| Mô đun đàn hồi, nhiệt độ phòng | 200 GPa (29 x 10³ ksi) |
| CTE trung bình, 20–300 độ | 13.9 µm/m·K |
| Độ dẫn nhiệt, nhiệt độ phòng | 11.4 W/m·K |
| UTS, ủ (AMS 5662 phút) | 1034 MPa |
| UTS, tuổi (AMS 5663 phút) | 1276 MPa |
| YS, già (AMS 5663 phút) | 1034 MPa |
| Độ giãn dài, tuổi (AMS 5663 phút) | 12% |
| Độ cứng, tuổi (điển hình) | 331 HBW phút (khoảng 36 HRC) |
-Nhiệt độ cao và hành vi đông lạnh
Cấu trúc kết tủa tương tự giúp 718 có độ bền-nhiệt độ phòng ổn định ở khoảng 650 độ, đó là lý do tại sao hợp kim giữ được độ bền kéo và độ rão có thể sử dụng được trong phạm vi tuabin và lỗ hạ cấp. Các đặc tính lão hóa điển hình ở 650 độ vẫn có độ bền kéo khoảng 1100 MPa và hiệu suất chống đứt ứng suất-là lý do khiến 718 trở thành hợp kim phần cứng-quay tiêu chuẩn.
Ở đầu bên kia của lớp vỏ, ma trận austenit không có sự chuyển đổi từ dẻo-sang-giòn, vì vậy hợp kim này được sử dụng rộng rãi trong các bể và van đông lạnh ở nhiệt độ hydro-lỏng. Sự kết hợp này, độ bền cao ở cả hai mức nhiệt độ cực cao với khả năng hàn ở giữa, là lý do không có hợp kim niken nào phù hợp với thông số kỹ thuật của nó trong ngành hàng không vũ trụ, dầu-và-khí.
Hàn và Chế tạo
Inconel 718được hàn bằng chất độn nền niken-phù hợp trong lớp ERNiFeCr-2 (AWS A5.14), dòng chất độn Inconel 718 quen thuộc. Hợp kim có thể được hàn ở trạng thái ủ hoặc đã già; phản ứng lão hóa chậm có nghĩa là vùng chịu ảnh hưởng nhiệt-không bị nứt sau khi hàn như các hợp kim lão hóa nhanh.
Khi được hàn ở trạng thái ủ và sau đó được lão hóa, kim loại mối hàn phát triển phần lớn độ bền-của kim loại nền, đó là lý do tại sao các mối hàn thường được thiết kế ở dạng vật liệu AMS 5662 cộng với chu kỳ-lão hóa sau mối hàn. Việc tạo hình nguội rất đơn giản trong điều kiện ủ; vật liệu lâu năm đủ bền để việc tạo hình phải được thực hiện trước khi kết tủa đông cứng lại. Các ghi chú gia công phản ánh các hợp kim niken khác: thiết lập cứng nhắc, cấp liệu dương và các dụng cụ sắc bén để tránh bị cứng khi gia công.
Tiêu chuẩn và mẫu sản phẩm
| Hình thức | Tiêu chuẩn quản trị | Phạm vi điển hình |
|---|---|---|
| Thanh, que, dây | ASTM B637 / AMS 5662, 5663, 5664 | Đường kính 6–300 mm |
| Ống và ống liền mạch | Tuyến đường AMS 5662, theo thông số dự án | OD 21,3–168,3 mm (NPS 1/2–6) |
| Tấm, tấm, dải | ASTM B670 / AMS 5596, 5597 | Độ dày 0,5–100 mm |
| Rèn và nhẫn | ASTM B637 | Mỗi bản vẽ |
| Chốt | Các biến thể AMS 5662/5663 + NACE MR0175 | Mỗi bản vẽ |
Ứng dụng
- Hàng không vũ trụ: đĩa tuabin, cánh máy nén, trục động cơ, vỏ và ốc vít
- Động cơ tên lửa: máy bơm tuabin, vỏ, bộ phận lực đẩy
- Dầu khí: dụng cụ hạ cấp, vỏ MWD/LWD, trục bơm, van an toàn, các bộ phận đầu giếng theo NACE MR0175 / API 6A CRA
- Làm lạnh: Bồn chứa LNG và hydro, van, đường ống chuyển
- Hạt nhân: các bộ phận bên trong lò phản ứng và-các thành phần thanh điều khiển
- Công nghiệp:-lò xo nhiệt độ cao, ốc vít, khuôn dập và dụng cụ
Những lỗi mua sắm phổ biến
- Đặt ống AMS 5663 và gia công tại nhà-, làm mất đi tình trạng cũ trên bề mặt gia công
- Giả sử tất cả 718 chứng chỉ đều giống nhau: điều kiện (ủ so với lão hóa) phải được nêu trên PO
- Bỏ qua bước lão hóa thứ hai ở nhiệt độ 1150 độ F, khiến hợp kim chưa- cứng lại
- Bỏ qua sự co lại do lão hóa 0,0008 in/in ở các kích thước chính xác
- Sử dụng chất độn lớp 625 trên 718 làm thay đổi tính chất hóa học của kim loại mối hàn và làm giảm độ bền lão hóa
Câu hỏi thường gặp
Hỏi: Sự khác biệt giữa AMS 5662 và AMS 5663 Inconel 718 là gì?
AMS 5662 là giải pháp-điều kiện ủ với độ bền kéo tối thiểu khoảng 1034 MPa; AMS 5663 là loại vật liệu kết tủa tương tự-được làm cứng tới độ bền kéo tối thiểu 1276 MPa. Đặt hàng 5662 để gia công và tạo hình, rồi lão hóa; đặt hàng 5663 để nhận các bộ phận sẵn sàng-bảo trì.
Hỏi: Inconel 718 được làm cứng như thế nào?
Theo tuổi hai{0}}bước: 8 giờ ở 718 độ (1325 độ F), sau đó làm nguội bằng lò nung đến 621 độ (1150 độ F) trong tổng thời gian lão hóa là 18 giờ, sau đó làm nguội bằng không khí. Quá trình xử lý tạo ra các pha Ni3Nb (g") và Ni3(Al,Ti) (g′) gây ra sự trật khớp.
Hỏi: Inconel 718 có thể chịu được nhiệt độ bao nhiêu?
Hoạt động lâu dài-ở nhiệt độ khoảng 650 độ (1200 độ F), với hiệu suất đông lạnh tốt xuống tới -250 độ . Trên 650 độ, pha g” bị quá tải và cường độ giảm xuống.
Hỏi: Inconel 718 có hàn được không?
Có, điều này bất thường đối với hợp kim niken cứng-kết tủa vì phản ứng lão hóa của nó diễn ra chậm. Sử dụng chất độn ERNiFeCr-2; hàn ở trạng thái ủ và lão hóa sau đó để có độ bền mối hàn gần như{4}}kim loại cơ bản.
Hỏi: Những tiêu chuẩn nào bao gồm Inconel 718?
ASTM B637 (thanh và vật rèn), ASTM B670 (tấm), AMS 5662/5663/5664 (điều kiện hàng không vũ trụ), cùng với các biến thể NACE MR0175/ISO 15156 và API 6A CRA cho dầu và khí đốt.
Hỏi: Inconel 718 có thể sử dụng trong dịch vụ chua được không?
Có, 718 là một trong số ít hợp kim có độ bền-cao được liệt kê trong NACE MR0175/ISO 15156 dành cho môi trường chua, với giới hạn độ cứng phải được xác minh trên giấy chứng nhận
